(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸心と直交する横断面が円又は多角形の中実柱体からなる柱状インゴット（１）の形態を有する半導体材料の外周表面上の予め定められた領域に水素、ヘリウム又はボロンのイオンを注入原子種として打ち込むことにより該インゴット（１）の外周表面下に前記イオンの注入エネルギー強度に応じたイオン注入深さでインゴット（１）の外周表面下に該外周表面と平行に分布した脆化層を形成するイオン注入操作工程（１００）と、
前記脆化層で外周表面と該脆化層との間の半導体材料の薄層（２）をインゴット（１）の軸心と平行に剥ぐように分離して該薄層（２）をインゴット（１）の残余部分から取り出す操作工程（３００）とを備えたことを特徴とする光学、電子工学、又は光電子工学用の基板の製作方法。
【請求項２】
注入原子種のイオン注入操作（１００）を、外周表面と平行な軸心周りにインゴットを回転させながら、インゴットの長手方向に掃引される集束ビームでインゴット（１）の外周表面に連続的に打ち込みを行うことにより実行することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
注入原子種のイオン注入操作（１００）を、外周表面と平行な軸心周りにインゴットを回転させながら、予め定められた面積に対応して拡幅された断面のビームでインゴット（１）の外周表面に連続的に打ち込みを行うことにより実行することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
注入原子種のイオン注入操作（１００）を、インゴット（１）の外周表面上で隣接する複数の領域のうちの一領域に対応する打ち込みを行いながら、前記一領域への打ち込みと次の一領域への打ち込みとの間に外周表面と平行な軸心周りにインゴット（１）を回転させることにより行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
注入原子種のイオン注入操作（１００）を、インゴット（１）の外周表面の全面に打ち込みを行うことにより実行することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
インゴット（１）をプラズマ中に置くことによりインゴット（１）の外周表面の全面に打ち込みを行うことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
インゴットの加熱操作工程（２００）を更に備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
インゴット（１）の外周表面と前記脆化層との間の半導体材料の薄層（２）を支持体（６）上へ移す操作工程を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
インゴット（１）の外周表面と前記脆化層との間の半導体材料の薄層（２）を冷却ローラ（２１６）によって支持体（６）上へ押し付ける操作工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
支持体（６）が接着性の表面を有することを特徴とする請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
インゴット（１）の外周表面と前記脆化層との間の半導体材料の薄層（２）を液相又は気相の堆積によって被覆する操作工程を含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記半導体材料がシリコンであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記注入原子種として水素イオンを打ち込むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記注入原子種と同時にリンイオン又はヒ素イオンをドープ用イオンとして打ち込むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
インゴット（１）の外周表面と前記脆化層との間の半導体材料の薄層（２）の両面に別の層（６，１２）を重ねて一対のローラ間に通すことにより前記薄層の各面に前記別の層を被着させる操作工程を含むことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
インゴット（１）の外周表面と分離深さとの間の半導体材料の薄層（２）に回路パターンを有する少なくとも一つの別の層（６，１２）を移す操作工程を含むことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
インゴット（１）が真円の横形断面形状を有することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
インゴット（１）が正多角形の横断面形状を有することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
軸心と直交する横断面が円又は多角形の中実柱体からなる柱状インゴット（１）の形態を有する半導体材料の外周表面上の予め定められた領域に水素、ヘリウム又はボロンのイオンを注入原子種として打ち込むことにより該インゴット（１）の外周表面下に前記イオンの注入エネルギー強度に応じたイオン注入深さでインゴット（１）の外周表面下に該外周表面と平行に分布した脆化層を形成する手段（１１０）、
前記脆化層で外周表面と該脆化層との間の半導体材料の薄層（２）をインゴット（１）の軸心と平行に剥ぐように分離して該薄層（２）をインゴット（１）の残余部分から取り出す分離手段（２１０，３１０）、及び
前記インゴット（１）の外周表面と平行な軸心周りに該インゴット（１）を回転させる回転手段（４１０）を備えたことを特徴とする光学、電子工学、又は光電子工学用の基板の製作装置。
【請求項２０】
前記インゴット（１）の外周表面と前記脆化層との間の半導体材料の薄層（２）を保持してインゴット（１）から分離された後の前記薄層（２）を取り出す保持手段（３１０）を含むことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
保持手段（３１０）が駆動ローラ手段上に分布配置された複数の吸着グリップ手段（３１６，３１７）を含むことを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、特に光学、電子工学、又は光電子工学用の基板の製作に関するものである。
【０００２】
上述の分野で使用される基板を工業的に得るには、一般的にはインゴットからの切り出しによっている。例えば単結晶シリコンの場合、インゴットは溶融シリコン浴からチョクラルスキー引上法（以下、ＣＺ法）によって得るか、或いは多結晶インゴットからゾーン溶融法（以下、ＦＺ法）によって得るかしている。これらの成長法で製造される柱状インゴットは、一般的には内刃式円形切断刃を用いてインゴット軸心と直交する面に沿って複数枚のウエハ片に切断される。
【０００３】
しかしながら、これらの方法では或る種の用途向けには適合寸法の基板を製作することはできない。これには、特にフラット形その他の形状のディスプレイ画面や太陽電池パネルに使用可能な大寸法基板の製造分野が該当する。
【０００４】
比較的大寸法の単結晶シリコン基板を得るために、フランス特許第２７５２７６８号公報には柱状インゴットをその軸心と平行に切断することが開示されている。
【０００５】
本発明の課題は、インゴットから基板を製作するための別の手法を提供することである。
【０００６】
本発明の別の課題は、従来法よりも低い製造コストで例えば単結晶シリコンなどの単結晶材料の基板を得ることである。
【０００７】
本発明によれば、上述の課題は、軸心と直交する横断面が円又は多角形の中実柱体からなる柱状インゴットの形態を有する半導体材料の外周表面上の予め定められた領域に水素、ヘリウム又はボロンのイオンを注入原子種として打ち込むことにより該インゴットの外周表面下に前記イオンの注入エネルギー強度に応じたイオン注入深さでインゴットの外周表面下に該外周表面と平行に分布した脆化層を形成するイオン注入操作工程と、前記脆化層で外周表面と該脆化層との間の半導体材料の薄層をインゴットの軸心と平行に剥ぐように分離して該薄層をインゴットの残余部分から取り出す操作工程とを備えたことを特徴とする光学、電子工学、又は光電子工学用の基板の製作方法によって解決される。
【０００８】
従って本発明によれば、柱状インゴットの表面層をその軸心と平行に丸太の皮を剥ぐように切り出すことによって基板を得るものである。
【０００９】
ここで、本明細書を通じて「基板」なる用語はその最も広義の意味で使用されており、換言すれば、他の素子のための支持体、即ち厚いもの又は薄いもの或いは剛性又は可撓性その他を問わず、フィルム、層又は板を包含するあらゆる形態の支持体を指すものであることを理解すべきである。
【００１０】
また、「柱体」又は「柱状」なる用語もそれらの本質的な語義で理解されるべきである。この意味で、柱体とは或る直線を或る曲面に沿ってそれ自身平行移動させたときに描かれる中実体である。従って、本明細書において柱体又は柱状体とは断面形状が丸いもの及び多角形のものを包含する。
【００１１】
本発明による方法は基板の連続製造を好適に可能とするものである。
【００１２】
本発明の方法は連続的に実行することができるので基板の製造効率を向上することが可能であり、従って製造コストを引き下げることが可能である。本発明のよる方法は例えば単結晶シリコン基板を低コストで製作する必要がある場合に特に有利である。
【００１３】
本発明による方法に単独又は組み合わせで適用できる好適な特徴形態を列記すれば以下の通りである。
【００１４】
・注入原子種のイオン注入操作が、外周表面と平行な軸心周りにインゴットを回転させながらインゴットの長手方向に掃引される集束ビームでインゴットの外周表面に連続的に打ち込みを行うことにより実行される形態。
【００１５】
・注入原子種のイオン注入操作が、外周表面と平行な軸心周りにインゴットを回転させながら予め定められた面積に対応して拡幅された断面のビームでインゴットの外周表面に連続的に打ち込みを行うことにより実行される形態。
【００１６】
・注入原子種のイオン注入操作が、インゴットの外周表面上で隣接する複数の領域のうちの一領域に対応する打ち込みを行いながら前記一領域への打ち込みと次の一領域への打ち込みとの間に外周表面と平行な軸心周りにインゴットを回転させることにより実行される形態。
【００１７】
・注入原子種のイオン注入操作が、例えばインゴットをプラズマ中に置くなど、インゴットの外周表面全面に対して連続的に打ち込みを行うことにより実行される形態。
【００１８】
・更にインゴット外周表面を加熱する操作工程が付加された形態。この加熱操作工程は、注入操作の前、最中、或いは後に実行することができる。また、この加熱操作工程は、注入操作自体によって実行することもできる。加熱操作工程を付加することにより、注入される原子種の所要注入量の低減及び／又はある種の注入欠陥の原位置での修復の促進が可能となる。
【００１９】
・インゴットの外周表面と前記脆化層との間の半導体材料の薄層を支持体上へ移す操作工程が付加された形態。
【００２０】
・インゴットの外周表面と前記脆化層との間の半導体材料の薄層をローラによって支持体上へ押し付ける操作工程が付加された形態。この押し付け操作工程では、ローラが冷却されていれば上記薄層に熱衝撃を引き起こし、又はローラが加熱されていれば上記薄層を加熱し、これと共に或いは別個に機械的な加圧及び／又は剪断応力を与えることによりインゴットの外周表面と前記脆化層との間の半導体材料の薄層をインゴットから分離させる作用が助長及び／又は誘起される。
【００２１】
・支持体が接着性の表面を有するものである形態。
【００２２】
・インゴットの外周表面と前記脆化層との間の半導体材料の薄層を液相又は気相の堆積によって被覆する操作工程が付加された形態。
【００２３】
・前記半導体材料がシリコンである形態。
【００２４】
・前記注入原子種として水素イオンを打ち込む形態。
【００２５】
・前記注入原子種と同時にリンイオン又はヒ素イオンをドープ用イオンとして打ち込む形態。
【００２６】
・インゴットの外周表面と前記脆化層との間の半導体材料の層の両面に別の層を重ねて一対のローラ間に通すことにより前記半導体材料の層の各面に前記別の層を被着させる操作工程が付加された形態。
【００２７】
・インゴットの外周表面と前記脆化層との間の半導体材料の薄層に回路パターンを有する少なくとも一つの別の層を移す操作工程が付加された形態。
【００２８】
ところで、特にディスプレイパネルや太陽電池パネルの製作にはガラス基板上に成膜されたアモルファス又は多結晶シリコンを用いることが多く、これは、ガラス或いは石英などの基板上への単結晶シリコン層の形成は、現在のところ単結晶シリコン基板を用いた層転移技術によってガラス基板上に転移層を形成するしかないからである。この場合、単結晶シリコン基板の直径は今のところ２００ｍｍ或いはせいぜい３００ｍｍまでに限られている。
【００２９】
本発明による方法を使用すれば更に大寸法の単結晶シリコン基板を製作することが可能である。本発明による方法の幾つかの変形形態において、得られた単結晶シリコン基板が完全な結晶配向を有していない場合でさえも、アモルファス又は多結晶シリコンよりは優れた品質を備えている。従って、フラットパネルディスプレイパネルの製造に用いた場合は、集積度（単位面積当たりの画素数）やスクリーンのリフレッシュレートなどの改善に寄与することができる。また、太陽電池パネルの製造に用いた場合は光電変換効率の向上が可能である。
【００３０】
また、基板寸法の大小にかかわらず本発明による方法は連続的に実行可能であり、従って基板製造コストを低減することができる。
【００３１】
尚、本発明においてはインゴットの初期直径はさほど重要ではなく、むしろその長さのほうが重要である。一般的な原則としては、インゴットは直径が大きくなるほど長さが短くなる。従って、製造する基板の用途にもよるが、長いものが入手しやすいことから比較的直径の小さなインゴットを用いることが好ましい。但し、本発明による方法で製造される半導体材料の薄層はインゴットの外周表面から得られるものである点に注意する必要がある。本発明による方法の幾つかの実施形態においては、この半導体材料の薄層は当初の状態では或る状況で臨界を与えることのある曲がりを伴う場合がある。例えば、得られた薄層を逆の曲面を有する載置面上に収納すると半導体材料の薄層に機械的応力が生じ、薄層の品質の低下や、場合によっては破断を起こす可能性もある。これらの曲がりに起因する問題の起きる可能性は、使用するインゴットの直径を大きくすればするほど少なくすることができる。
【００３２】
同様に、得られた半導体材料の薄層における巻き方向の結晶配向の変動周期を減少させる必要がある場合は大直径インゴットを使用することが有利である。
【００３３】
更にまた、曲がりと結晶配向に関する上述の諸問題点を著しく減少もしくは殆ど存在しないようにするには、本発明による方法を例えば方形断面形状を有するインゴットを用いて実施する。この場合、本発明による方法で製造される半導体材料の薄層は結晶配向が明確に特定された平面から得られることになる。
【００３４】
直径２００ｍｍのインゴットの典型的な長さは１．５ｍである。通常、この寸法のインゴットは本発明による方法に使用する前に４０〜５０ｃｍの長さに切断される。
【００３５】
更にまた、引き上げられたままのインゴットは不定形外周面形状（直径の波打ちなど）を有している。このようなインゴットは、本発明による方法の予備工程で旋盤加工又は機械切削されて横断面が真円または正多角形の柱状インゴットに成形される。旋盤加工又は機械切削は上述の長さの切断の前又は後に行うことができる。
【００３６】
シリコンインゴットの場合、水素イオンを１ＭｅＶのエネルギー強度で注入することにより厚さ１０μｍ程度の半導体材料の薄層を得ることができる。但し、本質的なことは、インゴット表面と分離深さとの間の半導体材料の薄層を充分に剛性な量で取り出して該薄層の脆弱性及び易変形性に関連する問題を回避することである。
【００３７】
分離深さは、本発明による方法で形成される連続的な半導体材料の薄層が自立できるように、即ち他の支持手段を必要とすることなく層状態を保持できるように定めることが好ましい。
【００３８】
本発明による方法の好適な変形形態においては、半導体材料の薄層は、その脆弱性及び易変形性に関する問題を防止する目的で、分離工程の前、或いは加熱する場合はその加熱工程の前、更にはイオン注入工程の前に補強膜を被着することにより補強される。この変形形態は、自立するには薄すぎるような半導体材料の薄層の製作が必要な場合に特に有利である。例えばシリコンの場合、形成された薄層の機械的強度を補強するには厚さ１０μｍ程度のＳｉＯ２膜の被着で充分である（ＳｉＯ２以外の材料も同様に問題なく使用できる）。一般的な原則としては、従ってシリコン薄層を製作するための本発明による方法の適用に限らず、エピタキシャル法や噴霧法、塗装、スプレイなど、種々の膜被着法も使用可能である。
【００３９】
注入する原子種の量は好適には１０１７〜１０１８／ｃｍ２程度である。この程度の量と１〜数十μｍ程度の侵入深度でインゴットの表面と分離深さとの間の半導体材料の薄層を残りの部分から付加的な加熱操作無しに制限された応力の付与のみで、或いは応力の付与さえ行わずに分離することが可能である。
【００４０】
一般的な原則として、半導体材料の薄層に応力を付与する場合は、操作としては機械的応力（剪断力、張力、圧縮力、超音波など）、電気的応力（静電界又は電磁界）、熱応力（放射、対流、伝導など）等を付与することができる。応力の適用には、分離すべき薄層とインゴット残部との分離境界部に時間的に一定又は脈動する流体ジェット（液体又は気体）の噴射を併用しても良い。特に熱応力は電磁界や電子ビーム、熱電加熱、極低温場、或いは超冷却液などの適用によって与えることができる。
【００４１】
本発明はまた特に光学、電子工学、又は光電子工学用の基板の製作装置も提供するものであり、この装置は、
・軸心と直交する横断面が円又は多角形の中実柱体からなる柱状インゴットの形態を有する半導体材料の外周表面上の予め定められた領域に水素、ヘリウム又はボロンのイオンを注入原子種として打ち込むことにより該インゴットの外周表面下に前記イオンの注入エネルギー強度に応じたイオン注入深さで該インゴットの外周表面下に該外周表面と平行に分布した脆化層を形成する手段と、
・前記脆化層で外周表面と該脆化層との間の半導体材料の薄層をインゴットの軸心と平行に剥ぐように分離して該薄層をインゴットの残余部分から取り出す分離手段と、
・前記インゴットの外周表面と平行な軸心周りに該インゴットを回転させる回転手段とを備えたことを特徴としている。
【００４２】
この装置は前述の本発明による方法を実施するためのものであり、好ましくは前記インゴットの外周表面と脆化層との間の半導体材料の薄層を保持してインゴットから分離された後の薄層を取り出す保持手段を含んでいる。保持手段は好適には駆動ローラ手段上に分布配置された複数の可逆吸着グリップ手段を含んでいる。この吸着グリップ手段の原理自体は当業者に公知であり、例えば圧力差又は静電力などを利用したものである。
【００４３】
本発明の上記以外の特徴と目的及び利点は、添付図面を参照した以下の実施形態の説明から明らかである。
【００４４】
以下の実施形態の説明においては、本発明による方法をＣＺ又はＦＺ引き上げ法で得たインゴットから単結晶シリコン基板を得る特定の例に関して説明する。シリコンを例に挙げた理由は、マイクロエレクトロニクスの分野で断然として最も広く利用されている材料がシリコンであるからで、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の単結晶、多結晶或いはアモルファス材料、特に半導体材料に広く利用することができることは述べるまでもない。
【００４５】
図１は、ＣＺ又はＦＺ引き上げ工程で得られた多結晶シリコンのインゴット１を示している。このインゴットは、軸心Ｘ−Ｘを有するほぼ円柱形状のものである。インゴット１の初期寸法は直径２００ｍｍ及び長さＬ＝１．５ｍであり、通常は幾つかの長さ部分に切断されている。また引き上げ工程は、円柱の軸心と直交する面が＜１，０，０＞結晶面と平行に向くように制御される。従って、インゴット１の＜０，０，１＞面と＜０，１，０＞面は軸心Ｘ−Ｘと平行である。
【００４６】
本発明による方法の幾つかの実施例を以下に説明する。
【００４７】
実施例１：
図１に示す本発明による方法の第１実施例は、原子種の注入を行う操作工程１００と分離操作工程３００とを含んでいる。
【００４８】
この実施例における原子種はＨ−イオンであり、これらイオンが高エネルギーで注入される。これらイオンで構成されるビームはインゴットの長手方向に拡げられる。厚さ１０μｍのシリコン薄層２を得るには、Ｈ−イオンを７２５ｋｅＶのエネルギー強度で加速する。この場合のＨ−イオン注入量は１．２１×１０１７／ｃｍ２である。
【００４９】
注入操作工程１００は、原子種の加速ビームをインゴット１の表面上で全長に亘って掃引し、インゴット１の回転速度を適切な注入量が得られるようにビーム幅及び掃引速度に整合させることによって行われる。
【００５０】
注入深さＲｐは、入射する原子種ビームに対する注入面の結晶配向に応じて変化する。半導体材料の薄層２の厚さ変動が厳しく制限されるような用途では、注入エネルギー強度を回転角の関数として変調することにより、最終的に得られる半導体材料の薄層２の厚さ変動を効果的に回避することができる。但し、方形断面形状のインゴット１を使用すれば、結晶配向が明確に定まっている面に注入を行うことができるので、上述の厚さ変動の問題は減少或いは除去することさえも可能である。
【００５１】
このような注入操作工程１００により、インゴット１の体積内におけるＨ−イオン侵入深度近傍の深さ位置に、インゴット１をその残部体積を構成する下方領域と目的の基板の形成に予定されている半導体材料の薄層２を構成する上部領域とに分離する脆化層が生成される。
【００５２】
ここで述べている実施例において、半導体材料の薄層２は約１０μｍ厚のものである。この厚さは薄層の変形（例えば膨れの形成）を避けるのに充分であり、また前述注入条件で薄層２を僅かな力でインゴット１から分離させるに足りる脆化を分離深さ位置に与えることができる。
【００５３】
分離後の薄層２は、巻きを解くことができるように保持しておくと有利である。
【００５４】
図２は、図１に示した方法を実施するための本発明による基板製作装置５０を示している。この装置は、Ｈ−イオン注入手段１１０と、インゴット１から分離された際の薄層２の保持手段３１０と、回転手段４１０とを含んでいる。
【００５５】
注入手段１１０は、１ＭｅＶ程度のエネルギー強度に加速されたＨ−イオンを発生する注入装置を備えている。この形式の注入装置は日本原子力研究所によって初期開発されたものである。
【００５６】
回転手段４１０は、インゴット１を軸心Ｘ−Ｘ回りに回転させるものである。
【００５７】
保持手段３１０は支持体６を備えている。この支持体６は有利には接着性フィルムである。半導体材料の薄層２は支持体６と直接接触させられる。支持体６はアプリケータローラ３２０によって薄層２に押し付けられる。アプリケータローラ３２０は移動可能なシャフトに装着されており、それにより薄層２の分離によってインゴットの直径が減少するに従ってアプリケータローラがインゴット１の表面の変位に追従できるようにしてある。従って、イオン注入の前にインゴット１が軸心Ｘ−Ｘ回りに回転し始めても、支持体６への薄層２の移行は生じない。その後、注入操作工程１００が開始され、注入を受けた領域が支持体６と接触するようになると、支持体６がインゴットから薄層２を自身の上に移し取ることができるようになる。薄層２と接触すると支持体６は薄層をインゴット１の残部から分離させる。以後、支持体６への薄層２の移行は継続的に行われる。
【００５８】
実施例２：
図３に示す本発明による方法の第２実施例は、注入操作工程１００と、加熱操作工程２００と、分離操作工程３００とを含んでいる。
【００５９】
注入原子種は有利には水素イオンである。この水素イオンは７００ｋｅＶ程度のエネルギー強度で注入され、注入量は１０１７ｃｍ２程度である。
【００６０】
インゴット１をその軸心Ｘ−Ｘ回りに回転させることにより、注入操作工程で原子種の打ち込まれたインゴット表面領域が加熱領域へ向かって移動する。
【００６１】
加熱操作工程２００は、注入操作工程１００の後に加熱手段２１０によって行われる。加熱操作工程２００はインゴット１の外周表面と脆化層との間の半導体材料の薄層２をインゴット残部から分離させる作用を助長する。加熱操作工程２００を付加することにより、注入操作工程による原子種の注入量を実施例１の場合よりも少なくすることができる。
【００６２】
加熱手段２１０は、インゴット１の回転軸心と平行な軸心を有する円筒形状の加熱ローラ２１５を備えている。加熱ローラ２１５はインゴット１の回転方向に関して注入手段１１０の下流に配置され、インゴット１と接触している。加熱手段２１０は有利にはインゴット１の表面を局所的に約５００℃ないし６００℃に加熱するものである。この加熱温度は、加熱手段２１０の適用時間と注入量や注入エネルギー強度などの注入条件とに適合するように調整される。これらの注入量や注入エネルギー強度も、注入操作工程１００で到達するインゴット表面温度を決定するものである。この注入によるインゴット１の温度上昇も、薄層２をインゴット１の残部から分離する条件を決定する熱割当量に考慮される。加熱手段の適用時間もインゴット１の適用表面積及び回転速度などに依存して定められる。
【００６３】
薄層２は以上のような加熱操作工程の後に実施例１で述べたのと同様に支持体６へ移される。
【００６４】
実施例３：
図４に示す本発明による方法の第４実施例は、実施例２と同様の注入操作工程１００及び加熱操作工程２００に加えて、保持手段３１０の助けを借りて実行される分離操作工程３００を含んでいる。この保持手段３１０としては、差圧、静電気、繰り返し利用可能な接着力（低粘着力接着剤の適用）などを利用することができる。
【００６５】
吸引方式の保持手段３１０の場合、有利にはインゴット１の軸心Ｘ−Ｘと平行に延在するバー３１５を備えている。このバー３１５は中空体であり、バー内部が減圧されて半導体材料の薄層２を解放可能に吸引保持するようになっている。インゴット１からの薄層２の分離は加熱操作工程２００により助長促進される。
【００６６】
インゴット１からの薄層２の剥離を開始するためには、インゴット１の既に注入操作工程１００と加熱操作工程２００とを経た第１領域に保持手段３１０を適用する。バー３１５による吸引によって機械的応力が薄層２に作用する。この機械的応力はインゴット１から離れる方向Ｅへのバー３１５の移動によって強められる。このようにして分離開始端Ｆが得られる。
【００６７】
保持手段３１０は例えば図５及び図６に示す手段によって移動される。
【００６８】
図５に示す実施例では、複数のバー３１５が駆動ローラ３１６の全周に分布配置されている。図６の実施例の基本理念は図５のものと同じであるが、複数のバー３１５が一対の駆動ローラ３１６間で直線移動部を形成するコンベアベルト３１７に分布配置されている点で異なっている。
【００６９】
図５及び図６に示す各実施例において、各バー３１５はインゴット１と接触する直前位置で内部が減圧状態とされる。接触と同時にバー３１５はインゴット１の外周表面に吸着する。インゴットが注入操作工程１００及び加熱操作工程２００を経ていない場合、インゴット１とバー３１５との間の接触領域ではバーがインゴットに対して相対移動して接触が離れることになる。一方、インゴットが注入操作工程１００及び加熱操作工程２００を経ている場合は、インゴット１とバー３１５との間の接触領域で薄層２がインゴット１から分離され、バー３１５に保持されることになる。バー３１５内部の減圧吸引は、バー３１５が保持している薄層部分が取り出しローラ８に達したときに解除される。
【００７０】
これらの実施例は、先の実施例に比べて、分離操作工程３００と取り出しローラ８上への収納操作工程との間で薄層２の曲がりを強く逆曲げすることがないので薄層２が受ける機械的応力を低くできるという利点を有している。
【００７１】
本発明によるこれらの実施例の変形例においては、半導体材料の薄層２は一枚の支持体６上へ移される。この場合、薄層２は先述のように保持手段３１０によってインゴット１から離れる方向へ動かされ、次いで支持体６へ接着により移される。その後、薄層２は保持手段３１０から解放され、支持体６に担持されて搬出される。
【００７２】
この変形実施例において、支持体６へ移す前又は後に薄層２を複数枚のシートに切断してもよい。
【００７３】
実施例４：
本発明による方法の第４実施例は、注入操作工程１００と、補強支持体６上へ移す操作工程４００と、この移し操作工程４００の前又は最中に実行される加熱操作工程２００とを含んでいる。これを図７に示す。
【００７４】
この実施例では、注入操作工程１００は１００〜２００ｋｅＶのエネルギー強度で実行される。このエネルギー強度は、自立、即ち自己支持性の薄層２を生じるには不充分である。このため、支持体６が補強体として機能するようにしてある。この補強支持体は薄層２の破損及び／又は変形（例えば膨れの形成によるもの）を防止する。
【００７５】
補強支持体６は有利には一枚の接着性フィルムである。この接着性フィルムは例えば加熱されたり紫外線照射を受けたりしたときに接着性となるようなポリマー樹脂或いは同等機能の他の物質からなるものでよい。このような接着性フィルムは一対のローラ８及び１０の間で張力を与えられており、これらローラの間の位置でインゴット１が支持体６上に押し付けられている。この場合、各ローラ８と１０及びインゴット１の軸心は互いに平行である。また支持体６は、最初は繰り出し側のローラ１０に巻かれている。
【００７６】
インゴット１は、回転手段４１９によってその軸心Ｘ−Ｘ回りに回転される。
【００７７】
この実施例において加熱手段２１０はローラ２１５の形態である。このローラは支持体６と薄層２とを共に押さえ込み、同時にこれらを加熱する。支持体６は補強体として機能し、薄層２と支持体６が接触するのとほぼ同時であるがどちらかと言えば加熱操作工程２００中に生じることのある薄層２の変形（例えば膨らみ）を防止する。加熱操作工程２００によって支持体６と薄層２との接着が増強され、これが分離深さにおけるインゴット１の脆化にも寄与する。
【００７８】
支持体６に接着した後に薄層２は分離開始端Ｆでインゴットから離れて行く。インゴット１の回転を支持体６の移動と同期させることにより分離開始端Ｆにおけるインゴット１に対する薄層２の分離を拡げて行くことができる。分離開始端Ｆでは、脆化層は支持体６によってインゴット１に与えられる機械的応力に対して充分に脆化しており、完全に分離する。
【００７９】
注入及び加熱パラメータを適切に選ぶと、インゴット１からの薄層２の分離は加熱操作工程２００の時点までに既に起きており、支持体６は薄層２をインゴット１から単に運び去るだけとすることができる。
【００８０】
このようにして相互に接着された状態の薄層２と支持体６は次いで格納用の取り出しローラ８に巻き取られる。
【００８１】
上記の代わりとして、支持体６をインゴット１との接触前に予め加熱しても良く、或いはインゴット１を支持体６が接触する前に予め加熱するようにしても良い。
【００８２】
本発明による方法の上述実施例の別の変形例では、楔、刃その他の形態の機械的接触や、気体などの流体ジェット流がインゴット１からの薄層２の分離を開始させるために用いられる。
【００８３】
この実施例の更に別の変形例では、支持体６がプレート２０の形態となっている（図９参照）。このプレート２０は剛性であり、例えばガラスもしくは石英製である。従って、注入操作工程１００を行い、その後に薄層２をプレート２０上に移すことができ、その際に、薄層２の分離とプレート２０上への移し替え及びプレート上への薄層の接着を促進するために、プレート２０を加熱することができる。また、注入操作工程１００を中断して薄層２の既に注入処理の済んだ部分のプレート２０への移し替えを完了させ、その後に別の新たなプレート２０で同様の処理工程を再開することも可能である。
【００８４】
実施例５：
本発明による方法の第５実施例は、図７に示した第４実施例に由来するものである。図８に示すように、この第５実施例は、第４実施例と同様の注入操作工程１００、加熱処理工程２００及び薄層を補強支持体６へ移す操作工程４００を含んでいるが、更に熱衝撃を生成する操作工程を含んでいる。注入操作工程１００の後のインゴット１は第４実施例の場合よりも高温になっている。注入を行った領域内でインゴット１に冷却ローラ２１６を押し付けることにより熱衝撃が生起され、この熱衝撃で薄層２とインゴット１との分離が促進助長される。
【００８５】
実施例６：
本発明による方法の第６実施例は、注入操作工程１００、加熱処理工程２００及び分離操作工程３００を含み、これらはいずれも第４実施例における各工程と同様であるが、第６実施例は更に支持体６へ移された薄層２を被覆材料１２で被覆する操作工程を含んでいる。この被覆材料１２は、膜の形態で、或いは液相又は気相の堆積で薄層の上に重ねられる。この実施例は図１０に示してある。このようにして薄層２と支持体６及び被覆材料１２の層１６からなる三層体が得られる。この様式の実施例の適用例は後述の実施例８に述べてある。
【００８６】
実施例７：
本発明による方法の第７実施例は、有利にはＨ−イオンとリンイオンにより同時に実行される注入操作工程１００を含んでいる（図１１ａ参照）。同一加速エネルギーでは、Ｈ−イオンはさほど重くないのでリンイオンよりも深く注入される。従って分離を起こす深さはＨ−イオンによって定まり、一方、リンイオンはｎ形ドープ層１６を生成する。このドープ層１６の下層はｐ形ドープ層１７となる。図１１ｂは、原子種Ｈ−、Ｐ２Ｈ６、及びＰＨ３の濃度Ｃの分布を図１１ａに示した薄層２及びインゴット１における注入深さの関数として示している。このようにして、ドーピング操作と分離のための注入操作とを同時に実行することが可能である。
【００８７】
この実施例は、有利には実施例４で述べたような加熱操作工程２００と、分離操作工程３００と、薄層を支持体へ移す操作工程４００とにより完結する。
【００８８】
実施例８：
本発明による方法の第８実施例は、前述の第６及び第７実施例に由来するものである。この第８実施例では、図１２ａ及び１２ｂに示すように、支持体６及び被覆材料１２には既に配線パターンが組み込まれている。
【００８９】
図１２ａは、支持体６、薄層２及び被覆材料１２を示している。支持体６は相互接続配線パターン（図示しない）を含んでいる。シリコン薄層２は本発明による方法によってシリコンインゴット１から得たものである。薄層２は、実施例７で示したように好ましくはリンもしくはヒ素でドープされたｎ形ドープ層１６とｐ形ドープ層１７を含んでいる。被覆材料１２の層も相互接続配線パターンを含んでいる。これら支持体６、薄層２及び被覆材料１２の三層は、本発明による方法、例えば図６に示した変形例の方法によって積層される。これによって図１２ｂに示すような光電素子が得られ、この場合、被覆材料１２側の表面が光１８に曝される受光面である。
【００９０】
被覆材料１２は反射防止膜として機能することができる。薄層２自体の表面は、本発明による方法の分離操作工程３００の後に研磨されていないので凹凸面のままである。これにより光１８は薄層２内へ多重反射で貫通可能である。
【００９１】
実施例９：
図１３ａ及び１３ｂに示す本発明による方法の第９実施例では、注入操作工程１００をインゴット１の外周表面の全面に亘って実行する。このため、インゴット１をプラズマ注入チャンバー内に配置し、このチャンバー内で原子種を所要の電圧レベルに加速する（図１３ａ）。
【００９２】
次いで、先行の注入操作工程１００で用いた操作条件に応じて、必要であればインゴット１を加熱操作工程２００に付す。
【００９３】
その後、インゴット１を注入チャンバーから取り出して薄層２を剥離する。剥離した薄層２は、好ましくは前述のいずれかの実施例と同様に支持体６上に移される（図１３ｂ）。
【００９４】
この実施例の変形形態として、インゴット１に対し注入操作工程１００と同じチャンバー内で薄層２の形成を助長促進する別の操作処理を行っても良い。
【００９５】
実施例１０：
図１３に示す本発明による方法の第１０実施例は、第２実施例に関連して既に述べたもと同等の注入操作工程１００、加熱操作工程２００及び分離操作工程３００を含むものであるが、インゴット１の長手方向と直交する横断面形状が方形である点で異なっている。加熱操作工程２００と分離操作工程３００は加熱ローラ２１５によって同時に行われる。加熱ローラ２１５は移動可能なシャフトに装着されており、それによって加熱ローラがインゴット１の回転に伴うインゴット表面の変位と、薄層２の分離によるインゴット寸法の減少に伴うインゴット表面の変位との双方に追従できるようにしてある。
【００９６】
以上に述べた種々の実施例を組み合わせることで本発明による方法の多種多様な変形実施形態を得ることができることは述べるまでもない。
【００９７】
前述の各実施例では、注入操作工程１００を原子種の加速ビーム又はプラズマ中への浸漬のいずれかによるイオンの打ち込みによって実行したが、原子種の加速ビームを用いる場合は、ビーム断面形状は線状もしくは矩形状その他の任意の幾何学形状とすることができる。またインゴット１に対して複数のビームで外周表面上の複数ポイント或いは全外周表面に同時にイオンの打ち込みを行うことも可能である。
【００９８】
前述の各実施例のいずれにおいても、加熱操作工程２００はインゴット１からの半導体材料の薄層２の分離を助長促進もしくは誘起するために行うことができる。この目的の操作は、インゴット１からの薄層２の分離と切り離しを完了させるための機械的応力の印加によって完結させることができる。但し、インゴット１からの薄層２の分離は加熱操作工程２００だけでも助長促進及び／又は誘起を完結可能である。勿論、機械的応力の印加だけでも薄層分離の助長促進及び／又は誘起を完結させることが可能である。
【００９９】
同様に、前述の各実施例において脆化層となる多数のマイクロキャビティを生成するために注入した原子種は水素であるが、他の原子種、例えばヘリウムやボロン等も同じく良好に使用することができる。ボロンは分離の助長促進又は誘起と同時に半導体材料の薄層をドープするのに有効に利用することができる。またボロンの使用は、原子種の注入量及び／又は付加的な加熱操作工程の加熱温度及び／又は時間を低減するのにも有効である（例えば米国特許第５８７７０７０号参照）。
【０１００】
幾つかの適用対象にとって、特に注入に曝されるインゴット１の表面を保護しなければならない場合は、注入操作工程１００よりもインゴット１の回転方向の上流側にバッファー層を被着しておいても良い。
【０１０１】
同様に、注入操作工程１００の前であってもインゴット１に補強層を被着しておくことは有益である。
【０１０２】
一般原則として、意図する適用対象に応じて半導体材料の薄層２の片面又は両面にその剥離前又は後に支持体６（補強層、反射層など）を形成することは有益である。
【０１０３】
本発明による方法の更に別の実施形態では、半導体材料の薄層２を支持体６へ一時的に移し、この支持体を、後工程で実行される分離操作３００、或いは加熱操作２００等の分離操作の予備段階を構成する操作のみであっても、操作中に膨れの生成に起因する変形等を防止することのできる補強体として利用する。半導体材料の薄層２は、それが分離した元のインゴット１から格納手段に渡されるまで、或いは薄層に対して所要の機械的強度を保証する別の支持体に移されるまで、この支持体６によって担持されていることが好ましい。従って半導体材料の薄層２の一方の表面は一時的な支持体６に一時的に接着可能としてもよく、この一時的な支持体を補強体としても機能させ、その後、薄層の他の表面に別の支持体を接着してから一時的な支持体６を最終的に剥がすようにしてもよい。
【０１０４】
注入操作工程１００の下流位置でインゴット１に接触するローラも半導体材料の薄層の一時的な支持体として機能させることができる。これは、特に加熱操作工程を伴う場合に有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による基板製作法の第１実施例によりイオン注入と半導体材料の薄層の分離に付されているインゴットの様子を模式的に示した斜視図である。
【図２】  本発明による基板製作装置の一例を図１に示した柱状インゴットの軸心と直交する方向から示した模式構成図である。
【図３】  本発明による方法の第２実施例の使用形態を図１及び図２に示したのと同様に柱状インゴットの軸心と直交する方向から示した模式構成図である。
【図４】  本発明による方法の第３実施例の使用形態を図１〜図３と同様に柱状インゴットの軸心と直交する方向から示した模式構成図である。
【図５】  図４に示した本発明による方法の実施例の変形使用形態を図１〜図４と同様に柱状インゴットの軸心と直交する方向から示した模式構成図である。
【図６】  図４に示した本発明による方法の実施例の別の変形使用形態を図１〜図５と同様に柱状インゴットの軸心と直交する方向から示した模式構成図である。
【図７】  本発明による方法の第４実施例の使用形態を図１〜図６と同様に柱状インゴットの軸心と直交する方向から示した模式構成図である。
【図８】  本発明による方法の第５実施例の使用形態を図１〜図７と同様に柱状インゴットの軸心と直交する方向から示した模式構成図である。
【図９】  本発明による方法の第５実施例の変形使用形態を図１〜図７と同様に柱状インゴットの軸心と直交する方向から示した模式構成図である。
【図１０】  本発明による方法の第６実施例の使用形態を図１〜図９と同様に柱状インゴットの軸心と直交する方向から示した模式構成図である。
【図１１ａ】  本発明による方法の第７実施例で得た基板を本発明の方法によるイオン打ち込み面と直交する方向から示した模式図である。
【図１１ｂ】  注入された原子種の濃度分布を図１１ａに示す基板における注入深さの関数として示したグラフである。
【図１２ａ】  本発明による方法の第８実施例で積層すべき三つ層を模式的に示した斜視図である。
【図１２ｂ】  図１２ａに示す三層の積層後に得られる構造を示した模式構成図である
【図１３】  本発明による方法の第９実施例の使用形態を図１〜図１０と同様に柱状インゴットの軸心と直交する方向から示した模式構成図である。
【図１４】  本発明の変形実施例で使用されている方形断面形状のインゴットをインゴット軸心と直交する方向から示した模式構成図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４】
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