Устройство для отделения от подложки композитной структуры на основе полупроводниковой пленки (варианты)
DEVICE FOR SEPARATION OF COMPOSITE STRUCTURE FROM SUBSTRATE ON BASIS OF SEMICONDUCTOR FILM (OPTIONS)

3
5
Техническое решение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, в частности, к устройствам, специально предназначенным для изготовления или обработки полупроводниковых приборов, или приборов на твердом теле, или их частей, и может быть использовано для отделения от ростовой подложки композитной структуры, изготовленной на основе сплошной эпитаксиальной пленки полупроводниковых соединений АВ, характеризующейся большой площадью, переноса ее на вакуумный захват или на временный носитель.
Известно устройство для отделения от подложки композитной структуры на основе полупроводниковой пленки (патент US 9381731, 05.07.2016), содержащее механизм для протяжки ленты, выполненной с возможностью насадки и крепления композитной структуры с эпитаксиальной полупроводниковой пленкой, жестко связанной посредством жертвенного слоя с ростовой подложкой и прикрепляемой к ленте со стороны композитной структуры, кроме того, содержащее механические средства, оказывающие в отношении композитной структуры контактное давяще-прижимающее усилие с целью изгиба композитной структуры, облегчающего травление жертвенного слоя и отделение от подложки композитной структуры с эпитаксиальной полупроводниковой пленкой в резервуаре, заполняемом травителем.
За ближайший аналог принято устройство для отделения от подложки композитной структуры на основе полупроводниковой пленки (патент US 9522521, 20.12.2016), содержащее оправку с криволинейной выпуклой поверхностью для крепления и подвешивания композитной структуры с эпитаксиальной полупроводниковой пленкой, жестко связанной посредством жертвенного слоя с ростовой подложкой, и прикрепляемой к криволинейной поверхности оправки со стороны композитной структуры, кроме того, содержащее механические средства изгибания композитной структуры с оттягиванием ее краев за счет приложения в отношении композитной структуры тянущего усилия, облегчающего травление жертвенного слоя и отделение от подложки композитной структуры с эпитаксиальной полупроводниковой пленкой в резервуаре, заполняемом травителем.
3
5
Приведенными решениями не преодолена техническая проблема деградации качества композитной структуры с эпитаксиальной пленкой полупроводниковых соединений АВ большой площади (диаметром от 100 мм или более) как в процессе отделения ее от ростовой подложки, так и в процессе последующих манипуляций, включая перенос отделенной композитной структуры на фиксирующие приспособления технологического оборудования, как в газовой, так и в жидкой среде, а также на временный носитель.
К недостаткам, препятствующим преодолению приведенной технической проблемы, относится:
- использование механических воздействий на отделяемую композитную структуру -отгибающих ее края усилий с целью облегчения отделения структуры, приводящих к появлению упругих механических напряжений, обуславливающих значительную деформацию, приводящую к растрескиванию;
- утрата расправленного состояния композитной структурой при ее отделении от оправки и переносе на фиксирующие приспособления технологического оборудования или на временный носитель, коробление;
- невозможность сохранности эпитаксиальной пленки как в процессе отделения композитной структуры от ростовой подложки, так и при последующем переносе композитной структуры на фиксирующие приспособления технологического оборудования или на временный носитель.
Причинами недостатков является следующее.
Реализация отделения от ростовых подложек тонких полупроводниковых пленок методом ELO (epitaxial lift-off) базируется на удалении (травлении) жертвенного слоя, посредством которого тонкая эпитаксиальная полупроводниковая пленка жестко связана с ростовой подложкой, толщина которого составляет несколько нанометров. Процесс его травления инициируется одновременно по всему периметру эпитаксиальной полупроводниковой пленки. При этом происходит формирование плоского капиллярного зазора, размеры которого по мере продолжения травления возрастают в радиальном направлении. Зазор заполняется жидкой средой - травителем и продуктами травления. Возникают силы поверхностного натяжения жидкой среды, притягивающие отделенный участок эпитаксиальной пленки к подложке и, в результате, сужающие зазор. Сужение зазора ухудшает протекание процесса массообмена между областью зазора, заполненного травителем и продуктами реакции, и остальной частью объема травителя, заполняющего резервуар. Препятствование сужению зазора и ухудшению протекания процесса массообмена обеспечивается изменением кривизны композитной структуры, отгибанием отделенных ее участков. В этих целях используют нанесение на поверхность эпитаксиальной пленки многослойных упруго напряженных металлических покрытий, или механические приспособления, воздействие которых на отделяемую структуру приводит к отгибанию ее участков от ростовой подложки по мере удаления жертвенного слоя.
Перед операцией отделения эпитаксиальную полупроводниковую пленку упрочняют. Упрочнение осуществляют путем металлизации, в ходе которой получают многослойный металлический слой толщиной несколько микрон или более. Кроме того, в целях упрочнения к эпитаксиальной пленке может быть приклеен полимерный пленочный носитель. Возможно использование комбинации двух приведенных подходов. В результате от ростовой подложки отделяется не свободная эпитаксиальная пленка, а композитная структура в составе эпитаксиальной пленки и упрочняющих ее элементов.
При металлизации на нагретую эпитаксиальную пленку, жестко связанную с ростовой подложкой, наносят в вакууме слои металлов. Формируют такую последовательность слоев металлов, которая обеспечивает при последующем охлаждении возникновение термомеханических изгибающих напряжений, стремящихся оторвать эпитаксиальную пленку от подложки. В финале металлизации толщину последнего слоя увеличивают до нескольких микрон или более методом гальванического осаждения. В результате после полного удаления жертвенного слоя получают изогнутую под действием упругих механических напряжений композитную структуру металл-полупроводник.
При применении механических приспособлений для отгибания от ростовой подложки композитной структуры осуществляют ее прижим к криволинейной (выпуклой) поверхности оправки, оттягивание механическими натяжителями краев композитной структуры. Криволинейная форма поверхности оправки обеспечивает поддержание требуемой величины зазора для протекания процесса массообмена между областью зазора, заполненного травителем и продуктами реакции, и остальной частью объема травителя, заполняющего резервуар, что предотвращает слипание разделяемых композитной структуры и ростовой подложки.
После удаления жертвенного слоя композитная структура оказывается в изогнутом состоянии, что препятствует дальнейшей с нею работе. В связи с этим ее следует закрепить на временном плоском носителе-оправке, обеспечивая тем самым ее плоскостность при прохождении технологического маршрута формирования топологии прибора. После окончания формирования топологии композитную структуру переносят на постоянный носитель. Перенос композитной структуры большой площади на носитель-оправку и с носителя-оправки на постоянный носитель чреват риском повреждения эпитаксиальной структуры и требует специальной оснастки. Композитная структура, оказавшись в свободном состоянии, без удерживающих ее на оправке механических натяжителей и адгезивов, утрачивает свое расправленное состояния - подвергается короблению. Действия, предпринимаемые с целью ее расправления, приводят к появлению трещин.
3
5
Предлагаемым устройством для отделения от подложки композитной структуры на основе полупроводниковой пленки за счет достигаемого технического результата решается техническая проблема предотвращения деградации качества композитной структуры с эпитаксиальной пленкой полупроводниковых соединений АВ большой площади (диаметром от 100 мм или более) как в процессе отделения ее от ростовой подложки, так и в процессе последующих манипуляций, включая перенос отделенной композитной структуры на фиксирующие приспособления технологического оборудования, как в газовой, так и в жидкой среде, а также на временный носитель.
Достигаемым техническим результатом является:
- устранение механических воздействий на отделяемую композитную структуру -отгибающих ее края усилий с целью облегчения отделения структуры, приводящих к появлению упругих механических напряжений, обуславливающих значительную деформацию, приводящую к растрескиванию;
- предотвращение коробления, сохранение расправленного состояния композитной структурой при ее отделении от оправки для переноса на фиксирующие приспособления технологического оборудования или на временный носитель;
- достижение сохранности эпитаксиальной пленки как в процессе отделения композитной структуры от ростовой подложки, так и при последующем переносе композитной структуры на фиксирующие приспособления технологического оборудования или на временный носитель.
Технический результат достигается в первом варианте устройства для отделения от подложки композитной структуры на основе полупроводниковой пленки, содержащего оправку для крепления композитной структуры с эпитаксиальной полупроводниковой пленкой, жестко связанной посредством жертвенного слоя с ростовой подложкой, и прикрепляемой к оправке со стороны композитной структуры, средства изгибания композитной структуры для облегчения травления жертвенного слоя и отделения от подложки композитной структуры с эпитаксиальной полупроводниковой пленкой в резервуаре, заполняемом травителем, в котором оправка выполнена в виде мембраны-носителя с одной плоской торцевой поверхностью, предназначенной для крепления композитной структуры, а второй - криволинейной для изгиба композитной структуры, с толщиной, уменьшающейся в направлении от центра к периферии мембраны-носителя, и со сквозными отверстиями, с диаметром отверстий и распределением их по площади торцевой поверхности с увеличением их плотности от центра к периферии, в совокупности обеспечивающими равномерность прижима и сохранность композитной структуры, средства изгибания выполнены в составе основания, дренажной трубки, упора, гофрированного сильфона, мембраны-носителя, при этом в центральной части основания сформировано сквозное отверстие, в котором с одной стороны основания герметично закреплена дренажная трубка, а с другой - упор, состоящий из полой ножки и соединенной с ней выпуклой крышки, ножка упора герметично закреплена в отверстии основания и снабжена в боковой части сквозным отверстием, мембрана-носитель криволинейной поверхностью ориентирована к стороне основания, относительно которой в отверстии закреплен упор, и установлена своей центральной частью относительно упора с зазором, устраняемым при закреплении и изгибании композитной структуры на мембране-носителе, между мембраной-носителем и основанием расположен герметично соединенный с ними гофрированный сильфон с возможностью формирования ограниченного основанием, сильфоном и мембраной-носителем рабочего объема устройства, с возможностью изменения в нем давления посредством отверстия в упоре и дренажной трубки для закрепления композитной структуры к мембране-носителю за счет сквозных отверстий мембраны-носителя и изгибания закрепленной композитной структуры и мембраны-носителя, жесткость сильфона пренебрежимо мала по сравнению с жесткостью мембраны-носителя.
В устройстве основание выполнено в форме диска с круглым сквозным отверстием в центральной его части, мембрана-носитель выполнена круглой с диаметром равным диаметру диска основания, с указанными диаметрами согласован внутренний диаметр гофрированного сильфона, который выполнен одногофровым, тонкостенным, с наружным диаметром, превышающим диаметры основания и мембраны-носителя, с которыми он соединен.
В устройстве полая ножка упора выполнена в форме прямого кругового цилиндра, выпуклая крышка выполнена круглой формы, с выпуклостью сферического характера, ориентированной к мембране-носителю, которая установлена своей центральной частью относительно упора с зазором, а именно относительно центральной части выпуклой крышки упора.
Технический результат достигается во втором варианте устройства для отделения от подложки композитной структуры на основе полупроводниковой пленки, содержащего оправку для крепления композитной структуры с эпитаксиальной полупроводниковой пленкой, жестко связанной посредством жертвенного слоя с ростовой подложкой, и прикрепляемой к оправке со стороны композитной структуры, средства изгибания композитной структуры для облегчения травления жертвенного слоя и отделения от подложки композитной структуры с эпитаксиальной полупроводниковой пленкой в резервуаре, заполняемом травителем, в котором оправка выполнена в виде тонкой мембраны-носителя с плоскими торцевыми поверхностями, одна из которых предназначена для крепления композитной структуры, со сквозными отверстиями, с диаметром отверстий и распределением их по площади торцевой поверхности с увеличением их плотности от центра к периферии, в совокупности обеспечивающими равномерность прижима и сохранность композитной структуры, средства изгибания выполнены в составе основания, дренажной трубки, упора, гофрированного сильфона, мембраны-носителя, при этом в центральной части основания сформировано сквозное отверстие, в котором с одной стороны основания герметично закреплена дренажная трубка, а с другой - упор, состоящий из полой ножки и соединенной выпуклой крышки, которая реализована в виде мембраны с одной плоской торцевой поверхностью, обращенной к основанию, а второй - криволинейной, с толщиной, уменьшающейся в направлении от центра к периферии мембраны, для задания изгиба композиционной структуре с мембраной-носителем, и со сквозными отверстиями, равномерно распределенными по площади мембраны, обеспечивающими прикрепление мембраны-носителя с композиционной структурой, ножка упора герметично закреплена в отверстии основания и снабжена в боковой части сквозным отверстием, мембрана-носитель торцевой поверхностью, не предназначенной для крепления, ориентирована к стороне основания, относительно которой в отверстии закреплен упор, к криволинейной поверхности мембраны, в виде которой реализована выпуклая крышка упора, и установлена своей центральной частью относительно упора с зазором, устраняемым при закреплении композитной структуры на мембране-носителе, между мембраной-носителем и основанием расположен герметично соединенный с ними гофрированный сильфон с возможностью формирования ограниченного основанием, сильфоном и мембраной-носителем рабочего объема устройства, с возможностью изменения в нем давления посредством отверстия в упоре и дренажной трубки для закрепления композитной структуры к мембране-носителю посредством сквозных отверстий мембраны-носителя и для последующего закрепления с изгибанием композитной структуры и мембраны-носителя на крышке упора, жесткость сильфона пренебрежимо мала по сравнению с жесткостью мембраны-носителя.
В устройстве основание выполнено в форме диска с круглым сквозным отверстием в центральной его части, мембрана-носитель выполнена также в форме диска, причем диаметр основания и диаметр мембраны-носителя равны, с указанными диаметрами согласован внутренний диаметр гофрированного сильфона, который выполнен одногофровым, тонкостенным, с наружным диаметром, превышающим диаметры основания и мембраны-носителя, с которыми он соединен, полая ножка упора выполнена в форме прямого кругового цилиндра, выпуклая крышка в виде мембраны выполнена круглой формы, с диаметром равным диаметру основания и диаметру мембраны-носителя, мембрана-носитель установлена своей центральной частью относительно упора с зазором, а именно относительно центральной части выпуклой крышки упора -криволинейной поверхности мембраны.
Суть технического решения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами.
На Фиг. 1 схематически представлено устройство для отделения от подложки композитной структуры на основе полупроводниковой пленки при размещении его в резервуаре (резервуар не показан), заполняемом травителем, в исходном положении, при давлении в рабочем объеме устройства, равном атмосферному, с расположением под устройством на предметном столике резервуара композитной структуры, жестко связанной с ростовой подложкой, где: 1 - основание, 2 - дренажная трубка; 3 - упор; 4 - сильфон; 5 - мембрана-носитель; 6 - композитная структура; 7 - ростовая подложка; 8 - предметный столик; 9 - уровень травителя резервуара.
На Фиг. 2 схематически представлено устройство для отделения от подложки композитной структуры на основе полупроводниковой пленки при размещении его в резервуаре (резервуар не показан) с травителем, введенное в соприкосновение с композитной структурой, жестко связанной с ростовой подложкой, при давлении в рабочем объеме устройства, равном атмосферному, и при выбранном зазоре между мембраной-носителем и упором, где: 1 - основание, 2 - дренажная трубка; 3 - упор; 4 - сильфон; 5 - мембрана-носитель; 6 - композитная структура; 7 - ростовая подложка; 8 - предметный столик; 9 - уровень травителя резервуара.
На Фиг. 3 схематически представлено устройство для отделения от подложки композитной структуры на основе полупроводниковой пленки при размещении его в резервуаре (резервуар не показан) с травителем, при пониженном давлении в рабочем объеме устройства и при достижении изгибания композитной структуры и жестко связанной ростовой подложки, где: 1 - основание, 2 - дренажная трубка; 3 - упор; 4 - сильфон; 5 - мембрана-носитель; 6 - композитная структура; 7 - ростовая подложка; 8 -предметный столик; 9 - уровень травителя резервуара.
На Фиг. 4 схематически представлено устройство для отделения от подложки композитной структуры на основе полупроводниковой пленки при размещении его в резервуаре (резервуар не показан) с травителем в стадии окончания удаления жертвенного слоя и отделения от ростовой подложки композитной структуры, которая в расправленном состоянии прижата под действием давления окружающей среды к поверхности мембраны-носителя, при этом мембрана-носитель и композитная структура упруго деформированы, а в рабочем объеме устройства поддерживается пониженное давление, где: 1 - основание, 2 - дренажная трубка; 3 - упор; 4 - сильфон; 5 - мембрана-носитель; 6 - композитная структура; 7 - ростовая подложка; 8 - предметный столик; 9 - уровень травителя резервуара.
На Фиг. 5 схематически представлено в обычных атмосферных условиях устройство для отделения от подложки композитной структуры на основе полупроводниковой пленки в стадии готовности для передачи композитной структуры, отделенной от ростовой подложки, на вакуумный захват, с композитной структурой, прижатой атмосферным давлением к поверхности мембраны-носителя и введенной в механический контакт с поверхностью вакуумного захвата, при поддержании в рабочем объеме устройства пониженного давления, где: 1 - основание, 2 - дренажная трубка; 3 - упор; 4 - сильфон; 5 - мембрана-носитель; 6 - композитная структура; 10 - вакуумный захват.
На Фиг. 6 схематически представлено устройство для отделения от подложки композитной структуры на основе полупроводниковой пленки в момент передачи на вакуумный захват композитной структуры, отделенной от ростовой подложки, которая прижата в расправленном состоянии мембраной-носителем к поверхности вакуумного захвата, при давлении в рабочем объеме устройства, равном атмосферному, и давлении в объеме вакуумного захвата, пониженном до величины, соответствующей рабочему давлению, где: 1 - основание, 2 - дренажная трубка; 3 - упор; 4 - сильфон; 5 - мембрана-носитель; 6 - композитная структура; 10 - вакуумный захват.
На Фиг. 7 схематически представлено устройство для отделения от подложки композитной структуры на основе полупроводниковой пленки после окончания передачи на вакуумный захват композитной структуры, отделенной от ростовой подложки, которая прижата за счет атмосферного давления к поверхности вакуумного захвата, при давлении в рабочем объеме устройства, равном атмосферному, и давлении в объеме вакуумного захвата, пониженном до величины, соответствующей рабочему давлению, где: 1 - основание, 2 - дренажная трубка; 3 - упор; 4 - сильфон; 5 - мембрана-носитель; 6 -композитная структура; 10 - вакуумный захват.
На Фиг. 8 схематически представлен вариант реализации устройства для отделения от подложки композитной структуры на основе полупроводниковой пленки с плоской тонкостенной мембраной-носителем и упором с крышкой в виде мембраны с торцевой выпуклой поверхностью при расположении под устройством на предметном столике резервуара композитной структуры, жестко связанной с ростовой подложкой, где: 1 -основание, 2 - дренажная трубка; 3 - упор; 4 - сильфон; 5 - мембрана-носитель; 6 -композитная структура; 7 - ростовая подложка; 8 - предметный столик.
0
На Фиг. 9 представлены координационные окружности с параметрами: D=100 мм, Δ=5 мм, δ=0,5 мм, k=12.
Достижение технического результата обеспечивается тем, что в отличие от известных технических решений, в которых также используют оправку (опору) при отделении композитной структуры от ростовой подложки изменяемой кривизны для достижения расправленного состояния композитной структуры и поддержания необходимого зазора между ростовой подложкой и отделенными участками композитной структуры, в предлагаемом решении в этих целях используют действие давления окружающей среды, фиксируя присасыванием (за счет пониженного давления в стыковочном зазоре между композитной структурой и оправкой) композитную структуру в расправленном состоянии на оправке изменяемой кривизны (мембране-носителе 5, см. Фиг. 1-4, 8), изменяя действием давления окружающей среды кривизну опоры и расположенной на ней в зафиксированном (прикрепленном) состоянии за счет присасывания композитной структуры, поддерживая посредством действия давления окружающей среды величину необходимого зазора при удалении жертвенного слоя. Также регулируя воздействие давления окружающей среды на композитную структуру после ее отделения от ростовой подложки, плавно ослабляя присасывание, реализуют возможность передачи композитной структуры в расправленном состоянии, без коробления, на временный носитель-оправку или вакуумные захваты (см. Фиг. 5-7). Эти же факторы обеспечивают сохранность эпитаксиальной пленки как в процессе отделения композитной структуры подложки, так и при последующем ее переносе.
Новизна предлагаемого обоими вариантами реализации устройства заключается в конструкции и взаимном расположении деталей устройства.
В одном из вариантов выполнения устройство (см. Фиг. 1-7) имеет следующие отличия. Оправка выполнена в виде мембраны-носителя 5 с одной плоской торцевой поверхностью, предназначенной для крепления композитной структуры 6, а второй - криволинейной для изгиба композитной структуры 6. Мембрана-носитель 5 характеризуется толщиной, уменьшающейся в направлении от центра к периферии. Мембрана-носитель 5 снабжена сквозными отверстиями, с диаметром отверстий и распределением их по площади торцевой поверхности с увеличением их плотности от центра к периферии, в совокупности обеспечивающими равномерность прижима и сохранность композитной структуры 6. Средства изгибания выполнены в составе основания 1, дренажной трубки 2, упора 3, гофрированного сильфона 4, мембраны-носителя 5. При этом в центральной части основания 1 сформировано сквозное отверстие. В отверстии с одной стороны основания 1 герметично закреплена дренажная трубка 2. С другой стороны основания 1 в отверстии герметично установлен упор 3, состоящий из полой ножки и соединенной с ней выпуклой крышки. Ножка упора 3 герметично закреплена в отверстии основания 1 и снабжена в боковой части сквозным отверстием. Мембрана-носитель 5 криволинейной поверхностью ориентирована к стороне основания 1, относительно которой в отверстии 1 закреплен упор 3, и установлена своей центральной частью относительно упора 3 с зазором, устраняемым при закреплении и изгибании композитной структуры 6 на мембране-носителе 5. Между мембраной-носителем 5 и основанием 1 расположен герметично соединенный с ними гофрированный сильфон 4 с возможностью формирования ограниченного основанием 1, сильфоном 4 и мембраной-носителем 5 рабочего объема устройства, с возможностью изменения в нем давления посредством отверстия в упоре 3 и дренажной трубки 2 для закрепления композитной структуры к мембране-носителю 5 за счет сквозных отверстий мембраны-носителя 5 и изгибания закрепленной композитной структуры 6 и мембраны-носителя 5. Жесткость сильфона 4 пренебрежимо мала по сравнению с жесткостью мембраны-носителя 5.
В другом варианте выполнения отличия устройства (см. Фиг. 8) заключаются в следующем.
Оправка выполнена в виде тонкой мембраны-носителя 5 с плоскими торцевыми поверхностями. Одна поверхность предназначена для крепления композитной структуры 6. Мембрана-носитель 5 снабжена сквозными отверстиями. Диаметр отверстий и распределение их по площади торцевой поверхности, характеризующееся увеличением их плотности от центра к периферии, таковы, что в совокупности обеспечивают равномерность прижима и сохранность композитной структуры 6. Средства изгибания выполнены в составе основания 1, дренажной трубки 2, упора 3, гофрированного сильфона 4, мембраны-носителя 5. В центральной части основания 1 сформировано сквозное отверстие. В отверстии с одной стороны основания 1 герметично закреплена дренажная трубка 2, а с другой стороны основания 1 герметично установлен упор 3. Упор 3 выполнен в составе полой ножки и соединенной выпуклой крышки. Крышка упора 3 реализована в виде мембраны с одной плоской торцевой поверхностью, обращенной к основанию 1, а второй - криволинейной, с толщиной, уменьшающейся в направлении от центра к периферии мембраны, для задания изгиба композиционной структуре 6 с мембраной-носителем 5. Кроме того, мембрана снабжена сквозными отверстиями, равномерно распределенными по площади мембраны, обеспечивающими прикрепление мембраны-носителя 5 с композиционной структурой 6. Ножка упора 3 герметично закреплена в отверстии основания 1 и снабжена в боковой части сквозным отверстием. Мембрана-носитель 5 торцевой поверхностью, не предназначенной для крепления, ориентирована к стороне основания 1, относительно которой в отверстии закреплен упор 3, к криволинейной поверхности мембраны, в виде которой реализована выпуклая крышка упора 3. Мембрана-носитель 5 установлена своей центральной частью относительно упора 3 с зазором, устраняемым при закреплении композитной структуры 6 на мембране-носителе 5. Между мембраной-носителем 5 и основанием 1 расположен герметично соединенный с ними гофрированный сильфон 4 с возможностью формирования ограниченного основанием 1, сильфоном 4 и мембраной-носителем 5 рабочего объема устройства, с возможностью изменения в нем давления посредством отверстия в упоре 3 и дренажной трубки 2 с целью закрепления композитной структуры 6 к мембране-носителю 5 посредством сквозных отверстий мембраны-носителя 5 и с целью последующего закрепления с изгибанием композитной структуры 6 и мембраны-носителя 5 на крышке упора 3. Жесткость сильфона 4 пренебрежимо мала по сравнению с жесткостью мембраны-носителя 5.
Приведенные особенности конструктивного выполнения предлагаемого устройства обеспечивает новизну в кинематике и динамике взаимодействия деталей устройства между собой, с композитной структурой 6, ростовой подложкой 7 и окружающей средой.
Уникальность предлагаемого устройства заключается в использовании давления окружающей среды для фиксации композитной структуры 6 в расправленном состоянии на мембране-носителе 5 (Фиг. 1-8), кривизна которой изменяема, а также для упругого деформирования ростовой подложки 7 с целью обеспечения отрывающего усилия для поддержания требуемой величины зазора между композитной структурой 6 и ростовой подложкой 7 в процессе их разделения.
В отличие от известных технических решений предлагаемое устройство позволяет закреплять композитную структуру в расправленном состоянии без применения адгезивов и механических натяжителей. Достижение этого осуществляется путем использования распределенной нагрузки, создаваемой давлением окружающей среды. Такой подход обеспечивает более равномерное и щадящее фиксирующее воздействие на композитную структуру.
Поддержание требуемой величины зазора между разделяемыми композитной структурой 6 и ростовой подложкой 7 в отличие от известных технических решений происходит не за счет оттягивания краев композитной структуры 6 от ростовой подложки 7 посредством механических приспособлений и/или за счет деформации отделяемой композитной структуры 6 под действием упругих механических напряжений в системе эпитаксиальная пленка - слой металлизации, а за счет распрямления упруго изогнутой ростовой подложки 7 и за счет фиксации отделяемой композитной структуры 6 на криволинейной поверхности мембраны-носителя 5 (см. Фиг. 1-4, Фиг. 8). Причем процессы фиксации и деформации в отношении композитной структуры 6, ростовой подложки 7 и мембраны-носителя 5 осуществляются в едином цикле под действием силы давления окружающей среды.
Для открепления композитной структуры 6 от оправки (мембраны-носителя 5) устройства не требуется специальных приспособлений и химических реактивов. Для открепления достаточно произвести выравнивание давлений рабочего объема устройства и окружающей среды.
Таким образом, вышеописанный подход к управлению кривизной и фиксацией/расфиксацией композитной структуры в расправленном состоянии обеспечивает достижение указанного технического результата.
Предлагаемое устройство для отделения от подложки композитной структуры на основе полупроводниковой пленки реализовано двумя вариантами.
Согласно первому варианту реализации устройство включает функциональные узлы: оправку для крепления композитной структуры с эпитаксиальной полупроводниковой пленкой, жестко связанной посредством жертвенного слоя с ростовой подложкой, и прикрепляемой к оправке со стороны композитной структуры; средства изгибания композитной структуры для облегчения травления жертвенного слоя и отделения от подложки композитной структуры с эпитаксиальной полупроводниковой пленкой в резервуаре, заполняемом травителем.
Указанные функциональные узлы реализованы посредством следующих элементов: основания 1, дренажной трубки 2, упора 3, гофрированного сильфона 4, мембраны-носителя 5 (см. Фиг. 1-7).
Оправка выполнена в виде мембраны-носителя 5. Торцевые поверхности мембраны-носителя 5: одна - плоская, предназначенная для крепления композитной структуры 6, выполненная наружной, по отношению к рабочему объему устройства, полированной, а вторая - криволинейная, ориентирована во внутрь рабочего объема устройства. Толщина мембраны-носителя 5 уменьшается в направлении от центра к ее периферии. Мембрана-носитель 5 выполнена со сквозными отверстиями, распределенными по ее площади с увеличением их плотности от центра к ее периферии. Мембрана-носитель 5 реализована с возможностью деформации под действием перепада давления между окружающей средой и рабочим объемом устройства. Форма, геометрические размеры поперечного сечения и модуль упругости материала мембраны-носителя 5 выбираются такими, чтобы обеспечить реализацию данной возможности. Стрела прогиба мембраны-носителя 5 направлена в сторону ростовой подложки 7, а ее величина выбирается не более 0,3 мм при диаметре мембраны-носителя 5, равном 100 мм, который определяется диаметром ростовой подложки 7 и формируемой на ней композитной структуры 6. Как правило, диаметральные размеры мембраны-носителя 5 совпадают с размерами ростовой подложки 7, на которой формируется композитная структура 6.
Диаметр сквозных отверстий, которыми снабжена мембрана-носитель 5, выбирается таким образом, чтобы избежать повреждения отделяемой композитной структуры 6 с эпитаксиальной полупроводниковой пленкой при ее продавливании на них. Диаметр отверстий составляет от 0,1 до 0,2 мм, включая указанные значения. Количество отверстий в мембране-носителе 5 и их плотность распределения по ее поверхности определяется исходя из условия достижения равномерности прижимающего усилия. Плотность отверстий увеличивается в направлении от центра мембраны-носителя 5 к ее периферии.
i
Отверстия в мембране-носителе 5 распределены равномерно по координационным окружностям (см. Фиг. 9) с диаметрами D. Диаметр координационных окружностей рассчитывается по формуле:
,где:
0
D - диаметр ростовой подложки (композитной структуры), мм;
Δ - базовый шаг уменьшения диаметра координационной окружности с ростом i, мм;
δ - фактор уменьшения шага диаметров координационных окружностей с ростом i, мм;
n - количество отверстий, расположенных на i-той координационной окружности.
Количество координационных окружностей равно k. Порядковый номер координационных окружностей i является целым числом и меняется от 1 до k с шагом 1.
i
Число координационных окружностей к не должно иметь значения, при которых D оказывается меньше нуля. Базовый шаг уменьшения диаметра координационной окружности с ростом i может варьироваться от 2 до 5 мм. Фактор уменьшения шага диаметров координационных окружностей с ростом i может принимать значения от 0 до 1 мм. Параметры Д и 8 являются предметом оптимизации и подбираются опытным путем.
i
Количество отверстий n, расположенных на каждой координационной окружности, рассчитывается по формуле:
,где:
ceil(x) - функция, возвращающая целую часть числа, с округлением в большую сторону;
i
t - номинальный шаг между отверстиями по периметру окружности, мм.
Величина номинального шага между отверстиями по периметру окружности является предметом оптимизации, может принимать значения от 1 до 5, и быть как константой, так и функцией от i.
i
i
0
i
Стартовыми значениями для оптимизации (определения плотности распределения по поверхности мембраны-носителя 5 отверстий исходя из условия достижения равномерности прижимающего усилия) D и n являются: D=100 мм; Δ=5 мм; δ=0,5 мм; k=12; t=2,5 мм.
Плотность распределения по поверхности мембраны-носителя 5 отверстий составляет около 9 отверстий в центре, увеличиваясь к периферии, достигает до 120 отверстий на периферийной окружности.
Толщина мембраны-носителя 5 (см. Фиг. 1-7) с переменным сечением может составлять на краю от 0,05 мм до 0,1 мм, включая указанные значения, а в центральной части - до 0,2 мм до 0,7 мм, включая указанные значения.
Величина прогиба - расстояние между параллельными плоскостями, в одной из которых расположены края криволинейной поверхности, а в другой - ее центр - может быть равной от 0,1 до 1 мм, включительно. Соответствующий радиус кривизны изгиба значению прогиба 0,1 мм составляет около 25000,1 мм, а значению прогиба 1 мм - 2501 мм.
2
4
n
3
6
n
В качестве материалов могут быть использованы медь (Cu), или золото (Au), или хром (Cr), или фторопласт (CF), или полипропилен (СН), а также и другие материалы, проявляющие стойкость к действию фтороводородной кислоты (HF).
Средства изгибания выполнены в составе основания 1, дренажной трубки 2, упора 3, гофрированного сильфона 4, мембраны-носителя 5.
В центральной части основания 1 сформировано сквозное отверстие. В отверстии с одной стороны основания 1 закреплена дренажная трубка 2, а с другой - упор 3. Упор 3 состоит из полой ножки и соединенной с ней выпуклой крышки. Ножка упора 3 закреплена в отверстии основания 1 и снабжена в боковой части сквозным отверстием.
Мембрана-носитель 5 криволинейной поверхностью ориентирована к стороне основания 1, относительно которой в отверстии закреплен упор 3, и установлена своей центральной частью относительно упора 3 с зазором в нерабочем состоянии устройства. Величина зазора равна от 2 до 3 мм, включая указанные значения, либо менее 2 мм. Между мембраной-носителем 5 и основанием 1 расположен соединенный с ними гофрированный сильфон 4. Расположение сильфона 4 реализовано с возможностью формирования ограниченного основанием 1, сильфоном 4 и мембраной-носителем 5 рабочего объема устройства, с возможностью изменения в нем давления посредством отверстия 1 в упоре и дренажной трубки 2, с возможностью сообщения с внешним по отношению к нему объемом посредством сквозных отверстий мембраны-носителя 5. Жесткость гофрированного сильфона 4 пренебрежимо мала по сравнению с жесткостью мембраны-носителя 5.
-1
-3
Изменение давления в рабочем объеме с достижением разряжения в нем является необходимым условием для деформации мембраны-носителя 5 и удержания ею композитной структуры 6 в процессе ее отделения от ростовой подложки 7 за счет удаления травлением жертвенного слоя, обеспечивающего жесткую связь композитной структуры 6 с ростовой подложкой 7. Величина атмосферного разряжение в рабочем объеме может варьироваться в диапазоне от 10 до 10 Торр. Жесткость сильфона 4 должна быть, по крайней мере, в 3-4 раза ниже жесткости мембраны-носителя 5.
В круглом отверстии основания 1 дренажная трубка 2 закреплена герметично с внешней стороны основания 1, а упор 3 цилиндрической ножкой закреплен герметично с внутренней стороны основания 1 по отношению к рабочему объему. В боковой части ножки упора 3 выполнено сквозное отверстие, обеспечивающее сообщение полости ножки упора 3 с рабочим объемом устройства и, как следствие, обеспечивающее сообщение рабочего объема устройства с полостью дренажной трубки 2.
Тонкостенный гофрированный сильфон 4, в частном случае выполнения реализованный одногофровым, герметично соединен с основанием 1 со стороны упора 3 и мембраной-носителем 5. Сильфон состоит из двух одинаковых плоских колец толщиной от 0,05 до 0,1 мм, включая указанные значения, герметично соединенных друг с другом внешними краями, внутренним краем одно кольцо герметично соединено с основанием 1 по его периметру, а другое кольцо внутренним краем герметично соединено с мембраной-носителем 5 по периметру.
Величина зазора между мембраной- носителем 5 и упором 3, которая была указана выше, обеспечивается осевым размером сильфона 4 в свободном положении, его жесткостью и весом мембраны-носителя 5.
Рабочий объем, сформированный основанием 1, мембраной-носителем 5 и гофрированным сильфоном 4, посредством отверстия в полой ножке упора 3 и дренажной трубки 2 связан с системой откачки и напуска атмосферы, а посредством отверстий в мембране-носителе 5 - с окружающей средой.
Наличие сильфона 4 обеспечивает возможность перемещения мембране-носителю 5 относительно основания 1. Перемещение мембраны-носителя 5 в осевом направлении от основания 1 ограничено сильфоном 4, а в направлении к основанию 1 - упором 3. В процессе стыковки мембраны-носителя 5 с композитной структурой 6 плоской поверхностью, осевая симметрия сильфона 4, его малая жесткость и наличие зазора между упором 3 и мембраной-носителем 5 позволяют нивелировать исходную непараллельность сопрягаемых поверхностей. Величина осевой нагрузки ограничена силами упругой деформации сильфона 4, вплоть до устранения зазора между мембраной-носителем 5 и упором 3. Под действием внешней равномерно распределенной нормальной нагрузки, направленной к основанию 1, мембрана-носитель 5, упираясь своей центральной частью в упор 3, может упруго деформироваться, принимая чашеобразную форму. Равномерно распределенная нормальная нагрузка с наружной стороны мембраны-носителя 5 создается давлением окружающей среды, за счет снижения давления в рабочем объеме устройства, при герметизации отверстий в мембране-носителе 5 поверхностью композитной структуры 6 при ее закреплении.
Конструктивные элементы устройства изготавливаются из материалов, обладающих длительной стойкостью к смесям фтористоводородной кислоты и ацетона (или изопропилового спирта) при температуре 60°С. Используемые материалы должны позволять надежно и герметично соединять детали между собой. В качестве материалов могут быть использованы: медь, золото, хром, фторопласт, полипропилен, а также и другие материалы.
Конструктивные элементы устройства для отделения от подложки композитной структуры на основе полупроводниковой пленки имеют осевую симметрию. Для их изготовления можно использовать стандартные методы размерной и объемной обработки материалов. Основание 1 выполнено в форме диска с круглым сквозным отверстием в центральной его части, мембрана-носитель 5 выполнена круглой с диаметром равным диаметру диска основания 1. С указанными диаметрами согласован внутренний диаметр гофрированного сильфона 4, который выполнен одногофровым, тонкостенным, с наружным диаметром, превышающим диаметры основания 1 и мембраны-носителя 5, с которыми он герметично соединен. Полая ножка упора 3 выполнена в форме прямого кругового цилиндра. Выпуклая крышка упора 3 выполнена круглой формы, с выпуклостью сферического характера, ориентированной к мембране-носителю 5, которая установлена своей центральной частью относительно упора 3 с зазором, а именно относительно центральной части выпуклой крышки упора 3.
Отверстия в мембране-носителе 5 целесообразно формировать с помощью лазерного излучения.
Конструктивные элементы между собой могут соединяться либо с использованием клея, либо с помощью лазерной сварки в защитной атмосфере.
Для обеспечения разряжения в рабочем объеме устройства можно использовать средства откачки агрессивных сред с сепарацией жидкой фазы.
Перечислим функции конструктивных элементов вакуумного устройства для отделения от подложки композитной структуры на основе полупроводниковой пленки.
Основание 1 выполняет функцию жесткой несущей, служит неподвижной опорой для сильфона 4 и упора 3. Кроме того, выполняет функцию объединения дренажной трубки 2 и упора 3.
Дренажная трубка 2 предназначена для откачки/напуска атмосферы из/в рабочий объем устройства и для передачи осевых усилий к конструктивным элементам устройства от исполнительного механизма перемещений.
Упор 3 ограничивает осевое перемещение центральной части мембраны-носителя 5 под действием распределенной нормальной нагрузки, создавая предпосылки для придания мембране-носителю требуемой изогнутой формы.
Сильфон 4 выполняет функцию элемента-ограничителя рабочего объема, а также является гибкой упругой подвеской малой жесткости для удержания мембраны-носителя 5 в связке с основанием 1 в расслабленном предрабочем состоянии.
Мембрана-носитель 5 является функционально самым важным элементом предлагаемого устройства для отделения от подложки композитной структуры на основе полупроводниковой пленки. Плоская в расслабленном состоянии полированная рабочая поверхность мембраны-носителя 5 обеспечивает плотный контакт с композитной структурой 6, жестко связанной с плоской ростовой подложкой 7. Наличие сквозных отверстий, связывающих стыковочный зазор с рабочим объемом, позволяет создать в стыковочном зазоре разряжение, прижимающее композитную структуру 6 к поверхности мембраны-носителя 5 в расправленном состоянии. Упругая гибкость мембраны-носителя 5 позволяет ей принимать форму, необходимую как для отделения ростовой подложки 7, так и для передачи отделенной композитной структуры 6 на вакуумные захваты 10 оборудования, или на носитель-оправку.
Согласно второму варианту реализации устройство для отделения от подложки композитной структуры на основе полупроводниковой пленки включает те же самые функциональные узлы: оправку для крепления композитной структуры с эпитаксиальной полупроводниковой пленкой, жестко связанной посредством жертвенного слоя с ростовой подложкой, и прикрепляемой к оправке со стороны композитной структуры; средства изгибания композитной структуры для облегчения травления жертвенного слоя и отделения от подложки композитной структуры с эпитаксиальной полупроводниковой пленкой в резервуаре, заполняемом травителем.
Указанные функциональные узлы реализованы также посредством элементов: основания 1, дренажной трубки 2, упора 3, гофрированного сильфона 4, мембраны-носителя 5 (см. Фиг. 8).
Отличия данного варианта выполнения устройства заключаются в отличиях выполнения упора 3 и мембраны-носителя 5.
2
4
n
3
6
n
Мембрана-носитель 5 выполнена тонкой, с обеими плоскими торцевыми поверхностями, одна из которых предназначена для крепления композитной структуры 6. Толщина мембраны-носителя 5 (см. Фиг. 8) может составлять от 0,1 мм до 0,7 мм, включая указанные значения. Конкретная величина толщины определяется выбранным материалом. В качестве материалов могут быть использованы медь (Cu), или золото (Au), или хром (Cr), или фторопласт (CF), или полипропилен (СН), а также и другие материалы, проявляющие стойкость к действию фтороводородной кислоты (HF). Также мембрана-носитель 5 снабжена сквозными отверстиями, с диаметром отверстий и распределением их по ее площади с увеличением их плотности от центра к ее периферии, в совокупности обеспечивающими равномерность прижима и сохранность композитной структуры 6.
-2
Упор 3 в средствах изгибания, выполненных в составе основания 1, дренажной трубки 2, упора 3, гофрированного сильфона 4, мембраны-носителя 5, реализован в составе полой ножки и соединенной с ней выпуклой крышки. Крышка в данном варианте выполнения устройства реализована в виде мембраны с одной плоской торцевой поверхностью, обращенной к основанию 1, к которой прикреплена полая ножка, а второй -криволинейной, с толщиной, уменьшающейся в направлении от центра к периферии мембраны, и со сквозными отверстиями, равномерно распределенными по площади мембраны. При диаметре отверстий примерно 1 мм их плотность составляет около 8 см.
Упор 3 претерпел конструктивные изменения в отношении его крышки. Диаметр крышки в виде мембраны увеличен до диаметра мембраны-носителя 5. Кривизна крышки упора в виде мембраны задает форму и величину упругой деформации мембраны-носителя 5 и прикрепленной к ней композитной структуры 6, жестко связанной с ростовой подложкой 7. При этом стрела прогиба мембраны-носителя 5 направлена в сторону ростовой подложки 7, а ее величина выбирается не более 0,3 мм при диаметре мембраны-носителя 5, равном 100 мм, который определяется диаметром ростовой подложки 7 и формируемой ней композитной структуры 6. Крышка упора 3 должна быть снабжена сквозными отверстиями для обеспечения воздействия давлением для изгибания мембраны-носителя 5 и прикрепленной к ней композитной структуры 6.
Величина прогиба крышки упора 3, то есть, мембраны, - расстояние между параллельными плоскостями, в одной из которых расположены края криволинейной поверхности мембраны, а в другой - центр мембраны - как и в случае с мембраной-носителем 5 в первом варианте выполнения устройства может быть равной от 0,1 до 1 мм, включительно. Соответствующий радиус кривизны изгиба значению прогиба 0,1 мм составляет около 25000,1 мм, а значению прогиба 1 мм - 2501 мм.
Остальные перечисленные элементы для реализации указанных функциональных узлов второго варианта выполнения устройства в конструктивном и функциональном отношениях не претерпели изменений.
Предлагаемое устройство для отделения от подложки композитной структуры на основе полупроводниковой пленки функционирует следующим образом.
Основными функциями предлагаемого устройства являются: захват и удержание композитной структуры в расправленном состоянии; обеспечение требуемого зазора между ростовой подложкой и отделенными участками эпитаксиальной пленки в процессе удаления жертвенного слоя и освобождения композитной структуры с эпитаксиальной пленкой от связи с ростовой подложкой; передача в расправленном состоянии отделенной от ростовой подложки композитной структуры на временный технологический носитель или вакуумные фиксирующие приспособления технологического оборудования.
В случае выполнения устройства по первому варианту (см. Фиг. 1-4), оно функционирует следующим образом.
Для реализации процесса отделения исходную структуру в составе ростовой подложки 7 и жестко связанной с последней композитной структурой 6 с эпитаксиальной полупроводниковой пленкой помещают на предметный столик 8 резервуара, заполненного травителем (см. Фиг. 1). Уровень травителя резервуара 9 устанавливают с возможностью погружения в объем травителя устройства с возможностью расположения над его уровнем дренажной трубки 2.
Захват и фиксация композитной структуры 6 с эпитаксиальной полупроводниковой пленкой, расположенной на ростовой подложке 7, с возникновением упругих деформаций в ростовой подложке 7 осуществляется погруженным в травитель устройством и реализуется в два этапа. На первом этапе мембрана-носитель 5 своей рабочей полированной плоской поверхностью вводится в соприкосновение с плоской поверхностью композитной структуры 6 (Фиг. 2). Давление в рабочем объеме устройства и давление окружающей среды равны. Рабочая сторона мембраны-носителя 5 в расслабленном состоянии плоская, как и поверхность композитной структуры 6, посредством жертвенного слоя жестко связанной с ростовой подложкой 7, расположенной на предметном столике 8 (см. Фиг. 1 и 2). При их сопряжении образуется относительно небольшой стыковочный зазор, обусловленный отклонениями от плоскостности и шероховатостями соприкасающихся поверхностей. Зазор заполнен травителем. Величина зазора между сопрягаемыми поверхностями не нормируется и определяется их шероховатостями и отклонением от плоскостной геометрической формы. Малость ширины зазора, плоское состояние сопрягаемых поверхностей и жесткость ростовой подложки 7 обеспечивают расправленное состояние композитной структуры 7 при ее фиксации (закреплении). На втором этапе осуществляется закрепление на полированной поверхности мембраны-носителя 5 композитной структуры 6, расположенной на ростовой подложке 7. Стыковка осуществляется с осевым усилием, под действием которого сильфон 4 сжимается, и мембрана-носитель 5 упирается в крышку упора 3. За счет гибкости сильфона 4 и осевого усилия нивелируется возможное исходное отклонение от параллельности сопрягаемых поверхностей. Затем в рабочем объеме устройства изменяют давление с целью фиксации. Закрепление (присасывание) проводят путем понижения давления в рабочем объеме устройства, сообщающегося со стыковочным зазором посредством массива отверстий в мембране-носителе 5. За счет отверстий в мембране-носителе 5 происходит снижение давления в стыковочном зазоре между композитной структурой 6 и мембраной-носителем 5. Посредством внешнего атмосферного давления через жидкую среду травителя осуществляется прижим ростовой подложки 7 с жестко связанной с ней композитной структурой 6 к мембране-носителю 5, а мембраны-носителя 5 к крышке упора 3. При этом происходит упругая деформация и ростовой подложки 7, с которой жестко связана композитная структура 6, и мембраны-носителя 5, за счет чего сильфон 4 сдавливается (Фиг. 3). Осевая жесткость сильфона 4 пренебрежительно мала по сравнению с жесткостью мембраны-носителя 5. Перепад давлений между окружающей средой, стыковочным зазором и рабочим объемом устройства создает распределенную нормальную силу, придавливающую жестко связанные друг с другом композитную структуру 6 и ростовую подложку 7 к мембране-носителю 5. Поскольку мембрана-носитель 5 опирается своей центральной частью на неподвижный упор 3, а жесткость сильфона 4 много меньше жесткости мембраны-носителя 5, то жестко связанная композитная структура 6 с ростовой подложкой 7 и мембрана-носитель 5 упруго деформируются, приобретая чашеобразную форму с краями, загнутыми в сторону к основанию 1 (см. Фиг. 3). Благодаря выполнению мембраны-носителя 5 с одной плоской торцевой поверхностью, а второй - криволинейной, с толщиной, уменьшающейся в направлении от центра к периферии мембраны-носителя 5, то есть переменному ее сечению, обеспечивается увеличение значения кривизны изгиба ее рабочей поверхности от центра к периферии.
По мере удаления травлением жертвенного слоя, содержащегося в составе композитной структуры 6 и жестко связывающего последнюю с ростовой подложкой 7, формируется зазор между поверхностями ростовой подложки 7 и освобожденным от связи с ростовой подложкой 7 участком композитной структуры 6 с эпитаксиальной пленкой (см. Фиг. 4). Зазор открыт в окружающую среду, поэтому давление в нем оказывается выше, чем давление со стороны рабочего объема устройства. Отделенный от композитной структуры 6 участок ростовой подложки 7 под действием сил упругой деформации стремится распрямиться, а композитная структура 6 с мембраной-носителем 5 под действием давления внешней среды стремится приподняться над ростовой подложкой 7. Совместным действием этих сил обеспечивается раскрытие зазора между разделяемыми объектами. Фиксация отделенной от ростовой подложки 7 композитной структуры 6 на поверхности мембраны-носителя 5 происходит за счет перепада давления между окружающей средой и рабочим объемом устройства. После полного удаления жертвенного слоя ростовая подложка 7 отделяется и остается на предметном столике 8, а композитная структура 6 остается прижатой к поверхности мембраны-носителя 5 давлением окружающей среды (см. Фиг. 4). Композитная структура 6 повторяет выпуклую форму мембраны-носителя 5.
При передаче на вакуумный захват 10 технологического оборудования композитная структура 6, закрепленная на мембране-носителе 5, размещается плоскопараллельно над поверхностью вакуумного захвата 10 с минимально возможным зазором в центральной части (см. Фиг. 5, 6). Далее осуществляется выравнивание давления между рабочим объемом устройства и окружающей средой, что синхронизируется с откачкой атмосферы из каналов вакуумного захвата 10 технологического оборудования. По мере повышения давления в рабочем объеме устройства мембрана-носитель 5 выпрямляется, прижимая композитную структуру 6 к вакуумному захвату 10, начиная от центра и переходя к периферии (см. Фиг. 6). Освобождаемая композитная структура 6 равномерно прижимается к поверхности вакуумного столика давлением окружающей среды (см. Фиг. 7). Размещение в расправленном состоянии композитной структуры 6 на плоском носителе-оправке осуществляется за счет перехода в плоское состояние исходно изогнутой мембраны-носителя 5, при заполнении рабочего объема устройства атмосферой. По мере повышения давления в рабочем объеме устройства происходит последовательное придавливание композитной структуры 6 от ее центра к периферии. В результате композитная структура 6 равномерно прижимается к поверхности вакуумного захвата и фиксируется атмосферным давлением (см. Фиг. 6). Затем устройство отводится от вакуумного захвата 10 в осевом направлении (см. Фиг. 7). Атмосфера, поступающая, через отверстия мембраны-носителя 5 в зазор между разделяемыми поверхностями, облегчает отрыв устройства от композитной структуры 6, закрепленной на вакуумном захвате 10.
При передаче на временную носитель-оправку выгнутая наружу композитная структура 6, закрепленная на мембране-носителе 5, вводится в соприкосновение своей центральной частью с плоской поверхностью носителя-оправки. Далее в рабочий объем устройства подается атмосферное давление. По мере повышения давления в рабочем объеме устройства, происходит последовательное придавливание композитной структуры 6 к носителю-оправке, начиная от центра и переходя к периферии. В результате композитная структура 6 равномерно и в расправленном состоянии, в целости и сохранности прижимается к поверхности носителя-оправки. Фиксация композитной структуры 6 на поверхности носителя-оправки реализуется за счет адгезионных свойств поверхности носителя-оправки. Далее устройство отводится от носителя-оправки в осевом направлении. Атмосфера, поступающая через отверстия мембраны-носителя 5 в зазор между разделяемыми поверхностями, облегчает отрыв устройства от композитной структуры 6, закрепленной на носителе-оправке.
В альтернативном варианте выполнения (см. Фиг. 8) устройства для отделения от подложки композитной структуры на основе полупроводниковой пленки оно функционирует с учетом его конструктивных отличий относительно первого варианта реализации следующим образом.
Для реализации процесса отделения исходную структуру в составе ростовой подложки 7 и жестко связанной с последней композитной структурой 6 с эпитаксиальной полупроводниковой пленкой помещают на предметный столик 8 резервуара, заполненного травителем (см. Фиг. 8, уровень травителя резервуара и сам резервуар не показаны). Устройство погружают в объем травителя с возможностью расположения над его уровнем дренажной трубки 2.
Захват и фиксация композитной структуры 6 с эпитаксиальной полупроводниковой пленкой, расположенной на ростовой подложке 7, с возникновением упругих деформаций в ростовой подложке 7 осуществляется погруженным в травитель устройством и реализуется в два этапа. На первом этапе мембрана-носитель 5, выполненная тонкой, с плоскими параллельно расположенными торцовыми поверхностями, своей рабочей полированной поверхностью вводится в соприкосновение с плоской поверхностью композитной структуры 6. Давление в рабочем объеме устройства и давление окружающей среды равны. Рабочая сторона мембраны-носителя 5 в расслабленном состоянии плоская, как и поверхность композитной структуры 6, жестко связанной посредством жертвенного слоя с ростовой подложкой 7, расположенной на предметном столике 8 (см. Фиг. 8). При их сопряжении образуется относительно небольшой стыковочный зазор, обусловленный отклонениями от плоскостности и шероховатостями соприкасающихся поверхностей. Зазор заполнен травителем. Величина зазора между сопрягаемыми поверхностями не нормируется и определяется их шероховатостями и отклонением от плоскостной геометрической формы. Малость ширины зазора, плоское состояние сопрягаемых поверхностей и жесткость ростовой подложки 7 обеспечивают расправленное состояние композитной структуры 7 при ее фиксации (закреплении). На втором этапе осуществляется закрепление на полированной поверхности мембраны-носителя 5 композитной структуры 6, расположенной на ростовой подложке 7. Стыковка осуществляется с осевым усилием, под действием которого сильфон 4 сжимается, и мембрана-носитель 5 упирается в крышку упора 3, реализованной в виде мембраны с одной плоской торцевой поверхностью, а второй - криволинейной, с толщиной, уменьшающейся в направлении от центра к периферии мембраны, и со сквозными отверстиями, равномерно распределенными по площади мембраны. За счет гибкости сильфона 4 и осевого усилия нивелируется возможное исходное отклонение от параллельности сопрягаемых поверхностей. Затем в рабочем объеме устройства изменяют давление с целью фиксации. Закрепление (присасывание) проводят путем понижения давления в рабочем объеме устройства, сообщающегося со стыковочным зазором посредством массива отверстий в мембране-носителе 5. За счет отверстий в мембране-носителе 5 происходит снижение давления в стыковочном зазоре между композитной структурой 6 и мембраной-носителем 5. Посредством внешнего атмосферного давления через жидкую среду травителя осуществляется равномерный прижим ростовой подложки 7 с жестко связанной с ней композитной структурой 6 к мембране-носителю 5, характеризующейся расположением в ней отверстий с увеличением их плотности от центральной части к периферии. При этом в свою очередь мембрана-носитель 5 прижимается к крышке упора 3, выполняющей функцию изгибания для мембраны-носителя 5 и прикрепленной к ней композитной структуры 6, расположенной на ростовой подложке 7, реализованной в виде мембраны с равномерно расположенными сквозными отверстиями. В итоге происходит упругая деформация и ростовой подложки 7, с которой жестко связана композитная структура 6, и мембраны-носителя 5, за счет чего сильфон 4 сдавливается. Осевая жесткость сильфона 4 пренебрежительно мала по сравнению с жесткостью мембраны-носителя 5. Перепад давлений между окружающей средой, стыковочным зазором и рабочим объемом устройства создает распределенную нормальную силу, придавливающую жестко связанные друг с другом композитную структуру 6 и ростовую подложку 7, мембрану-носитель 5 к крышке упора 3. Поскольку мембрана-носитель 5 опирается своей центральной частью на неподвижный упор 3, а жесткость сильфона 4 много меньше жесткости мембраны-носителя 5, то жестко связанная композитная структура 6 с ростовой подложкой 7 и мембрана-носитель 5 упруго деформируются, приобретая чашеобразную форму с краями, загнутыми в сторону основанию 1. Благодаря выполнению крышки упора 3 в виде мембраны с одной плоской торцевой поверхностью, а второй - криволинейной, с толщиной, уменьшающейся в направлении от центра к периферии мембраны, то есть переменному ее сечению, обеспечивается увеличение значения кривизны изгиба рабочей поверхности мембраны-носителя 5 от центра к периферии.
По мере удаления травлением жертвенного слоя, содержащегося в составе композитной структуры 6 и жестко связывающего последнюю с ростовой подложкой 7, формируется зазор между поверхностями ростовой подложки 7 и освобожденным от связи с ростовой подложкой 7 участком композитной структуры 6 с эпитаксиальной пленкой. Зазор открыт в окружающую среду, поэтому давление в нем оказывается выше, чем давление со стороны рабочего объема устройства. Отделенный от композитной структуры 6 участок ростовой подложки 7 под действием сил упругой деформации стремится распрямиться, а композитная структура 6 с мембраной-носителем 5 под действием давления внешней среды стремится приподняться над ростовой подложкой 7. Совместным действием этих сил обеспечивается раскрытие зазора между разделяемыми объектами. Фиксация отделенной от ростовой подложки 7 композитной структуры 6 на поверхности мембраны-носителя 5 происходит за счет перепада давления между окружающей средой и рабочим объемом устройства. После полного удаления жертвенного слоя ростовая подложка 7 отделяется и остается на предметном столике 8, а композитная структура 6 остается прижатой к поверхности мембраны-носителя 5 давлением окружающей среды. Композитная структура 6 повторяет выпуклую форму мембраны-носителя 5, которая задается кривизной крышки упора 3, выполняющей функцию изгибания за счет ее реализации в виде мембраны с одной плоской торцевой поверхностью, а второй - криволинейной, с толщиной, уменьшающейся в направлении от центра к периферии мембраны, и со сквозными отверстиями, равномерно распределенными по площади мембраны.
При передаче на вакуумный захват технологического оборудования композитная структура 6, закрепленная на мембране-носителе 5, размещается плоскопараллельно над поверхностью вакуумного захвата с минимально возможным зазором в центральной части. Далее осуществляется выравнивание давления между рабочим объемом устройства и окружающей средой, что синхронизируется с откачкой атмосферы из каналов вакуумного захвата технологического оборудования. По мере повышения давления в рабочем объеме устройства мембрана-носитель 5 выпрямляется, прижимая композитную структуру 6 к вакуумному захвату, начиная от центра и переходя к периферии. Освобождаемая композитная структура 6 равномерно прижимается к поверхности вакуумного столика давлением окружающей среды. Размещение в расправленном состоянии композитной структуры на плоском носителе-оправке осуществляется за счет перехода в плоское состояние изогнутой мембраны-носителя 5, при заполнении рабочего объема устройства атмосферой. По мере повышения давления в рабочем объеме устройства происходит последовательное придавливание композитной структуры 6 от ее центра к периферии. В результате композитная структура 6 равномерно прижимается к поверхности вакуумного захвата и фиксируется атмосферным давлением. Затем устройство отводится от вакуумного захвата в осевом направлении. Атмосфера, поступающая, через отверстия мембраны-носителя 5 в зазор между разделяемыми поверхностями, облегчает отрыв устройства от композитной структуры 6, закрепленной на вакуумном захвате.
При передаче на временную носитель-оправку выгнутая наружу композитная структура 6, закрепленная на мембране-носителе 5, вводится в соприкосновение своей центральной частью с плоской поверхностью носителя-оправки. Далее в рабочий объем устройства подается атмосферное давление. По мере повышения давления в рабочем объеме устройства, происходит последовательное придавливание композитной структуры 6 к носителю-оправке, начиная от центра и переходя к периферии. В результате композитная структура 6 равномерно и в расправленном состоянии, в целости и сохранности прижимается к поверхности носителя-оправки. Фиксация композитной структуры 6 на поверхности носителя-оправки реализуется за счет адгезионных свойств поверхности носителя-оправки. Далее устройство отводится от носителя-оправки в осевом направлении. Атмосфера, поступающая через отверстия мембраны-носителя 5 в зазор между разделяемыми поверхностями, облегчает отрыв устройства от композитной структуры 6, закрепленной на носителе-оправке.