CN107004569A - 分离方法及分离方法中材料的使用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于将固体原材料分为至少两个固体工件的分离方法，并涉及在这种分离方法中的材料使用。为了提高分离方法的总产量，提出了包括聚合物基体中的一个或多个填充物的聚合物混合材料的使用。相应的分离方法包括下列步骤：提供具有至少一个暴露表面的固体原材料，将包括聚合物基体中的填充物的聚合物混合材料应用于固体原材料的至少一个暴露表面以得到复合结构，以及使复合结构承受应力场从而沿着固体原材料内的平面将固体原材料分为至少两个固体工件。

Description

分离方法及分离方法中材料的使用
本发明涉及用于将固体原材料划分为至少两个固体工件的分离方法，并涉及这种分离方法中材料的使用。
特别地，在微电子和太阳能光伏中，使用了诸如硅、锗或蓝宝石材料的晶片，即薄片或薄板。目前，这些材料通常从柱状或块状的固体材料中获得，这还被称为铸锭。
圆柱体或晶片形式的工件通过这种铸锭生产，例如，利用锯切或分解方法。这些工件可能已经构成晶片，或者进一步分所获得的工件直至工件具有即将生产的晶片所需要的厚度。
在锯切或分解方法中，通常使用线锯或金刚石线锯，这导致高达50％原始固体材料以如“切口损失”的切屑形式的部分损失，这对于昂贵的原材料来说尤其不利。
此外，锯切操作频繁引起晶片表面的损坏，这不得不利用针对表面处理的额外的加工步骤进行补救，例如研磨或抛光方法步骤。
为了回避所提到的不利，例如DE 10 2012 001 620 A1公开了一种方法，其中针对晶片的生产，聚合物膜利用粘合剂应用于固体材料。在粘合剂固化之后，固体材料与聚合物膜一起承受热应力。由于固体材料和聚合物的不同热属性，固体材料分裂为两个较薄的工件。聚合物膜仍粘附至两个工件中的一者的一侧，并不得不在随后的步骤中从表面移除。
将聚合物膜应用于厚晶片的两个相对侧，并通过利用相应的热处理将其分离为两个薄晶片，所述方法，下文中称为“分离方法”，还可以用于将厚晶片分为两个薄晶片。
此类方法的效力尤其依赖于具有合适的玻璃化转变温度(Tg)、聚合物的导热性及其机械属性的聚合物的选择，机械属性诸如脆性、抗拉强度和弹性。
此外，DE 10 2012 001 620 A1描述了在固体材料与聚合物膜之间的额外的牺牲层的使用，其有助于通过分解或脱离牺牲层，例如通过化学方法添加合适的反应物，来改进脱离步骤之后的聚合物膜的移除。
然而，该方法的不利之处在于其可能在聚合物层完全移除之前要经过高达几个小时的长周期的时间。这大大限制了工业利用。
为了加速聚合物移除过程，利用适当的预处理可以引入额外的即使在室温下是有效的合适张应力形式的驱动力。这些导致了对反应物或溶剂攻击区域的增加，并促进分解或脱离和溶解。然而，所引入的额外应力还可能在移除聚合物，即例如是晶片之后导致对分离的固体材料的损害，例如破裂。与此相关联的是总产量的下降，其减小了分离方法的成本优势。
本发明的目的在于具体说明在分离方法中增加总产量的装置，即相对于所使用的未加工材料和其他资源的效率，其他资源诸如能源和劳动力。
更特别地，在分离方法之后聚合物移除相对于时间的轮廓线即将以特定方式受影响。
优选地，聚合物即将与分开的原材料以快速且无残留的方式分离，并且不会对其有损害。
有利地，聚合物应当是可再使用的。
此外，加工稳定性即将通过方法步骤的数量的最小化而提高。
目的根据本发明权利要求1的特征来实现。从属权利要求反映了根据本发明实现该目的的方式的有利实施方式。
研究显示通过分解、脱离或溶解移除聚合物层是有关的反应物/溶剂的扩散控制的反应。随着时间推移，在固体材料与聚合物之间形成的间隙中的反应物的向内和向外迁移变得甚至更困难并且非常显著的慢。因而反应产物和反应物/溶剂及所溶解成分的向内和向外迁移是扩展控制的限制速率步骤。
根据本发明，在从固体原材料生产至少两个固体工件的分离方法中，使用了聚合物混合材料。
更特别地，聚合物混合材料可以在分离方法中使用，其中两个或多个圆柱体固体工件优选地以晶片形式，特别地为多个晶片，由圆柱体固体原材料生产。
这里理解的圆柱体意为图形由两个平行的、平的、全等的面(基面和顶面)和外部圆柱面约束的图形，外部面由平行的直线形成。优选地，基面和顶面是圆形的并且相互是全等的，从而得到直的圆形的圆柱体。同样可想到其他柱体配置，例如具有n角基面，且n＝3、4、5或6，其中基面和顶面优选是全等的。
根据本描述，固体原材料理解为单晶、多晶或非晶体材料。优选地，由于高的各向异性原子间结合力，具有高的各向异性结构的单晶材料是适当的。固体原材料优选地包括元素周期表中的主族3、4、5和/或12的其中一种材料或多种材料的组合，特别地来自主族3、5和12的元素的组合。
除了硅，半导体原材料还可以由例如砷化镓GaAs、氮化镓GaN、碳化硅SiC、磷化铟InP、氧化锌ZnO、氮化铝AlN、三氧化二镓Ga2O3、氧化铝Al2O3(蓝宝石)、磷化镓GaP、砷化铟InAs、氮化铟InN、砷化铝AlAs或金刚石构成。
固体材料或工件优选地包括来自元素周期表中的主族3、4和5的其中一种材料或材料组合，主族3、4和5的其中一种材料例如Si、SiC、SiGe、Ge、GaAs、InP、GaN、Al2O3(蓝宝石)、AlN。更优选地，固体材料包括周期表的第三和第五族中出现的元素的组合。可想到的材料或材料组合例如是砷化镓、硅、碳化硅等。此外，固体材料可以包括陶瓷(如Al2O3-氧化铝)或由陶瓷构成；这里优选的陶瓷例如通常是钙钛矿陶瓷(例如包含Pb-、O-、Ti/Zr的陶瓷)，并且特别地是铌镁酸铅(lead magnesium niobates)、钛酸钡、钛酸锂、钇铝柘榴石，尤其是针对固体激光器应用的钇铝柘榴石晶体、SAW(表面声波)陶瓷，例如铌酸锂、磷酸镓(gallium orthophosphate)、石英、钛酸钙等。固体材料因而优选地包括半导体材料或陶瓷材料，并且固体材料更优选地由至少一种半导体材料或陶瓷材料构成。此外可想到的是固体材料包括透明材料，或者部分由透明材料构成或已经部分由透明材料制造，透明材料例如蓝宝石。这里可用的固体材料的其他材料单独或与另一材料结合例如是“宽带间隙”材料InAlSb、高温超导体，尤其是稀土铜氧化物(rare earth cuprates)(如YBa2Cu3O7)。额外地或可替换地可想到的是固体材料是光掩膜，其中在本实例中使用的光掩膜材料可以优选地是在申请日已知的任意光掩膜材料并且更优选地是其结合。
聚合物混合材料根据本发明理解为在聚合物基体中包括一个或多个填充物的材料。其中在下文中称之为一种填充物或该填充物，同样可能包括多种填充物。
所采用的聚合物基体可以是任意聚合物，聚合物可以用于产生分开固体原材料所必须的应力。例如，聚合物基体可以采取弹性基体的形式，优选地采取聚二有机基硅氧烷(polydiorganosiloxane)基体的形式，更优选地采取聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane)基体的形式。这种类型的聚合物材料可以以特定的单一形式与填充物结合用做基体材料，因为性能由于可变程度的交联而能够以灵活的方式进行调整，并且能够与特定填充物和待分开的固体原材料匹配。
聚合物混合材料的使用还可能包括不同聚合物与一种或多种相同或不同填充物使用，一起形成聚合物混合材料。
填充物本质上可以是有机的或无机的，并且可以由化学元素或化合物构成，或者由物质混合物构成，例如合金。其基于颗粒的至少一种尺寸以特定形式分布在聚合物基体中，颗粒大小通常在μm和nm范围内。除了球形形状，填充物颗粒还可以采用其他外形，例如杆状或盘状。
填充物颗粒具有任意颗粒大小分布，例如单峰或双峰、狭窄的，特别地，单分散的或宽的。填充物可以例如通过植入聚合物网络用物理方法附着至聚合物基体，或者用化学方法附着至聚合物基体。
聚合物基体中的特定填充物内含物高度依赖于填充物材料及其活动模式。首先，先不论填充物，聚合物基体必须仍然能够履行其产生应力的任务。其次，填充物内含物必须足够高级以在聚合物移除方面获得所需要的效果。在每一个实例中最理想的填充物内含物可以通过本领域技术人员在以依赖浓度的方式进行的简易实验中确定。
聚合物混合材料在分离方法中使用，通过首先提供待分开的具有暴露表面的固体原材料。聚合物混合材料应用于该表面，从而得到相应的复合结构。可选地，聚合物混合材料还可以应用于多个暴露表面，特别地应用于相互平行排列的表面。
更特别地，固体原材料可以是圆柱体固体原材料。在本实例中，聚合物混合材料应用于暴露的基准面和/或顶面。
这可以例如通过粘合剂粘合由聚合物混合材料构成的膜完成。可替换地，在物理和/或化学操作之后，聚合物混合材料的前体物质还可以以液相应用于固体原材料的暴露表面上，以形成当前的聚合物混合材料。
随后，复合结构承受应力场，从而固体原材料沿着固体原材料内的平面分为至少两个固体工件。应力场可以例如通过突然冷却或加热来产生，特别地利用液氮进行突然冷却，在该实例中应力场由于固体原材料和聚合物混合材料的不同热膨胀系数而上升，并得到弹性模数上的显著改变。
对于固体工件的进一步使用，例如通过化学反应、物理脱离操作和/或机械移除来移除聚合物混合材料。
可选地，可以在固体原材料与聚合物混合材料之间设置牺牲层，这在实现分开上简化了聚合物混合材料的移除，例如其中牺牲层通过适当的化学反应进行分解。
虽然聚合物基体用作应力的产生，该应力对于固体原材料的分开是必要的，而填充物的主要目的是在分开固体原材料之后对聚合物移除带来特定影响。出于这个目的，填充物可以例如用作催化剂、助催化剂或引发剂，否则作为抑制剂。除了脱离特性，还可以影响热和/或机械性能。
更特别地，填充物的使用可以通过提高溶剂的向内和向外迁移及溶解的成分或反应的反应物和产物来加快聚合物移除。因此，可以将需要根据现有技术确定日期的额外应力减小至零，从而可以避免因此引起的对固体工件的损坏。结果是缩短加工时间和提高总产量。
此外，增加了整体方法的加工稳定性，因此由于可以无需引入额外应力而需要较少的加工步骤。
如果聚合物基体和/或填充物不经历任何化学反应，那么可能额外要对其进行再使用。
更优选地，加快移除聚合物混合材料以使得可以无需额外的牺牲层。这有助于进一步的简化并因此有助于提高分离方法中的加工稳定性。
在一个实施方式中，填充物由至少一种金属构成，特别地由铝、铁、锌和/或铜构成。
基于本文中提到的所有材料，“由……构成”包括可能由于技术原因或技术原因有益的添加物而存在杂质，例如，可能存在填充物的生成及其分布或其与聚合物基体结合。
金属填充物可以与氧化剂反应，氧化剂例如盐酸、硝酸、柠檬酸、甲酸或氨基磺酸，并因此从聚合物混合材料移除。例如，根据以下反应式铝与浓盐酸反应以形成溶融金属离子和氢：
6HCl+2Al+12H2O→2[AlCl3*6H2O]+3H2
因此在聚合物基体中形成的空腔使反应物或溶剂能够较快进入聚合物层或牺牲层并额外带来较快向外迁移反应物或溶解的成分。
以类似的方式，作为填充物的锌的反应通过与浓盐酸反应导致形成额外空腔：
Zn+2HCl→ZnCl2+H2
此外，产生气体反应产物，在所陈述的示例中即为产生氢气，引入了额外驱动力，该额外驱动力进一步促进聚合物混合材料的移除。
额外空腔的形成和气体反应产物的形成加速了聚合物的移除，并因此有助于分离方法总产量的提高。通过填充物浓度的改变，可能对在固体工件与聚合物混合材料之间的交界区域或在牺牲层与聚合物混合材料之间的交界区域的空腔密度具有特殊影响。
如果填充物由金属构成，进一步的优势在于聚合物混合材料内提高热传导。因此，利用冷却分开固体原材料所产生的应力可以更有效地产生，即更快速且具有较少的冷却剂的消耗。这提高了分离方法的总产量。在一个实施方式中，填充物可以由无机纤维构成，例如碳纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维。
纤维通常具有高的各向异性的性质。利用在聚合物混合材料中填充物的依赖方向的定位，能够对需要分开固体原材料的应力有特殊的影响。这可能有助于分离方法的总产量的提高。
在有机或无机填充物用作具有高的各向异性结构的纤维材料的情况下，一个额外的优势在于这可能获得在聚合物混合材料内的机械性能的提高。
在进一步的实施方式中，填充物由核-壳颗粒或二氧化硅构成。核-壳颗粒的特征在于一种材料的一般球形核化合物被由第二材料组成的壳围绕。壳可以完全纳入核中，否则可能能透过。
材料可以是无机材料，例如金属，或是有机材料，例如聚合物。例如，两种不同的金属可以相互结合。然而，还可以用金属或第二聚合物组成的壳包围由聚合物组成的核。
核-壳颗粒使第一和第二材料属性能够结合。例如，廉价的聚合物核可以用于固定填充物颗粒的大小和密度，而金属壳可以如以上所描述地进行反应。由于他们常常是单分散颗粒大小的分布，核-壳颗粒的性能可能额外地进行精确预测和调整。
对机械性能改进的帮助同样可以通过即将引入的填充物来实现，填充物例如无机网络形式的煅制二氧化硅。除了这些强相互作用，还可能用较少的强相互作用，通过纯粹的液压放大而有助于改进。这里的一个示例是受控制的黏度的增加，这使得在分离特征方面改进加工过程并因而可以有助于提高制造公差。此外，这种相互作用使得使用增加的强化来降低与构造的再定位有关的内部自由度更加困难。这引起需要降低在聚合物混合材料中使用的聚合物的玻璃转化温度，其得到更低的分离温度的优势。
填充物可以以聚合物混合材料具有各向同性或各向异性的性质的方式分布在聚合物基体中。
各向异性的性质可以例如借助各向异性填充物的性质或借助聚合物基体内填充物浓度中受控制的变化来获得。例如，通过在交界区域对固体原材料或牺牲层增加填充物浓度，可能以受控制的方式增加空腔的数量并因此加速聚合物的移除。层内垂直梯度的不均匀的颗粒浓度分布可能对于机械性能的改进是有帮助的，并且均匀分布对热性能的改进是有帮助的。
例如可以通过使用具有不同密度的填充物来获得填充物浓度的变化。
对于获得各向同性或各向异性的性质，还应当一直注意聚合物混合材料的生成操作和聚合物基体的性质。
通常，将聚合物基体与填充物混合在聚合物基体的最终交联之前。这开启了根据随着交联结果而变化的聚合物基体的黏度进行聚合物基体内填充物的分配的可能性。
在最终交联期间利用填充物混合物的合适移动及仍未交联或仅部分交联的聚合物基体，可以获得填充物的均匀分布。通过重力的地球引力的作用，如果填充物具有比聚合物基体更高的密度，与没有外界影响的逐渐交联相反由于沉淀导致了接近地面的区域的填充物的富集。这可以针对固体原材料或牺牲层为交界区域的填充物的富集进行开发，从而例如通过合适的反应故意在那产生空腔。
除了填充物和聚合物基体的密度的比率，颗粒形状也影响了沉淀。纤维固有的高的各向异性颗粒形状，特别地具有高的、非旋转对称纵横比，例如导致了沉淀的迟延和聚合物基体内填充物分布的逐渐改变。
纵横比优选地理解为长度与直径的比、长度与宽度的比或长度与厚度的比。
长度一直被选择作为颗粒的在任意空间方向上的最大程度。
因此，纵横比从不会小于一。纵横比为一则对应于完美的球形的形状。球形形状的偏差通过纵横比大于一进行描述。
根据本发明使用的材料(即在本实例中，无机或有机纤维)的主要颗粒一般具有非常高的纵横比(高的各向异性颗粒形状)。
根据所使用的填充物或填充物的结合，在这里主要颗粒的纵横比可以大于100，并常常大于1000，即使本发明不限于此。
在高的各向异性填充物颗粒的情况下，通过阻碍沉淀的上部结构可能出现额外的稳定。此外，在纳米级填充物颗粒的情况下，可以是三维框架结构，其使得沉淀更困难，以使得特别在交界区域可以以受控制的方式影响性质。
以建立于Stokes定律的Stokes公式为基础，额外的因素在于为颗粒半径的平方在沉淀率公式中起重要作用：
其中vp…沉淀率
r...下落颗粒的半径
g…重力加速度
ρp…颗粒的密度
ρf…液体的密度
η…液体的动态黏度
相应地，特别在亚微米和纳米级颗粒的情况下，沉淀率落在聚合物交联时间的过程上。
在所描述的操作的帮助下，可以将聚合物混合材料与各种固体原材料和以受控制的方式的分离方法的加工条件匹配。例如，可以排列主要有助于创造空腔的填充物并改进在交界区域中的聚合物混合材料的移除，而用于改进热传导的第二填充物在聚合物混合材料中应当以最大均匀分布存在。
本发明的目的还通过聚合物混合材料及其生产方法来实现。实现该目的及其配置的方式的阐述与相应的分离方法的配置是相同的。
本发明还在下文中参考在下文中概述的方法中的本发明的聚合物使用来阐述。在许多技术领域(例如微电子或光电技术)，材料，例如硅、锗或蓝宝石，频繁以薄片和薄板(称为晶片)的形式使用。
目前生产该晶片的标准方法是从铸锭锯切、引起相当大的材料损失(“切口损失”)的上升。因为所使用的原材料常常是非常昂贵的，所以要对生产这种降低材料花费的晶片付出巨大的努力，并因此可以以更有效和廉价的方式生产晶片。
例如，单独在生成用于太阳能电池的硅晶片采用当前标准方法，所使用的材料由于“切口损失”而损失几乎50％。纵观全球，这相当于每年超过二十亿欧元的损失。因为晶片的花费构成完成的太阳能电池的最大比例的花费(超过40％)，所以通过晶片生产中相应的改进可能大大减少太阳能电池的花费。
特别地，此类晶片生成的没有切口损失(“无切口切片”)的引人注目的方法似乎是免除传统锯切的方法，并可以例如通过使用温度感应应力直接从较厚的工件脱离薄晶片。这些尤其包括例如在PCT/US2008/012140和PCT/EP2009/067539中所描述的方法，其中应用于工件的聚合物层用于产生这些应力。
在所提到的方法中的聚合物层具有比工件高大约两个量级的热膨胀系数。此外，通过利用玻璃转化，可以在聚合物层获得相对高的弹性模数，以使得可以通过冷却来在聚合物层-工件层系统中引入足够大的应力，以使晶片从工件脱离。
在晶片从工件脱离中，在所提到的方法的每一种情况下，聚合物仍粘合至晶片的一侧。这里的晶片在该聚合物层的方向上弯曲相当显著，这使得受控制的脱离困难，并且可能导致例如所脱离的晶片厚度上的变化。此外，显著弯曲使得进一步的加工困难并且甚至可能导致晶片的破损。
在根据本领域的现有情形的方法使用的实例中，所生成的晶片在每一种情况下在厚度上一般具有相对高的变化，并且空间厚度分布频繁显示出具有多重对称的模式。在使用现有方法的情况下在整个晶片上看到的总厚度变化(TTV)频繁大于平均晶片厚度的100％(晶片平均厚度100微米，例如在最薄的点厚度为50微米及在其最厚的点为170微米，那么TTV为170-50＝120微米，这相当于厚度总变化相对于为其平均厚度为120％)。在厚度上存在这种大的变化的晶片适用于许多应用。此外，在最常出现的多个厚度分布模式的情况下，存在最大变化的区域不幸在晶片的中央，这样是破坏最大的。
此外，在根据本领域的当前状态的方法中，在自身脱离中的断裂延伸期间，在所涉及的层系统中出现了多余的振荡，这对破裂前锋的外形具有不利的影响，并且尤其可能导致所脱离晶片的厚度上的显著的变化。
此外，现有方法中在聚合物层的整个区域上确保可再生的良好热接触是困难的。然而，局部不充分的热接触由于所使用的聚合物的低的热传导性而可能在层系统的温度上导致多余而显著的局部区别，这在其本身对所产生的应力场的可控性以及对所生成的晶片的品质具有不利影响。
此外，公布的DE 196 40 594 A1公开了利用光感应的界面分解而分开半导体材料的方法及从而生成的设备，诸如构成的和自足式半导体层和部件。根据DE 196 40 594 A1的方法包括衬底与半导体层之间的交界面或半导体层之间的照明，这导致了交界面处的光吸收或者在所要的吸收层中的光吸收引起材料分解。引起分解的交界面或半导体层的选择通过选择光波长和光强度、入射角度或在材料生成期间薄牺牲层的并入来进行。本方法在整个层的破坏方面存在缺陷，需要使用高能量的剂量，因此本方法的能量要求及因此的花费是非常高的。
由于本发明的聚合物混合材料，利用在下文中概述的固体材料层的生产方法，具有均匀厚度的固体材料板或晶片即将以廉价的方式生成。更特别地，因此获得低于120微米的TTV。
在本方法中，使用了如以上具体描述的本发明的聚合物混合材料，并且其优选地包括至少下列步骤
-提供用于分开至少一个固体材料层的固体材料，利用至少一个辐射源，特别是激光，在固体材料的内部结构中产生缺陷以限定脱离平面，固体材料层沿着脱离平面与固体材料分开，
-排列受体层以在固体材料上保持固体材料层，
-使受体层特别地通过机械装置经历热处理以在固体材料中产生应力，其中应力引起固体材料的破裂以沿着脱离平面延伸，脱离平面将固体材料层与固体材料分开。
这种解决方案由于辐射源而是有优势的，因为可以在固体材料中生成脱离层或缺陷层，通过脱离层或缺陷层在裂纹延伸中引导或传导破裂，这使能达到非常小的TTV，特别地小于200微米或100微米或小于80微米或小于60微米或小于40微米或小于20微米或小于10微米或小于5微米，尤其小于4、3、2或1微米。
晶片的照射因而在第一步骤中在固体材料中创造了一种穿孔，破裂在第二步骤中沿着穿孔延伸或者固体材料层沿着穿孔与固体材料分开。
固体材料层与固体材料脱离的应力可以通过使受体层，特别是聚合物层，经历热处理而产生。热处理优选地冷却受体层或聚合物层至环境温度或低于环境温度，并优选地低于10℃及更优选地低于0℃及进一步优选地低于-10℃。聚合物层的冷却达到最优选效果，从而优选地由PDMS构成的聚合物层的至少一部分经历了玻璃转化。这里的冷却可以是冷却至低于-100℃，这例如能够利用液氮来实现。本实施方式是有优势的，因为聚合物层根据温度改变收缩和/或经历了气体转变并且上升的力被传送至固体材料，利用该上升的力可以在固体材料中产生机械应力，机械应力导致触发破裂和/或导致破裂的延伸，以及破裂的延伸首先沿着用于脱离固体材料层的第一脱离平面。
固体材料可以排列在保持层上以保持固体材料，其中保持层排列在固体材料的第一平坦区域部件上，其中固体材料层的第一平坦区域部件与固体材料的第二平坦区域部件间隔开，其中聚合物层排列在第二平坦区域部件上，并且其中脱离平面平行对准或关于第一平面区域部件和/或第二平坦区域部件平行生成。
本实施方式是有优势的，因为固体材料至少在一部分上排列并优选地整体排列在保持层与聚合物层之间，因而用于产生破裂的应力或裂纹延伸可以利用这些层中的一者或利用两层被引入至固体材料。
至少一个或确切地一个辐射源可以配置用于将待引入的辐射供给固体材料，以使得放射的射线在固体材料内的预定点产生缺陷。本实施方式是有优势的，因为可以利用辐射源，特别地利用激光极其准确地在固体材料中产生缺陷。
辐射源可以被调整，以使得用于产生脱离平面的放射的射线透入固体材料定义的深度，特别地<100μm。优选地，脱离平面与外部平行地并且间隔开地形成，外部优选为固体材料的平坦表面。优选地，脱离平面在固体材料内形成，与固体材料的平坦表面间隔开地形成，间隔为小于100微米及优选地小于50微米并且更优选地小于或等于20、10、5或2微米。
固体材料可以暴露于给定波长和/或功率，给定波长优选地与特定材料或衬底匹配。本实施方式是有优势的，因为缺陷大小可以受到波长和/或功率的影响。
在本发明的进一步的优选实施方式中，固体材料包括硅和/或镓或钙钛矿，并且聚合物层和/或保持层由至少部分及优选地整体或达到大于75％范围的聚二甲基硅氧烷(PDMS)构成，其中保持层排列在稳定设备的表面上，该表面至少有一部分是平坦的并且由至少部分或至少一种金属构成。稳定设备优选地是板，特别地是包括铝的板或由铝构成的板。本实施方式是优势的，因为稳定设备和保持层限定了或固定了固体材料，其使应力非常准确地在固体材料中产生。
固体材料中的应力可以是可调节的或可产生的，以使得破裂的触发和/或破裂的延伸是可控制的，以生成在破裂的平面上出现的表面的拓扑。应力因此优选地以不同的程度产生，优选地以至少临时性为基础，在固体材料的不同区域产生。本实施方式是有优势的，因为通过控制破裂的触发和/或破裂的轮廓，所生成或分开的固体材料层的拓扑可以以有优势的方式受到影响。
固体材料优选地包括元素周期表中的主族3、4和5的其中一种材料或多种材料的组合，主族3、4和5中的其中一种例如Si、SiC、SiGe、Ge、GaAs、InP、GaN、Al2O3(蓝宝石)、AlN。更优选地，固体材料包括周期表的第三和第五族中出现的元素的组合。这里可想到的材料或材料组合例如是砷化镓、硅、碳化硅等。此外，固体材料可以包括陶瓷(如Al2O3-氧化铝)或由陶瓷构成。这里优选的陶瓷例如通常是钙钛矿陶瓷(例如包含Pb-、O-、Ti/Zr的陶瓷)，并且特别地是铌镁酸铅、钛酸钡、钛酸锂、钇铝柘榴石，尤其是针对固体激光器应用的钇铝柘榴石晶体、SAW(表面声波)陶瓷，例如铌酸锂、磷酸镓、石英、钛酸钙等。固体材料因而优选地包括半导体材料或陶瓷材料，并且固体材料更优选地由至少一种半导体材料或陶瓷材料构成。此外可想到的是固体材料包括透明材料，或者部分由透明材料构成或已经部分由透明材料制造，透明材料例如蓝宝石。这里可用的固体材料的其他材料单独或与另一材料结合，例如是“宽带间隙”材料InAlSb、高温超导体，尤其是稀土铜氧化物(如YBa2Cu3O7)。
本发明进一步涉及晶片。
此外，德国专利申请10 2013 016 666.7的主题通过引用的方式完全引入作为本专利申请的主题的一部分。同样由本申请的申请人在申请日提出并且涉及生产固体材料层的领域的所有进一步的专利申请的主题也完全引入作为本专利申请的主题的一部分。
附图说明
本发明进一步的优势、目的和性质参考随后所附附图的描述进行阐述，其中本发明的晶片生产以示例的方式进行详细描述。至少就其在附图中的实质功能相对应的本发明的晶片生产的部件或元件在这里可以通过同样的参考数字进行标识，在这种情况下不需要在所有附图中对这些部件或元件进行编号或阐述。
下文中所描述的图示中单独表示或所有表示应当优选地视为结构附图，这意味着附图的尺寸、比例、功能关系和/或布置优选地准确对应于或优选地实质对应于本发明的装置或本发明的产品的尺寸、比例、功能关系和/或布置。
附图显示了：
图1a固体材料中产生缺陷的示意性结构；
图1b固体材料层与固体材料分开之前层排列的示意性图示；
图1c固体材料层与固体材料分开之后层排列的示意性图示；
图2a利用光波针对缺陷产生的第一变体示意性表示；
图2b利用光波针对缺陷产生的第二变体示意性表示；以及
图3脱离平面的示意性表示。
图1a显示了固体材料2或排列在辐射源18，特别是激光的区域中的衬底。固体材料2优选地具有第一平坦区域部件14和第二平坦区域部件16，并且第一平坦区域部件14优选地基本上或准确地与第二平坦区域部件16平行对齐。第一平坦区域部件14和第二平坦区域部件16优选地在优选垂直或正交对齐的Y方向上约束着固体材料2。平坦区域部件14和16的每一个优选地在X-Z平面上延伸，X-Z平面优选地水平对齐。此外，还可以从该图示中推断出辐射源18将射线6放射至固体材料2上。根据配置，射线6穿透至固体材料2中定义深度，并在特定位置或在预定位置产生缺陷。
图1b显示了多层排列，其中固体材料2包括脱离平面8并已经在第一平坦区域部件14的区域中设置有保持层12，在保持层12上优选顺次叠加另一层20，另一层20优选地为稳定设备，特别地为金属板。优选地排列在固体材料2的第二平坦区域部件16的顶上的是聚合物层10。聚合物层10和/或保持层12优选地由至少部分及更优选地整个由PDMS构成。
图1c显示了在破裂触发之后及随后破裂传导的状态。固体材料层4粘附至聚合物层10并与固体材料2的其余部分间隔开或可以与其间隔开。
图2a和2b显示了通过利用光射线将缺陷引入固体材料2而产生图1a中所显示的脱离平面8的示例。
本发明因而涉及生成固体材料层的方法。本发明的方法包括至少以下步骤：提供固体材料(2)以分开至少一个固体材料层(4)；利用至少一个辐射源，特别是激光，在固体材料的内部结构中产生缺陷以限定脱离平面，固体材料层沿着该脱离平面与固体材料分开；以及使排列在固体材料(2)上的聚合物层(10)经历热处理以在固体材料(2)中产生应力，特别地通过机械装置产生，其中应力引起固体材料(2)的破裂从而沿着脱离平面(8)延伸，脱离平面(8)将固体材料层(4)与固体材料(2)分开。
图2a因而以示意性的形式显示了怎样可以在固体材料2中产生缺陷34，特别是针对利用辐射源18，特别是一个或多个激光产生脱离平面8。辐射源18以第一波长30和第二波长32放射辐射6。波30、32相互匹配，或者调整在辐射源18与即将产生的脱离平面8之间的距离，以使得波30、32基本上或准确地在固体材料2中的脱离平面8相交，借此由于两个波30、32的能量在交点34产生缺陷。缺陷的产生可能通过不同的或结合的分解机制而出现，例如升华或化学反应，并且分解可以例如通过热和/或光化学装置引发。
图2b显示了聚焦的光射线6，其焦点优选地在脱离平面8中。这里可想到的是光射线6由一个或多个聚焦主体聚焦，特别地，聚焦主体为(一个或多个)透镜(未示出)。在本实施方式中，固体材料2为多层形式并且优选地具有部分透明或透明衬底层3或材料层，衬底层3或材料层优选地由蓝宝石构成或包括蓝宝石。光射线6穿过衬底层3至脱离平面8，脱离平面8优选地通过牺牲层5形成，牺牲层5上的辐射效果优选地在焦点或在焦点区域中通过热和/或光化学装置部分或完全分解牺牲层5。同样可想到的是产生脱离层8的缺陷在两层3、4之间的交界区域或准确地在交界产生。从而同样可想到的是固体材料层4在载体层，特别地为衬底层3上产生，脱离或分开固体材料层4的脱离平面8还可以利用一个或多个牺牲层5和/或利用在交界产生缺陷而产生，该交界特别地在固体材料层4与载体层之间。
图3显示了具有存在不同缺陷密度82、84、86的区域的脱离平面8。这里可想到的是具有不同缺陷密度的众多区域形成了脱离平面8，并且同样可想到的是脱离平面8中的缺陷34基本上或完全均匀分布在面(area)上。不同的缺陷密度就面积来说可以是相同或不同的。优选地，第一升高的缺陷密度构成了破裂触发密度82，该破裂触发密度82优选地在边缘区域中产生或向边缘延伸或延伸接近边缘。额外地或可替换地，可以形成破裂传导密度84以使得将固体材料层4与固体材料2分开的破裂是可控制的或可操纵的。此外，额外地或可替换地，可能产生中心密度86，中心密度86优选地在固体材料2的中心区域中可能成为非常平的表面。优选地，破裂传导密度84部分或全部以环形或环绕的形式，并因而优选地包围固体材料2或固体材料层4的中心的一部分，并更优选地包围固体材料2或固体材料层4的中心整体。进一步可想到的是破裂传导密度84从固体材料2的边缘并沿固体材料2的中心方向逐步减小或以恒定或流畅的形式持续减小。进一步可想到的是破裂传导密度84是带状的，并且以均匀的或者基本上或完全均匀的形式。
附图标记说明
2 固体材料
3 衬底
4 固体材料层
5 牺牲层
6 辐射
8 脱离平面
10 聚合物层
12 保持层
14 第一平坦区域部件
16 第二平坦区域部件
18 辐射源
20 稳定设备
30 第一辐射部件
32 第二辐射部件
34 缺陷产生位置
82 破裂触发密度
84 破裂传导密度
86 中心密度
X 第一方向
Y 第二方向
Z 第三方向

Claims (29)

1.在用于将固体原材料分为至少两个固体工件的分离方法中聚合物混合材料的使用，聚合物混合材料包括一个或多个填充物。
2.根据权利要求1所述的使用，其特征在于，聚合物基体是弹性基体，优选地是聚二有机基硅氧烷基体，更优选地是聚二甲基硅氧烷基体。
3.根据权利要求1或2所述的使用，其特征在于，填充物由至少一种金属构成，特别地由铝、铁、锌和/或铜构成。
4.根据以上权利要求中的任一权利要求所述的使用，其特征在于，填充物由无机纤维构成，特别地由碳纤维、玻璃纤维和/或玄武岩纤维构成。
5.根据以上权利要求中的任一权利要求所述的使用，其特征在于，填充物由核-壳颗粒或二氧化硅构成。
6.根据以上权利要求中的任一权利要求所述的使用，其特征在于，填充物能够在反应物的帮助下反应，反应物优选为氧化剂，以释出气体产物。
7.根据以上权利要求中的任一权利要求所述的使用，其特征在于，填充物分布在所述聚合物基体中，以使得所述聚合物混合材料具有各向同性或各向异性的性质。
8.根据以上权利要求中的任一权利要求所述的使用，将圆柱体固体原材料分为至少两个圆柱体固体工件。
9.一种用于将固体原材料分为两个或更多固体工件的分离方法，包括以下步骤：
-提供具有至少一个暴露表面的所述固体原材料，
-将包括聚合物基体中的填充物的聚合物混合材料应用于所述固体原材料的至少一个暴露表面，以得到复合结构，
-以将所述固体原材料沿着所述固体原材料内的平面分离为至少两个固体工件的方式，使所述复合结构承受应力场。
10.根据权利要求9所述的分离方法，其特征在于，所述聚合物混合材料的所述聚合物基体是弹性基体，优选地是聚二有机基硅氧烷基体，更优选地是聚二甲基硅氧烷基体。
11.根据权利要求9或10所述的分离方法，其特征在于，所述聚合物混合材料的所述填充物由至少一种金属构成，特别地由铝、铁、锌和/或铜构成。
12.根据权利要求9至11中的任一权利要求所述的分离方法，其特征在于，所述聚合物混合材料的填充物由无机纤维构成，特别地由碳纤维、玻璃纤维和/或玄武岩纤维构成。
13.根据权利要求9至12中的任一权利要求所述的分离方法，其特征在于，所述聚合物混合材料的填充物由核-壳颗粒或二氧化硅构成。
14.根据权利要求9至13中的任一权利要求所述的分离方法，其特征在于，填充物能够在反应物的帮助下反应，反应物优选为氧化剂，以释出气体产物。
15.根据权利要求9至14中的任一权利要求所述的分离方法，其特征在于，填充物分布在所述聚合物基体中，以使得所述聚合物混合材料具有各向同性或各向异性的性质。
16.根据权利要求9至15中的任一权利要求所述的分离方法，其特征在于，将圆柱体固体原材料分为至少两个圆柱体固体工件。
17.根据权利要求9至16中的任一权利要求所述的分离方法，其特征在于，首先将牺牲层应用于所述固体原材料的至少一个暴露表面，并然后将所述聚合物混合材料应用于所述牺牲层，以使得所述复合结构包括所述固体原材料、所述牺牲层和所述聚合物混合材料。
18.一种针对用于将包括聚合物基体的固体原材料分为至少两个固体工件的分离方法的聚合物混合材料的生产方法，其特征在于，将一个或多个填充物添加至聚合物基体作为弹性基体，优选地是聚二有机基硅氧烷基体，更优选地是聚二甲基硅氧烷基体。
19.根据权利要求18所述的生成聚合物混合材料的方法，其特征在于，其中一种所述填充物由至少一种金属构成，特别地由铝、铁、锌和/或铜构成。
20.根据权利要求18或19所述的生成聚合物混合材料的方法，其特征在于，其中一种所述填充物由无机纤维构成，特别地由碳纤维、玻璃纤维和/或玄武岩纤维构成。
21.根据权利要求18至20中任一权利要求所述的生成聚合物混合材料的方法，其特征在于，其中一种所述填充物由核-壳颗粒或二氧化硅构成。
22.根据权利要求18至21中的任一权利要求所述的生成聚合物混合材料的方法，其特征在于所述填充物中的一者能够在反应物的帮助下反应，反应物优选为氧化剂，以减少气体的生成。
23.根据权利要求18至22中的任一权利要求所述的生成聚合物混合材料的方法，其特征在于，其中一种所述填充物分布在所述聚合物基体中，以使得所述聚合物混合材料具有各向同性或各向异性的性质。
24.一种用于将固体原材料分为至少两个固体工件的分离方法的聚合物混合材料，包括聚合物基体，其特征在于，所述聚合物基体是弹性基体，优选地是聚二有机基硅氧烷基体，更优选地是聚二甲基硅氧烷基体，聚合物混合材料还包括聚合物基体中的一个或多个填充物。
25.根据权利要求24所述的聚合物混合材料，其特征在于，其中一种所述填充物由至少一种金属构成，特别地由铝、铁、锌和/或铜构成。
26.根据权利要求24或25所述的聚合物混合材料，其特征在于，其中一种所述填充物由无机纤维构成，特别地由碳纤维、玻璃纤维和/或玄武岩纤维构成。
27.根据权利要求24至26中的任一权利要求所述的聚合物混合材料，其特征在于，其中一种所述填充物由核-壳颗粒或二氧化硅构成。
28.根据权利要求24至27中的任一权利要求所述的聚合物混合材料，其特征在于，其中一种所述填充物能够在反应物的帮助下反应，反应物优选为氧化剂，以减少气体的生成。
29.根据权利要求24至28中的任一权利要求所述的聚合物混合材料，其特征在于，其中一种所述填充物分布在所述聚合物基体中，以使得所述聚合物混合材料具有各向同性或各向异性的性质。
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