RU2683808C1 - Device for separation of composite structure from substrate on basis of semiconductor film (options) - Google Patents
Device for separation of composite structure from substrate on basis of semiconductor film (options) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2683808C1 RU2683808C1 RU2018114612A RU2018114612A RU2683808C1 RU 2683808 C1 RU2683808 C1 RU 2683808C1 RU 2018114612 A RU2018114612 A RU 2018114612A RU 2018114612 A RU2018114612 A RU 2018114612A RU 2683808 C1 RU2683808 C1 RU 2683808C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite structure
- carrier membrane
- membrane
- base
- carrier
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
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 А3В5, характеризующейся большой площадью, переноса ее на вакуумный захват или на временный носитель.The technical solution relates to the manufacturing technology of semiconductor devices, in particular, to devices specifically designed for the manufacture or processing of semiconductor devices, or devices on a solid body, or parts thereof, and can be used to separate from a growth substrate a composite structure made on a solid basis epitaxial film of semiconductor compounds A 3 B 5 , characterized by a large area, transferring it to a vacuum capture or to a temporary carrier.
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.A device is known for separating from a substrate a composite structure based on a semiconductor film (patent US 9381731, 07/05/2016), comprising a mechanism for pulling a tape made with the possibility of packing and fixing the composite structure with an epitaxial semiconductor film rigidly connected by means of a sacrificial layer to the growth substrate and attached to the tape from the side of the composite structure, in addition, containing mechanical means that exert a contact pressing-pressing force with respect to the composite structure By bending the composite structure, which facilitates the etching of the sacrificial layer and separation from the substrate of the composite structure with an epitaxial semiconductor film in the tank filled with the etchant.
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.The closest analogue is a device for separating from a substrate a composite structure based on a semiconductor film (patent US 9522521, 12/20/2016), containing a mandrel with a curved convex surface for mounting and hanging the composite structure with an epitaxial semiconductor film rigidly connected by means of a sacrificial layer to the growth substrate , and attached to the curved surface of the mandrel from the side of the composite structure, in addition, containing mechanical means of bending the composite structure from the stallation of its edges by the application of the composite structure against a pulling force to facilitate etching of the sacrificial layer and the separation from the substrate of the composite structure with an epitaxial semiconductor film in the reservoir being filled etchant.
Приведенными решениями не преодолена техническая проблема деградации качества композитной структуры с эпитаксиальной пленкой полупроводниковых соединений А3В5 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.The above solutions did not overcome the technical problem of degradation of the quality of the composite structure with an epitaxial film of A 3 B 5 semiconductor compounds of large area (with a diameter of 100 mm or more) both in the process of separating it from the growth substrate and in the process of subsequent manipulations, including transfer of the separated composite structure on fixing devices of technological equipment, both in a gas and in a liquid medium, as well as on a temporary carrier.
К недостаткам, препятствующим преодолению приведенной технической проблемы, относится:The disadvantages that prevent overcoming the above technical problems include:
- 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;- the use of mechanical stresses on the detachable composite structure — forces that bend its edges to facilitate the separation of the structure, leading to the appearance of elastic mechanical stresses that cause significant deformation leading to cracking;
- утрата расправленного состояния композитной структурой при ее отделении от оправки и переносе на фиксирующие приспособления технологического оборудования или на временный носитель, коробление;- loss of the expanded state of the composite structure when it is separated from the mandrel and transferred to fixing devices of technological equipment or to a temporary carrier, warpage;
- 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.- the impossibility of preserving the epitaxial film both in the process of separating the composite structure from the growth substrate, and in the subsequent transfer of the composite structure to the fixing devices of the processing equipment or to a temporary carrier.
Причинами недостатков является следующее.The reasons for the shortcomings are as follows.
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.The implementation of separation of thin semiconductor films from growth substrates by the ELO method (epitaxial lift-off) is based on the removal (etching) of the sacrificial layer, through which a thin epitaxial semiconductor film is rigidly bonded to the growth substrate, the thickness of which is several nanometers. The etching process is initiated simultaneously along the entire perimeter of the epitaxial semiconductor film. In this case, a flat capillary gap is formed, the dimensions of which, as etching continues, increase in the radial direction. The gap is filled with a liquid medium - etchant and etching products. The surface tension of the liquid medium arises, attracting the separated portion of the epitaxial film to the substrate and, as a result, narrowing the gap. Narrowing the gap impairs the flow of the mass transfer process between the region of the gap filled with the etchant and the reaction products, and the rest of the volume of the etchant filling the tank. Prevention of narrowing the gap and the deterioration of the process of mass transfer is provided by changing the curvature of the composite structure, bending its separated sections. For this purpose, applying on the surface of an epitaxial film multilayer elastically stressed metal coatings, or mechanical devices, the impact of which on the detachable structure leads to the bending of its sections from the growth substrate with the removal of the sacrificial layer.
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.Before the separation operation, the epitaxial semiconductor film is hardened. Hardening is carried out by metallization, during which a multilayer metal layer with a thickness of several microns or more is obtained. In addition, for the purpose of hardening, a polymer film carrier may be adhered to the epitaxial film. You can use a combination of the two approaches. As a result, not a free epitaxial film is separated from the growth substrate, but a composite structure of the epitaxial film and its reinforcing elements.
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.During metallization, layers of metals are applied in a vacuum to a heated epitaxial film rigidly bonded to a growth substrate. A sequence of metal layers is formed which, upon subsequent cooling, gives rise to thermomechanical bending stresses that tend to tear off the epitaxial film from the substrate. In the final metallization, the thickness of the last layer is increased to a few microns or more by galvanic deposition. As a result, after complete removal of the sacrificial layer, a metal-semiconductor composite structure bent by elastic mechanical stresses is obtained.
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.When using mechanical devices for bending from the growth substrate of the composite structure, it is pressed against the curved (convex) surface of the mandrel, and the mechanical tensioners pull the edges of the composite structure. The curvilinear shape of the surface of the mandrel maintains the required gap for the mass transfer process between the gap region filled with the etchant and the reaction products, and the rest of the volume of the etchant filling the tank, which prevents adhesion of the shared composite structure and the growth substrate.
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.After removing the sacrificial layer, the composite structure is in a bent state, which prevents further work with it. In this regard, it should be fixed on a temporary flat carrier-mandrel, thereby ensuring its flatness during the technological route of forming the topology of the device. After the formation of the topology is completed, the composite structure is transferred to a permanent carrier. The transfer of a composite structure of a large area to the carrier-mandrel and from the carrier-mandrel to a permanent carrier is fraught with the risk of damage to the epitaxial structure and requires special equipment. The composite structure, being in a free state, without mechanical tensioners and adhesives holding it on the mandrel, loses its expanded state - it undergoes warpage. Actions taken to smooth it out lead to cracks.
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 А3В5 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.The proposed device for separating from a substrate a composite structure based on a semiconductor film due to the achieved technical result solves the technical problem of preventing degradation of the quality of the composite structure with an epitaxial film of semiconductor compounds A 3 B 5 of a large area (with a diameter of 100 mm or more) as in the process of separating it from growth substrate, and in the process of subsequent manipulations, including the transfer of the separated composite structure to the fixing devices of the technological Equipment as in gas and in liquid medium, and the temporary carrier.
Достигаемым техническим результатом является:The technical result achieved is:
- 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;- elimination of mechanical stresses on the detachable composite structure — forces bending its edges to facilitate separation of the structure, leading to the appearance of elastic mechanical stresses, causing significant deformation, leading to cracking;
- предотвращение коробления, сохранение расправленного состояния композитной структурой при ее отделении от оправки для переноса на фиксирующие приспособления технологического оборудования или на временный носитель;- prevention of warping, maintaining the expanded state of the composite structure when it is separated from the mandrel for transfer to the fixing devices of the technological equipment or to a temporary carrier;
- 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.- achieving the preservation of the epitaxial film both in the process of separating the composite structure from the growth substrate, and during subsequent transfer of the composite structure to the fixing devices of technological equipment or to a temporary carrier.
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.The technical result is achieved in the first embodiment of the device for separating from the substrate a composite structure based on a semiconductor film containing a mandrel for attaching the composite structure to an epitaxial semiconductor film, rigidly connected by means of the sacrificial layer to the growth substrate, and attached to the mandrel from the side of the composite structure, means for bending the composite structures to facilitate etching of the sacrificial layer and separation from the substrate of a composite structure with epitaxial semiconductor an egg film in a tank filled with an etchant, in which the mandrel is made in the form of a carrier membrane with one flat end surface intended for fastening the composite structure, and the second curvilinear for bending the composite structure, with a thickness decreasing in the direction from the center to the periphery of the membrane carrier, and with through holes, with the diameter of the holes and their distribution over the area of the end surface with an increase in their density from the center to the periphery, together ensuring uniformity of pressure The structure and safety of the composite structure, the bending means are made up of a base, a drainage tube, an abutment, a corrugated bellows, a carrier membrane, and a through hole is formed in the central part of the base, in which a drainage tube is sealed on one side of the base and on the other an abutment consisting of a hollow leg and a convex cover connected to it, an abutment leg is hermetically fixed in the base hole and provided with a through hole in the side, the carrier membrane has a curved surface mounted on the side of the base, relative to which the stop is fixed in the hole, and installed with its central part relative to the stop with a gap eliminated by fixing and bending the composite structure on the carrier membrane, a corrugated bellows sealed to them is located between the carrier membrane and the base with the possibility of forming limited by the base, the bellows and the carrier membrane of the working volume of the device, with the possibility of changing the pressure in it through the holes in the stop and drainage pipes In order to fix the composite structure to the carrier membrane due to the through holes of the carrier membrane and to bend the fixed composite structure and the carrier membrane, the rigidity of the bellows is negligible compared to the rigidity of the carrier membrane.
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.In the device, the base is made in the form of a disk with a round through hole in its central part, the carrier membrane is made round with a diameter equal to the diameter of the base disk, with the indicated diameters the inner diameter of the corrugated bellows is made, which is made of a single-channel, thin-walled, with an outer diameter exceeding the diameters of the base and the carrier membrane with which it is connected.
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.In the device, the hollow leg of the stop is made in the form of a straight circular cylinder, the convex cover is made round in shape, with a convexity of a spherical nature, oriented to the carrier membrane, which is installed with its central part relative to the stop with a gap, namely, with respect to the central part of the convex stop cover.
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.The technical result is achieved in the second embodiment of the device for separating from the substrate a composite structure based on a semiconductor film containing a mandrel for mounting the composite structure with an epitaxial semiconductor film rigidly connected by means of the sacrificial layer to the growth substrate, and attached to the mandrel from the side of the composite structure, means for bending the composite structures to facilitate etching of the sacrificial layer and separation from the substrate of a composite structure with an epitaxial semiconductor with a nickel film in a tank filled with an etchant, in which the mandrel is made in the form of a thin carrier membrane with flat end surfaces, one of which is intended for fastening the composite structure, with through holes, with the diameter of the holes and their distribution over the area of the end surface with an increase in their density from the center to the periphery, in the aggregate ensuring uniformity of pressure and preservation of the composite structure, the bending means are made up of the base, drainage tube, stop, corrugation a bellows, a carrier membrane, a through hole is formed in the central part of the base, in which a drainage tube is sealed on one side of the base, and on the other a stop consisting of a hollow leg and a connected convex cover, which is implemented as a membrane with one a flat end surface facing the base, and the second curved, with a thickness decreasing in the direction from the center to the periphery of the membrane, to specify the bending of the composite structure with a carrier membrane, and with through holes with holes uniformly distributed over the membrane area, which ensures attachment of the carrier membrane with a composite structure, the stop leg is hermetically fixed in the base hole and provided with a through hole in the side, the carrier membrane with an end surface not intended for mounting is oriented to the side of the base relative to which a stop is fixed in the hole to the curved surface of the membrane, in the form of which a convex stop cover is realized, and is mounted with its central part relative to abutment with a clearance eliminated when fixing the composite structure to the carrier membrane, between the carrier membrane and the base there is a corrugated bellows hermetically connected to them with the possibility of forming the working volume of the device limited by the base, bellows and carrier membrane, with the possibility of changing the pressure in it through the hole in the stop and the drainage tube for fixing the composite structure to the carrier membrane through the through holes of the carrier membrane and for subsequent fixing with zgibaniem composite membrane structure and on the lid carrier abutment bellows stiffness is negligible compared with the rigidity of the carrier membrane.
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.In the device, the base is made in the form of a disk with a round through hole in its central part, the carrier membrane is also made in the form of a disk, and the diameter of the base and the diameter of the carrier membrane are equal, with the indicated diameters the inner diameter of the corrugated bellows is made, which is made single-layer, thin-walled, with an outer diameter exceeding the diameters of the base and the carrier membrane with which it is connected, the hollow leg of the stop is made in the form of a straight circular cylinder, a convex cap in the form of a membrane is made to rounded, with a diameter equal to the diameter of the base and the diameter of the carrier membrane, the carrier membrane is installed with its central part relative to the stop with a gap, namely, with respect to the central part of the convex cover of the stop, the curved surface of the membrane.
Суть технического решения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами.The essence of the technical solution is illustrated by the following description and the attached figures.
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.In FIG. 1 schematically shows a device for separating a composite structure based on a semiconductor film from a substrate when it is placed in a tank (a tank is not shown) filled with an etchant in its initial position, at a pressure in the working volume of the device equal to atmospheric, with a location under the device on the tank stage composite structure rigidly connected with the growth substrate, where: 1 - base, 2 - drainage tube; 3 - emphasis; 4 - bellows; 5 - carrier membrane; 6 - composite structure; 7 - growth substrate; 8 - a subject little table; 9 - level of the tank etcher.
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.In FIG. 2 schematically shows a device for separating from a substrate a composite structure based on a semiconductor film when placing it in a tank (tank not shown) with an etchant, brought into contact with a composite structure rigidly connected to the growth substrate, at a pressure in the working volume of the device equal to atmospheric, and with the selected gap between the carrier membrane and the stop, where: 1 - base, 2 - drainage tube; 3 - emphasis; 4 - bellows; 5 - carrier membrane; 6 - composite structure; 7 - growth substrate; 8 - a subject little table; 9 - level of the tank etcher.
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.In FIG. Figure 3 schematically shows a device for separating from a substrate a composite structure based on a semiconductor film when placing it in a tank (tank not shown) with an etchant, under reduced pressure in the working volume of the device and when bending of the composite structure and rigidly connected growth substrate is achieved, where: 1 - base, 2 - drainage tube; 3 - emphasis; 4 - bellows; 5 - carrier membrane; 6 - composite structure; 7 - growth substrate; 8-subject table; 9 - level of the tank etcher.
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.In FIG. Figure 4 schematically shows a device for separating a composite structure based on a semiconductor film from a substrate when placing it in a tank (the tank is not shown) with an etchant at the stage of removal of the sacrificial layer and separating the composite structure from the growth substrate, which is pressed in the expanded state under the influence of environmental pressure to the surface of the carrier membrane, while the carrier membrane and the composite structure are elastically deformed, and a reduced d phenomenon, where: 1 - base, 2 - drainage tube; 3 - emphasis; 4 - bellows; 5 - carrier membrane; 6 - composite structure; 7 - growth substrate; 8 - a subject little table; 9 - level of the tank etcher.
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.In FIG. Figure 5 schematically shows, under normal atmospheric conditions, a device for separating a composite structure based on a semiconductor film from a substrate in a ready state for transferring a composite structure separated from the growth substrate for vacuum capture, with a composite structure pressed by atmospheric pressure to the surface of the carrier membrane and inserted into mechanical contact with the surface of the vacuum capture, while maintaining in the working volume of the device low pressure, where: 1 - base, 2 - drainage tube; 3 - emphasis; 4 - bellows; 5 - carrier membrane; 6 - composite structure; 10 - vacuum capture.
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.In FIG. Figure 6 schematically shows a device for separating a composite structure based on a semiconductor film from the substrate at the time of transfer to the vacuum capture of a composite structure separated from the growth substrate, which is pressed in the expanded state by the carrier membrane to the surface of the vacuum capture, at a pressure in the working volume of the device equal to atmospheric , and the pressure in the vacuum capture volume, reduced to a value corresponding to the working pressure, where: 1 - base, 2 - drainage tube; 3 - emphasis; 4 - bellows; 5 - carrier membrane; 6 - composite structure; 10 - vacuum capture.
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.In FIG. 7 schematically shows a device for separating from a substrate a composite structure based on a semiconductor film after the transfer to vacuum capture of a composite structure separated from the growth substrate, which is pressed due to atmospheric pressure to the surface of the vacuum capture, at a pressure in the working volume of the device equal to atmospheric, and pressure in the volume of vacuum capture, reduced to a value corresponding to the working pressure, where: 1 - base, 2 - drainage tube; 3 - emphasis; 4 - bellows; 5 - carrier membrane; 6 composite structure; 10 - vacuum capture.
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.In FIG. Figure 8 schematically shows an embodiment of a device for separating from a substrate a composite structure based on a semiconductor film with a flat thin-walled carrier membrane and an abutment with a lid in the form of a membrane with an end convex surface when a composite structure rigidly connected to the growth substrate is located under the device on the stage table, where: 1 - base, 2 - drainage tube; 3 - emphasis; 4 - bellows; 5 - carrier membrane; 6 composite structure; 7 - growth substrate; 8 - subject table.
На Фиг. 9 представлены координационные окружности с параметрами: D0=100 мм, Δ=5 мм, δ=0,5 мм, k=12.In FIG. Figure 9 shows coordination circles with parameters: D 0 = 100 mm, Δ = 5 mm, δ = 0.5 mm, 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.The achievement of the technical result is ensured by the fact that, in contrast to the known technical solutions, which also use a mandrel (support) when separating the composite structure from the growth substrate of variable curvature to achieve the expanded state of the composite structure and maintaining the necessary clearance between the growth substrate and the separated sections of the composite structure, in the proposed solution, for this purpose, the action of environmental pressure is used, fixed by suction (due to reduced pressure at the joints face-to-face gap between the composite structure and the mandrel) the composite structure in the expanded state on the mandrel of variable curvature (
Новизна предлагаемого обоими вариантами реализации устройства заключается в конструкции и взаимном расположении деталей устройства.The novelty of the device proposed by both variants lies in the design and relative position of the device parts.
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.In one embodiment, the device (see Fig. 1-7) has the following differences. The mandrel is made in the form of a
В другом варианте выполнения отличия устройства (см. Фиг. 8) заключаются в следующем.In another embodiment, the differences of the device (see Fig. 8) are as follows.
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.The mandrel is made in the form of a
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.The above features of the constructive implementation of the proposed device provides novelty in the kinematics and dynamics of the interaction of the device parts with each other, with the
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.The uniqueness of the proposed device lies in the use of environmental pressure for fixing the
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.In contrast to the known technical solutions, the proposed device allows to fix the composite structure in the expanded state without the use of adhesives and mechanical tensioners. This is achieved by using the distributed load created by environmental pressure. This approach provides a more uniform and gentle fixing effect on the composite structure.
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.The required gap between the shared
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.To detach the
Таким образом, вышеописанный подход к управлению кривизной и фиксацией/расфиксацией композитной структуры в расправленном состоянии обеспечивает достижение указанного технического результата.Thus, the above-described approach to controlling the curvature and fixing / unlocking of the composite structure in the expanded state ensures the achievement of the specified technical result.
Предлагаемое устройство для отделения от подложки композитной структуры на основе полупроводниковой пленки реализовано двумя вариантами.The proposed device for separating from the substrate a composite structure based on a semiconductor film is implemented in two versions.
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.According to a first embodiment, the device includes functional units: a mandrel for attaching a composite structure with an epitaxial semiconductor film rigidly connected by means of a sacrificial layer to a growth substrate and attached to the mandrel from the side of the composite structure; means for bending the composite structure to facilitate etching of the sacrificial layer and separating from the substrate a composite structure with an epitaxial semiconductor film in the tank filled with the etchant.
Указанные функциональные узлы реализованы посредством следующих элементов: основания 1, дренажной трубки 2, упора 3, гофрированного сильфона 4, мембраны-носителя 5 (см. Фиг. 1-7).These functional units are implemented by the following elements:
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.The mandrel is made in the form of a
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.The diameter of the through holes that are provided with the
Отверстия в мембране-носителе 5 распределены равномерно по координационным окружностям (см. Фиг. 9) с диаметрами Di. Диаметр координационных окружностей рассчитывается по формуле:The holes in the
D0 - диаметр ростовой подложки (композитной структуры), мм;D 0 is the diameter of the growth substrate (composite structure), mm;
Δ - базовый шаг уменьшения диаметра координационной окружности с ростом i, мм;Δ is the basic step of reducing the diameter of the coordination circle with increasing i, mm;
δ - фактор уменьшения шага диаметров координационных окружностей с ростом i, мм;δ is the factor of decreasing the pitch of the diameters of the coordination circles with increasing i, mm;
n - количество отверстий, расположенных на i-той координационной окружности.n is the number of holes located on the i-th coordination circle.
Количество координационных окружностей равно k. Порядковый номер координационных окружностей i является целым числом и меняется от 1 до k с шагом 1.The number of coordination circles is k. The sequence number of the coordination circles i is an integer and varies from 1 to k in increments of 1.
Число координационных окружностей к не должно иметь значения, при которых Di 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.The number of coordination circles k should not have a value at which D i is less than zero. The basic step of decreasing the diameter of the coordination circle with increasing i can vary from 2 to 5 mm. The factor of decreasing the pitch of the diameters of the coordination circles with increasing i can take values from 0 to 1 mm. Parameters D and 8 are subject to optimization and are selected empirically.
Количество отверстий ni, расположенных на каждой координационной окружности, рассчитывается по формуле:The number of holes n i located on each coordination circle is calculated by the formula:
ceil(x) - функция, возвращающая целую часть числа, с округлением в большую сторону;ceil (x) - a function that returns the integer part of a number, with rounding up;
ti - номинальный шаг между отверстиями по периметру окружности, мм.t i is the nominal pitch between the holes along the perimeter of the circle, mm.
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.The value of the nominal step between the holes along the perimeter of the circle is the subject of optimization, can take values from 1 to 5, and be both a constant and a function of i.
Стартовыми значениями для оптимизации (определения плотности распределения по поверхности мембраны-носителя 5 отверстий исходя из условия достижения равномерности прижимающего усилия) Di и ni являются: D0=100 мм; Δ=5 мм; δ=0,5 мм; k=12; ti=2,5 мм.Starting values for optimization (determining the distribution density over the surface of the carrier membrane of 5 holes based on the condition of achieving uniformity of the pressing force) D i and n i are: D 0 = 100 mm; Δ = 5 mm; δ = 0.5 mm; k is 12; t i = 2.5 mm.
Плотность распределения по поверхности мембраны-носителя 5 отверстий составляет около 9 отверстий в центре, увеличиваясь к периферии, достигает до 120 отверстий на периферийной окружности.The distribution density over the surface of the carrier membrane of 5 holes is about 9 holes in the center, increasing to the periphery, reaches up to 120 holes on the peripheral circle.
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.The thickness of the carrier membrane 5 (see Fig. 1-7) with a variable cross-section can be on the edge from 0.05 mm to 0.1 mm, including the indicated values, and in the central part up to 0.2 mm to 0.7 mm, including the indicated values.
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.The amount of deflection - the distance between parallel planes, in one of which the edges of the curved surface are located, and in the other - its center - can be equal to from 0.1 to 1 mm, inclusive. The corresponding bend radius of curvature of the deflection value of 0.1 mm is about 25000.1 mm, and the deflection value of 1 mm is 2501 mm.
В качестве материалов могут быть использованы медь (Cu), или золото (Au), или хром (Cr), или фторопласт (C2F4)n, или полипропилен (С3Н6)n, а также и другие материалы, проявляющие стойкость к действию фтороводородной кислоты (HF).As materials, copper (Cu), or gold (Au), or chromium (Cr), or fluoroplastic (C 2 F 4 ) n , or polypropylene (C 3 H 6 ) n , as well as other materials exhibiting resistance to hydrofluoric acid (HF).
Средства изгибания выполнены в составе основания 1, дренажной трубки 2, упора 3, гофрированного сильфона 4, мембраны-носителя 5.The bending means are made up of a
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.A through hole is formed in the central part of the
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.The
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 10-1 до 10-3 Торр. Жесткость сильфона 4 должна быть, по крайней мере, в 3-4 раза ниже жесткости мембраны-носителя 5.Changing the pressure in the working volume with achieving a vacuum in it is a prerequisite for deformation of the
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.In the round opening of the
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.The thin-walled corrugated bellows 4, in the particular case of single-groove implementation, is hermetically connected to the
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.The gap between the
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.The working volume formed by the
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.The presence of the
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.The structural elements of the device are made of materials with long-term resistance to mixtures of hydrofluoric acid and acetone (or isopropyl alcohol) at a temperature of 60 ° C. The materials used should allow reliable and tight connection of parts with each other. As materials can be used: copper, gold, chromium, fluoroplastic, polypropylene, as well as other materials.
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.The structural elements of the device for separating from the substrate a composite structure based on a semiconductor film have axial symmetry. For their manufacture, you can use standard methods of dimensional and volumetric processing of materials. The
Отверстия в мембране-носителе 5 целесообразно формировать с помощью лазерного излучения.The holes in the
Конструктивные элементы между собой могут соединяться либо с использованием клея, либо с помощью лазерной сварки в защитной атмосфере.Structural elements can be interconnected either using glue or using laser welding in a protective atmosphere.
Для обеспечения разряжения в рабочем объеме устройства можно использовать средства откачки агрессивных сред с сепарацией жидкой фазы.To ensure a vacuum in the working volume of the device, you can use the means of pumping aggressive media with the separation of the liquid phase.
Перечислим функции конструктивных элементов вакуумного устройства для отделения от подложки композитной структуры на основе полупроводниковой пленки.We list the functions of the structural elements of a vacuum device for separating a composite structure based on a semiconductor film from a substrate.
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.The
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.The
Упор 3 ограничивает осевое перемещение центральной части мембраны-носителя 5 под действием распределенной нормальной нагрузки, создавая предпосылки для придания мембране-носителю требуемой изогнутой формы.The
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.The
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.The
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.According to a second embodiment, a device for separating a composite structure based on a semiconductor film from the substrate includes the same functional units: a mandrel for attaching the composite structure to an epitaxial semiconductor film rigidly connected by means of the sacrificial layer to the growth substrate and attached to the mandrel from the side of the composite structure; means for bending the composite structure to facilitate etching of the sacrificial layer and separating from the substrate a composite structure with an epitaxial semiconductor film in the tank filled with the etchant.
Указанные функциональные узлы реализованы также посредством элементов: основания 1, дренажной трубки 2, упора 3, гофрированного сильфона 4, мембраны-носителя 5 (см. Фиг. 8).These functional units are also implemented by means of elements:
Отличия данного варианта выполнения устройства заключаются в отличиях выполнения упора 3 и мембраны-носителя 5.The differences of this embodiment of the device are the differences in the implementation of the
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 (C2F4)n, или полипропилен (С3Н6)n, 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.The
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-2.The
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.The amount of deflection of the
Остальные перечисленные элементы для реализации указанных функциональных узлов второго варианта выполнения устройства в конструктивном и функциональном отношениях не претерпели изменений.The remaining elements listed for the implementation of these functional units of the second embodiment of the device in a constructive and functional relationship have not changed.
Предлагаемое устройство для отделения от подложки композитной структуры на основе полупроводниковой пленки функционирует следующим образом.The proposed device for separating from the substrate a composite structure based on a semiconductor film operates as follows.
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.The main functions of the proposed device are: capture and retention of the composite structure in a straightened state; providing the required gap between the growth substrate and the separated sections of the epitaxial film in the process of removing the sacrificial layer and releasing the composite structure with the epitaxial film from communication with the growth substrate; in the expanded state, the composite structure separated from the growth substrate is transferred to a temporary processing medium or vacuum fixing devices of the processing equipment.
В случае выполнения устройства по первому варианту (см. Фиг. 1-4), оно функционирует следующим образом.In the case of execution of the device according to the first embodiment (see Fig. 1-4), it operates as follows.
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.To implement the separation process, the initial structure consisting of a
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.The capture and fixation of the
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.As the sacrificial layer contained in the
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.When transferring the technological equipment to the
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.When transferred to a temporary carrier-mandrel, a
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.In an alternative embodiment (see Fig. 8) of a device for separating a composite structure based on a semiconductor film from a substrate, it operates taking into account its structural differences with respect to the first embodiment as follows.
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.To implement the separation process, the initial structure consisting of a
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.The capture and fixation of the
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.As the sacrificial layer contained in the
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.When transferring to the vacuum capture of technological equipment, the
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.When transferred to a temporary carrier-mandrel, a
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018114612A RU2683808C1 (en) | 2018-04-19 | 2018-04-19 | Device for separation of composite structure from substrate on basis of semiconductor film (options) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018114612A RU2683808C1 (en) | 2018-04-19 | 2018-04-19 | Device for separation of composite structure from substrate on basis of semiconductor film (options) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2683808C1 true RU2683808C1 (en) | 2019-04-02 |
Family
ID=66089844
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018114612A RU2683808C1 (en) | 2018-04-19 | 2018-04-19 | Device for separation of composite structure from substrate on basis of semiconductor film (options) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2683808C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021121769A1 (en) * | 2019-12-20 | 2021-06-24 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. | Release element and method for releasing a semiconductor layer from a substrate |
| RU2767034C2 (en) * | 2020-07-29 | 2022-03-16 | Акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (АО "ОНИИП") | Method for producing self-sustained thin films |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4826553A (en) * | 1987-06-18 | 1989-05-02 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Method for replicating an optical element |
| EP0989593A2 (en) * | 1998-09-25 | 2000-03-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Substrate separating apparatus and method, and substrate manufacturing method |
| RU61716U1 (en) * | 2006-10-31 | 2007-03-10 | Закрытое акционерное общество "Научное и техническое оборудование" | GROWTH VACUUM CAMERA MANIPULATOR FOR GROWING SEMICONDUCTOR HETEROSTRUCTURES |
| US20080076253A1 (en) * | 2004-09-30 | 2008-03-27 | Hiroshi Fukada | Adhesive Sheet,Semiconductor Device,and Process for Producing Semiconductor Device |
| US9522521B2 (en) * | 2012-04-23 | 2016-12-20 | Nanyang Technological University | Apparatus and method for separating a stacked arrangement |
-
2018
- 2018-04-19 RU RU2018114612A patent/RU2683808C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4826553A (en) * | 1987-06-18 | 1989-05-02 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Method for replicating an optical element |
| EP0989593A2 (en) * | 1998-09-25 | 2000-03-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Substrate separating apparatus and method, and substrate manufacturing method |
| US20080076253A1 (en) * | 2004-09-30 | 2008-03-27 | Hiroshi Fukada | Adhesive Sheet,Semiconductor Device,and Process for Producing Semiconductor Device |
| RU61716U1 (en) * | 2006-10-31 | 2007-03-10 | Закрытое акционерное общество "Научное и техническое оборудование" | GROWTH VACUUM CAMERA MANIPULATOR FOR GROWING SEMICONDUCTOR HETEROSTRUCTURES |
| US9522521B2 (en) * | 2012-04-23 | 2016-12-20 | Nanyang Technological University | Apparatus and method for separating a stacked arrangement |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021121769A1 (en) * | 2019-12-20 | 2021-06-24 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. | Release element and method for releasing a semiconductor layer from a substrate |
| RU2767034C2 (en) * | 2020-07-29 | 2022-03-16 | Акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (АО "ОНИИП") | Method for producing self-sustained thin films |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9679814B2 (en) | Epitaxial lift off stack having a pre-curved handle and methods thereof | |
| RU2683808C1 (en) | Device for separation of composite structure from substrate on basis of semiconductor film (options) | |
| US9457552B2 (en) | Method for detaching a product substrate off a carrier substrate | |
| JP5528509B2 (en) | Handling apparatus and handling method for wafer | |
| JP6140194B2 (en) | Method for temporarily bonding a product substrate to a carrier substrate | |
| US8465619B2 (en) | Semiconductor die collet | |
| US20080078496A1 (en) | Masking of and material constraint for depositing battery layers on flexible substrates | |
| CN110545990A (en) | method for manufacturing optical article | |
| JP4840333B2 (en) | Tape sticking device and tape sticking method | |
| US10395954B2 (en) | Method and device for coating a product substrate | |
| JP6756855B2 (en) | Containment device for transporting structured substrates | |
| KR102533404B1 (en) | Manufacturing method and manufacturing apparatus for deposition mask | |
| AU2007266831A1 (en) | A bonding tool and method | |
| JP2002150629A (en) | Method for manufacturing optical information recording medium, apparatus for manufacturing optical information recording medium, and optical information recording medium |