KR102125439B1

KR102125439B1 - 솔리드 스테이트에서 평탄한 개질을 생성하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102125439B1
Application number: KR1020187022290A
Authority: KR
Inventors: 랄프 리스케; 크리스티안 바이엘; 크리스토 귄터; 얀 리히터; 마르코 스보보다
Original assignee: 실텍트라 게엠베하
Priority date: 2016-01-05
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2020-06-22
Also published as: CA3010394A1; EP3400110A1; US20210299910A1; US11059202B2; KR20180100063A; CN108472766B; CN108472766A; MX2018009285A; BR112018013599A2; JP2019500220A; JP7271501B2; JP6818755B2; SG11201805682WA; ZA201804352B; MY191384A; EP3400110B1; JP2021061435A; US20190366586A1; WO2017118533A1; DE102016000051A1

Abstract

본 발명은 솔리드 스테이트 내에 개질을 생성하는 방법에 관한 것이며, 솔리드 스테이트 본체로부터 솔리드 스테이트 부분 특히 솔리드 스테이트 층을 분리하기 위해 균열을 가이드하는 균열 가이드 영역은 개질에 의해 미리 결정된다. 본 방법은 바람직하게는 적어도:
레이저 처리 시스템에 대해 솔리드 스테이트를 이동시키는 단계, 그 다음 적어도 하나의 개질을 생성하기 위해 레이저 처리 시스템에 의해 복수의 레이저 빔을 연속적으로 생성하는 단계를 포함하며, 상기 레이저 처리 시스템은 복수의 파라미터 특히 적어도 2개의 파라미터의 함수로서 레이저 빔들의 정의된 집속을 위해 연속적으로 조정된다.

Description

솔리드 스테이트에서 평탄한 개질을 생성하는 방법 및 장치

본 발명은 솔리드 스테이트 디스크(solid-state disk)의 제조, 즉 웨이퍼의 제조의 분야에 관한 것이다.

청구항 제1항에 따르면, 본 발명은 솔리드 스테이트 내에 개질(modification)을 생성하는 방법에 관한 것이며, 청구항 제10항에 따르면, 본 발명은 솔리드 스테이트 내에 개질을 생성하는 장치에 관한 것이다.

냉간 분할 방법(cold split method)(WO2010072675 참조)은 잉곳, 즉 부울(boule)(제조 방법에 따른 반도체 잉곳 - 기상으로부터의 용융물 또는 증착물로부터 인발함)들로부터 반도체 디스크(웨이퍼)들을 절단하는 신규 방법이다. 냉간 분할 방법에서, 레이저-손상 층은 반도체 잉곳의 전방 면을 통해 필요한 깊이에서 의도된 파괴점으로서 적용된다. 양호한 접착을 가지는 독점적인 중합체 필름이 적용되고 급격하게 냉각된다. 열팽창 계수에서 큰 차이에 의해 유발되는 기계적 응력 때문에 분리에 의해 반도체 웨이퍼가 잉곳 또는 부울로부터 형성된다.

이것은 내경 톱(inner diameter saw) 또는 가이드 와이어(다이아몬드 팁 또는 연삭 현탁액/슬러리)를 사용하는 웨이퍼의 전통적인 절단의 대안이다. 이러한 방법들은 웨이퍼가 슬라이싱되는 동안 와이어의 이탈로 인하여 두께에서의 변동을 초래한다. 이러한 두께 변동의 결과로서, 웨이퍼는 돌출(bulging) 및 굽힘을 보인다. 이러한 웨이퍼들의 추가적인 가공자들로서 반도체 제조업체들은 평탄도(planarity)에서 이러한 편차를 일정 범위까지만 수용했다. 이러한 이유 때문에, 분할된 후에, 반도체 웨이퍼들은 일련의 표면 처리들이 이루어져야만 한다. 이것들은 에칭, 래핑(lapping), 및 화학기계적 폴리싱 단계들에 의해 평탄도, 평행도(parallelism), 및 조도(roughness)를 조정하는 것에 의해 행해진다.

표면 특성에서의 편차는 냉간 분할 방법에서도 일어날 수 있다. 이러한 편차는 냉간 분할 방법을 뒤따르는 평탄화 및 폴리싱 단계들에 의해 웨이퍼뿐만 아니라 잉곳으로부터 제거될 수 있다.

웨이퍼의 경우, 평탄 분할은 평탄화 슬라이싱에서 더욱 적은 비축(reserve)을 의미하며, 이것은 전통적인 웨이퍼 제조 방법과 비교하여 냉간 분할 방법의 전체적인 재료 효율을 더욱 증가시킨다. 전체 재료 효율은 사용된 웨이퍼 두께의 비율, 즉 반도체 잉곳의 초기 두께(잉곳 또는 부울, 예를 들어, 25,000 ㎛)에 대해 최종 치수(예를 들어, 350 ㎛ 두께의 23개의 웨이퍼 = 유효 두께 8050 ㎛)를 가지는 무결함 웨이퍼의 수에 의해 주어진다. 평탄 레이저 개질된 냉간 분할 공정(planar laser-modified cold split process)을 사용하는 이러한 예에서, 웨이퍼 수율은 전통적인 웨이퍼 제조의 경우 < 40%인 것에 비해 84%까지 증가될 수 있다.

평탄도는 다음의 레이저 작업 전에 나머지 반도체 잉곳에서 복구되어야만 하는데, 그렇지 않으면 편차가 나머지 공정 내내 전파되어 한층 증가될 수 있기 때문이다. 이러한 증가는 광학적으로 매우 높은 굴절률을 가지는 재료(예를 들어, Si: n = 3.6; SiC: n = 2.6)에서 상이한 광학 경로 길이로 인해 일어난다. 그러므로 레이저 헤드로부터 표면까지의 거리가 변동하면, 레이저 빔은 초점까지 상이한 굴절률 및 상이한 경로 길이를 가진 상이한 광학 경로들을 통과할 것이다. 따라서 표면까지의 거리에서 1 ㎛의 오차는 재료 내에서 n-배 오차를 유발한다.

레이저 평면의 매우 높은 평탄도를 달성하기 위해, ㎛ 범위의 편차가 웨이퍼의 길이에 걸쳐서 허용되지만, 자동 초점만으로 제한된 정도까지만 달성될 수 있는 기계적 웨지 보상(mechanical wedge compensation)으로 이러한 편차를 달성하는 것은 어렵다.

예를 들어, 원격 조명(distance lighting)(근접 포토리소그래피)으로 작업하는 자동 마스크 노광 시스템에서, ㎛ 범위의 기계적 웨지 보상은 최첨단 기술이다. 그러나 여기서는, 샘플이 처리 렌즈에 대해 매우 동적인 방식으로 움직이지 않기 때문에, 극히 평탄한 마스크 및 기판만이 정적으로 보상된다. 오직 정적 응용만이 기계적 웨지 보상을 사용하여 실시될 수 있으며, 오직 보정 평면들(2축 기울기(biaxial tilting))만이 보상될 수 있다.

전통적인 자동 초점은 처리 렌즈로부터 표면까지 일정한 거리를 유지한다. 이러한 방식으로, ㎛ 범위로 표면들의 레이저 미세처리를 추적하는 것을 유지하는 것이 가능하다. 표면 처리에서, 레이저는 당연히 초점까지 매체(통상적으로 공기)를 통해서만 진행한다. 전통적인 자동 초점은 표면 프로파일의 추적만이 가능하다는 단점을 가진다. 또한, 프로파일은 기판 굴절률의 인수(factor)만큼 확대되고, 최종적으로 평탄화가 불가능하다.

또한, 기계적 웨지 보상 및 전통적인 자동 초점에 추가하여, 또 다른 공지된 방법은 레이저 조사 전에 다광자 흡수(multiphoton absorption) 및 평탄화를 구비하는 3D 포토리소그래피이다.

다광자 흡수에 의한 3D 포토리소그래피 방법은, 주변 재료가 개질되지 않고 있는 동안 초점이 처리 체적(processing volume)에서 조작되기 때문에, 체적 내 레이저 개질과 매우 유사하다. 이러한 처리는 액체 포토레지스트를 가지고 작업하므로, 평탄하고 매끄러운 표면을 산출한다(표면 장력, 수분 균형 원리). 여기에서 렌즈는 레지스트에서 직접 조작되고(침지), 그러므로 다른 매체에서 어떠한 퍼짐도 겪지 않는다. 이 방법은, 균질 매체만을 가지며/인터페이스를 구비하지 않는 시스템이 이용 가능하기 때문에 유리하지 않다.

또한, 거의 모든 품질의 평탄도 및 조도를 생성할 수 있는 평탄화 및 폴리싱 방법이 있다. 그러나 장비 복잡성 및 이와 관련된 처리 비용이 크게 변동한다. 이 방법은, 처리 비용의 증가를 초래하는 낮은 수율 또는 전반적인 재료 효율을 달성하기 위하여 재료의 추가 비축이 요구되기 때문에, 불리하다. 또한, 어쨌든 여전히 배치 오차가 보정될 수 있기 때문에 자동 초점이라는 면에서 절감이 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 특히 6 인치보다 큰 지름을 가지는 큰 솔리드 스테이트의 경우에도 솔리드 스테이트의 내부에서 개질의 매우 정확한 생성을 허용하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 균열 전파에 의해 솔리드 스테이트로부터 제거된 솔리드 스테이트 구성 요소들 및/또는 층들로 인해 바람직하게는 재작업에 있어서, 즉 솔리드 스테이트의 표면으로부터 일정 거리에서 노력이 감소한다.

상기 목적은 청구항 제1항에 따른 방법에 의해 본 발명에 따라서 달성된다. 본 발명에 따른 방법은 솔리드 스테이트에서 개질을 생성하는 역할을 하며, 솔리드 스테이트 구성 요소의 분리, 특히 솔리드 스테이트로부터 솔리드 스테이트 층의 분리를 위해 균열을 가이드하는 균열 가이드 영역은 개질에 의해 미리 결정되는데, 이 균열 가이드 영역은 개질을 포함하고 이 개질에 의해 균열 가이드 영역에서 균열이 발생된다. 본 발명에 따른 방법은 적어도 다음 단계를 포함하는 것이 바람직하다: 레이저 처리 시스템에 대해 솔리드 스테이트를 이동시키는 단계, 그런 다음 솔리드 스테이트 내에서 적어도 하나의 개질을 생성하기 위해 레이저 처리 시스템에 의한 복수의 레이저 빔의 생성 및/또는 연속 방출 단계, 레이저 처리 시스템(8)은 레이저 빔의 정의된 집속(defined focusing)을 위해 및/또는 레이저 에너지의 적응을 위해 적어도 하나의 파라미터의 함수로서, 바람직하게는 복수의 파라미터, 특히 적어도 2개의 파라미터의 함수로서 연속적으로 조정된다.

이러한 접근법은 재료 내의 초점이 표면을 직접 추적하지 않고 대신 보정이 제공되는 방법을 제공하기 때문에 유리하다. 이러한 편차가 실시간으로 검출되면, 보정 계수들을 이용한 간단한 준비가 수행될 수 있다. 여기에서 보정 계수들을 바람직하게는 레이저 처리 시스템을 조정하도록 사용되는 파라미터들에 대응한다.

재료 내에서 초점 위치는 또한 굴절률과 처리 깊이의 함수이다(이미징 오류들은 재료에 의존한다).

본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 실시간 시스템으로서 초점 추적을 위한 신규의 제어 방법으로서 또한 이해될 수 있다.

레이저 처리 시스템의 조정은 바람직하게는 특히 반도체 잉곳에서의 배치 오류(기계 홀더에 대한 기울기) 및/또는 평탄도 오류로 인한 기판 기울기를 차별화하기 위하여 제어 시스템에 의해 실행되는 알고리즘에 의해 일어난다.

본 발명의 범위 내에서, 개질은 솔리드 스테이트의 격자 구조에서의 변화로 이해된다. 특히, 격자 구조에서의 변화는 다광자 여기(multiphoton excitation)로 인해 일어난다.

본 발명의 추가의 바람직한 실시예는 종속항 및/또는 독립항 및/또는 다음의 설명 부분의 요지이다:

본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 제1 파라미터는 솔리드 스테이트의 재료의 평균 굴절률이거나 또는 솔리드 스테이트의 재료의 굴절률은 정의된 개질을 생성하도록 레이저 빔들이 횡단하는 솔리드 스테이트의 영역에 있으며, 제2 파라미터는 정의된 개질을 생성하도록 레이저 빔들이 횡단하는 솔리드 스테이트의 영역에서의 처리 깊이이다. 이러한 실시예는 처리 깊이 및 굴절률이 이에 의해 생성되는 초점의 정밀도에서 상당한 영향을 미치는 파라미터들이기 때문에 유리하다.

또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 추가적 또는 대안적인 파라미터는 바람직하게는 후방 산란광(바람직하게는 라만(Raman) 산란)의 분석에 의해 결정되는 솔리드 스테이트 재료의 도핑 정도(degree of doping)이고, 후방 산란광이 후방 산란을 기동하기 위해 정의된 입사광과 다른 파장 또는 다른 파장 범위를 가져서, 라만 계측기는 장치의 구성 요소이며, 도핑 정도가 라만 계측기에 의해 결정되어서, 이러한 파라미터들의 하나 이상 또는 전부는 바람직하게는 공유된 검출 헤드에 의해, 특히 동시에 검출된다. 라만 분광법은 바람직하게는 유리, 사파이어 및 산화 알루미늄 세라믹에서 또한 사용된다. 라만 방법은 재료의 깊이에서의 측정을 수행하지만 한쪽 측면으로부터만 측정을 수행하고 높은 투과율을 요구하지 않으며 라만 스펙트럼의 맞춤(fit)에 의해 레이저 파라미터와 상관될 수 있는 전하 캐리어 밀도/도핑을 출력을 하기 때문에 유리하다.

제1 파라미터는 굴절률 결정 수단에 의해, 특히 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 분광 반사에 의해 결정되며, 및/또는 제2 파라미터는 지형도(topography) 결정 수단에 의해, 특히 공초점 색채 거리 센서(confocal-chromatic distance sensor)에 의해 결정된다.

파라미터들, 특히 제1 파라미터 및 제2 파라미터 상의 데이터는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 데이터 메모리 장치에 제공되고, 적어도 개질의 생성 전에 제어 시스템으로 전송되며, 제어 시스템은 생성될 개질의 각각의 위치의 함수로서 레이저 처리 시스템을 조정한다. 특히, 반도체 잉곳에 걸친 굴절률의 변동은 항상 실시간 제어 목적을 위해 고도로 분석되거나 또는 신속하게 검출되지 않는다. 그러므로, 선행 지식과 함께 집중 지도가 요구된다. 선행 지식은 여기에서 개질의 처리 및/또는 생성 전에 검출 및/또는 결정 및/또는 생성된 파라미터들에 관한 데이터로 나타난다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라서, 레이저 처리 시스템을 조정하는 제어 시스템은 또한 거리 파라미터를 산출하도록 거리 데이터를 처리하며, 거리 파라미터는, 레이저 빔들이 레이저 처리 시스템에 대하여 개질의 생성 시점에 솔리드 스테이트에서의 각각의 개질을 생성하기 위하여 시작될 수 있는 각각의 위치의 거리를 나타내며, 거리 데이터는 센서 장치에 의해 검출된다. 이러한 실시예는 거리 센서 및 조정 가능한 보정 계수들에 의한 신속한 실시간 제어가 보정 계수들의 위치-의존 제어에 의해 보완될 수 있기 때문에 유리하다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 레이저 처리 시스템은 센서 수단, 특히 굴절률 결정 수단 및 지형도 결정 수단에 의해 개질의 생성 동안 제1 파라미터 및 제2 파라미터의 결정의 함수로서 조정된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 솔리드 스테이트는 수용 장치 상에 배열되고, 수용 장치는 X/Y 방향으로 이동되거나 또는 회전축을 중심으로 회전될 수 있어서, 수용 장치의 회전 속도는, 레이저 빔이 회전축으로부터 솔리드 스테이트 내로 침투할 수 있는 위치의 거리의 함수로서 구동 장치에 의해 변할 수 있으며, 바람직하게는 그 위치로부터의 거리에서의 감소와 함께 증가할 수 있거나, 또는 수용 장치는 100 rpm보다 많이, 바람직하게는 1000 rpm보다 많이, 특히 바람직하게는 1500 rpm보다 많이 회전축을 중심으로 회전할 수 있고, 레이저 빔들은 개질을 생성하기 위해 적어도 0.5 ㎒, 바람직하게는 적어도 1 ㎒, 특히 바람직하게는 적어도 5 ㎒ 또는 10 ㎒의 주파수로 레이저 처리 시스템에 의해 방출될 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라서, 레이저 빔들은 제거될 솔리드 스테이트의 부분의 표면적에 걸쳐서 솔리드 스테이트 내로 침투하며, 제거될 솔리드 스테이트의 부분은 나머지 솔리드 스테이트보다 작은 평균 두께를 가진다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 추가적인 또는 대안적인 파라미터는 솔리드 스테이트의 미리 결정된 위치 또는 미리 결정된 영역에서, 특히 내부에서, 특히 솔리드 스테이트 표면으로부터 일정 거리에서의 솔리드 스테이트의 도핑 정도이다. 도핑 정도는 치료 맵(therapeutic map)이 생성되고 및/또는 레이저 파라미터들, 특히 레이저 초점 및/또는 레이저 에너지 및/또는 다른 기계적 파라미터, 특히 위치의 함수로서의 전진 속도를 미리 결정하는 공간적으로 분석된 처리 명령이 제공되도록 바람직하게는 위치 정보에 링크된다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라서, 도핑 정도는 비탄성 산란(라만 산란) 내에서 후방 산란광의 분석에 의해 결정되며, 후방 산란광은 후방 산란을 기동하기 위하여 정의된 입사광과 다른 파장 또는 다른 파장 범위를 가지며, 후방 산란광은 미리 정의된 위치 또는 미리 결정된 영역으로부터 후방 산란된다.

이러한 실시예는 처리가 레이저 방법, 특히 SiC(그러나 또한 다른 재료들)(예를 들어, 상이한 레이저 에너지 등)에서 국부적으로 적응된 방식으로 가이드되어야 하기 때문에 유리하다. 본 발명에 따라서, 예를 들어, SiC의 경우에, 특히 도핑은 이러한 것이 처리 파장을 위한 재료의 투명도를 변경하고 더욱 높은 레이저 에너지를 필요로 하기 때문에 여기에서 특히 중요하다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라서, 도핑 정도는 엘립소메트릭 측정(ellipsometric measurement)(예를 들어, 후면 반사를 가지는 뮬러 매트릭스 엘립소메트리(Meuller matrix ellipsometry)에 의해 결정된다. 엘립소메트릭 측정은 바람직하게는 재료의 광전송에 기초한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라서, 도핑 정도는 순수하게 광학적으로 교정된 전송 측정에 의해 결정되며, 교정은 홀 측정 및 4-포인트 측정에 의해 수행된다. 이러한 방법은 또한 재료에서의 자유 전하 캐리어들의 도핑/수를 결정할 수 있으며, 이러한 것은 그런 다음 처리에 요구되는 레이저 에너지를 결정하는 것을 가능하게 한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라서, 도핑 정도는 와전류 측정에 의해 결정되며, 바람직하게는 솔리드 스테이트 재료의 전도성의 차이가 결정되고 평가된다.

와전류 측정 시에 및/또는 와전류 센서 및/또는 와전류 측정 기술을 사용할 때, 트랜스시버 코일은 바람직하게는 전도성에서의 국부적 차이를 검출하도록 사용된다. 고주파 1차 교류 전자장(electromagnetic alternating field)이 송신 코일에서 생성된다. 그런 다음, 와전류(국부적으로 흐르는 전류)가 전도성 재료에서 유도되고, 와전류는 차례로 반대 방향으로 향하는 2차 교류 전자장을 유도한다. 이러한 전자장의 중첩은 측정, 분리 및 분석될 수 있다. 주로 얇은 전도성 층뿐만 아니라 벌크 재료의 다양한 품질 특징(층 두께, 층 저항, 재료의 균질성)이 이러한 방식으로 측정될 수 있다. 전송 장치(트랜스시버 코일 사이의 테스트 바디)에서, 최적의 접근법이 달성되지만, 샘플의 한쪽 측면에서 2개의 코일의 배열이 반사 측정을 위해 또한 가능하다. 코일의 설계와 주파수 선택 덕분에, 상이한 침투 깊이 및 감도가 이용될 수 있다.

그러므로, 도핑을 원칙적으로 측정할 수 있는 근본적으로 몇몇 측정 방법이 존재한다. 여기에서, 신속하고 비접촉식이며 비파괴적인 방법이 중요하다.

또한, 본 발명은 솔리드 스테이트로부터 적어도 하나의 솔리드 스테이트 층을 분리하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은 청구항 제1항 내지 제8항 중 적어도 하나를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 방법은 생성된 개질로 인해 솔리드 스테이트 층이 분리되는, 솔리드 스테이트에서 많은 개질의 생성을 포함하거나, 또는 본 발명에 따른 방법은 솔리드 스테이트 상에 수용층을 배열하거나 또는 생성하는 단계를 포함하며, 수용층은 중합체 재료, 특히 폴리디메틸실록산 또는 엘라스토머 또는 에폭시 수지 또는 그 조합을 포함하거나 또는 함유하거나 또는 이러한 것으로 이루어지며, 중합체 재료는 솔리드 스테이트에서 균열 전파 응력, 특히 기계적 응력의 생성을 위해 수용층의 열 노출로 인한 유리 전이를 겪고, 균열은 균열 전파 응력으로 인하여 균열 가이드 영역을 따라서 솔리드 스테이트에서 전파된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 수용층은 적어도 대부분 및 바람직하게는 완전히 중량을 기준으로 중합체 재료를 포함하거나 또는 이러한 것으로 대부분 또는 완전히 이루어지며, 중합체 재료의 유리 전이는 -100 ℃ 내지 0 ℃, 특히 -85 ℃ 내지 -10 ℃, -80 ℃ 내지 -20 ℃, -65 ℃ 내지 -40 ℃, 또는 -60 ℃ 내지 -50 ℃에서 일어난다.

수용층은 특히 바람직하게는 중합체 매트릭스를 형성하는 중합체-하이브리드 재료를 포함하거나 또는 이러한 것으로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 중합체 매트릭스는 충전제를 함유하여서, 중합체 매트릭스는 바람직하게는 폴리디메틸실록산 매트릭스이고, 중합체-하이브리드 재료에서 중합체 매트릭스는 중량으로 바람직하게는 80% 내지 99%, 특히 바람직하게는 90% 내지 99%에 달한다. 수용층은 바람직하게는 미리 제작된 필름으로서 공급되고, 특히 접착 또는 결합에 의해 솔리드 스테이트에 연결된다.

그러므로, 본 발명에 따라서, 적어도 2개의 솔리드 스테이트 단편이 솔리드 스테이트 출발 재료로부터 생성되는 분할 방법에 사용하기 위하여 중합체-하이브리드 재료가 제공된다. 본 발명에 따른 중합체-하이브리드 재료는 중합체 매트릭스, 및 그 안에 매립된 적어도 하나의 제1 충전제를 포함한다. 다음의 논의가 충전제에 관한 한, 복수의 충전제의 가능성 또한 동시에 고려되어야 한다. 예를 들어, 충전제는 상이한 재료, 예를 들어, 금속 입자 및 무기질 섬유의 혼합물을 포함할 수 있다.

솔리드 스테이트 출발 재료를 분할하기 위해 요구되는 응력이 이러한 중합체들의 도움으로 생성될 수 있는 한, 임의의 중합체 또는 상이한 중합체들의 블렌드가 중합체 매트릭스로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 중합체 매트릭스는 엘라스토머 매트릭스로서, 바람직하게는 폴리디오가노실록산 매트릭스로서, 특히 바람직하게는 폴리디메틸실록산 매트릭스로서 구현될 수 있다. 이러한 중합체 재료는, 특성이 가변 가교 결합도에 기초하여 유연한 방식으로 조정되고 각각의 충전제 및 분할될 솔리드 스테이트 출발 재료에 적응될 수 있기 때문에, 충전제들과 조합하여 매트릭스 재료로서 특히 용이하게 사용될 수 있다. 하나의 변형예에 따라서, 중합체 매트릭스 및 중합체-하이브리드 재료는 중량으로 80% 내지 99%, 바람직하게는 90% 내지 99%이다.

제1 충전제는 유기질 또는 무기질 성질일 수 있고, 화학 원소뿐만 아니라 화학적 화합물 또는 재료 혼합물, 예를 들어 합금으로 이루어질 수 있다.

제1 충전제는 분할 후에 솔리드 스테이트 단편으로부터 중합체-하이브리드 재료의 분리 동안 반응물, 개시제, 촉매 또는 촉진제로서 작용하도록 설계되며, 그러므로 제1 충전제가 없는 중합체 재료과 비교하여 분할된 후에 솔리드 스테이트 단편으로부터 중합체-하이브리드 재료의 보다 신속한 분리를 초래한다.

제1 충전제의 특정 화학적 조성 및 실시예뿐만 아니라 그 중량은 분리될 중합체 매트릭스의 특정 재료, 이러한 목적을 위해 사용된 용매 및 사용된 반응물에 특히 의존한다. 아울러, 솔리드 스테이트 출발 재료의 재료 및 분할될 솔리드 스테이트 출발 재료의 치수도 또한 중요한 역할을 한다.

중합체 매트릭스에서의 제1 충전제의 특정 양은 충전제의 재료 및 그 작용 의 메커니즘에 크게 의존한다. 첫째, 중합체 매트릭스는 충전제의 존재에도 불구하고 응력을 생성하는 그 목적을 보여줄 수 있어야만 한다. 두 번째로, 제1 충전제의 양은 중합체의 제거에 바람직한 영향을 달성하도록 충분히 커야만 한다. 당업자는 농도의 함수로서 수행된 간단한 실험의 범위 내에서 제1 충전제의 중량에 의한 최적의 양을 결정할 수 있다.

기계적 성질을 개선하도록, 중합체에서의 무기 망상(inorganic network)의 형태를 하는 발열성 실리카(pyrogenic silica)와 같은 추가 충전제가 또한 기계적 성질의 개선에 기여할 수 있다. 망상의 형태를 하는 이러한 강력한 상호 작용에 더하여, 약한 상호 작용은 순수하게 유체 역학적 보강을 통한 개선에 또한 기여할 수 있다. 예를 들어, 점도에서의 목표화된 증가가 여기에서 언급될 수 있으며, 분할 방법에서의 개선된 처리를 허용하고, 그러므로 개선된 제조 허용 오차를 향상시키는데 가능하게 기여할 수 있다. 아울러, 이러한 상호 작용을 통해, 구조적 재배향에 관한 내부 자유도에서의 감소는 보강에서의 증가로 더욱 어렵게 된다.

이러한 것은 중합체-하이브리드 재료에 사용되는 중합체의 유리 전이 온도에서의 필요한 감소를 초래하며, 이러한 것은 분할 방법에서 보다 낮은 온도의 이점을 가능하게 한다. 본 발명에 따라서, 중합체-하이브리드 재료에서의 제1 충전제는 분할 방법에 의한 분할에 의해 얻어지는 솔리드 스테이트 단편으로부터 중합체-하이브리드 재료의 방출을 가속하도록 사용되며, 여기에서, 솔리드 스테이트 출발 재료는 적어도 2개의 솔리드 스테이트 단편들로 분할된다.

제1 충전제는, 분할 공정 동안 솔리드 스테이트 출발 재료에 접합되는 중합체-하이브리드 재료의 외부, 즉 하부 계면에서 출발하는 제1 충전제의 중량에 의한 양이 하부 계면과 평행하게 배열된 중합체-하이브리드 재료에서의 다른 계면의 방향으로 감소하는 방식으로 중합체 매트릭스에서 분포될 수 있다. 이러한 것은 충전제의 중량에 의한 양이 중합체-하이브리드 재료의 다른 영역에서보다 솔리드 스테이트 출발 재료 및/또는 단편 가까이에서 더 크다는 것을 의미한다. 제1 충전제가 솔리드 스테이트 단편에 대한 계면에 근접하고 거기에서 그 효과를 나타낼 수 있기 때문에, 제1 충전제의 이러한 분포는 분리 후에 중합체-하이브리드 재료의 특히 효과적인 제거를 허용한다. 동시에, 중합체-하이브리드 재료의 나머지 영역은 모든 제1 충전제의 부분들을 더욱 적게 또는 전혀 가지지 않아서, 중합체의 기능은 가능한 적게 영향을 받는다.

한 실시예에서, 중합체-하이브리드 재료는 층상 구조를 가지며, 솔리드 스테이트 출발 재료를 항하는 하나의 층만이 제1 충전제를 함유하는데 반하여, 나머지 중합체-하이브리드 재료는 제1 충전제가 없다.

이에 추가하여, 그 하부 계면에 직접 인접한 중합체-하이브리드 재료의 하부 영역은 제1 충전제가 없을 수 있다. 이러한 것은 다음과 같이 영역들의 순서를 초래한다: 솔리드 스테이트 출발 재료 다음에, 먼저, 제1 충전제가 없는 영역이 있고, 이어서 많은 양의 제1 충전제를 구비하는 영역이 있고, 그런 다음 소량의 제1 충전제를 구비하거나 또는 어떠한 제1 충전제도 구비하지 않는 영역이 있다.

이러한 영역들 및 다음에 설명되는 모든 영역은 층들의 형태로 구현될 수 있으며, 즉, 영역은 솔리드 스테이트 출발 재료의 계면에 주로 평행하게 연장되고, 중합체-하이브리드 재료는 솔리드 스테이트 출발 재료의 계면에 적용되며 적어도 이러한 계면의 영역에서 길이 방향 및 폭 방향 범위를 가진다.

제1 충전제가 없는 하부 영역은 특히 제1 충전제가 솔리드 스테이트 출발 재료에 대한 중합체-하이브리드 재료의 접착에 부정적인 영향을 가질 때의 경우에 제공될 수 있다. 이러한 것을 방지하도록, 제1 충전제가 없는 영역이 먼저 배열되고,이어서 다량의 제1 충전제를 가지는 영역이 배열되어서, 제1 충전제는 그 기능을 이행할 수 있다. 제1 충전제가 없는 하부층은 10 ㎛ 내지 500 ㎛, 예를 들어 100 ㎛의 두께를 가질 수 있다.

아울러, 그 상부 계면에 바로 인접하는 중합체-하이브리드 재료의 상부 영역은 제1 충전제가 없을 수 있다. 상부 계면은 하부 계면으로부터 그리고 주위에 대한 솔리드 스테이트 출발 재료로부터 반대편 측면 상의 중합체-하이브리드 재료를 경계로 하는 계면으로 이해된다. 상부 및 하부 계면들은 서로 평행하도록 배열될 수 있다.

제1 충전제가 없는 이러한 상부 영역은 제1 충전제가 주위와 중합체-하이브리드 재료 사이의 열전달에 부정적인 영향을 미칠 때, 예를 들어 중합체-하이브리드 재료의 냉각이 지연될 때 특히 제공될 수 있다.

제1 충전제는 반응물과 반응할 수 있는 재료, 바람직하게는 가스 부산물을 방출하는 산화제를 포함하거나 또는 산화제로 이루어질 수 있다.

그러므로, 중합체 매트릭스로의 반응물들 및 용매들의 보다 신속한 접근을 가능하게 하는 캐비티들과 존재할 수 있는 임의의 희생층들이 중합체 매트릭스에서 생성될 수 있고, 이러한 것들은 반응물 및 용해된 성분들의 보다 신속한 제거를 또한 초래할 수 있다.

중합체-하이브리드 재료의 제거를 추가로 지원하는 추가적인 구동력은 가스상 반응 부산물을 생성하는 것에 의해 도입될 수 있다.

추가의 캐비티들의 설계 및 가스상 반응 부산물의 형성은 중합체의 제거를 가속하고, 그러므로 분할 방법의 전체 수율에서의 증가에 기여한다. 제1 충전제의 양을 변화시키는 것에 의해, 캐비티 밀도는 솔리드 스테이트 단편과 중합체-하이브리드 재료 사이 및/또는 희생층과 중합체-하이브리드 재료 사이의 경계선 영역에서 목표된 방식으로 영향을 받을 수 있다.

제1 충전제는 금속, 특히 알루미늄, 철, 아연 및/또는 구리를 포함할 수 있거나, 금속, 특히 상기된 금속으로 이루어질 수 있다.

"~로 이루어진"은 상기된 모든 재료를 포함하고, 충전제의 제조에 유용할 수 있는 기술적으로 유도된 불순물 또는 첨가제 및 중합체 매트릭스에서의 그 분포 또는 이에 대한 결합이 또한 존재할 수 있다는 사실을 포함한다.

금속 충전제는 염산, 질산, 구연산, 포름산 또는 술팜산과 같은 산화제와 반응하고, 가스상 부산물을 방출할 수 있으며, 이에 의해 중합체-하이브리드 재료로부터 제거될 수 있다.

예를 들어, 알루미늄은 농축 염산과 반응하여 다음의 식에 따라서 용매화된 금속 이온과 수소를 형성한다: 6HCl + 2Al + 12H₂O → 2[AlCl₃ㆍ6H₂O] + 3H₂.

유사하게, 농축 염산과 충전제로서 아연의 반응은 5개의 추가 캐비티의 형성으로 이어진다: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂. 이러한 예들에서, 중합체-하이브리드 재료의 제거를 추가로 지원하는 추가의 구동력은 수소의 생성에 의해 도입된다. 또한, 제1 충전제는, 예를 들어 제1 충전제가 중합체 매트릭스에서의 중합체보다 높은 열전도율을 가진다는 점에서, 중합체-하이브리드 재료 내의 열전도율을 향상시킬 수 있다. 이러한 것은 예를 들어, 제1 충전제가 금속을 포함할 때의 경우의 다른 예가 중합체-하이브리드 재료 내의 개선된 열전도율에 놓이는 경우일 수 있다. 냉각에 의해 솔리드 스테이트 출발 재료의 분할을 위해 생성된 응력은 개선된 열전도율로 인해 더욱 효과적으로, 즉 더욱 신속하게, 그리고 보다 적은 냉각제의 소비와 함께 생성될 수 있다. 이러한 것은 분할 방법의 전체 수율을 증가시킬 수 있다.

아울러, 제2 충전제는 제2 충전제가 없는 중합체-하이브리드 재료과 비교하여 솔리드 스테이트 출발 재료에 대한 중합체-하이브리드 재료의 접착을 증가시키도록 중합체-하이브리드 재료에 제공될 수 있다. 접착은 충전제가 없는 중합체 재료과 비교하여 바람직하게는 증가된다.

예를 들어, 제2 충전제는 플라즈마에 의해 활성화될 수 있는 충전제일 수 있다. 플라즈마 활성화는 솔리드 스테이트 출발 재료의 표면과 더욱 강한 상호 작용을 초래하는 방식으로 생성될 수 있는 새로운 표면 종들(surface species)을 초래하고, 그 결과, 중합체-하이브리드 재료의 접착이 개선된다.

플라즈마 처리에 의해 달성될 수 있는 표면 종들의 유형은 주로 플라즈마 처리의 공정 관리에 의존한다. 예를 들어, 질소, 산소, 실란 또는 클로로실란과 같은 가스가 플라즈마 처리 동안 첨가될 수 있어서, 예를 들어 솔리드 스테이트 출발 재료의 표면과 더욱 강하게 상호 작용할 수 있는 극성 그룹(polar group)들이 형성될 수 있다.

제2 충전제는 제2 충전제의 중량에 의한 양이 하부 계면의 방향으로 증가하는 방식으로 중합체 매트릭스에 분포될 수 있다. 예를 들어, 중합체-하이브리드 재료는 하부 계면에 인접한 영역에서만 제2 충전제를 함유할 수 있으며, 이러한 영역은 또한 상기된 정의의 의미에서 층으로서 구현될 수 있다.

이러한 것이 중합체-하이브리드 재료과 솔리드 스테이트 출발 재료 사이의 계면 가까이에서 바람직하게는 제2 충전제의 배열을 허용하여서, 접착이 향상되고, 그러므로 분할될 솔리드 스테이트 출발 재료 내로 보다 큰 힘 전달이 가능하다. 예를 들어, 제2 충전제는 코어-쉘 중합체 입자(core-shell polymer particle)를 포함할 수 있다.

바람직한 입자는, 그 중합체 조성이 표면, 즉 특히 코어-쉘 입자의 쉘이 예를 들어 저온 플라즈마에 의해 더욱 큰 정도로 활성화될 수 있는 정도까지 중합체-하이브리드 재료의 중합체 매트릭스의 중합체 조성과 다른 것들이다.

이러한 것의 예는 아크릴레이트 쉘을 구비하는 폴리실록산 코어를 포함하거나, 에폭시 쉘을 구비하는 나노스케일 규산염 코어를 포함하거나, 에폭시 쉘을 구비하는 고무 입자 코어를 포함하거나, 또는 에폭시 쉘을 구비하는 니트릴 고무 입자 코어를 포함하는 코어-쉘 입자를 포함한다. 제2 충전제는 저온 플라즈마, 예를 들어 냉 플라즈마에 의해 활성화될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마는 유전체 배리어 방전(dielectric barrier discharge, DBE)에 의해 생성될 수 있다. 이러한 것은 10¹⁴ 내지 10¹⁶ m^-3의 범위에 있는 전자 밀도를 생성하는 것을 가능하게 한다. DBE(플라즈마 체적)에 의해 생성된 "냉" 비평형 플라즈마의 평균 온도는 주변 압력에서 약 300 ± 40K에 달한다. DBE에 의해 생성된 비열 플라즈마(non-thermal plasma)의 평균 온도는 대기압에서 약 70℃에 달한다.

DBE 처리에서, 표면은 예를 들어 수 마이크로초에서 수십 나노초의 펄스 지속 기간과, 한자리 수에서 두자리 수의 킬로 볼트 범위의 진폭을 가지는 단극 또는 양극 펄스에 의해 작용된다. 여기에서, 어떠한 금속 전극도 방전 공간에서 예상될 수 없으며, 그러므로 금속 불순물 또는 전극 마모는 예상할 필요가 없다.

또한, 전하 캐리어들이 전극들에 출입할 필요가 없기 때문에 유익하게 고효율이다.

유전체 표면들은 저온에서 화학적으로 개질 및 활성화될 수 있다. 표면 개질은 예를 들어 이온 폭격으로 인한 표면 종들과의 상호 작용 및 반응에 의해 일어날 수 있다.

아울러, 질소, 산소, 수소, 실란 또는 클로로실란과 같은 공정 가스, 예를 들어 6HyEz, 여기에서 E = F, Cl, Br, I, O, dogx = 0 내지 10, z = 0 내지 10, SiH₄, Si(EtO)₄ 또는 Me₃SiOSiMe₃는 예를 들어 표면에서 특정 화학 그룹을 생성하도록 플라즈마 처리에서 첨가될 수 있다. 제2 충전제는 코로나-5 처리, 화염 처리, 불소화, 오존화 또는 UV 처리 및/또는 엑시머 방사에 의해 추가적으로 활성화될 수 있다. 이러한 활성화로 인해, 예를 들어, 극성 그룹들은 제2 충전제의 표면에서 생성되고, 솔리드 스테이트 출발 재료의 표면과 상호 작용하고, 이에 의해 접착을 향상시킬 수 있다. 아울러, 중합체-하이브리드 재료는 제1 충전제를 가지는 중합체-하이브리드 재료 또는 제1 충전제 및 제2 충전제를 가지는 중합체-하이브리드 재료과 비교하여 제3 충전제를 또한 포함할 수 있다. 이러한 제3 충전제는 중합체 매트릭스의 중합체와 비교하여 보다 높은 열전도율 및/또는 보다 높은 탄성 계수를 가진다.

예를 들어, 중합체의 탄성 계수는 저온 조건에서 낮은 한자리의 기가파스칼 범위(약 1-3 GPa)에 있는데 반하여, 금속 충전제는 예를 들어 두자리 내지 세자리의 기가파스칼 범위의 탄성 계수를 가진다. 부응하여 높은 충전제 함유량으로, 삼투 충전제 망(percolating filler network)이 가능하고, 이는 솔리드 스테이트 출발 재료 내로 향상된 "힘 입력"을 허용한다.

삼투는 각각의 충전제의 체적 충전도(예를 들어, 종횡비에 의존하여 0.1 체적%, 1 30 체적% 내지 10 체적%)까지 상당한 정도로 영향을 받는다. 힘의 개시에서 증가에 의해, 중합체 구조의 점탄성층 축적은 침지될 수 있으며, 다중 삼투 경로가 효과적으로 될 수 있다. 개선된 열전달은 솔리드 스테이트 출발 재료의 표면과의 충전제의 개선된 접촉이 있을 수 있기 때문에 여기에서 또한 가능하게 된다.

중합체-하이브리드 재료의 기계적 안정성은 또한 저온에서 더욱 빠르게 달성된다. 그러므로, 중합체-하이브리드 재료의 파괴시에 응력 및 파괴시의 연신과 같은 대응하는 구조적 특성 프로파일들의 표준 편차가 전체적으로 더욱 낮으며, 그러므로 분할 방법의 전체 수율이 증가한다. 특성 프로파일(중합체-하이브리드 재료의 응력 피크)들에서의, 그러므로 솔리드 스테이트에서의 공간적으로 분석된 변화는 더욱 작고, 이러한 것은 분할 방법의 보다 높은 전체 수율 및 이에 의해 생성된 솔리드 스테이트 단편들의 보다 양호한 품질을 초래한다.

제3 충전제가 주위와 중합체-하이브리드 재료 사이의 개선된 열전달뿐만 아니라 중합체-하이브리드 재료 내에서 더욱 신속한 열전도를 유발할 수 있어서, 중합체-하이브리드 재료는 더욱 신속하게 냉각될 수 있고, 분할 방법은 전체적으로 더욱 신속하게, 그러므로 더욱 효과적으로 수행될 수 있다.

탄성 계수에서의 증가로 인하여, 높은 응력이 솔리드 스테이트 출발 재료를 분할하는 것에 의해 생성될 수 있어서, 특히 높은 응력이 요구되는 솔리드 스테이트의 출발 재료도 또한 분할될 수 있다.

또한, 제3 충전제는 또한 열팽창 계수에 영향을 주는 역할을 할 수 있다. 여기에서, 목표는 분할을 위해 요구되는 응력을 생성할 수 있기 위하여 분할될 중합체-하이브리드 재료 및 솔리드 스테이트 출발 재료의 열팽창 계수 사이의 가능한 가장 큰 차이를 달성하는 것이다. 제3 충전제는 바람직하게는 높은 열팽창 계수, 즉 중합체 매트릭스의 팽창 계수보다 높은 팽창 계수를 가진다. 예를 들어, 제3 충전제의 열팽창 계수는 300ppm/K보다 높을 수 있다.

제3 충전제는 특히 주위와의 계면에서 더욱 신속한 열전달을 가능하게 하기 위하여 제3 충전제의 중량에 의한 양이 상부 계면의 방향으로 증가하는 방식으로 중합체 매트릭스에 분포될 수 있다.

제3 충전제는 금속, 특히 알루미늄, 철, 아연 및/또는 구리를 포함할 수 있거나, 또는 상기된 금속들 중 하나로 이루어질 수 있다. 금속은 일반적으로 높은 열전도율 및 온도전도율을 특징으로 한다.

기술된 충전제(제1, 제2, 제3 충전제)들은 중합체 매트릭스에서 미립자 형태로 존재할 수 있으며, 입자 크기는 입자의 적어도 하나의 치수에 기초하여 ㎛ 및 nm 범위로 있을 수 있다. 구 형상에 더하여, 충전제 입자는 또한 다른 형상을 가질 수 있으며, 예를 들어 막대 또는 디스크처럼 형상화될 수 있다.

충전제 입자들은 임의의 입자 크기 분포, 예를 들어 단모드(monomodal) 또는 2모드(bimodal) 분포, 좁은 분포, 특히 단분산, 또는 넓은 분포를 가질 수 있다. 충전제들은 예를 들어 중합체 망상(polymer network)에 입자들을 매립하는 것에 의해 중합체 매트릭스에 물리적으로 결합되고 또한 화학적으로 결합될 수 있다. 아울러, 기술된 충전제들 중 하나 이상은 유기질 또는 무기질 섬유, 예를 들어 탄소 섬유, 유리 섬유, 현무암 섬유 또는 아라미드 섬유를 포함할 수 있거나, 또는 상기된 기능들이 이와 일치하면 이러한 섬유들로 또한 이루어질 수 있다. 선택적으로, 상기된 섬유들을 포함하거나 또는 섬유들로 이루어진 다른 충전제가 또한 첨가될 수 있다.

섬유는 통상적으로 강한 이방성 성질을 가진다. 중합체-하이브리드 재료에서의 충전제들의 방향적으로 배향된 위치로 인하여, 솔리드 스테이트 출발 재료의 분할을 위해 요구되는 응력에서 목표화된 영향을 미칠 가능성이 있다. 이러한 것은 분할 방법의 전체 수율에서의 증가에 기여할 수 있다. 이러한 것이 중합체-하이브리드 재료 내의 기계적 성질에서의 개선을 달성하는 것을 가능하게 한다는 사실로 인해, 유기질 또는 무기질 충전제가 강한 이방성 구조를 구비하는 섬유 재료로서 사용될 때의 경우에 추가적인 이점이 있다.

기술된 충전제는 또한 코어-쉘 입자를 포함하거나 코어-쉘 입자로 이루어질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 코어-쉘 입자를 포함하거나 코어-쉘 입자로 이루어진 다른 충전제가 중합체-하이브리드 재료에 제공될 수 있다.

코어-쉘 중합체 입자의 사용은 추가적으로 개선된 활성화 능력(activatability)에 더하여 에너지 흡수 메커니즘의 새로운 설계를 허용하고, 이러한 것은 분할 방법에서 사용될 때 중합체-하이브리드 재료의 충격 강도 및 파괴 강도에서의 증가, 특히 저온 충격 강도에서의 증가를 전체적으료 초래할 수 있으며, 그러므로 또한 분할 방법의 보다 높은 전체 수율에 기여할 수 있다. 예를 들어, 중합체-하이브리드 재료로 만들어진 필름의 기계적 파괴는 보다 낮은 가능성으로 생성될 수 있어서, 필름을 재사용하는 가능성을 향상시킬 수 있다.

예로서, 분할 방법에서 필름의 파괴는 코어-쉘 중합체 입자로 인한 균열 전파를 억제하는 것에 의해 방지될 수 있고, 그러므로 이러한 것은 재활용 및 재이용 경로를 개방할 수 있다.

그 안에 함유된 엘라스토머 입자는 추가적인 에너지가 흡수될 수 있도록 소성 변형을 겪고 캐비티들을 형성할 수 있다. 추가적인 에너지 흡수는 전체적으로 기계적 성질을 향상시키는 매트릭스의 전단 유동에 의해 보상될 수 있다. 코어-쉘 입자는, 일반적으로 구형이고 하나의 재료로 만들어진 코어가 제2 재료의 쉘에 의해 둘러싸일 수 있는 것을 특징으로 한다. 쉘은 코어를 완전히 둘러싸거나 또는 투과성일 수 있다. 이러한 재료들은 금속과 같은 무기질 재료, 또는 중합체와 같은 유기질 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 2개의 상이한 금속이 서로 조합될 수 있다. 그러나, 금속 또는 제2 중합체로 만들어진 쉘로, 중합체로 만들어진 코어를 둘러쌀 가능성이 또한 존재한다.

코어-쉘 입자는 제1 및 제2 재료들의 특성을 조합하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 충전제 입자의 크기 및 밀도는 저렴한 중합체 코어를 통해 결정될 수 있는 반면에, 금속 쉘은 상기된 바와 같이 반응할 수 있다. 종종 단분산되는 입자 크기 분포 때문에, 코어-쉘 입자의 성질 또한 정확한 방식으로 예측되고 조정될 수 있다.

아울러, 하나 이상의 충전제(제1, 제2 및/또는 제3 충전제)는 산업용 블랙(카본 블랙), 그래파이트, 잘게 썬 탄소 섬유, 바람직하게는 다중 벽 탄소 나노 튜브(MWCNT)뿐만 아니라 단일 벽 탄소 나노 튜브(SWCNT)와 같은 탄소 나노 튜브의 형태를 하는 탄소 나노 섬유를 포함할 수 있다. 탄소 나노 튜브들은 상이한 수의 원통으로 구성된 원통형 그래파이트 층들이다.

이러한 튜브들이 단지 하나의 원통으로 이루어지면, 튜브들은 단일 벽 탄소 나노 튜브(SWCNT)로 지칭된다. 2개 이상의 원통이 존재하면, 결과는 이중벽 탄소 나노 튜브(DWCNT) 또는 다중 벽 탄소 나노 튜브(MWCNT)이다. 이러한 것들은 동심원으로, 바람직하게는 다른 것 내에 하나가 동봉될 수 있다.

다양한 실시예에 따라서, 제3 충전제는, MWCNT가 특히 높은 열전도율(> 3000 W * (m * K)^-1)을 가지는 동시에 5-60 GPa의 범위에 있는 매우 높은 균열 저항성을 가지기 때문에 MWCNT를 포함하거나 또는 MWCNT로 이루어질 수 있다. 높은 기계적 안정성은 높은 균열값, 극탄력성 및 충전제의 매우 우수한 내구성으로 드러난다.

이에 대한 근거는 3개의 이웃하는 인근 탄소(vicinal carbon)들에 π 결합으로서 비국소 p-오비탈(delocalized p-orbital)에 연결되는 강력한 sp2-혼성화 σ-C-C 결합이다. 여기에서, 90°까지의 굽힘이 가능한다.

SWCNT에 의해, 더욱 높은 에너지 값이 달성될 수 있다(탄성 계수: 410 GPa 내지 4150 GPa 대 그래파이트: 1000 GPa, SWCNT: 열전도율 약 6000 W * (m * K)^-1). 그러나, 여기에서 다시, 성능/비용 비율은 MWCNT의 성능/비용 비율과 비교하여 열등하다. MWCNT의 원통 지름은 전형적으로 1 nm 내지 100 nm, 바람직하게는 5 내지 50 nm의 범위이며, 길이는 500 nm 내지 1000 ㎛이다.

추가의 변형예에 따라서, 제3 충전제는 MWCNT를 포함할 수 있는 한편, 동시에 제2 및/또는 제1 충전제들은 열전도율(예를 들어, 200W * (m * K)^-1)에서의 개선이 또한 달성될 수 있기 때문에 카본 블랙을 포함하거나 또는 카본 블랙으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, < 0.4 GPa의 값을 가지는 훨씬 낮은 인장강도로서 카본 블랙을 사용하기 때문에, 2개 이상의 충전제의 조합은 전체 분할 수율에서의 개선, 및 분할 방법의 전체 비용에서의 개선으로 이어질 수 있다.

카본 블랙 입자의 평균 지름은 5 nm 내지 500 nm, 바람직하게는 20 nm 내지 200 nm, 특히 바람직하게는 40 nm 내지 100 nm의 범위이다.

아울러, 충전제는 실리카, 예를 들어, 발열성 실리카를 포함하거나 또는 발열성 실리카로 이루어질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 중합체-하이브리드 재료에 있는 실리카를 포함하거나 또는 실리카로 이루어진 다른 충전제가 제공될 수 있다.

발열성 실리카는 3차원 망상을 형성하며, 이에 의해 기계적 안정성의 개선에 기여할 수 있다. 그러므로, 이러한 충전제는 중합체-하이브리드 재료의 기계적 성질의 목표 조정을 제공할 수 있다. 상기된 충전제(제1, 제2, 제3 충전제)들 중 하나 이상은 이러한 것이 충전제들에 귀속된 기능과 일치하면 동일한 재료로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제3 충전제들은 모두 알루미늄을 포함하거나 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 상기된 바와 같이, 알루미늄은 생성된 캐비티들을 위해, 그러므로 솔리드 스테이트 단편으로부터 중합체-하이브리드 재료의 방출을 가속하기 위하여, 또한 열전도성을 증가시키도록 사용될 수 있다. 이러한 실시예는 모든 기능을 이행하기 위하여 단지 하나 또는 2개의 충전제를 첨가하는데 충분할 수 있기 때문에 제조 공정을 단순화한다.

제1 및 제2 충전제들뿐만 아니라 선택적으로 임의의 제3 충전제는 또한 상이한 재료로 이루어질 수 있다. 그러므로, 원하는 기능에 대한 개별, 그러므로 충전제의 보다 양호한 적응이 가능하게 된다.

본 발명에 따른 필름은 상기된 바와 같은 중합체-하이브리드 재료를 포함한다. 필름은 예를 들어 0.5 내지 5 mm의 두께를 가질 수 있다.

본 발명에 따른 중합체-하이브리드 재료 또는 본 발명에 따른 필름은 대응하는 복합 구조를 초래하도록 적어도 이러한 표면에 적용된다. 적용된 중합체-하이브리드 재료 및/또는 적용된 필름은 다음에 수용층으로서 지칭된다. 이러한 수용층의 두께는 0.5mm 내지 5mm, 예를 들어 특히 1mm 내지 3mm일 수 있다. 중합체-하이브리드 재료 또는 필름은 또한 다수의 노출된 표면, 특히 서로 평행하게 배열된 2개의 표면에 선택적으로 적용될 수 있다.

열처리는 바람직하게는 수용층을 주위 온도 아래, 바람직하게는 10℃ 아래, 특히 바람직하게는 0℃ 아래, 더욱 바람직하게는 10℃ 아래 또는 40℃ 아래의 온도로 냉각하는 것을 수반한다.

수용층의 냉각은 가장 바람직하게는 수용층의 적어도 일부가 유리 전이를 겪는 방식으로 일어난다. 냉각은 -100 ℃ 아래로 냉각될 수 있으며, 이러한 것은 예를 들어 액체 질소를 사용하는 것에 의해 달성될 수 있다. 이러한 실시예는, 수용층이 온도에서의 변화의 함수로서 수축하고 및/또는 유리 전이되고, 결과적인 힘이 솔리드 스테이트 출발 재료로 전달되어서, 기계적 응력이 솔리드 스테이트에서 생성되어, 균열 및/또는 균열 전파의 기동을 초래할 수 있기 때문에 유익하며, 균열은 먼저 솔리드 스테이트 층이 분리될 때까지 제1 전개 평면을 따라서 전파된다.

다른 단계에서, 중합체-하이브리드 재료 또는 필름은 예를 들어 화학 반응, 물리적 분리 작업 및/또는 기계적 마모로 인해 솔리드 스테이트 단편으로부터 제거된다.

솔리드 스테이트 단편으로부터 중합체-하이브리드 재료를 방출하는 작업은 적당한 주위 온도, 예를 들어 20℃ 내지 30℃의 범위에서, 바람직하게는 30℃ 내지 95℃의 더욱 높은 온도 범위에서, 예를 들어, 50℃ 내지 90℃, 또는 심지어 1 ℃ 내지 19 ℃의 더욱 낮은 온도 범위에서도 일어날 수 있다.

상승된 온도 범위는 예를 들어 중합체-하이브리드 재료와 솔리드 스테이트 사이에서 희생층을 사용하는 경우에서와 같이 반응 속도에서의 증가에 기초하여 화학적 분리 반응을 단축시키는 것을 가능하게 할 수 있다. 희생층을 사용하는 경우에, 분리는 수용액 중에서 유리하게 2 내지 6의 pH 범위에서 일어날 수 있다. 다양한 변형예에 따라서, 분리 공정은 예를 들어 적합한 무극성 용매의 용액에 의한 처리의 형태로 일어날 수 있으며, 1℃ 내지 50℃의 적당한 주위 온도가 바람직하고, 20℃ 내지 40℃의 범위가 특히 바람직하다.

여기에서 하나의 특별한 이점은 필름에서 온도 효과가 없는 분리이다. 유리한 지방족 및 방향족 탄화수소, 예를 들어 톨루엔, n-펜탄, n-헥산뿐만 아니라 4염화탄소와 같은 할로겐화 용매가 사용될 수 있다. 중합체-하이브리드 재료의 매우 강하고 가역적인 팽윤이 용매 처리의 결과로서 일어날 수 있기 때문에, 분리될 중합체-하이브리드 재료 내로 및 솔리드 스테이트 단편에 대한 계면 내로 추가의 힘이 도입될 수 있어서, 분리는 전체적으로 단순화된다.

추가의 변형예에 따라서, 상기된 희생층의 분리 메커니즘과의 조합 및 적절한 무극성 용매에 의한 처리는 필름에서의 어떠한 온도 효과없이 마찬가지로 가능하다.

아울러, 본 발명은 솔리드 스테이트에서 개질을 생성하는 장치에 관한 것이며, 균열 가이드 영역은 솔리드 스테이트로부터 솔리드 스테이트 부분, 특히 솔리드 스테이트 층의 분리를 위한 균열을 가이드하기 위하여 미리 정의된다. 본 발명에 따라서, 장치는 바람직하게는 적어도 하나의 솔리드 스테이트를 수용하고 이동시키기 위한 적어도 하나의 수용 장치, 연속적으로 복수의 레이저 빔을 방출하는 레이저 처리 시스템을 포함하며, 레이저 빔들은 초점에서 초점 조정되고 개질을 생성하며, 제어 시스템은 적어도 하나의 제1 파라미터 및 하나의 제2 파라미터에 대한 데이터를 처리하고, 특히 각각의 개질에 대해 상기 데이터의 함수로서 레이저 처리 시스템을 연속적으로 조정한다.

거리 센서 및 렌즈 조정기로 이루어진 자동 초점을 위한 전통적인 장치와 비교하여, 본 발명에 따른 장치는 바람직하게는 사용자 입력, 센서 신호 및/또는 외부 데이터 소스의 함수로서 보정을 수행하는 제어 유닛을 가진다.

하나의 문제는 기계 통합에 있다. 보정된 실시간 제어가 불가능하면, 레이저 헤드 및/또는 레이저 처리 시스템은 바람직하게는 위치 설정 유닛 및/또는 수용 장치와 시스템을 동기화할 것이다. 바람직하게는 수행되거나 실제로 일어나는 특징화로부터의 파라미터들에 대한 보정 계수들 및/또는 데이터의 맵은 바람직하게는 공작물에 등록되고 및/또는 솔리드 스테이트는 기계에 등록되고 그런 다음 위치의 함수로서 출력된다. 조정 작업 및/또는 조작 및/또는 초점 작업의 동적 특성 때문에, 기계 소프트웨어에 기초하는 제어는 접근 시간 때문에 더 이상 적합하지 않다. 그러므로, 특히 처리의 시작 전에 신속한 접근을 위한 파라미터를 나타내는 적절한 룩업 테이블 및/또는 데이터를 탑재하는 컨트롤러, 특히 제어 시스템을 사용하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명에 따른 장치는 대량의 다광자 흡수와 함께 솔리드 스테이트의 평탄 미세처리를 제1 시간 동안 허용한다. 평탄 미세처리는 ㎛ 정밀도로 위치될 수 없는 더욱 큰 지름을 가지는 기판 및/또는 솔리드 스테이트의 처리를 어떠한 기울기의 위험없이 가능하게 한다. 이러한 처리는 솔리드 스테이트 부분들의 분리 및/또는 웨이퍼링뿐만 아니라 특히 웨이퍼의 레이저-보조 박막화에 관련이 있다. 얇은 반도체 웨이퍼 또는 솔리드 스테이트 부분들이 효율적으로 생산되어야 하면, 얇은 웨이퍼들이 매우 작은 평탄화 비축을 허용하기 때문에 평탄 레이저 분할이 필수적이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 제1 파라미터는 솔리드 스테이트 재료의 평균 굴절률이거나, 또는 솔리드 스테이트 재료의 굴절률은 정의된 개질을 생성하기 위하여 레이저 빔들이 횡단하여야 하는 솔리드 스테이트의 영역에 있으며, 제2 파라미터는 정의된 개질을 생성하기 위하여 레이저 빔들이 횡단하는 솔리드 스테이트의 영역에서의 처리 깊이이다. 이러한 실시예는 처리 깊이 및 굴절률이 이에 의해 생성된 초점의 정밀도에 상당한 영향을 미치는 파라미터이기 때문에 유익하다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라서, 레이저 처리 시스템에 대한 솔리드 스테이트의 기울기를 나타내는 기울기 파라미터를 결정하는 거리 센서 수단이 제공되며, 거리 센서 수단이 거리 데이터를 출력하여서, 거리 데이터는 또한 레이저 처리 시스템을 조정하는 제어 시스템에 의한 처리이다.

수용 장치를 이동시키기 위한 구동 장치는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라서 제공되며, 제어 시스템은 처리된 파라미터의 함수로서 수용 장치의 이동 속도를 조정한다.

용어 "곡선(bow)", "뒤틀림(warp)", "TTV" 및 "TIR"의 정의는 SEMI 표준에 따라서 당업자에게 친숙한 정의에 따라서 본 발명의 범위 내에서 주어지며, 예를 들어, http://www.wafertech.co.uk/ _downloads/Wafer-Flatness.pdf에서 발견될 수 있다.

용어 "본질적으로" 또는 "실질적으로"의 사용은 바람직하게는 이러한 용어가 본 발명에서 사용되는 모든 경우에 이러한 용어를 사용하지 않고 만들어질 수 있는 결정으로부터, 1% 내지 30%, 특히 1% 내지 20%, 특히 1% 내지 10%, 특히 1% 내지 5%, 특히 1% 내지 2%의 범위에 있는 편차를 정의한다. 이후에 설명되는 도면의 개별적인 표현 또는 모든 표현은 바람직하게는 설계 도면으로서 간주되어야 하며, 즉, 도면(들)으로부터 초래되는 치수, 비율, 기능적 관계 및/또는 배열은 바람직하게는 본 발명에 따른 장치 및/또는 본 발명에 따른 제품의 치수, 비율, 기능적 관계 및/또는 배열에 본질적으로 정밀하게 또는 바람직하게는 대응한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라서, 개질은 적어도 하나의 라인 또는 하나의 열에서 연속적으로 생성되며, 라인 또는 열에서 생성된 개질이 바람직하게는 거리(X) 및 높이(H)로 생성되어서, 2개의 연속적인 개질 사이에서 전파되는 균열, 특히 그 균열 전파 방향이 분리 평면에 대하여 각도(W)로 배향되는 결정 격자의 방향으로 전파되는 균열은 2개의 개질을 서로 연결할 것이다. 여기에서, 각도(W)는 바람직하게는 2° 내지 6°, 특히 4°이다. 균열은 바람직하게는 제1 개질의 중심 아래의 제1 개질의 영역으로부터 제2 개질의 중심 위의 제2 개질의 영역을 향해 전파된다. 그러므로, 여기에서 본질적인 관계는 개질의 크기가 개질의 거리와 각도(W)의 함수로 변형될 수 있거나 또는 변경되어야만 한다는 것이다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라서, 제1 단계에서, 개질은 하나의 라인 상에서, 바람직하게는 서로 동일한 거리에서 생성된다. 또한, 제1 단계에서 생성된 복수의 이러한 라인이 생성되는 것이 고려될 수 있다. 이러한 제1 라인들은 특히 바람직하게는 균열 전파의 방향과 평행하게, 바람직하게는 직선 또는 원호로, 특히 동일 평면에서 생성된다. 이러한 제1 라인들을 생성한 후에, 2개의 라인은 바람직하게는 준임계 균열(subcritical crack)들을 기동 및/또는 구동하기 위하여 생성된다. 이러한 제2 라인들은 또한 바람직하게는 직선으로 생성된다. 제2 라인들은 특히 바람직하게는 직각으로 배향되는 제1 라인들에 대하여 경사진다. 제2 라인들은 바람직하게는 제1 라인들과 동일한 평면에서 연장되거나, 또는 특히 바람직하게는 제1 라인들이 연장되는 평면에 평행한 평면에서 연장된다. 그런 다음, 제3 라인들은 준임계 균열들을 연결하기 위해 생성된다.

이렇게 하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제어 시스템은, 위치 의존 측정 데이터가 이용될 수 없는 위치들에서 레이저 처리 시스템의 위치 의존 제어를 위한 위치 의존 측정 데이터 사이에서 보간되는 계산 절차에 따른 계산을 수행하는 것에 의해 거리 센서 및 추가의 가능한 센서 수단의 기존의 위치 의존 측정 데이터로부터 레이저 처리 시스템을 위한 위치 의존 제어 명령이 계산되는 방식으로, 거리 데이터뿐만 아니라 레이저 처리 시스템을 조정하는 파라미터들을 처리할 수 있다. 그러므로, 예를 들어, 추가 센서 수단의 거리 데이터 및 센서 데이터는 단시간 및 거친 그리드에서의 적은 수의 지점들에서만 측정될 수 있고, 공작물 상의 다른 위치들이 보간된다. 이상적인 목표는 그런 다음 레이저 처리를 수행하기 위하여 가능한 가장 적은 수의 측정 지점을 이용하여 공작물을 특징화하는 것이다. 이러한 방식으로, 이러한 보간은 처리 동안 레이저 처리 시스템의 제어 시스템에서 일어날 수 있거나, 또는 임의의 국부적인 분해능을 사용하는 위치-의존 처리 명령은 다른 데이터 처리 시스템에서 생성되고, 그런 다음 제어 시스템으로 전달될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예는 처리될 공작물 상에서 처리될 각각의 위치를 위한 측정 데이터를 검출할 필요가 없지만, 대신에 레이저 처리 시스템을 위한 더욱 높은 밀도의 처리 명령이 더욱 짧은 시간에 검출될 수 있는 약간의 측정 데이터로부터 생성될 수 있기 때문에 특히 유익하다. 이러한 것은 측정 시간을 감소시키는 것이 가능하기 때문에 전체적으로 공작물의 처리 속도를 증가시킨다.

또한, 본 특허 출원의 요지는 독일 특허청에 2016년 12월 7일자 출원된 독일 특허 출원 10 2016 123 679.9호의 요지를 참조하는 것에 의해 지금 완전히 완성되었다.

본 발명의 추가적인 이점, 목적 및 특성은 본 발명에 따른 장치를 예로서 예시하는 첨부된 도면의 다음의 설명에 기초하여 설명될 것이다. 본 발명에 따른 장치의 요소, 및 도면에서 그 기능에 관하여 적어도 본질적으로 대응하는 방법은 본 명세서에서 동일한 도면 부호로 특징될 수 있어서, 이러한 구성 요소들 및/또는 요소들은 모두 도면 부호로 표시될 필요는 없다. 본 발명은 첨부된 도면을 기초로 한 예로서 순수하게 다음에 보다 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 처리 시스템의 예를 도시한 도면;
도 2a는 본 발명에 따른 장치의 예를 도시한 도면;
도 2b는 기능성 유체를 사용하여 솔리드 스테이트 상에 배열된 중합체 층의 처리를 도시한 도면;
도 3a는 솔리드 스테이트의 표면 프로파일 및 이러한 표면 프로파일의 굴절률의 예시적인 도면;
도 3b는 표면 프로파일의 몇몇 도면;
도 4a는 레이저 헤드의 제어 위치들에서의 변화를 도시하는 몇몇 도면;
도 4b는 상이한 개질 분포의 프로파일을 나타내는 2개의 곡선을 도시한 도면;
도 5a는 본 발명에 따라서 바람직하게는 사용되는 것과 같은, 특히 본 발명에 따른 장치의 바람직한 구성 요소와 같은 라만 계측기의 개략도;
도 5b는 SiC의 격자 진동의 다양한 예시적인 진동 상태를 도시한 도면;
도 6a 및 도 6b는 솔리드 스테이트에서의 도핑 농도를 예시하는 2개의 도면;
도 7a는 본 발명에 따른 피드포워드 공정(feed-forward process)을 도시한 도면; 및
도 7b는 본 발명에 따른 피드백 공정을 도시한 도면.

도 1은 솔리드 스테이트(1)에서 개질(2)을 생성하는 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치(30)에서 바람직한 것과 같은 본 발명에 따른 레이저 처리 시스템(8)을 도시한다.

여기에서, 레이저 처리 시스템(8)은 특히 초점 마킹(focus marking)을 구비하는 적어도 하나의 레이저 빔 소스(32)를 가진다. 레이저 빔 소스(32)는 특히 초점 마킹을 가지는 동축 광원일 수 있다. 레이저 빔 소스(32)에 의해 생성된 광빔(10)은 바람직하게는 레이저 빔 소스(32)로부터 솔리드 스테이트(1)에 있는 초점 크기 및 초점 위치를 조정하기 위한 초점 장치(44) 또는 조정 장치(44)로 미리 결정된 경로 상으로 유도된다. 여기에서, 조정 장치(44)는 바람직하게는 특히 Z 방향으로 또는 레이저 빔의 방향으로 초점을 조정하기 위한 미세-집속 장치(fine-focusing device)일 수 있다. 조정 장치(44)는 바람직하게는 압전 미세-집속 장치로서 설계될 수 있다. 조정 장치(44)를 통과하는 레이저 빔(10)들은 바람직하게는 긴 작업 거리(46)를 가지는 현미경을 통과한다. 레이저 빔은 바람직하게는 개질(2)이 미리 정의된 위치에서 생성되는 방식으로 긴 작업 거리(46)를 가지는 현미경 및 조정 장치(44)에 의해 특히 바람직하게는 적응 및/또는 조정 및/또는 변경된다. 예를 들어, 미리 정의된 위치로부터 5㎛ 미만, 바람직하게는 2㎛ 미만, 특히 바람직하게는 1㎛ 미만으로 벗어나거나 또는 이로부터 일정 거리에 있는 위치에서 개질(2)이 생성되는 것이 고려될 수 있다. 조정 장치(44)는 바람직하게는 제어 시스템(14)에 의해 제어되며, 제어 시스템(14)은 바람직하게는 레이저 처리 시스템(8)에 대한 솔리드 스테이트(1)의 위치 및 배향 또는 레이저 처리 시스템(8)에 대한, 레이저 빔이 도입되는 현재 표면 부분의 거리, 및 레이저 처리 시스템(8), 특히 적어도 조정 장치(44)의 조정을 위한 각각의 위치에서 솔리드 스테이트의 국부 굴절률 또는 평균 굴절률 및 솔리드 스테이트(1)의 처리 깊이를 계산 및/또는 결정 및/또는 사용한다. 제어 시스템(14)은 대응하는 센서 시스템들 및/또는 센서 수단을 통해 실시간으로 요구된 데이터를 검출 및/또는 수신할 수 있으며, 그러므로 센서 시스템들 및/또는 센서 수단은 통신하도록 연결된다. 그러나, 대안적으로, 레이저 빔(10)들이 솔리드 스테이트(1)로 침투하는 표면의 분석이 처리의 시작에 앞서 굴절률 및 처리 깊이 파라미터들 중 하나 또는 둘 모두에 대해 실시 및/또는 수행되는 것이 또한 고려될 수 있다. 이러한 파라미터들은 그런 다음 대응하는 위치 의존 데이터의 형태로 메모리 장치, 즉 데이터 메모리(12)에 저장 및/또는 입력될 수 있다. 여기에서, 데이터 메모리(12)는 가변 매체, 특히 레이저 처리 시스템(8)의 부분으로서 메모리 카드 또는 영구적으로 설치된 메모리일 수 있다.

그러나, 대안적으로, 데이터 메모리(12)가 레이저 처리 시스템(8)의 외부에 설치되고, 레이저 처리 시스템(8)과 통신할 수 있도록 적어도 일시적으로 연결 가능하게 되는 것이 또한 고려될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 작업 시퀀스들 또는 작업 시퀀스에서의 변경은 사용자(52)에 의해 제어 시스템(14)에 대해 미리 선택될 수 있다. 또한, 데이터 메모리(12)가 제어 시스템(14)의 구성 요소로서 구현되는 것이 고려될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 거리 데이터는 솔리드 스테이트 상의 미리 결정된 표면 지점들과 레이저 처리 시스템(8) 사이의 거리에 관하여 센서 시스템(16)에 의해 검출될 수 있다. 이러한 거리 데이터는 바람직하게는 처리를 위해 제어 시스템(14)에 또한 공급된다.

아울러, 레이저 빔 처리 시스템(8)이 카메라(34), 특히 동축 초점 카메라를 가지는 것이 고려될 수 있다. 카메라(34)는 바람직하게는 레이저 처리 시스템(8)에 의해 방출된 레이저 빔(10)들의 빔 경로의 방향으로 배열된다. 여기에서, 광학 요소(36), 특히 부분적으로 투명한 거울이 카메라(34)의 광 필드에 배열되는 것이 또한 고려될 수 있다. 레이저 빔(10)들은 바람직하게는 광학 요소(34)를 통해 카메라의 광 필드 내로 공급된다.

아울러, 추가의 광학 요소(38) 및/또는 회절 광학 요소, 특히 빔 스플리터(38)가 제공되는 것이 고려될 수 있다. 레이저 빔(10)의 일부는 여기에서 빔 스플리터(38)에 의해 메인 빔으로부터 편향 및/또는 분리될 수 있다. 또한, 레이저 빔의 분리 및/또는 편향된 부분은 선택적 구면 수차 보상부(spherical aberration compension)(40) 및/또는 선택적 빔 확장기(42)에 의해 변형될 수 있다.

또한, 도면 부호 48은 바람직하게는 특히 냉각 유체를 공급하기 위해 제공되는 유체 공급 장치(48)를 나타낸다. 솔리드 스테이트(1) 및/또는 현미경의 온도 제어, 특히 냉각은 바람직하게는 유체 공급 시스템(48)에 의해 유도될 수 있다.

도면 부호 50은 투명 및 반사 표면들을 또한 바람직하게는 분석할 수 있는 굴절률 결정 수단을 나타낸다. 굴절률은 바람직하게는 개질의 생성에 앞서 굴절률 결정 수단(50)을 사용하여 결정된다. 대안적으로, 굴절율이 다른 설비에서 결정되고, 이에 의해 검출된 데이터가 데이터 송신기에 의해 기존의 레이저 처리 시스템(18)에 공급되는 것이 또한 고려될 수 있다.

화살표로 표시된 도 1에 도시된 점선은 바람직하게는 데이터 및/또는 신호 전송을 특징화한다.

도 2a는 장치 구성 요소들, 즉 장치(30)의 레이저 처리 시스템(8), 수용 장치(18), 및 구동 및/또는 횡단 장치(22)의 바람직한 배열을 개략적으로 도시한다. 이러한 배열에 따른 솔리드 스테이트(1)가 바람직하게는 수용 장치(18)와 레이저 처리 시스템(8) 사이에 위치되는 것을 알 수 있다. 솔리드 스테이트(1)는 바람직하게는 수용 장치(18)에 붙어있지만, 수용 장치로 가압되는 것이 또한 고려될 수 있다.

도 2b는 개질(2)들의 생성 후 및/또는 균열 가이드 영역(4)의 완전한 생성 후의 배열을 도시한다. 이러한 예시에 따라서, 수용층 또는 중합체 층(26)은 솔리드 스테이트(1)의 표면(24) 상에 배열 및/또는 형성되며, 레이저 빔(10)들은 이를 통해 솔리드 스테이트(1) 내로 침투한다. 아울러, 기능성 유체 소스는 기능성 유체(56)를 출력하는 장치(54)를 특징으로 한다. 기능성 유체(56)는 바람직하게는 액체 질소이다. 기능성 유체(56)는 바람직하게는 액체 질소이다. 그러므로, 수용층(26)은 기능성 유체(56)에 의해 20℃ 아래의 온도, 특히 10℃ 아래의 온도, 또는 0℃ 아래의 온도 또는 수용층(26)의 중합체 재료의 유리 전이 온도 아래의 온도로 냉각된다. 높은 기계적 응력은 수용층(26)의 냉각에 의해 생성되어, 균열 가이드 영역(4)을 따라서 균열을 전파한다.

도 3a는 단지 예로서, 솔리드 스테이트(1)의 표면 프로파일과 솔리드 스테이트 재료의 굴절률 사이의 관계를 도시한다. 가로축에 표시된 값은 ㎛의 단위이다.

도 3b는 레이저 처리될 재료의 편차(표면 프로파일 및 굴절률에서의 측 방향 변화)뿐만 아니라 레이저 초점 위치의 예를 도시한다(AF 없음: 자동 초점이 없음, 표면 프로파일이 굴절률에 의해 증가되는 역비(inverse ratio)로 재료에 기입되는 반면에, 표준 AF는 표면 프로파일이 n-배 이득으로 전달되도록 이러한 반전을 역전시키며; nAF: 이러한 것은 기판의 굴절률 및/또는 표면 프로파일이 이에 의해 재료 내로 1:1로 전달되도록 고정 인자로서의 굴절률을 고려한다. AAF: 기판의 평균 굴절률과 목표 깊이에 대한 지식, 필요한 고급 자동 초점 기능은 재료 내로 정확한 수평면을 기입할 수 있다).

도 4a는 단지 레이저 초점의 다양한 제어 위치의 예를 도시한다. 가로축에 표시된 값은 ㎛의 단위로 주어진다. 그러므로, 파형은 다양한 경우에 레이저 헤드의 위치에 대한 제어 입력 변수로 결정될 수 있다:

nAF(n-인식(n-aware) AF): 표면의 평균 굴절률(n)을 보정하기 위한 표면의 외부 초점 가이드 변수. 그러므로, 표면 편차는 1:1로 체적으로 전송될 수 있다. 그러므로, 이론적으로, 분할될 웨이퍼는 두께에서의 어떠한 변동(TTV)도 가지지 않을 것이다. 그러나, 지형학, 그러므로 불량한 평탄도는 웨이퍼 및 나머지 잉곳 모두에 대해 유지된다.

AAF(고급 AF): 표면의 평균 굴절률과 표면의 보정 평면에 대한 지식으로 표면의 자동 초점 가이드 변수를 보정하는 것. 그러므로, 저렴한 폴리싱 단계로 추가의 분할을 위해 매우 평탄화되도록 반도체 결정을 준비하는 평탄한 레이저 평면을 준비하는 것이 가능하다. 그러나, 분할된 웨이퍼는 분할 직후에 한쪽 측면이 평탄하지만 더욱 큰 두께 편차를 가진다.

AnAF(고급 n-인식 AF): 표면의 국부 굴절률과 표면의 보정 평면에 대한 지식으로 표면의 자동 초점 가이드 변수를 보정하는 것. 그러므로, 저렴한 폴리싱 단계로 추가적인 분할을 위해 매우 평탄하도록 반도체 결정을 준비하는 평탄 레이저 평면은 선행 지식으로 이종 샘플(heterogeneous sample)들을 이용하여도 가능하다.

그러므로, 본 발명은 솔리드 스테이트에서 개질을 생성하기 위한 방법에 관한 것이며, 솔리드 스테이트로부터 솔리드 스테이트 구성 요소, 특히 솔리드 스테이트 층을 분리하기 위해 균열을 가이드하는 균열 가이드 영역은 개질에 의해 미리 정의된다. 여기에서, 본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 적어도 다음의 단계들을 포함한다:

레이저 처리 시스템에 대해 솔리드 스테이트를 이동시키는 단계, 적어도 하나의 개질을 생성하기 위해 레이저 처리 시스템에 의한 복수의 레이저 빔을 연속적으로 생성하는 단계, 상기 레이저 처리 시스템은 복수의 파라미터, 특히 적어도 2개의 파라미터의 함수로서 레이저 빔들의 정의된 집속(defined focusing)을 위해 연속적으로 조정된다. 대량으로 다광자 재료 처리를 위한 평탄 미세초점은 바람직하게는 본 발명에 따른 방법에 의해 가능해진다.

도 5a는 라만 계측기(58)를 도시한다. 여기에 도시된 라만 계측기(58)는 레이저 광선을 방출하는 레이저(60)를 가진다. 레이저 광선은 바람직하게는 렌즈를 통한 여기를 위해 적어도 하나의 광섬유(61)에 의해 보내지고, 특히 솔리드 스테이트에서 초점이 맞춰지는 이러한 렌즈(64)에 의해 바람직하게는 초점이 맞추어진다. 이러한 방사선은 적어도 부분적으로 산란되며, 레이저에 의해 방출된 방사선과 동일한 파장을 가지는 광 성분들은 바람직하게는 필터 장치 및/또는 여기 필터(62)에 의해 필터링된다. 다른 방사선 성분은 그런 다음 분광기(68)로 보내지고, 카메라 시스템, 특히 CCD 검출기(70)에 의해 검출되고, 제어 시스템(14, 72), 특히 컴퓨터에 의해 처리 및/또는 분석된다.

그러므로, 결정에서의 원자 진동은 바람직하게는 외부 레이저에 의해, 또는 특히 바람직하게는 추가의 레이저에 의해 여기된다. 진동은 결정 원자에서의 광산란에 의해 생성되며, 이러한 것은 관찰 가능한 산란광으로 이어지며, 산란광은 산란 에너지의 양만큼 변경되는 광자 에너지를 가진다. 다수의 여기 가능한 진동이 존재할 때, 다중 피크가 또한 산란광의 스펙트럼에서 또한 나타난다. 그런 다음, 분광계(격자 분광계)를 사용하여, 결과적인 라만 산란 스펙트럼은 더욱 상세하게 연구될 수 있다(소위 라만 분광법). 이러한 방법에서, 결정에서의 국부적인 조건은 그 형상에 있어서 개별 라만 라인에 부과되며, 라만 라인의 형상을 분석하는 것에 의해 도핑 정도를 추론하는 것이 가능하다.

도 5b는 가능한 격자 진동이 SiC에서 어떻게 나타나는지를 도시하며, 이러한 모드들은 결정 대칭 및 방향에 의해 미리 결정되며, 또한 동시에 여기될 수 있다. 여기에 도시된 그림은 결정축(A)을 따르는 하나의 방향을 가진다. 여기에서 원자 진동은 특정 방향들로만 가능하며, 방향들은 결정의 대칭에 의해 미리 결정된다.

도 6a는 질소로 도핑된 4H-탄화규소 솔리드 스테이트의 라만 다이아그램(도핑된 SiC 상에 라만 스펙트럼의 일례)의 상세도를 도시한다. LO(PC) 모드의 형상은 도펀트 농도를 측정하기 위해 여기에 사용되며 맞추어진다. 저부 패널: 피팅 잔류물(fitting residual).

도 6b는 라만 스펙트럼의 보다 작은 상세를 도시한다.

여기에 도시된 바와 같이, 이러한 것은 형상의 측정과 LO(PC) 모드로의 일련의 맞춤으로부터 라만 측정으로 도펀트 농도를 결정하기 위한 직접적인 방법을 산출한다.

일반적으로, 그러므로, 목표는 레이저 파라미터를 조정하는 것에 의해, 균열 전파로 인해 여전히 성공적인 분리로 이어질 재료에서의 최적의(가능한 가장 적고 가능한 짧은) 균열 경로를 조정하는 것이지만, 그 외에 재료의 모든 손실을 최소화하거나 또는 감소시킬 것이다(연삭 작업에서 이를 포함한다).

도 7a 및 도 7b는 부울/잉곳으로부터 단일 웨이퍼를 들어올리기 위한 2개의 가능성을 도시한다.

도 7a에 따라서, 이러한 것은 피드포워드 루프(feed-foward loop)로서 구현되며, 도 7b에 따라서 피드백 루프로서 구현된다.

피드포워드에서, 레이저 처리 전의 분포는 특징화되고, 그런 다음, 특히 개질의 생성을 위해, 레이저 처리를 위하여, 특히 위치의 함수로서 맵 및/또는 처리 명령 및/또는 파라미터 조정을 계산하도록 사용된다. 피드포워드는 바람직하게는 잉곳/부울에서 수행된다.

대안적으로, 도 7b에 도시된 바와 같이, 피드백 루프가 실시될 수 있어서, 결과적인 웨이퍼는 각각의 분리 단계 후에 특징화되고, 그런 다음 웨이퍼를 위한 템플릿으로서 역할을 한다.

그러므로, 재료 및 도핑에 의존하여, 레이저 처리 동안 상이한 조정들이 만들어질 수 있다.

SiC 재료에 의해, 레이저 파라미터들의 상이한 조정이 도핑의 함수로서 상이한 깊이에서 만들어질 수 있다. 이러한 것은 아래에 열거된 경계 조건과 함께 아래에 나타난 기능들로 이어질 수 있다:

깊이 180㎛, 펄스 지속 시간 3 ns, 개구수 0.4

낮은 도핑 : 7 μJ-21 mOhmcm

높은 도핑 : 8 μJ-16 mOhmcm

깊이 350㎛, 펄스 지속 시간 3 ns, 개구수 0.4

낮은 도핑 : 9.5 μJ-21 mOhmcm

높은 도핑 : 12 μJ-16 mOhmcm

180 ㎛ 깊이를 위한 공식:

E : 에너지(μJ 단위)

E0 : 가장 낮은 도핑에서의 편심 에너지

K : 에너지 계수 인자

R : 측정된 도핑 정도

B : 기본 도핑 정도(21 mOhmcm)

E = E0 + (B-R) * K

여기에서,

K = 1/(21-16) μJ/mOhmcm = 0.2 μJ/mOhmcm

E0 = 7μJ

B = 21 mOhmcm

예 : 19 mOhmcm의 측정된 도핑 정도 : E = 7.4μJ

350 ㎛ 깊이의 공식:

E : 에너지(μJ 단위)

E0 : 가장 낮은 도핑에서의 편심 에너지

K : 에너지 계수 인자

R : 측정된 도핑 정도

B : 기본 도핑 정도(21 mOhmcm)

E = E0 + (B-R) * K

여기에서

K = 2.5/(21-16) μJ/mOhmcm = 0.5 μJ/mOhmcm

E0 = 9.5 μJ

B = 21 mOhmcm

예 : 19 mOhmcm의 측정된 도핑 정도: E = 10.5 μJ

1 : 솔리드 스테이트 2 : 개질
4 : 균열 가이드 영역 6 : 솔리드 스테이트 부분
8 : 레이저 처리 시스템 10 : 레이저 빔
12 : 데이터 메모리 장치 14 : 제어 시스템
16 : 센서 장치 18 : 수용 장치
20 : 회전축 22 : 구동 장치
24 : 분리될 솔리드 스테이트 부분의 표면
26 : 수용층 32 : 레이저 빔 소스
34 : 카메라 36 : 광학 소자
38 : 빔 스플리터 40 : 구면 수차 보상 수단
42 : 빔 확장기 44 : 조정 장치
46 : 긴 작업 거리를 구비한 현미경 48 : 유체 소스
50 : 굴절률 결정 수단 52 : 사용자
54 : 기능성 유체 소스 56 : 기능성 유체
58 : 라만 계측기 60 : 레이저
61 : 여기를 위한 광섬유 62 : 여기 필터
64 : 렌즈 68 : 분광계
70 : CCD 검출기
72 : 분석 및/또는 처리 시스템 또는 제어 시스템(14)
74 : 검사
76 : 레이저 파라미터 및/또는 기계 파라미터의 조정 및 공간적으로 분석된 처리 명령 및/또는 공간적으로 분석된 처리 맵
78 : 레이저 처리(개질을 생성하는)
80 : 특히 균열 전파 및 균열 가이드에 의한 분리 단계
82 : 표면 처리

Claims

솔리드 스테이트(1)에서 개질(2)을 생성하는 방법으로서,
상기 솔리드 스테이트(1)로부터 솔리드 스테이트 부분(6)을 분리하기 위한 균열을 가이드하는 균열 가이드 영역(4)이 상기 개질(2)에 의해 미리 결정되고, 상기 균열 가이드 영역(4)은 상기 개질(2)을 포함하며, 상기 균열은 상기 개질(2)에 의해 상기 균열 가이드 영역(4)에서 발생되고,
상기 방법은 적어도,
상기 솔리드 스테이트(1)를 레이저 처리 시스템(8)에 대해 이동시키는 단계, 및
상기 솔리드 스테이트(1) 내에 하나 이상의 개질(2)을 생성하기 위해 상기 레이저 처리 시스템(8)에 의해 복수의 레이저 빔(10)을 연속 방출하는 단계를 포함하며,
상기 레이저 처리 시스템(8)은 하나 이상의 파라미터의 함수로서 연속적으로, 상기 레이저 빔(10)의 정의된 집속(defined focusing)을 위해 조정되거나, 레이저 에너지의 조정을 위해 조정되거나, 또는 상기 레이저 빔(10)의 정의된 집속 및 상기 레이저 에너지의 조정 모두를 위해 조정되는,
방법.
제1항에 있어서,
제1 파라미터는 정의된 개질(2)을 생성하기 위해 레이저 빔(10)에 의해 횡단되는 상기 솔리드 스테이트(1)의 영역 내의 상기 솔리드 스테이트(1)의 재료의 굴절률 또는 상기 솔리드 스테이트(1)의 재료의 평균 굴절률이고,
제2 파라미터는 정의된 개질(2)을 생성하기 위해 상기 레이저 빔(10)에 의해 횡단되는 상기 솔리드 스테이트(1)의 영역 내의 처리 깊이인,
방법.
제2항에 있어서,
상기 방법은
상기 제1 파라미터가 굴절률 결정 수단에 의해 결정되는 것과,
상기 제2 파라미터가 지형(topography) 결정 수단에 의해 결정되는 것과,
상기 제1 파라미터는 상기 굴절률 결정 수단에 의해 결정되고 상기 제2 파라미터는 상기 지형 결정 수단에 의해 결정되는 것
중 하나를 특징으로 하는,
방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파라미터들에 관한 데이터는 데이터 메모리 장치(12)에서 공급되고, 적어도 상기 개질(2)의 생성 전에 제어 시스템(14)으로 전송되며,
상기 제어 시스템(14)은 생성될 상기 개질(2)의 각각의 위치의 함수로서 상기 레이저 처리 시스템(8)을 조정하는,
방법.
제4항에 있어서,
상기 제어 시스템(14)은 또한 상기 레이저 처리 시스템(8)을 조정하기 위해 거리 파라미터에 관한 거리 데이터를 처리하며,
상기 거리 파라미터는 상기 레이저 처리 시스템(8)에 대한 거리를 나타내며,
상기 레이저 빔(10)은 상기 개질(2)의 생성 시점에 상기 솔리드 스테이트(1) 내로 도입되고, 상기 거리 데이터는 센서 장치(16)에 의해 검출되는,
방법.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 레이저 처리 시스템(8)의 조정은 센서 수단에 의해 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터의 결정의 함수로서 이루어지며,
상기 결정은 상기 개질(2)의 생성 동안 일어나는,
방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
하나의 파라미터는 상기 솔리드 스테이트(1)의 내부의 미리 결정된 위치에서 또는 미리 결정된 영역에서 상기 솔리드 스테이트(1)의 도핑 정도(degree of doping)인,
방법.
제7항에 있어서,
상기 도핑 정도는 비탄성 산란(라만 산란)을 가지는 후방 산란광의 분석에 의해 결정되고, 상기 후방 산란광은 후방 산란을 기동하기 위해 정의된 입사광과는 다른 파장 또는 다른 파장 범위를 가지며,
상기 후방 산란광은 상기 미리 결정된 위치로부터 또는 상기 미리 결정된 영역으로부터 후방 산란되는,
방법.
제7항에 있어서,
상기 도핑 정도는 와전류 측정에 의해 결정되며,
전도율의 차이는 상기 솔리드 스테이트(1)의 재료에서 결정되는,
방법.
솔리드 스테이트(1)로부터 하나 이상의 솔리드 스테이트 부분을 분리하는 방법으로서,
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법을 적어도 포함하며,
상기 솔리드 스테이트 부분이 상기 개질(2)의 생성으로 인하여 분리되도록 상기 솔리드 스테이트(1) 내에 다수의 상기 개질(2)을 생성하는 단계, 또는
상기 솔리드 스테이트(1) 상에 수용층(26)을 배열 또는 생성하는 단계를 추가로 포함하며,
상기 수용층(26)은 중합체 재료를 포함하고, 상기 중합체 재료는 상기 솔리드 스테이트(1) 내에 균열 전파 응력을 생성하기 위해 상기 수용층(26)의 열처리로 인해 유리 전이되고, 상기 균열 전파 응력으로 인하여 상기 균열 가이드 영역(4)을 따라 상기 솔리드 스테이트(1)에서 균열이 전파되는,
방법.
제10항에 있어서,
상기 수용층(26)은 중량 면에서 상기 중합체 재료로 이루어지며,
상기 중합체 재료의 유리 전이는 -100℃와 0℃ 사이에서 일어나며,
상기 수용층(26)은 중합체 매트릭스를 형성하는 중합체-하이브리드 재료로 이루어지며,
충전제가 상기 중합체 매트릭스에 있으며,
상기 중합체 매트릭스는 폴리디메틸실록산 매트릭스이며,
상기 중합체-하이브리드 재료 내 상기 중합체 매트릭스의 중량 비율은 80% 내지 99%인,
방법.
솔리드 스테이트(1) 내에 개질(2)을 생성하는 장치(30)로서,
상기 솔리드 스테이트(1)로부터 솔리드 스테이트 부분을 분리하기 위한 균열을 가이드하는 균열 가이드 영역(4)이 상기 개질(2)에 의해 미리 결정되고, 상기 균열 가이드 영역(4)은 상기 개질(2)을 포함하며, 상기 균열은 상기 개질(2)에 의해 상기 균열 가이드 영역(4)에서 발생되고,
상기 장치(30)는 적어도,
하나 이상의 솔리드 스테이트(1)를 수용하고 이동시키기 위한 수용 장치(18),
복수의 연속적인 레이저 빔(10)을 방출하기 위한 레이저 처리 시스템(8), 및
제어 시스템(14)을 적어도 포함하며,
상기 레이저 빔(10)은 집속되고 상기 솔리드 스테이트(1) 내의 초점에서 상기 개질(2)을 생성하고,
상기 제어 시스템(14)은 하나 이상의 제1 파라미터 및 제2 파라미터에 대한 데이터를 처리하고, 이 데이터의 함수로서, 각각의 개질(2)에 대해, 상기 레이저 처리 시스템(8)의 집속 및 레이저 에너지 중 적어도 하나를 연속적으로 조정하는,
장치.
제12항에 있어서,
제1 파라미터는 정의된 개질(2)을 생성하기 위해 상기 레이저 빔(10)이 횡단하는 상기 솔리드 스테이트(1)의 영역에서의 상기 솔리드 스테이트(1)의 재료의 평균 굴절률이거나 상기 솔리드 스테이트(1)의 재료의 굴절률이며,
제2 파라미터는 정의된 개질(2)을 생성하기 위해 상기 레이저 빔(10)이 횡단하는 상기 솔리드 스테이트(1)의 영역에서의 처리 깊이이며,
추가적 또는 대안적인 파라미터는 상기 솔리드 스테이트(1)의 재료의 도핑 정도이고 후방 산란광의 분석에 의해 결정되며,
상기 후방 산란광은 후방 산란을 기동하기 위해 정의된 입사광과는 다른 파장 또는 다른 파장 범위를 가지며,
라만 계측기는 상기 장치의 구성 요소이고, 상기 도핑 정도는 상기 라만 계측기에 의해 결정되며,
이 파라미터들 중 하나 이상 또는 전부는 공유된 검출 헤드에 의해 동시에 결정되는,
장치.
제12항 또는 제13항에 있어서,
기울기(tilt) 파라미터를 결정하기 위한 거리 센서 장치(16)가 제공되며,
상기 기울기 파라미터는 상기 레이저 처리 시스템(8)에 대한 상기 솔리드 스테이트(1)의 기울기를 나타내며,
상기 거리 센서 장치(16)는 거리 데이터를 출력하고, 상기 거리 데이터는 상기 레이저 처리 시스템(8)을 조정하기 위하여 상기 제어 시스템(14)에 의해 추가로 처리되는,
장치.
제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 수용 장치(18)를 이동시키기 위한 구동 장치(22)가 제공되며,
상기 제어 시스템(14)은 피드-포워드(feed-dorward) 공정에서 처리되는 파라미터들의 함수로서 상기 수용 장치(18)의 이동 속도, 레이저 집속 및 레이저 에너지 중 적어도 하나를 조정하는,
장치.