KR100749597B1 - 기판 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

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Abstract

잉곳 실린더 표면의 구역위에 원자종(atomic species)의 충격에 의해 일정 값주위에 분포된 주입 깊이(depth of implantation)에 실린더 잉곳 형태의 재료 표면의 아래에 상기 원자종을 주입하는 것으로 구성된 공정 및 주입 깊이 근처에 위치한 분리 깊이(separation depth)에서 상기 표면과 분리 깊이 사이에 위치한 재료층을 제거하여 잉곳의 잔여 부분으로부터 상기 층을 제거하는 것으로 구성된 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 특히 광학, 전자공학 또는 광전자공학용 기판의 제조방법에 관한 것이다.
기판

Description

기판 제조방법 및 제조장치{METHOD AND DEVICE FOR MAKING SUBSTRATES}
본 발명은 기판 특히 광학, 전자공학 또는 광전자공학용 기판의 제조에 관한 것이다.
상기 언급된 분야에 사용을 위한 기판은 일반적으로 잉곳(ingot)을 절단함으로서 산업적으로 생산된다. 예를 들어, 단일결정 실리콘의 경우, 상기 잉곳은 쵸크랄스키(Czochralski)제법(이하 Cz법이라 함)에 의한 용융 실리콘액 또는 죤 융합법(zone fusion method, 이하 FZ법이라 함)에 의한 다결정 잉곳으로부터 얻어진다. 상기 생성법은 실린더형 잉곳을 생산하고 상기 잉곳은 일반적으로 내부 원형 절단 톱을 사용하여 실린더의 축에 수직으로 슬라이스형태로 절단된다.
그러나, 상기 방법은 일정 적용에서는 만족할만한 수치의 기판을 생산하지 않는다. 상기 방법은 특히 편평하거나 그 밖의 모양의 디스플레이 스크린(display screen) 또는 솔라 셀(solar cell)의 제조에 사용되는 대형 기판의 제조분야에서 적용된다.
더욱 큰 단일결정 실리콘 기판을 얻기 위해서, 문서 FR 2 752 768은 그들의 세로축에 평행하게 잉곳을 절단하는 것을 제안한다.
본 발명의 목적은 잉곳으로부터 또다른 기판 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 예를 들어 단일결정 실리콘과 같은 단일결정 재료기판을 선행기술보다 낮은 생산비용으로 얻는 것이다.
상기 목적은
- 잉곳의 실린더형 표면 영역위로 원자종(atomic species) 충격을 가함으로서 특정 수치 주위에 분포된 주입 깊이(implantation depth)에서 실린더형 잉곳(cylindrical ingot)형태의 재료 표면 아래에 상기 원자종을 주입하는 공정(100) 및
- 표면과 분리 깊이(detachment depth)사이의 재료 층의 주입 깊이 부근에 있는 분리 깊이에서 상기 층을 잉곳의 잔여 부분으로부터 분리하는 분리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 특히 광학, 전자공학 또는 광전자공학용 기판의 제조방법에 의해 달성된다.
따라서 본 발명에 따라, 기판은 실린더 축에 평행하게 실린더형 잉곳의 표면 층을 벗김으로서 얻어진다.
본 문건 전체에서 "기판"이라는 단어는 가장 넓은 의미의 용어로 사용된다는 것, 즉 다른 구성요소의 지지체로 작용할 수 있는 구성 재료 또는 두껍거나 얇은, 단단하거나 유연성있는 필름 또는 층을 지칭하는 것으로 이해되어야만 한다.
용어 "실린더" 및 "실린더형"은 그들의 일차적 의미로 이해되어야만 한다. 상기 의미에서, 실린더란 곡선의 표면을 따라 그 자체에 대해 평행하게 이동하는 직선에 의해 생성되는 고체이다. 따라서, 본 문건에서 실린더는 원형의 단면 또는 다각형의 단면을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 기판의 연속 제조를 가능하게 한다.
본 발명에 따른 방법은 연속적으로 실행될 수 있기 때문에, 기판 제조의 생산성을 증가시켜 생산비용을 절감할 수 있다. 상기 방법은 예를 들어 저비용으로 단일결정 실리콘 기판을 제조하는 것이 요구된다면 특히 유익하다.
본 발명에 따른 방법은 하기의 이점을 독립적으로 또는 조합하여 가진다:
- 잉곳이 실린더형 표면에 대해 평행한 축 주위로 회전하는 동안 잉곳의 세로방향으로 휩쓰는(sweep) 국소화 빔(localised beam)으로 잉곳의 실린더형 표면에 연속적인 충격을 가함으로서 원자종 주입(100)을 실행한다.
- 상기 잉곳이 실린더형 표면에 대해 평행한 축 주위로 회전하는 동안 주어진 영역에 대응되는 긴 단면(elongate cross-section)을 갖는 빔으로 잉곳의 실린더형 표면에 연속적 충격을 가함으로서 원자종 주입을 실행한다;
- 잉곳의 실린더 형 표면에 근접한 연속 존(successive zone)의 주어진 영역에 대해 대응되는 충격에 의해 원자종 주입을 실행하고, 상기 잉곳이 각 충격과 다음 충격의 사이에 잉곳의 실린더형 표면에 대해 평행한 축 주위로 회전된다;
- 상기 잉곳의 실린더 형 표면 전체에 연속적으로 충격을 가함에 의해, 예를 들어 잉곳을 플라즈마에 침지(immersing)함에 의해, 원자종 주입을 실행한다;
- 실린더형 표면을 가열(heating)하는 공정을 더욱 포함한다; 가열공정은 주입 전, 도중 또는 후에 수행될 수 있다; 가열공정은 주입 그 자체에 의해 수행될 수 있다; 가열공정은 주입되는 원자종의 필요량을 감소시킨다. 그리고/또는 일정 주입 결점의 원래자리에서의 치유를 촉진한다.
- 잉곳의 실린더형 표면과 분리 깊이 사이의 재료 층을 지지체 위로 이송하는 공정을 포함한다.
- 롤러에 의해 잉곳의 실린더형 표면과 분리 깊이 사이의 재료 층을 가압하는 공정을 포함한다; 상기 가압 공정은 잉곳의 실린더형 표면과 분리 깊이 사이의 재료층의 잉곳으로부터 분리를 촉진 및/또는 초래하기 위해서 롤러를 냉각시켜 열적 충격을 초래하거나, 가열시켜 잉곳을 가열하고/또는 기계적 압력 및/또는 전단 응력(shear stresses)을 가한다;
- 지지체는 접착제이다;
- 잉곳의 실린더형 표면과 분리 깊이 사이의 재료 층을 액체상 또는 기체상 침착(deposit)으로 덮는 공정을 포함한다;
- 상기 재료는 실리콘이다;
- 상기 원자종은 수소 이온을 포함한다;
- 상기 원자종은 인(phosphorus) 또는 비소(arsenic) 또는 붕소 이온과 같은 도핑(doping)이온을 포함한다;
- 층을 잉곳의 실린더형 표면과 분리깊이 사이의 재료 층의 각 면에 롤러 사이로 상기 층들을 롤링함으로서 적용시키는 공정을 포함한다;
- 전기회로 패턴을 포함하는 적어도 한 층을 잉곳의 실린더형 표면과 분리 깊이 사이의 재료 층위로 전달하는 공정을 포함한다.
특히 디스플레이 스크린 및 솔라 셀 제조의 경우, 유리 기판위로 전달된 층을 형성하기 위해서 단결정(monocrystalline)실리콘은 현재 단결정 실리콘 기판을 사용한 층 전달 기술에 의해서만 유리, 석영등의 위에 피복될 수 있기 때문에 유리 기판위에 피복된 비결정형(amorphous) 또는 다결정(polycrystalline)실리콘이 주로 사용된다. 단결정 실리콘 기판의 직경은 현재 200mm 또는 300mm로 제한된다.
본 발명에 따른 방법을 사용하여, 더욱 큰 단결정 실리콘 기판을 제조하는 것이 가능하다. 본 발명에 따른 방법의 변형방법으로 얻어진 단결정 실리콘 기판이 완전한 결정 방향을 가지지 않는다고 하더라도, 비결정형 또는 다결정형 실리콘 보다는 더욱 양질이다. 따라서, 상기 방법이 편평한 스크린을 제조하는데 사용된다면 집적밀도(integration density)(단일 표면 영역당 픽셀(pixel)의 수), 스크린 리프레시 속도(screen refresh rate)등의 관점에서 향상을 제공한다. 상기 방법이 솔라 셀 제조에 사용되는 경우 광-전 전환(photo-electric conversion)효율을 증가시킨다.
기판이 소형이든 대형이든, 상기 제조방법이 연속적으로 수행될 수 있다는 사실은 그들의 비용을 절감시킨다.
잉곳의 초기 직경은 중요하지 않고, 그 길이가 더욱 중요하다는 것을 주목해야 한다. 일반적으로, 잉곳의 직경이 커질수록 그 길이는 더욱 짧아진다. 따라서, 의도된 적용에 따라, 더 작은 직경의 잉곳을 사용하는 것이 바람직한데, 이는 더 긴 길이로 얻는 것이 쉽기 때문이다. 그러나, 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 층은 잉곳의 실린더형 표면으로부터 얻어진다. 본 발명에 따른 방법의 일정 실시예의 경우, 상기 층은 일정 환경에서 결정적일 수 있는 굴곡이 주어질 수 있다. 예를 들어, 상기 층이 상기 굴곡이 역전되어 실린더의 형태로 보관된다면, 상기 층의 질을 떨어뜨리는 또는 심지어 파손시키는 기계적 응력이 발생될 수 있다. 잉곳의 직경이 증가하면 상기 굴곡 문제는 덜 심각해진다.
제조된 층에서 감기는 방향으로의 결정 배향(crystalline orientation)의 변화 기간을 감소시키는 것이 필요하다면 큰-직경의 잉곳을 사용하는 것이 또한 유익할 수 있다.
더 나아가, 본 발명에 따른 방법에서 예를 들어 정방형 단면(square cross section)을 가진 잉곳을 사용한다면 상기에서 언급된 굴곡 및 결정 배향 문제가 상당히 감소하거나 존재하지 않을 수 있다. 상기 경우 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 층은 결정 배향이 명확히 정의된 편평면으로 부터 얻어진다.
200 mm 직경의 잉곳은 전형적으로 1.5 m 길이이다. 일반적으로 본 발명에 따른 방법에 의해 사용되기 전에 상기 잉곳은 40 내지 50 cm로 절단된다.
또한, 제조한 잉곳은 잘 정의되지 않은 외부 형태(기복있는 직경 등)를 가진다. 본 발명에 따른 방법의 예비 단계동안 잉곳은 규칙적 실린더 형태의 또는 다각형 단면을 가지는 잉곳을 만들도록 회전되고 또는 기계 가공될 수 있다. 회전 또는 기계 가공 공정은 상기 언급한 절단 공정의 전 또는 후에 수행된다.
실리콘 잉곳의 경우, 10 ㎛두께의 층이 수소이온을 1 MeV의 에너지로 주입함으로써 얻어진다. 그러나, 필수적인 것은 층의 무름(fragility)과 변형력(deformability)과 관련된 문제를 피하기 위해서 잉곳의 표면과 분리 깊이 사이의 재료가 충분히 견고한 물질이 되도록 한다는 것이다.
분리 깊이는 본 발명에 따른 방법에 의해 형성된 연속 층이 자체-지지(self-supporting)가 되도록 바람직하게 결정된다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 변형에서 무름 또는 변형력과 관련된 문제를 방지하기 위해서 분리 공정 전 또는 가열 공정 전, 가능하다면, 주입공정전에라도 필름을 도포함으로서 상기 층은 강화된다. 상기 변형은 너무 얇아서 자체-지지를 할 수 없는 층의 제조가 요구되는 때에 특히 바람직하다. 예를 들어 실리콘의 경우 10㎛의 SiO2 침착은 형성된 층의 기계적 강도를 강화하는데 충분한 것으로 밝혀졌다(SiO2 이외의 물질도 동등하게 잘 사용될 수 있다). 따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 방법은 실리콘층 제조에 대한 적용뿐만 아니라 에피텍셜(epitaxial), 세분화(atomisation), 페인트(paint), 스프레이(spray)등 타입의 침착 방법 또한 실행가능하다.
주입되는 원자종의 양은 바람직하게 1017 내지 1018/cm2이다. 상기 양 및 1 내지 수십 미크론의 관통 깊이라면, 분리 깊이와 표면 사이의 재료의 층을 부가적 가열 공정없이 및 한정된 응력 또는 응력 없이 잉곳의 잔여 부분으로부터 분리하는 것이 가능하다.
일반적으로, 응력이 상기 층에 적용된다면, 그들은 바람직하게 기계적 응력(전단력(shear), 장력(tension), 압축(compression), 초음파(ultrasound) 등), 전자적응력(정전기 또는 전자기장), 열적응력(방사선, 대류, 전도 등) 등이다. 응력을 적용시키는 것은 연속적이거나 시간에 따라 변하는 유체(액체 또는 기체)의 분출을 층/잉곳 분리 경계면 위로 향하게 하는 것을 또한 수반할 수 있다. 열적 응력은 특히 전자기장, 전자 빔, 열-전자 히팅, 저온 유체(cryogenic fluid), 초냉각 액체(supercooled liquid) 등의 적용으로부터 유도될 수 있다.
본 발명의 또 다른 면은 특히 광학, 전자공학 또는 광전자공학에 사용되는 기판의 제조 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는
- 특정 수치 주위에 분포된 주입 깊이에서 실린더형 잉곳의 형태로 재료 표면 아래에 원자종을 주입하는 수단,
- 주입 깊이의 부근의 분리 깊이에서 재료 층을 분리하는 분리 수단 및
- 잉곳의 실린더형 표면에 평행한 축 주위로 상기 재료의 실린더형 잉곳을 회전시키는 회전수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 장치는 앞서 기술된 바와 같은 본 발명에 따른 방법을 실행한다. 이는 바람직하게 잉곳의 실린더형 표면과 분리 깊이 사이의 재료 층을 홀딩하여 상기 층이 상기 잉곳으로부터 분리된 후 상기 층을 모으는 홀딩 수단을 포함한다. 상기 홀딩 수단은 바람직하게 롤러 구동 수단 전체에 분산된 다수의 가역 그립(reversible gripping) 수단을 포함한다. 상기 그립 수단의 원리는 선행기술에 공지되어 있다. 상기 그립 수단은 예를 들어 압력 차이, 정전기력 등을 사용한다.
본 발명의 다른 면, 목적 및 이점은 하기의 기술을 숙독하면 분명해진다. 본 발명은 도면을 참고로 하여 설명된다.
- 도 1은 본 발명에 따른 기판 제조 방법의 제 1 실시예에 의한 이온 주입 및 재료층의 분리가 실행되는 잉곳의 도식적 사시도이다;
- 도 2는 도 1에 나타낸 잉곳의 실린더 축에 대한 단면에서의 본 발명에 따른 기판 제조 장치 일례의 도식도이다;
- 도 3은 도1 또는 도 2에 나타낸 것과 같은 잉곳 실린더의 축에 대한 단면에서의 본 발명에 따른 방법의 제 2 실시예 사용의 도식도이다;
- 도 4는 도 1 내지 도 3에 나타낸 것과 같은 잉곳 실린더의 축에 대한 단면에서의 본 발명에 따른 방법의 제 3 실시예 사용의 도식도이다;
- 도 5는 도1 내지 도 4에 나타낸 것과 같은 잉곳 실린더의 축에 대한 단면에서의 도 4에 나타낸 본 발명에 따른 방법의 실시예의 변형 사용의 도식도이다;
- 도 6은 도1 내지 도 5에 나타낸 것과 같은 잉곳 실린더의 축에 대한 단면에서의 도 4에 나타낸 본 발명에 따른 방법의 실시예의 또 다른 변형 사용의 도식도이다;
- 도 7은 도1 내지 도 6에 나타낸 것과 같은 잉곳의 축에 대한 단면에서의 본 발명에 따른 방법의 제 4 실시예의 사용의 도식도이다;
- 도 8은 도1 내지 도 7에 나타낸 것과 같은 잉곳의 축에 대한 단면에서의 본 발명에 따른 방법의 제 5 실시예의 사용의 도식도이다;
- 도 9는 도1 내지 도 7에 나타낸 것과 같은 잉곳의 축에 대한 단면에서의 본 발명에 따른 방법의 제 4 실시예의 변형 사용의 도식도이다;
- 도 10은 도1 내지 도 9에 나타낸 것과 같은 잉곳의 축에 대한 단면에서의 본 발명에 따른 방법의 제 6 실시예의 사용의 도식도이다;
- 도 11a는 본 발명에 따른 충격을 받는 표면에 수직인 단면에서의 본 발명에 따른 방법의 제 7 실시예로 제조한 기판의 도식도이고, 도 11b는 도 11a에 나타낸 기판에서 주입 깊이의 함수로 주입된 원자종의 농도 프로파일을 나타내는 도식도이다;
- 도 12a는 본 발명에 따른 방법의 제 8 실시예에서의 겹쳐지는 세 층의 도식적 사시도이고, 도 12b는 도 12a에서 나타낸 세 층을 조합한 후에 얻어진 구조를 나타낸다;
- 도 13은 도 1 내지 도 10에 나타낸 잉곳의 축에 대한 단면에서의 본 발명에 따른 방법의 제 9 실시예의 사용의 도식도이고;
- 도 14는 잉곳의 축에 대한 단면에서의 본 발명에 따른 변형에 사용된 정방형 단면 잉곳의 도식도이다.
본 발명에 따른 방법은 지금부터 특히 CZ 또는 FZ법으로 얻어진 잉곳으로부터 단일결정 실리콘 기판을 얻는 관점에서 기술한다. 실리콘은 마이크로-전자공학의 분야에서 가장 넓게 사용되는 재료이기 때문에 선택되었다. 그러나, 본 발명은 상기 재료에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 일반적으로 어떤 단일결정, 다결정 또는 무정형 재료 특히 반도체의 잉곳에 적용될 수 있다.
도 1은 CZ 또는 FZ법 공정에 의해 얻어진 단일 결정 실리콘의 잉곳 (1)을 나타낸다. 이는 거의 축 X-X를 가진 원형 실린더의 모양이다. 잉곳 (1)은 초기에 200nm의 직경 및 L = 1.5의 길이를 가지고 보통 길이로 절단된다. 상기 제조 공정은 실린더 축에 수직인 면이 <1, 0, 0> 결정학 면에 대해 평행하도록 배향되는 잉곳을 얻도록 선택된다. 따라서 <0, 0, 1> 면(3) 및 <0, 1, 0> 면(5)는 잉곳 (1)의 축 X-X에 평행이다. 본 발명에 따른 방법의 실행의 실시예를 하기에 상술한다.
실시예 1:
제 1 실시예에서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은 원자종 주입의 공정(100) 및 분리 공정(300)을 포함한다.
상기 실시예에서, 원자종은 H- 이온이다. 이들을 고에너지로 주입하였다. 상기 이온으로 구성된 빔은 잉곳의 세로방향으로 길다. 10㎛두께의 실리콘 층 (2)를 얻기 위해서 H- 이온은 725 keV 에너지로 가속시켰다. 주입된 H- 이온의 양은 1.21 ×1017/cm2이었다.
주입 공정(100)은 적합한 용량(dose)을 얻기 위해서 잉곳 (1)의 회전속도를 빔의 너비 및 휩쓰는 속도(sweeping rate)에 맞추면서 가속된 원자종 빔을 잉곳 (1)의 표면위에 이의 길이 전체에 걸쳐 휩쓰는 것에 의해 수행하였다.
주입 깊이 Rp는 원자종의 입사 빔에 대한 주입된 표면의 결정학적 배향에 따라 변화한다. 층 (2)의 두께의 변화가 결정적인 적용에서는 얻어진 층 (2)의 두께의 변조(modulation)는 회전각에 대한 함수로서 주입 에너지를 조절함으로서 바람직하게 회피될 수 있다. 그러나, 정방형 단면을 가진 잉곳 (1)이 사용된다면 상기 두께 변화 문제는 감소되거나 제거될 수 있는데, 이는 상기 주입은 결정학적 배향이 명확히 정의된 면위에 수행될 수 있기 때문이다.
주입 공정 (100)은 잉곳 (1)의 체적내에서 그리고 H- 이온의 투과 깊이와 근접한 깊이에서 잉곳 (1)을 잉곳 (1)의 질량(mass)을 구성하는 하부 및 요구 기판을 형성할 재료의 층 (2)를 구성하는 상부로 나누는 무른 층(fragile layer)을 만든다.
여기에 기술된 실시예에서 층 (2)는 대략 10 ㎛ 두께이다. 상기 두께는 층의 변형(예를 들어 기포(blister)의 형성)을 피하는데 충분하고, 주입 조건은 분리 깊이에서 층 (2)가 적은 힘으로 잉곳 (1)로부터 분리되는데 충분한 무름(fragility)을 생산한다.
분리된 층 (2)는 감겨지지 않은 상태로 만들기 위해서 바람직하게 홀딩되어 있다.
도 2는 도 1에 나타낸 방법을 수행하는 기판 제조 발명에 따른 장치 (50)을 나타낸다. 이는 H- 이온 주입용 수단(110), 잉곳 (1)로부터 분리된 때에 층 (2)를 홀딩하기 위한 수단(310) 및 회전 수단(410)을 포함한다.
주입 수단(110)은 1MeV의 에너지로 가속된 H- 이온을 생산하는 주입기를 포함한다. 상기 주입기 타입은 초기에 일본 원자 에너지 연구원(Japan Atomic Energy Research Institute, JAERI)에서 개발되었다.
회전 수단(410)은 잉곳 (1) 이 축 X-X 주위로 회전하도록 한다.
홀딩 수단(310)은 지지체(6)을 포함한다. 상기 지지체(6)은 바람직하게 접착제 필름이다. 층(2)는 지지체(6)과 직접 접촉하고 있다. 상기 지지체(6)은 적용 롤러(320)에의해 층(2)에 대하여 압축된다. 적용 롤러(320)은 재료의 제거에 의해 이의 직경이 감소할때 잉곳(1)의 표면의 움직임을 쫓아갈 수 있도록 움직이는 샤프트 에 장착된다. 따라서, 잉곳(1)이 축 X-X주위를 회전하기 시작할때, 주입되기 전에는 층(2)의 지지체(6)으로의 이송은 실행되지 않는다. 그 후, 주입 공정(100)이 시작되면 주입 영역은 지지체(6)과 접촉하기 시작하고 후자는 층(2)이 지지체(6)으로 이송되게 한다. 층(2)와의 접촉후에 잉곳(1)의 잔여부로부터 후자를 분리한다. 층(2)의 지지체(6)으로의 이송은 연속된다.
실시예 2 :
도 3에 나타난 본 발명에 따른 방법의 주입의 제 2 실시예는 주입 공정(100), 가열 공정(200) 및 분리 공정(300)을 포함한다.
주입된 종은 바람직하게는 수소 이온이다. 수소 이온은 700 keV 에너지 및 1017/cm2 정도의 양으로 주입하였다.
축 X-X주위로 연속적으로 회전하는 잉곳(1)의 경우, 주입 공정(100) 동안 원자종에 의해 충격이 가해진 잉곳(1)의 표면 영역은 가열 영역으로 이동한다.
가열공정(200)은 주입 공정(100)후에 가열 수단(210)에 의해 수행된다. 상기 가열 공정(200)은 표면 및 분리 깊이 사이의 층(2)를 잉곳(1)의 잔여부분으로부터 분리하는 것을 돕는다. 가열 공정(200)은 주입되는 원자종의 용량을 실시예 1의 용량과 비교하여 감소되도록 한다.
가열 수단(210)은 잉곳(1)의 회전축에 평행한 축을 가지는 원형 실린더의 형태의 가열 롤러(215)로 구성된다. 상기 가열 롤러(215)는 잉곳(1)의 회전 방향에 비해 주입 수단(110)의 아래쪽에 위치한다. 상기 가열 롤러(215)는 잉곳(1)과 접촉하고 있다. 상기 가열 수단(210)은 바람직하게 잉곳(1)의 표면을 국부적으로 500℃/600℃ 정도의 온도로 가열한다. 온도는 가열 수단(210)의 적용시간 및 주입 용량 및 에너지와 같은 주입 조건에 적합하도록 조정된다. 상기 양 및 에너지 변수는 또한 주입 공정(100) 동안 잉곳(1)의 표면에 의하여 도달되는 온도를 결정한다. 상기 주입에 의한 잉곳(1)의 가열은 층(2)의 잉곳(1)의 잔여 부분으로부터의 분리 조건을 결정하는 열적 버짓(budget)에 고려된다. 또한, 가열 수단(210)의 적용시간도 적용 표면적, 잉곳(1)의 회전속도 등에 의존한다.
층(2)는 실시예 1에 기술된 바와 같이 지지체(6) 상으로 이송된다.
실시예 3:
도 4에 나타난 본 발명에 따른 방법을 구현하는 제 3 실시예는 실시예 2와 같이 주입 공정(100) 및 가열 공정(200)을 포함하고 홀딩 수단(310)의 도움으로 수행되는 분리 공정(300)이 추가된다. 홀딩 수단(310)은 압력 차이, 정전기력, 가역적 점착력(저-점성(low-tack) 접착제의 도포에 의함)등을 사용할 수 있다.
홀딩 수단(310) 이 흡입 타입(suction type)이라면, 이는 바람직하게 잉곳(1)의 축 X-X와 평행한 길이를 가진 바(bar)(315)를 포함한다. 바(315)는 공동(hollow)이다. 바 안쪽의 압력은 흡입에 의해 가역적으로 층(2)를 홀드하기 위해서 감소된다. 층(2)의 잉곳(1)의 잔여부분으로부터의 분리는 가열 공정(200)에 의해 촉진된다.
잉곳(1)로부터 층(2)를 벗김의 시작을 위하여, 홀딩 수단(310)은 주입 공정(100) 및 가열 공정(200)을 거친 잉곳(1)의 최초 영역에 적용된다. 바(315)에 서의 흡입때문에 기계적 응력이 층(2)에 적용된다. 상기 기계적 응력은 바(315)의 잉곳(1)로부터 멀어지는 운동 E에 의해서 강화된다. 분리 프론트 F가 얻어진다.
홀딩 수단(310)은 예를 들어 도 5 및 6에 나타낸 수단에 의해 이동된다.
도 5에 나타낸 실시예에서, 바(315)는 구동 롤러(316)의 주변 전체에 분포된다. 도 6의 원리는 도 5의 것과 동일하지만, 바(315)는 콘베이어 벨트(317) 전체에 분포되어 두개의 구동 롤러(316)사이의 직선을 따라 이동한다.
도 5 및 6에 나타난 실시예에서 바(315) 안쪽의 압력은 잉곳(1)과 접촉하기 바로 전에 감소된다. 접촉하는 순간에 바(315)는 잉곳(1)의 표면에 흡착된다. 잉곳이 잉곳(1) 및 바(315) 사이의 접촉 영역에서 주입 공정(100) 및 가열 공정(200)을 받지 않았다면, 후자가 서로에 대해 이동하고 접촉은 끊어진다. 반면, 잉곳이 잉곳 (1) 및 바(315)사이의 접촉 영역에서 주입공정(100)을 받았다면 층(2)는 잉곳의 잔여 부분으로부터 분리되고 바(315)에 의해 홀드된다. 바(315)의 진공상태는 바 (315)에 의해 홀드된 층(2)의 영역이 테이크-업 롤러(take-up roller)(8)에 도달하면 없어진다.
상기 실시예는 분리 공정(300) 및 테이크-업 롤러(8)에로의 저장 공정사이에서 층(1)의 굴곡의 역전(reversing of the curvature)이 없기 때문에, 층(2)이 낮은 기계적 응력을 받는다는 점에서 선행의 실시예보다 이점을 가진다.
본 발명의 방법에 따른 상기 실시예의 변형에서, 층(2)는 지지체(6)으로 이송된다. 상기 경우, 층(2)는 먼저 언급한 바와 같이 홀딩 수단(310)에 의해 잉곳(1)로부터 제거되고 지지체(6)에 이송되어 이에 흡착한다. 층(2)는 홀딩 수단(310)에서 방출되고(released) 지지체(6)에 의해 운반된다.
상기 실시예의 변형에서 층(2)는 지지체(6)에 이송되기 전 또는 후에 시트로 절단될 수 있다.
실시예 4:
본 발명에 따른 주입 방법의 제 4 실시예는 주입 공정(100), 보강재 지지체(stiffener support)(6)으로의 이송 공정(400) 및 이송 공정(400)의 전 또는 도중에 수행되는 가열 공정(200)을 포함한다.
이는 도 7에 나타내었다.
상기 실시예에서, 주입 공정(100)은 100 내지 200 keV의 에너지로 수행하였다. 상기 에너지는 자체 지지의 층(2)를 생산하는데 충분하다. 지지체(6)은 보강재(stiffener)로 작용한다. 이는 층(2)의 파손 및/또는 변형(예를 들어 기포의 형성)을 방지한다.
지지체(6)은 바람직하게 접착 필름이다. 상기 접착 필름은 예를 들어 폴리머 수지 또는 가열되거나 UV로 조사되면 접착제가 되는 상기 목적에 적합한 다른 일정 물질로 구성된다. 상기 접착 필름은 두개의 롤러 (8, 10) 사이에서 펼쳐지고, 상기 두 롤러 사이에 잉곳(1)이 지지체(6) 위로 가압한다. 롤러(8, 10) 및 잉곳(1)의 축은 평행하다. 지지체(6)은 최초로 페이-아웃 롤러(10)에 감겨진다.
잉곳(1)은 회전 수단(410)에 의해 축 X-X 주위로 회전한다.
상기 실시예에서 가열 수단(210)은 롤러(215)의 형태를 가진다. 상기 롤러는 지지체(6) 및 층(2)를 함께 가압하고 동시에 이들을 가열한다. 지지체(6)은 층(2) 및 지지체(6)의 접촉의 발생과 동시에 일어나는 가열 공정(200)동안에 발생할 수 있는 층(2)의 변형(예를 들어 기포의 형성)을 방지하는 보강재로 작용한다. 가열 공정(210)은 지지체(6)과 층(2)사이의 접착을 강화하고 분리 깊이에서 잉곳(1)을 무르게 만드는데 기여한다.
지지체(6)에 흡착한후, 층(2)는 분리 프론트 F에서 잉곳(1)로부터 분리된다. 잉곳(1)의 회전이 지지체(6)의 이동과 함께 발생함으로서 프론트 F에서 잉곳(1)로부터의 층(2)의 분리가 확장된다. 분리 프론트 F에서, 재료는 지지체(6)에 의해 잉곳(1)에 가해진 기계적 응력에 대해 충분히 연약하여 분리가 완성된다.
주입 및 가열 변수가 적절하게 선택된다면, 잉곳(1)로부터의 층(2)의 분리는 가열 공정(200)의 시간까지 이미 발생하고 지지체(6)은 단지 잉곳(1)로부터 층(2)를 끌고 간다.
층(2)/지지체(6)의 조합은 저장을 위해 테이크-업 롤러(8)에 감긴다.
상기에 대한 대안으로서, 지지체(6)은 잉곳(1)과 접촉하기전에 미리 가열될 수 있거나, 잉곳(1)이 지지체(6)에 접촉하기 전에 가열될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 실시예의 또 다른 변형으로 웨지(wedge), 블레이드(blade) 또는 다른 타입의 기계적 접촉 또는 기체와 같은 유체의 분출이 층(2)의 잉곳(1)로부터의 분리를 개시하는데에 사용될 수 있다.
상기 실시예의 또 다른 변형으로, 지지체(6)은 플레이트(20)의 형태를 취할 수 있다(도 9). 상기 플레이트는 강체이다. 이는 예를 들어 유리 또는 수정으로 만들어진다. 따라서 주입 공정(100)은 층(2)이 플레이트(20)로 이송된 후에 수행될 수 있다; 이는 분리, 플레이트(20)로의 층(2)의 이송, 층의 플레이트로의 흡착을 용이하게 하기 위해서 가열될 수 있다. 이미 주입된 층(2) 부분의 플레이트(20)로의 이송을 마치기 위해서 주입 공정(100)을 중단하고 새로운 플레이트(20)로 다시 시작하는 것 또한 가능하다.
실시예 5:
본 발명에 따른 방법을 구현하는 제 5 실시예는 도 7에 도시한 제4 실시예로부터 유도된다. 제 5 실시예는, 도 8에 도시되어 있고, 제 4 실시예에서와 같이, 주입 공정(100), 가열 공정(200) 및 보강재 지지체(6)로의 이송 공정(400)을 포함하지만, 열충격을 생성하는 공정을 추가로 더욱 포함한다. 주입 공정(100) 후에, 잉곳(1)은 비교적 고온이다. 주입 공정을 받는 영역에 잉곳(1)에 대해 냉각 롤러(216)를 가압함으로써, 층(2)과 잉곳(1)의 분리를 용이하게 하는 열충격이 생성된다.
실시예 6:
본 발명에 따른 방법을 구현하는 제 6 실시예는 주입 공정(100), 가열 공정(200) 및 분리 공정(300)을 포함하고, 이들 모든 공정은 실시예 4와 동일한 종류이다. 그러나, 지지체(6)에 침착된 층(2)을 덮개 물질(12)로 덮는 공정을 추가로 포함한다. 덮개 물질(12)은 필름 형태 또는 액상 또는 기체상 형태로 침착된다. 본 실시예는 도 10에 도시되어 있다. 세 개의 층(6)(2)(16)의 시스템이 얻어진다. 이런 종류의 실시 형태에 사용하는 일 실시예가 실시예 8에서 이후에 기술된다.
실시예 7:
본 발명에 따른 방법을 구현하는 제 7 실시예는 바람직하게 H- 이온과 인 이온으로 동시에 실행하는 주입 공정(100)을 포함한다(도 11a). H- 이온은 무겁지 않기 때문에 동일한 가속 에너지로 인 이온보다 더 깊게 주입된다. 따라서 H- 이온은 분리가 일어나는 깊이를 결정한다. 인 이온은 n 첨가된 도핑 층(16)을 생성한다. 상기 도핑 층(16) 하부에 놓이는 층은 p 첨가된 층(17)을 형성한다. 도 11b는 도 11a에 도시한 층(2)과 잉곳(1)에서 주입의 깊이의 함수로서 원자종 H-, P2H6, PH3 의 농도(C) 프로파일을 도시한다. 따라서 분리 목적의 주입 및 도핑은 동시에 실행될 수 있다.
본 실시예는 실시예 4에서 기술한 바와 같이 가열 공정(200), 분리 공정(300) 및 이송 공정(400)으로 완료되는 것이 바람직하다.
실시예 8
본 발명에 따른 방법을 구현하는 제 8 실시예는 전술한 제 6 실시예와 제 7 실시예로부터 유도된다. 도 12a 및 도 12b에 도시한 제 8 실시예에서, 지지체(6)및 덮개 물질(12)은 이미 패턴을 내장하고 있다.
도 12a 는 지지체(6), 층(2) 및 덮개 물질(12)을 도시한다. 지지체(6)는 상호 접속된 패턴(도시 생략)을 포함한다. 실리콘 층(12)은 본 발명에 따른 방법에 의한 실리콘 잉곳(1)으로부터 얻어진다. 층(2)은 실시예 7에서 전술한 바와 같이, 인 또는 비소가 첨가(doped)되는 것이 바람직한 n 첨가된 층(16)과 p 첨가된 층(17)으로 이루어져 있다. 덮개 물질(12)은 또한 상호 접속된 패턴을 포함하고 있다. 세 개의 층(6)(2)(12)의 조합체가 본 발명에 따른 방법, 예컨대 도 6에 도시된 방법의 변형예로 조립된다. 이는 도 12b에 도시한 광기전장치를 생성하고, 덮개 물질(12)을 포함하는 표면이 광자(18)에 노출된다.
덮개 물질(12)은 반 반사코팅(anitireflection coating)을 제공한다. 층(2)의 표면은 거친데(rough) 이는 본 발명에 따른 방법의 분리 공정(300) 이후에 연마되지 않았기 때문이다. 이는 광(18)이 다수의 반사와 함께 층(2)을 관통하도록 한다.
실시예 9:
도 13a 및 도 13b에 도시한 본 발명에 따른 방법을 구현하는 제 9 실시예에서, 주입 공정(100)은 잉곳(1)의 전체 표면에 걸쳐 실행된다. 이를 위해 잉곳(1)은 플라즈마 주입 챔버에 놓여져 원자종이 소정의 전압까지 가속된다(도 13a).
잉곳(1)은, 선행하는 주입 공정(100)에 사용되는 조건에 따라, 선택적으로 가열 공정(200)에 놓여진다.
잉곳(1)은 층(2)을 벗기기 위해 주입 챔버로부터 회수된다. 층(2)은 이전 실시예 중 어느 하나에서와 같이, 지지체(6)로 이송되는 것이 바람직하다(도 13b).
본 실시예의 변형으로서 잉곳(1)은 주입 공정(100)으로서 동일 챔버에서 층(2)의 형성을 유도하는 다른 공정에 놓여질 수 있다.
실시예 10:
도 14에 도시한 본 발명에 따른 방법을 구현하는 제 10 실시예는, 실시예 2와 관련하여 기술된 것을 준수하는 주입 공정(100), 가열 공정(200), 및 분리 공정(300)을 포함하지만, 잉곳(1)은 그 세로방향 축에 대해 정방형 단면을 갖고 있다. 가열 공정(200) 및 분리 공정(300)은 가열 롤러(215)에 의해 동시에 실행된다. 가열 롤러(215)는 이동 가능한 축에 장착되므로 회전시 잉곳(1)의 면의 이동을 추적할 수 있고 물질을 제거함으로써 그 크기가 감소될 때 잉곳(1)의 표면의 이동을 추적할 수 있다.
전술한 각종 실시예를 조합함으로써 본 발명에 따른 방법의 다양한 변형이 얻어질 수 있다.
전술한 실시예에서, 주입 공정(100)은 원자종의 빔으로 또는 플라즈마에 침치하여 잉곳(1)의 표면에 충격을 가함으로써 실행된다. 원자종의 빔을 사용하면, 직선형 또는 직사각형 또는 다른 기하 형상을 가질 수 있다. 표면에 다수의 지점에서, 또는 그 표면의 전체에 걸쳐, 잉곳(1)은 또한 하나 이상의 빔으로 방사(radially)방향으로 충격될 수 있다.
전술한 실시예에서, 가열 공정(200)은 잉곳(1)으로부터 층(2)의 분리를 촉진 및/또는 유발하기 위해 실행될 수 있다. 그 공정은 상기 분리를 완료하고 잉곳(1)의 잔여부분으로부터 층(2)을 분리하기 위해 기계적 응력의 적용에 의해 보완될 수 있다. 그러나, 잉곳(1)으로부터 층(2)의 분리는 가열 공정(200)에 의해 완전히 촉진 및/또는 유발될 수 있다. 또한 기계적 응력에 의해 완전히 촉진 및/또는 유발 될 수 있다.
유사하게, 전술한 실시 형태에서, 미세 공동(microcavities)을 생성하기 위해 주입된 원자핵은 수소이다. 다른 원자핵이 동등하게 잘 사용될 수 있다. 예로는 헬륨, 붕소등이다. 분리를 촉진 및/또는 유발할 때 동시에 층을 처리하기 위해 붕소가 사용되는 것이 바람직하다. 온도 및/또는 선택적인 가열 공정(200)의 가열시(예컨대, 미국 특허 제5,877,070호 참조) 주입되는 원자종의 주입을 감소하기 위해 붕소가 사용되는 것이 동등하게 바람직하다.
일부 적용에 대해서, 특히, 주입에 노출되는 잉곳(1)의 표면이 보호되어야 할 경우, 잉곳(1)의 회전 방향에 대해, 버퍼 층이 주입(100)의 상부측에 침착될 수 있다.
유사하게, 주입 공정(100) 이전에서조차, 잉곳(1)에 보강재를 침착하는 것이 유익할 수 있다.
일반적으로, 의도된 용도에 따라, 층(2)을 벗기기 이전 또는 이후에 하나 또는 양 표면에 지지체(6) (보강재, 반사층(reflecting layer), 등)를 침착하는 것이 유익할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 추가 변형예에서, 가열 공정(200)과 같은 분리 공정에 대해 예비 공정을 구성하고, 기포의 형성으로 유발되는 것과 같은 변형을 예방하는, 분리 공정(300)이 실행되도록 하는 보강재로 기능하는 지지체(6)에 일시적으로 층(2)이 이송된다. 지지체(6)는 층(2)을 그것이 얻어진 잉곳(1)으로부터 저장수단에 운반하거나, 요구되는 기계적 강도를 부여하는 다른 지지체로 이송되기 전에 층 (2)를 운반하는 것이 바람직하다. 따라서, 층(2)의 일 표면이 또한 보강재로서도 기능할 수 있는 일시적 지지체(6)에 일시적으로 부착될 수 있고, 그 후에 다른 지지체가 다른 표면에 부착하도록 할 수 있고, 그 후에 일시적 지지체(6)가 최종적으로 분리된다.
주입 수단(110)의 하부에 잉곳(1)과 접촉하는 롤러가 일시적인 보강재로 기능할 수 있다. 이는 가열 공정(200)과 결합하는 것이 바람직하다.

Claims (21)

  1. - 잉곳(1)이 그 실린더형 표면에 대해 평행한 축 주위로 회전하는 동안 잉곳(1)의 실린더형 표면 영역상에 원자종 충격을 가함으로써, 특정 수치 주위에 분포된 주입 깊이에서 실린더형 잉곳(1) 형태의 재료 표면 아래에 상기 원자종을 주입하는 공정(100) 및
    - 표면과 분리 깊이사이의 재료 층(2)의 주입 깊이의 부근에 있는 분리 깊이에서 상기 층(2)을 잉곳(1)의 잔여 부분으로부터 분리하는 분리 공정(300),
    을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광학, 전자공학 또는 광전자공학용 기판의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 원자종의 주입 공정(100)은, 잉곳이 실린더형 표면에 대해 평행한 축 주위로 회전하는 동안 잉곳의 세로방향으로 휩쓰는(sweep) 국소화 빔(localized beam)으로 잉곳(1)의 실린더형 표면에 연속적(continuous) 충격을 가함으로써 수행하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 원자종의 주입 공정(100)은, 잉곳이 실린더형 표면에 대해 평행한 축 주위로 회전하는 동안 주어진 영역에 대응되는 긴(elongate) 단면을 갖는 빔으로 잉곳(1)의 실린더형 표면에 연속적 충격을 가함으로써 수행하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 원자종의 주입 공정(100)은, 상기 잉곳(1)의 실린더 형 표면의 인접 구역(zone)들의 주어진 표면 영역에 상응되는 빔에 의한 연이은(successive) 충격에 의해 수행되고, 이때 상기 잉곳(1)은 두개의 상기 연이은 충격의 사이에 잉곳(1)의 실린더형 표면에 대해 평행한 축 주위로 회전되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잉곳(1)의 실린더 형 표면 전체가 충격을 받는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 잉곳(1)을 플라즈마에 침지(immersing)함으로써 상기 잉곳(1)의 실린더형 표면 전체가 연속적으로 충격을 받는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 가열 공정(200)을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 잉곳의 실린더형 표면과 상기 분리 깊이 사이의 재료 층(2)을 지지체(6)상으로 이송하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 냉각 롤러(216)에 의해 상기 잉곳(1)의 실린더형 표면과 상기 분리 깊이 사이의 재료 층(2)을 상기 지지체(6)상으로 가압하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 지지체(6)는 접착제인 것을 특징으로 하는 제조방법
  11. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잉곳(1)의 실린더형 표면과 분리 깊이 사이의 상기 재료 층(2)을 액체상(liquid-phase) 또는 기체상(gas-phase) 침착(deposit)으로 덮는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  12. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료는 실리콘인 것을 특징으로 하는 제조방법
  13. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원자종은 수소 이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 원자종은 인 또는 비소 이온과 같은 도핑(doping)이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법
  15. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 층(6, 12)을 상기 잉곳(1)의 실린더형 표면과 분리깊이 사이의 재료 층(2)의 각 면에 롤러 사이로 상기 층들을 롤링함으로서 적용시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법
  16. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 전기회로(circuitry) 패턴을 포함하는 적어도 하나의 층(6, 12)을 상기 잉곳(1)의 실린더형 표면과 분리 깊이 사이의 재료 층(2)위로 이송하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  17. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잉곳(1)은 원형 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 제조방법
  18. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잉곳(1)은 정방형(square) 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 제조방법
  19. 광학, 전자공학 또는 광전자공학에 사용되는 기판 제조 장치에 있어서,
    - 특정 수치 주위에 분포된 주입 깊이에서 실린더형 잉곳(1) 형태의 재료 표면 아래에 원자종을 주입하는 수단(110),
    - 주입 깊이의 부근의 분리 깊이에서 재료 층(2)을 분리하는 분리 수단(210, 310), 및
    - 잉곳(1)의 실린더형 표면에 평행한 축 주위로 상기 재료의 실린더형 잉곳(1)을 회전시키는 회전 수단(410)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 제조 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 잉곳(1)의 실린더형 표면과 분리 깊이 사이의 재료 층(2)을 홀딩(holding)하여 상기 잉곳(1)으로부터 상기 층(2)이 분리된 후 상기 층을 모으기 위한 홀딩 수단(310)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 홀딩 수단(310)이 구동 롤러 수단(316, 317) 전체에 분산된 다수의 흡착 그립 수단(315)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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