JP2018532850A - Carrier-base bonding system - Google Patents
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Abstract
3次元ナノ構造を生成するためのシステム及び方法が開示される。このシステムは、結合剤を使用してキャリアに結合された基材を備える。結合剤は、気化性又は昇華性とすることができる。このキャリアは、ガラス又はガラス状物質とすることができる。いくつかの実施形態では、キャリアは、結合剤が熱、圧力、光その他の方法によって気体状態に変換されたときに脱離することができる1つ以上の孔を有する透過性とすることができる。この基材は、結合剤を使用してキャリアに結合される。次に、この基材を加工処理して膜を形成することができる。この加工処理としては、研削、研磨、エッチング、パターニングその他の工程が挙げられる。その後、加工処理された膜を、受容基材又は予め配置された膜に位置合わせして固定させる。適切に取り付けられたら、結合剤を加熱、減圧又はそうでなければ昇華又は気化させ、それにより、加工処理された膜がキャリアから脱離する。 Systems and methods for generating three-dimensional nanostructures are disclosed. The system comprises a substrate that is bound to a carrier using a binder. The binder can be vaporizable or sublimable. The carrier can be glass or glassy material. In some embodiments, the carrier can be permeable with one or more pores that can be detached when the binder is converted to a gaseous state by heat, pressure, light, or other methods. . This substrate is bonded to the carrier using a binder. The substrate can then be processed to form a film. Examples of the processing include grinding, polishing, etching, patterning, and other processes. The processed membrane is then aligned and secured to the receiving substrate or pre-arranged membrane. Once properly attached, the binder is heated, depressurized or otherwise sublimated or vaporized, thereby detaching the processed film from the carrier.
Description
技術分野
本出願は、2015年10月8日に出願された米国仮特許出願第62/238,930号及び第62/238,764号、また2016年5月23日に出願された米国特許出願第15/161,646号の優先権を主張するものであり、それら開示内容は、それら全体を参照により本明細書において援用する。
TECHNICAL FIELD This application includes US Provisional Patent Applications Nos. 62 / 238,930 and 62 / 238,764 filed Oct. 8, 2015, and US Patent Applications filed May 23, 2016. No. 15 / 161,646 is claimed, the disclosures of which are hereby incorporated by reference in their entirety.
背景技術
3次元ナノ構造は、素子が埋め込まれたフォトニック結晶、3次元集積半導体電子部品、3次元半導体メモリ、組織骨格、屈折率分布光学部品、異種単結晶格子不整合構造体などの様々な用途において有用である。
Background Art Three-dimensional nanostructures are various such as photonic crystals with embedded elements, three-dimensional integrated semiconductor electronic components, three-dimensional semiconductor memories, tissue skeletons, refractive index distribution optical components, and heterogeneous single crystal lattice mismatched structures. Useful in applications.
いくつかの実施形態では、これらの3次元ナノ構造は、予めパターニングされた膜を互いの上部又は受容基材上に位置合わせして、積層することによって製造される。典型的には、これらの膜のいくつかがパターニングされる。このパターニングとしては、細孔、チャネル、移植化学要素、電子又は光学素子その他の構造の領域を導入することが挙げられる。さらに、パターニングとしては、膜を複数の分離部分に分割することが挙げられる。 In some embodiments, these three-dimensional nanostructures are fabricated by stacking pre-patterned films in alignment with each other or on a receiving substrate. Typically, some of these films are patterned. This patterning may include introducing pores, channels, implanted chemical elements, electronic or optical elements or other regions of structure. Further, patterning includes dividing the film into a plurality of separated portions.
パターニングされた膜を積層するために様々な技術が説明されている。例えば、それぞれの膜をフレーム上に配置することができる。このような例では、切断点を使用することにより膜を外枠に結合させることができる。枠が装着されたパターニング膜を、基材又は予め付着された膜に位置合せする。位置合わせ後、切断点を切断し、それによって枠を膜から分離させることができる。 Various techniques have been described for depositing patterned films. For example, each film can be placed on a frame. In such an example, the membrane can be bonded to the outer frame by using a cutting point. The patterning film on which the frame is mounted is aligned with the substrate or the film that has been previously deposited. After alignment, the cutting point can be cut, thereby separating the frame from the membrane.
しかしながら、この技術は、特定の用途では許容可能な場合もあるが、圧縮応力を有する膜又は分離膜には適さないことがある。 However, this technique may be acceptable for certain applications, but may not be suitable for membranes or separation membranes that have compressive stress.
したがって、3次元ナノ構造を生成するために膜を輸送及び位置合わせするための改善されたキャリアシステムがあれば有益であろう。 Therefore, it would be beneficial to have an improved carrier system for transporting and aligning the membrane to produce a three-dimensional nanostructure.
3次元ナノ構造を生成するためのシステム及び方法を開示する。このシステムは、気化性又は昇華性のいずれかであってよい結合剤を使用してキャリアに結合された基材を備える。キャリアは、ガラス又はガラス状物質、シリコン、別の無機材料とすることができ、又はそれ自体が気化性若しくは昇華性の材料とすることができる。他の実施形態では、キャリアは焼結されていてもよく、エアロゲル又はキャピラリーアレイであってもよい。いくつかの実施形態では、キャリアは透過性であってもよい。例えば、キャリアは、結合剤が加熱されたとき又はそうでなければ気体に転化されたときに逃げることができる1つ以上の孔を有することができる。シリコン、ガリウム砒素、窒化ガリウム、グラフェンその他の材料といった基材を、結合剤を使用してキャリアに結合させる。次に、基材を加工処理して所望の膜を形成することができる。この加工処理としては、研削、ダイシング、研磨、リソグラフィ手段によるパターニング、エッチング、メタライゼーションその他のパターニング手段が挙げられる。その後、基材又は加工処理された膜(以下、物品という)を、受容基材又は予め配置された膜に位置合わせする。適切に位置合わせした後に、結合剤を加熱し、減圧し又はそうでなければ昇華若しくは気化させ、それにより基材又は加工処理された膜をキャリアから剥離する。このプロセスを複数回繰り返して所望の膜の積層を構築することができる。 Disclosed are systems and methods for generating three-dimensional nanostructures. The system comprises a substrate bonded to a carrier using a binder that can be either vaporizable or sublimable. The carrier can be glass or glassy material, silicon, another inorganic material, or itself a vaporizable or sublimable material. In other embodiments, the carrier may be sintered and may be an airgel or a capillary array. In some embodiments, the carrier may be permeable. For example, the carrier can have one or more pores that can escape when the binder is heated or otherwise converted to a gas. A substrate such as silicon, gallium arsenide, gallium nitride, graphene or other material is bonded to the carrier using a binder. The substrate can then be processed to form the desired film. Examples of the processing include grinding, dicing, polishing, patterning by lithography means, etching, metallization, and other patterning means. Thereafter, the substrate or processed membrane (hereinafter referred to as article) is aligned with the receiving substrate or pre-arranged membrane. After proper alignment, the binder is heated, depressurized or otherwise sublimated or vaporized, thereby peeling the substrate or processed film from the carrier. This process can be repeated multiple times to build a desired film stack.
一実施形態では、結合剤でキャリアに装着された物品を分離する方法を開示する。この方法は、結合剤を固体状態から液体状態に転移させ、物品をキャリアから剥離するために、キャリアと物品との間の隙間から液体状態を吸い取る(ウィッキング;wicking)することを含む。所定の実施形態では、キャリアは透過性である。いくつかの実施形態では、結合剤は、分解又は溶融の少なくとも1つによって液体状態に転移する。いくつかの実施形態では、結合剤の液体状態は、透過性キャリア内において少なくとも部分的に保存される。いくつかの実施形態では、結合剤の液体状態は気体に転移し、透過性キャリアを通過する。所定の実施形態では、結合剤の液体状態は気体に転移し、気体の少なくとも一部は、透過性キャリア中にその液体又は固体状態の少なくとも1つで収集される。 In one embodiment, a method for separating an article mounted on a carrier with a binder is disclosed. The method includes wicking the liquid state from the gap between the carrier and the article to transfer the binder from the solid state to the liquid state and release the article from the carrier. In certain embodiments, the carrier is permeable. In some embodiments, the binder transitions to a liquid state by at least one of decomposition or melting. In some embodiments, the liquid state of the binder is at least partially preserved within the permeable carrier. In some embodiments, the liquid state of the binder transitions to a gas and passes through the permeable carrier. In certain embodiments, the liquid state of the binder is transferred to a gas, and at least a portion of the gas is collected in at least one of its liquid or solid state in a permeable carrier.
別の実施形態では、物品を分離する方法を開示する。この方法は、局所的又は全体的な雰囲気の温度を上昇させる又は圧力を減少させることによって、結合剤を固体から転移させることにより、物品を結合剤から剥離すること含む。所定の実施形態では、結合剤は気化性又は昇華性である。いくつかの実施形態では、結合剤は、溶媒溶解性、耐薬品性、凝集性、接着性、融点、熱容量及び蒸気圧のうちの少なくとも1つを最適化するために、1つ以上のコアと1つ以上のハンドルとを有する分子を含む。いくつかの実施形態では、結合剤は1種以上の昇華性又は気化性の種に分解され、又は構造的に改変される。いくつかの実施形態では、結合剤は、光開始分裂を受ける又は高い蒸気圧を有する1種以上の薬剤に立体構造が変化する。所定の実施形態では、結合剤は、物品をキャリアに付着させる。所定の実施形態では、キャリアは透過性である。所定の実施形態では、透過性キャリアは、エアロゲル、キセロゲル又は可溶性ゲルから生成された他の材料の少なくとも1つを含む。所定の実施形態では、透過性キャリアは、キャピラリーアレイ、フリット、又は多孔質繊維材料の少なくとも1つを含む。所定の実施形態では、透過性キャリアは、多孔質でない少なくとも1つの埋込構造を含む。いくつかの実施形態では、埋込構造は、透過性キャリアの熱的特性、電磁的特性、流体的特性又は機械的特性を調節する。 In another embodiment, a method for separating articles is disclosed. The method includes peeling the article from the binder by transferring the binder from the solid by increasing the temperature of the local or global atmosphere or decreasing the pressure. In certain embodiments, the binder is vaporizable or sublimable. In some embodiments, the binder comprises one or more cores to optimize at least one of solvent solubility, chemical resistance, cohesion, adhesion, melting point, heat capacity and vapor pressure. A molecule having one or more handles. In some embodiments, the binder is broken down into one or more sublimable or vaporizable species or structurally modified. In some embodiments, the binding agent conforms to one or more drugs that undergo photoinitiated splitting or have a high vapor pressure. In certain embodiments, the binder attaches the article to the carrier. In certain embodiments, the carrier is permeable. In certain embodiments, the permeable carrier comprises at least one of an airgel, a xerogel or other material made from a soluble gel. In certain embodiments, the permeable carrier comprises at least one of a capillary array, frit, or porous fiber material. In certain embodiments, the permeable carrier includes at least one embedded structure that is not porous. In some embodiments, the embedded structure adjusts the thermal, electromagnetic, fluid, or mechanical properties of the permeable carrier.
別の実施形態では、基材を加工処理して膜を形成する方法を開示する。この方法は、第1融点を有する第1結合材と、第1融点よりも高い第2融点を有する第2結合剤とを混合して結合剤混合物を形成し;該結合剤混合物を溶融し;該溶融した結合剤混合物を使用してキャリアを基材に結合させ;第1結合材を気化、昇華、又はそうでなければ結合剤混合物から除去して、第2結合剤を残し;第1結合材を結合剤混合物から除去した後に、基材を加工処理して膜を形成し;加工処理後の結合剤混合物を昇華又は気化させて膜をキャリアから除去することを含む。所定の実施形態において、結合が生じる温度は、膜をキャリアから除去する温度よりも低い。 In another embodiment, a method for processing a substrate to form a film is disclosed. The method mixes a first binder having a first melting point with a second binder having a second melting point higher than the first melting point to form a binder mixture; melting the binder mixture; The molten binder mixture is used to bond the carrier to the substrate; the first binder is vaporized, sublimated, or otherwise removed from the binder mixture, leaving the second binder; After the material is removed from the binder mixture, the substrate is processed to form a film; the processed binder mixture is sublimed or vaporized to remove the film from the carrier. In certain embodiments, the temperature at which bonding occurs is lower than the temperature at which the film is removed from the carrier.
本発明をより良く理解するために、参照により本明細書において援用される添付図面を参照されたい。 For a better understanding of the present invention, reference is made to the accompanying drawings, which are incorporated herein by reference.
詳細な説明
基材を結合剤でキャリアに固定させ、その後、加工処理して膜を生成することができる。その後、基材又は膜(物品という)を受容基材又は予め付着させた他の物品の上部に積層して3次元ナノ構造体を生成することができる。
DETAILED DESCRIPTION A substrate can be fixed to a carrier with a binder and then processed to produce a film. A substrate or film (referred to as an article) can then be laminated on top of the receiving substrate or other pre-attached article to produce a three-dimensional nanostructure.
この開示を通して、基材の取付及びキャリアからの膜の取り外しを参照する。しかしながら、所定の実施形態では、基材は、キャリアに取り付けられた後に加工処理されないことに留意されたい。例えば、キャリアは、移送中などに、基材を支持するために使用できる。したがって、この開示は、基材を取り外し前に加工処理する実施形態を説明するが、これらの実施形態のそれぞれにおいて、取り外される物品は、元の基材又は加工処理膜とすることができるものと解される。 Throughout this disclosure, reference is made to attachment of the substrate and removal of the membrane from the carrier. However, it should be noted that in certain embodiments, the substrate is not processed after being attached to the carrier. For example, the carrier can be used to support the substrate, such as during transfer. Thus, although this disclosure describes embodiments in which the substrate is processed prior to removal, in each of these embodiments, the article to be removed can be the original substrate or processed membrane. It is understood.
図1Aは、加工処理前のキャリア10及び基材20を示す。キャリア10は、任意の半硬質の非晶質若しくは結晶質材料又は複合材料とすることができる。いくつかの実施形態では、キャリア10は、可撓性ガラス又は同様の材料とすることができる。キャリア10の寸法は様々であってよい。例えば、その長さ及び幅は、生成されるべき膜のサイズに基づくことができる。一実施形態では、キャリア10は、25mmの直径を有することができるが、他の寸法も本発明の範囲内である。また、キャリア10の厚さも様々であってよく、いくつかの実施形態では0.1mm〜10mmの間とすることができるが、他の厚さも可能である。
FIG. 1A shows the
いくつかの実施形態では、キャリア10は透過性であることができる。一実施形態では、キャリア10の透過度は、1×10-12ミリダルシーよりも大きくてよい。透過性キャリア10は、様々な構成及び材料のものとすることができる。例えば、一実施形態では、キャリア10は、図5に示すように、キャリア10の厚みを通して延在する1つ以上の孔12を含有する。これらの孔12は、ナノメートル〜数百マイクロメートルの範囲の直径を有することができるが、この直径は様々であってよい。キャリア10の空隙率は、20%を超えてもよい。いくつかの実施形態では、空隙率は、50%を超える。孔12の目的を以下においてより詳細に説明する。
In some embodiments, the
別の実施形態では、キャリア10は、気体がキャリアを通過することができる程度に十分な大きさの粒子間経路を残して、限られた箇所でのみ互いに接触する粒子を含む材料から構成されるため多孔質である。例えば、図5は、このような材料を図示しており、これは、この実施形態では焼結ガラスである。図5は、粒子間経路が見えるように、材料の拡大図を示す。もちろん、粒子間又は分子間経路を含む他の材料を使用してもよく、本発明は、この材料その他の特定の材料に限定されない。
In another embodiment, the
別の実施形態では、キャリア10は、1種以上の昇華性又は気化性材料から構成できる。この実施形態では、キャリアは、結合剤の介在層なしに基材20に直接固定できる。一実施形態では、キャリア材料を溶融させてキャリア材料を基材に付着させる。一実施形態では、キャリア材料を気化させて基材上で凝縮する。基材を被覆することによって、キャリアは、突出した及び/又は凹んだ構造でパターンニングできる基材の表面の一部又は全部を包囲する。基材又は膜であることができる物品には、これらの結合剤のいくつかが硬質結晶固体を形成するため、後の加工処理工程中に気化性又は昇華性結合剤を支持するという利点がある。
In another embodiment, the
別の実施形態では、キャリア10は、孔又は経路を有しない透過性材料から作製できる。例えば、ポリジメチルシロキサン(PDMS)といった材料は、気体に対して透過性である。もちろん、他の材料もこの特性を有する場合があり、本発明は特定の材料に限定されない。
In another embodiment, the
上記の特性を実現するために、透過性キャリア10は、紙、エアロゲル又は同様の材料、キャピラリーアレイ、フリット及び多孔性重合体などの様々な材料から作製できる。さらに、固体材料を、結合剤の輸送を促進する穴及び/又は表面チャネルを機械加工することによって、透過性キャリアに作製することができる。一般に、紙は、繊維、典型的にはセルロース又はガラスのストランドを含む。ゾル−ゲル法から作製されるエアロゲル、キセロゲルその他の材料は、液体が除去された後に残るゲルマトリックスからの少量の残留物を含む。キャピラリーアレイは、チャネルが材料表面に沿って通過して生じる場合を含めて、固体内及び固体を通過する1以上のチャネルを含む。フリットは、共に焼結された粒子を含む。これらの材料のそれぞれについて、以下により詳細に説明する。
To achieve the above properties, the
透過性キャリア10は、多孔質でない埋込構造を備えることができる。これらの埋込構造を使用して、キャリアの熱的特性、電磁的特性、流体的特性又は機械的特性を調節することができる。一例は、キャリアの領域を選択的に加熱することを可能にする埋込加熱要素である。別の例は、積層(基材、結合剤及びキャリアの組み合わせを備えることができる)をダイその他の一部に区分することを促進するための破断点又は埋め込まれた機能を包含する。
The
上記のように、紙は、液体及び気体に対して透過性の多孔性繊維材料である。これらの繊維状組成物によって、紙が他のキャリアタイプよりも対応可能となり、いくつかの用途についてはキャリアが理想的となる。また、毛管作用によって流体を吸い取る紙の能力も、いくつかの用途にとって有利な場合がある。 As mentioned above, paper is a porous fiber material that is permeable to liquids and gases. These fibrous compositions make the paper more compatible than other carrier types, making the carrier ideal for some applications. The ability of paper to absorb fluid by capillary action may also be advantageous for some applications.
ゾルゲル又はゾルゲル様のプロセスから作製されるエアロゲル、キセロゲル及び他の材料は、化学物質の混合、触媒作用及び加熱によって形成された多孔質材料である。硬化プロセスを通して、ゲルは凝固及び乾燥して多孔質材料を形成する。エアロゲル製のキャリアは、いくつかの方法で製造できる。 Aerogels, xerogels and other materials made from sol-gel or sol-gel-like processes are porous materials formed by chemical mixing, catalysis and heating. Through the curing process, the gel solidifies and dries to form a porous material. Airgel carriers can be produced in several ways.
製造プロセスの一つは、個々のキャリアを形成することである。エアロゲルは、孔径及び多孔度に勾配を含むことができる。勾配は、材料の表面近くの小さな孔から大部分における大きな孔までシャープな場合がある。この勾配は、エアロゲルの毛管作用及び流体流動特性を改変する。 One of the manufacturing processes is to form individual carriers. Aerogels can contain gradients in pore size and porosity. The gradient may be sharp from small holes near the surface of the material to large holes in the majority. This gradient modifies the capillary action and fluid flow properties of the airgel.
第2の製造プロセスを以下に説明する。個々のキャリアを形成する代わりに、エアロゲルプロセスを使用して、より均一なアスペクト比を与える略円柱形の「ブール」を作製することができる。次いで、硬化後、ワイヤソー又は別のスライスツールを使用してエアロゲルブールをさらに平らに研磨してエアロゲルキャリアにすることができるウェハ薄片にブール加工することができる。 The second manufacturing process will be described below. Instead of forming individual carriers, an airgel process can be used to create a generally cylindrical “boule” that gives a more uniform aspect ratio. Then, after curing, the airgel boule can be bouled into a wafer flake that can be further flatly polished into an airgel carrier using a wire saw or another slicing tool.
キャピラリーアレイは、典型的にはエッチング、超音波ドリル、粉末ブラスト又はレーザー直接パターンニングによって形成された、材料の大部分を貫通する多くの隣接チャネルを含む多孔質材料である。一般に、孔は、等しくなくてもよい入口径及び出口径を有し、孔の形状及びサイズは、その長さに沿って変動可能である。これらの材料の透過性は、孔断面が流れの方向に沿って十分に均一のままである場合には、ダルシーの法則又はポアズイユの法則から直接的に算出できる。 A capillary array is a porous material that includes many adjacent channels that penetrate most of the material, typically formed by etching, ultrasonic drilling, powder blasting or laser direct patterning. In general, the holes have unequal inlet and outlet diameters, and the shape and size of the holes can vary along their length. The permeability of these materials can be calculated directly from Darcy's law or Poiseuille's law if the hole cross-section remains sufficiently uniform along the direction of flow.
フリットは、接合剤によって共に保持される、典型的にはガラス、金属、有機又は無機粉末の材料の微粉末を含む多孔質材料である。接合剤は溶媒に溶解される。溶解した接合剤及び粉末を混合してペースト状にし、その後、型にキャストする。キャスト後、溶媒を乾燥し又はそうでなければ除去して未加工フリットを生成する。「未加工」という用語は、材料がまだ熱処理されていないことを示すために使用する。その後、未加工フリットを熱処理又は焼鈍して接合剤を溶融させ、粉末と結合させて多孔質材料ブロックにする。エアロゲルよりも形状を良好に保つことができるフリットは、エアロゲルよりも形成及び成形が容易であることが多く、大規模で商業的に入手可能である。 A frit is a porous material that typically includes a fine powder of glass, metal, organic or inorganic powder material held together by a bonding agent. The bonding agent is dissolved in a solvent. The dissolved bonding agent and powder are mixed to form a paste, and then cast into a mold. After casting, the solvent is dried or otherwise removed to produce a raw frit. The term “raw” is used to indicate that the material has not yet been heat treated. Thereafter, the raw frit is heat-treated or annealed to melt the bonding agent and bonded to the powder to form a porous material block. A frit that can keep its shape better than an airgel is often easier to form and mold than an airgel and is commercially available on a large scale.
最後に、ポリマー及びエラストマーは、透過性キャリアとして使用することのできる別の種類の材料である。これらの材料は、それらの透過性及び剛性の点で調節可能であるが、それらの最高温度に制限される。 Finally, polymers and elastomers are another class of materials that can be used as permeable carriers. These materials are adjustable in terms of their permeability and stiffness, but are limited to their maximum temperature.
したがって、用語「透過性キャリア」とは、結合剤の液体状態又は気体状態の通過を可能にする任意の材料をいう。この透過性は、様々な方法で達成できる;これらのいくつかは上に記載されている。しかしながら、他の透過性キャリアも本発明の範囲内である。 Thus, the term “permeable carrier” refers to any material that allows a binder or liquid state to pass through. This permeability can be achieved in a variety of ways; some of these are described above. However, other permeable carriers are within the scope of the present invention.
基材20は、任意の好適な材料又は複合材料とすることができ、半導体材料とすることができる。いくつかの実施形態では、基材はすでにパターンニングされた微細構造を備えることができる。所定の実施形態では、基材20は、シリコン基材とすることができる。加工処理前の基材20の寸法は変更可能である。いくつかの実施形態では、基材20は、取扱いが便利でかつ破損を受けにくいサイズのものである。例えば、いくつかの実施形態では、加工処理前の基材20の直径は、約1cmとすることができる。いくつかの実施形態では、基材20はそれよりもさらに大きくてよく、数十センチメートルの直径であってもよい。加工処理前の基材の厚さは、約0.5ミリメートルとすることができ、それよりも厚くても薄くてもよい。
The
その後、基材20を、図1Bに示すように、結合剤15を使用してキャリア10に固定させる。この結合剤15は、気化性又は昇華性である接着剤若しくは複数の接着剤層とすることができる。用語「気化性」は、気体状態に容易に転移することができる材料をいうために使用する。用語「昇華性」とは、最初に溶融することなく固体状態から気体状態に直接転移可能な材料をいうために使用する。一実施形態では、液体結合剤は、加熱、減圧、又はそうでなければ刺激されたときに、気相に転移する。別の実施形態では、固体結合剤は、加熱、減圧、又はそうでなければ刺激されたときに、最初に溶融することにより液体に転移し、次いで、気化して気相になる。別の実施形態では、固体結合剤は、加熱、減圧、又はそうでなければ刺激されたときに、気相に直接昇華する。
Thereafter, the
基材20又は加工処理された基材(膜という)であることができる物品から透過性キャリア10を分離するために使用することのできる結合剤15には様々な種類がある。第1の種類では、結合剤分子は、物品を透過性キャリア10から直接的な昇華又は気化により脱離させる。第2の種類では、結合剤分子は、分解し又は1種以上の揮発、昇華又は気化性種に構造的に改変され、この種は、その後、部分的又は全体的に気化又は昇華できる。材料の第3の種類では、結合剤分子は光開始分裂又は立体構造の変化を受けて、さらに容易に昇華又は気化される高蒸気圧を有する1種以上の結合剤を形成する。それぞれの種類について、以下に詳細に説明する。
There are various types of
第1の種類において、結合剤15は、「コア」及び側基又は「ハンドル」を有する分子を含むことができる。「コア」分子は、分子同士の結合である物質凝集と、25℃での蒸気圧である標準蒸気圧とに最も有意に影響を及ぼす。側基又は「ハンドル」は、キャリア及び基材への接着にかなり著しく影響を及ぼす。コア分子のいくつかの例は、ナフタレン又はペンタセンである。一方、ハンドル分子のいくつかの例は、ヒドロキシル基又はカルボキシル基である。もちろん、他の「コア」分子及び「ハンドル」も同様に使用することができる。
In the first type, the binding
コア分子及び側基の選択は、材料/プロセスの相溶性に影響を及ぼす結合剤設計の重要な特徴である。コア分子が異なれば、異なるプロセスに対して堅牢になる融点、可溶性、耐薬品性及び安定性も異なる。蒸気圧、すなわち剥離プロセスは、側基の選択に幾分影響を受ける;より大きなコア質量は蒸気圧を低下させ、融点を上昇させる。このことが図7に示されており、図7では、数種の可能な結合剤について、融点と標準蒸気圧とを比較している。したがって、コア及びハンドルの選択は、可溶性、耐薬品性、凝集性、接着性、融点、熱容量及び蒸気圧のうちの少なくとも1つを最適化することができる。 The choice of core molecules and side groups is an important feature of binder design that affects material / process compatibility. Different core molecules also have different melting points, solubility, chemical resistance and stability that make them robust against different processes. Vapor pressure, the stripping process, is somewhat affected by the choice of side groups; a larger core mass will lower the vapor pressure and increase the melting point. This is illustrated in FIG. 7, which compares the melting point and standard vapor pressure for several possible binders. Thus, the selection of the core and handle can optimize at least one of solubility, chemical resistance, cohesion, adhesion, melting point, heat capacity and vapor pressure.
コア分子及び側基系の適応性を使用して、分子を低蒸気圧、高分子量及び高融点材料から高蒸気圧、低分子量材料に変換するように系をどのように改変するかについてさらに広く考えることができる。以下は、このような2つのメカニズムである。 More broadly on how to modify the system to convert molecules from low vapor pressure, high molecular weight and high melting point materials to high vapor pressure, low molecular weight materials using the adaptability of the core molecule and side group system Can think. The following are two such mechanisms.
第2の種類の結合剤としては、分解する又は1種以上の揮発性、昇華性又は気化性種に構造的に改質されたものが挙げられる。例えば、1−ピレンカルボン酸の場合には、材料が206℃でのほぼ真空で昇華し、235℃の雰囲気下において煤煙を開始することが観察されるところ、その理論蒸気圧は0.56Torrであり、これは一気圧未満である。この材料は、熱誘発脱炭酸を受けて、ピレン、1−ヒドロキシピレン、一酸化炭素及び二酸化炭素の種をもたらすと考えられている。ピレン及び1−ヒドロキシピレンの対応する蒸気圧は、235℃で約1E4 Torr及び9E3 Torrであり、いずれも1気圧より大きい。 The second type of binder includes those that decompose or are structurally modified to one or more volatile, sublimable or vaporizable species. For example, in the case of 1-pyrenecarboxylic acid, it is observed that the material sublimes in an almost vacuum at 206 ° C. and begins to smoke in an atmosphere of 235 ° C., and its theoretical vapor pressure is 0.56 Torr. Yes, this is less than one atmosphere. This material is believed to undergo heat-induced decarboxylation resulting in species of pyrene, 1-hydroxypyrene, carbon monoxide and carbon dioxide. The corresponding vapor pressures of pyrene and 1-hydroxypyrene are about 1E4 Torr and 9E3 Torr at 235 ° C., both greater than 1 atmosphere.
第3の種類としては、結合剤分子が光開始分裂又は構造/立体構造変化を受けて、異なる熱力学的条件下で昇華又は気化する1種以上の高蒸気圧結合剤を形成するものが挙げられる。 A third type is one in which the binder molecule undergoes photoinitiated splitting or structural / conformational changes to form one or more high vapor pressure binders that sublime or vaporize under different thermodynamic conditions. It is done.
例えば、ポリマーの場合には、エステル結合の光分裂を用いてポリメチルメタクリレート(PMMA)を弱めて、これをフォトレジストの未露光領域から優先的に除去することができる。その代わりに、光切替え可能な側基又は結合を有する分子は、光の照射の際又は照射後にさらに昇華しやすくなる場合がある。これは、光を使用して材料を加熱及び気化させる場合とは異なる;その代わりに、本発明では、結合剤の分子構造は、本明細書に記載されたメカニズムによって生じる気化又は昇華の前に変化する。 For example, in the case of polymers, polymethylmethacrylate (PMMA) can be weakened using photolysis of ester bonds and preferentially removed from unexposed areas of the photoresist. Instead, molecules with photoswitchable side groups or bonds may be more likely to sublime upon or after light irradiation. This is different from using light to heat and vaporize materials; instead, in the present invention, the molecular structure of the binder is prior to vaporization or sublimation caused by the mechanisms described herein. Change.
別の実施形態では、2種以上の結合剤15をまとめて混合することができる。例えば、第1融点を有する第1結合材と、第1融点よりも高い第2融点を有する第2結合剤とを一緒に混合することができる。混合物中の成分は、第1結合材の融点より低いことのできる、最も低い可能な融点又は共晶点を生じさせる比率で組み合わせることができる。図8は、この第1結合材と第2結合剤との混合物を、どのように基材の加工処理に使用できるかを示す。まず、プロセス500に示すように、第1結合材と第2結合剤とを組み合わせて結合剤混合物を形成する。この混合物を、液体になるその共晶点まで加熱する。この共晶点は、第1融点より低く、それによって、結合プロセス中に基材20に加えられる熱誘発応力を低減することができる。混合物が溶融したら、プロセス510に示すように、それを使用して透過性キャリア10を基材20に結合させる。基材20が透過性キャリア10に結合したら、プロセス520に示すように、第1結合剤を、溶媒の使用によって気化、昇華、除去し又はそうでなければ部分的に混合物から除去し、それによって、第2結合剤の大部分を残す。すなわち、第1結合材は、第2結合剤よりも蒸気圧が低いため、第2結合剤を除去することなく除去することができる。次いで、プロセス530に示すように、基材20を、透過性キャリア10に結合した状態で、適宜、エッチング、薄化、取扱、積層、組み立て又そうでなければ加工処理してもよい。上で説明したように、この時点では、透過性キャリア10と基材20とは、主として第2結合剤によって結合されている。その後、プロセス540に示すように、基材20(加工処理が行われなかった場合)又は膜であることができる物品を、残留混合物を昇華又は気化させることによって透過性キャリア10から剥離する。
In another embodiment, two or
このアプローチの利点の一つは、結合がより低い温度で生じるため、基材における応力が少ないことである。第1結合材の除去により、基材が任意に追加の加工処理を受けている間に、より堅牢な第2結合剤が残る。共晶点は混合物の既知のパラメータであるが、それを使用し、その後混合物の1つの構成要素を優先的に除去することにより、融点を脱結合点から切り離すことができる。 One advantage of this approach is that there is less stress on the substrate because bonding occurs at lower temperatures. Removal of the first binder leaves a more robust second binder while the substrate is optionally undergoing additional processing. Although the eutectic point is a known parameter of the mixture, it can be used and then the melting point can be separated from the debonding point by preferentially removing one component of the mixture.
さらに、このアプローチを使用して、特定の融点を有する混合物を設計することができる。すなわち、結合剤は、構成結合剤の共晶点と融点の最大値との間の融点を達成するように選択できる。別の実施形態では、2種以上の結合剤の混合物を、共晶点以上の特定の融点を有するように調整することができる。いくつかのプロセスには、混合物の高い融点を維持しながら低温での低応力結合という利点があると考えられる。 In addition, this approach can be used to design mixtures with specific melting points. That is, the binder can be selected to achieve a melting point between the eutectic point of the constituent binder and the maximum melting point. In another embodiment, a mixture of two or more binders can be adjusted to have a specific melting point above the eutectic point. Some processes may have the advantage of low stress bonding at low temperatures while maintaining the high melting point of the mixture.
結合剤混合物の別の特徴は、溶融したときに、融点の低い結合剤が昇華性結合剤及び/又は高い融点の気化性結合剤の両方に対する溶媒として作用できることである。例えば、溶融前に分解するペンタセンは、溶融ナフタレンに容易に溶解することが観察されている。 Another feature of the binder mixture is that, when melted, the low melting point binder can act as a solvent for both the sublimable binder and / or the high melting point vaporizable binder. For example, it has been observed that pentacene that decomposes before melting readily dissolves in molten naphthalene.
さらに、結合剤混合物を使用して、ファンデルワールスの粘着作用を防止するために、少量の気化性又は昇華性残留物を残すように物品をキャリアから分離することもできる。この残留物は、後に気化、昇華その他の洗浄工程によって除去される。例えば、受容基材上に積層された物品を、分離プロセス中に使用されるよりも高い温度で又は低い圧力で容易に昇華可能な残渣を残すことができる。この洗浄工程は、後で、基材又は膜であることができる物品が受容基材に十分に結合された後の加工処理で行うことができる。 In addition, the binder mixture can be used to separate the article from the carrier leaving a small amount of vaporizable or sublimable residue to prevent van der Waals sticking action. This residue is later removed by vaporization, sublimation or other cleaning steps. For example, an article laminated on a receiving substrate can leave a residue that can be easily sublimated at higher or lower pressures than used during the separation process. This washing step can later be performed in a processing after the article, which can be a substrate or membrane, is fully bonded to the receiving substrate.
さらに、図8は、2種の結合剤を使用するプロセスを示しているが、本発明はこの実施形態に限定されない。3種以上の結合剤も組み合わせてもよく、さらに、上記の異なる種類の中から結合剤を本発明の一部として共に組み合わせてもよい。 Furthermore, although FIG. 8 shows a process using two binders, the present invention is not limited to this embodiment. Three or more binders may be combined, and further, binders from the different types described above may be combined together as part of the present invention.
結合剤15は、気化、回転塗布及びドロップキャスティングといった多くの異なる方法でキャリア10又は物品に塗布できる。別の実施形態では、可溶性ゲル(ゾル−ゲル)を、結合剤15で予め被覆した物品上で硬化させることができる。他の技術も使用することができ、本発明によって限定されない。
The
基材20が結合剤15を使用してキャリア10に固定されたら、結合剤15は固化することができる。その後、基材20を適宜加工処理してもよい。基材20を薄化してその厚さを減少させることができる。例えば、図2Aに示すように、基材20を、その厚みを減少させるように研削及び研磨することができる。別の実施形態では、基材20を剥離して、基材から薄膜層を切り離すことができる。別の実施形態では、基材20をエッチングして所望の厚さの膜を形成してもよい。薄化処理が完了したときに、基材20は、約300nmの厚さを有することができるが、他の寸法も可能である。基材20は、薄化されたら、膜21ということができる。他の実施形態では、基材20は加工処理されず、プロセス全体にわたって影響を受けないままである。
Once the
所定の実施形態では、膜21を、所望であればさらに加工処理してもよい。例えば、図2Cに示すように、リソグラフィ及びエッチングのプロセスを使用して、膜21にパターンを生成することができる。図2Cに示すように、このパターニングを使用して、膜21に様々なタイプの構造を生成させてもよいし、このパターニングを使用して、膜21を複数のディスジョイント部22に分離してもよい。例えば、基材をさらに加工処理して膜内又は膜上にパターン又は複雑な微細構造を生成することができる。これらの微細構造としては、電子素子、機械素子及び光素子が挙げられる。生成できる微細構造のタイプは、本発明によって限定されない。
In certain embodiments, the
さらに、膜21をその微細構造についてパターニングする間に、図2B及び2Cに示すように、キャリア10及び/又は膜21をパターニングして整列マーク11を生成することもできる。この実施形態では、整列マーク11を、膜21のパターニングに関して既知の空間的関係を有するように生成する。これらの整列マーク11は、以下により詳細に説明するように、受容基材に対してパターンニングされた膜21を位置合わせするのに役立つ。
Further, while the
別の実施形態では、整列マーク11は、物品の加工処理又は膜21のパターニング前にキャリア10上にすでに存在していてもよい。このような実施形態では、物品の加工処理又は膜21のパターニングを、予め存在する整列マーク11をガイドとして使用して実施することができる。すなわち、パターニングを、予め存在する整列マーク11に対して位置合わせするようにして実施する。
In another embodiment, the
図2B及び2Cに示すように、整列マーク11を、キャリア10にエッチングすることができる。しかしながら、他の実施形態では、整列マーク11を、他の方法で、例えばレリーフパターン又は金属パターンとしてキャリア10上に配置することができる。また、整列マーク11を、ディスジョイント部22上に配置し又はディスジョイント部22にエッチングすることができる。
The
いくつかの実施形態では、整列マーク11を、キャリア10を受容基材に少なくとも一方向に位置合わせできるように生成する。
In some embodiments, the
3次元構造を受容基材上に構成する。この受容基材は、以下に説明するように、キャリア10上の整列マーク11と位置合わせすることを目的とする整列マークを有することができる。
A three-dimensional structure is constructed on the receiving substrate. This receiving substrate can have alignment marks intended to align with alignment marks 11 on the
図3Aは、すでに配置された物品の積層部23を有する受容基材40を示す。また、受容基材40は、キャリア10と位置合わせする整列マーク41も有する。
FIG. 3A shows a receiving
基材20又は膜21であることができるそれぞれの物品を、以下のように受容基材40上に付着させる。まず、基材20を、結合剤15を使用してキャリア10に固定させる。次に、基材20を、任意に薄化及び加工処理して膜21及びその上又はその中にパターンを生成する。別の実施形態では、基材20の加工処理は実施されない。上記のように、整列マーク11を、膜21上のパターンに対して一定かつ既知の空間的関係を有するようにキャリア10上に配置する。整列マーク11は、膜のパターニングプロセス中に生成してもよく、又は予め存在していてもよい。
Each article, which can be a
その後、図3Aに示すように、キャリア10を受容基材40近くに移動させて配置する。一実施形態では、キャリア10を、基材20又は膜21であることができる物品と共に、下方に向けて、受容基材40の上方に配置させる。次に、キャリア10を、整列マーク11及び41を使用して、受容基材40に位置合わせする。上記のように、いくつかの実施形態では、整列マーク11及び41は、少なくとも一方向に位置合わせすることを可能にする。このシナリオでは、キャリア10は、3本の並進軸及び2本の回転軸を含めて6つの自由度の全てにおいて移動することができる。他の実施形態では、位置合わせは、それよりも少ない方向で実施してもよい。例えば、一実施形態では、整列マーク11、41は、少なくとも一方向に位置合わせすることを可能にする。
Thereafter, as shown in FIG. 3A, the
位置合わせは、多くの方法で実施することができる。いくつかの実施形態では、当該技術分野で知られている光学的位置合わせプロセスを使用して、キャリア10を受容基材40に位置合わせする。もちろん、他の位置合わせ方法も使用することができる。
The alignment can be performed in a number of ways. In some embodiments, the
次に、キャリア10を移動させて、基材20又は膜21であることができる物品を受容基材40に接触させる。1つ以上の膜21の積層部23が受容基材40にすでに配置されている場合には、新たな膜21を膜の既存の積層部23上に降下させる(図3A参照)。図3Aは、膜21を受容基材40に向けて降下させていることを示すが、他の実施形態も可能である。例えば、キャリア10を受容基材40の下方に配置させ、受容基材40上の膜21に付着するように持ち上げてもよい。膜21をキャリア10から剥離し、受容基材40上に付着させることができるように、キャリア10を受容基材40に対して配置及び位置合わせすることが可能である、キャリア10及び受容基材40の任意の方向付けも本発明の範囲内である。
The
任意に表面対表面接触結合、いわゆるファンデルワールス結合を使用し、その後受容基材41への膜21の付着を向上させる追加の熱加工処理、例えば、熱又はレーザアニール若しくは準共有結合形成を使用することによって、膜21を受容基材40又は積層部23に付着させることができる。一実施形態では、シリコン膜21を数分間にわたって300℃超で互いに接触させて焼鈍する際に、接触膜21間に準共有結合を形成することができる。別の実施形態では、接着剤を使用して、膜21を受容基材40又は膜の積層部23に固定することができる。別の実施形態では、はんだバンプを使用して隣接する膜21内にあるビア又は他の金属導体を接続することができる。
Optionally using surface-to-surface contact bonding, so-called van der Waals bonding, followed by additional thermal processing that improves the adhesion of the
膜21が適切に配置されたら、その後、結合剤15を膜21とキャリア10との間から除去する。これは、結合剤15を、該結合剤が気化又は昇華するように加熱することにより行うことができる。あるいは、気化又は昇華プロセスを促進させるように、局所雰囲気の圧力を低下させてもよい。いくつかの実施形態では、結合剤15を別の方法で刺激させることができる。例えば、光といった電磁放射を使用して結合剤15を気化させる又は昇華を促進させることができる。結合剤15を固体から気体に変化させる機構の任意の組み合わせを使用して、結合剤15を除去することができる。図3Bに示すように、結合剤15を除去することによって、膜21がキャリア10から分離し、受容基材40上に重ねられた状態になる。また、上記の開示は膜21の分離を説明するものであるが、このプロセスは未加工処理基材20にも等しく適用可能である。
Once the
キャリア10内の孔12(図5参照)は、結合剤15の気化又は昇華によって生成された気体を、キャリア10に容易に通過させることができる。孔12がなければ、結合剤15の気相の形成が阻害される;形成する任意の気体は、完全に除去されず、キャリア10と膜21との間に閉じ込められる状態になる場合があり、これは望ましくない結果となる場合がある。
The holes 12 (see FIG. 5) in the
気化性結合剤の例としては、ナフタレンが挙げられるが、他の結合剤を使用してもよい。 An example of a vaporizable binder is naphthalene, but other binders may be used.
気化性結合剤15からの蒸気は凝縮して、キャリア10からの膜21又は基材20の分離を阻害し又はさらに困難にさせる表面張力を生成する場合がある。昇華性結合剤を使用すると、キャリア10と膜21又は基材20との間の蒸気凝縮の可能性が排除される。これは、昇華が固体から気体への直接変換だからである。
Vapors from the
いくつかの実施形態では、昇華性結合剤を使用することができる。昇華性結合剤は、ナフタレン、アントラセン、テトラセン又はペンタセンであってよい。いくつかの実施形態では、融点より低い昇華点を有するポリ芳香族炭化水素を使用することができる。他の結合剤も昇華性とすることができるが、本発明は上記の列挙には限定されない。 In some embodiments, sublimable binders can be used. The sublimable binder may be naphthalene, anthracene, tetracene or pentacene. In some embodiments, polyaromatic hydrocarbons having a sublimation point below the melting point can be used. Other binders can also be sublimable, but the invention is not limited to the above list.
図4は、3次元ナノ構造の生成を示すプロセスフローを示す。まず、プロセス100に示すように、任意に加工処理された基材をキャリアに取り付ける。加工処理された基材を、気化性又は昇華性結合剤を使用して取り付ける。上記のように、加工処理された基材は、シリコンなどの半導体であってよい。
FIG. 4 shows a process flow illustrating the generation of a three-dimensional nanostructure. First, as shown in
加工処理された基材をキャリアに取り付けた後に、プロセス110に示すように、基材を任意に薄化及び/又は加工処理する。一実施形態では、基材を研削及び研磨して、その厚みを所望の厚さまで減少させる。別の実施形態では、基材を剥離して、基材から薄膜層から切り離してもよい。別の実施形態では、基材をエッチングして所望の厚さの膜を形成してもよい。基材を薄化して膜を形成する他の手段も本発明の範囲内である。加えて、基材をさらに加工処理して膜内又は膜上にパターン又は複雑な微細構造を生成することができる。微細構造の種類としては、電子、機械及び光素子が挙げられるが、本発明によって限定されない。基材又は膜上にパターン及び微細構造を生成するために実施される加工処理の種類は、本発明によって限定されない。所定の実施形態では、基材は加工処理されない。これらの実施形態では、プロセス110を省略することができる。
After the processed substrate is attached to the carrier, the substrate is optionally thinned and / or processed as shown in
基材を薄化及び/又は他の方法で加工処理した後に、それを膜ということができる。この膜は、プロセス100で塗布された結合剤によってキャリアに固定されたままである。プロセス120に示すように、その後、加工処理された膜を有するキャリアを受容基材に位置合わせする。これを行うために、キャリアを、膜がキャリアの底面に固定されるように方向付けることができる。上記のように、他の実施形態では、受容基材をキャリア上に配置し、膜をキャリアの上面に固定する。膜がキャリアに固定され、キャリアと受容基材との間に配置される任意の方向付けを採用することができる。
After the substrate has been thinned and / or processed in other ways, it can be referred to as a membrane. This film remains fixed to the carrier by the binder applied in
その後、キャリアを受容基材の近くに移動させる。キャリア及び受容基材の少なくとも一方を他方に対して移動させて位置合わせを達成する。キャリア及び受容基材は、両方とも位置合わせプロセスを促進するための整列マークを含むことができる。位置合わせは、視覚システム又はいくつかの他のシステムを使用して実施することができる。 Thereafter, the carrier is moved closer to the receiving substrate. Alignment is achieved by moving at least one of the carrier and receiving substrate relative to the other. Both the carrier and the receiving substrate can include alignment marks to facilitate the alignment process. The alignment can be performed using a vision system or some other system.
位置合わせの際、プロセス130に示すように、キャリアを受容基材に向けて移動させる。表面対表面の接触結合(ファンデルワールス結合と呼ばれる場合が多い)を使用して、キャリアに固定された膜を受容基材又は積層部の膜のうち予め取り付けられた膜に取り付けることができる。また、この取り付けプロセス中に、永久接着剤及び他の接着促進材料も使用することができる。また、焼鈍プロセスを使用して、膜と受容基材又は他の加工処理された膜との間に共有結合又は準共有結合を形成させることも可能である。いくつかの実施形態では、焼鈍プロセスは、それぞれの膜を膜の積層部に追加した後に実施される。他の実施形態では、積層が完了した後に、焼鈍プロセスを実施する。
During alignment, the carrier is moved toward the receiving substrate as shown in
キャリアに装着された物品と受容基材との間、又はキャリアに装着された物品と受容基材上に配置された物品との間に結合が生じたら、その後、プロセス140に示すように、結合剤を固体から気体に転移させる。これは、気化又は昇華によって行うことができる。これは、圧力、温度及び/又は電磁放射線を使用して行うことができる。圧力は、全体的に(これは、キャリア−結合剤−膜系が減圧チャンバ内で封入されていることを意味する)、又は局所的に(キャリア−結合剤−膜系の少なくとも一部が減圧チャンバ内に取り付けられていることを意味する)に変化させることができる。温度は、同様に、局所的又は全体的に変化させることができる。ここでは気体状である結合剤を、キャリアの孔に及び/又は孔を通して、あるいは物品内のチャネルに及び/又はチャネルを通して逃がすことができ、キャリアからの物品の分離を促進することができる。他の実施形態では、キャリアが孔を有しない場合であっても、気体をキャリアから逃がすことができる。他の実施形態では、キャリア自体を気化又は昇華させてもよい。
Once bonding occurs between the article mounted on the carrier and the receiving substrate, or between the article mounted on the carrier and the article placed on the receiving substrate, the bonding is then performed as shown in
一実施形態では、その後、キャリアを再度使用して他の基材を膜に加工処理し、図4のプロセス100〜140を繰り返すことができる。別の実施形態では、キャリア自体は、使い捨てであるため、廃棄又は気化される。第1の物品を直接受容基材に付着させると同時に、後の物品を予め装着された物品上に又はそれに隣接して付着させることができ、それによって3次元構造を構築することができる。上記に記載の焼鈍プロセスは、互いに隣接した物品を結合させるのを促進させることができる。 In one embodiment, the carrier can then be used again to process other substrates into films and the processes 100-140 of FIG. 4 can be repeated. In another embodiment, the carrier itself is disposable and therefore discarded or vaporized. At the same time that the first article is attached directly to the receiving substrate, a subsequent article can be attached on or adjacent to the pre-mounted article, thereby building a three-dimensional structure. The annealing process described above can help bond adjacent articles together.
所定の実施形態では、上記開示は、加熱、減圧又はそうでなければ刺激されたときに、まず液体に溶融、分解又は溶解され、次いで気相に揮発することによって気体に転移する固体結合剤を説明する。 In certain embodiments, the above disclosure provides a solid binder that, when heated, depressurized or otherwise stimulated, first melts, decomposes or dissolves into a liquid and then transitions to a gas by volatilizing into the gas phase. explain.
所定の実施形態では、透過性キャリア10及び/又は物品は、結合剤15が溶融したときに液体状態の結合剤15をキャリア10と物品との間の隙間から吸い取ることができることが有利な場合がある。結合剤の15の液体状態は、結合剤を溶融させることによって達成できるが、1種以上の結合剤の分解及び別の結合剤の溶融状態において1種以上の結合剤の溶解によって形成される液体も可能である。物品とキャリア10との間の隙間から結合剤15を除去するメカニズムの一つは、液体状態の結合剤15をキャリア10に吸い取ることである。これは、キャリア10の毛管力がキャリア10と物品との間のメニスカスの表面エネルギーと一致する又はそれを超えるように、物品とキャリア10との間の隙間が、キャリア孔の特徴的な長さ寸法と同じ規模又はそれよりも大きい規模であるときに生じ易い。すなわち、結合剤15が気体に転移すると、透過性キャリア10又は物品は、液体状態の結合剤15をキャリア10と物品との間の隙間から全体的に又は部分的に吸い取ることができる。その後、液体状態の結合剤15は、揮発してキャリア10の中に及び/又はキャリアを通して、あるいは物品の中に及び/又は物品を通して通ることができる。
In certain embodiments, it may be advantageous for the
液体は透過性キャリアに吸い取られることが知られているが、脱離に最適な孔構造は自明ではない。一実施形態では、孔構造は、小さな特徴的な長さと、それに対応した高い毛管力を有するが、粘性損失のために流量が制限される。別の実施形態では、孔構造の長さ寸法は大きく、より高い流量をサポートするが、毛管力は結合剤を完全に吸い取るほど強くない場合がある。別の実施形態では、キャリアの空隙体積は、キャリア10内での熱勾配又は圧力勾配のため、結合剤を物品側で気化又は昇華させてバルク内又は裏面に沿って集めることができるように収集容器として作用するべく十分に大きい。別の実施形態では、孔構造は、より高い多孔度及び毛管力をもたらし、パターニングされた表面積が大きい物品を脱離させるのをより好適なものにするある程度の長さ寸法を有する。別の実施形態では、キャリアは、その孔構造が結合剤を吸収すると膨潤し、脱離プロセス中にキャリアを物品から反らせることができる。
Although liquids are known to be absorbed by permeable carriers, the optimal pore structure for desorption is not obvious. In one embodiment, the pore structure has a small characteristic length and a correspondingly high capillary force, but the flow rate is limited due to viscosity loss. In another embodiment, the length dimension of the pore structure is large and supports higher flow rates, but the capillary force may not be strong enough to completely absorb the binder. In another embodiment, the void volume of the carrier is collected such that the binder can be vaporized or sublimated on the article side and collected in the bulk or along the backside due to thermal or pressure gradients within the
液体状態の結合剤15が少なくともキャリア10又は物品を湿らせる場合には、少なくともキャリア10又は物品における毛管力は、液体状態の結合剤15を物品とキャリア10との間の領域から少なくともキャリア10の孔又は物品の表面に引き込む程度に十分な大きさとすることができる。十分な空隙率(全体積に対する空隙体積の比)により、キャリア10又は物品を使用して、液体状態の結合剤15の大部分又は全体を保存することができる。キャピラリーアレイの典型的な開口面積率は20%程度である。これに対し、多孔質ネットワークの多孔度は、95%以上、又は約5倍以上とすることができる。したがって、第1の例では、キャリアの必要な吸収厚さ、すなわち結合剤の所定の層厚を完全に吸収するのに必要なキャリアの厚さは、第2の例よりも約5倍厚い。厚い結合剤層と薄いキャリアとを必要とする用途では、高多孔質キャリアが望ましい場合がある。薄い結合剤層を必要とする用途では、キャピラリーアレイは、結合剤を収集するのに十分なものとすることができる。
When the
一実施形態では、キャリア10は対流又は拡散によって結合剤15を吸収することができる。例えば、ポリジメチルシロキサン(PDMS)は、ナフタレンを吸収することができ、気体に対して透過性である。シリコン基材に結合されたPDMSキャリアは、気化したときに結合剤を吸収し、それによりPDMSを膨張させて基材から離間させることが分かった。基材を脱離した後に、PDMSキャリアを冷却し、結合剤は固体化したときに視認できるようになる。このように、本実施形態では、キャリアは気化した結合剤の収集材として作用する。すなわち、結合剤はキャリア10中で気化するが、必ずしもキャリア10を通過するわけではない。さらに、キャリアは、結合剤の一部又は全部のための保存媒体として作用することができる。
In one embodiment, the
多孔質材料を透過する液体は、孔内に閉じ込められた気体によってブロックされる場合があることが知られている。この現象は蒸気閉塞として知られている。液体の浸潤は、多孔質材料内の流体体積に対する多孔質材料の空隙体積の比であると定義される。孔内の気泡の形成が流れをブロックする可能性があるため、蒸気閉塞によって不完全な浸潤が発生する場合がある。結合剤を使用して、蒸気閉塞の存在下で浸潤を改善できることは自明ではない。一実施形態では、孔内の結合剤15の昇華、気化及び/又は分解により、メニスカスを有する気泡が発生する。気泡が成長するにつれて、メニスカスは孔の壁に接触することがあり、その場所で付着して流れを妨げる。メニスカスは、上流メニスカス及び下流メニスカスに分類できる。ギブス−マラゴニ効果として知られているように、上流メニスカスは、下流メニスカスとは異なる温度、すなわち異なる表面エネルギーであり、上流メニスカスよりも下流メニスカスの方で凝縮が統計的に多く生じる。これにより、気泡を介して結合剤が輸送され、蒸気閉塞が防止される。
It is known that liquids that permeate porous materials may be blocked by gas trapped in the pores. This phenomenon is known as vapor blockage. Liquid infiltration is defined as the ratio of the void volume of the porous material to the fluid volume within the porous material. Incomplete infiltration may occur due to vapor blockage because the formation of bubbles in the pores can block the flow. It is not obvious that a binder can be used to improve infiltration in the presence of vapor blockage. In one embodiment, bubbles having a meniscus are generated by sublimation, vaporization and / or decomposition of the
キャリア10の湿潤特性は、結合剤15をキャリアに輸送する際に、多孔質材料を通過する流体の流量を説明するダルシーの法則によって純粋に作用する輸送よりも重要な役割を果たすことができる。エアロゲル又はキセロゲル内において孔サイズが異なる結果として、ナノ孔は、ミクロ孔よりも強く材料を吸い取ることになる。エアロゲルキャリアは、材料を通じて大きな流量を支持しない場合があるが、キャピラリーアレイに流入する流体により生じる表面張力よりも有意に大きな毛管力を示し、一般的により大きな多孔性を支持することができる。両方の孔構造は、液体状態の気化性結合剤を輸送することができるが、いくつかの実施形態では、ゾル−ゲルは、より多くの結合剤を含むことができ、より大きな力で結合剤を吸収する点で有益な場合がある。
The wetting properties of the
したがって、様々なキャリアを使用して、結合剤15の凝縮又は固化状態を保持、収集、及び保存することができる。これらの実施形態では、結合剤15は、透過性キャリア10に輸送されるにつれて部分的又は全体的に溶融、揮発、気化、分解又は昇華し、その際に内部の孔を占拠する。この結合剤15のキャリアへの輸送は、基材20をキャリア10に保持する表面張力がほとんど又は全くないため、キャリア10から基材20を低い応力で取り外すのを確実にする。すなわち、液体状態の結合剤が基材20から吸い取られるため、基材20をキャリア10から容易に分離させることができる。
Thus, various carriers can be used to retain, collect, and store the condensed or solidified state of the
所定の実施形態では、結合剤15が透過性キャリア10の孔に輸送された後、結合剤15は揮発、気化、昇華又は分解して、キャリア10を通過することができる。他の実施形態では、結合剤15は、気相、液相又は固相で、より長期間にわたって透過性キャリア10の孔内にとどまることができる。
In certain embodiments, after the
このように、気化性結合剤を図4のフローチャートで使用することができ、その際、プロセス140は、結合剤の液体状態への中間転移を含み、液体はキャリアに移送される。
Thus, a vaporizable binder can be used in the flowchart of FIG. 4, wherein
上記のように、結合剤を、周囲環境の温度を上昇させること、その環境の圧力を低下させること又はその両方を局所的又は全体的に行うことによって気化させることができる。これにより、結合剤が、まずその周囲の環境に曝される外面で気化する。それらの外表面が気化すると、プロセスが継続する。 As described above, the binder can be vaporized by raising the temperature of the surrounding environment, lowering the pressure of the environment, or both locally or globally. This causes the binder to first vaporize on the outer surface exposed to the surrounding environment. As their outer surfaces vaporize, the process continues.
本発明は、本明細書に記載された特定の実施形態によって範囲を限定されるべきではない。実際に、当業者であれば、本明細書に記載されたものに加えて、本発明に対する他の様々な実施形態及び改変が上記説明及び添付図面から明らかであろう。したがって、このような他の実施形態及び改変は、本発明の範囲に含まれるものとする。さらに、本発明は、本明細書において特定の目的のために特定の環境での特定の実施状況で説明されているが、当業者であれば、その有用性はそれらに限定されるものではなく、本発明は、任意の目的のために、任意の環境で有利に実施できることが分かるであろう。したがって、特許請求の範囲は、本明細書に記載された本発明の全範囲及び精神に鑑みて解釈されるべきである。 The present invention should not be limited in scope by the specific embodiments described herein. Indeed, various other embodiments and modifications to the present invention in addition to those described herein will be apparent to those skilled in the art from the foregoing description and accompanying drawings. Accordingly, such other embodiments and modifications are intended to be included within the scope of the present invention. Further, although the present invention has been described herein in a specific implementation in a specific environment for a specific purpose, those skilled in the art will not be limited in their usefulness. It will be appreciated that the present invention can be advantageously implemented in any environment for any purpose. Accordingly, the claims should be construed in view of the full scope and spirit of the invention as described herein.
10 キャリア
15 結合剤
20 基材
10
Claims (20)
前記結合剤を固体状態から液体状態に転移させ;及び
前記物品を前記キャリアから剥離するために、前記液体状態を前記キャリアと前記物品との間の隙間から吸い取ること
を含む方法。 A method for separating an article attached to a carrier by a binder, comprising:
Transferring the binder from a solid state to a liquid state; and sucking the liquid state from a gap between the carrier and the article to release the article from the carrier.
局所的又は全体的な雰囲気の温度を上昇させる又は圧力を減少させることによって、結合剤を固体から転移させることにより、物品を前記結合剤から剥離すること
を含む、方法。 A method for separating articles,
A method comprising peeling an article from said binder by transferring the binder from a solid by increasing the temperature of the local or global atmosphere or decreasing the pressure.
第1融点を有する第1結合剤と、第1融点よりも高い第2融点を有する第2結合剤とを混合して結合剤混合物を形成し、
前記結合剤混合物を溶融し、
前記溶融した結合剤混合物を使用して、キャリアを前記基材に結合させ、
前記第1結合材を気化、昇華、又はそうでなければ前記結合剤混合物から除去して、前記第2結合剤を残し、
前記第1結合材が前記結合剤混合物から除去された後、前記基材を加工処理して膜を形成し;及び
前記加工処理後、前記結合剤混合物を昇華又は気化させて前記膜を前記キャリアから除去すること
を含む方法。 A method of forming a film by processing a substrate,
Mixing a first binder having a first melting point with a second binder having a second melting point higher than the first melting point to form a binder mixture;
Melting the binder mixture;
Using the molten binder mixture to bond a carrier to the substrate;
Vaporizing, sublimating or otherwise removing the first binder from the binder mixture, leaving the second binder;
After the first binder is removed from the binder mixture, the substrate is processed to form a film; and after the processing, the binder mixture is sublimated or vaporized to remove the film from the carrier. A method comprising removing from.
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