专利名称：分离试样的方法和设备,以及基片制造方法
技术领域：
本发明涉及一种分离试样的设备和方法，以及一种基片制造方法，更具体来说，涉及一种分离具有内部脆弱结构的设备和方法，以及一种使用上述分离设备的基片制造方法。
大家知道具有SOI(在绝缘体上外延硅)结构的基片(SOI基片)是一种在绝缘层上具有单晶硅层的基片。使用这种SOI基片的元件具有许多普通硅基片达不到的优点。这些优点的实例是(1)由于容易绝缘分离，因而可以提高集成度。
(2)可以提高辐射阻。
(3)由于寄生电容小，因而可提高元件的工作速度。
(4)无需井步骤(well step)。
(5)可以防止闭锁。
(6)通过薄膜成形可以形成完全消除场效应的晶体管。
由于SOI结构具有上述各种优点，几十年来一直进行着其形成方法的研究工作。
作为一种SOI技术，一种SOS(在蓝宝石上外延硅)技术长期以来已经为人所知，使用这种技术，在单晶蓝宝石(sapphire)基片上通过化学蒸汽淀积(CVD)异向外延生长硅。这种SOS技术曾一度被认为是最成熟的SOI技术。但是，SOS技术目前尚未投入实际使用，其原因在于，在硅层和下面的蓝宝石基片之间的界面上晶格错位，从而产生大量晶体缺陷；构成蓝宝石基片的铝混入硅层；基片价格高，以及难于取得大的面积，等等。
在SOS技术后曾出现一种SIMOX(借助离子植入氧来分离的)技术。人们曾试图用SIMOX技术的种种方法来减少晶体缺陷及降低制造成本。具有以下实例通过在基片中植入氧离子来形成氧化物埋入层的方法；以及粘合两个晶片，其间夹有氧化物膜并且通过抛光或腐蚀晶片之一而留下一个单晶硅薄层的方法等。在另一个实例中，从硅基片的形成氧化物膜的表面植入氢离子至预定深度，所得基片粘合于另一基片，经过热处理或类似方法剥离所述另一基片，从而在氧化物膜上留下单晶硅薄层。
在日本专利公开文本第5-21338号中公开了一种新的SOI技术。在这种技术中，在具有多孔层的单晶半导体基片上形成一个非多孔单晶硅层，从而得到第一基片，通过一个绝缘层将第一基片粘合在第二基片上，从多孔层分离两个基片，从而将非多孔单晶层转移至第二基片。这种技术的优点在于，SOI层具有高度的膜厚均匀性，在SOI层中的晶体缺陷可以被减少，SOI层具有高的表面平度，无需昂贵的专用制造设备，具有大约几百A至10μm厚的SOI膜的SOI基片可以用同一制造设备制造。
另外，在日本专利公开文本第7-302889号公开的另一种技术中，在上述第一和第二基片粘合之后，第一基片与第二基片分离而不破损，被分离的第一基片经过表面平整并再次形成多孔层而重新使用。由于第一基片可以很经济地利用，因而这种技术的优点在于，可以大大地降低制造成本，也使制造工艺得到简化。
但是在上述各项技术中，当分离两个粘合基片时，必须防止对基片的损坏，并保护设备等，使其免于受到产生的颗粒的污染。
本发明是考虑到上述情况后做出的，其目的在于提供一种适于分离试样如基片的设备和方法、构成这种分离设备的部件，以及使用这种分离设备的基片制造方法。
按照本发明的试样分离设备是用于分离具有内部脆弱结构的试样的分离设备，其特征在于它包括一个用于喷射液体或气体射流的喷射组件和一个用于使得从所述喷射组件喷射的液体或气体射流集中射入试样的脆弱结构中的导向组件，其中，试样是从脆弱结构分离的。
在上述分离设备中，导向组件最好通过将射流宽度减至预定宽度而使从喷射组件喷射的液体或气体射流集中射入试样的脆弱结构中。
在上述分离结构中，导向组件最好具有一个用于减小从喷射组件喷射的液体或气体射流的宽度的孔，该孔入口宽度大于从喷射组件喷射的液体或气体射流的宽度。
在上述分离设备中，待分离的试样最好具有一条向着脆弱结构的外露部分凹入的槽，孔出口宽度小于槽的宽度。
在上述分离设备中，槽最好具有基本呈V形的截面。
上述分离设备最好还包括一个调节机构，其用于调节导向组件和试样之间的位置关系。
在上述分离设备中，调节机构最好通过移动导向组件来调节导向组件和试样之间的位置关系。
上述分离设备最好还包括一个用于调节导向组件和试样之间位置关系的调节机构，该调节机构调节导向组件和试样之间的位置关系，以便使通过导向组件喷射的液体或气体射流集中射入槽中。
在上述分离设备中，调节机构最好通过移动导向组件来调节导向组件和试样之间的位置关系。
上述分离设备最好还包括一个用于支承试样的支承机构。
在上述分离设备中，待分离的试样的脆弱结构基本构成一个平面，支承机构支承试样以便在脆弱结构的平面的方向上输送通过导向组件喷射的液体或气体射流。
在上述分离设备中，支承机构最好包括一个用于使试样围绕一根在基本垂直于脆弱结构的平面的方向上设置的轴转动，并且当试样转动时支承试样。
在上述分离设备中，导向组件最好设置在用于支承试样的一个支承组件中。
在上述分离设备中，支承组件最好包括两个从两侧夹紧试样从而固定试样的固定组件，并且导向组件由两个固定组件的相对部分之间的间隙构成。
在上述分离设备中，在两个固定组件的相对部分上最好形成斜面，相对的斜面使从喷射组件喷射的液体或气体射流的宽度减至预定宽度，从而使射流集中射入试样的脆弱结构。
在上述分离设备中，待分离的试样最好具有盘状形状，两个固定组件的相对部分构成环边，试样固定在环边内。
在上述分离设备中，固定组件最好固定试样以便借助液体或气体的压力使试样翘曲。
在上述分离设备中，支承机构最好包括一个用于固定作为待分离试样的基片的固定组件。
在上述分离设备中，两个固定组件最好是用于固定作为待分离试样的基片的固定组件。
在上述分离设备中，基片最好具有作为脆弱结构的多孔层。
按照本发明的导向设备是一种液体或气体导向设备，其用于借助液体或气体射流分离具有内部脆弱结构的试样的方法中，其特征在于；它包括一个导向设备，其用于使从喷射组件喷射的液体或气体射流集中射入试样的脆弱结构。
在上述导向设备中，导向组件最好通过将从喷射组件喷射的液体或气体射流的宽度减至预定宽度而使射流集中射入试样的脆弱结构。
在上述导向设备中，导向组件最好具有一个用于减小从喷射组件喷射的液体或气体射流宽度的孔，该孔入口宽度大于从喷射组件喷射的液体或气体射流的宽度。
在上述导向设备中，待分离试样最好具有一条向着脆弱结构的外落部分凹入的槽，孔出口宽度小于槽宽。
在上述导向设备中，待分离的试样最好具有一条向着脆弱结构的外露部分凹入的槽。
在上述导向设备中，槽最好具有基本呈V形的截面。
上述导向设备最好还包括一个用于与包括喷射组件和用于固定试样的固定机构的试样分离设备相连的连接组件，以及一个用于调节导向组件和试样之间位置关系的调节机构。
按照本发明的试样支承设备是一种应用于借助液体或气体射流分离具有内部脆弱结构的试样的方法的试样支承设备，其特征在于它包括两个从两侧夹紧试样从而固定试样的固定组件，其中，用于使从喷射组件喷射的液体或气体射流集中射入试样的脆弱结构的导向组件是由两个固定组件的相对部分之间的间隙构成的。
在上述支承设备中，最好在两个固定组件的相对部分上形成斜面，相对的斜面将从喷射组件喷射的液体或气体射流宽度减至预定宽度，从而使射流集中射入试样的脆弱结构。
在上述支承设备中，待分离的试样最好具有盘状形状，两个固定组件的相对部分形成环边，试样固定在环边内。
在上述支承设备内，固定组件最好固定试样以便借助液体或气体的压力翘曲试样。
在上述支承设备内，待分离试样最好具有一条向着脆弱结构的外露部分凹入的槽。
在上述支承设备中，槽最好具有基本呈V形的截面。
在上述支承设备中，被支承的试样最好是基片。
在上述支承设备中，基片最好具有作为脆弱结构的多孔层。
按照本发明的试样分离方法，其特征在于使用上述分离设备从脆弱结构分离试样。
在上述分离方法中最好使用水作为从喷射组件喷射的液体。
按照本发明的基片分离方法是下述一种分离方法，其中，将一个表面顺序形成多孔层和非多孔层的第一基片的非多孔层粘合于第二基片，从而制成一基片叠层，从多孔层分离该基片叠层，其特征在于在分离中使用上述的分离设备。
按照本发明的基片制造方法是一种下述的基片制造方法，它包括将在一个表面上顺序形成多孔层和非多孔层的第一基片粘合于第二基片的步骤，以及从多孔层分离粘合基片叠层的步骤，其特征在于在分离步骤中使用上述的分离设备。
按照本发明的另一种分离设备是一种用于分离具有内部脆弱部分的盘状试样的分离设备，其特征在于它包括一个用于支承盘状试样的支承机构，以及一个在支承机构支承的板状试样的脆弱结构上喷射液体或气体射流的喷射组件，其中，支承组件支承板状试样以便借助射入盘状试样的液体或气体的压力使板状试样的周边翘曲。
现在对照以下附图描述本发明的实施例，进一步阐明本发明的目的、特征和优点。
图1A至1E是按照步骤顺序表示按照本发明的一推荐实施例制造SOI基片的方法的示意图；图2的剖视图表示按照本发明推荐实施例的分离设备的布置情况；图3至5是表示导向组件、喷嘴和粘合基片叠层的放大视图；图6的示意图表示粘合界面从喷嘴中心偏移的状态；图7的示意图表示导向组件的另一剖面形状；图8的示意图表示导向组件的另一剖面形状；图9至11的示意图表示按照第二种布置的分离设备的导向组件的布置情况；图12的剖视图表示按照第三种布置的分离设备的布置情况；图13A和13B的示意图表示作用在具有V形槽的粘合基片叠层上的力和作用在不具有V形槽的粘合基片叠层上的力之间的差别。
现在对照附图描述本发明的一个推荐实施例。
图1A至1E的示意图用于按照步骤顺序说明按照本发明一推荐实施例制造SOI基片的方法。
在图1A所示的步骤中，单晶硅基片11被制备，而且例如通过阳极氧化在单晶硅基片11的表面上形成多孔硅层12。然后，在图1B所示的步骤中，通过取向生长在多孔硅层12上形成非多孔单晶硅层13。这样就制成第一基片10。
在图1C所示的步骤中，通过在单晶硅层14的表面上形成一绝缘层(例如SiO2层)15而制备第二基片20。在室温下使第一基片10和第二基片20接触，使非多孔单晶硅层13和绝缘层15相互面对。然后，通过阳极氧化、加压、加热或其组合方式粘合第一和第二基片10和20。通过这种方法，非多孔单晶硅层13和绝缘层15紧密粘合。应注意的是，绝缘层15可在单晶硅层14、非多孔单晶硅层13中任一层或两层上形成。也就是说，只要当第一和第二基片接触时获得图1C所示状态即可。
在图1D所示的步骤中，两个粘合的基片从多孔硅层12分离。所得到的第二基片侧(10”+20)具有包括多孔硅层12”/单晶硅层13/绝缘层15/单晶硅基片14的叠层结构。另一方面，第一基片(10’)侧具有在单晶硅基片11上的多孔层12’。
分离后的第一基片(10’)重复用作单晶硅层11，以便通过除去残留的多孔硅层12’及必要时平整表面，从而形成第一基片(10)。
在粘合基片被分离后的图1E所示的步骤中，有选择地除去在第二基片(10”+20)的表面上的多孔层12”，得到一个具有叠层结构的基片，该叠层结构包括单晶硅层13/绝缘层15/单晶硅基片14，也就是说具有SOI结构。
在图1D所示的步骤中，即，在分离两个粘合基片(下文中称粘合基片叠层)的步骤中，本实施例使用一种分离设备，其用于从作为分离区的多孔硅层分离两个基片，这是通过有选择地在分离区喷射高压液体或气体实现的。
〔分离设备的第一种布置〕图2的剖视图表示按照本发明推荐实施例的分离设备的布置情况。该分离设备100采用喷水法。一般来说，为了进行加工，例如从表面除去镀膜或清洗表面，喷水法是在目标物体上喷射高速、高压水流(见“Water Jet”Vol.1,No.1,page 4)。
分离设备100沿基片叠层平面的方向在粘合基片叠层的多孔层(分离区)上喷射高速、高压流体或气体流，从而有选择地破坏多孔层，从多孔层分离基片叠层。在下文中这种“流”被称为“射流”，构成射流的液体或气体则称为“射流媒介”。作为射流媒介可以采用水、有机溶剂如酒精、酸如氟酸或硝酸、碱如氢氧化钾，或者气体如空气、氮气、碳酸气、稀有气体或蚀刻气体。
分离设备100具有包括真空卡盘的基片夹头404和406。基片夹头404和406从两侧夹紧粘合基片叠层420而将其固定。粘合基片叠层420具有作为内部脆弱结构的多孔层420b。分离设备100将粘合基片叠层420从多孔层420b分成两个基片420a和420c。在该分离设备100中，粘合基片叠层设置得使基片420a相应于图1中的第一基片(10’)，基片420c相应于图1中的第二基片(10”+20)。
基片夹头404连接于转轴403的一端，转轴403在轴向上可转动地通过轴承405由支座401支承。转轴403的另一端连接于电机402的转轴。因此，由基片夹头404的真空吸力夹紧的粘合基片叠层420被电机402产生的旋转力转动。在分离粘合基片叠底420时，电机420按照控制器(未画出)的指示使转轴403以指定转速旋转。
基片夹头406连接于转轴408的一端，转轴408在轴向上可转动地通过轴承407由支座401支承。一压簧409连接于转轴408的另一端。因此，压簧409沿着使基片420a和420c相互分离的方向(X轴方向)偏压粘合基片叠层420。因此，当粘合基片叠层420被来自喷嘴418的射流分成叠层420a和420c时，基片420a沿X轴方向从基片420c移开。
当粘合基片叠层420未被分离时，转轴403的旋转力通过粘合基片叠层传至基片夹头406。因此，转轴403、基片夹头404、粘合基片叠层420、基片夹头406、转轴408和压簧409整体旋转。当粘合叠层420被分成两个基片时，转轴408停止转动。
一个气缸411连接于转轴408的后端(沿X轴方向)。当粘合基片叠层420由基片夹头404和406固定时，气缸411的活塞杆410沿着压簧409被压缩的方向(X轴的负向)推转轴408的后端(图2所示状态)。基片夹头404和406通过真空卡盘固定粘合基片420后，气缸411(沿X轴向)移动活塞杆410，实施粘合叠层420的分离过程。也就是说，气缸411当粘合基片叠层设备在基片夹头404和406之间时推动活塞杆410，而当设置完成时则拉动活塞杆410。
为了在分离设备100中设备粘合基片叠层420，粘合基片叠层420被设置在由支座401轴向支承的定位轴412的槽412a中，以便可以被轴承413和414转动。其后，活塞杆410按上述方式被推动，将基片夹头406抵靠在粘合基片叠层420上。在(图2所示的)这种状态中，基片夹头404和406的真空卡盘被操纵。
两根定位轴412最好是沿着Y轴方向设置的。如果是这样的话，只要将粘合基片叠层420放置在两根定位轴412上就可以限定粘合基片叠层420在X,Y和Z三个方向上的位置。这有利于手工设置粘合基片叠层420。因此，如果使用输送器机器手就可以简化机器手的布置。
在完成分离时基片420a沿X轴方向移动，两基片相互移离之后，为了取出分离的基片，两基片例如可由输送器机械手固定，然后松释基片夹头404和406的真空卡盘的吸力。
在粘合基片叠层420设置之后，控制器(未画出)使导向组件415定位，使导向组件415的排放出口位于粘合基片叠层420的粘合界面上方。导向组件415连接于一根支承杆416，支承杆416松释地插入支座401，可在X轴方向上移动。导向组件415的位置由电机417作精细调整。
在分离粘合基片420的过程中，泵419压缩并向喷嘴418输送射流媒介(例如水)，喷嘴418向导向组件415的注射孔喷射高速、高压射流。
由于导向组件415的排放孔在粘合基片叠层420的粘合界面的上方，因而从导向组件415的排放孔排出的射流集中地射入粘全基片叠层420的粘合界面中。
图3至5是导向组件、喷嘴和粘合基片叠层的放大视图。导向组件415具有一个从注射孔415a至排放孔415b逐渐变窄的孔415c。孔415c修正从喷嘴418喷出的射流430推入粘合基片叠层420的位置。图6表示粘合界面和喷嘴418中心相互偏离的状态。甚至在图6所示的状态中，从喷嘴418喷射的射流430也冲击孔415c的壁面，这就修正了射流430的方向。处于修正状态的射流430从排放孔415b排出。也就是说，由于采用了导向组件415，只须将喷嘴418控制得位于导向组件415的注射孔415a上方即可。应注意的是，射流430的动能由于冲击孔415c的壁面而减少，因而控制泵419时必须考虑到上述减少。
粘合基片叠层420最好具有在其周面上向着粘合界面凹入的V形槽420d。使用倒棱的基片作为构成第一基片(10，图1)的单晶硅基片及作为构成第二基片(20，图1)的单晶硅基片，就可以容易地形成这种V形槽420d。V形槽420d使射流430有效地向粘合基片叠层420中推进。
图13A和13B的示意图表示作用在具有V形槽的粘合基片叠层上的力和作用在不具有V形槽的粘合基片叠层上的力之间的差别。图13A表示具有V形槽420d的粘合基片叠层。图13B表示不具有V形槽的粘合基片叠层。当形成有V形槽420d时，射流的力作用在箭头a和a’所示的粘合基片叠层分离的方向上。当没有形成V形槽时，力作用在箭头b和b’所示的粘合基片叠层420从两侧向内受压的方向上。如果这样的话，力就不能够容易地作用在粘合基片叠层420分离的方向上，直至多孔层420b的周面(暴露部分)破坏且在这种破坏的部分形成V形或U形槽为止。因此，当形成有V形槽时，粘合基片叠层可更容易地被分离。
当粘合基片叠层的周面覆有薄膜时，V形槽420d也可有效地发挥作用。也就是说，由于V形槽使力作用在粘合基片叠层分离的方向上，因而薄膜可以有效地被上述力破坏。
在粘合基片叠层420中推进的射流有选择地破坏作为分离区的多孔层420b，以便分离粘合基片叠层420，又几乎不破坏其它部分。这是由于与单晶硅基片(基片420a的表面，以及图1c中单晶硅基片11)和接触多孔层420b的绝缘层(基片420c的表面，以及图1c中的绝缘层13)相比较，多孔层420b(图1c中多孔层12)具有极为脆弱的结构的缘故。
注射孔415a的形状可以是图3至5所示的矩形，也可以其它一些形状。也就是说，注射孔415a的形状只要使从喷嘴418射出的射流可被引入孔415c即可。
排放孔415b的形状最好为窄矩形，其沿着粘合基片叠层420的平面方向(Y轴方向)延伸，这是因而分离区是直线形的。另外，排放孔415b沿粘合基片叠层420的轴向(X轴方向)的宽度ti最好小于在粘合基片叠层420周边形成的V形槽420d的宽度ts，这是因为这可使射流变窄并集中在V形槽420d(图13A)中，从而可被有效地利用。
另外，电机417最好控制得使排放孔415b在粘合基片叠层420轴向的中心粗略地对准分离区的中心，即，粘合基片叠层420的多孔层420b。因此，从排放孔415b排放的射流可得到有效的利用。
另外，如图4所示，导向组件415面对粘合基片叠层420的那个表面最好具有相应于粘合基片叠层420的弧形的形状。这使从排放孔415b排放的射流可得到有效的利用。
导向组件415的孔的截面不限于楔形，就象上述的通过导向组件415的构件切削而成的孔415c。图7和8表示导向组件截面形状的其它实例。
上述分离设备100因使用射流分离粘合基片叠层而具有下述优点。
(1)由于使用液体或气体(射流媒介)分离基片，因而基片的被分离表面破坏很小。
(2)无大量颗粒产生或散逸。
(3)在垂直于分离表面的方向上的作用的力具有高的共面均匀性。
(4)分离过程进行迅速。
(5)由于射流媒介(例如水)容易进入由分离过程形成的相对分离表面之间的窄间隙，因而可以容易地分离具有大面积的粘合基片叠层。
(6)可以容易地同时加工大数量的基片叠层。
(7)由于射流的控制自由度(例如压力、直径)大，因而可以容易地加工各种粘合基片叠层。
(8)由于无需热处理等，因而加工可在通常的环境(例如常温、常压)中进行。
应注意的是，当使用射流分离法时，从喷嘴喷出的射流直接射入粘合基片叠层的布置也是很有效的。本发明并不排除这种布置。但是，上述分离设备100包括导向组件415，其用于调整从喷嘴418射出的射流射入粘合基片叠层的位置。因此，该设备在以下方向优于直接式分离设备。
(9)可以使用低精度的驱动机构来作为调节喷嘴位置的驱动机构，或作为调节基片夹头位置的驱动机构。因此，可以简化分离设备的总体布置及降低分离设备的成本。
更具体来说，在射流分离法中，必须精确地设定从喷嘴射出的射流射入粘合基片叠层的位置。例如，当通用的水射流设备被改型及使用时，射流的直径通常为0.1至0.3mm，这小得足以分离粘合基片叠层。因此，通过增加喷嘴驱动机构的精度或增加粘合基片叠层夹头驱动机构的精度就可以取得满意的定位精度。但是，当使用高精度驱动机构作为喷嘴或基片夹头的驱动机构时，分离设备的布置就被复杂化，而且提高了设备的成本。然而在上述的分离设备100中，简单和紧凑的导向组件415就可对准射流和粘合基片叠层。因此，不必使用高精度驱动机构作为喷嘴的驱动机构或粘合基片叠层夹头的驱动机构。
(10)此起使用直接式分离设备来说，分离过程进行得更为迅速。
更具体来说，当分离设备采用一般喷嘴时，可以增加射流流动速率作为提高分离过程的速度的手段。为了增加射流流动速率，可以采用增大射流直径的方法或增加射流速度的方法。但是，在前一方法中，如果射流直径超过粘合基片叠层的V形槽宽度，那么，几乎不可能取得增加流动速率的效果。另外，也可能出现如粘合基片叠层振动等问题。在后一方法中，当射流速度增加时，射流压力增加。这就增加了粘合基片叠层损坏的可能性。
另一方面，本发明的分离设备100可以容易地增加射流的流动速率，同时限制粘合基片射流在粘合基片叠层轴向上的宽度。因此，可以容易地增加粘合基片分离过程的速度。
〔分离设备的第二种布置〕这种分离设备是通过改善按照第一种布置的分离设备的导向组件的结构而得到的。其余布置与第一种布置相同。图9至11的示意图表示按照第二种布置的分离设备的导向组件的结构。
按照这种布置的导向组件415’在与粘合基片叠层相对的表面上设有排放槽415d。排放槽415d可以有效地排放从粘合基片叠层420侧向溢流的射流媒介。
〔分离设备的第三种布置〕在按照这种布置的分离设备中，导向组件是整体的，以便消除对准粘合基片叠层和导向组件的需要。
图12的剖视图表示按照第三种布置的分离设备的布置情况。与按照第一种布置的分离设备100中相同的标号代表第三种布置中的相同零件并将不再赘述。
这种分离设备100’包括一个在盘状基片夹头404’和406’的环边中的射流导向组件。也就是说，基片夹头404’和406’分别具有导向表面404a和406a，当粘合基片叠层420被夹紧时，它们面临粘合基片叠层420周面上形成的V形槽420d，如图12所示。这些导向表面404a和406a限定的间隙发挥与上述的孔415c相同的作用，即，使从喷嘴418喷出的射流喷入粘合基片叠层420的V形槽420d中。在盘状基片夹头404’和406’的整个圆周上形成导向表面404a和406a。导向表面404a和406a也用作排放孔，以便排放射流媒介。
环形槽404b和406b分别在基片夹头404’和406’的面对粘合基片叠层420的表面上形成。当分离力由于射流推力从粘合基片叠层420之内向之外作用时，环形槽404b和404b使粘合基片叠层420沿剖面方向分成两个基片并使射流媒介有效地排放。
为了将粘合基片叠层420设置在分离设备100’中，输送器机械手或类似装置将粘合基片叠层420推靠在基片夹头404’的抽吸表面上，两个基片夹头404’和406’相互分开，即，气缸411的活塞杆410拉入，使基片夹头404的真空卡盘工作。然后，气缸411推动活塞杆410，将基片夹头406’的抽吸表面推靠在粘合基片叠层420上。在这种状态中，基片夹头406’的真空卡盘工作。然后，活塞杆410被拉入气缸411以开始分离操作。
从喷嘴418喷出射流，同时电机402使粘合基片叠层420转动，从而进行分离过程。当分离过程完成时，象按照第一种布置的分离设备100的情形一样，压簧409的作用使基片420a沿x轴方向移动并与基片420c分开。
为了取出完全分离的基片，例如通过输送器机械手的吸力固定两个基片，并松释基片夹头404’和406’的真空卡盘的吸力。
在这种分离设备100’中，只是通过将粘合基片叠层420设置在基片夹头404’和406’之间就可以使从喷嘴418喷出的射流射入粘合基片叠层420的位置与分离区(多孔层)对准。这样就无需用于调节导向组件位置的机构(例如第一种布置中的电机417及其控制机构)。因此，可以简化设备的布置。
下面对照图1A至1E描述应用上述分离设备制造SOI基片的方法。
〔第一种应用〕制备厚度为625〔μm〕、直径为5〔英寸〕、电阻率为0.01〔Q·cm〕的p或n型(100)单晶硅基片作为单晶硅基片11。将单晶硅基片11浸入HF溶液，阳极氧化形成厚度为10〔μm〕和孔率为15〔％〕的多孔层12(图1A)。阳极氧化的条件是电流密度7〔mA/cm2〕阳极氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH=1∶1∶1处理时间11〔分钟〕得到的基片在氧气环境中加热至400〔℃〕并氧化1小时。结果，多孔硅层12的孔的内壁覆有热氧化膜。然后，在多孔硅层12上通过化学蒸汽淀积(CVD)取向生长0.3μm厚的单晶硅层13(图1B)。取向生长的条件是
源气体SiH4载气体H2温度850〔℃〕压力1×10-2〔乇〕生长速率3.3〔nm/秒〕另外，在单晶硅层(取向硅层)13上形成500nm厚的SiO2层15。在其上形成500nm厚的SiO2层15的单晶硅基片14是分开制备的，在室温下使两个SiO2层相互接触。其后，在700〔℃〕的温度下进行热处理2个小时以粘合两个基片(图1c)。
得到的粘合基片叠层设置在上述按照第三种布置的分离设备中，通过该设备进行分离过程(图1D)。在这个过程中，纯水用作射流媒介，射流直径设定为0.2〔mm〕，喷射水压设定为2,500〔kgf/cm2〕。另外，为了检查分离设备100’的功能进行分离过程，同时故意使喷嘴的位置移离粘合界面正上方的位置。当基本转动一次时使粘合基片叠层分离，借助压簧的作用使两基片相互分离。分离的基片没有损伤、裂缝和缺陷。
将两个分离的基片从分离设备100’取出，用HF/HNO3/CH3COOH基腐蚀溶液有选择地腐蚀表面上的多孔硅层。由于单晶硅的腐蚀率很低，因而在多孔硅层下的单晶硅基片的腐蚀量实际上可忽略不计。通过这种腐蚀过程可以形成具有在SiO2膜15上约0.2μm厚的单晶硅层13的SOI基片(图1E)。
在完整的SOI基片表面上，即，在单晶硅层15的表面上未发现缺陷。另外，当用透射电子显微镜观察单晶硅层15的剖面时，未发现晶体缺陷，保持了高的结晶度。
应注意的是，即使当图1B所示的步骤后在单晶硅层(取向层)13的表面上未形成SiO2膜时，也可以形成高质量的SOI基片。
在其上形成多孔硅层的基片(单晶硅基片11)，从其表面除去多孔硅层并弄平表面，仍可再次用作第一基片。为了再次使用除去多孔硅层的基片作为第一基片，最好周边倒棱。
〔第二种应用〕在这种应用中，是在第一种应用的分离过程中使用按照第一或第二种布置的分离设备100替代按照第三布置的分离设备100’。在这个应用中，纯水用作射流媒介，射流直径设定为1.0〔mm〕，喷射水压设定为850〔kgf/cm2〕。另外，粘合基片的V形槽宽度设定为0.625〔mm〕，导向组件排放孔宽度设定为0.625〔mm〕。
虽然如上所述使用的射流，其直径大于粘合基片叠层的V形槽的宽度，但是由于射流的宽度受到导向组件的限制，因而射流可有效地射入粘合基片叠层的V形槽中。因此使粘合基片叠层被迅速分离。
另外，完全的SOI基片与第一种应用中制成的SOI基片同样好。
作为本发明的推荐实施例，已经描述了适于制造SOI基片的分离设备。但是，按照本发明的分离设备也可以用于分离或切割其它构件。
被分离的构件最好具有脆弱的分离区如多孔层。
本发明可以减小对分离表面的损伤，减少设备或样品的污染。
另外，本发明可以制造高质量的基片。
虽然已使用具体实施例描述了具有特征的技术构思，但是本发明不限于这些实施例中的内容，即，本发明可作修改而并不超出权利要求书中所述技术构思的范围。
权利要求
1．一种用于分离具有内部脆弱结构的试样的分离设备，它包括一个用于喷射液体或气体射流的喷射组件；一个用于使得从所述喷射组件喷射的液体或气体射流集中喷入所述试样的所述脆弱结构的导向组件，其中，所述试样是从所述脆弱结构分离的。
2．根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述导向组件是通过将射流宽度减至预定值而使从所述喷射组件喷射的液体或气体射流集中射入所述试样的所述脆弱结构的。
3．根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于所述导向组件具有一个用于减小从所述喷射组件喷射的液体或气体射流的宽度的孔，所述孔的入口宽度大于从所述喷射组件喷射的液体或气体射流的宽度。
4．根据权利要求3所述的设备，其特征在于待分离的所述试样具有一条向着所述脆弱结构的外露部分凹入的槽，所述孔的出口宽度小于所述槽的宽度。
5．根据权利要求1所述的设备，其特征在于待分离的所述试样具有一条向着所述脆弱结构的外露部分凹入的槽。
6．根据权利要求5所述的设备，其特征在于所述槽具有基本呈V形的截面。
7．根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于还包括一个调节机构，其用于调节所述导向组件和所述试样之间的位置关系。
8．根据权利要求7所述的设备，其特征在于所述调节机构通过移动所述导向组件调节所述导向组件和所述试样之间的位置关系。
9．根据权利要求5或6所述的设备，其特征在于还包括一个调节机构，其用于调节所述导向组件和所述试样之间的位置关系。其中，所述调节机构调节所述导向组件和所述试样之间的位置关系，以便将通过所述导向组件喷射的液体或气体射流集中射入所述槽。
10．根据权利要求9所述的设备，其特征在于所述调节机构通过移动所述导向组件调节所述导向组件和所述试样之间的位置关系。
11．根据权利要求1至10中任一项所述的设备，其特征在于还包括一个用于支承所述试样的支承机构。
12．根据权利要求11所述的设备，其特征在于待分离的所述试样的所述脆弱结构构成一个大致的平面，所述支承机构支承所述试样，以便沿着所述脆弱结构的平面的方向输送通过所述导向组件喷射液体或气体射流。
13．根据权利要求12所述的设备，其特征在于所述支承机构包括一个用于使所述试样围绕一根在垂直于所述脆弱结构平面的方向上设置的轴转动的转动机构，并且在转动所述试样时支承所述试样。
14．根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于所述导向组件设置在一个用于支承所述试样的支承组件中。
15．根据权利要求14所述的设备，其特征在于所述支承组件包括两个固定组件，其用于从两侧夹紧所述试样而固定试样，所述导向组件是由所述两个固定组件的相对部分之间的间隙构成的。
16．根据权利要求15所述的设备，其特征在于在所述两个固定组件的相对部分上形成斜面，所述相对的斜面通过将射流的宽度减至预定宽度而将从所述喷射组件喷射的液体或气体射流集中射入所述试样的所述脆弱结构。
17．根据权利要求16所述的设备，其特征在于待分离的所述试样具有盘状形状，所述两个固定组件的相对部分构成环边，所述试样固定在环边内。
18．根据权利要求15至17中任一项所述的设备，其特征在于所述固定组件固定所述试样，以便借助液体或气体压力翘曲所述试样。
19．根据权利要求11至13中任一项所述的设备，其特征在于所述支承机构包括一个固定组件，其用于固定一个作为待分离试样的基片。
20．根据权利要求15至18中任一项所述的设备，其特征在于所述两个固定组件是用于固定作为待分离试样的基片的固定组件。
21．根据权利要求19或20所述的设备，其特征在于所述基片具有一个作为脆弱结构的多孔层。
22．一种液体或气体导向设备，其用于通过喷射液体或气体射流分离具有内部脆弱结构的试样的方法，其特征在于它包括一个导向组件，其用于将从喷射组件喷射的液体或气体射流集中射入所述试样的所述脆弱结构。
23．根据权利要求22所述的设备，其特征在于；所述导向组件通过将射流宽度减至预定宽度而将从喷射组件喷射的液体或气体射流集中射入所述试样的所述脆弱结构。
24．根据权利要求22或23所述的设备，其特征在于所述导向组件具有一个孔，其用于减小从所述喷射组件喷射的液体或气体射流的宽度，所述孔的入口的宽度大于从所述喷射组件喷射的液体或气体射流的宽度。
25．根据权利要求24所述的设备，其特征在于待分离的所述试样具有一个向着所述脆弱结构的外露部分凹入的槽，所述孔的出口的宽度小于所述槽的宽度。
26．根据权利要求22所述的设备，其特征在于待分离的所述试样具有向着所述脆弱结构的外露部分凹入的槽。
27．根据权利要求26所述的设备，其特征在于所述槽具有基本呈V形的截面。
28．根据权利要求22至27中任一项所述的设备，其特征在于它还包括一个连接组件，其用于连接试样分离设备，该试样分离设备包括所述喷射组件和一个用于固定所述试样的固定机构；一个调节机构，其用于调节所述导向组件和所述试样之间的位置关系。
29．一个试样支承设备，其应用于借助液体或气体射流分离具有内部脆弱结构的试样的方法，它包括两个通过从两侧夹紧所述试样而固定所述试样的固定组件。其中，借助所述两个固定组件的相对部分之间的间隙形成一导向组件，以便将从喷射组件喷射的液体或气体射流集中射入所述试样的所述脆弱结构。
30．根据权利要求29所述的设备，其特征在于在所述两个固定组件的相对部分上形成斜面，所述相对的斜面通过将从所述喷射组件喷射的液体或气体射流的宽度减至预定宽度而使所述射流集中射入所述试样的所述脆弱结构。
31．根据权利要求30所述的设备，其特征在于待分离的所述试样具有盘状形状，所述固定组件的相对部分构成环边，所述试样固定在所述环边内。
32．根据权利要求29至31中任一项所述的设备，其特征在于所述固定组件固定所述试样，以便通过液体或气体的压力使所述试样翘曲。
33．根据权利要求29所述的设备，其特征在于待分离的所述试样具有向着所述脆弱结构的外露部分凹入的槽。
34．根据权利要求33所述的设备，其特征在于所述槽具有基本呈V形的截面。
35．根据权利要求29至34中任一项所述的设备，其特征在于待分离的试样是基片。
36．根据权利要求35所述的设备，其特征在于所述基片具有作为脆弱结构的多孔层。
37．一种分离方法，其中，试样是使用按照权利要求1至21中任一项所述的设备从脆弱结构分离的。
38．根据权利要求37所述的方法，其特征在于；用水作为从所述喷射组件喷射的液体。
39．一种分离方法，其中，通过将一表面上顺序形成多孔层和非多孔层的第一基片的非多孔层粘合于第二基片而制成的基片叠层从所述多孔层分离，其中，在所述分离中使用按照权利要求1至20所述的设备。
40．一种基片制造方法，它包括将第一基片粘合于第二基片的步骤，第一基片具有一个表面，在该表面上顺序形成一多孔层和所述非多孔层；还包括从所述多孔层分离粘合基片叠层的步骤，其中，在所述分离步骤中使用按照权利要求1至20中任一项所述的设备。
41．一种分离设备，其用于分离具有内部脆弱结构的板状试样，所述设备包括一个支承机构，其用于支承所述板状试样；一个喷射组件，其用于在由所述支承机构支承的所述板状试样的脆弱结构上喷射液体或气体射流，其中，所述支承机构支承所述板状试样以便借助射入所述板状试样的液本或气体射流的压力翘曲所述板状试样的周边。
全文摘要
本发明涉及一种用于将具有多孔层的基片从多孔层分离的设备。具有多孔层的粘合基片叠层在转动中由基片夹头支承。喷嘴喷射高速、高压液体或水的射流。射流通过一导向组件向粘合基片中推进。导向组件的轴向位置由一电机调整,使射流集中射入粘合基片叠层的粘合界面。
文档编号H01L21/00GK1208672SQ9811486
公开日1999年2月24日 申请日期1998年6月16日 优先权日1997年6月16日
发明者近江和明, 米原隆夫, 坂口清文, 柳田一隆 申请人:佳能株式会社