JP4143161B2 - 部材の分離装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部材の分離装置及び処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
絶縁層上に単結晶Ｓｉ層を有する基板として、ＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造を有する基板（ＳＯＩ基板）が知られている。このＳＯＩ基板を採用したデバイスは、通常のＳｉ基板では達成し得ない数々の優位点を有する。この優位点としては、例えば、以下のものが挙げられる。
（１）誘電体分離が容易で高集積化に適している。
（２）放射線耐性に優れている。
（３）浮遊容量が小さく、素子の動作速度の高速化が可能である。
（４）ウェル工程が不要である。
（５）ラッチアップを防止できる。
（６）薄膜化による完全な空乏型電解効果トランジスタの形成が可能である。
【０００３】
ＳＯＩ構造は、上記のような様々な優位点を有するため、ここ数十年、その形成方法に関する研究が進められてきた。
ＳＯＩ技術としては、古くは、単結晶サファイア基板上にＳｉをＣＶＤ（化学気層成長）法でヘテロエピタキシ成長させて形成するＳＯＳ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｓａｐｐｈｉｒｅ）技術が知られている。このＳＯＳ技術は、最も成熟したＳＯＩ技術として一応の評価を得たものの、Ｓｉ層と下地のサファイア基板との界面における格子不整合による大量の結晶欠陥の発生、サファイア基板を構成するアルミニウムのＳｉ層への混入、基板の価格、大面積化への遅れ等の理由により実用化が進んでいない。
【０００４】
ＳＯＳ技術に次いで、ＳＩＭＯＸ（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ｏｘｙｇｅｎ）技術が登場した。このＳＩＭＯＸ技術に関して、結晶欠陥の低減や製造コストの低減等を目指して様々な方法が試みられてきた。この方法としては、基板に酸素イオンを注入して埋め込み酸化層を形成する方法、酸化膜を挟んで２枚のウェハを貼り合わせて一方のウェハを研磨又はエッチングして、薄い単結晶Ｓｉ層を酸化膜上に残す方法、更には、酸化膜が形成されたＳｉ基板の表面から所定の深さに水素イオンを打ち込み、他方の基板と貼り合わせた後に、加熱処理等により該酸化膜上に薄い単結晶Ｓｉ層を残して、貼り合わせた基板（他方の基板）を剥離する方法等が挙げられる。
【０００５】
本出願人は、特開平５−２１３３８号において、新たなＳＯＩ技術を開示した。この技術は、多孔質層が形成された単結晶半導体基板上に非多孔質単結晶層を形成した第１の基板を、絶縁層（ＳｉＯ2）を介して第２の基板に貼り合わせ、その後、多孔質層で両基板を分離し、第２の基板に非多孔質単結晶層を移し取るものである。この技術は、ＳＯＩ層の膜厚均一性が優れていること、ＳＯＩ層の結晶欠陥密度を低減し得ること、ＳＯＩ層の表面平坦性が良好であること、高価な特殊仕様の製造装置が不要であること、数１００Å〜１０μｍ程度の範囲のＳＯＩ膜を有するＳＯＩ基板を同一の製造装置で製造可能なこと等の点で優れている。
【０００６】
更に、本出願人は、特開平７−３０２８８９号において、上記の第１の基板と第２の基板とを貼り合わせた後に、第１の基板を破壊することなく第２の基板から分離し、その後、分離した第１の基板の表面を平滑にして再度多孔質層を形成し、これを再利用する技術を開示した。この技術は、第１の基板を無駄なく使用できるため、製造コストを大幅に低減することができ、製造工程も単純であるという優れた利点を有する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の技術において、量産化を容易にするには、歩留まりを低下させる要因を可能な限り排除すべきである。例えば、貼り合せた基板を多孔質層で分離する一連の処理においては、基板を落下させる危険性を排除することが重要である。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、基板等の部材の分離に好適な分離装置及び基板等の部材の処理に好適な処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る部材の分離装置は、部材の主表面の方向を変更する操作手段と、鉛直方向に束状の流体を噴射して該束状の流体によって前記部材を分離する分離手段と備え、前記操作手段は、前記部材をその主表面が水平になるように操作する機能と、該主表面が鉛直になるように操作する機能とを有し、前記操作手段は、前記部材をその主表面が水平な状態で受け取り、前記部材をその主表面を鉛直にするとともに前記分離手段が前記部材を処理可能な位置に移動させる他、前記分離手段により分離された各部材の少なくとも１つの部材の主表面を水平にすることを特徴とする。
本発明の好適な実施形態に係る部材の分離装置は、部材の主表面の方向を変更する操作手段と、束状の流体を利用して部材を分離する分離手段とを備え、前記操作手段は、部材をその主表面の方向が第１の方向に一致するように操作する機能と、該主表面の方向が第２の方向に一致するように操作する機能とを有する。
【０００９】
上記の分離装置において、前記操作手段は、その主表面の方向が前記第１の方向に一致する部材を受け取り、該主表面の方向を前記第２の方向に一致させると共に該部材を前記分離手段が処理可能な位置に移動させる他、前記分離手段により分離された各部材の少なくとも１つの部材の主表面の方向を前記第１の方向に一致させることが好ましい。
【００１０】
上記の分離装置において、前記操作手段は、その主表面の方向が前記第１の方向に一致する部材を受け取り、該主表面の方向を前記第２の方向に一致させると共に該部材を前記分離手段が処理可能な位置に移動させる他、前記分離手段により分離された各部材の主表面の方向を夫々前記第１の方向に一致させることが好ましい。
【００１１】
上記の分離装置において、前記第１の方向と前記第２の方向とが略直交することが好ましい。
上記の分離装置において、前記第１の方向は、部材の主表面が略水平になる方向であることが好ましい。
上記の分離装置において、処理対象の部材は板状部材であり、前記分離手段は、該板状部材を面方向に切断して２枚の板状部材に分離することが好ましい。
【００１２】
上記の分離装置において、前記第２の方向は、板状部材の主表面が略垂直になる方向であり、前記分離手段は、板状部材に向かって流体を鉛直方向に噴射して該板状部材を２枚の板状部材に分離することが好ましい。
上記の分離装置において、前記第１の方向は、板状部材の主表面が略水平になる方向であることが好ましい。
【００１３】
上記の分離装置において、前記操作手段は、前記分離手段により板状部材を分離する際に該板状部材を両面から挟むようにして保持する一対の保持手段を有することが好ましい。
上記の分離装置において、前記保持手段は、板状部材を吸着する吸着手段を有することが好ましい。
【００１４】
上記の分離装置において、前記操作手段は、前記吸着手段の吸着面に平行な軸を中心として前記一対の保持手段のうち少なくとも一方を回動させる回動手段を有し、該回動手段により板状部材の主表面の方向を変更することが好ましい。
上記の分離装置において、前記操作手段は、前記吸着手段の吸着面に平行な軸を中心として前記一対の保持手段を夫々回動させる回動手段を有し、該回動手段により板状部材の主表面の方向を変更することが好ましい。
【００１５】
上記の分離装置において、前記保持手段を回動させる際の中心となる軸は、前記一対の保持手段が互いに干渉しない位置に配置されていることが好ましい。
上記の分離装置において、部材をその主表面に直交する軸を中心として回転させる回転手段を更に備えることが好ましい。
上記の分離装置において、前記回転手段は、前記分離手段により部材を分離する際に該部材を回転させる手段を有することが好ましい。
【００１６】
上記の分離装置において、前記分離手段は束状の液体を利用して部材を分離し、前記回転手段は、前記分離手段により分離された各部材の少なくとも１つの部材を回転させて、これにより該部材に付着している液体を除去する手段を有することが好ましい。
上記の分離装置において、前記一対の保持手段の少なくとも一方をその保持面に直交する軸を中心として回転させる回転手段を更に備えることが好ましい。
【００１７】
上記の分離装置において、前記回転手段は、前記分離手段により部材を分離する際に前記保持手段を回転させることが好ましい。
上記の分離装置において、前記分離手段は束状の液体を利用して部材を分離し、前記回転手段は、前記分離手段により部材を分離した後に、前記保持手段を回転させて、これにより該保持手段によって保持された部材に付着している液体を除去することが好ましい。
【００１８】
上記の分離装置において、装置を被うチャンバを更に備えることが好ましい。
上記の分離装置において、前記チャンバは、開閉可能なシャッタを有することが好ましい。
上記の分離装置において、処理対象の部材を前記操作手段に引き渡す他、分離された部材を前記操作手段から受け取るための搬送手段を更に備え、前記搬送手段は前記チャンバの外部に配置され、前記シャッタを開放した状態で、前記操作手段との間で部材の引き渡し及び受け取りを行うことが好ましい。
【００１９】
上記の分離装置において、少なくとも前記分離手段により部材を分離する際には、前記シャッタを閉じることが好ましい。
上記の分離装置において、処理対象の部材を前記操作手段に対して位置合せする位置合せ手段を更に備えることが好ましい。
上記の分離装置において、分離対象の部材は、分離用の層として脆弱な層を有し、該脆弱な層は該部材の主表面に略平行な層であることが好ましい。
【００２０】
本発明に係る部材の処理装置は、部材の主表面の方向を変更する操作手段と、部材をその主表面に直交する軸を中心として回転させる回転手段と、前記回転手段により部材を回転させた状態で該部材を処理する処理手段とを備え、前記操作手段は、その主表面の方向が前記第１の方向に一致する部材を受け取り、該主表面の方向を前記第２の方向に一致させると共に該部材を前記処理手段が処理可能な位置に移動させる他、前記処理手段により処理された部材の主表面の方向を前記第１の方向に一致させることを特徴とするとする。
【００２１】
上記の処理装置において、前記第１の方向と前記第２の方向とが略直交することが好ましい。
上記の処理装置において、前記第１の方向は、部材の主表面が略水平になる方向であることが好ましい。
上記の処理装置において、前記処理手段は液体により部材を処理し、前記回転手段は、前記処理手段により部材が処理された後に、該部材を回転させて、これにより該部材に付着している液体を除去することが好ましい。
【００２２】
本発明に係る他の処理装置は、部材を保持する保持手段と、前記保持手段の保持面の方向を変更する操作手段と、前記保持手段によって保持された部材を処理する処理手段と、前記処理手段により部材を処理する際及び／又は処理の終了後に、前記保持面に直交する軸を中心として、該部材を保持している前記保持手段を回転させる回転手段とを備え、前記操作手段は、前記保持手段が処理対象の部材を受け取る際は前記保持手段の保持面の方向を第１の方向に一致させ、前記保持手段が該部材を受け取って保持した後に、前記保持手段の保持面の方向を第２の方向に一致させると共に前記処理手段が該部材を処理可能な位置に前記保持手段を移動させ、前記処理手段による処理が完了した後に、前記保持手段の保持面の方向を前記第１の方向に一致させることを特徴とする。
【００２３】
上記の他の処理装置において、前記第１の方向と前記第２の方向とが略直交することが好ましい。
上記の他の処理装置において、前記第１の方向は、部材の主表面が略水平になる方向であることが好ましい。
上記の他の処理装置において、前記処理手段は液体により部材を処理し、前記回転手段は、前記処理手段により部材が処理された後、該部材を回転させて、これにより該部材に付着している液体を除去することが好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。
図１は、本発明の好適な実施の形態に係るＳＯＩ基板の製造方法を工程順に説明する図である。
図１（ａ）に示す工程では、単結晶Ｓｉ基板１１を準備して、その表面に陽極化成等により多孔質Ｓｉ層１２を形成する。次いで、図１（ｂ）に示す工程では、多孔質Ｓｉ層１２上に非多孔質単結晶Ｓｉ層１３をエピタキシャル成長法により形成する。その後、その表面を酸化することによりＳｉＯ2層１５を形成する。これにより、第１の基板（▲１▼）が形成される。
【００２５】
図１（ｃ）に示す工程では、単結晶Ｓｉの第２の基板（▲２▼）を準備し、第１の基板（▲１▼）と第２の基板（▲２▼）とを、第２の基板１４と絶縁層１５とが面するように室温で密着させる。その後、陽極接合、加圧若しくは熱処理又はこれらを組合わせた処理により第１の基板（▲１▼）と第２の基板（▲２▼）とを貼り合わせる。この処理により、第２の基板１４と絶縁層１５が強固に結合される。なお、絶縁層１５は、上記のように非多孔質単結晶Ｓｉ層１３側に形成しても良いし、第２の基板１４上に形成しても良く、両者に形成しても良く、結果として、第１の基板と第２の基板を密着させた際に、図１（ｃ）に示す状態になれば良い。
【００２６】
図１（ｄ）に示す工程では、貼り合わせた２枚の基板を、多孔質Ｓｉ層１２の部分で分離する。これにより、第２の基板側（▲１▼’’＋▲２▼）は、多孔質Ｓｉ層１２’’／単結晶Ｓｉ層１３／絶縁層１５／単結晶Ｓｉ基板１４の積層構造となる。一方、第１の基板側（▲１▼’）は、単結晶Ｓｉ基板１１上に多孔質１２’を有する構造となる。
【００２７】
分離後の基板（▲１▼’）は、残留した多孔質Ｓｉ層１２’を除去し、必要に応じて、その表面を平坦化することにより、再び第１の基板（▲１▼）を形成するための単結晶Ｓｉ基板１１として使用される。
貼り合わせた基板を分離した後、図１（ｅ）に示す工程では、第２の基板側（▲１▼’’＋▲２▼）の表面の多孔質層１２’’を選択的に除去する。これにより、単結晶Ｓｉ層１３／絶縁層１５／単結晶Ｓｉ基板１４の積層構造、すなわち、ＳＯＩ構造を有する基板が得られる。
【００２８】
第２の基板としては、例えば、単結晶Ｓｉ基板の他、絶縁性基板（例えば、石英基板）や光透過性基板（例えば、石英基板）等が好適である。
この実施の形態では、２枚の基板を貼り合せた後にこれを分離する処理を容易にするために、分離領域に脆弱な構造の多孔質層１２を形成するが、この多孔質層の代わりに、例えば微小気泡層を形成してもよい。微小気泡層は、半導体基板にイオンを注入することにより形成することができる。
【００２９】
この実施の形態においては、図１（ｄ）に示す工程、すなわち、貼り合わせた２枚の基板（以下、貼り合わせ基板）を分離する工程において、貼り合せ基板の分離領域に高圧の液体又は気体（流体）を挟入させることにより多孔質層を破壊して、これにより貼り合せ基板を２枚の基板に分離する。
［分離装置の原理］
まず、本発明の好適な実施の形態に係る分離装置の原理を説明する。この実施の形態に係る分離装置は、ウォータージェット法を適用したものである。一般に、ウォータジェット法は、水を高速、高圧の束状の流れにして対象物に対して噴射して、加工、表面の塗膜の除去、表面の洗浄等を行う方法である（「ウォータージェット」第１巻１号第４ページ参照）。
【００３０】
この分離装置は、貼り合わせ基板の多孔質層（分離領域）に対して、基板の面方向に、高速、高圧の液体又は気体（流体）を束状の流れにして噴射して、多孔質層を選択的に崩壊させることにより、多孔質層の部分で基板を分離するものである。以下では、この束状の流れを「ジェット」という。また、ジェットを構成する液体又は気体（流体）を「ジェット構成媒体」という。ジェット構成媒体としては、水、アルコール等の有機溶媒、弗酸、硝酸その他の酸、水酸化カリウムその他のアルカリ、空気、窒素ガス、炭酸ガス、希ガス、エッチングガスその他の気体を使用し得る。
【００３１】
図２は、本発明の好適な実施の形態に係る分離装置の原理を示す図である。この分離装置は、基板を支持するための一対の基板保持部２２及び２３を有する。基板保持部２２，２３には、夫々回転軸２４、２５が連結されている。また、基板保持部２２，２３は、夫々回転軸２６，２７を中心として回動可能に支持されている。
【００３２】
貼り合せ基板２１を2枚の基板２１ａ，２１ｃに分離するには、まず、図２（ａ）に示すように、基板保持部２２，２３の基板支持面を水平にする。そして、一方の基板保持部２２の上の所定位置に貼り合せ基板２１を載置し基板支持面に吸着させる。
次いで、図２（ｂ）に示すように、両基板保持部２２，２３を夫々回転軸２６，２７を中心として回動させて対向させ、両基板保持部２２，２３により貼り合せ基板２１を挟むようにして保持する。このとき、両基板保持部２２，２３の基板支持面は垂直になる。
【００３３】
この状態で、噴射ノズル２８からジェット構成媒体(例えば、水）２９を噴射させて貼り合せ基板２１の分離領域（多孔質領域）に挟入させると共に回転軸２４，２５を中心として貼り合せ基板２１を回転させる。これにより、貼り合せ基板２１は、２枚の基板２１ａ，２１ｃに分離される。
次いで、図２（ｃ）に示すように、回転軸２６，２７を中心として、基板保持部２２，２３を夫々の基板支持面が水平になるまで回動させる。なお、この動作は、基板保持部２２に基板２１ａを吸着させ、基板保持部２３に基板２１ｃを吸着させて行う。
【００３４】
ここで、ジェット構成媒体として、例えば水等の液体を使用する場合は、回転軸２４，２５を中心として基板保持部２２，２３を夫々高速に回転させることにより、分離後の各基板２１ａ，２１ｃを乾燥させることができる。
回転軸２６，２７は、夫々、図２（ｂ）に示す状態、すなわち、両基板保持部２２，２３により挟持した状態において、貼り合せ基板２１の面を軸方向に投影した空間（投影空間）３０の外部に配置する必要がある。これは、両基板保持部２２，２３が互いに干渉することを避けるためである。ただし、基板保持部２２及び２３のいずれか或いは双方を水平方向に移動させる機構を設ける場合は、基板保持部２２，２３を投影空間３０内に配置することも可能である。
【００３５】
上記の分離装置によれば、貼り合せ基板２１を水平にした状態で分離装置に引き渡し、分離後の基板２１ａ，２１ｃを水平な状態で分離装置から受け取ることができる。このように、基板を水平にした状態で受け渡しすることを可能にすることにより、基板を下方から支持することが可能になるため、搬送時や受け渡し持に基板を落下させる危険性が低減される。
【００３６】
以下、本発明の好適な実施の形態に係る分離装置の具体的な構成例を挙げる。
［分離装置の第１の構成例］
図３乃至図７は、第１の構成例に係る分離装置の概略構成を示す図である。この分離装置１００は、基板を操作するための一対の基板操作部１５０及び１６０を備える。
【００３７】
基板操作部１５０，１６０は、夫々基板を支持するための基板保持部１０８，１０９を有する。基板保持部１０８，１０９は、基板を吸着する機構として真空吸着用の溝１０８ａ，１０９ａを有し、各溝１０８ａ，１０９ａは、回転軸１０６，１０７の中を通る真空ラインに夫々通じている。この真空ラインは、ロータリー真空継手を介して外部の真空ラインに接続されている。
【００３８】
処理対象の貼り合せ基板１０１は、内部に脆弱な構造部である多孔質層１０１ｂを有し、この多孔質層１０１ｂの部分で２つの基板１０１ａ，１０１ｃに分離される。
貼り合せ基板１０１を分離する際は、図５に示すように、２つの基板保持部１０８ａ，１０９ａにより貼り合せ基板１０１を挟むようにして垂直に支持する。
【００３９】
この分離装置１００においては、例えば、基板１０１ａが図１（ｄ）における第１の基板側（▲１▼’）、基板１０１ｃが第２の基板側（▲１▼’’＋▲２▼）になるようにセットする。
基板保持部１０８は、ベアリング１０４を介して軸支持部１０２に回転可能に軸支された回転軸１０６の一端に連結され、この回転軸１０６の他端は駆動源１１４に連結されている。この駆動源１１４としては、例えばモータが好適である。分離処理に際して、貼り合せ基板１０１は、この駆動源１１４から伝達される回転力により回転される。この駆動源１１４は、不図示の制御器からの命令に従って、指定された回転速度で回転軸１０６を回転させる。
【００４０】
一方、基板保持部１０９は、ベアリング１０５を介して軸支持部１０３に回転可能に軸支された回転軸１０７の一端に連結され、この回転軸１０７の他端は駆動源１１５に連結されている。この駆動源１１５としては、例えばモータが好適である。分離処理に際して、貼り合せ基板１０１は、この駆動源１１５から伝達される回転力により回転される。この駆動源１１５は、不図示の制御器からの命令に従って、回転軸１０６の回転と同期させて回転軸１０７を回転させる。このように、回転軸１０６及び１０７を同期して回転させるのは、貼り合せ基板１０１がねじられることを防止するためである。
【００４１】
ここで、上記のように、回転軸１０６，１０７に夫々別個の駆動源を連結してもよいが、１つの駆動源を設けて、この１つの駆動源が発生する回転力を分配して回転軸１０６，１０７に夫々供給することもできる。この場合、回転軸１０６及び１０７を同期して回転させることが容易になる。
また、回転軸１０６及び１０７のうち、いずれか一方のみを駆動する構成を採用することもできる。例えば、回転軸１０６を駆動する駆動源１１４のみを設けた場合、貼り合せ基板１０１が分離される前の状態においては、回転軸１０６、基板保持部１０８、貼り合せ基板１０１、基板保持部１０９及び回転軸１０７は、一体化して回転する。そして、貼り合わせ基板１０１が２枚の基板に分離されることにより、回転軸１０７側の各部は静止することになる。
【００４２】
回転軸１０７側の軸支持部１０３の内部には、貼り合せ基板１０１を押圧するためのバネ１１１が設けられている。したがって、貼り合わせ基板１０１は、バネ１１１により、基板１０１ａを基板１０１ｃに押し付ける方向（ｘ軸の負の方向）に力を受ける。その結果、噴射ノズル１１０からのジェットにより貼り合わせ基板１０１が2枚の基板１０１ａ，１０１ｃに分離された後において、2枚の基板１０１ａ，１０１ｃが基板保持部１０９，１０８に真空吸着されていない場合であっても、両基板１０１ａ，１０１ｃが落下することはない。
【００４３】
この実施の形態では、バネ１１１が基板１０１ａを基板１０１ｃに押し付ける方向（ｘ軸の負の方向）に力を加えているが、例えばバネの配置位置を変更することにより、基板１０１ａを基板１０１ｃから引き離す方向に（ｘ軸の正の方向）に力を加えてもよい。この場合、貼り合わせ基板１０１が噴射ノズル１１０からのジェットにより2枚の基板１０１ａ，１０１ｃに物理的に分離された場合、基板１０１ａが基板１０１ｃから引き離されることになる。
【００４４】
この分離装置１００は、基板保持部１０８，１０９間の間隔を調整するための調整機構を備える。以下に該調整機構の具体例を挙げる。
図８は、調整機構の第１の構成例を示す図である。図８に示す調整機構は、エアシリンダ１２２を用いた調整機構である。エアシリンダ１２２は、軸支持部１０３に固定されており、そのピストンロッド１２１を収容（駆動）することにより駆動源（例えば、モータ）１１５を引っ張り、一方、ピストンロッド１２１の駆動を解除することにより、バネ１１１の力を回転軸１０７に作用させて基板を押圧することができる。
【００４５】
図９は、調整機構の第2の構成例を示す図である。図９に示す構成例は、偏心カム１３１及びモータを用いた調整機構である。偏心カム１３１は不図示のモータに連結されており、駆動源１１５の後端に連結された駆動板１３２を摺動させることにより基板保持部１０８，１０９間の間隔を調整する。回転軸１０７には、バネ１１１により、基板を押圧する方向に力が作用している。したがって、貼り合せ基板１０１を保持し、それを2枚の基板に分離する際には、図９に示すように、偏心カム１３１による駆動板１３２の拘束を解除する向き、すなわち、偏心カム１３１と駆動板１３２との間に間隙が生る向きに偏心カム１３１を回動させることにより、バネ１１１による押圧力を貼り合せ基板１０１に作用させることができる。
【００４６】
なお、バネ１１１の代わりに、貼り合せ基板１０１を引っ張る方向に作用するバネを設けた場合においても、基板保持部１０８，１０９間の間隔を調整する調整機構を設ける必要がある。この場合の調整機構は、貼り合せ基板１０１を基板保持部１０９の基板支持面に吸着させるために、基板保持部１０９を押し出して貼り合せ基板１０１に接触させる際に使用される。
【００４７】
この分離装置１００は、回転軸１１２，１１３を回動させることにより基板操作部１５０，１６０を回動させる駆動源（例えば、モータ）１５１，１６１を備える。この駆動源１５１，１６１は、例えば、分離装置１００の本体のフレームに固定されている。
この分離装置１００は、図３に示すように、駆動源１５１，１６１により夫々基板操作部１５０，１６０を回転軸１１２，１１３を中心として回動させて、基板保持部１０８，１０９の基板支持面を水平にしたり、垂直にしたりすることができる。
【００４８】
なお、基板操作部１５０，１６０の双方に駆動源を設ける代わりに、１つの駆動源を設けて、この駆動源の出力を分配して、各基板操作部１５０，１６０を駆動してもよい。
この分離装置１００では、基板保持部１０８，１０９で貼り合せ基板１０１を挟持した状態（垂直に支持した状態）において、貼り合せ基板１０１をその軸方向に投影した空間（投影空間）の外部に回転軸１１２，１１３を配置している。また、回転軸１１２，１１３は、基板保持部１０８，１０９の基板支持面に平行な方向（ｙ軸方向）に配置されている。したがって、基板操作部１５０，１６０は互いに干渉することなく動作し、そのため貼り合せ基板１０１又は分離後の基板１０１ａ及び１０１ｃに損傷を与えることがない。
【００４９】
ここで、基板保持部１０９を軸支持部１０３側に退出させることができる距離を大きくすれば、上記投影空間内に回転軸１１２，１１３を配置した場合においても、基板操作部１５０，１６０が互いに干渉することを避けることができる。以下、この分離装置１００による貼り合せ基板の分離処理の一連の手順を説明する。
【００５０】
まず、図３に示すように、基板保持部１０８，１０９の基板支持面が夫々水平になるように、基板操作部１５０，１６０を駆動源１５１，１６１により駆動する。また、例えば図８又は図９に示す調整機構により、図３に示すように、基板保持部１０９を軸支持部１０３に収容させる。この状態で、一方の基板保持部１０８上に貼り合せ基板１０１を載置して、溝１０８ａ内を減圧することにより、その基板支持面に貼り合せ基板１０１を吸着させる。ここで、貼り合せ基板１０１は、その中心が基板保持部１０８の中心に一致するようにして基板保持部１０８上に載置することが好ましい。
【００５１】
次いで、図４に示すように、基板保持部１０８，１０９の基板支持面が夫々垂直になるように、基板操作部１５０，１６０を駆動源１５１，１６１により回動させる。
次いで、図５に示すように、バネ１１１の作用により基板保持部１０９を軸支持部１０３から押し出すことにより、基板保持部１０９により貼り合せ基板１０１を押圧する。この動作は、図８又は図９に示す構成例を採用する場合、エアシリンダ１２２又は偏心カム１３１による回転軸１０７の拘束を解除することにより行うことができる。
【００５２】
この状態で、貼り合せ基板１０１を基板保持部１０８，１０９の双方で真空吸着してもよいし、いずれか一方でのみ真空吸着してもよい。また、バネ１１１による押圧力が十分であれば、真空吸着することなく、押圧力のみにより貼り合せ基板１０１を保持することも可能である。
次いで、駆動源１１４及び１１５を同期して動作させて、これにより貼り合せ基板１０１を回転させる。そして、不図示の高圧ポンプよりジェット構成媒体（例えば、水）を圧縮して噴射ノズル１１０に送り込み、貼り合せ基板１０１の分離領域である多孔質層１０１ｂに対して、例えば鉛直方向にジェットを挟入させる。このように、貼り合せ基板１０１を回転させながら多孔質層１０１ｂにジェットを挟入することにより、貼り合せ基板１０１は、2枚の基板１０１ａ，１０１ｃに分離される。
【００５３】
貼り合せ基板１０１が物理的に２枚の基板に分離された後、図６に示すように、例えば図８又は図９に示す調整機構により、基板保持部１０９を軸支持部１０３側に退出させる。これにより、物理的に２枚に分離された基板１０１ａ，１０１ｃは、空間的に引き離される。ここで、貼り合せ基板１０１の分離の際に基板１０１ａ，１０１ｃを夫々基板保持部１０９，１０８に吸着しない場合には、基板保持部１０９を軸支持部１０３側に退出させる前に基板１０１ａ，１０１ｃを夫々基板保持部１０９，１０８に吸着させる必要がある。
【００５４】
次いで、図７に示すように、駆動源１５１，１６１により基板操作部１５０，１６０を夫々回転軸１１２，１１３を中心として回動させて、基板保持部１０８，１０９の基板支持面を水平にする。これにより、両基板１０１ａ，１０１ｃは水平に支持される。
ここで、ジェット構成媒体として液体を採用して分離処理を実行する場合には、分離された両基板１０１ａ，１０１ｃにはジェット構成媒体が残存している。そこで、基板保持部１０８，１０９を夫々駆動源１１４，１１５により高速に回転させることにより、各基板１０８，１０９に付着したジェット構成媒体を除去して各基板を乾燥させることが好ましい（スピン乾燥）。ここで、スピン乾燥の際には、２つの基板操作部１５０，１６０間に、飛散するジェット構成媒体を遮蔽するための遮蔽板を配置することが好ましい。
【００５５】
なお、基板１０１ａ，１０１ｃを他の乾燥装置に移して、該他の乾燥装置により乾燥させてもよい。いずれか一方の基板を廃棄する場合には、廃棄する基板は、必ずしも乾燥させる必要はない。
上記のように、この分離装置１００では、貼り合せ基板を垂直に保持して分離処理を実行する。この１つの理由は、ジェットの噴射方向を鉛直方向にしない場合、ジェットの軌跡が重力により下方に曲がり、ジェットを貼り合せ基板の所望の位置（分離領域）に挟入させることが困難であるという点にある。もう１つの理由は、貼り合せ基板の分離面（多孔質層）をジェットの方向と平行にすることにより該分離面にジェットを効率的に作用させ、分離処理を効率化することができる点にある。
【００５６】
この分離装置１００によれば、基板操作部１５０，１６０を設けることにより、貼り合せ基板１０１を垂直に保持して分離処理を実行することができる一方、貼り合せ基板を水平にして該分離装置１００に引き渡し、分離された各基板を水平な状態で受け取ることが可能になる。したがって、基板の受け渡しの際に、基板を下方から支持することができるため、基板を落下させる危険性を低減することができる。一方、貼り合せ基板を垂直にして分離装置に引き渡さなければならない機構や分離後の基板を垂直な状態で受け取らなければならない機構を採用した場合、基板を落下させる危険性があると言える。
【００５７】
また、この分離装置によれば、基板保持部１０８，１０９の基板支持面を水平にした状態において、基板支持面上に広い空間を確保することができるため、基板の引き渡し又は受け取りが容易になる。
［分離装置の第２の構成例］
この構成例は、第１の構成例に係る分離装置１００を組み込んだ自動分離装置に係り、カセットに収容された貼り合せ基板を取り出して分離装置１００に引き渡し、該分離装置１００において貼り合せ基板１０１を２枚の基板に分離し、この分離された各基板を他のカセットに収容する一連の動作を自動で実行する。
【００５８】
図１０乃至図１３は、第２の構成例に係る自動分離装置の概略的な構成を示す図である。より具体的には、図１０は、貼り合せ基板１０１を分離装置１００にセットする様子を模式的に示す平面図、図１１は、図１０を側方から見た図、図１２は、貼り合せ基板を分離する際の状態を模式的に示す平面図、図１３は、図１２を側方から見た図である。
【００５９】
この構成例に係る自動分離装置は、第１の構成例に係る分離装置１００と、貼り合せ基板及び分離後の各基板を搬送する搬送装置５００とを備える。
分離装置１００は、チャンバ４００内に配置し、チャンバ４００と搬送装置５００との間にシャッタ５０３を設けることが好ましい。そして、貼り合せ基板１０１を分離装置１００にセットする際及び分離された各基板を取り出す際はシャッタ５０３を開き、分離処理の際はシャッタ５０３を閉じることが好ましい。これにより、分離処理の際に、ジェット構成媒体（例えば、水）がチャンバ４００の外部に飛散することを防止することができる。
【００６０】
搬送装置５００は、貼り合せ基板１０１及び分離後の各基板を搬送ロボット５０１と、貼り合せ基板１０１を基板保持部１０８に対して位置合せするための位置合せ装置５０７とを有する。
分離処理を実行する際には、１又は複数枚の貼り合せ基板１０１を収容したカセット５０４と、分離後の基板１０１ａ，１０１ｃを収容するための空のカセット５０５及び５０６とを搬送装置５００内の所定の位置に載置する。この際、カセット５０４は、貼り合せ基板が水平になるようにして、その開口部を搬送ロボット５０１に向けて載置する。また、カセット５０５，５０６は、分離後の各基板を水平な状態で収容可能なようにして、その開口部を搬送ロボット５０１に向けて載置する。
【００６１】
以下、この自動分離装置における分離処理の手順を説明する。
まず、オペレータは、貼り合せ基板１０１が収容されたカセット５０４、空のカセット５０５及び５０６を搬送装置５００内の所定の位置に載置する。そして、不図示の制御パネルを介してオペレータより分離処理の開始が指示されると、この自動分離装置は、以下の一連の処理を開始する。
【００６２】
まず、分離装置１００は、図１０及び図１１に示すように、各基板支持面が水平になるように、基板操作部１５０，１６０を回動させる。
次いで、搬送ロボット５０１は、吸着機構を有するロボットハンド５０２により、カセット５０４内の該当する貼り合せ基板１０１の下部に差し込み、その下部を吸着して貼り合せ基板１０１を取り出す。
【００６３】
次いで、搬送ロボット５０１は、吸着した貼り合せ基板１０１を位置合せ装置５０７の支持台上に載置し、吸着を解除する。位置合せ装置５０７は、対向する２つのガイド部材により、貼り合せ基板１０１の中心位置を基準位置に合せる。次いで、搬送ロボット５０１は、位置合せ装置５０７の支持台上の貼り合せ基板１０１の下部を吸着して保持し、ロボットハンド５０２を分離装置１００の基板保持部１０８に向かって伸ばして、図１０及び図１１に示すように、基板保持部１０８上の所定位置に貼り合せ基板１０１をセットする。このように、位置合せ装置５０７を設けることにより、貼り合せ基板１０１を基板保持部１０８に対して位置合せすることができる。
【００６４】
なお、搬送ロボット５０１が貼り合せ基板１０１を基板保持部１０８上にセットする際、シャッタ５０３は開放される。
位置合せ装置５０７により１枚毎に貼り合せ基板１０１の位置合せを行うことにより、基板保持部１０８上の正確な位置に各貼り合せ基板１０１をセットすることができる。これにより、貼り合せ基板１０１の中心を回転軸１０６の中心軸に一致させることができるため、貼り合せ基板１０１を回転させながら分離する際に、噴射ノズル１１０と貼り合せ基板１０１の外周との距離が一定に維持される。したがって、貼り合せ基板１０１の全周にわたってジェットを一様に作用させることができる。
【００６５】
基板保持部１０８への貼り合せ基板１０１のセットが完了すると、搬送ロボット５０１は、そのロボットハンド５０２を収容し、その後、シャッタ５０３が閉じられる。
一方、分離装置１００は、基板操作部１５０，１６０を夫々駆動源１５１，１６１により回動させて、図１２及び図１３に示すように、貼り合せ基板１０１を垂直にし、基板保持部１０８，１０９により貼り合せ基板１０１を挟持すると共に真空吸着する。
【００６６】
次いで、分離装置１００は分離処理を実行する。すなわち、分離装置１００は、駆動源１１４，１１５’により貼り合せ基板１０１を回転させると共に、噴射ノズル１１０によりジェットを噴射させて貼り合せ基板１０１の分離領域（多孔質領域１０１ｂ）に挟入させる。この分離処理により、貼り合せ基板１０１は、２枚の基板１０１ａ，１０１ｃに分離される。なお、駆動源１１５’には、前述の駆動源１１５の他、図８又は図９に示す調整機構が含まれる。
【００６７】
貼り合せ基板１０１が２枚の基板１０１ａ，１０１ｃに分離された後、分離装置１００は、前述の調整機構により２枚の基板１０１ａ，１０１ｃを引き離した後、駆動源１５１，１６１により基板操作部１５０，１６０を回動させて、基板保持部１０８，１０９の基板支持面を水平にする。
次いで、基板保持部１０８，１０９を夫々駆動源１１４，１１５’により高速に回転させることにより、分離後の各基板に付着しているジェット構成媒体を除去する（スピン乾燥）。
【００６８】
次いで、シャッタ５０３を開放し、搬送ロボット５０１は、基板保持部１０８上の基板１０１ｃの下方にロボットハンド５０２を伸ばし、この基板１０１ｃの下方の面を吸着して保持し、カセット５０５内に収容する。同様にして、搬送ロボット５０１は、基板保持部１０９上の基板１０１ａの下方にロボットハンド５０２を伸ばし、この基板１０１ａの下方の面を吸着して保持し、カセット５０６内に収容する。
【００６９】
以上の処理により、１枚の貼り合せ基板の分離処理が完了する。この自動分離装置は、以上の処理を未処理の貼り合せ基板について繰り返すことにより、カセット５０４内の全貼り合せ基板を分離することができる。
この自動分離装置によれば、貼り合せ基板を収容したカセットと、空の２つのカセットを準備して搬送装置５００にセットして、分離処理の実行を指示することにより、自動的に分離処理が実行され、２つの回収用のカセットに分離し乾燥された２種類の基板が分類して収容される。
【００７０】
以上のように、分離処理を自動で実行させる場合においても、搬送装置と分離装置との間で基板を水平な状態で受け渡しできる構成の利益は大きい。
この利益は、搬送装置と分離装置との間で基板を垂直な状態で受け渡しする場合を考えると理解し易い。この場合、搬送ロボットは、基板を正確に垂直にして基板保持部に引き渡さないと、基板保持部により貼り合せ基板の吸着を確実に行うことが困難であり、場合によっては、貼り合せ基板を落下させることになる。また、分離された基板を搬送ロボットが受け取る時も同様であり、ロボットハンドの基板保持面と基板とを正確に平行にしないと、ロボットハンドへの基板の吸着を確実に行うことが困難である。
【００７１】
［分離装置の適用例］
以下、上記の分離装置の適用例として、図１を参照しながらＳＯＩ基板の製造方法を説明する。
単結晶Ｓｉ基板１１として、厚さ６２５［μｍ］、直径５［ｉｎｃｈ］、比抵抗０．０１［Ω・ｃｍ］のＰ型又はＮ型の（１００）単結晶Ｓｉ基板を準備した。この単結晶Ｓｉ基板１１をＨＦ溶液に浸漬して陽極化成を施して、厚さ１２［μｍ］の多孔質層１２を形成した（図１（ａ）参照）。陽極化成の条件は次の通りである。
【００７２】
電流密度 ：７［ｍＡ／ｃｍ2］
陽極化成溶液：ＨＦ：Ｈ2Ｏ：Ｃ2Ｈ5ＯＨ＝１：１：１
処理時間 ：１１［ｍｉｎ］
次いで、この基板を酸素雰囲気中で４００［℃］に加熱し、１時間にわたって酸化させた。この処理により多孔質Ｓｉ層１２の孔の内壁は熱酸化膜で覆われた。次いで、多孔質Ｓｉ層１２上にＣＶＤ法により０．３μｍ厚の単結晶Ｓｉ層１３をエピタキシャル成長させた。このエピタキシャル成長の条件は次の通りである。
【００７３】
ソースガス ：ＳｉＨ4
キャリアガス：Ｈ2
温度 ：８５０［℃］
圧力 ：１×１０-2［ｔｏｒｒ］
成長速度 ：３．３［ｎｍ／ｓｅｃ］
更に、この単結晶Ｓｉ層（エピタキシャルＳｉ層）１３上に０．２μｍのＳｉＯ2層１５を形成した（図１（ｂ）参照）。そして、単結晶Ｓｉ基板１４を別途準備し、ＳｉＯ2層１５の表面と単結晶Ｓｉ基板１４とを室温で密着させた後に温度１１００［℃］で１時間の熱処理を施し、２枚の基板を貼り合わせた（図１（ｃ）参照）。
【００７４】
この貼り合わせ基板をカセット５０４に収容し、上記の第2の構成例に係る自動分離装置の搬送装置５００にセットし、分離処理を実行させた（図１（ｄ）参照）。この際、ジェット構成媒体として純水を使用し、ジェットの径を０．２［ｍｍ］、噴射する水の圧力を３５０［Ｋｇｆ／ｃｍ2］とした。また、噴射ノズルの位置を貼り合わせ面の直上に固定して分離処理を行った。また、貼り合わせ基板は約８［ｒｐｍ］の速度で回転させた。
【００７５】
貼り合わせ基板のほとんどは、略５回転した時点で完全に分離されるが、基板間のばらつきを考慮して、約2分間、貼り合せ基板を回転させながらジェットを挟入させるよう自動分離装置を設定した。
バネ１１１の作用により、貼り合せ基板が２枚の基板に分離された後においても該２枚の基板は密着し続ける。貼り合せ基板の分離処理を開始した後、所定時間の経過後、一方の基板保持部１０９が軸支持部１０３側に後退し、これにより、物理的に分離された２枚の基板は空間的に引き離された。各基板には、傷、割れ、欠損がなかった。
【００７６】
次いで、分離されカセット５０５に夫々収納された基板（▲１▼''＋▲２▼）を取り出して、表面の多孔質Ｓｉ層をＨＦ／Ｈ2Ｏ2／Ｈ2Ｏ系のエッチング液で選択的にエッチングした。単結晶Ｓｉのエッチング速度は極めて低いため、多孔質Ｓｉ層の下地となっている単結晶Ｓｉ基板がエッチングされる量は、実用上無視することができる。このエッチング処理により、ＳｉＯ2膜１５上に約０．２μｍの厚さの単結晶Ｓｉ層１３を有するＳＯＩ基板を形成することができた（図１（ｅ）参照）。
【００７７】
完成したＳＯＩ基板の表面、すなわち、単結晶Ｓｉ層１５の表面には不良がないことが確認された。また、透過型電子顕微鏡により、単結晶Ｓｉ層１５の断面を観察した結果、エピタキシャル成長以後の工程で結晶欠陥等が増加しておらず、良好な結晶性が維持されていることが確認された。
なお、単結晶Ｓｉ層（エピタキシャル層）１３側の表面にＳｉＯ2膜を形成する代わりに、１）単結晶Ｓｉ層１３側の表面にＳｉＯ2膜を形成せずに、別途用意した単結晶Ｓｉ基板側にＳｉＯ2膜を形成した場合、２）単結晶Ｓｉ層１３側の表面にＳｉＯ2膜を形成すると共に、別途用意した単結晶Ｓｉ基板側にもＳｉＯ2膜を形成した場合、のいずれにおいても、同様に良好なＳＯＩ基板を形成することができた。
【００７８】
多孔質Ｓｉ層を形成した基板（単結晶Ｓｉ基板１１）に関しては、表面の多孔質Ｓｉ層を除去し、表面を平坦化することにより、再度、第１の基板又は第２の基板として利用することができた。
以上、本発明の好適な実施の形態として、ＳＯＩ基板の製造に好適な基板の分離装置及び分離方法について説明したが、本発明に係る分離装置及び分離方法は、他の部材を分離或いは切断する場合にも使用できる。分離する対象となる部材は、例えば多孔質層のように、脆弱な分離領域を有することが好ましい。
【００７９】
以上、特定の実施の形態を挙げて特徴的な技術的思想を説明したが、本発明は、これらの実施の形態に記載された事項によって限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において様々な変形をなし得る。
【００８０】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば、基板等の部材を落下させる危険性を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施の形態に係るＳＯＩ基板の製造方法を工程順に説明する図である。
【図２】本発明の好適な実施の形態に係る分離装置の原理を示す図である。
【図３】第１の構成例に係る分離装置の概略構成を示す図である。
【図４】第１の構成例に係る分離装置の概略構成を示す図である。
【図５】第１の構成例に係る分離装置の概略構成を示す図である。
【図６】第１の構成例に係る分離装置の概略構成を示す図である。
【図７】第１の構成例に係る分離装置の概略構成を示す図である。
【図８】第１の構成例に係る基板保持部間の間隔の調整機構を示す図である。
【図９】第２の構成例に係る基板保持部間の間隔の調整機構を示す図である。
【図１０】第２の構成に係る自動分離装置の概略構成を示す図である。
【図１１】第２の構成に係る自動分離装置の概略構成を示す図である。
【図１２】第２の構成に係る自動分離装置の概略構成を示す図である。
【図１３】第２の構成に係る自動分離装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１１ 単結晶Ｓｉ基板
１２，１２’，１２’’ 多孔質Ｓｉ層
１３ 非多孔質単結晶Ｓｉ層
１４ 単結晶Ｓｉ基板
１５ 絶縁層
２１ 貼り合わせ基板
２１ａ、２１ｃ 基板
２２，２３ 基板保持部
２４，２５ 回転軸
２６，２７ 回転軸
２８ 噴射ノズル
２９ ジェット構成媒体
３０ 投影空間
１００ 分離装置
１０１ 貼り合せ基板
１０２，１０３ 軸支持部
１０４，１０５ ベアリング
１０６，１０７ 回転軸
１０８，１０９ 基板保持部
１１０ 噴射ノズル
１１１ バネ
１１２，１１３ 回転軸
１１４，１１５，１１５’ 駆動源
１５０，１６０ 基板操作部
４００ チャンバ
５００ 搬送装置
５０１ 搬送ロボット
５０２ ロボットハンド
５０３ シャッタ
５０４〜５０６ カセット
５０７ 位置合せ装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、部材の分離装置及び処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
絶縁層上に単結晶Ｓｉ層を有する基板として、ＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造を有する基板（ＳＯＩ基板）が知られている。このＳＯＩ基板を採用したデバイスは、通常のＳｉ基板では達成し得ない数々の優位点を有する。この優位点としては、例えば、以下のものが挙げられる。
（１）誘電体分離が容易で高集積化に適している。
（２）放射線耐性に優れている。
（３）浮遊容量が小さく、素子の動作速度の高速化が可能である。
（４）ウェル工程が不要である。
（５）ラッチアップを防止できる。
（６）薄膜化による完全な空乏型電解効果トランジスタの形成が可能である。
【０００３】
ＳＯＩ構造は、上記のような様々な優位点を有するため、ここ数十年、その形成方法に関する研究が進められてきた。
ＳＯＩ技術としては、古くは、単結晶サファイア基板上にＳｉをＣＶＤ（化学気層成長）法でヘテロエピタキシ成長させて形成するＳＯＳ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｓａｐｐｈｉｒｅ）技術が知られている。このＳＯＳ技術は、最も成熟したＳＯＩ技術として一応の評価を得たものの、Ｓｉ層と下地のサファイア基板との界面における格子不整合による大量の結晶欠陥の発生、サファイア基板を構成するアルミニウムのＳｉ層への混入、基板の価格、大面積化への遅れ等の理由により実用化が進んでいない。
【０００４】
ＳＯＳ技術に次いで、ＳＩＭＯＸ（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ｏｘｙｇｅｎ）技術が登場した。このＳＩＭＯＸ技術に関して、結晶欠陥の低減や製造コストの低減等を目指して様々な方法が試みられてきた。この方法としては、基板に酸素イオンを注入して埋め込み酸化層を形成する方法、酸化膜を挟んで２枚のウェハを貼り合わせて一方のウェハを研磨又はエッチングして、薄い単結晶Ｓｉ層を酸化膜上に残す方法、更には、酸化膜が形成されたＳｉ基板の表面から所定の深さに水素イオンを打ち込み、他方の基板と貼り合わせた後に、加熱処理等により該酸化膜上に薄い単結晶Ｓｉ層を残して、貼り合わせた基板（他方の基板）を剥離する方法等が挙げられる。
【０００５】
本出願人は、特開平５−２１３３８号において、新たなＳＯＩ技術を開示した。この技術は、多孔質層が形成された単結晶半導体基板上に非多孔質単結晶層を形成した第１の基板を、絶縁層（ＳｉＯ2）を介して第２の基板に貼り合わせ、その後、多孔質層で両基板を分離し、第２の基板に非多孔質単結晶層を移し取るものである。この技術は、ＳＯＩ層の膜厚均一性が優れていること、ＳＯＩ層の結晶欠陥密度を低減し得ること、ＳＯＩ層の表面平坦性が良好であること、高価な特殊仕様の製造装置が不要であること、数１００Å〜１０μｍ程度の範囲のＳＯＩ膜を有するＳＯＩ基板を同一の製造装置で製造可能なこと等の点で優れている。
【０００６】
更に、本出願人は、特開平７−３０２８８９号において、上記の第１の基板と第２の基板とを貼り合わせた後に、第１の基板を破壊することなく第２の基板から分離し、その後、分離した第１の基板の表面を平滑にして再度多孔質層を形成し、これを再利用する技術を開示した。この技術は、第１の基板を無駄なく使用できるため、製造コストを大幅に低減することができ、製造工程も単純であるという優れた利点を有する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の技術において、量産化を容易にするには、歩留まりを低下させる要因を可能な限り排除すべきである。例えば、貼り合せた基板を多孔質層で分離する一連の処理においては、基板を落下させる危険性を排除することが重要である。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、基板等の部材の分離に好適な分離装置及び基板等の部材の処理に好適な処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る部材の分離装置は、部材の主表面の方向を変更する操作手段と、鉛直方向に束状の流体を噴射して該束状の流体によって前記部材を分離する分離手段と備え、前記操作手段は、前記部材をその主表面が水平になるように操作する機能と、該主表面が鉛直になるように操作する機能とを有し、前記操作手段は、前記部材をその主表面が水平な状態で受け取り、前記部材をその主表面を鉛直にするとともに前記分離手段が前記部材を処理可能な位置に移動させる他、前記分離手段により分離された各部材の少なくとも１つの部材の主表面を水平にすることを特徴とする。
本発明の好適な実施形態に係る部材の分離装置は、部材の主表面の方向を変更する操作手段と、束状の流体を利用して部材を分離する分離手段とを備え、前記操作手段は、部材をその主表面の方向が第１の方向に一致するように操作する機能と、該主表面の方向が第２の方向に一致するように操作する機能とを有する。
【０００９】
上記の分離装置において、前記操作手段は、その主表面の方向が前記第１の方向に一致する部材を受け取り、該主表面の方向を前記第２の方向に一致させると共に該部材を前記分離手段が処理可能な位置に移動させる他、前記分離手段により分離された各部材の少なくとも１つの部材の主表面の方向を前記第１の方向に一致させることが好ましい。
【００１０】
上記の分離装置において、前記操作手段は、その主表面の方向が前記第１の方向に一致する部材を受け取り、該主表面の方向を前記第２の方向に一致させると共に該部材を前記分離手段が処理可能な位置に移動させる他、前記分離手段により分離された各部材の主表面の方向を夫々前記第１の方向に一致させることが好ましい。
【００１１】
上記の分離装置において、前記第１の方向と前記第２の方向とが略直交することが好ましい。
上記の分離装置において、前記第１の方向は、部材の主表面が略水平になる方向であることが好ましい。
上記の分離装置において、処理対象の部材は板状部材であり、前記分離手段は、該板状部材を面方向に切断して２枚の板状部材に分離することが好ましい。
【００１２】
上記の分離装置において、前記第２の方向は、板状部材の主表面が略垂直になる方向であり、前記分離手段は、板状部材に向かって流体を鉛直方向に噴射して該板状部材を２枚の板状部材に分離することが好ましい。
上記の分離装置において、前記第１の方向は、板状部材の主表面が略水平になる方向であることが好ましい。
【００１３】
上記の分離装置において、前記操作手段は、前記分離手段により板状部材を分離する際に該板状部材を両面から挟むようにして保持する一対の保持手段を有することが好ましい。
上記の分離装置において、前記保持手段は、板状部材を吸着する吸着手段を有することが好ましい。
【００１４】
上記の分離装置において、前記操作手段は、前記吸着手段の吸着面に平行な軸を中心として前記一対の保持手段のうち少なくとも一方を回動させる回動手段を有し、該回動手段により板状部材の主表面の方向を変更することが好ましい。
上記の分離装置において、前記操作手段は、前記吸着手段の吸着面に平行な軸を中心として前記一対の保持手段を夫々回動させる回動手段を有し、該回動手段により板状部材の主表面の方向を変更することが好ましい。
【００１５】
上記の分離装置において、前記保持手段を回動させる際の中心となる軸は、前記一対の保持手段が互いに干渉しない位置に配置されていることが好ましい。
上記の分離装置において、部材をその主表面に直交する軸を中心として回転させる回転手段を更に備えることが好ましい。
上記の分離装置において、前記回転手段は、前記分離手段により部材を分離する際に該部材を回転させる手段を有することが好ましい。
【００１６】
上記の分離装置において、前記分離手段は束状の液体を利用して部材を分離し、前記回転手段は、前記分離手段により分離された各部材の少なくとも１つの部材を回転させて、これにより該部材に付着している液体を除去する手段を有することが好ましい。
上記の分離装置において、前記一対の保持手段の少なくとも一方をその保持面に直交する軸を中心として回転させる回転手段を更に備えることが好ましい。
【００１７】
上記の分離装置において、前記回転手段は、前記分離手段により部材を分離する際に前記保持手段を回転させることが好ましい。
上記の分離装置において、前記分離手段は束状の液体を利用して部材を分離し、前記回転手段は、前記分離手段により部材を分離した後に、前記保持手段を回転させて、これにより該保持手段によって保持された部材に付着している液体を除去することが好ましい。
【００１８】
上記の分離装置において、装置を被うチャンバを更に備えることが好ましい。
上記の分離装置において、前記チャンバは、開閉可能なシャッタを有することが好ましい。
上記の分離装置において、処理対象の部材を前記操作手段に引き渡す他、分離された部材を前記操作手段から受け取るための搬送手段を更に備え、前記搬送手段は前記チャンバの外部に配置され、前記シャッタを開放した状態で、前記操作手段との間で部材の引き渡し及び受け取りを行うことが好ましい。
【００１９】
上記の分離装置において、少なくとも前記分離手段により部材を分離する際には、前記シャッタを閉じることが好ましい。
上記の分離装置において、処理対象の部材を前記操作手段に対して位置合せする位置合せ手段を更に備えることが好ましい。
上記の分離装置において、分離対象の部材は、分離用の層として脆弱な層を有し、該脆弱な層は該部材の主表面に略平行な層であることが好ましい。
【００２０】
本発明に係る部材の処理装置は、部材の主表面の方向を変更する操作手段と、部材をその主表面に直交する軸を中心として回転させる回転手段と、前記回転手段により部材を回転させた状態で該部材を処理する処理手段とを備え、前記操作手段は、その主表面の方向が前記第１の方向に一致する部材を受け取り、該主表面の方向を前記第２の方向に一致させると共に該部材を前記処理手段が処理可能な位置に移動させる他、前記処理手段により処理された部材の主表面の方向を前記第１の方向に一致させることを特徴とするとする。
【００２１】
上記の処理装置において、前記第１の方向と前記第２の方向とが略直交することが好ましい。
上記の処理装置において、前記第１の方向は、部材の主表面が略水平になる方向であることが好ましい。
上記の処理装置において、前記処理手段は液体により部材を処理し、前記回転手段は、前記処理手段により部材が処理された後に、該部材を回転させて、これにより該部材に付着している液体を除去することが好ましい。
【００２２】
本発明に係る他の処理装置は、部材を保持する保持手段と、前記保持手段の保持面の方向を変更する操作手段と、前記保持手段によって保持された部材を処理する処理手段と、前記処理手段により部材を処理する際及び／又は処理の終了後に、前記保持面に直交する軸を中心として、該部材を保持している前記保持手段を回転させる回転手段とを備え、前記操作手段は、前記保持手段が処理対象の部材を受け取る際は前記保持手段の保持面の方向を第１の方向に一致させ、前記保持手段が該部材を受け取って保持した後に、前記保持手段の保持面の方向を第２の方向に一致させると共に前記処理手段が該部材を処理可能な位置に前記保持手段を移動させ、前記処理手段による処理が完了した後に、前記保持手段の保持面の方向を前記第１の方向に一致させることを特徴とする。
【００２３】
上記の他の処理装置において、前記第１の方向と前記第２の方向とが略直交することが好ましい。
上記の他の処理装置において、前記第１の方向は、部材の主表面が略水平になる方向であることが好ましい。
上記の他の処理装置において、前記処理手段は液体により部材を処理し、前記回転手段は、前記処理手段により部材が処理された後、該部材を回転させて、これにより該部材に付着している液体を除去することが好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。
図１は、本発明の好適な実施の形態に係るＳＯＩ基板の製造方法を工程順に説明する図である。
図１（ａ）に示す工程では、単結晶Ｓｉ基板１１を準備して、その表面に陽極化成等により多孔質Ｓｉ層１２を形成する。次いで、図１（ｂ）に示す工程では、多孔質Ｓｉ層１２上に非多孔質単結晶Ｓｉ層１３をエピタキシャル成長法により形成する。その後、その表面を酸化することによりＳｉＯ2層１５を形成する。これにより、第１の基板（▲１▼）が形成される。
【００２５】
図１（ｃ）に示す工程では、単結晶Ｓｉの第２の基板（▲２▼）を準備し、第１の基板（▲１▼）と第２の基板（▲２▼）とを、第２の基板１４と絶縁層１５とが面するように室温で密着させる。その後、陽極接合、加圧若しくは熱処理又はこれらを組合わせた処理により第１の基板（▲１▼）と第２の基板（▲２▼）とを貼り合わせる。この処理により、第２の基板１４と絶縁層１５が強固に結合される。なお、絶縁層１５は、上記のように非多孔質単結晶Ｓｉ層１３側に形成しても良いし、第２の基板１４上に形成しても良く、両者に形成しても良く、結果として、第１の基板と第２の基板を密着させた際に、図１（ｃ）に示す状態になれば良い。
【００２６】
図１（ｄ）に示す工程では、貼り合わせた２枚の基板を、多孔質Ｓｉ層１２の部分で分離する。これにより、第２の基板側（▲１▼’’＋▲２▼）は、多孔質Ｓｉ層１２’’／単結晶Ｓｉ層１３／絶縁層１５／単結晶Ｓｉ基板１４の積層構造となる。一方、第１の基板側（▲１▼’）は、単結晶Ｓｉ基板１１上に多孔質１２’を有する構造となる。
【００２７】
分離後の基板（▲１▼’）は、残留した多孔質Ｓｉ層１２’を除去し、必要に応じて、その表面を平坦化することにより、再び第１の基板（▲１▼）を形成するための単結晶Ｓｉ基板１１として使用される。
貼り合わせた基板を分離した後、図１（ｅ）に示す工程では、第２の基板側（▲１▼’’＋▲２▼）の表面の多孔質層１２’’を選択的に除去する。これにより、単結晶Ｓｉ層１３／絶縁層１５／単結晶Ｓｉ基板１４の積層構造、すなわち、ＳＯＩ構造を有する基板が得られる。
【００２８】
第２の基板としては、例えば、単結晶Ｓｉ基板の他、絶縁性基板（例えば、石英基板）や光透過性基板（例えば、石英基板）等が好適である。
この実施の形態では、２枚の基板を貼り合せた後にこれを分離する処理を容易にするために、分離領域に脆弱な構造の多孔質層１２を形成するが、この多孔質層の代わりに、例えば微小気泡層を形成してもよい。微小気泡層は、半導体基板にイオンを注入することにより形成することができる。
【００２９】
この実施の形態においては、図１（ｄ）に示す工程、すなわち、貼り合わせた２枚の基板（以下、貼り合わせ基板）を分離する工程において、貼り合せ基板の分離領域に高圧の液体又は気体（流体）を挟入させることにより多孔質層を破壊して、これにより貼り合せ基板を２枚の基板に分離する。
［分離装置の原理］
まず、本発明の好適な実施の形態に係る分離装置の原理を説明する。この実施の形態に係る分離装置は、ウォータージェット法を適用したものである。一般に、ウォータジェット法は、水を高速、高圧の束状の流れにして対象物に対して噴射して、加工、表面の塗膜の除去、表面の洗浄等を行う方法である（「ウォータージェット」第１巻１号第４ページ参照）。
【００３０】
この分離装置は、貼り合わせ基板の多孔質層（分離領域）に対して、基板の面方向に、高速、高圧の液体又は気体（流体）を束状の流れにして噴射して、多孔質層を選択的に崩壊させることにより、多孔質層の部分で基板を分離するものである。以下では、この束状の流れを「ジェット」という。また、ジェットを構成する液体又は気体（流体）を「ジェット構成媒体」という。ジェット構成媒体としては、水、アルコール等の有機溶媒、弗酸、硝酸その他の酸、水酸化カリウムその他のアルカリ、空気、窒素ガス、炭酸ガス、希ガス、エッチングガスその他の気体を使用し得る。
【００３１】
図２は、本発明の好適な実施の形態に係る分離装置の原理を示す図である。この分離装置は、基板を支持するための一対の基板保持部２２及び２３を有する。基板保持部２２，２３には、夫々回転軸２４、２５が連結されている。また、基板保持部２２，２３は、夫々回転軸２６，２７を中心として回動可能に支持されている。
【００３２】
貼り合せ基板２１を2枚の基板２１ａ，２１ｃに分離するには、まず、図２（ａ）に示すように、基板保持部２２，２３の基板支持面を水平にする。そして、一方の基板保持部２２の上の所定位置に貼り合せ基板２１を載置し基板支持面に吸着させる。
次いで、図２（ｂ）に示すように、両基板保持部２２，２３を夫々回転軸２６，２７を中心として回動させて対向させ、両基板保持部２２，２３により貼り合せ基板２１を挟むようにして保持する。このとき、両基板保持部２２，２３の基板支持面は垂直になる。
【００３３】
この状態で、噴射ノズル２８からジェット構成媒体(例えば、水）２９を噴射させて貼り合せ基板２１の分離領域（多孔質領域）に挟入させると共に回転軸２４，２５を中心として貼り合せ基板２１を回転させる。これにより、貼り合せ基板２１は、２枚の基板２１ａ，２１ｃに分離される。
次いで、図２（ｃ）に示すように、回転軸２６，２７を中心として、基板保持部２２，２３を夫々の基板支持面が水平になるまで回動させる。なお、この動作は、基板保持部２２に基板２１ａを吸着させ、基板保持部２３に基板２１ｃを吸着させて行う。
【００３４】
ここで、ジェット構成媒体として、例えば水等の液体を使用する場合は、回転軸２４，２５を中心として基板保持部２２，２３を夫々高速に回転させることにより、分離後の各基板２１ａ，２１ｃを乾燥させることができる。
回転軸２６，２７は、夫々、図２（ｂ）に示す状態、すなわち、両基板保持部２２，２３により挟持した状態において、貼り合せ基板２１の面を軸方向に投影した空間（投影空間）３０の外部に配置する必要がある。これは、両基板保持部２２，２３が互いに干渉することを避けるためである。ただし、基板保持部２２及び２３のいずれか或いは双方を水平方向に移動させる機構を設ける場合は、基板保持部２２，２３を投影空間３０内に配置することも可能である。
【００３５】
上記の分離装置によれば、貼り合せ基板２１を水平にした状態で分離装置に引き渡し、分離後の基板２１ａ，２１ｃを水平な状態で分離装置から受け取ることができる。このように、基板を水平にした状態で受け渡しすることを可能にすることにより、基板を下方から支持することが可能になるため、搬送時や受け渡し持に基板を落下させる危険性が低減される。
【００３６】
以下、本発明の好適な実施の形態に係る分離装置の具体的な構成例を挙げる。
［分離装置の第１の構成例］
図３乃至図７は、第１の構成例に係る分離装置の概略構成を示す図である。この分離装置１００は、基板を操作するための一対の基板操作部１５０及び１６０を備える。
【００３７】
基板操作部１５０，１６０は、夫々基板を支持するための基板保持部１０８，１０９を有する。基板保持部１０８，１０９は、基板を吸着する機構として真空吸着用の溝１０８ａ，１０９ａを有し、各溝１０８ａ，１０９ａは、回転軸１０６，１０７の中を通る真空ラインに夫々通じている。この真空ラインは、ロータリー真空継手を介して外部の真空ラインに接続されている。
【００３８】
処理対象の貼り合せ基板１０１は、内部に脆弱な構造部である多孔質層１０１ｂを有し、この多孔質層１０１ｂの部分で２つの基板１０１ａ，１０１ｃに分離される。
貼り合せ基板１０１を分離する際は、図５に示すように、２つの基板保持部１０８ａ，１０９ａにより貼り合せ基板１０１を挟むようにして垂直に支持する。
【００３９】
この分離装置１００においては、例えば、基板１０１ａが図１（ｄ）における第１の基板側（▲１▼’）、基板１０１ｃが第２の基板側（▲１▼’’＋▲２▼）になるようにセットする。
基板保持部１０８は、ベアリング１０４を介して軸支持部１０２に回転可能に軸支された回転軸１０６の一端に連結され、この回転軸１０６の他端は駆動源１１４に連結されている。この駆動源１１４としては、例えばモータが好適である。分離処理に際して、貼り合せ基板１０１は、この駆動源１１４から伝達される回転力により回転される。この駆動源１１４は、不図示の制御器からの命令に従って、指定された回転速度で回転軸１０６を回転させる。
【００４０】
一方、基板保持部１０９は、ベアリング１０５を介して軸支持部１０３に回転可能に軸支された回転軸１０７の一端に連結され、この回転軸１０７の他端は駆動源１１５に連結されている。この駆動源１１５としては、例えばモータが好適である。分離処理に際して、貼り合せ基板１０１は、この駆動源１１５から伝達される回転力により回転される。この駆動源１１５は、不図示の制御器からの命令に従って、回転軸１０６の回転と同期させて回転軸１０７を回転させる。このように、回転軸１０６及び１０７を同期して回転させるのは、貼り合せ基板１０１がねじられることを防止するためである。
【００４１】
ここで、上記のように、回転軸１０６，１０７に夫々別個の駆動源を連結してもよいが、１つの駆動源を設けて、この１つの駆動源が発生する回転力を分配して回転軸１０６，１０７に夫々供給することもできる。この場合、回転軸１０６及び１０７を同期して回転させることが容易になる。
また、回転軸１０６及び１０７のうち、いずれか一方のみを駆動する構成を採用することもできる。例えば、回転軸１０６を駆動する駆動源１１４のみを設けた場合、貼り合せ基板１０１が分離される前の状態においては、回転軸１０６、基板保持部１０８、貼り合せ基板１０１、基板保持部１０９及び回転軸１０７は、一体化して回転する。そして、貼り合わせ基板１０１が２枚の基板に分離されることにより、回転軸１０７側の各部は静止することになる。
【００４２】
回転軸１０７側の軸支持部１０３の内部には、貼り合せ基板１０１を押圧するためのバネ１１１が設けられている。したがって、貼り合わせ基板１０１は、バネ１１１により、基板１０１ａを基板１０１ｃに押し付ける方向（ｘ軸の負の方向）に力を受ける。その結果、噴射ノズル１１０からのジェットにより貼り合わせ基板１０１が2枚の基板１０１ａ，１０１ｃに分離された後において、2枚の基板１０１ａ，１０１ｃが基板保持部１０９，１０８に真空吸着されていない場合であっても、両基板１０１ａ，１０１ｃが落下することはない。
【００４３】
この実施の形態では、バネ１１１が基板１０１ａを基板１０１ｃに押し付ける方向（ｘ軸の負の方向）に力を加えているが、例えばバネの配置位置を変更することにより、基板１０１ａを基板１０１ｃから引き離す方向に（ｘ軸の正の方向）に力を加えてもよい。この場合、貼り合わせ基板１０１が噴射ノズル１１０からのジェットにより2枚の基板１０１ａ，１０１ｃに物理的に分離された場合、基板１０１ａが基板１０１ｃから引き離されることになる。
【００４４】
この分離装置１００は、基板保持部１０８，１０９間の間隔を調整するための調整機構を備える。以下に該調整機構の具体例を挙げる。
図８は、調整機構の第１の構成例を示す図である。図８に示す調整機構は、エアシリンダ１２２を用いた調整機構である。エアシリンダ１２２は、軸支持部１０３に固定されており、そのピストンロッド１２１を収容（駆動）することにより駆動源（例えば、モータ）１１５を引っ張り、一方、ピストンロッド１２１の駆動を解除することにより、バネ１１１の力を回転軸１０７に作用させて基板を押圧することができる。
【００４５】
図９は、調整機構の第2の構成例を示す図である。図９に示す構成例は、偏心カム１３１及びモータを用いた調整機構である。偏心カム１３１は不図示のモータに連結されており、駆動源１１５の後端に連結された駆動板１３２を摺動させることにより基板保持部１０８，１０９間の間隔を調整する。回転軸１０７には、バネ１１１により、基板を押圧する方向に力が作用している。したがって、貼り合せ基板１０１を保持し、それを2枚の基板に分離する際には、図９に示すように、偏心カム１３１による駆動板１３２の拘束を解除する向き、すなわち、偏心カム１３１と駆動板１３２との間に間隙が生る向きに偏心カム１３１を回動させることにより、バネ１１１による押圧力を貼り合せ基板１０１に作用させることができる。
【００４６】
なお、バネ１１１の代わりに、貼り合せ基板１０１を引っ張る方向に作用するバネを設けた場合においても、基板保持部１０８，１０９間の間隔を調整する調整機構を設ける必要がある。この場合の調整機構は、貼り合せ基板１０１を基板保持部１０９の基板支持面に吸着させるために、基板保持部１０９を押し出して貼り合せ基板１０１に接触させる際に使用される。
【００４７】
この分離装置１００は、回転軸１１２，１１３を回動させることにより基板操作部１５０，１６０を回動させる駆動源（例えば、モータ）１５１，１６１を備える。この駆動源１５１，１６１は、例えば、分離装置１００の本体のフレームに固定されている。
この分離装置１００は、図３に示すように、駆動源１５１，１６１により夫々基板操作部１５０，１６０を回転軸１１２，１１３を中心として回動させて、基板保持部１０８，１０９の基板支持面を水平にしたり、垂直にしたりすることができる。
【００４８】
なお、基板操作部１５０，１６０の双方に駆動源を設ける代わりに、１つの駆動源を設けて、この駆動源の出力を分配して、各基板操作部１５０，１６０を駆動してもよい。
この分離装置１００では、基板保持部１０８，１０９で貼り合せ基板１０１を挟持した状態（垂直に支持した状態）において、貼り合せ基板１０１をその軸方向に投影した空間（投影空間）の外部に回転軸１１２，１１３を配置している。また、回転軸１１２，１１３は、基板保持部１０８，１０９の基板支持面に平行な方向（ｙ軸方向）に配置されている。したがって、基板操作部１５０，１６０は互いに干渉することなく動作し、そのため貼り合せ基板１０１又は分離後の基板１０１ａ及び１０１ｃに損傷を与えることがない。
【００４９】
ここで、基板保持部１０９を軸支持部１０３側に退出させることができる距離を大きくすれば、上記投影空間内に回転軸１１２，１１３を配置した場合においても、基板操作部１５０，１６０が互いに干渉することを避けることができる。以下、この分離装置１００による貼り合せ基板の分離処理の一連の手順を説明する。
【００５０】
まず、図３に示すように、基板保持部１０８，１０９の基板支持面が夫々水平になるように、基板操作部１５０，１６０を駆動源１５１，１６１により駆動する。また、例えば図８又は図９に示す調整機構により、図３に示すように、基板保持部１０９を軸支持部１０３に収容させる。この状態で、一方の基板保持部１０８上に貼り合せ基板１０１を載置して、溝１０８ａ内を減圧することにより、その基板支持面に貼り合せ基板１０１を吸着させる。ここで、貼り合せ基板１０１は、その中心が基板保持部１０８の中心に一致するようにして基板保持部１０８上に載置することが好ましい。
【００５１】
次いで、図４に示すように、基板保持部１０８，１０９の基板支持面が夫々垂直になるように、基板操作部１５０，１６０を駆動源１５１，１６１により回動させる。
次いで、図５に示すように、バネ１１１の作用により基板保持部１０９を軸支持部１０３から押し出すことにより、基板保持部１０９により貼り合せ基板１０１を押圧する。この動作は、図８又は図９に示す構成例を採用する場合、エアシリンダ１２２又は偏心カム１３１による回転軸１０７の拘束を解除することにより行うことができる。
【００５２】
この状態で、貼り合せ基板１０１を基板保持部１０８，１０９の双方で真空吸着してもよいし、いずれか一方でのみ真空吸着してもよい。また、バネ１１１による押圧力が十分であれば、真空吸着することなく、押圧力のみにより貼り合せ基板１０１を保持することも可能である。
次いで、駆動源１１４及び１１５を同期して動作させて、これにより貼り合せ基板１０１を回転させる。そして、不図示の高圧ポンプよりジェット構成媒体（例えば、水）を圧縮して噴射ノズル１１０に送り込み、貼り合せ基板１０１の分離領域である多孔質層１０１ｂに対して、例えば鉛直方向にジェットを挟入させる。このように、貼り合せ基板１０１を回転させながら多孔質層１０１ｂにジェットを挟入することにより、貼り合せ基板１０１は、2枚の基板１０１ａ，１０１ｃに分離される。
【００５３】
貼り合せ基板１０１が物理的に２枚の基板に分離された後、図６に示すように、例えば図８又は図９に示す調整機構により、基板保持部１０９を軸支持部１０３側に退出させる。これにより、物理的に２枚に分離された基板１０１ａ，１０１ｃは、空間的に引き離される。ここで、貼り合せ基板１０１の分離の際に基板１０１ａ，１０１ｃを夫々基板保持部１０９，１０８に吸着しない場合には、基板保持部１０９を軸支持部１０３側に退出させる前に基板１０１ａ，１０１ｃを夫々基板保持部１０９，１０８に吸着させる必要がある。
【００５４】
次いで、図７に示すように、駆動源１５１，１６１により基板操作部１５０，１６０を夫々回転軸１１２，１１３を中心として回動させて、基板保持部１０８，１０９の基板支持面を水平にする。これにより、両基板１０１ａ，１０１ｃは水平に支持される。
ここで、ジェット構成媒体として液体を採用して分離処理を実行する場合には、分離された両基板１０１ａ，１０１ｃにはジェット構成媒体が残存している。そこで、基板保持部１０８，１０９を夫々駆動源１１４，１１５により高速に回転させることにより、各基板１０８，１０９に付着したジェット構成媒体を除去して各基板を乾燥させることが好ましい（スピン乾燥）。ここで、スピン乾燥の際には、２つの基板操作部１５０，１６０間に、飛散するジェット構成媒体を遮蔽するための遮蔽板を配置することが好ましい。
【００５５】
なお、基板１０１ａ，１０１ｃを他の乾燥装置に移して、該他の乾燥装置により乾燥させてもよい。いずれか一方の基板を廃棄する場合には、廃棄する基板は、必ずしも乾燥させる必要はない。
上記のように、この分離装置１００では、貼り合せ基板を垂直に保持して分離処理を実行する。この１つの理由は、ジェットの噴射方向を鉛直方向にしない場合、ジェットの軌跡が重力により下方に曲がり、ジェットを貼り合せ基板の所望の位置（分離領域）に挟入させることが困難であるという点にある。もう１つの理由は、貼り合せ基板の分離面（多孔質層）をジェットの方向と平行にすることにより該分離面にジェットを効率的に作用させ、分離処理を効率化することができる点にある。
【００５６】
この分離装置１００によれば、基板操作部１５０，１６０を設けることにより、貼り合せ基板１０１を垂直に保持して分離処理を実行することができる一方、貼り合せ基板を水平にして該分離装置１００に引き渡し、分離された各基板を水平な状態で受け取ることが可能になる。したがって、基板の受け渡しの際に、基板を下方から支持することができるため、基板を落下させる危険性を低減することができる。一方、貼り合せ基板を垂直にして分離装置に引き渡さなければならない機構や分離後の基板を垂直な状態で受け取らなければならない機構を採用した場合、基板を落下させる危険性があると言える。
【００５７】
また、この分離装置によれば、基板保持部１０８，１０９の基板支持面を水平にした状態において、基板支持面上に広い空間を確保することができるため、基板の引き渡し又は受け取りが容易になる。
［分離装置の第２の構成例］
この構成例は、第１の構成例に係る分離装置１００を組み込んだ自動分離装置に係り、カセットに収容された貼り合せ基板を取り出して分離装置１００に引き渡し、該分離装置１００において貼り合せ基板１０１を２枚の基板に分離し、この分離された各基板を他のカセットに収容する一連の動作を自動で実行する。
【００５８】
図１０乃至図１３は、第２の構成例に係る自動分離装置の概略的な構成を示す図である。より具体的には、図１０は、貼り合せ基板１０１を分離装置１００にセットする様子を模式的に示す平面図、図１１は、図１０を側方から見た図、図１２は、貼り合せ基板を分離する際の状態を模式的に示す平面図、図１３は、図１２を側方から見た図である。
【００５９】
この構成例に係る自動分離装置は、第１の構成例に係る分離装置１００と、貼り合せ基板及び分離後の各基板を搬送する搬送装置５００とを備える。
分離装置１００は、チャンバ４００内に配置し、チャンバ４００と搬送装置５００との間にシャッタ５０３を設けることが好ましい。そして、貼り合せ基板１０１を分離装置１００にセットする際及び分離された各基板を取り出す際はシャッタ５０３を開き、分離処理の際はシャッタ５０３を閉じることが好ましい。これにより、分離処理の際に、ジェット構成媒体（例えば、水）がチャンバ４００の外部に飛散することを防止することができる。
【００６０】
搬送装置５００は、貼り合せ基板１０１及び分離後の各基板を搬送ロボット５０１と、貼り合せ基板１０１を基板保持部１０８に対して位置合せするための位置合せ装置５０７とを有する。
分離処理を実行する際には、１又は複数枚の貼り合せ基板１０１を収容したカセット５０４と、分離後の基板１０１ａ，１０１ｃを収容するための空のカセット５０５及び５０６とを搬送装置５００内の所定の位置に載置する。この際、カセット５０４は、貼り合せ基板が水平になるようにして、その開口部を搬送ロボット５０１に向けて載置する。また、カセット５０５，５０６は、分離後の各基板を水平な状態で収容可能なようにして、その開口部を搬送ロボット５０１に向けて載置する。
【００６１】
以下、この自動分離装置における分離処理の手順を説明する。
まず、オペレータは、貼り合せ基板１０１が収容されたカセット５０４、空のカセット５０５及び５０６を搬送装置５００内の所定の位置に載置する。そして、不図示の制御パネルを介してオペレータより分離処理の開始が指示されると、この自動分離装置は、以下の一連の処理を開始する。
【００６２】
まず、分離装置１００は、図１０及び図１１に示すように、各基板支持面が水平になるように、基板操作部１５０，１６０を回動させる。
次いで、搬送ロボット５０１は、吸着機構を有するロボットハンド５０２により、カセット５０４内の該当する貼り合せ基板１０１の下部に差し込み、その下部を吸着して貼り合せ基板１０１を取り出す。
【００６３】
次いで、搬送ロボット５０１は、吸着した貼り合せ基板１０１を位置合せ装置５０７の支持台上に載置し、吸着を解除する。位置合せ装置５０７は、対向する２つのガイド部材により、貼り合せ基板１０１の中心位置を基準位置に合せる。次いで、搬送ロボット５０１は、位置合せ装置５０７の支持台上の貼り合せ基板１０１の下部を吸着して保持し、ロボットハンド５０２を分離装置１００の基板保持部１０８に向かって伸ばして、図１０及び図１１に示すように、基板保持部１０８上の所定位置に貼り合せ基板１０１をセットする。このように、位置合せ装置５０７を設けることにより、貼り合せ基板１０１を基板保持部１０８に対して位置合せすることができる。
【００６４】
なお、搬送ロボット５０１が貼り合せ基板１０１を基板保持部１０８上にセットする際、シャッタ５０３は開放される。
位置合せ装置５０７により１枚毎に貼り合せ基板１０１の位置合せを行うことにより、基板保持部１０８上の正確な位置に各貼り合せ基板１０１をセットすることができる。これにより、貼り合せ基板１０１の中心を回転軸１０６の中心軸に一致させることができるため、貼り合せ基板１０１を回転させながら分離する際に、噴射ノズル１１０と貼り合せ基板１０１の外周との距離が一定に維持される。したがって、貼り合せ基板１０１の全周にわたってジェットを一様に作用させることができる。
【００６５】
基板保持部１０８への貼り合せ基板１０１のセットが完了すると、搬送ロボット５０１は、そのロボットハンド５０２を収容し、その後、シャッタ５０３が閉じられる。
一方、分離装置１００は、基板操作部１５０，１６０を夫々駆動源１５１，１６１により回動させて、図１２及び図１３に示すように、貼り合せ基板１０１を垂直にし、基板保持部１０８，１０９により貼り合せ基板１０１を挟持すると共に真空吸着する。
【００６６】
次いで、分離装置１００は分離処理を実行する。すなわち、分離装置１００は、駆動源１１４，１１５’により貼り合せ基板１０１を回転させると共に、噴射ノズル１１０によりジェットを噴射させて貼り合せ基板１０１の分離領域（多孔質領域１０１ｂ）に挟入させる。この分離処理により、貼り合せ基板１０１は、２枚の基板１０１ａ，１０１ｃに分離される。なお、駆動源１１５’には、前述の駆動源１１５の他、図８又は図９に示す調整機構が含まれる。
【００６７】
貼り合せ基板１０１が２枚の基板１０１ａ，１０１ｃに分離された後、分離装置１００は、前述の調整機構により２枚の基板１０１ａ，１０１ｃを引き離した後、駆動源１５１，１６１により基板操作部１５０，１６０を回動させて、基板保持部１０８，１０９の基板支持面を水平にする。
次いで、基板保持部１０８，１０９を夫々駆動源１１４，１１５’により高速に回転させることにより、分離後の各基板に付着しているジェット構成媒体を除去する（スピン乾燥）。
【００６８】
次いで、シャッタ５０３を開放し、搬送ロボット５０１は、基板保持部１０８上の基板１０１ｃの下方にロボットハンド５０２を伸ばし、この基板１０１ｃの下方の面を吸着して保持し、カセット５０５内に収容する。同様にして、搬送ロボット５０１は、基板保持部１０９上の基板１０１ａの下方にロボットハンド５０２を伸ばし、この基板１０１ａの下方の面を吸着して保持し、カセット５０６内に収容する。
【００６９】
以上の処理により、１枚の貼り合せ基板の分離処理が完了する。この自動分離装置は、以上の処理を未処理の貼り合せ基板について繰り返すことにより、カセット５０４内の全貼り合せ基板を分離することができる。
この自動分離装置によれば、貼り合せ基板を収容したカセットと、空の２つのカセットを準備して搬送装置５００にセットして、分離処理の実行を指示することにより、自動的に分離処理が実行され、２つの回収用のカセットに分離し乾燥された２種類の基板が分類して収容される。
【００７０】
以上のように、分離処理を自動で実行させる場合においても、搬送装置と分離装置との間で基板を水平な状態で受け渡しできる構成の利益は大きい。
この利益は、搬送装置と分離装置との間で基板を垂直な状態で受け渡しする場合を考えると理解し易い。この場合、搬送ロボットは、基板を正確に垂直にして基板保持部に引き渡さないと、基板保持部により貼り合せ基板の吸着を確実に行うことが困難であり、場合によっては、貼り合せ基板を落下させることになる。また、分離された基板を搬送ロボットが受け取る時も同様であり、ロボットハンドの基板保持面と基板とを正確に平行にしないと、ロボットハンドへの基板の吸着を確実に行うことが困難である。
【００７１】
［分離装置の適用例］
以下、上記の分離装置の適用例として、図１を参照しながらＳＯＩ基板の製造方法を説明する。
単結晶Ｓｉ基板１１として、厚さ６２５［μｍ］、直径５［ｉｎｃｈ］、比抵抗０．０１［Ω・ｃｍ］のＰ型又はＮ型の（１００）単結晶Ｓｉ基板を準備した。この単結晶Ｓｉ基板１１をＨＦ溶液に浸漬して陽極化成を施して、厚さ１２［μｍ］の多孔質層１２を形成した（図１（ａ）参照）。陽極化成の条件は次の通りである。
【００７２】
電流密度 ：７［ｍＡ／ｃｍ2］
陽極化成溶液：ＨＦ：Ｈ2Ｏ：Ｃ2Ｈ5ＯＨ＝１：１：１
処理時間 ：１１［ｍｉｎ］
次いで、この基板を酸素雰囲気中で４００［℃］に加熱し、１時間にわたって酸化させた。この処理により多孔質Ｓｉ層１２の孔の内壁は熱酸化膜で覆われた。次いで、多孔質Ｓｉ層１２上にＣＶＤ法により０．３μｍ厚の単結晶Ｓｉ層１３をエピタキシャル成長させた。このエピタキシャル成長の条件は次の通りである。
【００７３】
ソースガス ：ＳｉＨ4
キャリアガス：Ｈ2
温度 ：８５０［℃］
圧力 ：１×１０-2［ｔｏｒｒ］
成長速度 ：３．３［ｎｍ／ｓｅｃ］
更に、この単結晶Ｓｉ層（エピタキシャルＳｉ層）１３上に０．２μｍのＳｉＯ2層１５を形成した（図１（ｂ）参照）。そして、単結晶Ｓｉ基板１４を別途準備し、ＳｉＯ2層１５の表面と単結晶Ｓｉ基板１４とを室温で密着させた後に温度１１００［℃］で１時間の熱処理を施し、２枚の基板を貼り合わせた（図１（ｃ）参照）。
【００７４】
この貼り合わせ基板をカセット５０４に収容し、上記の第2の構成例に係る自動分離装置の搬送装置５００にセットし、分離処理を実行させた（図１（ｄ）参照）。この際、ジェット構成媒体として純水を使用し、ジェットの径を０．２［ｍｍ］、噴射する水の圧力を３５０［Ｋｇｆ／ｃｍ2］とした。また、噴射ノズルの位置を貼り合わせ面の直上に固定して分離処理を行った。また、貼り合わせ基板は約８［ｒｐｍ］の速度で回転させた。
【００７５】
貼り合わせ基板のほとんどは、略５回転した時点で完全に分離されるが、基板間のばらつきを考慮して、約2分間、貼り合せ基板を回転させながらジェットを挟入させるよう自動分離装置を設定した。
バネ１１１の作用により、貼り合せ基板が２枚の基板に分離された後においても該２枚の基板は密着し続ける。貼り合せ基板の分離処理を開始した後、所定時間の経過後、一方の基板保持部１０９が軸支持部１０３側に後退し、これにより、物理的に分離された２枚の基板は空間的に引き離された。各基板には、傷、割れ、欠損がなかった。
【００７６】
次いで、分離されカセット５０５に夫々収納された基板（▲１▼''＋▲２▼）を取り出して、表面の多孔質Ｓｉ層をＨＦ／Ｈ2Ｏ2／Ｈ2Ｏ系のエッチング液で選択的にエッチングした。単結晶Ｓｉのエッチング速度は極めて低いため、多孔質Ｓｉ層の下地となっている単結晶Ｓｉ基板がエッチングされる量は、実用上無視することができる。このエッチング処理により、ＳｉＯ2膜１５上に約０．２μｍの厚さの単結晶Ｓｉ層１３を有するＳＯＩ基板を形成することができた（図１（ｅ）参照）。
【００７７】
完成したＳＯＩ基板の表面、すなわち、単結晶Ｓｉ層１５の表面には不良がないことが確認された。また、透過型電子顕微鏡により、単結晶Ｓｉ層１５の断面を観察した結果、エピタキシャル成長以後の工程で結晶欠陥等が増加しておらず、良好な結晶性が維持されていることが確認された。
なお、単結晶Ｓｉ層（エピタキシャル層）１３側の表面にＳｉＯ2膜を形成する代わりに、１）単結晶Ｓｉ層１３側の表面にＳｉＯ2膜を形成せずに、別途用意した単結晶Ｓｉ基板側にＳｉＯ2膜を形成した場合、２）単結晶Ｓｉ層１３側の表面にＳｉＯ2膜を形成すると共に、別途用意した単結晶Ｓｉ基板側にもＳｉＯ2膜を形成した場合、のいずれにおいても、同様に良好なＳＯＩ基板を形成することができた。
【００７８】
多孔質Ｓｉ層を形成した基板（単結晶Ｓｉ基板１１）に関しては、表面の多孔質Ｓｉ層を除去し、表面を平坦化することにより、再度、第１の基板又は第２の基板として利用することができた。
以上、本発明の好適な実施の形態として、ＳＯＩ基板の製造に好適な基板の分離装置及び分離方法について説明したが、本発明に係る分離装置及び分離方法は、他の部材を分離或いは切断する場合にも使用できる。分離する対象となる部材は、例えば多孔質層のように、脆弱な分離領域を有することが好ましい。
【００７９】
以上、特定の実施の形態を挙げて特徴的な技術的思想を説明したが、本発明は、これらの実施の形態に記載された事項によって限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において様々な変形をなし得る。
【００８０】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば、基板等の部材を落下させる危険性を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施の形態に係るＳＯＩ基板の製造方法を工程順に説明する図である。
【図２】本発明の好適な実施の形態に係る分離装置の原理を示す図である。
【図３】第１の構成例に係る分離装置の概略構成を示す図である。
【図４】第１の構成例に係る分離装置の概略構成を示す図である。
【図５】第１の構成例に係る分離装置の概略構成を示す図である。
【図６】第１の構成例に係る分離装置の概略構成を示す図である。
【図７】第１の構成例に係る分離装置の概略構成を示す図である。
【図８】第１の構成例に係る基板保持部間の間隔の調整機構を示す図である。
【図９】第２の構成例に係る基板保持部間の間隔の調整機構を示す図である。
【図１０】第２の構成に係る自動分離装置の概略構成を示す図である。
【図１１】第２の構成に係る自動分離装置の概略構成を示す図である。
【図１２】第２の構成に係る自動分離装置の概略構成を示す図である。
【図１３】第２の構成に係る自動分離装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１１ 単結晶Ｓｉ基板
１２，１２’，１２’’ 多孔質Ｓｉ層
１３ 非多孔質単結晶Ｓｉ層
１４ 単結晶Ｓｉ基板
１５ 絶縁層
２１ 貼り合わせ基板
２１ａ、２１ｃ 基板
２２，２３ 基板保持部
２４，２５ 回転軸
２６，２７ 回転軸
２８ 噴射ノズル
２９ ジェット構成媒体
３０ 投影空間
１００ 分離装置
１０１ 貼り合せ基板
１０２，１０３ 軸支持部
１０４，１０５ ベアリング
１０６，１０７ 回転軸
１０８，１０９ 基板保持部
１１０ 噴射ノズル
１１１ バネ
１１２，１１３ 回転軸
１１４，１１５，１１５’ 駆動源
１５０，１６０ 基板操作部
４００ チャンバ
５００ 搬送装置
５０１ 搬送ロボット
５０２ ロボットハンド
５０３ シャッタ
５０４〜５０６ カセット
５０７ 位置合せ装置
Claims (9)
- 部材を分離する分離装置であって、
部材の主表面の方向を変更する操作手段と、
鉛直方向に束状の流体を噴射して該束状の流体によって前記部材を分離する分離手段と、
を備え、前記操作手段は、前記部材をその主表面が水平になるように操作する機能と、該主表面が鉛直になるように操作する機能とを有し、前記操作手段は、前記部材をその主表面が水平な状態で受け取り、前記部材をその主表面を鉛直にするとともに前記分離手段が前記部材を処理可能な位置に移動させる他、前記分離手段により分離された各部材の少なくとも１つの部材の主表面を水平にすることを特徴とする分離装置。 - 前記部材は板状部材であり、前記分離手段は、該板状部材を面方向に切断して２枚の板状部材に分離することを特徴とする請求項１に記載の分離装置。
- 前記操作手段は、前記分離手段により板状部材を分離する際に該板状部材を両面から挟むようにして保持する一対の保持手段を有することを特徴とする請求項２に記載の分離装置。
- 前記部材をその主表面に直交する軸を中心として回転させる回転手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の分離装置。
- 前記装置を被うチャンバを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の分離装置。
- 前記チャンバは、開閉可能なシャッタを有することを特徴とする請求項５に記載の分離装置。
- 前記部材を前記操作手段に引き渡す他、分離された部材を前記操作手段から受け取るための搬送手段を更に備え、前記搬送手段は前記チャンバの外部に配置され、前記シャッタを開放した状態で、前記操作手段との間で部材の引き渡し及び受け取りを行うことを特徴とする請求項６に記載の分離装置。
- 少なくとも前記分離手段により部材を分離する際には、前記シャッタを閉じることを特徴とする請求項６に記載の分離装置。
- 前記部材を前記操作手段に対して位置合せする位置合せ手段を更に備えることを特徴とする請求項７に記載の分離装置。
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