(57)【要約】  本発明の方法および装置は、材料シートに均衡した吸込みおよび反発ガス流を提供するために少なくとも１つのベルヌーイチャックへのガスの供給を制御すること；並びに材料シートへのガス流が高温で提供されるように、少なくとも１つのベルヌーイチャックへのガスの供給温度を上昇させること、ドナー半導体ウエハーからの剥離層の分離を促進するために、絶縁体基板にガス流を提供すること、および絶縁体基板と支持構造との分離を促進するために、絶縁体基板と任意の支持構造の接合部にガス流を提供すること、の内の少なくとも１つを提供する。
2012507147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート材取扱装置において、
制御されたガスの供給に応答してシート材に均衡した吸込みおよび反発ガス流を与えるように動作可能な少なくとも１つのベルヌーイチャック、
前記ガスの供給が、前記ガス流を与える前に前記シート材の温度に実質的に一致する高温で提供されるように、前記少なくとも１つのベルヌーイチャックに連結されたガス温度調節装置、および
前記シート材と任意の支持構造との接合部に近接して配置されたガス噴出器であって、前記シート材と前記支持構造の分離を促進するために前記接合部にガスの流れを与えるガス噴出器、
を備えたシート材取扱装置。
【請求項２】
前記シート材が、絶縁体基板に接合されたドナー半導体ウエハーを含む絶縁体上半導体構造であり、前記ドナー半導体ウエハーが、弱化領域と前記絶縁体基板との間に剥離層を画成する該弱化領域を含み、前記ベルヌーイチャックが、前記ドナー半導体ウエハーのそれぞれの表面に均衡した吸込みおよび反発ガス流を与えるように配置されており、
前記弱化領域に沿った前記剥離層の前記ドナー半導体ウエハーからの分離を促進するために該ドナー半導体ウエハーの縁にガスの流れを与えるように該ドナー半導体ウエハーと前記絶縁体基板との接合部に近接して配置されたガス噴出器をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載のシート材取扱装置。
【請求項３】
前記シート材が、前記絶縁体基板に接合された複数のドナー半導体ウエハーを含み、各ドナー半導体ウエハーが、弱化領域と前記絶縁体基板との間に剥離層を画成する該弱化領域を含み、
前記ベルヌーイチャックのアレイを支持する枠であって、該ベルヌーイチャックの対応するものが、前記ドナー半導体ウエハーの各々のそれぞれの表面に均衡した吸込みおよび反発ガス流を与えるように配置されている枠、
前記枠により支持されるガス噴出器のアレイであって、該ガス噴出器の対応するものが、前記弱化領域に沿った前記剥離層の前記ドナー半導体ウエハーからの分離を促進するために該ドナー半導体ウエハーの縁にガスの流れを与えるように該ドナー半導体ウエハーと前記絶縁体基板との接合部に近接して配置されているガス噴出器のアレイ、および
前記少なくとも１つのベルヌーイチャックの均衡した吸込みおよび反発ガス流により係合したときに、前記シート材の横の動きを防ぐために、該シート材の少なくとも１つの縁に係合し、該少なくとも１つのベルヌーイチャックの均衡した吸込みおよび反発ガス流の方向に前記枠から延在する少なくとも１つの保持構造、
をさらに備えることを特徴とする請求項２記載のシート材取扱装置。
【請求項４】
前記枠から延在し、前記少なくとも１つのベルヌーイチャックの均衡した吸込みおよび反発ガス流により係合したときに、前記複数のドナー半導体ウエハーの間の分離箇所を維持する少なくとも１つのスペーサ部材をさらに備えることを特徴とする請求項３記載のシート材取扱装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つのベルヌーイチャックによる前記シート祭の移動中に、該シート材に均衡した吸込みおよび反発ガス流を与えるために、該少なくとも１つのベルヌーイチャックへのガスの供給を制御する制御装置をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のシート材取扱装置。
【請求項６】
絶縁体上半導体取扱装置において、
制御されたガスの供給に応答して、絶縁体上半導体構造の矩形のドナー半導体タイルの第１の表面に、均衡した吸込みおよび反発ガス流を与えるように動作可能な少なくとも１つのベルヌーイチャックであって、前記半導体タイルの第２の表面が絶縁体基板に接合されており、該半導体タイルが、弱化領域と前記第２の表面との間に剥離層を画成する該弱化領域を含むものであるベルヌーイチャック、
前記弱化領域に沿った前記剥離層の前記半導体タイルからの分離を促進するために前記絶縁体基板にガスの流れを与えるように、前記半導体タイルと前記絶縁体基板との接合部に近接して配置された少なくとも１つのガス噴出器、および
前記絶縁体基板と任意の支持構造との接合部に近接して配置された少なくとも１つのガス噴出器であって、前記絶縁体基板と前記支持構造の分離を促進するために前記接合部にガスの流れを与えるガス噴出器、
を備えた絶縁体上半導体取扱装置。
【請求項７】
制御されたガスの供給を複数のベルヌーイチャックに提供して、シート材の第１の表面に均衡した吸込みおよび反発ガス流を与える工程であって、前記シート材が、絶縁体基板上に複数のドナー半導体ウエハーを備えた絶縁体上半導体構造であり、該ドナー半導体ウエハーの第２の表面が前記絶縁体基板に接合されており、該ドナー半導体ウエハーの各々が、弱化領域と前記第２の表面との間に剥離層を画成する該弱化領域を含むものである工程、
前記シート材へのガス流が、該ガス流を与える前に該シート材の温度に実質的に一致する高温で提供されるように、前記ベルヌーイチャックへの前記ガスの供給の温度を上昇させる工程、
前記絶縁体基板の縁のガスの流れを向けて、前記弱化領域に沿った前記剥離層の前記ドナー半導体ウエハーの分離を促進する工程、
前記ベルヌーイチャックにより前記半導体ウエハーの第１の表面に均衡した吸込みおよび反発ガス流を与えて、該半導体ウエハーを前記絶縁体基板上の前記剥離層から離して持ち上げる工程、
前記絶縁体基板と任意の支持構造の接合部にガスの流れを向けて、該絶縁体基板と該支持構造の分離を促進する工程、および
前記ベルヌーイチャックにより前記絶縁体基板に均衡した吸込みおよび反発ガス流を与えて、該絶縁体基板を前記支持構造から持ち上げる工程、
を有してなる方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【０００１】
本出願は、「高温シート取扱システムおよび方法」と題する、２００８年１０月２３日に出願された米国特許出願第１２／２５６８６５号に優先権を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、絶縁体上半導体（ＳＯＩ）構造などの、材料および／または構造の比較的大きなシートの製造および取扱いに関する。
【背景技術】
【０００３】
絶縁体上半導体デバイスは、市場の需要が引き続き増すのにつれて、より価値が増してきた。ＳＯＩ技術は、高性能薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、太陽電池、アクティブ・マトリクス・ディスプレイ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などのディスプレイ、集積回路、光起電装置などにとって次第に重要になってきている。ＳＯＩ構造は、絶縁材料上に、シリコンなどの半導体材料の薄層を備えているであろう。
【０００４】
ＳＯＩ構造を得るための様々な様式には、格子整合した基板上のシリコン（Ｓｉ）のエピタキシャル成長、および単結晶シリコンウエハーの別のシリコンウエハーへの接合がある。さらに別の方法には、酸素イオン注入の場合のように、Ｓｉが上に設けられたシリコンウエハーに埋込酸化膜を形成するため、または水素イオン注入の場合のように、薄いＳｉ層を分離（剥離）して、酸化膜を備えた別のＳｉウエハーに接合させるため、酸素または水素のいずれかのイオンが注入されるイオン注入技法がある。
【０００５】
特許文献１には、ＳＯＧ（ガラス上半導体）構造を製造するプロセスが開示されている。そのプロセスは、（ｉ）シリコンウエハーの表面に水素イオン注入を行って、接合表面を形成し、（ｉｉ）ウエハーの接合表面をガラス基板と接触させ、（ｉｉｉ）ウエハーとガラス基板に圧力、温度および電圧を印加して、それらの間の接合を促進させ、（ｉｖ）ガラス基板とシリコンの薄層をシリコンウエハーから分離する、各工程を有してなる。
【０００６】
上述した製造プロセス、並びに追加の予備接合と後接合のプロセスには、半導体ウエハー、中間構造、初期ＳＯＩ構造、および特定最終用途向けの構造（ディスプレイなどの）を、数多くの製造ステーションおよび／または機械の間で動かす必要がある。ある場合には、前記構造を高温で移送するまたは他の様式で物理的に動かすことが要求されるか、そのことが望ましい。ＳＯＩ構造を、特に高温で、動かす場合、半導体材料および絶縁体基板（例えば、ガラスまたはガラスセラミック）が、例えば、反り、垂れ下がり、および／またはガラスの破損によって、損傷したり、汚染されたりしないことを確実にするために、多大な注意を払わなければならない。ＳＯＩ構造の注意深い取扱いに関連する難題は、ガラス基板の大型シートに、傾けた状態で多数の半導体層を被覆するときに経験するような、ＳＯＩ構造のサイズが増加するにつれて、より難しくなる。（大面積のＳＯＩ構造は、例えば、ここにその開示の全てが引用される特許文献２に、より詳しく記載されている。）
【０００７】
ローラ、吸引カップ、金属グリッパなどの機械式移送装置は、汚染の可能性とそれに伴う高温のために、ＳＯＩ構造を移送するのには適していないので、ベルヌーイワンド(Bernoulli wands)として知られている種類の持上げ装置が、非常に高温の半導体ウエハーを移送するのに使用されてきた。ベルヌーイワンド（例えば、石英から形成された）は、高温チャンバ間で半導体ウエハーを移送するのに有用である。ベルヌーイワンドにより提供される利点は、おそらく、ワンドの裏面においてウエハーの縁の外側に位置する１つ以上の小さなロケータ(locators)での接触を除いて、高温の半導体ウエハーは一般に持上げワンドと接触せず、それによって、ワンドにより生じるウエハーへの接触損傷が最小になることである。高温ウエハーの取扱いのためのベルヌーイワンドが、特許文献３から５に開示されており、それらの全ての開示をここに引用する。
【０００８】
ベルヌーイワンドは、半導体ウエハー上に配置されたときに、半導体ウエハーのすぐ上の圧力を半導体ウエハーのすぐ下の圧力より低くするガス流パターンを半導体ウエハー上に形成するための気体噴出を使用する。その結果、圧力の不均衡により、半導体ウエハーが上方への「揚」力を経験する。さらに、半導体ウエハーがワンドに向けて上方に引き付けられたときに、揚力を生じたのと同じ気体噴出が、半導体ウエハーがベルヌーイワンドと接触するのを防ぐ次第に大きくなる斥力を生じる。その結果、半導体ウエハーをワンドの下に実質的に非接触様式で吊り下げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第７１７６５２８号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００７／０１１７３５４号明細書
【特許文献３】米国特許第５０８０５４９号明細書
【特許文献４】米国特許第６２４２７１８号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００８／００２５８３５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ベルヌーイワンドの使用は、比較的小さなサイズの半導体ウエハー（例えば、２００〜３００ｍｍの直径範囲）を移送するのには役立っていたが、このベルヌーイワンドの従来の使用法は、大面積ＳＯＩ構造の取扱いと移送には適していない。実際に、ＳＯＩ構造の面積が増加しているので、従来のベルヌーイワンド技術を使用しても、まだ、過剰な反り、垂れ下がり、および／またはガラスの破損が生じるであろう。比較的小さい面積のＳＯＩ構造さえ、高温のＳＯＩ構造が従来のベルヌーイワンドのガス流パターンに曝されたときに生じる著しい温度勾配のために、不必要に大きいカールおよび／または反りを経験するであろう。それゆえ、ＳＯＩ構造を形成するための上述した陽極接合プロセスなどの、ある製造プロセスにおいて、作業者は、ＳＯＩ構造をベルヌーイワンドにより移送する前に、その構造がかなり冷却されるのを待たなければならない。
【００１１】
したがって、シート材料（ＳＯＩ構造などの）を、特に高温で、取扱うための新規の方法および装置が当該技術分野において必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
プレゼンテーションを容易にするために、以下の議論は、折に触れて、ＳＯＩ構造について説明されている。ＳＯＩ構造のこの特定のタイプへの言及は、本発明の説明を容易にするために行ったものであり、本発明の範囲を決して制限することを意図しておらず、またそのように解釈すべきではない。ＳＯＩの略語は、ここでは、以下に限られないが、絶縁体上シリコン構造を含む、絶縁体上半導体構造全般を称するために使用される。同様に、ＳｉＯＧの略語は、以下に限られないが、ガラス上シリコン構造を含む、ガラス上半導体構造全般を称するために使用される。略語ＳＯＩは、ＳｉＯＧ構造を包含する。
【００１３】
本発明の１つ以上の実施の形態によれば、シート材取扱装置は、制御されたガスの供給に応答してシート材に均衡した吸込みおよび反発ガス流を与えるように操作可能なベルヌーイチャックを少なくとも１つ備えている。例えば、この少なくとも１つのベルヌーイチャックは、絶縁体上半導体構造のドナー半導体ウエハーの第１の表面に均衡した吸込みおよび反発ガス流を与えるように動作可能であってよく、ここで、ドナー半導体ウエハーの第２の表面は、絶縁体基板に接合され、ドナー半導体ウエハーは、弱化領域(weakened region)と第２の表面との間に剥離層を画成する弱化領域を含む。
【００１４】
１つ以上の実施の形態によれば、シート材取扱装置は、少なくとも１つのベルヌーイチャックに連結され、そこへのガスの供給が高温で行われるように構成されたガス温度調節装置をさらに備えてもよい。例えば、ガス温度調節装置は、約１００から１０００℃の間、約５００から７００℃の間の温度で、および／またはガス流を供給する前にシート材の温度に実質的に一致する温度で、少なくとも１つのベルヌーイチャックにガスを供給してもよい。シート材取扱装置は、少なくとも１つのベルヌーイチャックに高温でガスを供給するようにガス温度調節装置をプログラムするように動作可能な制御装置を備えてもよい。
【００１５】
シート材は、絶縁体基板に接合された複数の半導体タイルを含む絶縁体上半導体構造であってよく、少なくとも１つのベルヌーイチャックは、半導体タイルの各々に均衡した吸込みおよび反発ガス流を与えるように配置されてよい。
【００１６】
シート材取扱装置は、代わりにまたは追加に、ドナー半導体ウエハーと絶縁体基板の接合部に近接して配置された少なくとも１つのガス噴出器を備えてもよく、ここで、少なくとも１つのガス噴出器は、ドナー半導体ウエハーからの剥離層の分離を促進するように絶縁体基板にガス流を与えるように動作可能である。例えば、少なくとも１つのガス噴出器は、絶縁体上半導体構造の角部に位置していてもよい。絶縁体上半導体構造が、絶縁体基板に接合された複数の半導体タイルを含む場合、少なくとも１つのガス噴出器は、半導体タイルの各々と絶縁体基板との接合部に近接して配置されているであろう。シート材取扱装置は、少なくとも１つのベルヌーイチャックへの制御されたガスの供給をプログラムし、少なくとも１つのガス噴出器へのガスの供給源をプログラムするように動作可能な制御装置をさらに備えてもよい。
【００１７】
シート材取扱装置は、代わりにまたは追加に、絶縁体基板と任意の支持構造との接合部に近接して配置されたさらに別のガス噴出器を少なくとも１つ備えてもよく、この少なくとも１つのさらに別のガス噴出器は、絶縁体基板と支持構造の分離を促進するように接合部にガス流を与えるように動作可能であってよい。一例として、少なくとも１つのさらに別のガス噴出器は、絶縁体基板の角部に位置していてもよい。
【００１８】
上述したシート材（例えば、絶縁体上半導体構造）などの工作物を取り扱う方法は、上述した装置にしたがう。
【００１９】
他の態様、特徴、利点などは、本発明のここでの記載を添付の図面と共に解釈したときに、当業者に明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本発明の様々な態様を例示する目的のために、図面には、現在好ましい形態が示されているが、本発明は、図示された正確な構成および手段に制限されるものではないことが理解されよう。
【図１】本発明の１つ以上の実施の形態による一般化されたＳＯＩ製造プロセスとその取扱機構を示すブロック図
【図２】基本ＳＯＩ構造を製造するための陽極接合プロセスを使用して形成された中間ＳＯＩ構造を示す概略図
【図３】基本ＳＯＩ構造を製造するための陽極接合プロセスを使用して形成された中間ＳＯＩ構造を示す概略図
【図４】基本ＳＯＩ構造を製造するための陽極接合プロセスを使用して形成された中間ＳＯＩ構造を示す概略図
【図５】絶縁体基板に接合された多数の半導体タイルを使用したＳＯＩ構造の平面図
【図６】絶縁体基板に接合された多数の半導体タイルを使用したＳＯＩ構造の側面図
【図７Ａ】図２のＳＯＩ構造などのＳＯＩ構造を取り扱うのに適したベルヌーイチャックのアレイの平面図
【図７Ｂ】図２のＳＯＩ構造などのＳＯＩ構造を取り扱うのに適したベルヌーイチャックのアレイの側面図
【図８Ａ】本発明の１つ以上の実施の形態と共に使用するのに適したベルヌーイチャックの背面斜視図
【図８Ｂ】本発明の１つ以上の実施の形態と共に使用するのに適したベルヌーイチャックの正面斜視図
【図９】本発明の１つ以上の実施の形態による少なくとも１つのベルヌーイチャックへのガス流の供給源を提供するための制御システムのブロック図
【図１０】本発明の１つ以上の実施の形態による分離噴射器へのガス流のさらに別の供給源を提供するための代わりの制御システムを示すブロック図
【図１１Ａ】ＳＯＩ構造の取扱いを支援するためのさらに別の特徴を使用したベルヌーイチャックのアレイの側面図
【図１１Ｂ】ＳＯＩ構造の取扱いを支援するためのさらに別の特徴を使用したベルヌーイチャックのアレイの側面図
【図１２】本発明の１つ以上の実施の形態を実施するのに適した制御システムのより詳しいブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
同様の番号が同様の要素を示している図面を参照すると、取扱機構１００を使用した、数多くのプロセスを行うステーション１０，２０，３０の中で、ＳＯＩ構造などのシート材を取扱い、移送するためのシステムが図１に示されている。必ずしも制限の目的ではなく、例示の目的のために、プロセスは、ＳＯＩ構造（図示せず）の製造に関連する、予備接合プロセス１０、最終接合プロセス２０、および後接合プロセス３０である。
【００２２】
取扱機構１００は、製造プロセス中に、ことによるとＳＯＩ構造が高温（例えば、６００℃辺りまたはそれより高い温度）にある間に、ステーション／プロセス１０，２０，３０（およびことによると他のものも）の間でＳＯＩ構造を動かさなければならない。取扱機構１００は、半導体材料および絶縁体基板（例えば、ガラスまたはガラスセラミック）が、例えば、反り、垂れ下がり、引掻き傷および／またはガラスの破損によって損傷したり汚染されたりしないことを確実にしながら、移動／移送機能を提供しなければならない。
【００２３】
ＳＯＩ構造の取扱いに関連する難題の複雑さを認識するために、本発明の実施の形態は、特定のＳＯＩタイプおよび特定の製造プロセスに照らして説明される。しかしながら、本発明は、ここに論じたＳＯＩの特定のタイプの取扱いにも、さらにはＳＯＩにも制限されず、本発明には材料の取扱い全般への用途があることが理解されよう。以下に論じる特定のＳＯＩ構造は、ガラス上半導体（ＳＯＧ）品種のものであり、ここで、半導体（シリコンなどの）は、陽極接合によってガラスまたはガラスセラミック基板に接合されている。接合プロセス自体が高温を必要とし、それゆえ、ＳＯＧ構造および中間構造を移送する上での難題が生じるので、議論の目的のために、この例を選択した。
【００２４】
ここで、図１および２〜４を参照すると、ＳＯＩ素子がそれから形成される基本ＳＯＩ構造１０１（図４）を製造するために、形成されるであろう中間構造、および実施されるであろうプロセスが示されている。より詳しくは、一旦製造されたら、基本ＳＯＧ構造１０１は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子、太陽電池、アクティブ・マトリクス・ディスプレイ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などのディスプレイ、集積回路、光起電装置などの特定用途向け素子を製造するために使用してよい。
【００２５】
予備接合プロセス１０（図１）は、図２に関するイオン注入を含む数多くのサブプロセスを含んでもよい。ガラス基板１０２への接合に適した比較的平らで均一な注入表面１２１を製造するために、ドナー半導体ウエハー１２０の注入表面１２１は、研磨、洗浄などによって調製される。議論の目的のために、半導体ウエハー１２０は実質的に単結晶シリコンウエハーであってよいが、上述したように、任意の他の適切な半導体の導体材料を使用してもよい。ドナー半導体ウエハー１２０の注入表面１２１下の弱化領域を形成するために、注入表面１２１に１つ以上のイオン注入プロセス（例えば、水素イオン注入）を行うことによって、剥離層１２２を形成する。注入エネルギーは、約３００〜５００ｍｍの間などの、剥離層１２２の一般的な厚さを達成するための従来の技法を使用して、調節してよい。
【００２６】
図３を参照すると、予備接合プロセス１０は、ガラス基板１０２および剥離層１２２の適切な表面洗浄を行う工程を含んでもよい。その後、中間構造（ガラス基板１０２および剥離層１２２）を直接的または間接的に接触させて、図３に示される構成を得る。
【００２７】
ある場合には、予備接合プロセス１０は、最終的な陽極接合プロセス２０の前に、ガラス基板１０２と剥離層１２２との間のシード接合(seed bond)を形成する工程を含んでもよい。この点に関して、半導体ウエハー１２０とガラス基板１０２に予荷重圧力、温度および電圧を印加して、半導体ウエハー１２０とガラス基板１０２との間の界面の局部区域（好ましくは中央区域）において陽極接合を開始する。
【００２８】
予備接合プロセス１０に関して、また予備接合プロセス１０と最終接合プロセス２０との間の移行に関して、取扱機構１００により行われる取扱工程が１つ以上あってもよいことに留意されたい。重ねて、取扱機構１００の特殊性は、本開示において以下に論じる。
【００２９】
図３〜４を参照すると、ガラス基板１０２は、電気分解プロセスを使用して、剥離層１２２に陽極接合してもよい。適切な電気分解接合プロセスが特許文献１に記載されており、その開示の全てがここに引用される。このプロセスの一部を以下に論じる。ドナー半導体ウエハー１２０、剥離層１２２、およびガラス基板１０２は、ガラス基板１０２がドナー半導体ウエハー１２０および剥離層１２２よりも高い温度に加熱される温度勾配の下などで加熱される。ガラス基板１０２およびドナー半導体ウエハー１２０は、ガラス基板１０２の歪み点の約±１５０℃内の温度にしてもよい。この温度は、ある種のガラス基板１０２については、約７００℃より高くてもよい。
【００３０】
ガラス基板１０２とドナー半導体ウエハー１２０の間の温度差が一旦安定化したら、中間集成体に機械的圧力を印加する（例えば、約１〜約５０ｐｓｉ（約６.９〜３４０ｋＰａ））。次に、例えば、ドナー半導体ウエハー１２０を正電極にし、ガラス基板１０２を負電極にして、中間集成体に亘り電圧を印加する。中間集成体は、ある期間に亘り（例えば、約１時間以下）上記の条件下に保持される。ドナー半導体ウエハー１２０の半導体材料から形成された比較的薄い剥離層１２２が接合されたガラス基板１０２を得るために、ドナー半導体ウエハー１２０およびガラス基板１０２を分離しなければならない。分離プロセスは、この説明において後でより詳しく記載する。
【００３１】
重ねて、最終接合プロセス２０の実施に関して、また最終接合プロセス２０と後接合プロセス３０との間の移行に関して、取扱機構１００により行われる取扱工程が１つ以上あってもよいことに留意されたい。重ねて、取扱機構１００の特殊性は、本開示において以下に論じる。
【００３２】
ここで、図５および６を参照すると、ガラスまたはガラスセラミック基板１０２などの絶縁体基板に接合された多数の半導体タイル１２０を使用した、ＳＯＩ構造１０１Ａの、それぞれ、平面図と側面図が示されている。ＳＯＩ構造１０１Ａは、基本ＳＯＩ構造１０１の製造に関して上述したのと同様のプロセスを使用して形成してよい。タイルが形成されたＳＯＩ構造１０１Ａの製造に関するさらなる詳細は特許文献２に見られ、その開示の全てがここに引用される。
【００３３】
図７Ａおよび７Ｂを参照すると、取扱機構１００は、少なくとも１つの、好ましくはアレイ状に構成された複数のベルヌーイチャック１５０Ａ，１０５Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄを備えている。各ベルヌーイチャック１５０は、そこへの制御されたガスの供給に応答して、ＳＯＩ構造１０１Ａに均衡した吸込みおよび反発ガス流を与えるように動作可能である。ＳＯＩ構造１０１（図４）などの比較的小さなＳＯＩ構造を取り扱う場合、比較的少ないまたはたった１つのベルヌーイチャック１５０を使用する必要しかない。タイルの形成されたＳＯＩ構造１０１Ａ（図５）については、反り、垂れ下がり、および／またはガラスの破損を避けるのを確実にするために、タイル１２０の１つ当たりに１つのチャック１５０など、複数のベルヌーイチャック１５０Ａ，１０５Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄが望ましいであろう。複数のベルヌーイチャック１５０Ａ，１０５Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄが、ＳＯＩ構造１０１Ａに均衡した吸込みおよび反発ガス流を与えるために良好な位置にあることを確実にするために、剛性枠１５２を使用してもよい。好ましい実施の形態において、ベルヌーイチャック１５０Ａ，１０５Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄからのガス流は、半導体タイル１２０の上面に係合する。
【００３４】
図８Ａおよび８Ｂを参照すると、各ベルヌーイチャック１５０は、１つ以上のガス入口１５４、１つ以上のガス出口（排気口）１５６、および環状ガス流開口１５８を備えている。ベルヌーイチャック１５０は、半導体ウエハー１２０上に配置されたときに、半導体ウエハー１２０の直ぐ上の圧力をガラス基板１０２の直ぐ下の圧力より小さくするガス流パターンを半導体ウエハー１２０の上に生じるさせために、ガス噴出を形成する。圧力の不均衡により、半導体ウエハー１２０（およびそれゆえ、ＳＯＩ構造１０１Ａ全体）が上方の「揚」力を経験する。１つ以上のベルヌーイチャック１５０は、ＳＯＩ構造１０１Ａが水平に、垂直に、および／またはそれらの間の方向に、向けられるように動作可能である。実際的な素子に実施するのに適したベルヌーイチャック１５０は、部品番号ＷＡ−４Ｃとして、日本国大阪府豊中市所在のソーラーリサーチ研究所から得られる。ベルヌーイチャック１５０の構造と制御は、約６００ｇ重の保持力で約３００μｍ〜８００μｍの間の保持距離が達成されるように制御されるであろう。
【００３５】
図９を参照すると、取扱機構１００は、制御装置１６０；ガスの供給源（図示せず）からのガス流１６３を受け取り、調節するためのガス圧・ガス流調節装置１６２；および１×Ｎのマニホールド１６６；の内の１つ以上をさらに備えてもよい。制御装置１６０は、取扱機構１００の１つ以上の要素をプログラムするように動作可能である。制御装置１６０は、適切なマイクロプロセッサシステムを使用して、または公知のまたは後に開発される技術のいずれを使用して、実施してもよい。例えば、制御装置１６０をガス圧・ガス流調節装置１６２に連結してもよい。ガス圧・ガス流調節装置１６２は、制御されたガスの供給を１つ以上のベルヌーイチャック１５０に提供しすることによって、制御装置１６０からの電気指令に応答し、よってチャック１５０がＳＯＩ構造１０１，１０１Ａに対応する均衡した吸込みおよび反発ガス流を提供するように動作可能である。ガス圧・ガス流調節装置１６２は、公知のまたは後に開発される技法のいずれを使用して実施してもよい。
【００３６】
１つ以上の実施の形態において、ガス温度調節装置１６４は、そこへのガスの供給が高温で提供されるように１つ以上のベルヌーイチャック１５０に連結されている。一例として、ガス温度調節装置１６４は、マニホールド１６６を通じてベルヌーイチャック１５０に供給されるガス１６３の温度を上昇させるヒータを備えてもよい。このヒータは、ガスヒータまたは抵抗加熱ヒータであってよく、もしくはどのような適切な公知のまたは後に開発される技術であってもよい。ＳＯＩ構造１０１上またはその内部の温度勾配が生じるのを防ぐために、ガス温度調節装置１６４は、ガス流を与える前に、ＳＯＩ構造１０１，１０１Ａの温度に実質的に一致する温度で少なくとも１つのベルヌーイチャック１５０にガスの供給を与えるようにプログラムされていてもよい。例えば、製造中のＳＯＩ構造１０１，１０１Ａの任意の特定の移送または再方向付けの最中に、ＳＯＩ構造１０１，１０１Ａを、ある接合工程の場合における約６００℃以上のような、比較的高温に上昇させてもよい。ガス温度調節装置１６４は、ＳＯＩ構造１０１，１０１Ａのそのような温度で少なくとも１つのベルヌーイチャック１５０にガスの供給を与え、よって、ＳＯＩ構造１０１，１０１Ａの温度が、１つ以上のベルヌーイチャック１５０からのガス流の結果として実質的に変化しないようにプログラムされていてもよい。これにより、ベルヌーイチャック１５０に係合する前に、ＳＯＩ構造１０１，１０１Ａが冷却されるのを待つ必要がなくなり、それによって、製造速度が増し、製造コストが低下する。一例として、ガス温度調節装置１６４は、約３００から１０００℃の温度で、より詳しくは約５００から７００℃の温度で、ベルヌーイチャック１５０にガスの供給を与えてもよい。
【００３７】
１×Ｎマニホールド１６６を使用して、ガスを１つ以上のベルヌーイチャック１５０に供給してもよい。それゆえ、ある実施例において、４つのシリコンタイルを有するＳＯＩ構造１０１Ａに実施する場合には、Ｎは４であり、１×４マニホールド１６６が、ガスを高温で、４つのベルヌーイチャック１５０Ａ，１０５Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄの各々に提供するであろう（図９にはその内の２つしか見えない）。
【００３８】
図１０を参照すると、代わりのまたは追加の特徴が取扱機構１００により利用されている。この実施の形態において、取扱機構１００は、上述した制御装置１６０、ガス圧・ガス流調節装置１６２、ガス温度調節装置１６４、および１×Ｎマニホールド１６６を備えても備えていなくてもよい。この実施の形態がこれらの要素のいずれを使用しても、それらは、前述したのと同様な様式で動作するであろう。この実施の形態において、取扱機構１００は、ドナー半導体ウエハー１２０とガラス基板１０２との接合部に近接して配置された少なくとも１つのガス噴出器１７０Ａを備えている。この少なくとも１つのガス噴出器１７０Ａは、ガラス基板１０２に接合され剥離された、例えば、分離された剥離層１２２からドナー半導体ウエハー１２０を除去するのを促進するために、ガラス基板１０２にガス流を与えるように動作可能である。ある場合には、ドナー半導体ウエハー１２０に対する比較的平らな剥離層１２２の接触によりこの接合部で真空条件が生じ、そのため、ベルヌーイチャック１５０からの均衡した吸込みおよび反発ガス流のみを使用しただけでは、剥離層からドナー半導体ウエハーを持ち上げることは難しくなる。実際に、ガラス基板１０２に施されるガスの噴出は、ドナー半導体ウエハー１２０をガラス基板１０２（およびそこに接合された剥離層１２２）から押し離し、よってドナー半導体ウエハー１２０は、ベルヌーイチャック１５０により持ち上げられ、ＳＯＩ構造から除去される傾向にある。ある実施の形態において、一例において、少なくとも１つのガス噴出器１７０Ａは、絶縁体上半導体構造１０１，１０１Ａの１つ以上の角部に位置してもよい。絶縁体上半導体構造１０１Ａが、ガラス基板１０２に接合された複数の半導体タイル１２０を備える場合、少なくとも１つのガス噴出器１７０Ａは、ガラスに結合した剥離層からの先に分離されたドナー半導体ウエハーの除去を促進するために、半導体タイル１２０の各々とガラス基板１０２との接合部に近接して配置されてもよい。
【００３９】
この実施の形態において、１×Ｎマニホールド１６６は、ガスの供給源を１つ以上のベルヌーイチャック１５０と、１つ以上のガス噴出器１７０Ａに方向付けるために、使用してもよい。１つ以上のガス噴出器１７０Ａへのガスの供給は、１×Ｎマニホールド１６６をプログラミングする制御装置１６０によって促進してもよい。１つ以上のガス噴出器１７０Ａに供給されるガスの供給源は、約１００℃から約１０００℃、より詳しくは約５００℃から約７００℃などの高温で、もしくは絶縁体上半導体構造１０１，１０１Ａの温度に一致する温度で、提供してもよい。
【００４０】
あるいは、またはそれに加え、取扱機構１００は、ガラス基板１０２と、１つ以上のプロセスステーション１０，２０，３０において使用されるテーブルまたは他の構造などの、任意の支持構造との接合部に近接して配置された少なくとも１つのガス噴出器１７０Ｂを備えてもよい。１つ以上のガス噴出器１７０Ｂは、ガラス基板１０２と支持構造の分離を促進するためにその接合部にガス流を与えるように動作可能である。実際に、ある場合には、比較的平らな支持表面に対する比較的平らなガラス基板１０２の接触によりこの接合部で真空条件が生じ、そのため、ベルヌーイチャック１５０からの均衡した吸込みおよび反発ガス流のみを使用しただけでは、支持構造から絶縁体上半導体構造１０１，１０１Ａを持ち上げることは難しくなる。ガラス基板１０２と支持構造の接合部に施されるガスの噴出は、ガラス基板１０２を支持構造から押し離し、真空を破壊し、ベルヌーイチャック１５０が絶縁体上半導体構造１０１，１０１Ａを持ち上げ、支持構造から除去する傾向にある。一例において、少なくとも１つのガス噴出器１７０Ｂは、絶縁体上半導体構造１０１，１０１Ａの１つ以上の角部に位置してもよい。
【００４１】
重ねて、１×Ｎマニホールド１６６は、ことによると制御装置１６０のプログラムされた支援により、ガスの供給源を１つ以上のベルヌーイチャック１５０と、１つ以上のガス噴出器１７０Ｂに方向付けるために使用してもよい。それに加え、または代わりに、１つ以上のガス噴出器１７０Ｂに供給されるガスの供給源は、上述した高温の１つ以上で提供してもよい。
【００４２】
ここで、図１１Ａ，１１Ｂを参照するが、これらは、図５の構造１０１Ａなどの、ＳＯＩ構造を取り扱うのを支援するためにさらに別の特徴を使用したベルヌーイチャック１５０のアレイの側面図である。詳しくは、図１１Ａは、特にガラス基板１０２に接合される前の移送中の、多数の半導体タイル１２０の分離箇所を維持するように動作可能なスペーサ構造１５３の使用を示している。このスペーサ構造１５３は、剛性枠１５２から懸下されていてよく、ガラス基板１０２に突き当りそれを損傷させることなく、所望の深さまでタイル１２０間の空間に貫通するように、垂直方向に調節可能であることが好ましい。スペーサ構造１５３の機能には、タイル１２０が互いに触れるのを防ぎ、ＳＯＩ構造１０１Ａのいくつかまたは全てが、ガラス基板上に配置される前にベルヌーイチャック１５０に対して横に（例えば、左右に）動くのを防ぐことがある。図１１Ａは、タイル１２０の内の２つのみの間の空間に入るものとしてスペーサ構造１５３を示している。しかしながら、スペーサ構造１５３は、スペーサ構造１５３がタイル１２０の４つ全ての間の空間に入るように、「交差」構造に設計され、４つ全てのタイル１２０の間の両空間が合流する（図５参照）中央位置に配置されてもよいことが認識されよう。４より多いタイル１２０のアレイ、例えば、２×４，３×３，３×４のアレイ、もしくは他のアレイの場合、スペーサ構造は、それによって格子の一部分がタイルの縁の各隣接する／面する対の間に位置する、「格子」構造に形成されてよい。上述したスペーサ構造は、外側のタイルが隣接したタイルから離れるように動くのを防ぐために、各タイルの間だけでなく、外側のタイルの外縁に沿った「スペーサ」を含んでもよい。スペーサ構造１５３は、連続した格子またはＴ字構造を形成してもよく、もしくは部分的な壁の形状または所望のＴ形状または格子構造に沿った複数のピンの形状でもよい。
【００４３】
図１１Ｂは、それぞれ、タイル１２０およびガラスの横の動きを防ぐように動作する、保持構造１８０，１８２の使用を示している。保持構造１８０，１８２は、剛性枠１５２から懸下されていてもよく、それらが下方に所望の程度まで延在するように垂直方向に調節可能であることが好ましい。詳しくは、保持構造１８０，１８０は、対１８０Ａと１８０Ｂで配置されていてよく、各対の１つの保持構造が、タイル１２０が関連するベルヌーイチャック１５０に対して横に動くのを防ぐように所定のタイル１２０の角部のいずれかの側に配置されている。保持構造１８０Ａ，１８０Ｂは１つのタイル１２０の１つの角部のみに示されているが、保持構造１８０Ａ，１８０Ｂはタイル１２０の対応する縁に沿って中央に配置されていてもよく、もしくはさらに別の保持構造１８０が、移送中の安定性を改善するために他のタイル１２０の角部に配置されてもよい。保持構造１８２，１８２は、同様に、対１８２Ａと１８２Ｂで配置されていてよく、各対の１つの保持構造は、ＳＯＩ構造１０１Ａが移送中に横に動くのを防ぐために、基板１０２の角部のいずれかの側に配置されている。保持構造１８２Ａ，１８２Ｂは、基板１０２の１つの角部のみに示されているが、保持構造１８２Ａ，１８２Ｂはガラス基板１０２の対応する縁に沿って中央に配置されていてもよく、もしくはさらに別の保持構造１８２が、安定性を改善するために基板１０２の他の角部に配置されてもよい。
【００４４】
ここで図１２を参照すると、上述した本発明の１つ以上の実施の形態を実施するのに適した制御システムのより詳しいブロック図が示されている。図示された実施例には、作業片（例えば、ＳＯＩ１０１，１０１Ａ）の加工および取扱いを清浄な環境で行うべき場合に特別な適用性がある。この制御システムは、制御装置１６０に関して上述した１つ以上の機能を含む中央コンピュータを備えてもよい。中央コンピュータ１６０に出入りする信号線は点線で示され、それらが電気信号であることを表している。クリーンガスなどのガスの供給源が要素４０で提供される。１つ以上のガス・インライン・フィルタ４２，４４を供給源４０と１×Ｎマニホールド１６６との間に設けてもよい。ガス圧・ガス流調節装置１６２およびガス温度調節装置１６４は、上述したように、中央コンピュータ１６０により制御される。
【００４５】
１×Ｎマニホールド１６６は、上述したように、ガス流を、１つ以上のベルヌーイチャック１５０、１つ以上のガス噴出器１７０Ａ、および／または１つ以上のガス噴出器１７０Ｂに向けるために使用される。ガス圧センサシステム４８を、ベルヌーイチャック１５０により作業片（例えば、ＳＯＩ１０１，１０１Ａ）の係合を検出するために使用してよい。代わりにまたは加えて、支持構造に対して作業片（例えば、ＳＯＩ１０１，１０１Ａ）の係合を検出するために、１つ以上の質量センサ５０を使用してもよい。中央コンピュータ１６０が噴出器とチャックの機能性をプログラムするように、１つ以上の電子制御式ガス栓１７２Ａ，１７２Ｂ，１７２Ｃを、１×Ｎマニホールド１６６と、それぞれのガス噴出器１７０Ａ，１７０Ｂおよびそれぞれのベルヌーイチャック１５０との間のインラインに使用してもよい。電子制御式カートリッジ・ヒータ５４を代わりにまたは追加に使用してもよい。カートリッジ・ヒータ５４をベルヌーイチャックに連結し、それを加熱して、ベルヌーイチャック１５０と作業片（例えば、ＳＯＩ１０１，１０１Ａ）との間の温度差を最小にするおよび／またはそれらの温度を実質的に一致させてもよい。実際に、ある条件下で、カートリッジ・ヒータ５４はベルヌーイチャック１５０（作業片よりずっと冷たい）の吸熱効果を減少させる。カートリッジ・ヒータ５４のない場合、作業片は熱応力または反りを経験するかもしれない。
【００４６】
ベルヌーイチャック１５０からの排ガスは、チャック排気口４６（ベンチュリ／ブロワおよび／または電子制御式流動制御装置も備えていてもよい）を通じて方向付けられ、排ガスがベルヌーイチャック１５０から排気管５８に送られ、清浄環境から排出されるであろう。あるいは、または代わりに、１×Ｎマニホールド１６６からにの排ガスは、ヒータからの排ガスがベルヌーイチャックから迂回され（例えば、バイパス）、排気口を通じて清浄環境から排出されるように、バイパス排気口５２（電子制御式流動制御装置を備えてもよい）に向けられてもよい。バイパス排気口５２と共にチャック排気口４６を使用することは、高温動作、例えば、３００℃を超える動作にとって有益である。１×Ｎマニホールド１６６（またはヒータ１６４）から排気管５８へのバイパス排気口５２がない場合、ベルヌーイチャックを通るガス流を遮断することにより、ヒータを通るガス流を遮断する。次いで、ヒータ１６４が、ヒータを通るガス流のないために過熱されるのを防ぐために、ベルヌーイチャックが停止されたときはいつでも、ヒータ１６４を停止しなければならない。その結果、ヒータ１６４は、ベルヌーイチャックが停止され、チャックから排出される空気／ガスの温度が変動するときはいつでも、冷める。相当な休止時間後、ヒータとベルヌーイチャック１５０が再び稼働するときに、周囲の環境を乱し、ＳＯＩ構造またはドナーウエハーを反らせるかもしれない。比較的冷たい空気がベルヌーイチャックのジャケット孔から排出される。この温度サイクルおよび行過ぎ(overshooting)により、加熱要素の寿命が短くなるかもしれない。バイパス排気口５２と共にチャック排気口を使用すると、ヒータ１６４が一定のオン状態を維持し、動作中に非常に安定な定常状態の目標設定点温度を示すことができる。予熱工程において、ヒータ１６４およびヒータを通るガス／空気流、マニホールド１６６、およびベルヌーイチャック１５０を稼働させて、チャックから排出されているガスの所望の定常状態温度が達成されるまで、ヒータ１６４、マニホールド１６６およびベルヌーイチャック１５０を予熱してもよい。ベルヌーイチャックを停止すると、空気またはガスがヒータおよびマニホールドを通って流れ続けるように、バイパス排気口が開かれる。このようにして、ヒータとマニホールドは、ベルヌーイチャックが停止されている間に所定の温度に維持され、チャックがオン・オフされるときにチャックから排出されるガスの温度の変動が大幅に減少する。チャックから排出されるガスの温度の温度変動は、停止されたときにベルヌーイチャックの温度を維持するためのベルヌーイチャック内またはその上に随意的なヒータ（カートリッジ・ヒータなどの）を使用することによって、さらに減少させることができる。ベルヌーイチャック内にヒータを使用すると、システムを予熱するのにかかる時間が短くなる。マニホールドにおけるバイパス排気口の孔の開口は、ベルヌーイチャック１５０中の噴出孔よりもずっと大きくてよい。このようにして、ベルヌーイチャック１５０がオンにされたときに、１×Ｎマニホールド１６６が約６０ｐｓｉ（約６１０ｋＰａ）に到達するまで、バイパス排気口５２を閉じた位置に維持してもよ���。この時点で、バイパス排気口は、マニホールド内の圧力を６０ｐｓｉ（約６１０ｋＰａ）の定常状態に維持するために、部分的に開けてもよい。反対に、ベルヌーイチャック１５０を停止するときに、１×Ｎマニホールド１６６がずっと低い圧力に到達するまで、排気口流動制御装置を開いた位置５２にして、空気をバイパス排気口５２に通して流動させる。
【００４７】
本発明を特定の実施の形態を参照して記載してきたが、これらの実施の形態は、本発明の原理および用途を示しているに過ぎないことが理解されよう。したがって、様々な改変を例示の実施の形態に行ってよく、添付の特許請求の範囲により定義される本発明の精神および範囲から逸脱せずに、他の構成も考えられることが理解されよう。
【符号の説明】
【００４８】
１００    取扱機構
１０１    基本ＳＯＧ構造
１０２    ガラス基板
１２０    ドナー半導体ウエハー
１２２    剥離層
１５０    ベルヌーイチャック
１５３    スペーサ構造
１６６    １×Ｎマニホールド
【図１】
2012507147.tif 000003
【図２】
2012507147.tif 000004
【図３】
2012507147.tif 000005
【図４】
2012507147.tif 000006
【図５】
2012507147.tif 000007
【図６】
2012507147.tif 000008
【図７Ａ】
2012507147.tif 000009
【図７Ｂ】
2012507147.tif 000010
【図８Ａ】
2012507147.tif 000011
【図８Ｂ】
2012507147.tif 000012
【図９】
2012507147.tif 000013
【図１０】
2012507147.tif 000014
【図１１Ａ】
2012507147.tif 000015
【図１１Ｂ】
2012507147.tif 000016
【図１２】
2012507147.tif 000017
【国際調査報告】
2012507147.tif 000018
2012507147.tif 000019
2012507147.tif 000020