(57)【要約】【課題】低コストかつ高生産性で適切な高品質単結晶シリコンシートを製造する。【解決手段】表面領域１７０２及び所定の深さでの剥離領域１７０６を有する半導体基板１７００の提供により、材料の膜１７２０が形成される。膜の剥離の間、剥離領域のせん断は制御される。例えば、平面方向の剪断成分（ＫＩＩ）はほぼ０に保たれ、張力領域と圧縮領域に挟まれる。例えば、基体表面上のプレートを使用して剥離される。プレートは、膜の剥離の間、膜の動きを拘束し、局所的な熱処理と共に、せん断の広がりを低減させる。例えば、ＫＩＩ成分は、目的を持って高値が維持されて、剥離シーケンスを通じて、破壊伝播を案内して制御する。例えば、電子光線が照射されシリコンが断熱加熱されて高いＫＩＩ成分が提供されて、急峻の熱勾配が生じ、結果として、シリコン内の、正確に定義された深さで応力が生じる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜を基板から剥離する剥離方法であって、
表面及び下層の剥離領域を有する基板を提供する工程と、
前記剥離領域と前記表面との間に加熱された材料のボリュームを生成するために、予め定められたエネルギーを有する熱源を前記表面と直角をなす方向に適用する工程と、を含み、加熱された前記ボリュームは、実質的に均一の温度分布を示すと共に、続いて前記剥離領域における急激な温度低下を示し、
前記剥離領域において、前記膜を前記基板から剥離する工程と、をさらに含む
剥離方法。
【請求項２】
前記熱源の適用は、断熱過程の前記材料のボリュームを加熱する
請求項１に記載の剥離方法。
【請求項３】
前記材料のボリュームのサイズ及び前記急激な温度低下の深さを決定するために、前記予め定められたエネルギーは調節可能である
請求項１に記載の剥離方法。
【請求項４】
前記急激な温度低下は、１０℃/μｍ以上である
請求項１に記載の剥離方法。
【請求項５】
前記熱源は、約１０-4乃至１０-6［Ｔｏｒｒ］の間の圧力を有する真空の環境で適用された多数の電子を備える
請求項１に記載の剥離方法。
【請求項６】
前記真空は、前記剥離を促進させる
請求項５に記載の剥離方法。
【請求項７】
前記剥離工程は、熱源、サーマルシンク、電気源、機械源又は化学源から選択されるエネルギー源を用いる前記剥離の開始工程を含む
請求項１に記載の剥離方法。
【請求項８】
前記剥離工程は、熱源、サーマルシンク、電気源、機械源又は化学源から選択されるエネルギー源を用いる前記剥離の伝播工程をさらに含む
請求項１に記載の剥離方法。
【請求項９】
水素イオン種又はその同位元素から選択される粒子を、前記剥離領域に沈着させるために、前記基板の前記表面に注入する工程をさらに含む
請求項１に記載の剥離方法。
【請求項１０】
前記粒子は、前記剥離領域の部分のみに注入される
請求項９に記載の剥離方法。
【請求項１１】
前記粒子のドース量は、前記剥離領域の部分においてより多い
請求項９に記載の剥離方法。
【請求項１２】
前記熱源は、電子ビームとして適用される
請求項１に記載の剥離方法。
【請求項１３】
前記熱源は、パルス化の方法で適用される
請求項１に記載の剥離方法。
【請求項１４】
前記熱源は、走査の方法で適用される
請求項１に記載の剥離方法。
【請求項１５】
前記急激な温度低下は、前記剥離領域における制御されたせん断をもたらす
請求項１に記載の剥離方法。
【請求項１６】
前記熱源は、光子源である
請求項１に記載の剥離方法。
【請求項１７】
前記光子源は、レーザを備える
請求項１６に記載の剥離方法。
【請求項１８】
前記光子源は、フラッシュランプを備える
請求項１６に記載の剥離方法。
【請求項１９】
前記光子源は、パルス源である
請求項１６に記載の剥離方法。
【請求項２０】
前記熱源は、局所的に適用される
請求項１に記載の剥離方法。
【請求項２１】
前記熱源は、全体的に適用される
請求項１に記載の剥離方法。
【請求項２２】
前記剥離の少なくとも一部分は、真空環境において行われる
請求項１に記載の剥離方法。
【請求項２３】
膜を基板から剥離する剥離方法であって、
表面と深さとの間に定められる頂部領域を有する基板を提供する工程と、
前記深さで均一の熱環境をつくるために、所定の長時間、前記表面に対して正の熱エネルギーを適用する工程と、
前記深さでの温度勾配及び前記頂部領域内の引っ張り応力を生成するために、所定の短時間、前記表面に対して負の熱エネルギーを適用する工程と、を含み、その工程の結果、前記頂部領域と下層の基板との間の応力の対比は、前記頂部領域を前記基板から剥離させる
剥離方法。
【請求項２４】
前記基板は、前記深さにおける剥離領域が提供され、
前記剥離領域の近傍の前記頂部領域の更なる剥離を生じさせるために、前記正の熱エネルギー及び前記負の熱エネルギーは局所的に適用される
請求項２３に記載の剥離方法。
【請求項２５】
前記剥離領域は、前記基板内の前記深さに対して注入されたイオンを備える
請求項２４に記載の剥離方法。
【請求項２６】
前記剥離領域に隣接する剥離平面を前記基板に提供する工程をさらに含み、
前記剥離平面は、前記剥離領域のドース量よりも少ないドース量での前記表面内へのイオン注入によって形成される
請求項２５に記載の剥離方法。
【請求項２７】
圧力の適用の前に、前記剥離領域にモーメントを印加する工程をさらに含む
請求項２４に記載の剥離方法。
【請求項２８】
前記表面の上に、更なる剥離の間その上部部分の動きを拘束するために、プレートを配置する工程をさらに含み、
前記モーメントの印加工程は、前記剥離領域の下に圧力を適用する工程を含む
請求項２７に記載の剥離方法。
【請求項２９】
前記圧力は、ガスの噴射によって適用される
請求項２８に記載の剥離方法。
【請求項３０】
前記頂部領域の追加部分を前記基板から剥離するために、前記正の熱エネルギー及び前記負の熱エネルギーを局所的に再適用する工程をさらに含む
請求項２５に記載の剥離方法。
【請求項３１】
前記上部部分を前記プレートに引き付けるために、前記プレートを通じて真空圧又は静電気力を適用する工程をさらに含む
請求項２８に記載の剥離方法。
【請求項３２】
前記正の熱エネルギー及び前記負の熱エネルギーの局所的な再適用の繰り返しの間、前記頂部領域の追加部分の上に重なる前記上部部分に対して、拘束のための前記プレートが並進できるように、拘束のための前記プレートから正の圧力を適用する工程をさらに含む
請求項３１に記載の剥離方法。
【請求項３３】
前記深さにおける前記応力の対比の位置を決めるために、前記熱エネルギーの大きさ、又は前記所定の短時間の長さが制御される
請求項２３に記載の剥離方法。
【請求項３４】
前記温度勾配は、１０℃/μｍ以上である
請求項２３に記載の剥離方法。
【請求項３５】
前記剥離の少なくとも一部分は、真空環境において行われる
請求項２３に記載の剥離方法。
【請求項３６】
膜を基板から剥離する剥離方法であって、
表面と深さとの間に定められる頂部領域を有する基板を提供する工程と、
前記深さでの温度勾配及び前記頂部領域内の引っ張り応力を生成するために、負の熱エネルギーを適用する工程と、を含み、その工程の結果、前記頂部領域と下層の基板との間の応力の対比は、前記頂部領域を前記基板から剥離させる
剥離方法。
【請求項３７】
前記負の熱エネルギーは、前記表面に適用される
請求項３６に記載の剥離方法。
【請求項３８】
前記負の熱エネルギーは、前記表面以外に適用される
請求項３６に記載の剥離方法。
【請求項３９】
前記負のエネルギーは、局所的に適用される
請求項３６に記載の剥離方法。
【請求項４０】
前記負のエネルギーは、全体的に適用される
請求項３６に記載の剥離方法。
【請求項４１】
前記剥離の少なくとも一部分は、真空環境において行われる
請求項３６に記載の剥離方法。
【請求項４２】
膜を基板から剥離する剥離方法であって、
表面と深さとの間に定められる頂部領域を有する基板を提供する工程と、
前記深さでの均一の熱環境をつくるために、前記基板に対して正の熱エネルギー適用する工程と、
前記深さでの温度勾配及び前記頂部領域内の引っ張り応力を生成する工程と、を含み、その工程の結果、前記頂部領域と下層の基板との間の応力の対比は、前記頂部領域を前記基板から剥離させる
剥離方法。
【請求項４３】
前記温度勾配及び前記引っ張り応力は、熱の放散から生じる
請求項４２に記載の剥離方法。
【請求項４４】
前記温度勾配及び前記引っ張り応力は、前記表面の反対側の前記基板の下面に対する熱の適用により生じる
請求項４２に記載の剥離方法。
【請求項４５】
前記剥離の少なくとも一部分は、真空環境において行われる
請求項４２に記載の剥離方法。
【請求項４６】
膜を基板から剥離する剥離方法であって、
表面と深さにおける剥離領域との間に定められる頂部領域を有する基板を提供する工程と、
未剥離の前記基板からその上部部分を剥離するために、前記剥離領域において圧力を適用する工程と、
表面の上に配置されるプレートによって、前記上部部分の動きを前記剥離の間拘束する工程と、を含む
剥離方法。
【請求項４７】
前記剥離領域は、前記基板内の前記深さに対して注入されたイオンを備える
請求項４６に記載の剥離方法。
【請求項４８】
前記剥離領域に隣接する剥離平面を前記基板に提供する工程をさらに含み、
前記剥離平面は、前記剥離領域のドース量よりも少ないドース量での前記表面内へのイオン注入によって形成される
請求項４７に記載の剥離方法。
【請求項４９】
前記圧力は、ガスの噴射によって適用される
請求項４６に記載の剥離方法。
【請求項５０】
前記圧力は、刃の挿入によって適用される
請求項４６に記載の剥離方法。
【請求項５１】
前記上部部分を前記プレートに引き付けるために、前記プレートを通じて真空圧又は静電気力を適用する工程をさらに含む
請求項４６に記載の剥離方法。
【請求項５２】
前記頂部領域の追加部分の上に重なる前記上部部分に対して、前記プレートが並進できるように、前記プレートから正の圧力を適用する工程をさらに含む
請求項５１に記載の剥離方法。
【請求項５３】
基板の裏側を支持するように構成されるトレイと、
前記基板の表側の上を移動可能な拘束プレートと、
を備え、
前記拘束プレートは、静電気力又は真空圧を前記基板に適用するように構成される
剥離装置。
【請求項５４】
前記拘束プレートは、前記真空圧のため多孔性である
請求項５３の剥離装置。
【請求項５５】
前記拘束プレートは、入口と連通する貫通孔を含む
請求項５３に記載の剥離装置。
【請求項５６】
前記拘束プレートは、前記基板の前記表側と平行方向に移動可能である
請求項５３に記載の剥離装置。
【請求項５７】
前記拘束プレートは、前記基板の前記表側に対して垂直方向に移動可能である
請求項５３に記載の剥離装置。
【請求項５８】
前記拘束プレートは、正の圧力源と流体連通する
請求項５３に記載の剥離装置。
【請求項５９】
前記拘束プレートは、補助口を通じて前記正の圧力源と流体連通する
請求項５８に記載の剥離装置。
【請求項６０】
膜を基板から剥離する剥離方法であって、
基板を適所に固定する工程と、
下層の剥離領域に沿って前記基板の表面から部分的に膜を分離させる工程と、
前記剥離領域に沿った剥離の伝播が、前記基板からの前記膜のさらなる分離を生じさせるように、モーメント、若しくは、力、又は、モーメントおよび力を前記基板内に生成させる工程と、を含む
剥離方法。
【請求項６１】
前記基板は、端部を固定することによって、適所に固定される
請求項６０に記載の剥離方法。
【請求項６２】
前記基板の前記端部に力を適用することにより、前記モーメント、若しくは、前記力、又は、前記モーメントおよび前記力は生成される
請求項６１に記載の剥離方法。
【請求項６３】
前記基板は、その底部を固定することによって、適所に固定される
請求項６０に記載の剥離方法。
【請求項６４】
前記基板の表面に熱エネルギーを適用することにより、前記モーメント、若しくは、前記力、又は、前記モーメントおよび前記力は生成される
請求項６０に記載の剥離方法。
【請求項６５】
前記熱エネルギーの暴露に応じて変化する前記基板の前記深さにおける材料の熱膨張の相違により、前記モーメント、若しくは、前記力、又は、前記モーメントおよび前記力は生成される
請求項６４に記載の剥離方法。
【請求項６６】
前記熱エネルギーは、レーザとして、又は、電子ビームとして適用される
請求項６４に記載の剥離方法。
【請求項６７】
前記熱エネルギーは、剥離の伝播の位置に先だって、局所的に適用される
請求項６４に記載の剥離方法
【請求項６８】
前記基板に音波エネルギーを適用することにより、前記モーメント、若しくは、前記力、又は、前記モーメントおよび前記力は生成される
請求項６０に記載の剥離方法。
【請求項６９】
前記音波エネルギーは、前記基板の全体に適用される
請求項６８に記載の剥離方法。
【請求項７０】
前記音波エネルギーは、前記剥離の伝播の近傍位置において前記基板に局所的に適用される
請求項６８に記載の剥離方法。
【請求項７１】
前記音波エネルギーを、前記基板に対して、周波数のレンジにわたって走査する工程と、
前記走査工程によって生じた前記基板内の調和振動を検出する工程と、
前記調和振動を引き起こしている前記音波エネルギーの周波数を識別する工程と、を含み、識別された前記周波数の前記音波エネルギーは、前記剥離の伝播のために前記基板に適用される
請求項６８に記載の剥離方法。
【請求項７２】
基板を適所に固定するように構成される部材と、
音波エネルギーを前記基板に適用するように構成される音のトランスデューサと、
前記基板内の調和振動を検出するように構成されるセンサと、
前記音のトランスデューサ、前記センサ、及び、コンピュータが読み出し可能な記憶媒体と通信するプロセッサを備えたホストコンピュータと、
を備え、
前記コンピュータが読み出し可能な記憶媒体は、
前記トランスデューサに、周波数のレンジにわたって音波エネルギーを前記基板に走査させると共に、前記調和振動を引き起こすと識別された周波数の音波エネルギーを前記基板に適用させるための、
前記プロセッサに対する直接的な命令を格納している
剥離装置。
【請求項７３】
前記トランスデューサは、前記音波エネルギーを基板の全体に適用するように構成される
請求項７２に記載の剥離装置。
【請求項７４】
前記トランスデューサは、前記音波エネルギーを前記基板に局所的に適用するように構成される
請求項７２に記載の装置。
【請求項７５】
前記トランスデューサは、前記基板の前記剥離領域に沿った剥離の伝播と共に、前記音波エネルギーを移動させるように構成される
請求項７４に記載の剥離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御された剥離領域を用いて膜の層剥離を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
正式な本特許出願は、２００８年５月７日に出願された米国の仮特許出願（特許出願番号第６１／０５１３０７号）を優先権主張の基礎としており、当該仮特許出願はすべての目的のために引用によって本願明細書において援用されたものとする。
【０００３】
人類誕生以来、人は、エネルギーのほぼ全ての有用な形態を取り出すために、「太陽」に依存してきた。この種のエネルギーは、石油、輻射熱、木材等様々なものから取り出される。単なる例示であるが、エネルギーが必要とされる多くの場合において、人は、石炭やガスのような石油ソースに依存してきた。残念なことに、この種の石油ソースは減少してきており、その結果、他の課題が生じるようになってきた。そこで、我々の石油ソースへの依存を減少させるべく、石油ソースの代替の１つである太陽エネルギーが提案されている。単なる例示であるが、太陽エネルギーは、概してシリコンで出来ている「太陽電池」から取り出すことができる。
【０００４】
シリコン太陽電池は、太陽からの輻射にさらされると、電力を発生させる。すなわち、太陽からの放射光は、シリコンの原子と相互に作用して、シリコンボディのうち、ｐ−ドープされた領域に移動した電子と、ｎ−ドープされた領域に移動した正孔とを形成させることで、電位差を生じさせ、ドープされた領域間に電流を流す。効率改善のために、太陽電池の複数のセルは、集光素子と共に積層される。例えば、活性光電子材料の１以上の部分として、この種の放射光を導くための集光素子を採用することで、太陽輻射は蓄積して集光される。これらの太陽電池は、効率的であるにもかかわらず、いまだ多くの制約がある。
【０００５】
単なる例示であるが、太陽電池は、シリコンのような出発原料にしばしば依存する。この種のシリコンは、一般的に、ポリシリコン材料と単結晶シリコン材料のいずれか一方又は両方を用いて製作される。ポリコン材料もまた、単結晶粒の寸法及び結晶化度（マルチ結晶質、微結晶性、ナノ結晶質等と称されている）の程度に応じて、同様に製作される。多数のランダムな結晶方位及び多数の粒子境界を有しない単結晶シリコン（ｍｏｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）に対して、これらの材料を、以下、ポリシリコン（ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ）と称する。アモルファスシリコンは、数ミクロン未満の厚み内のその劣ったキャリア寿命のため、ウェハされた太陽電池においては一般的に使用されるシリコンの形態とはなっていない。
【０００６】
太陽電池の材料は、製造するのがしばしば困難である。ポリシリコン電池は、ポリシリコンプレートを製造することによって、しばしば製造される。これらのポリシリコンプレートは、結晶化炉を用いた低費用の方法で形成できるが、高効率の太陽電池の材料としては最適特性を備えていない。ポリシリコンプレートは、特に、太陽エネルギーを捕えて、使用可能な電力に変換する際の有効効率としては、最高の効率を示していない。
【０００７】
これに対して、単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）は、高品質の太陽電池にとって適切な特性を有する。しかしながら、この種の単結晶シリコンは、製造コストが高く、効率的かつ費用効果的な方法で太陽電池に用いることは従来困難であった。
【０００８】
加えて、ポリシリコン材料と単結晶シリコン材料とはいずれも、単結晶シリコン基板を製造する過程で、物質的な損失（後述する切り溝損失）が生ずる。ここで、従来の単結晶シリコン基板製造では、当初は大きい単結晶シリコンインゴットから、物理的に薄い単結晶シリコン層を剥離するために、剥離機を用いる方法が採用されている。例えば、このような方法のうちＩＤソー（内周刃式剥離機）を用いる方法やワイヤーソーを用いる方法では、鋳物又は成長したブールから、出発原料の４０％程度のもの、最高で６０％のものが除去されて（そのような物質的な損失がなされて）、ウェハ形状の膜が剥離される。これは、太陽電池を構成する薄いポリシリコン又は単結晶シリコンプレートを用意する方法としては、非常に非効率的な方法である。
【０００９】
このようなシリコン材料を使用する欠点を解決するために、薄膜太陽電池が提案されている。薄膜太陽電池は、単結晶シリコン基板から製造される高価なバルクシリコン電池と比較すると、少量のシリコン材料又は代替素材を用いているため安価である一方、アモルファス又は多結晶の構造物を用いているため非効率的である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上の説明から、低コストかつ高生産性を持って、適切な高品質単結晶シリコンシートを製造する技術が熱望されていることがわかる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の剥離方法は、膜を基板から剥離する剥離方法であって、表面及び下層の剥離領域を有する基板を提供する工程と、前記剥離領域と前記表面との間に加熱された材料のボリュームを生成するために、予め定められたエネルギーを有する熱源を前記表面と直角をなす方向に適用する工程と、を含み、加熱された前記ボリュームは、実質的に均一の温度分布を示すと共に、続いて前記剥離領域における急激な温度低下を示し、前記剥離領域において、前記膜を前記基板から剥離する工程と、をさらに含む。
【００１２】
本発明の剥離方法は、膜を基板から剥離する剥離方法であって、表面と深さとの間に定められる頂部領域を有する基板を提供する工程と、前記深さで均一の熱環境をつくるために、所定の長時間、前記表面に対して正の熱エネルギーを適用する工程と、前記深さでの温度勾配及び前記頂部領域内の引っ張り応力を生成するために、所定の短時間、前記表面に対して負の熱エネルギーを適用する工程と、を含み、その工程の結果、前記頂部領域と下層の基板との間の応力の対比は、前記頂部領域を前記基板から剥離させる。
【００１３】
本発明の剥離方法は、膜を基板から剥離する剥離方法であって、表面と深さとの間に定められる頂部領域を有する基板を提供する工程と、前記深さでの温度勾配及び前記頂部領域内の引っ張り応力を生成するために、負の熱エネルギーを適用する工程と、を含み、その工程の結果、前記頂部領域と下層の基板との間の応力の対比は、前記頂部領域を前記基板から剥離させる。
【００１４】
本発明の剥離方法は、膜を基板から剥離する剥離方法であって、表面と深さとの間に定められる頂部領域を有する基板を提供する工程と、前記深さでの均一の熱環境をつくるために、前記基板に対して正の熱エネルギー適用する工程と、前記深さでの温度勾配及び前記頂部領域内の引っ張り応力を生成する工程と、を含み、その工程の結果、前記頂部領域と下層の基板との間の応力の対比は、前記頂部領域を前記基板から剥離させる。
【００１５】
本発明の剥離方法は、膜を基板から剥離する剥離方法であって、表面と深さにおける剥離領域との間に定められる頂部領域を有する基板を提供する工程と、未剥離の前記基板からその上部部分を剥離するために、前記剥離領域において圧力を適用する工程と、表面の上に配置されるプレートによって、前記上部部分の動きを前記剥離の間拘束する工程と、を含む。
【００１６】
本発明の剥離装置は、基板の裏側を支持するように構成されるトレイと、前記基板の表側の上を移動可能な拘束プレートと、を備え、前記拘束プレートは、静電気力又は真空圧を前記基板に適用するように構成される。
【００１７】
本発明の剥離方法は、膜を基板から剥離する剥離方法であって、基板を適所に固定する工程と、下層の剥離領域に沿って前記基板の表面から部分的に膜を分離させる工程と、前記剥離領域に沿った剥離の伝播が、前記基板からの前記膜のさらなる分離を生じさせるように、モーメント、若しくは、力、又は、モーメントおよび力を前記基板内に生成させる工程と、を含む。
【００１８】
本発明の剥離装置は、板を適所に固定するように構成される部材と、音波エネルギーを前記基板に適用するように構成される音のトランスデューサと、前記基板内の調和振動を検出するように構成されるセンサと、前記音のトランスデューサ、前記センサ、及び、コンピュータが読み出し可能な記憶媒体と通信するプロセッサを備えたホストコンピュータと、を備え、前記コンピュータが読み出し可能な記憶媒体は、前記トランスデューサに、周波数のレンジにわたって音波エネルギーを前記基板に走査させると共に、前記調和振動を引き起こすと識別された周波数の音波エネルギーを前記基板に適用させるための、前記プロセッサに対する直接的な命令を格納している。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、制御された剥離領域を用いて膜の層剥離を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】伝播の一般的な場合の簡略図である。
【図２】本発明の一実施例におけるパターン化された高エネルギー粒子の注入による、剥離開始領域の形成を示す簡略線図である。
【図３Ａ】拘束プレートを含む剥離装置の簡略断面図を示す図である。
【図３Ｂ】拘束プレートを利用した剥離の結果生じる膜の応力シミュレーション結果を示す図である。
【図４】膜の剥離のための荷重を用いた際の、剥離の伝播の間に、基板のタブ端から、剥離されたゾーンの重心の間の距離（μｍ）の関数としての値を幾つかプロットしたものである。
【図５】熱剪断の際の、剥離の伝播の間に、基板のタブ端から、剥離されたゾーンの重心の間の距離（μｍ）の関数としての値を幾つかプロットしたものである。
【図６Ａ】４２ｋＰａの圧力を適用した場合における、剥離エネルギーと温度差の関係をプロットしたものでる。
【図６Ｂ】４２ｋＰａの圧力を適用した場合における、ＫＩＩ／ＫＩの比率と温度差の関係をプロットしたものである。
【図７】熱の印加とひびの伝播の前に、圧力を完全に印加した状態を示す図である。
【図８Ａ】加熱浸透がなされた結果として生じる温度分布図である。
【図８Ｂ】冷却衝撃がなされた結果として生じる温度分布図である。
【図９Ａ】３つのゾーンを剥離するための加熱／冷却による剥離のシーケンスと、圧力の適用後の剥離の伝播の時間的なシーケンスのうち１番目のシーケンスを示す図である。
【図９Ｂ】３つのゾーンを剥離するための加熱／冷却による剥離のシーケンスと、圧力の適用後の剥離の伝播の時間的なシーケンスのうち２番目のシーケンスを示す図である。
【図９Ｃ】３つのゾーンを剥離するための加熱／冷却による剥離のシーケンスと、圧力の適用後の剥離の伝播の時間的なシーケンスのうち３番目のシーケンスを示す図である。
【図９Ｄ】３つのゾーンを剥離するための加熱／冷却による剥離のシーケンスと、圧力の適用後の剥離の伝播の時間的なシーケンスのうち４番目のシーケンスを示す図である。
【図１０】熱の剥離工程の適用の結果として生じるエネルギー分布を示す図である。
【図１１】電子エネルギーの関数として、シリコン及びゲルマニウムの電子範囲を示す図である。
【図１２Ａ】断熱加熱パルスの始めと終わり近くでの、モーメントを印加した場合の膜の応力と剥離状況のうち１番目の状況を示す図である。
【図１２Ｂ】断熱加熱パルスの始めと終わり近くでの、モーメントを印加した場合の膜の応力と剥離状況のうち２番目の状況を示す図である。
【図１２Ｃ】断熱加熱パルスの始めと終わり近くでの、モーメントを印加した場合の膜の応力と剥離状況のうち３番目の状況を示す図である。
【図１３】ある期間を通じての電子ビームの適用により断熱加熱がなされた場合における、エネルギー密度とシリコンの深さとの関係をプロットしたものである。
【図１４】固定された基板の端に力を直接適用したことにより生じるモーメントＭ2及びＭ3によって、膜が剥離されることを示す簡略断面図である。
【図１５】固定された基板に熱エネルギーを適用したことにより生じるモーメントＭ1乃至Ｍ3及び力Ｐ1乃至Ｐ3によって、膜が剥離されることを示す簡略断面図である。
【図１６】固定された基板全体に音波エネルギーを適用したことにより生じるモーメントＭ1乃至Ｍ3によって、膜が剥離されることを示す簡略断面図である。
【図１７】固定された基板に局所的な音波エネルギーを適用したことにより生じるモーメントＭ1乃至Ｍ3によって、膜が剥離されることを示す簡略断面図である。
【図１８】本発明が適用される方法の実施例の各ステップを示す簡略フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［発明の概要］
太陽電池の材料となる膜は、表面領域及び下層の予め定められた深さに位置する剥離領域を有する半導体基板を提供することによって製作される。膜を基板から剥離する剥離工程では、剥離領域内のせん断が慎重に制御される。一実施例によれば、平面方向のせん断成分（ＫＩＩ成分）は、張力領域と圧縮領域にはさまれることで、ほぼゼロに保持される。一実施例では、基板表面の上に配置されるプレートを用いて、膜の剥離が可能になる。このプレートは、剥離プロセスにおいて、剥離中の膜の動きを拘束するのに役立ち、局所的に施される熱処理と共に、せん断が拡張していくことを抑制する。他の実施例では、ＫＩＩ成分を意図的に高レベルに維持することで、剥離シーケンスの間、剥離の伝播を導いて広げていくことができる。一実施例では、高いＫＩＩ成分は、電子線の照射によるシリコンの断熱加熱によって提供される。そして、高いＫＩＩ成分は、正確に定義されたシリコンの深さで、急峻な温度勾配を与え、その結果として応力が生じる。
【００２２】
本発明の実施例は、一般に、膜を形成するための層剥離の技術に関する。より詳しくは、本発明は、太陽電池用の膜において、イオン注入が少ないか又はほぼない層を剥離する装置及び方法を提供する。単なる一実施例であるが、単結晶シリコン基板の結晶学的な平面に沿って厚膜を剥離することに対して、本発明は適用可能である。しかし、本発明は、より広範囲な分野に適用できると認識される。
【００２３】
多くの利点は、本発明を具現化することによって得ることができる。好適な実施例では、シリコンインゴット基板として、｛１１１｝又は｛１１０｝の結晶学的な平面を表層平面として有するものを選択することが可能である。なお、｛  ｝はミラー指数を示している。したがって、剥離領域の生成のためのイオン注入工程は、大部分を省略できるか、又は、周辺領域の一部に剥離開始領域を形成するまでに制限することが可能である。これにより、実質的に層の剥離工程を単純化して、システムのエネルギーコストを減少させ、生産性を向上させることが可能になる。
【００２４】
一実施形態では、このような剥離工程は、次の（ｉ）と（ｉｉ）に分類される。
（ｉ）高い注入量（開始ドース量）を用いる最初の工程であって、シリコンインゴット基板の比較的小さい領域（開始領域）において剥離を生じさせる工程。
（ｉｉ）伝搬工程。具体的には、膜（伝搬領域）を剥離していくために、剥離の先端を、未剥離のシリコンインゴット基板中に伝播させていく工程。
伝搬工程では、剥離対象の膜の大部分の表面領域を通じて、開始領域を拡張させる必要がある。したがって、少ないドース量のイオン注入によって、そして、おそらくイオン注入が無くとも、この伝搬工程は確実に動く必要がある。この伝搬工程におけるイオン注入量（ドース量）は、伝搬ドース量と称されている。したがって、剥離工程全体で必要とされるイオン注入の総ドース量は、開始ドース量と伝搬ドース量の加重平均となる。例えば、伝播領域が１×１０16ｃｍ-2の水素を利用し、開始領域が総面積の１％であって、６×１０16ｃｍ-2の水素を利用する場合、有効な総ドース量は０．０１×６×１０16ｃｍ-2＋０．９９×１×１０16ｃｍ-2、つまり、１．０５×１×１０16ｃｍ-2となる。伝播ドース量を減少させるか又は無くすことは、剥離工程で要求される総ドース量に対して第一に影響を及ぼす。
【００２５】
注入量（ドース量）の低下は、次いで、次の（ｉ）と（ｉｉ）に依存する。
（ｉ）剥離のガイド動作を最大にするために注入水素の効果を最適化すること
（ｉｉ）膜の破壊や亀裂を生じさせずに所望の深さで剥離先頭部を保持していくために、剥離の先端で最適な応力強度の状況をつくりだすことによって、剥離工程を最適化すること
本発明の実施例は、剥離の伝搬工程において機械的設定を最適化することを目的とする。
【００２６】
一実施例では、線形加速器を使用して発生され、注入量（ドース量）が制御された高エネルギーのイオン粒子を照射することによって、パターン化されたイオン注入で剥離開始領域を生成することが可能になる。一実施形態では、応力勾配を生み出すために、力（適切な熱処理工程及び／又は機械力によって発生する力）が印加されると共に機械的なモーメントが印加され、その結果、混在モードを生成するための機械的構成の本来的な傾向にもかかわらず、実質的にせん断領域をほぼ生成させないことが可能になる。
【００２７】
本発明の実施例を利用することで、従来の技術を利用した場合と比較して切り溝損失を実質的に低く抑えた状態で、数十ミクロンから数百ミクロンのオーダの厚みを有する高品質厚膜結晶質の材料を製作することが可能になる。その結果、本発明の実施例を利用して生成される単結晶シリコン膜は、特に高効率（２０％以上）の光電池用として好適なものとなる。幾つかの実施例では、既存の製造処理システムや製造技術を活用することができると共に、様々な半導体装置に対して適用可能な、薄いウェーハ／基板を製造するための新しく開発された特定の技術の優位性を活用することができる。本発明の各種実施形態についてのより多くの詳細について、下記に説明する。
【００２８】
［発明の詳細な説明］
本発明の具体例として、太陽電池用の膜の層剥離を可能とする装置及び方法について説明する。以下の実施例は、単結晶シリコン基板の結晶学的な平面に沿って膜が剥離される技術に対して本発明が適用される例である。しかしながら、本発明は、より広範囲な分野に適用できると思料する。例えば、Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ、Ｇａｌｌｉｕｍ Ａｒｓｅｎｉｄｅ（ＧａＡｓ）、Ｇａｌｌｉｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ（ＧａＮ）、又はＳｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ（ＳｉＣ）といった他の材料は、太陽、光電子回路又は半導体用途の材料の膜を剥離するための離剥工程に利用することができる。
【００２９】
「背景」の欄で上述したように、シリコンをベースにした太陽電池の分野の成長は、ウェハする際の切り溝の損失によるコストの問題を低減させることに依存する。従来の剥離機を用いる技術や、最近報告されて採用されているウェハの技術（例えばマルチ導線鋸、スパークカット、レーザーカット又はプラズマカットの技術）は、太陽電池の膜を適切にする技術であるが、切り溝の損失量が高いという問題点や、カッティング速度が遅いという問題点や、製造が容易ではないという問題点のため、有用性を発揮できていない。
【００３０】
解決策としては、基板表面下に所望の厚みの剥離領域を作るために高エネルギーのイオンビームを使用すること、及び、未剥離の基板から膜を切り離すための層剥離工程を実行することである。しかしながら、剥離し易い剥離領域を生成するために、注入イオンだけを使用することは、高いドース量のイオン注入と注入領域の拡張とが必要となる場合がある。さらに、注入イオンに対するこの種の依存は、表層がより粗くなる結果となり、その結果、高いドース量のイオン注入と注入領域の拡張とに伴う高コストや生産性減少を生じさせ、場合によっては、多少のたわみも発生させてしまう。このような課題や他の課題は、以下の実施例で示す方法及び仕組を使用して解決することが可能である。
【００３１】
本発明の具体例によれば、イオン注入のドース量が実質的に減少されるか或いはほぼ無い状態で、材料の膜の剥離を達成することが可能である。このために、剥離工程においては、剥離が行われている間、せん断の状況が慎重に制御される。実施例において、表面領域、周辺領域、及び表面領域の下層の予め定められた深さでの剥離領域を有する半導体基板を形成することによって、材料の膜を形成させることが可能となる。特許出願を急ぐため、「剥離領域（ｃｌｅａｖｅ ｒｅｇｉｏｎ）」という用語を利用している。ただし、当該用語は、放射線又は注入イオンを受けた領域を必ずしも意味するわけではない。当該用語は、放射線及び／又は注入イオンの使用、及び／又は外部からの適切な剥離エネルギーの使用の後に、基板から剥離可能となる領域を専ら意味する。
【００３２】
剥離開始領域は、剥離領域と近接する周辺領域の一部の中で定めることができる。所定の領域に対して熱、化学、電気、及び／又は、機械の方法を施して、その所定の領域内の膜の部分を粉砕させるか吐出させることで、その所定の領域が剥離開始領域として形成される。
【００３３】
一実施例では、剥離開始領域に対して局所的に熱処理を施すことで、剥離が開始する。その結果、剥離先頭部は、剥離開始領域の中から開始して、イオン注入のドース量が少ない領域の周辺まで伝播していき、そこからは、更なる伝播を促進させないことが可能になる。その後、既存の剥離先頭部から剥離が開始され、膜の剥離を未剥離の基板を通じて伝搬させていくという工程が、一般的な膜の剥離工程になる。
【００３４】
図１は、本発明の一実施例としての、表面領域の下層の予め定められた深さに剥離領域を有する半導体基板の側面を示す簡略線図である。なお、この線図は、一実施例を単に示しているだけであり、本願明細書にて、請求項の範囲を過度に制限してはならない。従来技術を認知できる当業者であれば、多くのバリエーション、変形例及び変更態様を認識することができる。
【００３５】
図１に示すように、半導体基板１７００には、表面領域１７０２と周辺領域１７０４とが設けられている。さらに、半導体基板１７００には、剥離領域１７０６が設けられている。剥離領域１７０６は、本質的には、表面領域１７０２の下層に位置し、予め定められた深さｄの仮想平面又は仮想層である。そして、剥離領域１７０６は、半導体基板１７００から剥離される膜１７２０の厚みを定めるために用いられる。一実施例では、半導体基板は、深さｄより実質的に大きい厚みを有する。一実施形態では、半導体基板は、光電子太陽電池に使用する単結晶シリコン材料である。一実施形態では、シリコン基板は、選択的に｛１１１｝又は｛１１０｝の結晶学的な平面（ミスカット角度が約１°以下のものが存在可能な平面又はミスカット角度が約３°以下のものが存在可能平面）の表面を備えている。一実施形態では、定められた剥離領域１７０６は、表面領域１７０２と実質的に平行である。剥離の挙動は、従来の｛１００｝平面に沿うよりも、｛１１０｝平面が続く｛１１１｝平面に沿った方が非常に容易である。したがって、低い表面エネルギーの結晶学的な剥離平面と、剥離対象の表面を一致させるように、剥離対象の材料の位置を定めることは好適である。スライスするか又は剥離するためのシリコンブールの特定の方向を選択する技術については、共に譲渡され、引用によって本願明細書において援用されたものとする「Ｆｒａｎｃｏｉｓ Ｊ．Ｈｅｎｌｅｙによってなされた「層剥離を利用したシリコンインゴット構造のスライス方法及び装置（ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＤＥＶＩＣＥ ＦＯＲ ＳＬＩＣＩＮＧ Ａ ＳＨＡＰＥＤ ＳＩＬＩＣＯＮ ＩＮＧＯＴ ＵＳＩＮＧ ＬＡＹＥＲ ＴＲＡＮＳＦＥＲ）」という名称の米国仮特許出願（代理人整理番号： ０１８４１９−０２５６００ＵＳ）」において、より詳細に開示されている。
【００３６】
図１はまた、本発明の一実施例としての、高エネルギー粒子の注入パターンによる剥離開始領域の形成を示している。なお、この線図は、一実施例を単に示しているだけであり、本願明細書にて、請求項の範囲を過度に制限してはならない。従来技術を認知できる当業者であれば、多くのバリエーション、変形例及び変更態様を認識することができる。
【００３７】
図１に示すように、周辺領域１７０４の一部は、表面領域１７０２のうちの予め定められたパターン化された領域（図１の断面図に図示させず）と関係していることがあり得る。一実施例では、周辺領域１７０４のうち選択された部分が、剥離領域１７０６のエッジ周辺内にある。
【００３８】
そして、表面領域１７０２のパターン化された部位には、高エネルギーのイオンビーム１７４０（例えば線形加速器を使用して得られる１ＭｅＶ以上のエネルギー準位を有するＨ＋イオン）が照射される。一実施例では、パターン化された開始領域の範囲を、総基板表面積（例えば２−５ｃｍ2又は１２５ｍｍ×１２５ｍｍのサイズの基板より小さい面積）の１−３％に限定することで、システムのエネルギーコストを最小化するようにイオン粒子の注入のドース量が抑制され、また、膜の剥離工程の生産性が強化される。
【００３９】
高エネルギーのイオンは、剥離領域１７０６の周辺内の領域に到達するように、表面領域１７０２の下層に注入される。イオンの浸透深さは、エネルギー準位に依存しており、剥離領域１７０６の深さｄを決定するための指標値となるように制御可能である。注入イオンは、運動エネルギーを、イオン化形態の格子（電子励起）と、原子置換による少量の原子損害（原子反跳）とに変換することで、結晶格子の中で失速する。
【００４０】
最終段階（全範囲の約２−５％）では、イオンは、原子反跳下の結晶格子と実質的に多くの相互作用をし、その結果、比較的に高い応力の領域であって、結晶格子がダメージを受けている薄い領域が、剥離開始領域１７０８として形成される。図示するように、形成された剥離開始領域１７０８は、剥離領域１７０６に内面して、周辺領域１７０４の一部から延長された小さな平面領域である。
パターン化されたイオン注入が、表面領域の１−３％の総面積より少ない領域の中でイオン粒子の射出によって実行されるので、開始ドース量を伝搬ドース量より高くすることができる。これにより、生産力向上のために、平均的な領域のイオン注入のドース量を低く抑えることが可能になる。勿論、多くの変形例、バリエーション及び変更態様が存在し得る。
【００４１】
［実質的にせん断が０の範囲］
【００４２】
本発明の一実施例は、剥離の伝播の先端で剪断モードＩＩの応力強度係数（ＫＩＩ）を減少させるか、除去するか、又は、制御するために、剥離の形態を変更しようとする。このような条件下で、剥離の挙動は、所望の剥離平面に沿って進行させることが可能になる。
【００４３】
ＫＩＩ＝０の状態が剥離方向の理想的な条件であるときには、結晶学的な剥離平面又は水素注入のドース量が適量な平面に沿って膜の剥離が可能となる、ＫＩＩの範囲が存在する。このようなＫＩＩをゼロ付近の範囲内で維持させていく状態では、剥離平面にしたがった剥離の動作を好適に続けていくことが可能になる。
【００４４】
以下の説明では、本発明の実施例にしたがって剥離を律することが可能な、一般的なＬＥＦＭ（Ｌｉｎｅａｒ Ｅｌａｓｔｉｃ Ｆｒａｃｔｕｒｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ）方程式について言及する。この分析では、広域がタイルとみなされ、膜はシリコンタイルの未剥離分より非常に薄いとされる。
【００４５】
剥離の開始工程後の機械的な構成は、図２に示されるようになる。具体的には、厚みｈの膜は、厚みＨを有する未剥離のシリコンインゴット基板から、部分的に剥離される。剥離された材料と比較して基板の寸法は非常に大きいことから、Ｈ＜＜ｈ、及びタイルのモーメントＭ2，Ｍ3と力Ｐ2，Ｐ3は、非常に小さいと理解される。剥離の先端で見られる応力強度源は、このように、部分的に剥離された膜に連結するモーメントＭ1及び力Ｐ1によって支配される。
【００４６】
本発明の実施例の基本的概念は、水素の剥離平面である。水素の剥離平面（Ｈ−平面）は、応力及び層を弱める効果によって、剥離の挙動に影響を及ぼす。具体的には、Ｈ−平面は、イオン注入が高いドース量のときの開始層としても、低いドース量のときのガイド層又は伝搬層としても用いることができる。Ｈ−層の作用は、これらの２つのドース量の状況によって異なる。
【００４７】
水素注入層の範囲の端（ＥＯＲ）の剥離動作についての１つの効果は、剥離平面周辺の破壊強さの減少である。このような破壊強さの減少は、結合の破壊と、水素自体の存在下で誘導される応力とによって生じる。これらの考慮すべき２つの事柄により、剥離がなされている間、新しい表面をつくるために必要なエネルギーを低下させることが可能になる。
【００４８】
剥離がなされている間に新しい表面をつくるために必要なエネルギーを、以下、表面エネルギー（γ）と記載する。未注入の単結晶シリコンにおいて、表面エネルギーは｛１１１｝方向に対して約１．２Ｊ／ｍ2である。ただし、シリコンの破壊靭性は４−６Ｊ／ｍ2であると時々報告されており、表面エネルギーは、例えば新しい表面をつくるために有効なエネルギーを与える格子を捕獲できるといった効果も含んでいる。｛１１１｝方向のシリコンの以下の分析のために、表面エネルギーは、１表面につき１．２Ｊ／ｍ2（合計で２．４Ｊ／ｍ2）であるとみなす。
【００４９】
対照的に、注入された剥離平面に沿った表面エネルギーの修正値（γ‘）は、実質的に、おそらく５倍かそれ以上に低い値となる。有効剥離表面の表面エネルギー値γ‘と、未注入の表面エネルギー（γ）との間には、次の式（１）に示されるような関係がある。
【数１】
2009295973.tif 000003
式（１）において、αHは、０乃至１の係数であって、水素脆性のための剥離エネルギーの減少量を定量化するための係数である。αHは、全ての応力及び結合の破壊効果の正確な代表値を算出するために必要な効果を全て説明できる係数である。αHは、剥離エネルギー、イオン注入のドース量、注入時の熱の状態、及び注入後の熱の状態の関数として実験的に定義される。
【００５０】
Ｈ−線量（ドース量）の脆化効果が応力強度と比例している場合、次の式（２）に示されるように、剥離エネルギーが二次曲線的に注入量（ドース量）と関連するようになる。式（２）は、約３−４×１０16ｃｍ-2よりも比較的低い注入量（ドース量）にとって当てはまる。
【数２】
2009295973.tif 000004
式（２）において、ｋHは実験的に決定される定数であり、ψは水素イオン注入のドース量である。
【００５１】
式（２）を式（１）に代入すると、次の式（３）のようになる。
【数３】
2009295973.tif 000005
剥離エネルギーは、線形弾力性がある破壊力学の基本的なパラメータであるので、注入量（ドース量）とエネルギーの相関により、剥離動作の正確な予測やモデリングが可能になる。
【００５２】
２つの表面は、剥離プロセスの間に生成される。このような剥離エネルギー放出速度（Ｇ’）は、次の式（４）に示される通りに表面エネルギーと関連がある。
【数４】
2009295973.tif 000006
【００５３】
脆化係数（αH）に応じて、Ｇ’は、剥離平面内では、約２．４Ｊ／ｍ2から、実質的にそれより小さい値に変化することが可能である。例えば、５０μｍ厚の単結晶シリコン膜に関する実験によれば、ドース量が２−８×１０16ｃｍ-2の水素イオンによって形成される剥離面の亀裂について、約４−６×１０16ｃｍ-2より高いドース量の水素イオン注入に対して、２台のカンチレバービーム機械の構成によって測定された剥離エネルギー（αH2＜１）はかなり低下した。
【００５４】
より低い剥離エネルギーは、伝播の間に弱められた層の範囲内で、剥離平面を保つようにガイドする効果を有している。剥離平面から分岐するエネルギー障壁は、αHが低くなるにつれてより一段と高くなるからである。例えば、イオン注入の高いドース量によって、その注入の範囲内で剥離エネルギーが十分に低下する。すなわち、基板から層が容易に剥離できる程度に、剥離エネルギーが低下する。
【００５５】
水素イオン注入のドース量（約４−６×１０16ｃｍ-2）が低い剥離平面にとっては、αH2は実験的に決定された１程度の値が用いられる。剥離エネルギーが基本的に固有値をもっている状態で、少ないドース量で剥離をガイドしていくことは、剥離平面に沿って剥離先頭部を伝搬させ続けることを補助する注入水素の圧縮応力の分布によって、ほぼ支配される。具体的には、ガイド効果とは、平面方向の圧縮層によって発生するせん断力である。この圧縮層は、圧縮応力の分布の中心から離れて剥離先頭部が移動するときに発生する。圧縮応力の中心点から離れた剥離先頭部の深さの偏差はみな、両極性を有する平面方向（ＫＩＩ）のせん断力を発生させる傾向がある。この両極性は、せん断応力強度値（ゼロでないＫＩＩ）の範囲以上で、剥離先頭部を剥離平面内に平行に伝搬させていこうとする。このように、剥離先頭部が表面へ上がり始めると、正（ＫＩＩ）のせん断力が、剥離先頭部を中心の方へ下げるようにガイドする。逆に、剥離先頭部がタイルの方へ下がり始めると、負（ＫＩＩ）のせん断力が、剥離先頭部を中心の方へ上げるようにガイドする。
【００５６】
剥離の間に発生するゼロでないＫＩＩはみな、ＫＩＩを最小化すべく、破壊面を剥離平面から離すようにガイドしていく傾向があるため、このような現象が発生するのである。この効果は、反対方向において発生する剥離層によって発生するせん断のため、キャンセルされる。その結果、剥離の深さの正味のオフセットは、ＫＩＩ＝０における新たな剥離の深さになる。
【００５７】
この剥離の深さのわずかな変動は、実験的に観察されており、剥離層が吸収される最大のせん断は、その時点の剥離平面における圧縮応力のレベルと、剥離平面を定めている注入の散在度（Ｒｐ）とに関連付けられている。せん断応力のレベルがこの臨界レベルより一度高くなると、剥離先頭部が剥離平面を飛び出してしまい、剥離が失敗してしまうことになる。
【００５８】
したがって、低い伝搬ドース量で所望の深さとなるように剥離を制御すべく、誘導されたせん断力ＫＩＩを最小化するように剥離の設定をすることは、潜在的に重要な設計考慮である。この効果は、剥離の伝搬方向を平行に維持させ続け、かつ、伝播平面を破断させるＫＩＩ＝０に近い範囲内の、応力強度ＫＩＩのキャプチャレンジによって、モデル化することが可能になる。
【００５９】
剥離方向の制御が不能になる応力強度ＫＩＩの指標となる上限と下限のそれぞれを、△ＫＩＩ−と△ＫＩＩ＋のそれぞれとして定義する。これらのパラメータは、剥離工程の設計にとっては重要なものである。なぜならば、キャプチャレンジの低さは、剥離平面は容易に分岐してしまうので剥離の失敗の要因となることを意味するからである。
【００６０】
注入のドース量や注入／アニールの状況の関数として決定された係数△ＫＩＩ−及び△ＫＩＩ＋はまた、剥離システムの設計にも関連するものである。αH2がほぼ１である｛１１１｝シリコンにとって、−０．７７９のＫＩＩ／ＫＩのミキシティ（ｍｉｘｉｔｙ：薄膜応力Ｐ1が無い状態での膜の曲げモードＭ1の混在モードの応力強度比率）で、剥離を伝搬させていくために必要な△ＫＩＩ−は、推定値としては約−０．１８ＭＰａ−ｍ1/2となる。
【００６１】
一般的に膜内の破断の結果として生じる剥離平面の不必要な分岐が、基本的に、剥離の失敗として定義される。剥離平面の不必要な分岐を回避することは、剥離技術の設計上考慮すべき事項である。不必要な分岐に対して影響を及ぼすことがわかっている他の要因としては、例えば、結晶方位、注入のドース量、深さ、温度分布等が存在する。
【００６２】
不必要な分岐に対する他の影響も重要であることが判明した。例えば、単結晶シリコンにおいて、剥離平面内部の周辺に射出されてせん断応力Ｐ1をつくるために用いられる熱エネルギーは、未注入の単結晶シリコン上の注入された剥離平面の熱伝導率は実質的に低くなるという事実によって影響を受ける。この熱伝導率の低さは、水素注入のダメージの結果であって、温度分布を修正する傾向があり、その結果、剥離応力を次々に修正していくことになる。
【００６３】
一連の近似計算式は、剥離の挙動を調査するために開発された。これらの式は、次のことを仮定して開発された。すなわち、剥離の開始から生じる最初の亀裂は基板内の深さ（ｈ）に存在するということから、剥離の膜の厚みが定められると仮定した。多くの実施例では、ｈ＝５０μｍが採用されるが、任意の膜の厚みであっても式に適用することができる。モデルでは、５ｍｍの剥離した薄膜長（ｃ又は時々Ｌと称される）が仮定される。幾何学は二次元であって、このことは、線に沿って剥離が発生していても、幅ｗが変化しないことを意味する。
【００６４】
剥離を広げる力モード（ＫＩ）及び平面方向の剪断力モード（ＫＩＩ）は、剥離工程をモデル化する上で重要なパラメータである。周知の破壊エネルギーが剥離のために利用される場合、剥離が拡張及び伝搬した結果として生じる状況は、シリコン又は他のいかなる材料にも適合すると思料する。例えば、未注入層にとってＧ’が２×γ’を上回り、２．４Ｊ／ｍ2であるときには、単結晶シリコンで破壊状態が発生することは公知である。
【００６５】
破壊伝播のための閾値は、次の式（５）の通りに定められる。
【数５】
2009295973.tif 000007
Ｅ’が、Ｅ’＝／（１−υ2）と定義された平面圧力方程式に該当するところでは、本明細書中においては、ＧはＧ’であって、一般に次の式（４）によって示される剥離平面と関連付けられる。
【数６】
2009295973.tif 000008
【００６６】
図２は、伝播課題の一般的なケースを示している。式（５）に式（４）を代入することにより、ＫＩ及びＫＩＩにとっての次の式（６）が得られる。
【数７】
2009295973.tif 000009
Ｐn及びＭnのそれぞれは、部材の各々に作用する力とモーメントのそれぞれを示している。
【００６７】
係数ＫＩ及びＫＩＩは、式（７），式（８）のように表わされる。
【数８】
2009295973.tif 000010
全ての目的のために完全に引用したことにより本願明細書において援用されたものとする「Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ， Ｖｏｌ．２９（１９９２）に掲載の「層状物質の割れの混在モード（Ｍｉｘｅｄ Ｍｏｄｅ Ｃｒａｃｋｉｎｇ ｉｎ Ｌａｙｅｒｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」，Ｈｕｔｃｈｉｎｓｏｎ ａｎｄ Ｓｕｏ，」において詳細に説明されているように、これらのパラメータは、力、モーメント及び幾何学から導き出される。
【００６８】
未剥離の基板の厚み（Ｈ）が膜厚（ｈ）と比較して非常に厚いとみなされる場合、上記の式（７），（８）は、次の式（９），（１０）のように簡約することができる。ただし、γ（角度）＝０、Ｐ＝Ｐ1、Ｍ＝Ｍ1、Ｕ＝１、Ｖ＝１／１２、ω＝５２．０７度、η＝ｈ／Ｈはほぼ０であり、また、全ての定数Ｃはゼロとされている。
【数９】
2009295973.tif 000011
【００６９】
式（９），（１０）は、Ｍ2、Ｐ2、Ｍ3、Ｐ3がゼロの場合の剥離方法の様々な形態を導き出すために用いられる。所定の形態に基づく式の唯一の変化は、特定の印加状況に対する適切な力（Ｐ）とモーメント（Ｍ）の関係を含むことである。Ｍ2、Ｐ2、Ｍ3、Ｐ3がゼロでない場合については後述する。
【００７０】
［ＫＩＩキャンセルに導く剥離の形態］
【００７１】
一般的な式（９），（１０）は、それらの式を説明する際に上述したように、膜に与えられる力及びモーメントが、剥離の先端において応力強度係数ＫＩ、ＫＩＩをつくりだすことを意味する。膜の力Ｐは、膜に与えられる単位幅毎の力であって、Ｐ＝σ×ｈとして、剥離の先端における膜の応力に関連付けられている。モーメントは、剥離の先端においてＭを生成する膜上に対して印加されるモーメントである。
式（９）において加えられる一方で式（１０）において減じられるＭとＰの関係は、ＰとＭの適用によりＫＩが増加する一方でＫＩＩが減少することを示唆する。したがって、モーメントＭ及び膜に応力を与える力Ｐが正しく選択される場合、ＫＩＩがキャンセルされる（ゼロになる）と同時に剥離が拡張するという条件を満たすことで、剥離の伝搬が剥離平面に沿って広がっていく傾向が最大になる。これらの条件の最適化されたセットは、注入のドース量が低いか又はゼロの剥離平面での動作を可能にし、さらに、剥離が拡張されている間に実際に達する剥離の深さの関数としてのＭとＰを、積極的に制御することによって、剥離の深さを制御しながらガイドしていくことを可能にする。このような注入のドース量が減少したか又は０の状態や、剥離の深さ全体の制御は、本発明の実施例によって達成される重要な利点の１つである。
【００７２】
［モデルで使用される座標システム］
【００７３】
様々な形態を定量化するために、座標系は次のように定義される。すなわち、剥離平面に沿った方向がＸ方向（右方向がプラスＸ方向）とされ、膜の厚み方向がＹ方向（上方向が正方向）とされ、表面から正方向がＺ方向とされるように定義される。この座標系は、ＦＥＡ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ）の規約として使われている。Ａｎｓｙｓ，Inc．Ｃａｎｏｎｓｂｕｒｇ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａから入手可能なソフトウェア（以下、Ａｎｓｙｓソフトウェアと称する）は、剥離の伝播システムをモデル化するために用いられており、インタフェースのＣＺＭ（Ｃｏｈｅｓｉｖｅ ｚｏｎｅ ｍｏｄｅｌ）と相互に作用した熱及び機械の要素を含んでいる。
【００７４】
図２の構成、すなわち、剥離が開始された膜が左方に存在する構成が「Ａｎｓｙｓソフトウェア」に入力されて得られた結果は、次に示す通りであり、異なる印加（Ｐ及びＭ）の設定から生じているＫＩＩのキャンセル動作を示した。
【００７５】
［モーメントの適用条件］
【００７６】
膜に引加されるモーメントは、未剥離の基板から剥離された膜の曲げである。この種の曲げは、膜を壊す傾向となるＫＩ及びＫＩＩの状況を生成する。モーメントのみが純粋に用いられる場合（Ｐ＝０の場合）、ＫＩ及びＫＩＩはモーメント値に応じて変化するが、ωが５２．０７度で一定になってからは、比率（ＫＩＩ／ＫＩ）は−ｃｏｓ（ω）／ｓｉｎ（ω）、又は、−０・７８で一定になる。この比率は応力強度のミキシティ（ｍｉｘｉｔｙ）として定義される、そして、ミキシティ（ｍｉｘｉｔｙ）は、伝播の先端の厚み（Ｙ方向）の変化の傾向を決定する。したがって、モーメントの適用は、ミキシティ（ｍｉｘｉｔｙ：薄膜の折れ）においては無効となり、剥離の先端における膜の曲げに比例する。
【００７７】
膜にモーメントを適用する方法として、安定、準安定、及び、不安定な方法がそれぞれ存在する。これらの主要な構成について、下記で述べる。
【００７８】
［一定の変位の印加］
【００７９】
剥離の先端から一定の距離だけ離れている膜に引加される一定の変位は、いかなる剥離の拡張も適用されたモーメントも減少させるため、安定した印加形態とみなされる。変位は、剥離の先端の復元と、剥離の伝搬工程の再開を促進させる。予め剥離された膜の下層の位置でＸ向とＹ方向に一定距離を生じさせる刃又は他の手段は、一定の変位の印加を生じさせる。
【００８０】
［一定の力の印加］
【００８１】
剥離の先端から一定の距離だけ離れている膜に引加される一定の力は、いかなる剥離の拡張も適用されたモーメントを増加させるため、不安定な印加形態とみなされる。これは、通常、制御不能な亀裂の拡張という結果になって表れるので、好適な印加形態ではない。
【００８２】
［一定のモーメントの印加］
【００８３】
膜上の一定なモーメントの印加は、ここに記載されているような特定の形態を使用して、生じさせることができる。この形態の１つの効果は、能動的な助力が無くともシステムが所望のモーメントを印加させ続ける能力があることである。第２の負荷の引加で剥離が拡張する場合、例えば、このシステムは、同一モーメントで印加され続ける。材料の破壊強度を上回るようなモーメントが選択される場合、制御不能な亀裂の拡張が発生してしまうため、この形態は回避される。
【００８４】
膜の曲げモーメントは、静的に、若しくは、準静的に、又は、共振内外での超音波による膜の励起のような動的な方法で、引加することができる。全ての場合において、剥離の先端に与えられるモーメントの印加量Ｍは、本発明の一実施例にしたがって、所望の剥離平面に沿って剥離の伝搬の制御を可能とすべく、設計位置に対する超音波運動、変位、力を用いて、応力強度係数ＫＩ及びＫＩＩを増加させるように設計されている。
【００８５】
剥離平面のガイドが十分であれば（高いΔＫＩＩ−及びΔＫＩＩ＋であれば）、その形態にＰを加える理由もなくなり、そして、所望の剥離平面に沿って剥離の開始点を拡張させていくことが可能になる。このことが生じるためには、モーメントの印加の形態の−０．７８の固有のＫＩ／ＫＩＩのミキシティ（ｍｉｘｉｔｙ）に反して、ΔＫＩＩ−及び△ＫＩＩ＋が十分に高ければよい。このことは、最適化された剥離平面を有しない限りシリコンでは自然には生じず、膜の剥離を達成するための十分な印加形態で生じ得る。
【００８６】
［圧力と拘束プレートを使用して一定のモーメントを印加させる例］
【００８７】
具体例によれば、基板の上に配置されるプレートは、剥離工程の間、剥離される膜の動きを拘束するために用いることができる。特に、拘束プレートの存在は、第２の印加が用いられて剥離されている間、平面方向の剪断モード成分（ＫＩＩ）を減少させる効果がある。
【００８８】
一実施形態では、本発明による拘束プレートは、基板からの膜の剥離を達成するために、側面から適用される圧力源と共に用いることができる。図３Ａは、本発明のこの種の実施例の簡略図を示している。
【００８９】
具体的には、拘束プレート４００は、図示せぬトレイで支えられる後面４０６を有しているタイル、又は、基板の前面４０２の上に配置される。拘束プレート４００は、距離Ｗｏだけ下側の基板から離間して配置される。基板４０４の側面に対して圧力４１０（例えばガスバーナーからの圧力）が適用されると、その結果として、予め剥離している膜４１２は、未剥離の基板から押しのけられて、一定のモーメントが印加される。この工程の間、拘束プレート４００の存在下で、膜４１２の動きは拘束される。
【００９０】
図３Ｂは、本発明の一実施例として、この種の拘束プレートを用いて膜が剥離された場合の膜の応力のシミュレーション結果を示している。図３Ｂにおいて、予め剥離された膜は、５ｍｍの長さを有すると共に、数ｐｓｉの圧力が用いられて拘束プレートに対して押し上げられた（拡大視されているが）５０μｍの厚さを有している。圧力は、前面の上方にある拘束プレートの方向に膜を移動させていく。ここで、５０μｍの分離（Ｗｏ）が、モデリングにおいて使われた。
【００９１】
図３Ａの形態によって提供される効果は、剥離の伝播に必要な応力を発生させることが、単純かつ比較的容易にできるということである。拘束プレートの使用は、膜の剥離をするために刃が不要となるという利点を与える。或いは、拘束プレートが、剥離を移動させていく方式（例えば刃等による方式）と組合せて用いられる場合、刃上の摩擦力を任意の低値に抑制することができる。
【００９２】
本発明の拘束プレートを用いる実施例では、剥離された膜を拘束プレートに引きつけて保持させるために、例えば真空力又は静電力を利用することができる。一実施例では、拘束プレートは多孔性とすることができる。このようにすることで、基板全体に剥離を進展させながら、互いに関連して基板と拘束プレートとが平行移動することを可能とし、その結果、引き付けられた剥離膜を支持している空気ベアリング面を生成すべく、正の圧力の供給が可能になる。
【００９３】
図３Ａの形態が有する問題点（他のモーメントが印加される形態と同様の問題点）は、その高い負のＫＩＩのミキシティ（ｍｉｘｉｔｙ）である。これは、膜が折れやすくなる可能性があるということを意味する。
【００９４】
この形態においては、式（９）及び式（１０）のＰとＭは、次の通りである。
Ｐ＝０（応力は、Ｘ方向の膜に与えられない）
【数１０】
2009295973.tif 000012
式（１１）で示されるＭは、幅毎のモーメントを示しており、力×距離というよりむしろ力の側面を持っている。ｐは、膜の下層に与えられる圧力差を示している。ｃは、拘束プレートから膜が分離する位置から、剥離の先端までの距離を示している。
【００９５】
式（１１）の係数ｋは、拘束プレートと膜との間に生じる摩擦に応じて可変するパラメータである。後述するように、本発明の実施例の基本構成要素の多数は、係数ｋから独立している。
【００９６】
異なる圧力が印加される形態では、それぞれに対応する算出可能なｋを有している。無拘束の膜（上部にプレートがない膜）はｋ＝１／２を有する。その一方で、丸い形状の突出部はｋ＝２を有する。拘束プレートを使用している場合には、ｋは、拘束プレート上に膜が固定される方法に依存している。膜がＹ（垂直な）方向だけに束縛されており、摩擦がないと仮定するならば、「Ａｎｓｙｓソフトウェア」によるシミュレーションによると係数ｋはルート２であり、したがって、このルート２が式の導出に利用される。ＫＩＩ＝０との関係において、係数ｋは役割を果たさないので、１から１．５までの異なる係数ｋによって生じるいかなるエラーも小さいとみなされる。
【００９７】
ＫＩとＫＩＩの式（９）と式（１０）は、次のような式（１２）と式（１３）に変形させることができる。
【数１１】
2009295973.tif 000013
【００９８】
また、ＫＩＩ／ＫＩのミキシティ（ｍｉｘｉｔｙ）は圧力から独立しているので、膜は、高い負のＫＩＩのために、適当な形状で折れてしまう傾向がある。
【００９９】
剥離を広げる圧力ｐは、次の式（１４）の通りである。
【数１２】
2009295973.tif 000014
ｋ＝ルート２、未注入シリコン、ｃ＝３．３ｍｍ（圧力ｐとなる剥離長）、及びｈ＝５０μｍであるとみなすと、ゲージ圧が０．５の空気について、臨界圧ｐは約５２ｋＰａである。
【０１００】
「Ａｎｓｙｓソフトウェア」によるシミュレーションの実行によって、上記のパラメータを使用すると、剥離の伝播が約５１ｋＰａで発生することが確認された。したがって、上述の式は、応力強度係数をモデル化した、剥離の拡張の開始を予測するためにかなり正確な式であると考えられる。
【０１０１】
「Ａｎｓｙｓソフトウェア」は、本願明細書においＤ１とＤとそれぞれ称されている、ＭｏｄｅＩ（剥離の開始）とＭｏｄｅＩＩ（平面方向のせん断）の剥離エネルギーを抽出するために用いられた。具体的には、これらの剥離エネルギーは、ＣＺＭ剥離時に抽出される。このようにして得られたデータにより、ＫＩＩのキャンセル方法の有効性が確認された。
【０１０２】
「Ａｎｓｙｓソフトウェア」の検証のために、変位と、せん断による剥離のための印加は、Ｍだけの及びＰだけの剥離形態の閉形解法との比較対象として用いられた。全モデルにおいて、剥離エネルギーは２．４Ｊ／ｍ2であって、ヤング係数は１８７ＧＰａであって、熱膨張率は２．５ｐｐｍであって、そして、ポアソン比は０．２７２である。
【０１０３】
モーメントのみのテストでは、５ｍｍの膜の５００μｍの変位によって、剥離エネルギーＤ１、Ｄ２が測定された。図４は、基板のタブ端から、剥離されたゾーンの重心までの間の距離（μｍ）の関数としての値を幾つかプロットしたものである。図４に示されるように、ミキシティ（ｍｉｘｉｔｙ）は約０．６であり、合計の剥離エネルギー（Ｄ１＋Ｄ２）は約２．２Ｊ／ｍ2である。ミキシティ（ｍｉｘｉｔｙ）が期待値０．７８と比較してわずかに低い値となっているのは、モデルにおいて使用するシリコンの底部が薄いからである。シリコンの底部が厚くなるにつれて、ミキシティ（ｍｉｘｉｔｙ）は漸近的に０．７８まで上昇する。
【０１０４】
Ｐのみのテストでは、熱のせん断による剥離によって、剥離エネルギーＤ１、Ｄ２が測定された。図５は、基板のタブ端から、剥離されたゾーンの重心までの間の距離（μｍ）の関数としての値を幾つかプロットしたものである。図５に示されるように、ミキシティ（ｍｉｘｉｔｙ）は約２であり、剥離エネルギーは約２・２Ｊ／ｍ2である。ミキシティ（ｍｉｘｉｔｙ）が、単なるせん断による剥離に対する期待値２．２と比較してわずかに低い値となっているのは、モデルにおいて使用するシリコンの底部が薄いからである。シリコンの底部が厚くなるにつれて、ミキシティ（ｍｉｘｉｔｙ）は漸近的に２．２まで上昇する。
【０１０５】
［変位の印加による剥離の伝搬］
【０１０６】
一実施例によれば、変位の印加によって、すなわち、基体表面から離れる方向へ特定の距離だけ剥離している間の膜の引っ張りによって、剥離が開始される。この種の剥離方法の実施例では、膜が剥離されている間、膜を基板から引き離すために、刃が挿入される。この種の実施例では、Ｐ＝０及びＭ＝Ｆｗ×ｃとされる。ここでＦｗは、単位幅（紙を挿入させる幅）毎の力である、そして、ｃは、変位の印加が適用されている剥離の先端からの、剥離の距離である。
【０１０７】
これらの印加パラメータの下で、ＫＩ及びＫＩＩは、次の式（１５）、式（１６）により示される
【数１３】
2009295973.tif 000015
【０１０８】
剥離に必要な力は、次の式（１７）に示されるように、γ’に関連がある。
【数１４】
2009295973.tif 000016
【０１０９】
負のＫＩＩは、ひびが上方へ偏向する傾向があり、この形態を用いて膜を上方へ曲げようとしている間に膜を折ってしまうことを意味している。
【０１１０】
実験によれば、部分的に剥離された膜の下方が押されるときに、比較的厚い５０μｍの刃（剥離されたシリコン膜の部分）により、剥離の伝播が可能となる。この実験においては、イオン注入のドース量は２−３×１０16ｃｍ-2オーダとされている。２ｍｍの剥離の拡張は観察されが、挿入された部分は、結局膜と結合することになり、その後、拡張することができなかった。この結合は、表層摩擦、刃厚や他のパラメータに非常に影響されるので、この技術は、ＫＩＩ＝０を達成する利点なしでも機能する。換言すると、ＫＩＩのキャンセルが無ければ、刃又は変位の他の形態は、よりもろい剥離平面上のより大きな範囲、又は、この形態のゼロ以外のＫＩＩを補償する剥離平面の圧縮応力に依存する。
【０１１１】
静止摩擦／結合を断つ超音波方法において使用される、刃で皮膜されているカーボンのような薄いダイヤモンド（ＤＬＣ）は、刃の技術として採用することができる。音波エネルギーは、機械式刃によって適用されて、すでに剥離されたか或いは剥離が開始された領域に沿って先端領域が内部へ押されるにつれて、先端領域に供給される。一実施例では、音波エネルギーは、使用可能な状態で機械式刃に連結する超音波エネルギー源又はメガソニックエネルギー源を使用して、発生させることができる。先端領域に到達した音波エネルギーは、剥離の先端又は先端領域近辺に半導体基板材の超音波励起を生じさせることができる。この種の超音波励起は、剥離の先端の前方に先端領域を押し出す際の結合破壊の工程を加速させる。したがって、音波エネルギーの適用という助力を借りることで、剥離動作は、より一段と効率的で生産的なものとなる。機械式刃の寿命も延ばすことができ、その結果、更なるコスト削減ができる。また、圧力補助の使用は、刃の手法での拘束力を減少させることもできる。
【０１１２】
［膜の圧力の適用条件（Ｐの印加）］
【０１１３】
一例では、モーメントのみの印加では、信頼性が高い膜の広域にわたる剥離を実現可能とするためには不十分であるので、剪断応力強度係数ＫＩＩの減少が必要になる。ＫＩＩが減少するか又はキャンセルされるように、膜の応力を剥離の先端に与える方法として別の方法がある。ここでいう別の方法として開発された熱の方法は、せん断モードでの、又は、膜（Ｘ方向）に沿った機械的力の信号を通しての超音波エネルギーの利用等を可能にする。
【０１１４】
モーメント印加による負のミキシティ（ｍｉｘｉｔｙ）に基づいて、熱の印加量ΔＴは、ＫＩを増加させてＫＩＩを減少させるように、正しい符号とすることが必要である。このことは、次の（ｉ）が単独で成立した場合、又は（ｉ）と（ｉｉ）との両者が成立した場合に生じることが、式（９）と式（１０）からわかる。
（ｉ）剥離の箇所よりも前方を迅速に冷却すること（未剥離の膜厚の範囲内で）
（ｉｉ）剥離の先端の後方の分離した膜の上を動的に加熱すること
剥離の先端よりも前方にその剥離の先端を引っ張ることと同一であるように見えるこれらの形態は、剥離の先端の後方の膜によりその剥離の先端の領域を押し出すことと等価である。
【０１１５】
両者の形態は、正しい符号を有する負荷（Ｐ）を生じさせる。しかし、剥離の先端の前方の未剥離の膜と、剥離の先端の後方で剥離されている膜との差異点は、荷重を印加するために使用される方法に関して有意差を生じさせる。ここで、Ｐは、膜に沿った単位幅毎の力である。その一方で、小文字（ｐ）は、一定のモーメントが印加される形態での膜の後方の圧力である。
【０１１６】
［熱の衝撃による剥離］
【０１１７】
一実施例によれば、剥離は、温度差違によって生じる膜の層内での応力の作用によって達成することができる。特に、基板を冷却にさらすこと（以下、冷衝撃と称する）は、結果として、膜の剥離につながる。低い温度から冷却させていくことが困難である場合、冷衝撃の適用よりも前に比較的長い期間の加熱（熱浸透）をさせることは、温度差異を増加させることの援助となる。或いは、剥離の先端の後方の膜に対する加熱衝撃は、特定の状況下で剥離を促進させるのに必要な応力を発生させる。両方のＰの印加の形態は、この段落の後により詳細に要約されている。
【０１１８】
熱的に誘導された膜の応力の条件は、次の式（１８）のように、ＫＩとＫＩＩの式を統合する。
Ｍ＝０
【数１５】
2009295973.tif 000017
大きさαCTE×Ｅ×△Ｔの熱応力の関数は、熱膨張係数αCTEを有する材料の温度変化によって生ずると認識することで、次の式（１９）が得られる。
【数１６】
2009295973.tif 000018
ここで、ΔＴは、熱処理を受けている膜と、結合している材料との間の温度差を示している。
【０１１９】
式（９）及び式（１０）に対して熱的に誘導された応力を代入すると、ＫＩ及びＫＩＩのための式として、次の式（２０）と式（２１）が得られる。
【数１７】
2009295973.tif 000019
なお、負の符号がＫＩＩに優先されないことに注意されたい。
【０１２０】
熱だけによる剥離エネルギーの式は、次の式（２２）として導き出される。
【数１８】
2009295973.tif 000020
【０１２１】
本発明の一実施例では、Ｇ’＝２×γ’（又は、エネルギー状態を分割する適当な閾値）とＫＩＩ＝０という条件を同時に満たすことが可能な剥離の伝播技術をもたらすように、正の熱のＫＩＩと負のモーメントのＫＩＩの動作を結合することができる。
【０１２２】
［冷衝撃（未剥離の膜に対する冷衝撃の印加）を伴う圧力印加（一定のＭ）］
【０１２３】
この実施例においては、次の式（２３）と式（２４）が用いられる。
【数１９】
2009295973.tif 000021
ＫＩ及びＫＩＩのための式は、次の式（２５）と式（２６）になる。
【数２０】
2009295973.tif 000022
【０１２４】
同時に２つの条件（ｉ）Ｇ’＝２×Ｙ’と（ｉｉ）ＫＩＩ＝０とを満たすように、これらの式の根を求めると、温度差を、次の式（２７）の方法による圧力と結びつけることができる。
【数２１】
2009295973.tif 000023
【０１２５】
２×γ’＝ＫＩ2／Ｅ’の第２の状態に関して、臨界制御された剥離の状況は、次の式（２８）によって算出される。
【数２２】
2009295973.tif 000024
そして、これらの状況を保証するように選択される臨界圧は、次の式（２９）に示される通りである。
【数２３】
2009295973.tif 000025
【０１２６】
拘束プレートと基体表面との間の距離（Ｗｏ）が５０μｍである場合、ｐcritは、圧力だけで剥離する際の約５０ｋＰａよりも低く、約４１ｋＰａとなる。臨界温度負荷は、−１８３℃（冷却）である。
【０１２７】
ＫＩＩをキャンセルした状態は、表面より上の５０μｍの位置に拘束プレートが配置されている５０μｍのシリコン膜にとっては、次の通りに理解することができる。一方法では、４１ｋＰＡの圧力が膜に適用されると、剥離の先端上に約０．０８０８Ｎ−ｍのモーメントが及ぼされて、膜が曲げられる。
【０１２８】
−１８３℃の冷却は、未剥離側の剥離の先端の近くに適用される。この温度印加が適用されるにつれて、破壊エネルギーの状態に到達して剥離が拡張していくまでの間に、ＫＩが増加すると共にＫＩＩは減少する。剥離の拡張もＫＩＩ＝０という状況で発生するので、剥離は、剥離平面から離れて動くという傾向はほとんどなく、剥離平面に沿って拡張していく。
【０１２９】
温度の印加が上回る場合、材料の音速の２０−４０％という高速で剥離が拡張していった時からは、付加的なエネルギーは、ＫＩＩ＝０の状態を変えるための効果をほとんど有しない。シリコンにとっては、これは約１．５ｍｍ／μｓｅｃから約４ｍｍ／μｓｅｃである。全ての付加的なエネルギーは、すでに剥離された膜材を単に冷やすだけである。
【０１３０】
図６Ａは、４２ｋＰＡの圧力が適用されている場合の、剥離エネルギーと温度の関係を示している。
図６Ｂは、図６Ａと同一の４２ｋＰＡの圧力が適用されている場合の、ＫＩＩ／ＫＩ比率と温度の関係を示している。
【０１３１】
圧力と温度とが結合された剥離モデルは、「Ａｎｓｙｓソフトウェア」を用いてモデル化されて、期待通りの機能を示した。具体的には、最悪のケースとして未注入のシリコン層を仮定して、「Ａｎｓｙｓソフトウェア」のモデルは、以下のパラメータによって動作した。
Ｗｏ＝５０μｍの拘束プレート
剥離が開始される膜の長さ＝５μｍ
ｈ＝５０μｍ
温度の冷却源と加熱源が仮定された。
【０１３２】
この特定の剥離方法は、静圧を有する二次元の静的構造分析及び入力負荷としての一時的な熱温度分布としてモデル化された。ＫＩＩ＝０での剥離の伝搬にとって要求される△Ｔの熱の印加は−１８３℃と、予想される閉形解法に非常に近いことが認められた。
【０１３３】
比較的大きな冷却過渡現象を成し遂げるために、熱浸透（２ｍｓｅｃの３００℃の加熱）とそれに続く３０μｓｅｃの冷却過渡現象の組合せが、所望の温度印加を生じさせるために用いられた。
【０１３４】
いかなる加熱源が存在しなくても、ＫＩＩ／ＫＩのミキシティ（ｍｉｘｉｔｙ）は、−０．７７９と同程度である。圧力は、モデルから算出されるときに求められる４２ｋＰａで設定される。十分な温度負荷の適用及びガスの噴射が適用された場合の圧力（約６ＰＳＩ）の印加により、剥離が開始された膜は、拘束プレートに対して押し上げられて、未剥離の膜に至るまで３．３−３．５ｍｍの有効な長さ（ｃ）を生じさせる。
図７は、温度印加直前の、十分に圧力を印加した状態を示している。
【０１３５】
Ｇ’が、剥離の破壊エネルギーに到達するか又は上回ってしまうような加熱過渡現象を回避するために、長い加熱浸透が行われる。この長い加熱浸透は、加熱サイクルの間、剥離平面の上部と下部の間の温度差を低く維持させる。２ｍｓｅｃの加熱浸透の時間は、上部の３００℃の温度によって仮定されたものである。
最初の領域に対する２ｍｓｅｃの加熱浸透がなされた結果として生じる温度分布は、図８Ａに示されている。
【０１３６】
図８Ａの温度分布図は、ほぼ一定の垂直の膜中の温度分布を明らかに示している。約３０μｓｅｃの膜の熱時定数と、それに関連する比較的緩慢な温度勾配とにより、破壊平面の中で生ずるＫＩ及びＫＩＩ成分が不足し、その結果、膜の剥離は拡張しない。
【０１３７】
次に、図８Ｂに示すように、高速の冷却過渡現象は、システムに必要な熱応力を与えるために、膜の範囲内で引っ張り応力の分布を拡張させる。引っ張り応力は、−３００℃の熱印加を生成するために、３０μｓｅｃの間の０℃の表面に対する即時適用を使用してつくられる。この短時間が、剥離面の一方の側の上に膜厚（ｈ）の範囲内で引っ張り応力をほぼ完全に生じさせ、その結果、剥離の破壊エネルギーを超えるのに充分な力Ｐを生じさせることを保証する。１８３℃の閾値と比較して過剰な値はまた、破壊エネルギーの閾値を上回る勾配熱源と共にＫＩＩのキャンセルを成し遂げる方法の能力を確立させるのにも役立つ。
【０１３８】
なお、この熱の形態を採用した場合、冷却過渡現象の適用は、膜の熱時定数より短時間で行わなければならない。例えば５０μｍのシリコン膜については、時定数は約ｈ2／Ｄth又は約３６μｓｅｃである。なお、Ｄthは、約０．７ｃｍ2／ｓのシリコン熱拡散係数である。十分な伝熱特徴を有する低温液体、固体又はガスの流れを用いることで、この冷衝撃は利用可能になる。ドライアイス（ＣＯ2）又は液体窒素は、この冷衝撃源の２つの実施例である。或いは、この冷衝撃の時定数は、所望の有効温度差を誘導するために、レンガを適切に予熱することによって緩和される（長くなる）。
【０１３９】
図８Ｂは、この過渡的な冷却適用をした後の温度分布を示している。膜の引っ張り応力の好適な熱分布は、結果として、望ましいＫＩＩ＝０の状態をつくりだす。
【０１４０】
適用された４２ｋＰａの圧力を使用すると、充分なひっぱり応力が存在するならば、剥離の伝播はＫＩＩ＝０で発生する。ここでより難しくなる熱分布のモデル化のために、ｐと温度の分布は、現実の加熱と冷却の方法を使用してのエネルギーやＫＩＩの剥離条件に適合させるために必要なものを使用しても構わない。
【０１４１】
発生した剥離は、制御されて、そして、加熱サイクルがその剥離を拡張させないところで切断の信仰の２つのステップを呈する。簡潔な冷却過渡現象によって、次のゾーンに伝播する剥離の先端が生じる。図９Ａ乃至Ｄは、「Ａｎｓｙｓソフトウェア」によってモデル化される加熱／冷却による剥離のシーケンスを示している。この加熱サイクルは、正のせん断の低さ、伝播に利用できる剥離エネルギーの不足の暗示を示していることに注意されたい。
【０１４２】
このタイプの温度印加は、剥離を伝搬させ、徐々に大きな膜の部分を切り離していくといった熱印加シーケンスの連続走査により進行していく。このように、一定のモーメントの印加の効果は、所望のモーメントを適用した後には、剥離の先頭部の場所とは独立して、剥離の伝搬によりモーメントが目標値のまま保持可能になるということである。
【０１４３】
図１０は、基板のタブ端からゾーンの重心までの距離（μｍ）の関数として、リニアスケール上にいくつかの値をプロットした図である。図１０は、非温度のケース（Ｐ＝０）において、上述の図５の結果と比較して、第一に、ＫＩＩの減少を示している。また、図１０は、剥離エネルギー２×γ’又は２・４Ｊ／ｍ2とほぼ等しいＤ１を有する剥離のエネルギーに対して、ＫＩは現在の大きな応力強度の要因となっていることを示している。ＫＩＩ／ＫＩのミキシティ（ｍｉｘｉｔｙ）及びＤ２は非常に低いので、キャンセルの形態の動作を確立する。
【０１４４】
モデルに示すように、剥離は、素早くかつ制御可能な状態で、各ゾーンを進んでいく。これにより、後のゾーンが２５０μｍの長さであるにもかかわらず、剥離の先頭部が伝搬しても圧力が維持されてその結果として剥離量が増加している限り、剥離の挙動を危うくせずに剥離が拡大していく。
【０１４５】
具体例によれば、熱浸透／冷衝撃源の走査、剥離平面の連続伝播を可能にする。例えば、２５０μｍの材料の長さを取り扱うために１０ｍｓｅｃの時間が必要な場合、１５６ｍｍのタイルは約６秒で剥離される。この前提は、熱及び圧力の印加がタイルの幅全体に適用され、約２．５ｃｍ／ｓｅｃの速度で線形に走査したと仮定した場合である。
【０１４６】
前記実施例では、温度衝撃の繰り返しの適用と共に一定の加圧によって剥離の挙動を解説したが、このことは本発明にとって必須なことではない。具体例によれば、適用された圧力の大きさは、所望の剥離の特性を実現するために、変化させることができる。
【０１４７】
［加熱衝撃による剥離］
【０１４８】
剥離の先端の前方に対する冷衝撃を使用する代わりに、剥離の先端の後方の膜に対して加熱衝撃を与えてもよい。温度衝撃が効率的にこの形態のＰを向上させることができるように、剥離の先端の領域から離れるように膜が移動することによる剥離の拡張が力学的に軽減されてしまう前に、温度の適用により衝撃波を生じさせる。
【０１４９】
温度衝撃時間が膜の熱時定数にリンクする冷却の形態とは対照的に、膜を加熱する形態では、膜の材料の音響時定数と同じオーダの時間的尺度が適用される。したがって、剥離の先端に対する熱衝撃とその近辺の幅に応じて、１００ナノ秒から数マイクロ秒までの範囲の非常に短い時間間隔で、迅速な加熱がなされる。
【０１５０】
剥離の伝播状態の閾値（△Ｔ＝１８３℃）に到達させるため、例えば５０μｍのシリコンに対しては、２５０ｎｓｅｃの範囲内で、６ＭＷ／ｃｍ2以上の電力密度が必要とされる。これは、シリコンの断熱加熱状態内で、非常に高い電力密度である。
【０１５１】
穴、表層溶解、膜の破損及び剥離の形状の損害となり得るシリコン膜の深さに沿って、加熱応力を発生させることを回避するために、体積発熱は、表面全体の加熱とすると好適である。この加熱に適用するのに好適な候補となる技術としては、電子ビーム（Ｅ-Ｂｅａｍ）による加熱が存在する。一部の膜（剥離又は未剥離の膜）の体積加熱ができるからである。
【０１５２】
電子光線は、以下の一般の特徴によって制御が容易に可能である。電子光線は、高度な管理が可能な状態かつ高速度で、広域を通じて光線を走査させることができる。電子光線は、光線強度及び倍率（センチメートルサイズに対するミクロン）の緻密な制御を可能とする。電子光線は、ナノ秒からＣＷまでのパルス化の制御を可能とする。電子光線は、電子ビームのエネルギー（ＫｅＶからＭｅＶ、数ミクロンから数センチメートルの光線の透過に対応。図１１参照）を変えることによって、加熱の深さの制御を可能とする。
【０１５３】
透過のレンジを光線エネルギーによって選択すると共に、ビーム径、光線エネルギー及び光線強度を選択することによって、光線の量を容易に制御することができる。例えば、５０μｍの電子ビームのシリコン浸透は約８０ｋｅＶであり、０．５ｍｍのビーム径によって、２５０ｎｓｅｃの間に２００ｍＡの光線強度が定められる。或いは、パルス光線の処理は、非常に高速のＣＷ光線の走査によってなされることも可能である。上記の実施例にとって、必要な光線走査速度は、０．５ｍｍ／２５０ｎｓｅｃ又は２００，０００ｃｍ／ｓｅｃである。上記の特徴の全てとまではいかないがほとんどは、精密な真空溶接及び具体的な変形例の適用によって構築される現在のシステムで利用可能である。例えば、ＰＰａｖａｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ, Ｉｎｃ.（Ｒｉｃｈｍｏｎｄ, Ｂ．Ｃ．Ｃａｎａｄａ, ｗｗｗ．ｐａｖａｃ．ｃｏｍ）やその他の電子光線システムが、断熱加熱源として採用可能である。
【０１５４】
電子光線により、ＫＩＩをキャンセルしている条件下で、剥離の先端の伝搬を制御することが可能になる。単なる刃の剪断による剥離と同様に、電子光線の技術は、膜の最初の領域から剥離を開始させるために利用可能である。次に、これらの方法について説明する。
【０１５５】
［ＫＩＩのキャンセルを利用した剥離の深さの制御］
【０１５６】
膜厚の正確な制御を継続することは、非常に均一な膜を生成できるだけではなく、剥離の失敗を回避するために重要なことである。ＫＩＩをキャンセルする方式は、現時点の深さの制御のフィードバックとして機能する適用モーメントを調整することにより、剥離深さの伝播を制御するための固有の能力を提供する。
【０１５７】
式（２５）と式（２６）は、適用モーメントとともに応力強度係数ＫＩ及びＫＩＩは如何に変化するのかについて説明している。ｐの上昇はＭを増加させて、その結果、剥離の伝搬がより表面に向かっていくにつれて、伝播していく剥離の深さを浅くさせる。逆にいえば、より低いｐによって、より多くの熱エネルギーが破壊状態を成し遂げて、剥離をより深く移動させる。したがって、所望の深さとなるように剥離が伝播されている間、圧力ｐを調整することによって深さを制御することが可能になる。このことは、この技術を使うことで、イオン注入のドース量を減少させて又は無くした状態で剥離の伝搬が可能になることを示唆している。
【０１５８】
［ＫＩＩ＝０の形態以外の他の剥離の形態への適用性］
【０１５９】
前記実施例では、圧力と関連して、温度衝撃の使用と剥離が結合していることを解説したが、このことは本発明にとって必須なことではない。別の実施例においては、係数△ＫＩＩ−及び△ＫＩＩ＋が特に高くなり、剥離シーケンス全体に破壊伝播を効果的に導くことができるように、剥離シーケンスを修正することができる。このような実施例では、単一の印加のためのエネルギー源（圧力又は温度）により、ＫＩＩがゼロでない状態でも、剥離を制御することが可能になる。このような実施例では、パルス化された（時間変化している）圧力、又は、高温／低温の熱源の走査の使用は、剥離の伝播を管理可能にする。例えば、せん断による卓越した（ＫＩＩにより卓越した）剥離状況をつくるための力−Ｐ1を生成すべく、レーザ加熱源は採用される。剥離の先端の後方の膜に対する直接加熱により、熱伝導が、特定の剥離の先端領域をさらに暖めるのと同様に、剥離の先端の前方のシリコン材料の加熱により、レーザーエネルギーは射出される。応力強度のミキシティ（ｍｉｘｉｔｙ）が、表面に向かう剥離の伝播を支持するけれど、加熱工程による膜の圧縮が、膜内での剥離の伝搬を阻止するので、剥離平面に沿って、卓越した剥離の伝播によるせん断が可能になる。
【０１６０】
［膜の剥離開始のための温度衝撃の使用］
【０１６１】
イオン注入が最も低いドース量で膜の剥離工程を実現可能にすることと関連して、パターン化された注入の使用について上述した。提唱された工程のシーケンスでは、数ミリメートルの幅の膜を剥離するために、イオン注入が高ドース量の領域において膜の剥離が開始する。この部分的に剥離された膜は、ＫＩＩキャンセルの方法又はその他の膜の伝播の方法にしたがって、剥離の均衡を伝播させるために次々に利用されていく。
【０１６２】
電子光線の技術（レーザー又は閃光電球技術）は、基板から膜を剥離するために用いることができる。基板のエッジ近くの剥離開始領域内で膜の体積温度が上昇するように、エネルギー範囲を調整するという目的に対して、電子光線技術は特に好適である。パルス化されたエネルギーは、剥離平面又はその近くに位置するように調整された温度分布の急激な変化を伴って、ほぼ一定のΔＴの温度上昇をしている膜厚内に時間の経過と共に沈着していく。
【０１６３】
電子光線照射によるシリコンのこの種の断熱加熱は、図１３に示されている。すなわち、図１３は、膜内の温度がほぼ平均化される程度の時間だけ電子光線を照射した場合における、エネルギー密度とシリコンの深さとの関係をプロットしたものである。本発明の具体例によれば、断熱的な電子光線の加熱から生じている温度勾配の突然の変化は、１０℃／μｍを超える変化から生じる。
【０１６４】
例えば、２５０ｎｓｅｃのパルスは、ほんの約５μｍ（実質的に膜厚より少ない）の熱分布を拡散する。これは、膜の厚み全体の温度衝撃の存在を制限するようなせん断による剥離をつくりだし、そして、膜の剥離を制御可能にする大きなせん断をつくりだす。剥離の開始はエッジから始まり、剥離を伝播させる方法に応じて、所望の膜幅に渡って剥離が拡張していく。或いは、内部の場所から剥離を開始させることができて、そこから末端まで剥離を拡張させていくこともできる。内部の場所から剥離が開始する場合、膜の上方への動きに対する復元力を生じさせる圧力がなんら存在しなくなったときから、真空環境は、膜を曲げるのに必要なエネルギーを減少させることで剥離工程に貢献する。
【０１６５】
［膜の剥離伝播のための温度衝撃の技術の適用］
【０１６６】
一定の体積加熱の特徴と結合する強度の熱衝撃パルスは、開始領域から膜を拡張させていくために用いることもできる。特に電子光線の技術を持ってすれば、膜を一様に加熱することが可能な高速パルスの適用という技術により、単なるせん断による剥離による制御された膜の剥離の拡張広がりや、モーメントの助力を伴う制御された膜の剥離の広がりを可能にする。膜の剥離のために電子光線を使う技術を適用することについては、米国特許第６，０１３，５６３号に記載されている。この特許は全ての目的のために完全に引用されて本願明細書に援用されているとする。本発明の具体例によれば、電子光線は、基板の表面と直角をなす方向に放射することができる。
【０１６７】
電子光線の体積加熱への適合（レンジ端、又はＲｐ）は、より高い又はより低い電子光線のエネルギーを選択することによってなされる。剥離深さを効果的に制御することで、剥離深さとＲｐの間に多少のオフセットが生じるかもしれないけれど、そのＲｐが、剥離される膜の厚みとほぼ同じになるように、電子光線のエネルギーを選択することが可能になる。
【０１６８】
電子光線の放射の使用は、ここでは特に好適である。なぜならば、剥離の先端近くの伝播領域（直前まで未剥離であった領域）内で、電子光線のエネルギーのレンジが、膜の体積温度上昇を可能とするように調整されるからである。パルス化されたエネルギーは、剥離平面又はその近くに合った温度分布の急激な変化を伴って、ほぼ安定したΔＴの温度上昇をする膜厚内に沈着する。
【０１６９】
例えば、２５０ｎｓｅｃのパルスは、ほんの約５μｍ（実質的に膜厚より少ない）の熱分布を拡散する。これは、膜の厚み全体の温度衝撃の存在を制限するようなせん断による剥離をつくりだし、そして、膜の剥離を制御可能にする大きなせん断をつくりだす。
【０１７０】
この制度を定量化するために、ＫＩ及びＫＩＩの式（２６）と式（２７）をｐ＝０として修正すると、次の式（３０）と式（３１）が得られる。
【数２４】
2009295973.tif 000026
【０１７１】
熱だけによる剥離エネルギーの式は、次の式（３２）として導き出される。
【数２５】
2009295973.tif 000027
【０１７２】
したがって、ＫＩＩのせん断による剥離のために、ｈ全体に対して必要な加熱は、次の式（３３）に示される通りである。
【数２６】
2009295973.tif 000028
【０１７３】
例えば、１．２Ｊ／ｍ2を有する５０μｍのシリコン層は、ほぼ瞬間的に約３００℃の温度上昇を必要とする。約０．７Ｊ／ｃｍ2−℃を仮定すると、シリコン表面上に必要なエネルギー堆積は、約２．４４Ｊ／ｃｍ2である。例えば、０．５ｍｍ×０．５ｍｍのビームスポット及び２５０ｎｓｅｃの光線のパルス幅を有する８０ｋｅＶの電子光線パルスを使用することは、約３００ｍＡの光線強度を使用したことに相当する。これは、現在の電子光線技術の範囲内で実現可能である。
【０１７４】
モーメントが加えられる場合、Ｇ’の式は、次の式（３４）のように修正される。
【数２７】
2009295973.tif 000029
この式は、モーメントの使用が付加されたことと、剥離が拡張していく状態を実現するために必要な温度ΔＴを減少させることを示している。
【０１７５】
「Ａｎｓｙｓソフトウェア」は、この剥離の伝搬モードを確認するために用いられた。
図１２Ａ乃至Ｃは、有限要素解析(ＦＥＡ)のスタティックな構造を用いた、５０μｍのシリコン膜の剥離のシミュレーション結果を示している。
図１２Ａに示されるように、モーメントＭ＝０．０８Ｎ−ｍは、膜の剥離開始（最初の５００μｍの膜の部分）に適用された。膜上の明確な温度勾配は、曲げによる膜の剥離を開始させて導いていく。図１２Ｃは、加熱されたゾーンの終わりまで、剥離が伝播したことを示している。
【０１７６】
０．０８Ｎ−ｍのモーメントでは、伝播開始のΔＴは、式（３５）から１８０℃であると算出される。これは、「Ａｎｓｙｓ」の値１７６℃に非常によく一致している。対照的に、モーメントが無いと、その値は約３００℃となる。これらの結果は、曲げによる膜の剥離（モーメンの助力トあり／なし）は実用的な剥離の形態であることを示している。
【０１７７】
電子光線加熱方法の使用は、この形態にとって有益である。なぜならば、迅速な断熱加熱が、剥離の伝播を導くのを助けることが可能な、急峻な圧縮応力分布を与えるからである。剥離深さは、電子光線エネルギーを変えることによって制御可能であるので、体積加熱を受ける膜の厚みを変えることができる。
【０１７８】
加熱ゾーンの幅の選択により、剥離の拡張を制御することができることが確認された。加熱ゾーンの幅は、一次的に、加熱サイクルに応じて発生する剥離の拡張の量を要求する。この理由は次の通りである。すなわち、剥離の先頭部が、加熱された剥離領域に到達した後、Ｇ’は低下し、剥離の伝播が停止するからである。
【０１７９】
最後に、注入された剥離層と関連して用いられる加熱技術のいずれもが、注入によって誘発された応力をより一段と効果的に使用することの助けになる。このことは、注入の応力（これらは、通常ｋＴと比例している）を次々に増加させることが可能となるより高い温度によって顕著なものとなる。したがって、加熱されたパルスは、二次的に、剥離領域と、剥離の伝播を導くために剥離領域内で向上した応力とに対して、好ましい影響を及ぼすことが可能になる。
【０１８０】
剥離の伝播の動作が、蓄積された正のモーメントのエネルギー（例えば水素については、膜の底部にある圧縮層を有する剥離平面を剥離するエネルギー）の放出を少なくとも部分的に含む破壊エネルギーＧ’と共に生じた場合、真空環境は、剥離工程に貢献することが可能になる。具体的には、真空環境では、膜の上方への動きに対する復元力を生じさせる圧力がなんら存在しなくなったときに、エネルギーをより効果的に放出できる。例えば、熱のせん断による剥離の形態が使用された場合、潜在的に破壊靭性（有効な破壊エネルギーＧ’）を増加させることが知られている負の応力強度ＫＩは、真空の使用により減少する傾向にある。もっとも、高い真空状態は必要とされない点、高い［Ｔｏｒｒ］の部分的真空でさえこの効果を奏する点は注意に値する。
【０１８１】
剥離工程の継続の結果として、最終的には、半導体基板の未剥離の部分から、剥離領域に沿って圧膜が完全に剥離される。一実施例では、新しく露出した表面領域を有する未剥離の部分は、剥離開始手法と剥離の伝播手法による剥離手法を再度繰り返すために、良好な状態となっている。
【０１８２】
表面エネルギーが低い剥離平面は、半導体基板のための表面領域として選択可能である。このように、実施例では、１枚の膜が基板から剥離された後、新しい表面は、実質的に、オリジナルな結晶学的な平面となっており、エッチング又はポリッシングのような複雑な表層処理を必要とせずに層剥離を再生成できる程度の比較的少ない表層粗さを伴って、良好な状態となっている。
【０１８３】
当然ながら、他のバリエーション、変更態様及び変形例が存在する。実施例にしたがって、これらの手法は、光電池、集積回路、光デバイスの生成、これらのいかなる組合せ、その他同種なものにも適用可能である。
【０１８４】
［剥離の要素としてのＭ2／Ｐ2とＭ3／Ｐ3の考慮］
【０１８５】
図２に一旦戻る。また、式（６）を以下に再び示す。
【数２８】
2009295973.tif 000030
ワークピース（例えばタイル又は基板）からの膜の剥離を良好に達成できるように剥離工程を設計する際には、式（６）における６項中の第３項を考慮することができる。
【０１８６】
例えば、力Ｐ2、Ｍ2、Ｐ3及びＭ3は、膜が剥離されている間、多くの方法により生じさせることができる。一技術によれば、タイル内部での張力及び／又は圧縮応力を発生させる工程の間、タイルは適所に固定される。
【０１８７】
ある種の実施形態では、タイルの端を固定することによって、タイルは適所に固定される。このような実施例では、クランプは、タイルの面に存在する切込み又は溝に嵌めこむことが可能である。この種の切込み又は溝は、この目的のため意図的にタイルに機械加工することで実現可能である。
【０１８８】
他の実施態様において、例えば、静電的又は真空チャックからタイルを固定することによって、タイルは適所に固定される。さらに他の実施例において、下部と側面の両者からタイルを固定することによって、タイルは適所に固定される。これらの実施例では、タイル／基板のＭ及びＰの条件を効果的に生成するためには、Ｐ2、Ｍ2、Ｐ3及びＭ3のうち１以上の生成又は制御を考慮した型締方法又は固定方法が要求される。
【０１８９】
タイル中に所望の張力及び／又は圧縮応力を発生させるために、多くの技術のうちいずれかひとつを採用することが可能である。例えば、図１４に示すように、一手法としては、力Ｆをタイル端に直接適用すると共に、タイル１４０２を固定することである。この手法は、十分な大きさのモーメントＭ2及びＭ3（そして、付随するＰ2及びＰ3）をタイル内に直接生じさせることができる。
【０１９０】
他の手法としては、タイル内の様々な深さでの膨張の違いが必要な圧力を引き起こすように、充分な度合いの局所的な温度勾配を生成するという手法がある。この手法は図１５に例示されている。ここで、局所化された熱勾配１５００は、レーザビーム１５０４の適用によって、固定されたタイル１５０２内に発生する。
【０１９１】
図１５に示されるように、熱勾配１５００は、レーザからの温度が剥離エネルギー自体に影響を及ぼさない程度に、剥離が生じている場所の先頭部の位置Ｃから十分に遠く離れている。より詳しくは、熱勾配からのエネルギーは、式(１９)のＰの大きさに対して影響を特に及ぼさない。その代わり、剥離の先端から少し離れた位置におけるレーザによる加熱量から生じた応力とモーメントによって、エネルギーは剥離に結びつくことになる。
【０１９２】
しかしながら、レーザの適用の結果、タイル内の異なる深さでの各材料の熱膨張量は、異なるようになる。この深さによる熱膨張の違いによって、式（６）に影響するモーメントＭ3を生成するために充分な大きさの圧縮応力を次々に引き起こすことが可能になる。
【０１９３】
図１５の実施例では、タイルの上面にレーザを適用することで温度勾配を生成することを示しているが、このことは必須なことではない。他の実施例によれば、所望の度合いの温度勾配は、他の形態（例えば電子ビーム）のエネルギーの適用によって発生させることができる。さらに、エネルギーは、タイルの他の表面（側面と下面含む）に適用することができる。さらに、タイルに適用されるエネルギーは、局所的な効果を有する単一源に限定されない。他の実施例によれば、タイルの全体的な温度上昇（例えば上面又は下面のパルスによる加熱作用）は、剥離の先頭部を出現させ、及び／又は剥離の先頭部を伝播させることに対して、部分的に又は完全に関与することが可能になる。
【０１９４】
膜の剥離を成し遂げるために必要なモーメントＭ2／Ｍ3を生成するさらに別の手法は、音波エネルギーを適用する手法である。この手法のいくつかの実施例は、図１６，図１７に例示されている。
【０１９５】
図１６は、一実施例の簡略図を示している。図１６において、トランスデューサ１６００は、媒体１６０４によってタイル１６０２から分離されている。トランスデューサ１６００からの音波エネルギー１６０６は、媒体１６０４を介して、固定されたタイル１６０２に適用される。媒体１６０４は、空気でもよいが、タイルに対する音波エネルギーのカップリングを強化するために液体や他のガスを含むようにすることができる。
【０１９６】
タイルに衝撃を与えている音波エネルギーは、タイルによって振動を引き起こす。適用された音波エネルギーの特徴（例えば、周波数や波長）がタイルの調和振動と適合する所で、共振エネルギーはタイルに迅速に蓄積可能となる。
【０１９７】
このような振動は、図１６に示される。特に、図１６に示されるように、タイルに衝撃を与えている音波エネルギーは、部分的に剥離した膜、その下層にある部分、及び未剥離の部分を含むタイルによって、振動を引き起こす。このような振動は、剥離に影響を及ぼす正と負のモーメント（Ｍ1、Ｍ2及びＭ3のそれぞれ）を次々に生じさせる。さらに、固体結晶質の材料が概して共振周波数のＱ値（ｑｕａｌｉｔｙ）として大きな値を示すにつれて、この種のエネルギーは、特に、その個体内、一般的に剥離の対象となる結晶質の材料内で増強する可能性がある。
【０１９８】
タイル内の調和振動は容易に検出できる。図１６に示されるように、マイクロホン１６１０は、タイル１６０２と接触するか、又はそのすぐ近くに配置させることができる。マイクロホンからの入力信号は、ホストコンピュータ１６１４に入力される。ホストコンピュータ１６１４は、コンピュータが読み出し可能な記憶媒体１６１８と通信することができ、また、プロセッサ１６１６を備えている。
【０１９９】
コントローラ１６１２は、トランスデューサによって発される音波エネルギーの周波数を走査する。適用された音波エネルギーの周波数がタイルの調和振動と適合したことについては、マイクロホンからの特に高強度の音の出力によって明らかになる。このような特に高い強度音は、ホストコンピュータ１６１４と電子通信するディスプレイ１６２２に表示された各ピーク１６２０のうちの１つとして示すことができる。
【０２００】
図１６では、トランスデューサが媒体を介してタイルと音波的に結合する実施例を示したが、この実施例に特に限定されない。別の実施形態として、トランスデューサは、剥離を引き起こすために、直接タイルと物理的接触させてもよい。
【０２０１】
さらに、図１６では、音波エネルギーがタイル全体に適用される実施例を示したが、この実施例に特に限定されない。例えば、図１７の実施例に示すように、トランスデューサ１７００は、タイル１７０２より小さくてもよく、また、音波エネルギーを直接適用するために適用部分だけに配置させてもよい。いくつかの実施形態では、トランスデューサは、伝播していく剥離の先頭部に又はその前方に音波エネルギーを適用できるように、タイルの表面を横切るように構成することもできる。
【０２０２】
モーメントＭ2／Ｍ3及び力Ｐ2／Ｐ3の生成手法としては、局所的な剥離端の応力強度ＫＩ及びＫＩＩを減少させるように調整する手法、又はＫＩＩをキャンセルするか制御する手法のうち、静的手法（クランプ又は曲げ）、又は、振動手法（例えば音又は超音波のトランスデューサを用いて）が選択される。これらの外部の力及びモーメントは、このようにエネルギーを剥離の先端に印加できるだけでなく、適切に選択されれば、所望の剥離平面内で剥離の伝播を制御することを補助できる。例えば、＋Ｍ2及びＭ3でタイルを曲げること、又は、パルス化の形態で底部を加熱することで、ＫＩＩをキャンセルできるような＋ＫＩＩ成分が生成される。
【０２０３】
前記説明では、その後に表面の局所的な冷却が続いて行われる、熱エネルギーの局所的な適用を利用した温度衝撃の適用の点に着目したが、この点は必須ではない。一実施形態では、熱エネルギー又は冷却の一方又は両方の全体的な適用によっても、所望の状況を成立させることができる。また、一実施例で、熱エネルギー及び／又は冷却は、表面以外の場所、例えばウェーハの背面又は側面に適用することができる。さらに、一実施例では、所望の結果を成し遂げるために冷却だけを使用することもできる。冷却だけを使用することは、負の熱エネルギーの能動的な適用、又は、基板材料及び／若しくは周囲の環境を介する熱の受動的な放散があろうと無かろうと可能である。
【０２０４】
上記の全ての説明は一実施例の説明であって、様々な変更態様や、代替えのシーケンスやデバイスを採用できる。例えば、上記では、膜を引きはがすために真空力が使用されることが、拘束プレートと関連して記載されていたが、この関連は特に必要はなく、例えば、真空力の代わりに静電力を採用することができる。別の実施例によれば、真空力又は静電力は、拘束プレートがなくても、剥離の先頭部が伝播している際に未剥離の基板から膜を引き離すために、採用することができる。
【０２０５】
図１８は、本発明の実施例にしたがって音波エネルギーを用いて剥離を成し遂げるための手法１８００の各ステップを例示している簡略のフローチャートである。
最初のステップ１８０２において、タイルは、例えばチャックや側面の締め付け等のサポートに固着される。
第２のステップ１８０４において、固着されたタイルは、トランスデューサによる音の伝達の環境内に置かれる。
第３のステップ１８０６において、マイクロホンは、タイルと通信できる環境（タイル内の音を入力できる環境）内に置かれる。
第４のステップ１８０８において、トランスデューサによって発せられる音波エネルギーの周波数が、レンジをわたって走査される。
第５のステップ１８１０において、マイクロホンは、周波数レンジにわたって基板に走査された音出力の分布を、検出するために用いられる。
第６のステップ１８１２において、音出力の分布内のピークは、固着されたタイルの調和振動と関連づけられる。
第７のステップ１８１４において、トランスデューサは、基板からの膜の剥離を進展させるために、固着された基板の１つ以上の調和振動と関連付けられた既知の周波数の音波エネルギーを発するように設定される。
【０２０６】
上記内容は、選択された各ステップのシーケンスを採用して記載されているが、他と同様に記載されている各ステップのうちいかなる要素もいかなる組合せも採用することができる。加えて、所定の１のステップは、実施例に応じて、他のステップと結合すること及び／又は省略することも可能である。
【０２０７】
剥離領域を形成させるために注入されるイオン粒子の種類としては、他の実施例にしたがって剥離領域を形成できるように、水素イオンから、ヘリウムイオン、ジュウテリウムイオン、又は特定の組合せまで多種多様のものを採用することができる。
【０２０８】
またさらに、剥離手法としては、真空チャックか電子的なチャックのプロセスを利用して温度制御された／温度の助けを借りた剥離も含めることができる。もちろん、他のバリエーション、変更態様及び変形例を採用することもできる。
【０２０９】
したがって、本願明細書において記載されている用例及び実施例は、単なる図示の目的だけにあり、また、様々な変更態様や多少の変形は、当業者にとって想到することができ、本出願の趣旨及び範囲内、並びに、添付の特許請求の範囲内に含まれると思料する。
【符号の説明】
【０２１０】
１４０２  タイル
１５００  熱勾配
１５０２  タイル
１５０４  レーザビーム
１６００  トランスデューサ
１６０２  タイル
１６０４  媒体
１６０６  音波エネルギー
１６１０  マイクロホン
１６１２  コントローラ
１６１４  ホストコンピュータ
１６１６  プロセッサ
１６１８  記憶媒体
１６２０  ピーク
１６２２  ディスプレイ
１７００  半導体基板
１７０２  表面領域
１７０４  周辺領域
１７０６  剥離領域
１７０８  剥離開始領域
１７２０  厚膜
１７４０  イオンビーム
【図１】
2009295973.tif 000031
【図２】
2009295973.tif 000032
【図３Ａ】
2009295973.tif 000033
【図３Ｂ】
2009295973.tif 000034
【図４】
2009295973.tif 000035
【図５】
2009295973.tif 000036
【図６Ａ】
2009295973.tif 000037
【図６Ｂ】
2009295973.tif 000038
【図７】
2009295973.tif 000039
【図８Ａ】
2009295973.tif 000040
【図８Ｂ】
2009295973.tif 000041
【図９Ａ】
2009295973.tif 000042
【図９Ｂ】
2009295973.tif 000043
【図９Ｃ】
2009295973.tif 000044
【図９Ｄ】
2009295973.tif 000045
【図１０】
2009295973.tif 000046
【図１１】
2009295973.tif 000047
【図１２Ａ】
2009295973.tif 000048
【図１２Ｂ】
2009295973.tif 000049
【図１２Ｃ】
2009295973.tif 000050
【図１３】
2009295973.tif 000051
【図１４】
2009295973.tif 000052
【図１５】
2009295973.tif 000053
【図１６】
2009295973.tif 000054
【図１７】
2009295973.tif 000055
【図１８】
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【外国語明細書】
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