KR101527627B1 - 구조화 표면을 갖는 고상 재료의 얇은 자립층을 제조하는 방법 - Google Patents
구조화 표면을 갖는 고상 재료의 얇은 자립층을 제조하는 방법 Download PDFInfo
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Abstract
하나 이상의 노출면을 갖는 고상 재료를 제공하는 단계; 복합 구조체를 형성하기 위해 상기 노출면에 보조층을 적용하는 단계; 상기 보조층과 상기 고상 재료에 스트레스 패턴을 유발하는 조건에 상기 복합 구조체를 두고, 이에 의해 상기 고상 재료 내의 소정 깊이에서 실질적으로 평면을 따라 상기 고상 재료의 파괴를 촉진하는 단계; 및 상기 파괴 깊이에서 종료하는 상기 고상 재료의 층과 함께 상기 보조층을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 고상 재료의 제거된 층의 노출면은 상기 스트레스 패턴에 상응하는 표면 토폴로지를 갖는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 고상 재료층을 제조하는 것에 관한 것이며, 구체적으로는 마이크로 전자재료와 같은 고상의 상대적으로 얇은 자립층을 제조하는 기법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그와 같은 층의 표면 위에 기하 구조체를 생성하는 기법에 관한 것이다.
마이크로 전자장치의 제조는 전형적으로 2개의 구별되는 처리 단계들의 그룹을 포함한다: 첫째, 상대적으로 얇은 자립층(free-standing layer)이 고상 재료(예컨대, 실리콘과 같은 반도체 재료)의 큰 블록으로부터 절단된다. 둘째, 상기 자립층에, 특히 그 표면에 구조체를 형성하기 위해 다양한 추가의 처리 단계 및 기법들이 사용된다. 종종, 이들 표면 구조체들은 어떠한 추가 재료도 수반하지 않으며 오히려 자립층의 표면에서 재료를 순수하게 성형함으로써, 예컨대 에칭하여 생성된다.
예를 들면, 제 1 그룹의 처리 단계에서, 단결정 실리콘 잉곳으로부터 (예컨대, 와이어 톱(wiresaw)을 사용하여 얇은 웨이퍼가 절단된다. 그 후, 부드러운 표면을 얻기 위해 (예컨대, 폴리싱에 의해) 웨이퍼 표면은 추가로 처리된다. 제 2 그룹의 처리 단계에서, 상기 웨이퍼의 표면 위에 트렌치(trenches), 피라미드(pyramids), 메사(mesas), 니들(needles) 등과 같은 기하 구조체(geometrical structure)들이 형성된다. 이것은, 예컨대 마스크 피착, (예컨대, 포토리소그래피에 의한) 마스크 패터닝, 예컨대 건식(예컨대, RIE) 또는 습식의 이방성(예컨대, KOH) 또는 등방성(예컨대, HF-계) 에칭에 의한 하부 웨이퍼 표면의 패터닝, 및 최종적으로 상기 마스크의 제거와 같은 (보통 복잡하고 고가의) 일련의 단계들을 통해 달성된다. 웨이퍼의 표면에 형성된 구조체는, 예컨대 웨이퍼 표면 위에 랜덤 반전 피라미드 구조체를 생성하여 태양 전지의 액티브 영역 내의 광 분산을 향상시킴으로써, 예컨대 태양전지의 광-전기 변환 효율을 개선하기 위해 사용될 수 있다. 이 간단한 경우에 있어서, 마스크는 필요하지 않을 것이며, (예컨대, NaOH 습식 에칭에 의한) 단일 에칭 단계로도 충분할 것이다. 더 복잡한 예에서, 웨이퍼 표면 위에 "광자 결정(photonic crystal)"과 같은 구조체가 생성되어, 웨이퍼 재료의 전기-광 특성(특히, 밴드 갭(bandgap)의 변경을 용이하게 할 것이다. 그와 같은 응용에서는, 구조체의 국소 배열을 정밀하게 제어하는 것이 필요하므로, 처리 요건(예컨대, 고품질 마스크 및 RIE 에칭)에 있어서 훨씬 더 많은 기법들이 통상 수반된다. 다른 응용들은 마이크로-전자기계 시스템을 포함하며, 여기서 웨이퍼의 표면 위에 구조체(예컨대, 트렌치, 메사)를 생성하는 것은, 센서 및 액추에이터와 같은 복잡한 3차원 장치들의 제조에서 초기 단계(또는 단계들)에 종종 나타난다.
구조화 표면을 갖는 고상 재료(solid state material)의 얇은 자립층을 제조하는 종래의 방법의 한 가지 일반적인 단점은 처리 단계들이 다수라는 것이며, 이 단계들은 통상 자립층 자체를 제조하고 그 다음에 그 표면을 구조화하기 위해 필요하다. 이것은 그러한 기법을 고가화 및 저속화하며, 특히 표면 구조체의 국소 배열이 제어되어야 하는 경우에, 마스크와 리소그래피 처리의 사용을 필수적인 것으로 만든다. 추가의 문제는 고상 재료의 소비이다: 예컨대, 얇은 웨이퍼를 와이어 톱을 사용하여 잉곳으로부터 절단할 때, 잉곳 재료의 약 50%는 소위 절단손실(kerf loss)(톱밥 등)로서 손실된다. 웨이퍼를 폴리싱할 때에도 추가 재료가 손실되며, 또한 그 다음에 에칭과 같은 구조체-형성 단계에서도 손실된다. 고상 재료는 종종 고가이므로, 이것은 제조 비용을 현저히 상승시킨다. 또한, 대부분의 응용에서 원하는 장치를 제조하기 위해 아주 얇은 층의 고상 재료로도 충분하고 (예컨대 전자 또는 광학 특성에 있어서 종종 더욱 유리하지만), 대부분의 종래의 방법들은 고상 재료의 그와 같은 얇은 자립층을 경제적으로 제조하는 것이 불가능하다.
최근, 최소의 절단손실을 갖는 고상 재료의 얇은 자립층을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 종래의 방법보다 더 간단하고 더욱 경제적인 제어 가능한 방법으로, 이와 같은 얇은 자립층의 표면 위에 국소적으로 정의가능한 구조체(locally definable structure)를 생성할 필요가 남아 있다.
(발명의 요약)
본 발명의 실시예에 의하면, 구조화 표면을 갖는 고상 재료의 얇은 자립층의 제조는 층들의 제조 및 표면 구조체의 사전 분리 제조의 결합에 의해 개선된다. 본 발명의 실시예는 전술한 단점들의 대부분을 극복하는 단일의 간단하고 저렴한 프로세스를 제공한다. 본 발명의 실시예에 의하면, 국소적으로 제어 가능한 두께를 갖고, 국소적으로 정의가능한 표면 구조체의 패턴을 갖는, 고상 재료의 얇은 자립층을 제조하는 것이 가능하다.
다양한 실시예에서, 표면 구조체의 국소적으로 제어 가능한 패턴을 갖는 고상 재료의 얇은 자립층은 상기 고상 재료에 국소적으로 제어 가능한 3차원 스트레스 패턴을 유발함으로써 제조된다. 예를 들면, 국소적으로 제어된 스트레스는 상기 고상 재료에 부착하는 보조층에 형성될 수 있다. 상기 보조층은 충분히 강한 부착을 통해 고상 재료의 워크피스(workpiece)에 결합될 수 있다. 상기 보조층은 상이한 크기의 국소적으로 정의된 스트레스가 이 층의 원하는 위치에 유발될 수 있는 방법으로 준비된다. 이것은 또한 상기 접착된 워크피스에 국소적으로 정의된 스트레스를 유발한다.
예를 들면, 상기 보조층은 상대적으로 높은 열팽창계수(CTE: coefficient of thermal expansion)를 갖는 일부 영역 패턴 및 상대적으로 낮은 CTE를 갖는 일부 (또는 나머지) 패턴 영역으로 구성될 수 있다. 만일 보조층의 높은 CTE보다 낮은 CTE에 더 가까운 CTE를 갖는 워크피스에 보조층이 부착되고, 또 만일 복합 구조체(보조층-워크피스)가 온도변화를 겪게 되는 경우, 낮은 CTE를 갖는 영역들보다 높은 CTE를 갖는 보조층의 영역들에서 더 큰 스트레스가 유발될 것이다. 또한, 이것은 고상 재료의 부착하는 워크피스에 직접 관련되고 국소적으로 정의된 스트레스 패턴을 유발할 것이다.
예를 들면, 보조층은 실온에서 약 50*10-6mm/mm/K보다 큰 CTE("높은 CTE")에 의해 특징화되는 폴리머를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 폴리머는 실온에서 약 100*10-6mm/mm/K보다 큰 CTE에 의해 특징화되고, 더욱 바람직하게는 실온에서 약 200*10-6mm/mm/K보다 더 큰 CTE에 의해 특징화된다. 폴리머는 "보이드(void)" 영역, 즉 폴리머 재료가 국소적으로 제거되는 영역에 의해 패터닝된다. 만일 상기 재료가 보조층의 전체 두께에 걸쳐 제거되면("구멍"), 보조층의 보이드 영역에는 국소적으로 어떤 스트레스도 유발되지 않고, 그 결과적인 효과는 이들 영역의 보조층이 부착하는 워크피스의 CTE(예컨대, 실리콘 워크피스에 있어서, CTE는 실온에서 약 3*10-6mm/mm/K임)와 동일하고 국소적으로 상이한 CTE("낮은 CTE")를 갖는 경우에서와 유사하다. 만일 이들 "보이드" 영역들이 단지 딤플(dimple)이라면(즉, 보조층의 재료가 국소적으로 보조층 내의 어떤 깊이까지만 제거됨), 국소적으로 유발된 스트레스의 크기는 이전 경우와 보조층으로부터 어떤 재료도 제거되지 않는 다른 극단적인 경우의 사이에 있다. 그러면 그 결과적인 효과는 이들 영역 내의 보조층이 하부 워크피스의 CTE와 처리되지 않은 보조층 재료의 CTE("높은 CTE") 사이에 있는 국소적으로 상이한 CTE("낮은 CTE")를 가진 경우와 유사하다.
또 다른 예에서, 국소적으로 폴리머를 제거하는 대신에, 예컨대 CTE의 국소적인 감소(높은 CTE에서 낮은 CTE로)로 귀결될 수 있는 예컨대 폴리머의 교차결합 정도를 국소적으로 증가시키기 위해, 물리적 또는 화학적으로 폴리머를 국소적으로 처리하는 것 또한 가능하다. 부착하는 워크피스로부터 구조화 표면을 갖는 얇은 자립층을 생성한다는 원하는 효과를 달성하기 위해 요구되는 높은 CTE와 낮은 CTE 사이의 차이는 이들 표면 구조체의 원하는 치수, 상기 부착하는 워크피스의 CTE, 및보조층과 워크피스 재료의 다른 기계적 특성(특히, 두께와 탄성률)에 따라 달라진다. 예를 들면, 만일 보조층이 패터닝되지 않은 상태에서 실온에서 약 300*10-6mm/mm/K의 CTE를 갖는 폴리디메틸실록산(PDMS)을 포함하고, 워크피스가 약 3*10-6mm/mm/K의 CTE를 갖는 실리콘을 포함한다면, 워크피스 위에 구조화 표면을 생성하는데에는 보조층의 나머지에 비해서 적어도 1%의 CTE 차이를 갖는 영역을 포함하는 보조층을 패터닝하는 것으로 충분하다(예컨대, 실리콘을 포함하는 워크피스 위에 구조화 표면을 생성하기 위해, CTE가 실온에서 297*10-6mm/mm/K인 영역과 CTE가 실온에서 300*10-6mm/mm/K인 다른 영역을 갖는 PDMS를 포함하는 보조층이 사용될 수 있다).
또 다른 예에서, 보조층은 실온에서 적어도 10*10-6mm/mm/K의 절대값만큼 상기 워크피스의 CTE와 상이한 CTE를 갖는 것으로 특징화되는 재료(예컨대, 금속)를 포함할 수 있다. 일 예에서, 실온에서 약 3*10-6mm/mm/K의 CTE를 갖는 실리콘의 워크피스에 대해 실온에서 약 24*10-6mm/mm/K의 CTE를 갖는 알루미늄을 포함하는 보조층이 사용될 수 있고, 상기 보조층은 알루미늄을 (부분적으로 또는 전체적으로 보조층 내 임의의 원하는 깊이까지) 국소적으로 제거함으로써 패터닝 된다.
또 다른 예에서, 보조층에 국소적으로 제어 가능한 스트레스 패턴, 예컨대, 국소적 팽창을 생성하기 위해 국소 CTE 외의 국소 재료 특성이 사용될 수 있다(이하 참조). 또한, 워크피스에 국소적으로 정의된 표면 구조체를 생성하기 위해, 보조층 내에 스트레스 패턴을 반드시 활발히 생성하지는 않지만 그와 같은 스트레스 패턴의 역동적인 발생에 영향을 줄 수 있는 보조층 내의 다른 재료 특성들, 예컨대 (영탄성률(Young's modulus)과 같은) 탄성률이 이 국소적으로 변경될 수 있으며, 예컨대 보조층 내의 폴리머의 교차결합의 정도를 국소적으로 변경함으로써, 보조층에서 국소적으로 변경될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 보조층 내에 국소적으로 제어 가능한 스트레스 패턴을 생성하기 위해 다른 수법이 사용될 수 있다. 보조층 내에 국소적으로 제어 가능한 스트레스 패턴을 생성하기 위해 어떤 메커니즘이 사용되는지 관계없이, 이것은 고상 재료의 부착하는 워크피스에 직접 관계된 국소적으로 정의된 스트레스 패턴을 유발한다.
적절한 조건하에서, 기계적 스트레스 패턴에 의해 워크피스와 보조층 사이의 인터페이스에 실질적으로 평행하게 상기 워크피스로부터 얇은 층이 박리된다(쪼개짐(spalling). 또한, 적절한 조건하에서, 이전에 워크피스의 내부에 있던 상기 생성된 얇은 층의 면 위에, 표면 구조체의 패턴이 형성되고, 이 패턴은 보조층 내의 국소 스트레스의 패턴에 의해 결정된다. 또한, 동시에 표면 구조체의 패턴이 상기 얇은 층의 박리(peeling off)에 의해 새로 노출되는 워크피스의 면 위에 형성되며, 이 패턴은 실질적으로 상기 박리된 층의 표면 위에 형성된 패턴의 거울 이미지(mirror image)(더욱 정확하게는, 3차원 보완물)이다. 상기 박리된 얇은 층의 영역은 대략 보조층의 영역과 일치한다. 상기 얇은 층이 워크피스로부터 박리될 때 형성된 2개의 패턴 형성된 표면 각각은 다시 사용될 수 있다. 즉, 또 다른 보조층이 워크피스의 새로 노출된 면에 또는 상기 박리된 층의 새로 노출된 면에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 반복된 박리 동작을 용이하게 하고, 워크피스의 나머지와 박리된 층 양자로부터 표면 구조체를 갖는 추가의 층을 생성한다.
본 발명의 실시예는 또한 단결정 또는 다결정 반도체 재료로부터 구조화 표면을 갖는 고상 재료의 얇은 자립층을 생성에 관한 것이다. 본 발명은 (예컨대, 비용을 고려하기 때문에) 얇은 단결정 또는 다결정 실리콘 디스크가 필요하거나 바람직한 경우에, 그리고 상기 얇은 디스크의 일면 또는 양면이 디스크 자체와 같은 재료로 구성된 표면 구조체로 패터닝되는 경우에 적용될 수 있다. 유리한 응용들은, 실질적으로 반사 방지층 또는 광자 결정으로서 작용하는 표면 구조체를 갖는 비용 효과적이고 효율적인 단결정 실리콘 태양전지, 또는 얇고 기계적으로 유연한 기판 위에 마이크로 전자기계 장치를 위한 구조체의 생산을 포함한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예는 구조화 표면을 구비한 대략 50 ㎛ 두께의 층들이 단결정 실리콘의 평탄 슬래브로부터 박리되는 것을 촉진한다. 예컨대, 본 발명은 이들 얇은 실리콘 층 위에, 1 mm보다 훨씬 작은 것부터 최대 수 cm까지 범위의 수평 치수를 갖는 표면-구조 피처의 생성을 용이하게 한다. 이들 피처의 높이(즉, 상기 피처에서 얇은 층의 국소 두께)는 역시 상기 피처의 수평 치수에 따라서 0에서부터(즉, 얇은 층 내에 상응하게 형성된 구멍) 수백 마이크로미터 이상까지 제어될 수 있다. 또한, 이들 "거시적(macroscopic)" 피처의 각각은 구체적인 "미시적(microscopic)" 표면 거칠기 패턴의 선택이 추가로 부여되어 있을 수 있으며, 이들 미시적인 패턴은 100 nm 미만에서부터 수 ㎛까지 범위의 수직 및 수평 치수, 그리고 100 nm 미만 내지 수십 ㎛ 범위의 공간 주기를 갖는 라인, 골, 에지 등의 실질적으로 주기적인 구조체로 구성되거나 포함한다. 생산되는 거시적인 그리고 미시적인 피처들 모두의 치수는 보조층의 기계적인 특성뿐만 아니라 보조층 내 국소적으로 정의된 스트레스 패턴을 통해 제어될 수 있다.
일반적으로, 본 발명의 실시예에 따른 국소적으로 제어 가능한 패턴의 표면 구조체를 갖는 고상 재료의 얇은 자립층을 생성하기 위해 요구되는 복합물(보조층 및 부착하는 워크피스) 내의 국소적으로 정의된 스트레스 패턴은 이 복합물에 하나 이상의 외부 활성화 인자(예컨대, 온도의 변화)를 적용함으로써 생성될 수 있다. 외부 활성화는 2개의 상이한 수법으로 국소적으로 정의된 스트레스 패턴을 생성할 수 있다: 한 가지 수법에서는 균질적인 외부 활성화가 사용되지만(예컨대, 전체 복합물이 동일한 온도 변화를 겪는다), 보조층은 균질하지 않다. 즉, 그것의 재료 특성 중 적어도 하나는 미리 정의된 패턴에 따라 보조층 내에서 변경된다(예컨대, 보조층의 CTE는 상기 패턴에 따라 국소적으로 변경된다). 두 번째 수법에서, 균질한 보조층이 사용되지만, 여기서는 특정 패턴에 따라서 상기 외부 활성화가 균일하지 않다(예컨대, 모든 곳에서 동일한 CTE를 갖는 보조층이 특정의 미리 정의된 위치에서 더욱 심하게 냉각된다). 두 개의 수법은 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수 있다. 스트레스는 예컨대 보조층 재료의 국소적인 체적 변화에 의해 국소적으로 생성될 수 있다. 이것은 특수한 능동 소자를 사용하거나(예컨대 보조층 재료에 매립된 압전 소자와 같은 작은 액추에이터를 갖고, 그 다음 액추에이터의 서브셋을 선택적으로 작동함), 또는 보다 수동적으로, 보조층의 재료 특성을 사용하여(예컨대, 보조층의 상이한 위치에서 상이한 열팽창을 유발함) 실행될 수 있다. 또한 복합물(보조층-워크피스) 내 스트레스 패턴에 영향을 주는 다른 재료 특성, 특히 보조층의 두께 및/또는 보조층의 탄성률이 국소적으로 변경될 수 있다. 최종적으로, 또한 스트레스 패턴의 동적인 전개에 영향을 주는 재료 특성(예컨대, 스트레스 패턴이 얇은 층의 박리 동안 국소적으로 어떻게 변하는지, 예컨대 크랙 선단 진동(crack tip oscillation)과 같은 크랙 전파의 동력학), 특히 탄성률이 국소적으로 변경될 수 있다. 예를 들면, 견인-지정(traction-prescribed) 경계값 문제에 대해 이종재료 시스템의 무차원 탄성률 의존은 2개의 이종재료 파라미터, 즉 두 재료의 강성 비율(stiffness ratio)인 시그마(Sigma)와 진동지수(oscillatory index)인 입실론(epsilon)으로 표현될 수 있다는 것이 알려져 있다. 또한, 제 1 재료의 워크피스와 제 2 재료의 보조층으로 구성된 이종재료 시스템 (각 재료는 등방성이고 선형 탄성을 가지며, 워크피스 내에 인터페이스에 평행인 반-무한의 크랙이 이미 존재하고, 워크피스와 보조층은 무한히 긴 것으로 가정함)에 있어서 쪼개짐(spalling) 문제(예컨대, 생성된 얇은 층의 두께)에 대한 정상 상태 해법(steady-state solution)은 실질적으로 강성 비율인 시그마에 종속할 뿐만 아니라 보조층의 두께에 종속하지만, 진동지수 베타에는 단지 약하게 종속한다. 그러므로, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 생성된 얇은 층의 두께에서의 국소적으로 정의된 그리고 상대적으로 큰 변동은 보조층의 두께 및/또는 강성을 국소적으로 변경함으로써 달성된다. 또한, 상기 진동지수를 국소적으로 변경함으로써 크랙 선단에서 진동하는 거동에 의해 상기 얇은 층의 표면 위에 생성되는 상대적으로 더 작고(두께 변동, 즉 진폭에 있어서), 실질적으로 주기적인 구조체의 국소적 특성(예컨대, 주기 또는 진폭)을 변경하는 것이 가능하다.
본 발명의 주요 이점은 구조화 표면을 갖는 고상 재료의 얇은 자립층을 생성하는데 필요한 처리 단계의 수를 크게 감소시키는데 있다. 전통적인 방법에 비해서, 고상의 두꺼운 조각으로부터 얇은 층을 절단하는 프로세스, 및 이들 층 위에 제어 가능한 표면 구조체를 형성하는 후속적인 프로세스(예컨대, 폴리싱, 세척, 마스크 증착, 마스크 패터닝, 마스크 전사 및 표면 에칭, 마스크 제거)는 모두, 단일의 훨씬 단순하고 현저히 저렴한 프로세스 시퀀스로 조합된다. 또한, 본 발명의 방법은 구조화 표면을 갖는 고상 재료의 얇은 자립층의 제조 동안 발생하는 재료 손실을 크게 감소시킨다. 예컨대, 톱질, 그라인딩, 폴리싱, 또는 에칭을 사용하는 이전 방법들에 비해서, 본 발명의 방법은 귀중한 공급원료 재료의 손실을 거의 초래하지 않는다. 워크피스로부터 패턴 형성된 얇은 층을 박리할 때, 공급재료는 박리된 층과 상기 워크피스의 나머지 사이에 거의 완벽하게 분배되어 유지되며, 상기 얇은 층과 워크피스 위의 표면 구조체 패턴들은 실질적으로 서로 보완적이다.
본 발명의 또 다른 이점은 현저히 저렴한 장비를 사용하여 실현할 수 있는 능력이다. 본 발명의 실시예는 기존의 제조 방법, 예컨대 구조화 표면을 갖는 얇은 실리콘 태양전지의 생산 방법에 용이하게 통합될 수 있다.
최종적으로, 본 발명의 이점은 다수의 상이한 유형의 고상 재료에 적용 가능하다는 것이다.
본 발명은 예로서 주어진, 도면에 의해 예시된 실시예의 설명을 참조함으로써 더욱 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 방법의 프로세스 시퀀스를 (위에서 아래로) 4단계로 개략적으로 설명하는 사시도이고;
도 2는 본 발명의 방법의 프로세스 시퀀스를 (위에서 아래로) 4단계로 개략적으로 설명하는 사시도이고;
도 3은 본 발명의 방법의 프로세스 시퀀스를 (위에서 아래로) 4단계로 개략적으로 설명하는 사시도이다.
도 1은 본 발명의 방법의 프로세스 시퀀스를 (위에서 아래로) 4단계로 개략적으로 설명하는 사시도이고;
도 2는 본 발명의 방법의 프로세스 시퀀스를 (위에서 아래로) 4단계로 개략적으로 설명하는 사시도이고;
도 3은 본 발명의 방법의 프로세스 시퀀스를 (위에서 아래로) 4단계로 개략적으로 설명하는 사시도이다.
본 발명은 구조화 표면을 갖는 고상의 재료의 얇은 자립층을 제조하는 방법에 관한 것이다. 다음에 예시되는 본 발명의 실시예는 도 1을 참조하여 설명된다.
제 1 실시예에서, 워크피스(2)는 상업적으로 가용한 단결정 실리콘 웨이퍼이다. 도 1은 본 발명에 있어서 대표적인 프로세스 시퀀스를 개략적으로 (위에서 아래로) 4단계로 제시하는 사시도이다. 다음의 참조 부호는 도 1에 대한 것이다.
단계 1: 여기서 기초 원재료(basic raw material)는 단결정 실시콘 웨이퍼(2)이고, 이것은 예컨대 마이크로전자 또는 태양전지 산업에서 사용되는 쵸크랄스키 방법(czochralski method)으로 제조된다. 웨이퍼(2)는 약 76 mm의 직경과 약 0.4 mm의 두께를 갖는다. 웨이퍼는 약하게 n-도핑 또는 p-도핑되며, 약 10 Ω-cm 비전기저항(specific electical resistivity)을 갖고, 그 두 면(1a, 1b)은 <100> 결정면에 평행하다. 웨이퍼의 두 면(1a, 1b) 중 하나 또는 모두는 미러-폴리싱되거나 간단히 에칭되고 연마(lapping)될 수 있다, 웨이퍼(2)는 웨이퍼 제조로부터 바로 사용되거나, 종래의 방법(예컨대, 유기 용매와 물을 사용하거나, 또는 플라즈마 산화 세척에 의함)을 사용하여 대충 미리-세척될 수 있다.
단계 2: 웨이퍼(2)의 각 면(1a, 1b) 위에 폴리디오르가노실록산(예컨대, 폴리디메틸실록산, 또는 PDMS; 이하 PDMS로 지칭될 것이지만, 임의의 적당한 실리콘 중합체 또는 코폴리머가 채용될 수 있는 것으로 이해해야 한다)의 얇은 층(3a, 3b)이 적용되고 경화된다(또는 경화 가능하게 된다). 이들 보조층(3a, 3b)의 바람직한 두께는 0.01 mm ~ 10 mm이고, 약 0.3 mm ~ 3 mm의 두께가 더욱 바람직하다. 두 층(3a, 3b)의 두께는 본 실시예에서는 동일하지만, 다른 실시예에서는 두 층의 두께는 다를 수 있다. PDMS에 대해서, 예컨대 다우코닝의 SYLGARD 184를 경화제와 기본 재료를 1: 10의 혼합비율로 사용하는 것이 가능하다. 상기 액상 PDMS-혼합물은 먼저 진공에서 약 1시간 동안 가스가 제거되고, 그 다음에 웨이퍼(2)의 각 면(1a, 1b)에 원하는 두께로 적용되고, (예컨대 100℃에서 30분 동안) 전열판에서 경화된다. 도시된 본 실시예에서, PDMS 층(3a, 3b)은 웨이퍼 영역의 대부분에서 균일한 두께를 갖는다. 이것은 웨이퍼를 수평면 위에 배치하고 그것을 경화시키기 전에 중력에 의해 PDMS를 평형으로 유지함으로써 달성될 수 있다. PDMS가 경화된 후, 3층 복합체(PDMS(3a)-웨이퍼(2)-PDMS(3b))가 상온까지 냉각된다. 그 후, 웨이퍼(2)의 주위를 따라서 돌출하는 임의의 PDMS를 날카로운 칼로 제거하여 웨이퍼(2)의 에지(edge)에는 기본적으로 PDMS가 없고, PDMS는 웨이퍼(2)의 두 면(1a, 1b)만을 피복한다. PDMS를 웨이퍼 면에 주의하여 적용하고 그 PDMS를 수평면 위에 평형으로 유지함으로써 웨이퍼의 주변으로 PDSM가 돌출(그리하여 웨이퍼의 에지를 터치)하는 것을 피할 수 있다); 이런 방식으로 PDMS의 표면 장력은 PDMS가 웨이퍼 에지로 흘러 넘치는 것을 방지한다.
단계 3: 그 다음, 패터닝 단계가 수행된다: PDMS 층(3a)의 하나의 표면에 라인 및/또는 다른 기하학적 형상(원 등)의 임의의 패턴(6)을 절단하기 위해 날카로운 칼 또는 면도칼과 같은 도구가 사용된다. 본 실시예에서, 모든 절단부는 PDMS 층(3a) 내에 동일한 깊이를 가지며, 이것은 PDMS 층(3a)의 두께보다 작다(즉, PDMS 층(3a)은 어디에서도 웨이퍼 표면(1a)까지 완전히 관통하여 절단되지 않는다). 예를 들면, 1 mm의 바람직한 두께를 갖는 PDMS 층(3a)에 있어서, 이들 절단의 바람직한 깊이는 0.01 mm ~ 0.99 mm이고, 더욱 바람직하게는 0.1 mm ~ 0.9 mm이다.
단계 4: 패터닝 단계 이후, 복합체(PDMS(3a)-웨이퍼(2)-PDMS(3b))은 (온도가 약 -200℃인) 액화 질소 배스(bath)에 완전히 침지된다. 실리콘(약 3*10-6 mm/mm/K)과 PDMS(약 300*10-6mm/mm/K)의 상당히 다른 열팽창 계수 때문에, 이 냉각에 의해 상기 복합체(composite) 내에 큰 기계적 스트레스가 유발된다. 그러나, PDMS 층(3a)이 절단된 일부 패턴(6) 영역에서, 기계적 스트레스는 상기 절단부의 배열과 깊이에 따라 국소적으로 상이하다. 수 초간의 냉각 후에, 웨이퍼(2)는 표면(1a)에 평행하게 2개의 얇은 단결정 실리콘 디스크(5)로 자발적으로 분할되며, 각 디스크(5)의 일면에는 대응하는 PDMS 보조층(3a 또는 3b)이 여전히 부착되어 있다.
적절히 관리함으로써, 2개의 실리콘 디스크(5)의 각각은 기본적으로 하나의 단일 조각으로 실질적으로 이루어지고, 분리가 일어난 면은 표면(4) 위에 패턴(6)의 이미지(7a, 7b)를 보여준다. 2개의 실리콘 디스크(5) 위의 이미지 패턴(7a,7b)은 실질적으로 보완적이다. 이미지 패턴(7a,7b)의 각각의 피처(feature)는 상이한 표면 거칠기, 상이한 표면 높이(즉, 대응하는 실리콘 디스크(5)의 상이한 국소 두께), 또는 주변 영역과 비교하여 표면 특성에서의 다른 차이를 갖는 영역을 포함할 수 있다. 패턴(6)의 측면(lateral) 특성은 보완적인 이미지(7a, 7b)에서 동일한 스케일로 실질적으로 재현된다. 약 0.1 mm보다 큰 측면 치수를 갖는 패턴(6)의 피처들은 이미지 패턴(7a, 7b)으로 복제될 수 있다. 표면(4)에 수직한 추가 균열(breaking)을 회피하기 위해, 디스크(5)는 - 상기 분할 후 - 전체 PDMS 보조층이 다시 적어도 실온으로 가열될 때까지, 액화 질소 배스로부터 직접 (PDMS 보조층(3a) 또는 보조층(3b)을 갖는 면이 아래를 향해 부착되도록 하여) 100℃ 전열판으로 이송된다. 어떤 가열 절차가 사용되든지, 디스크(5)는 가열이 진행되면서 상기 층들을 평평하게 하기 위해 상기 층들의 컬링(curling)이 반전되도록 가열되면서 평평한 지지대에 대해 주의하여 가압되는 것이 바람직하다.
이 방법에 의해 제작된 표면 패턴(7a, 7b)을 갖는 얇은 실리콘 디스크(5)는 원래의 웨이퍼(2)와 같은 특성을 갖는 단결정 실리콘을 실질적으로 포함하고 직접 사용될 수 있다. 대안으로, PDMS 보조층(3a) 또는 보조층(3b)은 또한 실리콘 디스크(5)로부터, 예컨대 적절한 액화 부식액(예컨대, NMP(N-메틸피롤리돈)과 TBAF/THF(테트라부틸암모늄플로오라이드, 테트로하이드로푸란 내 1.0M 용액)의 3:1 용적 혼합물)에 침지시키거나, 또는 불산에 침지시켜 제거될 수 있다. PDMS 보조층(3a) 또는 보조층(3b)을 제거하는 바람직한 방법은 뜨거운 황산(H2SO4) 부식액으로, 바람직하게는 150℃ 이상 (및 더욱 바람직하게는 200℃ 이상)의 온도에서 헹구거나 이를 포함하는 배스에 침지한 후, 생성된 백색 실리카 거품을 물리적으로 (예컨대, 브러시를 사용하여, 그리고 가능하게는 브러싱-에칭 사이클을 수 회 사용하여) 제거하고, 최종적으로 불산에 침지시켜 실리콘 디스크(5)를 세척한다.
제 2 실시예에서, 패터닝 단계(단계 3)는 날카로운 칼로 절단하는 대신에 레이저 빔으로 조사하여 수행된다. 바람직하게는 레이저 빔은 PDMS에 의해 강하게 흡수되는 주파수를 가지며(CO2 레이저는 이 기준을 충족함), 바람직하게는 PDMS층(3a) 위에서 상기 빔의 세기와 움직임은 원하는 패턴을 절단하기 위해 자동으로 또는 수동으로 제어된다. 상업적으로 가용한 레이저 절단기(예컨대, 50W CO2 레이저를 갖는 VERSA LASER VLS 6.60)는 허용된다. 상기 절단 깊이는 개별적으로 또는 조합하여 채용되는 임의의 여러 방법에서 달라질 수 있으며: 레이저 빔은 상이한 깊이에 초점이 형성될 수 있고, 레이저 세기는 변할 수 있고, PDMS 표면( 3a)에서 레이저 빔의 스캐닝 속도는 변할 수 있고, 레이저의 펄스 레이트가 변할 수 있으며, 레이저 빔은 PDMS 표면(3a) 위의 동일한 지점을 반복적으로 통과될 수 있다(통과하는 사이에 표면 세척 단계를 갖는 것도 가능함).
제 3 실시예에서, 상기 패터닝 단계는 날카로운 칼로 절단하는 대신 화학적 에칭을 사용하여, 가능하게는 PDMS의 표면 위에 마스크 층을 사용하고, 가능하게는 칼과 레이저 절단을 조합하여 수행된다.
제 4 실시예에서, 상기 패터닝 단계는 선택된 위치에서 PDMS 표면(3a)을 국소적으로 연소하여 수행되며, 레이저 빔을 사용하는 대신에, 원하는 패턴의 엠보싱 형상을 나타내는 핫스탬프(hot stamp)를 PDMS 표면(3a) 위에 가압한다. 상기 핫스탬프의 온도는 바람직하게는 PDMS 분해 온도보다 높은 온도이며, 더욱 바람직하게는 550℃ 이상이다.
제 5 실시예에서, 상기 패터닝 단계는 임의의 다양한 가능한 절단 메커니즘, 예컨대 전술한 것과 같은 것들을 사용하여 수행된다. 그러나 이 경우에 있어서, PDMS 표면(3a)으로 선이 절단될 뿐만 아니라, 측면으로 확장된 디스크와 같은 2차원 피처도 절단되며, 이것은 역시 PDMS 표면(3a)에 위치된다. 예컨대, 이것은 스캐너 방식의 레이저 발화를 제어하기 위해 사용된 이미지 데이터에 기초하여 이들 형상을 생성하는 래스터(raster) 방식으로 레이저를 사용하여 실행될 수 있다.
제 6 실시예에서, 본 발명 방법의 상기 패터닝 단계는 전술한 것과 같은 임의의 다양한 절단 메커니즘을 사용하여 수행된다. 그러나, 여기서 상기 절단의 깊이는 패턴(6) 전체에 걸쳐 일정하게 유지되지 않고, 미리 결정된 방법으로 국소적으로 변경된다. 다시 말해서, 패턴(6)의 피처는 다양한 깊이로 주어질 수 있다. 이런 식으로, 예컨대, 국소적으로 상이한 높이를 갖는 피처들이 이미지 패턴(7a, 7b)에서 생성될 수 있다. 극단적인 예에 있어서, 웨이퍼(2)의 표면(1a) 위로 PDMS 층(3a) 전체에 걸쳐 절단이 수행될 수 있다. 이것이 실행되는 경우, 예컨대, 충전된 원(예컨대, 디스크)으로 이루어지는 패턴(6)에 있어서, 2개의 생성된 디스크(5) 중 하나는 스루홀(through-hole)의 이미지 패턴(7a)을 가질 것이고, 다른 디스크는 원래 웨이퍼(2)와 동일한 두께를 갖는 메사 형상의 대응하는 보완 패턴(7b)을 가질 것이다.
제 7 실시예에서, 상기 패터닝 단계는 PDMS 보조층(3a)에 패턴을 절단하는 것이 아니라, 원하는 패턴의 피처에 대응하는 특정 위치에서 PDMS층(3a)의 특성을 국소적으로 변경함으로써 실행된다. 예를 들면, PDMS의 기계적 특성, 및 특히 그것의 CTE는 다음 기법 [Huck 등, Langmuir(2000), 16:3497-3501]을 사용하여 국소적으로 수정될 수 있다: PDMS 층(3a)은 디클로로메탄 내 벤조페논의 0.25M 용액에서 5시간 침지된다. 그 다음 PDMS 층(3a)은 공기 중의 어두운 곳에서 24시간 동안에 건조된다. 이 처치는 자외선(UV) 광의 조사에 대한 PDMS의 민감도를 증가시키는데, 이것은 벤조페논 - 광증감제(photosensitizer) -이 조사에 의해 라디칼을 생성하고; 이 라디칼이 PDMS를 교차 결합시키기 때문이다. 그 다음에 PDMS 층(3a)은 원하는 패턴(6)을 보여주는 진폭 포토마스크를 통해 UV 방사선(예컨대, 254 nm, 10-30분)에 노출된다. PDMS층(3a)의 노출된 영역은 더 단단해지고 탄성이 줄며, 주변 영역과 상이한 CTE와 탄성률을 갖는다. 감광처리된 PDMS에 마스크에 의해 패터닝된 UV 광을 조사하는 대신에, 감광처리된 PDMS는 예컨대 UV 레이저를 사용하여 대신 노출될 수 있다. 또한, 원하는 패턴의 피처에 대응하는 위치에서, PDMS의 선택적으로 향상된 교차 결합(국소 스트레스 생성에 영향을 주는 CTE 또는 다른 기계적 특성을 국소적으로 변경함)은, 예컨대, PDMS층(3a)의 표면에 그것을 연소하지 않고 특정 패턴을 선택적으로 가열하는 적외선 레이저를 조사함으로써 달성될 수 있다.
제 8 실시예에 있어서, 상기 패터닝 단계는 PDMS 보조층(3a)에서 패턴을 절단하는 것이 아니라, 원하는 패턴의 피처에 대응하는 위치에서 PDMS층(3a)의 특성을 국소적으로 변경함으로써 실행된다. 예를 들면, PDMS의 기계적 특성, 및 특히 그것의 CTE 및/또는 그것의 탄성률은, PDMS 층에 (상이한 CTE 및/또는 상이한 탄성률과 같은) 상이한 특성을 갖는 다른 재료 - 유리 비드, 공기 방울, 금속 입자, 섬유 등 -를 국소적으로 매립함으로써 국소적으로 변경될 수 있다.
제 9 실시예에 있어서, 상기 패터닝 단계는 가능하게는 상이한 재료들로 만들어지고, 가능하게는 상이한 특성들(예컨대 상이한 CTE)을 갖는 적어도 하나의 패턴 형성된 층과 적어도 하나의 다른 패턴 무형성 층을 포함하는 비균질 보조층(3a)을 사용하여 수행된다. 일 실시예에서, PDMS를 적용하기 전에, 패턴(6)을 갖는 금속 구조체가, 예컨대 스크린 인쇄 기법 또는 리소그래피 및 물리기상증착을 사용하여, 웨이퍼(2)의 표면 위에 피착된다. 그 다음에 PDMS는 이 금속 구조체와 웨이퍼 모두에 적용되며 (그것에 의해 부분적으로 금속 구조체를 매립함), 그 다음에 경화된다. CTE와 같은 금속 구조체의 특성은 PDMS의 특성과 다르기 때문에, 생성된 얇은 디스크(5)는 실질적으로 상기 금속 구조체의 패턴(6)의 이미지인 표면 구조체 패턴(7a, 7b)을 갖는다.
제 10 실시예에 있어서, 본 발명의 방법은 웨이퍼(2)를 2개의 얇은 디스크(5)로 박리하는데 사용되며, 사용된 패턴(6)은 거울 대칭 패턴이다. 이것은 실질적으로 동일한 이미지 패턴(7a, 7b)을 갖는 2개의 얇은 디스크(5)를 생성한다. 즉, 2개의 동일한 제품("장치")이 "한 단계로" 즉, 본 발명의 방법을 단지 한 번 적용하여 생성될 수 있다. PDMS 보조층(3a, 3b)의 특성(예컨대, 두께)은 상기 생성된 2개의 디스크(5)가 두께가 동일하거나, 또는 서로 상이하도록 선택될 수 있다.
제 11 실시예에서, 본 발명의 방법은 웨이퍼의 일면 위의 PDMS 층(3a)의 특정 패턴(6), 및 웨이퍼의 다른면 위의 PDMS 층(3b)의 다른 패턴(6')과 함께 사용된다. 패턴(6')은 패턴(6)과 동일한 패턴이거나 상이한 패턴일 수 있다. 본 실시예에 따른 방법으로 생성되는 얇은 디스크(5) 위의 이미지 패턴(7a, 7b)은 이 후 실질적으로 패턴(6, 6')의 조합(예컨대, 중첩)이다.
제 12 실시예에 있어서, 본 발명의 방법은 먼저 PDMS 층(3a)의 특정 패턴(6) 및/또는 PDMS 층(3b)의 패턴(6')을 사용하여 2개의 얇은 디스크(5)를 생성하며, 한 디스크는 대응하는 이미지 패턴(7a)을 갖고 다른 디스크는 대응하는 거울 이미지 패턴(7b)을 일면에 갖는다. 2개의 디스크(5) 각각은 보통 다른면에 PDMS 층(3a 또는 3b)이 여전히 부착되어 있다. 이들 층은 그 다음에 새로운 PDMS 층으로 교체될 수 있지만, 이들 층(3a, 3b)을 그것들 각각의 디스크(5)에 부착한 채 두는 것이 바람직하다. PDMS층(3a 및/또는 3b)이 교체되거나 재사용되는지에 관계없이, 그 다음에 원한다면 패터닝되거나, 또는 예컨대 상기 방법(2개의 얇은 디스크(5)를 생성하기 위한)의 제 1 반복 동안 그것들이 이미 패턴 형성된 경우(패턴(6, 6')에 의해) 그것들의 패턴은 수정될 수 있다. 그 다음에 상기 방법은 PDMS 층이 아직 부착되지 않은 상기 2개의 얇은 디스크(5)의 측면들(즉, 표면 구조체 패턴(7a) 또는 패턴(7b)을 갖는 측면들)에 대해, 다음 반복을 위해, 새로운 PDMS 보조층을 증착함으로써 다시 적용된다. 원한다면 이들 새로운 PDMS 보조층 중 하나 또는 모두가 원하는 어떠한 패턴으로도 패터닝될 수 있고, 또는 전혀 패터닝되지 않을 수 있다. 그러면 상기 방법의 제 2 반복은 총 4개의 더 얇은 디스크를 생성하며, 그 중 2개는 일반적으로 양쪽 면에, 즉 양면 인쇄와 비교할 수 있는, 국소적으로 제어가능한 패턴의 표면 구조체를 갖는다: 한쪽 면에 그것들은 제 1 반복 동안에 기존의 PDMS 보조층(3a, 3b)의 패턴들(6, 6')의 중첩에 대응하는 이미지 패턴(7a)(또는 그것의 거울 이미지(7b) 각각)을 갖고, 다른면에 기존의 PDMS 보조층(3a) 또는 보조층(3b)의 임의의 패턴(가능하게는 변경됨) 및 대응하는 새로운 PDMS 보조층의 임의의 패턴의 중첩에 대응하는 이미지 패턴을 갖는다. 이렇게 해서, 양쪽 면에 유사하거나 상이한 구조화 표면을 갖는 고상 재료의 얇은 자립층이 생성될 수 있다. (이 실시예에 의한 방법은 동시에, 제 2 반복시의 이미지 패턴에 대응하여, 일면에만 표면 구조체를 갖는 2개의 다른 더 얇은 디스크를 생성하기도 한다). 주의할 것은, 제 1 반복 동안에 생성된 얇은 디스크(5) 위의 표면 구조체는 제 2 반복 동안의 스트레스 패턴과 상기 생성된 표면 구조물에 어느 정도 영향을 줄 수 있지만, (생성된 표면 구조체의 두께가 디스크의 두께보다 보통 훨씬 더 작기 때문에) 이 영향은 보통 작고, 그것은 또한 제 2 반복 동안에 상기 보조층의 적절한 패터닝을 사용하여 보완될 수도 있다.
제 13 실시예에 있어서, PDMS층(3a)에 국소적으로 상이한 CTE를 갖는 영역의 패턴(6)을 구비하고 상기 복합 구조체의 온도를 변화시키는 대신에, PDMS 층(3a)에 국소적으로 상이한 스트레스(즉, 스트레스 패턴)을 유발하기 위해 다른 메커니즘을 사용하는 것도 가능하다. 예를 들면, 전체 PDMS 보조층에 대해 동일한 온도변화를 사용하는 대신에, 예컨대 엠보싱된 원하는 패턴(6)을 갖는 냉각된 스탬프와의 접촉을 사용하여, 다른 것보다 더 강하게 상기 보조층의 특정 영역을 선택적으로 냉각시키거나, 또는 전체 층을 냉각시키고 예컨대 레이저로 특정 영역을 선택적으로 재가열함으로써, 상이한 온도 변화를 PDMS 보조층의 상이한 위치에 부여할 수 있다. 이렇게 해서, 균일한 PDMS 보조층을 사용하더라도 국소적으로 상이한 스트레스의 패턴을 생성하는 것이 가능하다(이 실시예에서 PDMS와 같은 상대적으로 낮은 열전도성을 갖는 보조층 재료를 사용하는 것이 바람직하다). 더욱 일반적으로는, 국소적으로 정의가능한 스트레스 패턴은, 상기 보조층에 대해 국소적으로 변하는, 외부적으로 적용된 물리적 또는 화학적 조건의 패턴(6) (또한 시간에 따라 가변됨), 예컨대, 광 패턴, 가열 패턴(상이한 영역은 상이한 온도를 가짐), 용매 패턴(상이한 영역은 상이한 용매 농도를 가짐), 전기 또는 자기장의 패턴, 보조층에 작용하는 외부 기계적 힘의 패턴 등을 받게 함으로써 생성될 수 있다. 상기 보조층은 바람직하게는 (국소적으로) 그것의 부피를 변경함으로써 외부적으로 인가된 물리적 또는 화학적 조건의 이들 패턴들(6)과 상호 작용하는 적어도 하나의 재료(예컨대, UV광 하에서 또는 전기/자기장 등에서 팽창하는 재료)를 포함한다.
제 14 실시예에 있어서, 국소적으로 상이한 스트레스의 패턴을 유발하는 다른 대안적인 방법은 PDMS층(3a)의 특정 위치에 압전 액추에이터와 같은 능동 소자를 포함시키고 그것들을 (예컨대 전기적 또는 광학적으로) 작동시켜 PDMS 층(3a)에 스트레스 패턴을 생성하는 것이다. 더욱 일반적으로는, 국소적으로 정의가능한 스트레스 패턴은, 화학적 또는 물리적 메커니즘에 의해 작동될 때 PDMS 층(3a) 내에, 상이한 체적 변화를 가져오는 상이한 재료의 패턴(6)을 매립함으로써 생성될 수 있다. 온도 변화에 추가하여, 이와 같은 체적 변화를 달성할 수 있는 메커니즘은 습도 변화(예컨대, 팽창, 탈수), 용매 조성 및/또는 이온 강도(예컨대, 삼투압 액추에이터, 고분자 전해질 겔, 이온성 폴리머 금속 복합체, 전도성 폴리머, 카본 나노튜브 액추에이터)의 변화, pH의 변화, 상 변화(예컨대, 매립된 용매의 동결), 화학 반응(예컨대, 폴리머 겔), 전기적 활성화(예컨대, 압전 또는 전왜 재료(electrostrictive material)), 정전기 액추에이터, 전기활성 폴리머(electroactive polymer), 자기적 활성화(예컨대, 마그네틱 겔), 광학적 활성화(예컨대, 액정 엘라스토머, 광-반응성 재료) 등과, 전술한 것들의 조합을 포함한다. 또한, 원하는 국소적으로 상이한 체적 변화 거동을 달성하기 위해 상이한 재료의 패턴을 PDMS 층(3a)에 국소적으로 매립하는 대신에, 예컨대 상기 폴리머에 상이한 관능성 측쇄를 국소적으로 추가하거나, 또는 예컨대 UV조사에 의해 교차-결합의 정도를 국소적으로 변경함으로써, PDMS 자체를 (화학적으로) 국소적으로 개질하는 것이 가능하다.
제 15 실시예에 있어서, 단계 4에서 분할의 개시가 촉진되고, 상기 분할 프로세스의 제어는 웨이퍼(2)에 하나 이상의 구조적으로 더 취약한 영역을 웨이퍼 표면 상의 어떤 지정된 위치에 제공함으로써 개선된다. 예를 들면, 하나 이상의 작은 결함 영역이 웨이퍼(2)의 에지에 생성될 수 있다. 이와 같은 결함 영역은 기계적으로 (예컨대, 끝이 뾰족한 해머로 웨이퍼 에지 위의 특정 지점을 쳐서, 그에 의해 결정 구조를 국소적으로 분쇄(shatter)하고 홈(dent) 또는 닉(nick)을 생성하거나, 또는 그루브(groove) 또는 노치를 생성하기 위해 톱질, 줄질, 또는 밀링함), 화학적으로(예컨대, 그루브를 국소적으로 에칭함), 광학적으로(예컨대, 레이저를 사용하여 재료를 국소적으로 용융하거나, 또는 그루브 구조체를 생성하기 위해 재료를 제거함), 또는 다른 적당한 메커니즘에 의해 생성될 수 있다. 분할은 그 다음에 우선적으로 상기 결함 영역에서 시작될 것이고, 그곳으로부터 웨이퍼의 나머지에 대해 전파될 것이다. 특히, 이것은, 이들 결함 영역의 위치를 변경함으로써, 분할의 초기 깊이, 즉 생성된 얇은 디스크(5)의 에지의 두께를 더욱 잘 제어하는 것이 가능하고, 일반적으로 디스크(5)의 에지의 품질을 개선하기 때문에, 유리하다. 예를 들면, 2개의 면(1a, 1b) 사이의 웨이퍼(2)의 에지부(즉, 주변부 둘레)의 그루브는 동일한 두께와 깨끗한-절단 에지를 갖는 2개의 얇은 디스크(5)로 분할되는 것을 용이하게 한다. 본 실시예에 의한 더 약한 영역이, 워크피스에 스트레스가 유발되기 전에(예컨대, 냉각 전에) 생성되거나, 또는 웨이퍼가 이미 스트레스를 받고 있는 동안에 생성될 수 있다. 제 2 방법은 또한 분할이 시작되는 순간을 더 양호하게 제어할 수 있다: 만일 스트레스가 분할 프로세스가 자발적으로 시작되는 임계값보다 약간 낮은 크기까지 웨이퍼에서 발생되면, 약한 부분이 생성되자마자, 바람직하게는 상기 약한 부분부터 분할이 시작될 것이다.
제 16 실시예에 있어서, 웨이퍼가 자발적으로 분할하도록 단지 허용하는 대신에, 단계 4에서 분할의 개시는 웨이퍼(2)가 제어된 충격, 즉 짧은 충격파를 받게 함으로써 촉진된다. 예를 들면, 웨이퍼 내의 충격파는 초음파 펄스를 전달함으로써, 또는 강한 레이저 펄스 등에 의해 해머와 같은 기계적 장치로 하나 이상의 제어된 타격에 의해(망치로 두드림) 초래될 수 있다. 이와 같은 충격파의 공간적 분포, 강도 및 시간적 특성은 분할 프로세스에 대하여 변조와 양호한 제어를 촉진한다.
제 17 실시예에 있어서, 본 발명 방법은 2개의 면(1a 또는 1b) 중 적어도 하나에 기존 표면 구조체를 이미 갖는 웨이퍼(2)에서 사용된다. 이와 같은 기존 표면 구조체(트렌치, 메사, 멤브레인, 캔티레버, 피라미드 등)는 웨이퍼 재료 자체로부터 형성되는 것이 가능하거나, 추가의 재료(예컨대, 금속 접점, 반사 방지층, 절연 층, 에피텍셜 층 등), 또는 임의의 이것들의 조합을 포함할 수 있다. PDMS는 그 다음에 이들 기존 구조체 위에 적용되어, 구조물들을 피복하고 상응하게 포위하며, 그리하여 PDMS를 경화시킨 후 이들 기존 구조체는 부분적으로 PDMS층(3a 및/또는 3b)에 매립되게 된다. 웨이퍼(2)가 2개의 얇은 디스크(5)로 분할되는 경우, 이들 기존 표면 구조체는 대응하는 PDMS 보조층(3a) 또는 보조층(3b)이 여전히 부착되어 있는 각 디스크(5)의 측면에 보존된다. 반면 각 디스크(5)의 다른 측면은, 본 발명의 방법에 의해 패턴(6)의 이미지로서 생성된 새로운 표면 구조체(7a,7b)를 보여준다. 이렇게 해서 일 측면에는 복합 표면 구조체(가능하게는 추가 재료를 수반하고, 심지어는 전자 장치, 광학 장치, 화학 장치 또는 마이크로-기계 장치 같은 완전한 기능적 장치를 제공함)를, 다른 측면에는 다른 표면 구조체를 구비한 얇은 자립층이 생성되는 것이 가능하며, 상기 다른 표면 구조체는 웨이퍼 재료로부터 형성되고 PDMS 층의 패턴(6)에 의해 결정된다. 주목할 것은 면(1a) 및/또는 면(1b) 위의 기존 표면 구조체는 어느 정도 스트레스 패턴과 상기 생성된 표면 구조체(7a, 7b)에 영향을 줄 수 있지만, 이 영향은 종종 (기존 표면 구조체의 두께가 디스크의 두께보다 종종 훨씬 더 작기 때문에) 작으며 보조층(3a 및/또는 3b)의 적당한 패터닝을 사용하여 보상될 수도 있다는 점이다.
제 18 실시예에 있어서, 본 발명의 방법은 이미 기존 내부 (벌크) 구조체, 예컨대 하나 이상의 도펀트 경사도(dopant gradients)를 갖는 웨이퍼(2) 위에서 사용된다. 웨이퍼(2)가 2개의 얇은 디스크(5)로 분할되는 경우, 이들 기존 내부 구조체는 상응하는 얇은 디스크(5) 내에 보존된다. 이렇게 해서 도펀트 경사도와 같은 내부 (벌크) 구조체를 포함하고 구조화 표면을 갖는 얇은 자립층이 생성될 수 있다.
제 19 실시예에 있어서, 본 발명의 방법은 이전 2개의 실시예로부터 형태를 조합하여, 기존의 표면 구조체와 기존의 내부 (벌크) 구조체 모두를 이미 갖는 웨이퍼(2) 위에 사용된다. 구체적으로, 웨이퍼는 부분적으로 또는 완전히 기능적인 장치(전자장치, 화학장치, 광학장치, 마이크로-기계장치 등)를 면(1a 및/또는 1b) 하나 또는 모두에 갖는다. 이와 같은 장치는 LED, 레이저 다이오드, 태양전지, 탠덤형 태양전지, 파워 앰프, 일반적인 IC, 센서 또는 액추에이터 등과 같은 마이크로-전기기계장치를 포함할 수 있다. PDMS는 그 다음에 웨이퍼 면 위의 이들 기존 장치 위에 적용되고, 장치들을 피복하여, 그것들을 외부에서 적합하게 포위하며, 따라서 PDMS를 경화시킨 후 이들 기존 장치는 PDMS층(3a 및/또는 3b) 내에 부분적으로 매립되게 된다. 웨이퍼(2)가 2개의 얇은 디스크(5)로 분할되는 경우, 이들 기존 장치들은 대응하는 PDMS 보조층(3a 또는 3b)이 각각 여전히 부착되어 있는 각 디스크(5)의 측면 위에 보존되며, 반면 각 디스크(5)의 다른 측면은 패턴(6)의 이미지로서 생성된 새로운 표면 구조체(7a 또는 7b)를 보여준다. 이렇게 해서 고상 재료의 얇은 자립층이 생성될 수 있으며, 상기 자립층은 한 측면에 복합의, 부분적으로 또는 이미 완전히 기능적인 장치들을 갖고, 다른 측면에 다른 표면 구조체를 가지며, 이들 다른 표면 구조체는 웨이퍼 재료로부터 형성되고 PDMS 층 내의 패턴(6)에 의해 결정된다.
이전 실시예의 응용예로서, 종래 실리콘 태양전지의 전면부(즉, 정상 동작 동안에 조명되는 측면)를 구성하는 표면 구조체 및 내부 구조체(예컨대, p-n 접합, 전면 금속 접촉 그리드, 및 반사 방지 코팅을 포함하는 전면 도핑된 층)가 고려되며, 이하에서는 "전면 구조체(front-structures)"이라고 한다. 이제, 종래 실행된 바와 같이 웨이퍼의 한 측면에만 이들 "전면-구조체"를 생성하는 대신에, 이와 같은 전면 구조체는 두꺼운 단결정 실리콘 웨이퍼(2)의 양 측면(1a, 1b) 위에 제조된다. 그 다음 이 웨이퍼(2)는 전술한 바와 같이 2개의 더 얇은 디스크(5)로 분할되며, 이에 의해 장치 층들이 보존되고, 그리하여 이들 2개의 디스크(5)의 각각은 이제 단지 한 측면(즉, 여전히 대응하는 PDMS 층(3a) 또는 층(3b)이 부착되어 있는 측면)에만 전면 구조체를 갖는다. 2개의 디스크(5)의 각각의 다른 측면 위에는 벌크 웨이퍼 재료로 구성된 "새로운(fresh)" 표면이 존재하고, 표면 구조체(7a 또는 7b)는 PDMS 내의 패턴(6)에 의해 결정된다. 양 디스크의 "새로운" 표면은 이제 실리콘 태양전지의 후면을 만드는 종래의 방법(예컨대, 후면 필드 도핑, 후면 접촉 금속화 등)을 사용하여 추가로 처리되어, 2개의 실리콘 태양전지의 제조를 완료한다. 이 예는 다수의 이점을 보여준다: 대부분의 태양전지 제조 단계는 상대적으로 두꺼운 (그리하여 덜 깨지기 쉬운) 웨이퍼(2) 위에서 실행될 수 있으며, 이것은 접점의 스크린 인쇄와 같은 저렴한 프로세스의 사용을 촉진하고, 일반적으로 웨이퍼의 취급을 간단하게 한다. 또한, 동일한 (전면) 도펀트가 웨이퍼의 전체 표면으로, 즉 그 양면(1a, 1b)에 확산될 수 있고, 나중에 예컨대 웨이퍼의 후부로부터 도펀트를 제거할 필요가 없다(이것은 상기 분할 프로세스에 의해 자동으로 달성되기 때문이다). 전체 웨이퍼 위에서 역시 생성될 수 있고(예컨대, SiO2의 산화적 성장 및/또는 Si3N4 질화물의 PECVD 증착), 다음에 상기 분할 프로세스를 통해 한 측면에 자동으로 한정되는 예컨대 반사 방지 코팅에도 동일하게 적용된다. 이렇게 해서, 태양전지 제조를 위한 다수의 처리 단계가 본 발명의 방법의 적용에 의해 제거되거나 단순화될 수 있다. 이들 이점은 전면(front) 및 후면(rear) 접점을 갖는 표준 태양전지 대신에 이면(back)-접점 태양전지가 제조되는 또 다른 예에서 특히 두드러진다: 여기서, 기능적 구조체의 거의 모두는 태양전지의 일 측면(후면)에 존재한다. 만일 이와 같은 후면 구조체가 두꺼운 단결정 실리콘 웨이퍼(2)의 양면(1a, 1b) 위에 제조된다면, 본 발명 방법을 사용한 분할 이후에, 상기 생성된 얇은 디스크(5)의 양자는 이미 거의-완료된 이면-접점 태양전지이다(가능하게는 다른 측면에서 반사 방지 코팅의 증착만을 단지 요구함). 그러므로, 본 발명 방법은 대부분의 프로세스에 있어서 얇은 웨이퍼를 취급할 필요없이 얇은 단결정 실리콘 이면-접점 태양전지를 생성하기 위해 적용 가능하다.
또 다른 측면으로, 본 발명은 갭(gap)에 의해 2개의 조각으로 분할되는 고상재료의 슬랩(블록, 잉곳, 디스크 등)을 포함하는 장치에 관한 것이며, 상기 조각 중 하나는 다른 조각의 기하학적인 보완물이며, 그리하여 상기 갭을 0으로 축소함으로써 원래 슬랩(slab)의 형상, 치수 및 질량이 실질적으로 어떤 재료 손실 없이(예컨대, 내부 보이드 등 없이) 회복될 수 있다. 상기 2개의 조각 중 적어도 하나는 얇은 층이다. 즉, 실질적으로 적어도 1 cm2의 영역을 갖는 평평하거나 굽은 시트(sheet)이고, 이 영역 전체에서 그 두께는 2 mm보다 작고, 바람직하게는 0.5 mm보다 작다. 얇은-층 조각 자체의 적어도 하나는 갭과 마주하는 면 위에 부착된 적어도 하나의 추가적인 고상 재료의 층(이하, 보조층이라 함)을 갖는다. 2개의 조각 각각에 있어서, 갭에 직면하는 상기 표면들은 (가능하게는 예컨대, 만일 상기 표면들이 공기에 반응성이 있고 공기에 노출되는 경우의 고유의 산화물층을 제외하고) 슬랩의 벌크에서 발견되는 것들 외의 재료를 포함하지 않는다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 전술한 장치에 관한 것이지만, 상기 2 조각의 각각에 있어서, 갭에 직면하는 표면들은 어떤 패턴에 의한 구조체를 보여주며, 한 조각 위의 표면 구조체(7a)는 다른 조각 위의 표면 구조체(7b)에 대하여 실질적으로 보완적이고, 상기 패턴은 실질적으로 상기 2 조각 중 적어도 하나에 부착된 적어도 하나의 추가적인 고상 재료의 적어도 하나의 층(보조층) 내 대응하는 패턴(6)의 전체-크기 이미지이다. 상기 보조층 내의 패턴(6)은 보조층의 부분이 주변 영역의 특성과 상이한 국소 재료 특성(예컨대, 국소적으로 상이한 CTE 또는 국소적으로 상이한 탄성률)을 나타내도록 함으로써 실현되며, 이것은 예컨대 보조층의 재료가 부분적으로 또는 완전히 제거되는 부분(즉, 보이드 구조체)을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 패턴(6)은 보조층 위에 외부의 물리적 또는 화학적 영향의 패턴을 적용함으로써 보조층에 일시적으로 유발되는 스트레스의 패턴일 수 있으며, 예컨대, 광 패턴, 열 패턴, 보조층에 작용하는 외부의 기계적 힘의 패턴 등이다.
본 발명의 방법은 또한 단결정 실리콘 외의 고상 재료(예컨대, 다결정 실리콘, 사파이어, 게르마늄, 수정, 또는 유리같은 비결정질 재료)로 구성된 워크피스으로부터 구조화 표면을 갖는 얇은 자립층을 생성하는데 사용될 수 있다. 또한, 이 방법은 몇 개의 상이한 재료(균질 또는 비균질의 복합 재료 등)으로 구성되거나 또는 내부 구조체(라미네이트 등)를 갖는 워크피스에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 방법은 표면에 질화물 갈륨(GaN)과 같은 에피텍셜 성장층을 갖는 단결정 실리콘 웨이퍼로 구성된 워크피스에서 사용되는 것이 가능하다. 또한, 상기 워크피스에 적용되는 보조층에 있어서, PDMS 외의 재료들- 예컨대, (예컨대 전기 활성을 위해 유기금속 그룹을 포함할 수 있는) 다른 폴리실록산, 다른 엘라스토머, 다른 폴리머 또는 일반 플라스틱, 또는 알루미늄, 은 등의 금속 -이 사용될 수 있다. 또한 몇 가지 다른 재료(균질 또는 비균질의 복합 재료 등)를 포함하거나 내부 구조체(라미네이트 등)를 갖는 보조층을 이용하는 것도 가능하다. 일반적으로, 상기 워크피스는 상대적으로 부서지기 쉬운 고상 재료이다. 워크피스과 보조층 사이의 양호한 접착이 프로세스 전체에 걸쳐 달성되고 유지되어야 하며, 상기 보조층은 보조층 그 자체를 파괴하지 않고 충분히 강한 스트레스 패턴을 부과하는 편리한 프로세스에 따라야 한다.
또한, 보조층 내의 PDMS(또는 다른 폴리머)는 전열판에서 가열하는 외의 방법으로 경화될 수 있다(즉, 그것의 폴리머 체인이 교차-결합됨). 예를 들면, PDMS(또는 다른 폴리머)에 뜨거운 가스를 불어넣거나, 예컨대 적외선 광을 조사하여 가열될 수 있다. 대안으로 또는 부가적으로, 경화는 화학적 첨가물, 자외선 조사, 또는 전자빔을 사용하여 달성될 수 있다. PDMS(또는 다른 폴리머, 또는 일반적으로 보조층 내의 임의의 재료)는 또한 특정 형태의 경화(또는 일반적으로, 가능하게는 도중에 상기 층 내부로 내부 스트레스를 이미 생성하는 고체화)를 용이하게 하기 위해 화학적으로 개질될 수도 있으며, 예를 들면, UV 방사에 의한 PDMS 경화는 예컨대, PDMS를 벤조페논(방사선 하에서 라디칼을 생성하는 광감응제)에 침지시키거나, 또는 예컨대 PDMS 내의 메틸기를 광반응성 치환기로 치환함으로써 촉진된다.
마찬가지로, 프로세스의 종료 시 디스크(5)로부터 보조층을 제거하기 위해 다수의 대체 방법들이 사용될 수 있다. 전술한 바와 같은 보조층을 화학적으로 에칭하는 대신에 또는 그것에 추가하여, 조사, 전자빔, 및/또는 가열에 의해 기계적으로 보조층이 제거될 수도 있다. 예를 들면, PDMS 보조층은 PDMS층에 마주하는 디스크의 면이 임시로 지지부에 고정되면(예컨대, 접착), 단결정 실리콘의 얇은 디스크(5)로부터 기계적으로 벗겨질 수 있고, 그 다음 PDMS는 예컨대, 코너에서 시작하여, 디스크의 표면에 실질적으로 수직인 방향으로 당김으로써 천천히 주의하여 벗겨지며, 가능하게는 PDMS층과 디스크(5) 사이에 웨지(wedge) 또는 유사한 물품을 삽입함으로써 이 과정이 촉진된다. 대안으로, PDMS(또는 다른 폴리머)는 예컨대 레이저로 또는 오븐에서 그것의 분해 온도 이상으로 단순히 가열될 수 있다(즉, 애싱(ashing)에 의한 제거)). 그것은 또한 플라즈마, 예컨대 산소 플라즈마에서, 애싱으로 제거될 수 있다. PDMS는 또한 예컨대 UV 조사하에서 더욱 용이하게 분해되도록 화학적으로 개질될 수 있다. 최종적으로, 임의의 또는 모든 이들 방법은 조합될 수 있다(또한 PDMS 이외의 재료가 보조층에 사용된다면 직접 적용될 수 있다).
본 발명 방법은 거의 임의의 형상의 워크피스에 적용될 수 있고 평평한 웨이퍼에 한정되지 않는다. 구체적으로, 본 발명은 예컨대 한 측면이 평평하게 된 단결정 실리콘 잉곳으로부터 구조화 표면을 갖는 얇은 시트를 직접 벗겨내는데 사용될 수 있다. 평평한 시트를 벗기기 위해, 사용된 상기 워크피스는 적어도 하나의 평평한 표면에 의해 한정되는 것으로 충분하다. 그 후 이 표면 위에 보조층이 적용된다. 한 시트만을 벗겨내는 것이 가능하며, 또는 몇 개의 시트가 워크피스의 상이한 표면에서 동시에 벗겨질 수 있다. 최종적으로, 본 발명 방법은 또한 구조화 표면을 갖는 얇은 독립의 굽은 시트 또는 쉘(shell)을 생성하는데 적용될 수 있다. 이를 위해서, 상기 보조층이 워크피스의 상응하게 굽은 표면 위에 적용된다. 온도 변화 (또는 다른 스트레스-유발 프로세스)로 인해 그 다음에 워크피스의 나머지로부터, 워크피스 내부의 패턴 형성된 파쇄 영역을 따라, 얇고 상응하게 굽은 시트 또는 쉘의 분할이 일어난다. 이 패턴 형성된 파쇄 영역은 워크피스와 보조층 사이의 인터페이스에서 대략 동일한 거리의 모든 곳까지 미치며, 따라서 표면 구조체 패턴을 갖는 상기 생성된 시트는 거의 균일한 두께를 갖는다(두께변화가 의도적으로 생성되는 패턴(7a, 7b)은 제외).
보조층이 적용되는 표면의 표면 특성은 중요하지 않다. 상기 인터페이스는 부드럽게 연마되거나, 또는 상당한 거칠기를 가질 수 있다. 상기 보조층에 적당한 접착을 유지하는 것만이 중요하다. 특히, 워크피스로부터 시트를 벗길 때 워크피스의 나머지 위에 형성되는 파쇄 표면은 보조층이 적용되는 표면으로서 후속적으로 사용될 수 있다. 따라서 본 발명 방법은 워크피스의 나머지 위에 재 적용될 수 있다. 이렇게 해서 단일 워크피스로부터 시트가 하나씩 계속해서 벗겨질 수 있다.
또한, 구조화 표면을 갖는 벗겨진 얇은 자립층으로부터, 추가로 (더 얇은) 층들이 동일한 단계를 반복하여 벗겨지는 것이 가능하다. 예를 들면, 본 발명 방법을 사용하면, 단결정 실리콘 웨이퍼는 PDMS 보조층을 양면 위에 적용함으로써 구조화 표면을 갖는 2개의 디스크로 분할되는 것이 가능하다; 이들 보조층은 하나 또는 둘다가 패턴(6)을 가질 수 있고 전혀 패턴(6)을 갖지 않을 수도 있으며, 만일 모두 패턴을 가지면, 이들 패턴은 서로 같거나 상이할 수 있다. 이들 생성된 2개의 더 얇은 디스크 각각은 그 다음에 다시 PDMS 보조층이 양면에 제공될 수 있으며, 다시, 상기 디스크 중 하나 또는 둘다 동일 또는 상이한 패턴(6)을 갖거나 또는 이들 중 어떠한 것도 그 패턴을 갖지 않으며, 따라서 상기 방법의 단계를 반복하면 구조화 표면(원한다면 상이한 표면 구조체 패턴을 갖는)을 갖는 더욱 얇은 디스크 2개로 추가 분할될 수 있다. 이렇게 해서, 구조화 표면을 갖는 다수의 얇은 단결정 디스크가 단일 단결정 실리콘 웨이퍼로부터 얻어질 수 있다. 예를 들면, 3개의 단계에 의해, 통상의 구조화 표면을 갖는 8개의 약 50 ㎛ 두께 디스크가 통례의 0.4 mm 두께 웨이퍼로부터 얻어질 수 있다.
일반적으로, 이렇게 생성된 얇은 자립층들의 치수, 특히 두께는, 스트레스 유발 메커니즘(예컨대, 온도변화), 및/또는 보조층의 특성을 적절하게 선택하여 설정될 수 있다. 이것은 특히 스트레스 유발의 시간 흐름, 유발된 스트레스의 정도, 보조층의 치수, 보조층의 기하 형태, 및/또는 보조층의 기계적 및/또는 열적/광학적/화학적/유체정역학적/압전 등의 특성의 적절한 선택을 통해 달성된다.
보조층은 예컨대 액체 또는 가스 상태로 워크피스의 상응하는 면에 적용될 수 있고, 그 다음 거기서 고체화될 수 있다. 대안으로, 보조층은 고상으로 직접 표면에 부착될 수 있다. 보조층과 워크피스의 표면 사이의 접착은 화학적 결합, 반데르발스 힘(van-der-Waals force) 또는 다른 강한 접착력에 의해 달성될 수 있다. 또한, 인터페이스에서 보조층과 워크피스의 합금에 의한 접착, 또는 제 3의 재료에 의해 보조층을 워크피스의 표면에 접착하는 것이 본 발명의 방법의 실현을 위해 가능하다.
최종적으로, 액체 질소 대신에, 다른 냉각제(예컨대, 액체 헬륨, 얼음 물, 또는 냉각 고체 또는 냉각 가스 등)이 냉각에 의해 보조층-워크피스 복합체 내부에 필요한 기계적 스트레스를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 어떤 경우에는 복합체를 실온으로 단순히 냉각시키는 것으로 충분하며, 따라서 특별한 냉각제는 필요하지 않을 것이다. 또한, 어떤 경우에는 냉각시키는 대신에 따뜻하게 함으로써 복합체의 내부에 필요한 기계적 스트레스를 달성하는 것이 가능하다. 특정 온도(T)에서 필요한 기계적 스트레스를 형성하는데 필수적인 것은, 워크피스와 보조층의 적어도 일부 사이의 열적 팽창에서의 충분히 큰 차이뿐만 아니라 보조층이 워크피스에 접착되는 온도와 온도(T)와 사이의 충분히 큰 차이이다.
제 2 독립
실시예
(도 2)
본 발명의 상이한 측면으로서, 워크피스로부터의 스트레스-유발된 분할(파쇄)에 의해 고상 재료를 갖는 얇은 자립층을 생성하는 독립적인 방법, 특히 스트레스 유발 보조층 내에 폴리머와 같은 저가의 거의 오염되지 않은 재료의 사용을 가능하게 하는 방법이 개시된다.
제 1 실시예에 있어서, 워크피스(2)는 상업적으로 가용한 단결정 실리콘 웨이퍼이다. 도 2는 본 발명에 따른 대표적인 프로세스 시퀀스를 4단계(위에서 아래로) 개략적으로 도시하는 사시도이다. 이하 설명에서 도 2를 참조한다.
단계 1: 여기서 기초 원재료는 예컨대 마이크로전자 또는 태양전지 산업에서 사용되는 쵸크랄스키 방법에 따라 생산된 단결정 실리콘 웨이퍼(2)이다. 웨이퍼(2)는 약 76 mm의 직경과 약 0.4 mm의 두께를 갖는다. 웨이퍼는 약하게 n-도핑 또는 p-도핑되며, 약 10 Ω-cm 비전기저항(specific electical resistivity)을 갖고, 그 두 면(1a, 1b)은 <100> 결정면에 평행하다. 웨이퍼의 두 면(1a 및/또는 1b) 중 하나 또는 모두는 미러-폴리싱되거나 간단히 에칭되고 연마될 수 있다, 웨이퍼(2)는 웨이퍼 제조로부터 바로 사용되거나, 종래 방법(예컨대, 유기 용매와 물을 사용하여, 또는 플라즈마 산화 세척에 의해)을 사용하여 대충 미리-세척될 수 있다.
단계 2: 웨이퍼(2)의 각 면(1a, 1b) 위에 폴리디오르가노실록산(예컨대, 폴리디메틸실록산, 또는 PDMS; 이하 PDMS로 지칭될 것이지만, 임의의 적당한 실리콘 폴리머 또는 코폴리머가 사용될 수도 있는 것으로 이해해야 함)의 얇은 층(3a, 3b)이 적용되고 경화된다(또는 경화 가능하게 된다). 이들 보조층(3a, 3b)의 바람직한 두께는 0.01 mm ~ 10 mm이고 약 0.1 mm ~ 1 mm가 바람직하다. 두 층(3a, 3b)의 두께는 본 실시예에서는 동일하지만, 다른 실시예에서는 두 층의 두께는 다를 수 있다. PDMS에 대해서, 예컨대 다우코닝의 SYLGARD 184를 경화제와 기본 재료를 1: 10의 혼합비율로 사용하는 것이 가능하다. 상기 액상 PDMS-혼합물은 먼저 진공에서 약 1시간 동안 가스가 제거되고, 그 다음에 웨이퍼(2)의 각 면(1a, 1b)에 원하는 두께로 적용되고, (예컨대 100℃에서 30분 동안) 전열판에서 경화된다. 도시된 본 실시예에서, PDMS 층(3a, 3b)은 웨이퍼 영역의 대부분에서 균일한 두께를 갖는다. 이것은 웨이퍼를 수평면 위에 배치하고 그것을 경화시키기 전에 중력에 의해 PDMS를 평형하게 유지함으로써 달성될 수 있다. PDMS가 경화된 후, 3층 복합체(PDMS(3a)-웨이퍼(2)-PDMS(3b))가 실온으로 냉각된다. 그 후, 웨이퍼(2)의 주위를 따라서 돌출하는 임의의 PDMS를 날카로운 칼로 제거하여 웨이퍼(2)의 에지에 기본적으로 PDMS가 없도록 하고, PDMS는 단지 웨이퍼(2)의 두 면(1a, 1b)만을 피복한다. PDMS를 웨이퍼 면에 주의하여 적용하고 웨이퍼를 수평면 위에 평형으로 유지함으로써 웨이퍼의 주변으로 PDSM가 돌출(그리하여 웨이퍼의 에지를 터치하는 것)을 회피하는 것이 가능하다; 이렇게 해서 PDMS의 표면 장력은 PDMS가 웨이퍼 에지로 흘러 넘치는 것을 방지한다.
단계 3: 복합체(PDMS(3a)-웨이퍼(2)-PDMS(3b))은 (온도가 약 -200℃인) 액체 질소 배스에 완전히 침지된다. 실리콘(약 3*10-6mm/mm/K)과 PDMS(약 300*10-6mm/mm/K)의 상당히 다른 열팽창 계수 때문에, 이 냉각에 의해 상기 복합체 내에 큰 기계적 스트레스가 유발된다. PDMS층(3a, 3b)이 주위의 액체 질소 배스와 실질적으로 열적 평형에 도달한 후(예컨대, PDMS층(3a, 3b) 주위의 액체 질소에서 강한 "버블링(bubbling)"이 중지되는 경우), 상기 복합체를 다시 배스에서 꺼내 실온에 노출하여, 아주 짧은 시간 동안에 웜업(warm up)시킨다. 이 웜업시간은 바람직하게는 PDMS 층(3a, 3b)의 적어도 일부가 여전히 PDMS의 유리전이온도(-125℃)보다 낮은 온도가 되기에 충분할 만큼 짧고, 그리고 PDMS 층(3a, 3b)의 적어도 일부가 PDMS의 유리전이온도보다 높은 온도에 도달하기에 충분할 만큼 길게 선택되는 것이다. 예를 들면, 바람직한 웜업시간은 0.4 mm 두께의 PDMS 층에 대해서 1 내지 5초 사이이다. 이것으로 인해 보조층 내부에 비균질한 물리적 조건이 유도된다. 즉, PDMS 층(3a, 3b)의 내부의 온도 분포가 비균질하고 온도 범위는 대략 실온에서 약 -200℃까지이다. PDMS의 유리전이온도가 대략 -125℃이고 PDMS는 유리전이온도 미만의 온도에서 상대적으로 더 단단하므로(즉, 탄성률이 더 큼), 이것으로 인해 PDMS 층(3a, 3b)은 웨이퍼(2)와의 인터페이스 쪽으로는 더욱 단단하고(즉, 탄성률이 더 큼) 그 외부에서는 더 부드럽다(탄성률이 더 작음).
단계 4: 짧은 웜업시간 후에, 웨이퍼(2)는 예컨대 끝이 뾰족한 해머로 웨이퍼(2)의 측면의 특정 위치, 즉 PDMS 층(3a, 3b)으로 피복되지 않은 웨이퍼의 에지를 따라 한 점을 타격한다(망치로 두드림). 이것으로 인해 국소적으로 약한 영역 또는 결함이 웨이퍼(2) 내에 발생하고, 이것은 결국 파쇄 프로세스를 유발한다: 웨이퍼(2)는 그 표면(1a)에 평행한 실질적으로 단일의 방해되지 않는 크랙 전파 동작으로 자발적으로 2개의 얇은 단결정 실리콘 디스크(5)로 분할되며, 각 디스크(5)의 일 측면은 여전히 대응하는 PDMS 보조층(3a, 3b)이 부착되어 있다.
적절히 관리함으로써, 2개의 실리콘 디스크(5)의 각각은 기본적으로 하나의 단일 조각으로 실질적으로 이루어지거나 포함한다. 표면(4)에 수직인 추가의 균열(breaking) 피하기 위해, 디스크(5)는, 분할 후 즉시, 전체 PDMS 보조층이 다시 적어도 실온으로 웜업될 때까지, 100℃ 전열판으로 이송될 것이다(PDMS 보조층(3a) 또는 보조층(3b)에 부착된 측면이 아래쪽으로 향하도록). 어떤 워밍(warming) 절차가 사용되든지, 디스크(5)는, 워밍이 진행됨에 따라 층들을 평평하게 하기 위해, 층들의 모든 컬링이 반전되도록, 워밍될 때 평평한 지지대에 신중하게 가압한다.
이 방법에 의해 제작된 얇은 실리콘 디스크(5)는 원래의 웨이퍼(2)와 같은 특성을 갖는 단결정 실리콘을 실질적으로 포함하고 직접 사용될 수 있다. 대안으로, PDMS 보조층(3a, 3b)은 또한 실리콘 디스크(5)로부터, 예컨대 적절한 액체 부식액(예컨대, NMP(N-메틸피로리돈)과 TBAF/THF(테트라부틸암모늄플로라이드, 테트로하이드로푸란 내 1.0M 용액)의 3:1 용적 혼합물)에 침지시키거나, 불ㄹ산에 침지시켜 제거될 수 있다. PDMS 보조층(3a) 또는 보조층(3b)을 제거하는 바람직한 방법은 뜨거운 황산(H2SO4) 부식액으로 바람직하게는 150℃ 이상의 온도에서(및 더욱 바람직하게는 200℃ 이상) 헹구거나 또는 그것에 침지시키고, 그 다음 생성된 백색 실리카 거품을 물리적으로(예컨대, 브러시를 사용하여, 그리고 가능하게는 브러싱-에칭 사이클을 수 회 사용하여) 제거하고, 최종적으로 불산에 침지시켜 실리콘 디스크(5)를 세척한다.
제 2 실시예에서, 파쇄 개시단계(단계 4)는 상기 복합체(PDMS(3a)-웨이퍼(2)-PDMS(3b))가 액체 질소 배스 내에 여전히 침지되어 있는 동안, 즉 냉각 동안 또는 주위의 액체 질소 배스와 열적 평형에 도달된 후, 수행된다. 이 실시예에서는, 짧은 중간 웜업 시간이 생략된다.
제 3 실시예에 있어서, 단계 3의 웜업 시간이 연장되고, 따라서 열적으로 유발된 스트레스는, 단계 4 동안 뾰족한 해머로 웨이퍼(2)를 타격할 때, 파쇄가 시작되기에는 충분히 크지 않다. 이 경우에, (파쇄가 일어나지 않은 채) 단계 4가 수행된 후, 복합체(PDMS(3a)-웨이퍼(2)-PDMS(3b))은 다시 액체 질소 배스에 잠겨 냉각되며, 그 다음에 상기 파쇄 프로세스를 자발적으로 시작하게 된다.
제 4 실시예에서, 단계 4 동안에 웨이퍼(2) 내에 국소적으로 약한 영역 또는 결함을 생성하는데 더하여 또는 그 대신에, 복합체(PDMS(3a)-웨이퍼(2)-PDMS(3b))의 외측면 특정 위치에 외부 스트레스가 적용되며, 이것은 그 다음에 웨이퍼 재료의 파괴인성(fracture toughness) 임계값 이상으로 스트레스 강도를 국소적으로 증가시킴으로써 파쇄(쪼개짐) 프로세스를 유발한다.
제 5 실시예에서, 상기 냉각 단계(단계 3) 이전에 웨이퍼(2) 내의 국소적으로 약한 영역 또는 결함이 생성된다. 이 실시예에서, 이러한 약한 영역의 생성은 파쇄 프로세스를 유발하지 않지만, 단계 3에서 냉각에 의해 웨이퍼(2) 내에 충분한 스트레스가 일단 형성되면 바람직하게는 파쇄가 시작되는 위치를 한정하는 것을 가능하게 한다.(그 다음 이 경우에 파쇄가 자발적으로 개시될 것이지만, 전술한 방법의 어느 것을 사용하여 추가적으로 유발될 수도 있을 것이다).
제 6 실시예에서, 웨이퍼(2)의 CTE와 실질적으로 상이한 CTE를 갖는 PDMS층(3a)를 갖고 상기 복합 구조체의 온도를 변화시키는 대신에, 웨이퍼(2) 내에 필요한 스트레스 패턴을 유발할 수 있는 미리 정의할 수 있는 스트레스 패턴을 PDMS 층(3a) 내에 생성하기 위해 다른 메커니즘을 사용하는 것도 가능하다. 한 가지 대안적인 방법은 PDMS 층(3a) 내 특정한 위치에 압전 액추에이터를 포함하고, 전기적으로 그것을 작동시켜 PDSM층(3a) 내에 스트레스 패턴을 생성하는 것이다. 더욱 일반적으로는, 화학적 또는 물리적 메커니즘에 의해 작동될 때 상이한 체적을 보이는 상이한 재료의 패턴을 PDMS 층(3a) 내부에 매립함으로써, 국소적으로 정의가능한 스트레스 패턴이 생성될 수 있다. 그와 같은 체적 변화를 달성할 수 있는 메커니즘은 온도 변화에 추가하여 습도변화(예컨대, 팽창, 탈수), 용매 조성 및/또는 이온 강도의 변화(예컨대, 삼투압 액추에이터, 고분자 전해질 겔, 이온성 폴리머 금속 복합체, 전도성 폴리머, 카본 나노튜브 액추에이터), pH의 변화, 상 변화(예컨대, 매립된 용매의 냉각, 결정화, 증발), 화학 반응(예컨대, 폴리머 겔), 전기적 활성화(예컨대, 압전 또는 전왜 재료, 정전기 액추에이터, 전기-활성 폴리머), 자기적 활성화(예컨대, 마그네틱 겔), 광학적 활성화(예컨대, 액정 엘라스토머, 광-반응 재료) 등뿐만 아니라 전술한 것들의 조합을 포함한다. 또한, 상이한 재료를 PDMS 층(3a)에 국소적으로 매립하는 대신에, 예컨대 상기 폴리머에 상이한 관능성 측쇄를 국소적으로 추가함으로써, 또는 예컨대 UV 조사에 의해 교차-결합의 정도를 국소적으로 변경함으로써, 원하는 국소적으로 상이한 체적 변화 거동을 달성하기 위해, PDMS 자체를 (화학적으로) 국소적으로 개질하는 것이 가능하다.
제 7 실시예에서, 본 발명 방법은 2개의 면(1a 또는 1b)의 적어도 하나에 기존 표면 구조체를 이미 갖는 웨이퍼(2)에서 사용된다. 이와 같은 기존 표면 구조체(트렌치, 메사, 멤브레인, 캔티레버, 피라미드 등)는 웨이퍼 재료 자체로부터 형성되는 것이 가능하거나, 추가의 재료(예컨대, 금속 접점, 반사 방지층, 절연층, 에피텍셜 층 등), 또는 임의의 이것들의 조합을 포함할 수 있다. PDMS는 그 다음에 이들 기존 구조체 위에 적용되고, 구조체들을 피복하고 상응하게 포위하며, 그리하여 PDMS를 경화시킨 후 이들 기존 구조체는 부분적으로 PDMS층(3a 및/또는 3b)에 매립되게 된다. 웨이퍼(2)가 2개의 얇은 디스크(5)로 분할되는 경우, 이들 기존 표면 구조체는 대응하는 PDMS 보조층(3a) 또는 보조층(3b)이 여전히 부착되어 있는 각 디스크(5)의 측면에 보존된다. 이렇게 해서 한 측면에 복합 표면 구조체를 갖는 얇은 자립층이 생성된다(가능하게는 추가 재료를 수반하고, 심지어는 전자 장치, 광학 장치, 화학 장치 또는 마이크로-기계 장치 같은 완전한 기능적 장치를 제공함).
제 8 실시예에 있어서, 본 발명의 방법은 기존 내부 (벌크) 구조체, 예컨대 하나 이상의 도펀트 경사도를 갖는 웨이퍼(2) 위에서 사용된다. 웨이퍼(2)가 2개의 얇은 디스크(5)로 분할되는 경우, 이들 기존 내부 구조체는 상응하는 얇은 디스크(5) 내에 보존된다. 이렇게 해서 도펀트 경사도와 같은 내부 (벌크) 구조체를 갖는 얇은 자립층이 생성될 수 있다.
제 9 실시예에 있어서, 이전 2개의 실시예로부터의 양태를 조합함으로써, 본 발명 방법은 기존 표면 구조체와 기존 내부 (벌크) 구조체 모두를 갖는 웨이퍼(2) 위에 사용된다. 특히, 웨이퍼는 부분적으로 또는 완전히 기능적인 장치(전자장치, 화학장치, 광학장치, 마이크로-기계장치 등)를 면(1a 및/또는 1b) 중 하나 또는 모두에 갖는다. 이와 같은 장치는 LED, 레이저 다이오드, 태양전지, 탠덤형 태양전지, 파워 앰프, 일반적인 IC, 센서 또는 액추에이터 등과 같은 마이크로-기계장치를 포함할 수 있다. 그 다음에 PDMS가 웨이퍼 면 위의 이들 기존 장치 위에 적용되어, 장치들을 피복하며, 그것들을 외부에서 상응하게 포위하며, 따라서 PDMS를 경화시킨 후 이들 기존 장치는 PDMS층(3a 및/또는 3b) 내에 부분적으로 매립되게 된다. 웨이퍼(2)가 2개의 얇은 디스크(5)로 분할되는 경우, 이들 기존 장치들은 대응하는 PDMS 보조층(각각 3a 또는 3b)이 여전히 부착되어 있는 각 디스크(5)의 측면 위에 보존된다. 이러한 방식으로, 한 측면 위에 복합적이고, 부분적으로 또는 이미 완전히 기능적인 장치를 갖는 얇은 자립층이 생성될 수 있다.
이전 실시예의 응용예로서, 종래 실리콘 태양전지의 전면부를 구성하는 표면 구조체 및 내부 구조체(예컨대, p-n 접합을 포함하는 전면 도핑된 층, 전면 금속 접촉 그리드, 반사 방지 코팅)가 고려되며, 이하에서는 "전면 구조체"이라고 한다. 이제, 종래 실행되는 것과 같이 웨이퍼의 단지 한 측면에만 이들 "전면-구조체"를 생성하는 대신에, 이와 같은 전면 구조체가 두꺼운 단결정 실리콘 웨이퍼(2)의 양 측면(1a, 1b) 위에 제조된다. 그 다음 이 웨이퍼(2)는 전술한 바와 같이 2개의 더 얇은 디스크(5)로 분할되며, 이에 의해 장치 층들이 보존되고, 그리하여 이들 2개의 디스크(5)의 각각은 이제 한 측면에만 "전면 구조체"를 갖는다(즉, 상기 측면에는 여전히 대응하는 PDMS 층(3a) 또는 층(3b)이 부착되어 있다). 2개의 디스크(5)의 각각의 다른 측면 위에는 벌크 웨이퍼 재료로 구성된 "새로운" 표면이 존재한다. 양 디스크의 "새로운" 표면은 이제 실리콘 태양전지의 후면을 만드는 종래의 방법(예컨대, 후부-표면 필드 도핑, 후면 접촉 금속화 등)을 사용하여 추가로 처리되어, 2개의 실리콘 태양전지의 제조를 완료한다. 이 예는 다수의 이점을 보여준다: 대부분의 태양전지 제조 단계는 상대적으로 두꺼운 (그리하여 덜 깨지기 쉬운) 웨이퍼(2) 위에서 실행될 수 있으며, 이것은 접점의 스크린 인쇄와 같은 저렴한 프로세스의 사용을 촉진하고, 일반적으로 웨이퍼의 취급을 간단하게 한다. 또한, 동일한 (전면) 도펀트가 웨이퍼의 전체 표면, 즉 그 양면(1a, 1b)으로 확산될 수 있고, 나중에 예컨대 웨이퍼의 후부로부터 도펀트를 제거할 필요가 없다(이것은 상기 분할 프로세스에 의해 자동으로 달성되기 때문이다). 웨이퍼 위에 역시 생성될 수 있고 그 다음에 상기 분할 프로세스를 통해 한 측면에 자동으로 한정되는 예컨대 반사 방지 코팅(예컨대, SiO2의 산화적 성장 및/또는 Si3N4 질화물의 PECVD 증착)에 대해서도 동일하게 적용된다. 이렇게 해서, 태양전지 제조를 위한 다수의 처리 단계가 본 발명의 방법의 적용에 의해 제거되거나 단순화될 수 있다. 이들 이점은 전면 및 후면 접점을 갖는 표준 태양전지 대신에 이면-접점 태양전지가 제조되는 또 다른 예에서 특히 두드러진다: 여기서, 기능적 구조체의 거의 모두는 태양전지의 일 측면(후면)에 존재한다. 만일 이와 같은 후면 구조체가 두꺼운 단결정 실리콘 웨이퍼(2)의 양면(1a, 1b) 위에 제조된다면, 본 발명 방법을 사용한 분할 이후에, 상기 생성된 얇은 2개의 디스크(5)는 이미 거의-완료된 이면-접점 태양전지가 된다(가능하게는 다른 측면에 반사 방지 코팅의 증착을 요구할 뿐임). 그러므로, 본 발명 방법은 대부분의 프로세스에 있어서 얇은 웨이퍼를 취급할 필요없이 얇은 단결정 실리콘 이면-접점 태양전지를 생성하기 위해 적용 가능하다.
또 다른 측면으로, 본 발명은 갭에 의해 2개의 조각으로 분할되는 고상 재료의 슬랩(블록, 잉곳, 디스크 등)을 포함하는 장치에 관한 것이며, 상기 조각 중 하나는 다른 조각의 기하학적인 보완물이며, 그리하여 상기 갭을 0으로 축소함으로써 원래 슬랩의 형상, 치수 및 질량이 실질적으로 어떤 재료 손실 없이(예컨대, 내부 보이드 등 없이) 회복될 수 있다. 상기 2개의 조각 중 적어도 하나는 얇은 층이다. 즉, 적어도 1 cm2의 영역을 갖는 실질적으로 평평하거나 굽은 시트이고, 이 영역 전체에서 그 두께는 2 mm보다 작고, 바람직하게는 0.5 mm보다 작다. 얇은-층 조각 자체의 적어도 하나는 갭과 마주하는 면 위에, 국소적으로 변하는 재료 특성(예컨대, 국소적으로 변하는 탄성률)을 갖는 적어도 하나의 추가적인 고상 재료의 층(이하, 보조층이라 함)이 부착된다. 2개의 조각 각각에 있어서, 갭에 직면하는 상기 표면들은 (가능하게는 예컨대, 만일 상기 표면들이 공기에 반응성이 있고 공기에 노출되는 경우의 고유의 산화물층을 제외하고) 슬랩의 벌크에서 발견되는 것들 외의 재료를 포함하지 않는다.
본 발명의 방법은 또한 단결정 실리콘 외의 고상 재료(예컨대, 다결정 실리콘, 사파이어, 게르마늄, 수정, 산화아연, 또는 유리같은 비결정질 재료)로 구성된 워크피스으로부터 얇은 자립층을 생성하는데 사용될 수 있다. 또한, 이 방법은 몇 개의 상이한 재료(균질 또는 비균질의 복합 재료 등)으로 구성되거나 또는 내부 구조체(라미네이트 등)를 갖는 워크피스에서 사용될 수 있다. 또한, 상기 워크피스에 적용되는 보조층에 있어서, PDMS 외의 재료들 - 예컨대, 다른 폴리실록산(예컨대 전기 활성을 위해 유기금속 그룹을 포함할 수 있음), 다른 엘라스토머, 다른 폴리머 또는 일반 플라스틱, 또는 알루미늄, 은 등의 금속 -이 사용될 수 있다. 또한 몇 가지 다른 재료(균질 또는 비균질의 복합 재료 등)로 구성되거나 또는 내부 구조체(라미네이트 등)를 갖는 보조층을 이용하는 것도 가능하다. 일반적으로, 상기 워크피스는 상대적으로 부서지기 쉬운 고상 재료이다. 워크피스와 보조층 사이의 양호한 접착이 프로세스 전체에 걸쳐 달성되고 유지되어야 하며, 상기 보조층은 보조층 그 자체를 파괴하지 않고도 충분히 강한 스트레스 패턴을 부과하기 위해 편리한 프로세스에 따라야 한다.
또한, 보조층 내의 PDMS(또는 다른 폴리머)는 전열판에서 가열하는 외의 방법으로 경화될 수 있다(즉, 그것의 폴리머 체인이 교차-결합됨). 예를 들면, PDMS(또는 다른 폴리머)에 뜨거운 가스를 불어넣거나, 예컨대 적외선 광을 조사하여 가열될 수 있다. 대안으로 또는 부가적으로, 경화는 화학적 첨가물, 자외선 조사, 또는 전자빔을 사용하여 달성될 수 있다. PDMS (또는 다른 폴리머, 또는 일반적으로 보조층 내의 임의의 재료)는 또한 특정 형태의 경화 (또는 일반적으로, 고체화, 가능하게는 이미 고체화 중에 상기 층 내부로 내부 스트레스를 생성)를 용이하게 하기 위해 화학적으로 개질될 수도 있으며, 예를 들면, UV 방사에 의한 PDMS 경화는 예컨대, PDMS를 벤조페논(방사선 하에서 라디칼을 생성하는 광감응제)에 침지시키거나, 또는 예컨대 PDMS 내의 메틸기를 광반응성 치환기로 치환함으로써 촉진된다.
마찬가지로, 프로세스의 종료 시 디스크(5)로부터 보조층을 제거하기 위해 다수의 대체 방법들이 사용될 수 있다. 전술한 바와 같은 보조층을 화학적으로 에칭하는 대신에 또는 그것에 추가하여, 조사, 전자빔, 및/또는 가열에 의해 기계적으로 제거될 수도 있다. 예를 들면, PDMS 보조층은 PDMS층에 마주하는 디스크의 면이 임시로 지지부에 고정되면(예컨대, 접착), 얇은 디스크(5)로부터 기계적으로 박리될 수 있고, 그 다음 PDMS는 예컨대, 코너에서 시작하여, 디스크의 표면에 실질적으로 수직인 방향으로 그것을 당김으로써 천천히 주의하여 박리된다. 대안으로, PDMS(또는 다른 폴리머)는 예컨대 레이저 또는 오븐에서 그것의 분해 온도 이상으로 단순히 가열될 수 있다(즉, 애싱에 의한 제거)). PDMS는 또한 플라즈마, 예컨대 산소 플라즈마에서, 애싱으로 제거될 수 있다. PDMS는 또한 예컨대 UV 조사하에서 또는 열에 노출되는 경우 더욱 용이하게 분해되도록 화학적으로 개질될 수 있다. 최종적으로, 일부 또는 모든 이들 방법은 조합될 수 있다(또한 PDMS 이외의 재료가 보조층을 위해 사용되는 경우 간단히 적용될 수 있다).
본 발명 방법은 거의 임의의 형상의 워크피스에 적용될 수 있고 평평한 웨이퍼에 한정되지 않는다. (특히, 본 발명은 예컨대 한 측면이 평평하게 된 단결정 실리콘 잉곳으로부터 직접 얇은 시트를 박리하는데 사용될 수 있다. 평평한 시트를 박리하기 위해, 사용된 상기 워크피스는 적어도 하나의 평평한 표면에 의해 한정되는 것으로 충분하다. 이 표면 위에 보조층이 그 다음에 적용된다. 단지 하나의 시트만을 박리하는 것이 가능하며, 또는 몇 개의 시트가 워크피스의 상이한 인터페이스에서 동시에 박리될 수 있다. 최종적으로, 본 발명의 방법은 또한 얇고 독립된 굽은 시트 또는 쉘을 생성하는데 적용될 수 있다. 이를 위해서, 상기 보조층이 워크피스의 상응하게 굽은 표면 위에 적용된다. 온도 변화 (또는 다른 스트레스-유발 프로세스)에 의해, 그 다음에 워크피스의 나머지로부터 워크피스 내부의 패턴 형성된 파쇄 영역을 따라, 얇고 상응하여 굽은 시트 또는 쉘의 박리가 일어난다. 이 패턴 형성된 파쇄 영역은 워크피스와 보조층 사이의 인터페이스까지 대략 동일한 거리의 모든 곳에 미치며, 따라서 표면 구조체 패턴을 갖는 상기 생성된 시트는 거의 균일한 두께를 갖는다.
보조층이 적용되는 인터페이스의 표면 특성은 중요하지 않다. 상기 인터페이스는 부드럽게 연마되거나, 또는 상당한 거칠기를 가질 수 있다. 상기 보조층에 적당한 접착을 유지하는 것만이 중요하다. 특히, 워크피스로부터 시트를 박리할 때 워크피스의 나머지 위에 형성되는 파쇄 표면은, 보조층이 적용되는 인터페이스로서 후속적으로 사용될 수 있다. 따라서 본 발명 방법은 워크피스의 나머지 위에 재 적용될 수 있다. 이렇게 해서 단일 워크피스로부터 시트가 하나씩 계속해서 벗겨질 수 있다.
또한, 분할된 얇은 자립층으로부터, 추가로 (더 얇은) 층들이 동일한 단계를 반복하여 박리되는 것이 가능하다. 예를 들면, 본 발명 방법을 사용하면, 단결정 실리콘 웨이퍼는 PDMS 보조층을 양면 위에 적용함으로써 2개의 디스크로 분할되는 것이 가능하다. 이들 2개의 더 얇은 디스크 각각은 그 다음에 다시 PDMS 보조층이 양면에 제공될 수 있으며, 상기 방법의 단계의 반복에 의해 더욱 얇은 디스크 2개로 추가 분할될 수 있다. 이렇게 해서, 다수의 얇은 단결정 디스크가 단일 단결정 실리콘 웨이퍼로부터 얻어질 수 있다. 예를 들면, 3개의 단계에서, 8개의 약 50 ㎛ 두께 디스크가 통례의 0.4 mm 두께 웨이퍼로부터 얻어질 수 있다.
일반적으로, 이렇게 생성된 얇은 자립층들의 치수, 특히 두께는 스트레스 유발 메커니즘(예컨대, 온도변화), 및/또는 보조층의 특성의 적절한 선택을 통해 설정될 수 있다. 이것은 특히 스트레스 유발의 시간 흐름, 유발된 스트레스의 크기, 보조층의 치수, 보조층의 기하학적 형태, 및/또는 보조층의 국소적인 기계적 특성 및/또는 국소적인 열적/화학적/유체정역학적/압전 등의 특성의 적절한 선택을 통해 달성된다.
보조층은 예컨대 액체 또는 가스 상태로 워크피스의 상응하는 면에 적용될 수 있고, 그 다음 거기서 고체화될 수 있다. 대안으로, 보조층은 고상으로 직접 인터페이스에 부착될 수 있다. 보조층과 인터페이스 사이의 접착은 화학적 결합, 반데르발스 힘 또는 다른 강한 접착력에 의해 달성될 수 있다. 또한 인터페이스에서 보조층과 워크피스의 합금에 의한 접착, 또는 제 3의 재료에 의해 보조층을 워크피스의 인터페이스에 접착함으로써 본 발명의 방법의 실현이 가능하다.
최종적으로, 액체 질소 대신에, 다른 냉각제(예컨대, 액체 헬륨, 얼음 물, 또는 냉각 고체 또는 냉각 가스 등)가 보조층-워크피스 복합체 내부에 필요한 기계적 스트레스를 냉각에 의해 형성하기 위해 사용될 수 있다. 어떤 경우에는 복합체를 더 높은 온도에서 실온으로 단순히 냉각시키는 것으로 충분하며, 따라서 특별한 냉각제는 필요하지 않을 것이다. 또한, 어떤 경우에는 냉각시키는 대신에 따듯하게 함으로써 복합체의 내부에 필요한 기계적 스트레스를 달성하는 것이 가능하다. 특정 온도(T)에서 필요한 기계적 스트레스를 형성하는데 필수적인 것은, 온도(T)와 보조층의 워크피스로의 접착 온도 사이의 충분히 큰 차이뿐만 아니라, 워크피스와 보조층의 적어도 일부 사이의 열적 팽창에서의 충분히 큰 차이이다.
본 발명의 독립적인 실시예에 의하면, 워크피스로부터 스트레스-유발된 분할(쪼개짐)에 의해 고상 재료를 갖는 얇은 자립층을 생성하는 것은 폴리머와 같은 저렴하고 거의 오염되지 않는 재료를 포함하는 스트레스 유발 보조층의 사용을 가능하게 하는 방법을 제공함으로써 개선된다. 본 발명의 실시예는 이와 같은 재료를 사용하는데 전술한 어려움을 감소시키는 간단하고 저렴한 프로세스를 제공한다.
다양한 실시예에서, 고상 재료의 얇은 자립층들은 상이한 재료 특성, 예컨대 상이한 열팽창 계수(CTE)를 갖는 고체 바디를 상호 접착하여, 물리적 또는 화학적 변화(예컨대, 온도 변화)에 의해 유발되는 기계적 스트레스를 사용하여 생성된다. 이를 위해서, (바람직하게는 100 MPa 보다 큰, 더욱 바람직하게는 1 GPa보다 큰 탄성률을 갖는) 고상 재료로 구성된 워크피스에 추가하여 또 다른 고상 재료가 사용되며, 상기 고상 재료의 물리적 치수(예컨대, 체적)는 - 그것이 온도 변화 및/또는 외부 압력 변화와 같은 어떤 일련의 물리적 변화를 받을 때 - 워크피스가 동일한 일련의 물리적 변화를 받을 때 워크피스에서의 상응하는 변화와는 실질적으로 상이한 방식으로 변화하고, 그것은 강한 접착을 통해 워크피스에 결합될 수 있다(예컨대, 그것의 열팽창이 상기 워크피스의 열팽창과는 실질적으로 상이한 고상 재료). 이러한 추가 재료의 한 층(이하, "보조층"이라고 함)이 상기 워크피스의 위에 접착된다. 워크피스와 보조층을 포함하는 복합 구조체는 그 다음에 온도 변화 및/또는 외부 압력 변화와 같은 일련의 물리적 변화를 받는다. 적절한 조건 하에서, 상기 복합 구조체 내에 유발되는 기계적 스트레스로 인해 워크피스와 보조층 사이의 인테페이스에 실질적으로 평행하게 워크피스로부터 얇은 층의 박리("쪼개짐")이 일어난다. 고상 재료의 분할된 얇은 층의 영역은 보조층의 영역과 대략 일치한다. 상기 얇은 층이 워크피스로부터 분할될 때 형성된 2개의 표면 각각은 다시 사용 가능하다. 즉, 또 다른 보조층이 상기 워크피스의 새로 노출된 면, 또는 상기 박리된 층의 새로 노출된 면에 적용될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 실시예는 워크피스의 나머지 및 박리층 모두로부터, 추가의 (더 얇은) 층을 생성하는 반복된 박리 동작을 용이하게 한다. 또한, 워크피스의 일부 예에 있어서(예컨대, 실질적으로 웨이퍼와 같은 얇은 시트로 구성된 워크피스), 예컨대 상기 워크피스의 나머지의 안정성을 강화하고 분산을 피하기 위해, 고상 재료의 워크피스의 2개 이상의 (가능하면 마주하는) 면 위에 보조층을 형성하는 것이 유리할 수 있다.
예를 들면, 만일 필요한 기계적 스트레스를 유발하기 위해 온도에서 하나 이상의 변화가 사용된다면, 워크피스와 보조층 사이의 CTE의 절대적 차이는 실온에서 5*10-6mm/mm/K보다 크고, 바람직하게는 실온에서 50*10-6mm/mm/K보다 크고, 더욱 바람직하게는 실온에서 100*10-6mm/mm/K보다 더 크며, 가장 바람직하게는 실온에서 200*10-6mm/mm/K보다 더 큰 것이다. 만일 워크피스와 보조층 모두가, 서로 접착하기 위해 용융하거나 분해되거나 정지하지 않고 서로 온도에서 큰 절대적 변화(예컨대, + 또는 - 400℃ 이상)을 유지할 수 있다면 CTE에서의 상대적으로 작은 절대 차이가 사용될 수 있지만, 그렇지 않은 경우 CTE에서 큰 절대 차이가 바람직하다(예를 들면, 높은 온도를 사용하는 것은 확산에 의한 교차-오염의 위험을 증가시키기 때문이다). 예를 들면, 상기 워크피스는 CTE가 실온에서 약 3*10-6mm/mm/K인 실리콘으로 구성되고, 보조층은 실온에서 약 10*10-6mm/mm/K보다 큰 CTE에 의해 특징화되는 폴리머를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 폴리머는 실온에서 약 50*10-6mm/mm/K보다 큰 CTE에 의해 특징화되고, 더욱 바람직하게는 폴리머는 실온에서 약 200*10-6mm/mm/K보다 큰 CTE에 의해 특징화된다. 예를 들면, 보조층은 실온에서 약 300*10-6mm/mm/K의 CTE를 갖는 교차-결합된 PDMS로 구성될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 폴리머와 같은 저렴하고 거의 오염되지 않는 재료를 포함하는 스트레스 유발 보조층의 사용, 특히, 정상 조건하에서, 상대적으로 작은 탄성률(예컨대 100 MPa보다 작고, 가능하면 10 MPa보다 작거나, 또는 1MPa보다 훨씬 더 작은 탄성률(elastic modulus, 탄성계수)) 및/또는 작은 파괴인성(예컨대, 5MPa m1/2보다 작고, 가능하면 2 MPa m1/2보다 작거나, 심지어 1 MPa m1/2보다도 더 작은)을 갖는 재료의 사용을 가능하게 하는 방법이 제공된다.
일 실시예에서, 상이한 재료를 포함하는 비균질의 보조층이 사용될 수 있으며, 한 재료는 상대적으로 큰 탄성률을 갖지만 반드시 큰 파괴인성을 가질 필요가 없고, 다른 재료는 상대적으로 큰 파괴인성을 갖지만 반드시 큰 탄성률을 가질 필요는 없다. 더욱 정확하게는, 상기 비균질 층은 상이한 재료를 포함하며, 적어도 한 재료는 상대적으로 큰 탄성률, 즉 10 MPa보다 큰 탄성률, 바람직하게는 100 MPa보다 큰 탄성률, 더욱 바람직하게는 1 GPa보다 큰 탄성률을 갖고, 적어도 한 재료는 상대적으로 큰 파괴인성, 즉 워크피스의 파괴인성의 1/10보다 큰 파괴인성, 바람직하게는 워크피스 재료의 파괴인성보다 큰 파괴인성을, 더욱 바람직하게는 워크피스 재료의 파괴인성의 10배 이상이며, 여기서 적어도 한 재료는 - 그것이 온도변화 및/또는 외부 압력 변화와 같은 어떤 일련의 물리적 변화를 받을 때 - 그 물리적 치수(예컨대, 체적)는 상기 워크피스가 동일한 일련의 물리적 변화를 받을 때 워크피스 재료 내에서의 상응하는 변화는 실질적으로 상이하게 변하는 특성을 갖고(예컨대, 그 CTE가 실온에서 적어도 5*10-6mm/mm/K만큼, 바람직하게는 실온에서 50*10-6mm/mm/K 이상, 더욱 바람직하게는 실온에서 100*10-6mm/mm/K 이상, 가장 바람직하게는 실온에서 200*10-6mm/mm/K 이상만큼 워크피스의 CTE와 상이한 재료), 및 이들 3개의 특성(즉, 큰 탄성률, 큰 파괴인성, 및 워크피스와 실질적으로 상이한 물리적 규격 변화)을 모두 갖는 단일 재료는 없다. 비균질 보조층 내 상이한 재료들의 상대 농도는 또한 예를 들면 보조층 내 위치에 따라 달라질 수 있으며, 예컨대 고상 재료의 워크피스와의 인터페이스에 근접할수록, 큰 탄성률을 갖는 재료의 농도는 더 높을 것이다. 예를 들면, 비균질 보조층은 작은 (가능하면 나노 다공성의) 실리카 입자를 액체 PDMS에 혼합하고, 이 혼합물을 워크피스의 표면 위로 확산시킨 다음, 예컨대 열에 의해 경화(교차-결합)하여 생성될 수 있다. 이 예에서, 실온에서, PDMS는 약 100 kPa ~ 3 MPa 사이의 전단탄성률(shear modulus)과 0.03 ~ 4 MPa m1/2의 파괴인성을 가지며, 이들 모두는 실온 조건이다. 실리카 입자는 바람직하게는 0.5 ~ 10 ㎛의 직경, 약 20 ~ 40 GPa의 전단탄성률, 및 0.1 ~ 1 MPa m1/2의 파괴인성을 갖는다. PDMS에서 실리카 입자의 농도는 1 ~ 80 %중량이고, 바람직하게는 10 ~ 30 %중량이다. 또 다른 예에서, 실리카 입자는 바람직하게는 보조층과 워크피스 사이의 인터페이스에 근접하게 위치된다. 즉, PDMS 매트릭스 내 실리카 입자들의 농도는 인터페이스 근처에서 가장 높고 보조층의 다른 부분에서 더 낮다(또는 0).
또 다른 예에서, 동일한 재료의 상이한 조성이 보조층의 다른 부분에서 사용될 수 있다. 예컨대, 보조층 내의 위치에 따라서 상이한 폴리머 체인 길이가 사용된다. 또 다른 예에서, 폴리머 체인의 상이한 정도의 교차-결합이 보조층 내의 위치에 따라 사용될 수 있다.(유리전이온도를 국소적으로 증가시키기 위해, 즉 보조층 내 미리 정의할 수 있는 위치에서 재료를 더욱 단단하게 만들기 위해, 국소적으로 더 높은 정도의 교차-결합이 사용될 수 있다). 국소적으로 상이한 정도의 교차-결합을 갖는 미리 정의할 수 있는 패턴의 영역은, 예컨대, UV 광원에 의한 선택적 조사를 통해, 예컨대 마스크를 통해 또는 UV 레이저 빔을 원하는 영역에 조향함으로써, 특히 광경화형 폴리머를 사용할 때, 생성될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 보조층 내의 재료는 상이한 탄성률 및/또는 파괴인성을 갖는 다른 재료로, 예컨대 조사(irradiation), 가열, 가압, 또는 화학반응에 의해, 국소적으로 변환될 수 있다. 예를 들면, 실질적으로 PDMS를 포함하는 보조층 표면의 전부 또는 일부는 예컨대 UV 조사, 오존 처리, 또는 플라즈마 산화에 노출된다. 적당한 조건하에서, 이것으로 인해 - 실질적으로 노출된 상기 위치들에서 - 보조층 내에 유리질의 표면층이 (예컨대, -CH3기가 -OH 말단기 관능성으로 전환됨으로써) 형성되고, 그리고 이러한 국소적으로 정의된 유리질의 표면층(glassy surface layer)은 더욱 유리-유사의 특성을 갖는다. 즉, 보조층의 다른 부분보다 더 단단하다(탄성률이 더 큼).
또 다른 실시예에서, 단일 재료를 포함하는 균질한 보조층이 사용될 수 있다. 이 예에서, 파괴인성 및/또는 탄성률과 같은 관련 특성들이 보조층 내의 위치에 따라 변하도록 물리적 조건이 제공된다. 예를 들면, 폴리머는 종종 상대적으로 부서지기 쉽고(즉, 파괴인성이 작음, 예컨대 1 MPa m1/2 미만), 그것들의 유리전이온도보다 낮은 온도에서 비교적 큰 탄성률을 갖고(즉, "더 단단함", 예컨대 100 MPa보다 크거나, 심지어 1 GPa보다 더 큰 전단탄성률을 가짐), 및 연성이 크지만(즉, 큰 파괴인성을 가짐, 예컨대 1 MPa m1/2 이상), 종종 그것들의 유리전이온도보다 높은 온도에서는 비교적 작은 탄성률을 갖는다(즉, "더 부드러움", 예컨대 100 MPa 보다 작거나, 심지어 10 MPa보다 더 작은 전단탄성률을 가짐). 이와 같은 폴리머를 포함하는 보조층 내에 미리 정해진 온도 분포(예컨대, 온도 경사도)를 설정함으로써, 폴리머의 유리전이온도가 이 온도 분포에서 최소 온도와 최대 온도 사이에 있는 경우, 보조층 내의 미리 정의할 수 있는 특정 위치에서 상기 보조층의 재료는 연성이 더 커지고 및/또는 "더욱 부드럽게(softer)" 되지만, 미리 정의할 수 있는 다른 위치에서는 상대적으로 더 부서지기 쉽고 및/또는 "더욱 단단하게" 된다. 예를 들면, 상기 보조층의 대향하는("자유(free)") 면을 유리전이온도보다 높은 온도로 유지하는 반면, 상기 워크피스와 접착하는 보조층 사이에 인터페이스를 상기 보조층을 포함하는 폴리머의 유리전이온도보다 낮은 온도로 유지하면, 보조층을 가로질러 온도 경사도가 얻어진다. 이 예에서, 이것에 의해 인터페이스에 근접한 보조층의 부분은 더욱 부서지기 쉽고 및/또는 "더 단단해지며(stiffer)", 그것의 자유 면에 근접한 보조층의 부분은 연성이 더 크고 및/또는 "더 부드럽다".
유사한 예에서, 예컨대 보조층 내에 미리 정해진 패턴의 온도 분포를 생성함으로써, 보조층 재료에 대해 국소적으로 변하는 재료 특성을 유발하기 위해 보조층 내에서 비균질한 물리적 조건이 사용된다. 이 예에서, 단순한 온도 경사도보다 복합적인 온도 분포가 사용되며, 이것은 예컨대 상대적으로 낮은 열 전도도를 갖는 보조층 재료를 사용함으로써, 그리고 그것을 임시 패턴의 온도 변화를 받게 함으로써 생성될 수 있다. 예를 들면, 보조층의 일면을 보조층 재료의 유리전이온도(Tg)보다 낮은 온도로 유지함으로써, 그리고 (예컨대, 재료의 열 전도도와 열 용량에 따라 달라지는 적절한 온도 변화율을 사용하여) 보조층의 반대 측면에 적용된 온도를 Tg보다 낮은 온도에서 Tg보다 높은 온도로, 그리고 다시 Tg보다 낮은 온도로 변경함으로써, 보조층 내부는 Tg 이상의 최대 온도를 갖고 외부에서는 Tg보다 낮은 온도를 갖는 온도 분포를 달성하는 것이 가능하다. 이렇게 하여, 예컨대, 내부에서 상대적으로 늘어나기 쉽고 "부드러우며" 그 외부 부분에서 "더 단단한"(그리고 가능하면 더욱 부서지기 쉬운) 보조층을 생성하는 것이 가능하다. 이 예에서, 보조층 내의 온도 분포는 시간에 대해 안정적이지 않고, 따라서 예컨대 이하에서 추가로 설명되는 동적 분할 개시(dynamic splitting initiation)를 사용하여 어떤 미리 정해진 시점에서 정확히 상기 얇은 층의 분할을 개시하는 것이 바람직할 수 있다.
예를 들면, (약 0.15 W m-1K-1의 열 전도도와 약 -125℃의 유리전이온도(Tg)를 갖는) PDMS를 실질적으로 포함하는 보조층에서, 상기 보조층 내부는 Tg 이상의 최대 온도를 갖고 보조층 외부에서는 Tg보다 낮은 온도를 갖는 온도 분포는, 예컨대 보조층을 열적 평형(예컨대, 실온)에 도달하게 한 다음, 보조층의 외부를 약 -200℃의 온도로 수 초(예컨대, 약 0.5 mm 두께의 층에 대해 2초) 동안 (예컨대, 보조층의 외부 표면을 액체 질소 배스와 열적 접촉상태로 하여) 냉각시킴으로써, 달성될 수 있다. PDMS의 상대적으로 낮은 열 전도도로 인해, 이러한 방식으로 보조층 내에서는 Tg 이상의 최대 온도를 갖고 그 외부에서는 Tg보다 낮은 온도를 갖는 온도 분포가 달성되고, 그 결과 내부가 상대적으로 늘어나기 쉽고 "부드러우며" 그 외부 부분이 "더 단단한" 보조층이 얻어진다. 어떤 예에서는, 보조층 표면과 액체 질소 (또는 임의의 다른 냉원(cold reservoir)) 사이의 열적 접촉, 예컨대, 액체 질소와 직접 접촉시키는 대신에 (약 -160℃ ~ 0℃의 온도로) 냉각된 이소펜탄 배스 내에 상기 보조층을 침지시킴으로써, 강화될 수 있다.
또 다른 예에서, 상이한 온도들(가능하게는 역시 시간에 따라 변하는)이 상기 보조층 위의 상이한 위치들에 적용될 수 있다.
또 다른 예에서, 보조층 재료에 대해 국소적으로 변하는 재료 특성을 유발하는 보조층 내에 비균질한 물리적 조건을 생성하고 제어하기 위해, 온도 외의 물리적 파라미터가 사용될 수 있다. 예를 들면, 기계적 압력을 국소적으로 적용하면, 특정 재료의 유리전이온도(Tg)를 국소적으로 증가시킨다(어떤 재료에 대해서는, 전단탄성률을 국소적으로 증가시키고 및/또는 파괴인성을 감소시킨다). 또는, 또 다른 실시예에서는, 예컨데 PDMS와 같은 어떤 보조층 재료에 시간적 및/또는 공간적으로 변하는 패턴의 고주파수(예컨대 100 MHz) 기계적 진동(예컨대 음향파)을 받게 하면, 고무 성질에서 유리 성질의 농도(consistency)로의 전이를 국소적으로 유발한다. 즉, 국소적으로 보조층 재료의 전단탄성률과 유리전이온도를 모두 증가시킨다. 또한, 보조층 재료에 국소적인 날카로운 충격을 적용하면, 특정 재료에 대해 유사한 효과를 달성한다(예를 들면, 해머로 날카롭게 가격할 때 충격으로 파쇄되지만 동일한 압력이 천천히 가해지면 변형되는 잘 알려진 예인 "실리 퍼티(Silly Putty)"와 비교하라, 즉 날카로운 충격하에서 마치 Tg가 상승된 것처럼 행동한다). 더욱 일반적으로는, 종종 (유리전이온도를 포함하여) 폴리머의 점탄성 특성이 속도 종속성을 갖고, 따라서 음향파의 패턴, 전기장 또는 자기장 변화의 패턴, 온도 변화의 패턴 등과 같은 물리적 파라미터가 변화한 미리 정의된 시간적 및/공간적 패턴을 상기 재료가 받게 함으로써, 보조층 재료 내에 상이한 점탄성 특성의 미리 정의할 수 있는 공간적 및/또는 시간적 패턴을 유발하는 것이 가능할 수 있다는 사실이 사용될 수 있다. 또한, 어떤 예에서는 보조층 내부의 국소적으로 상이한 재료 특성의 유발된 패턴이 시간에 대해 안정적이지 않을 수 있고, 따라서 어떤 미리 정해진 시점에 정확히 예컨대, 이하에서 자세히 설명되는 동적 분할 프로세스를 사용하여, 얇은 층의 분할을 개시하는 것이 바람직할 수 있다.
또 다른 예에서, 전술한 방법 중 어느 것을 사용하여 생성되는 보조층 내부의 비균질한 물리적 조건은 보조층의 미리 정의된 부분에 이방성 재료 특성을 생성하는 것을 포함한다. 예를 들면, 실질적으로 폴리머를 포함하는 보조층의 어떤 미리 정해진 부분에서 폴리머 체인을 우선적으로 정렬하고 및/또는 방위설정 하면, 보조층의 미리 정해진 부분은 실질적으로 이방성의 탄성률을 갖게 된다. 예를 들면, 이것은 파쇄(쪼개짐)가 다른 방향을 따라서보다는 워크피스내의 특정 방향을 따라서 더 우선적으로 시작하고 및/또는 진행하도록 촉진한다. 또 다른 예에서, 이방성의 재료 특성을 역시 갖는 워크피스로부터 얇은 층을 생성하기 위해, 이방성의 재료 특성을 갖는 하나 이상의 재료를 포함하는 보조층이 사용될 수 있다. 예를 들면, 결정질 워크피스는 다른 방향을 따라서보다는 특정 결정 방향을 따라서 더욱 부서지기 쉽고, 그 결과 생성된 얇은 층에 바람직하지 않은 수직 크랙을 생성하고 가능하게는 심지어 파손(분쇄)될 수도 있다. 이방성의 재료 특성(예컨대, 이방성 탄성률, 또는 이방성 CTE)을 갖는 보조층을 선택함으로써 및 (워크피스에 대해서) 이 보조층을 적절히 방향설정함으로써, 워크피스 또는 생성된 얇은 층의 바람직하지 않은 파쇄의 위험이 이 예에서 감소된다. 예를 들면, 만일 특정 방향으로 방위가 정해진 평면(예컨대, 단결정 실리콘에서 <111> 결정질 평면)을 따라서 파괴가 더 쉽게 일어난다면(즉, 파괴인성이 더 작음), 얇은 층의 생성 동안에 그와 같은 파쇄가 일어날 위험은, CTE가 이방성인 보조층을 사용함으로써, 및 보조층 CTE와 워크피스 CTE 사이의 절대적 차이가 파쇄가 용이한 이들 평면에 실질적으로 수직이 아닌 방향에서 최대가 되는 방향으로 방위를 설정함으로써, 감소된다.
다른 실시예에서, 만일 보조층 재료의 CTE가 실질적으로 온도 또는 적용된 기계적 압력 등과 같은 어떤 물리적 조건에 따라 달라진다면, CTE는 보조층 내에 비균질한 물리적 조건을 설정함으로써 국소적으로 제어될 수 있다.
또 다른 예에서, 보조층 내에 (위치 종속적인 점탄성 특성과 같은) 국소적으로 상이한 재료 특성의 미리 정의된 패턴을 유발하는 단계와, 워크피스로부터 상기 얇은 층을 박리하기 위해 보조층 내에 원하는 스트레스 분포를 설정하는 단계는 결합될 수 있다. 예를 들면, 상기 워크피스의 CTE와 실질적으로 상이한 CTE를 갖는 보조층 재료에 대해, 보조층 내에 비균질한 온도 분포를 설정하는 것을, PDMS와 같은 특정 보조층 재료를 위하여 사용하면, 재료 특성의 원하는 비균질한 분포(전단탄성률의 비균질한 분포와 같은)를 생성하고 동시에 이를 사용하여 보조층 및 접착하는 워크피스 내에 원하는 스트레스 분포를 유발한다. 또한, 만일 온도변화를 통해 스트레스가 유발되는 경우, 얇은 층으로의 오염물질의 확산 위험을 감소시키기 위해, 전체 프로세스 동안에 사용된 최대 온도는 가능한 낮은, 즉 바람직하게는 -100℃보다 높지 않고, 더욱 바람직하게는 실온보다 높지 않다. 그러므로, 스트레스 유발 온도 변화 동안 달성된 최소 온도는 바람직하게는 0℃보다 상당히 낮고, 더욱 바람직하게는 -80℃보다 낮고, 가장 바람직하게는 -150℃보다 낮으며, 이는 상대적으로 더 큰 온도 변화가 더 큰 스트레스를 유발할 수 있게 하기 때문이다. 그러므로, 이 예에서 스트레스를 유발하고 동시에 보조층 내에 재료 특성의 원하는 비균질한 분포를 생성하기 위해 온도 변화가 사용되기 때문에, (전단탄성률과 같은) 재료 특성이, 바람직하게는 실온보다 낮은 온도를 포함하는 해당하는 온도 변화 동안에 실질적으로 변하는 보조층을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 폴리머를 실질적으로 포함하는 보조층에 대해서, 폴리머의 유리전이온도는 바람직하게는 실온보다 낮고, 더욱 바람직하게는 0℃보다 낮고, 가장 바람직하게는 -100℃보다 낮다. 예를 들면, PDMS는 이 예에서 보조층 재료로서 바람직한데 이것은 유리전이온도가 약 -125℃이고 그것의 전단탄성률이 그것의 유리전이온도보다 높거나 낮은 온도에 대해 실질적으로 변하기 때문이다.
또 다른 예에서, 상기 얇은 층의 박리를 특정 시점에서 활발히 유발하는 것, 즉 일종의 "동적 분할 개시"가 바람직할 수 있다(이는 예컨대, 보조층 내에서 시간적으로 변하는 재료 특성 때문이다, 상기 내용 참조). 특정 스트레스하에 있는 고상 재료의 워크피스의 파쇄는 통상 재료 내의 구조적으로 약한 영역 또는 결함에서 우선적으로 시작하기 때문에, 그리고 일단 크랙이 형성되면 크랙을 추가로 확대하기 위해 더 적은 스트레스가 요구되기 때문에, 먼저 어떤 파쇄도 발생시키기 않으면서 실질적으로 결함이 없는 워크피스 내에 상대적으로 대량의 스트레스를 설정하고, 그 다음에 원하는 시점에서 인공적으로 워크피스 내에 약한 영역 또는 결함을 생성하는 것이 가능하며, 이것에 의해 그 다음에 워크피스 내에 스트레스를 추가로 증가시킬 필요없이 파쇄 프로세스가 즉각적으로 개시될 수 있다(즉, 얇은 층의 박리를 유발). 이와 같은 약한 영역 또는 결함은, 워크피스에 제어된 충격을 전달함으로써 기계적으로(예컨대, 뾰족한 해머로 워크피스 위의 특정 지점을 타격하여(망치로 두드림), 결정 구조를 국소적으로 분쇄하고 홈(dent 또는 nick)을 생성함으로써, 또는 초음파 펄스를 전달함으로써, 또는 강한 레이저 펄스에 의해, 또는 톱질, 줄질, 또는 밀링 등에 의해), 화학적으로(예컨대, 그루브를 국소적으로 에칭함), 광학적으로(예컨대, 레이저를 사용하여 재료를 국소적으로 용융하거나, 또는 그루브 구조체를 생성하기 위해 재료를 제거함), 또는 다른 적당한 메커니즘에 의해 생성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 결함 영역을 생성하는 것에 추가하여 또는 대신에, 그와 같은 메커니즘이 워크피스 내 상기 파쇄 임계치를 초과하는 하나 이상의 명확히 정의된 위치에서의 스트레스를 국소적으로 증가시키기 위해 사용될 수 있으며, 역시 이것에 의해 그 다음에 제어된 파쇄 개시가 일어날 수 있다. 또 다른 실시예에서, 구조적으로 약한 영역 또는 결함은 스트레스가 워크피스 내에 유발되기 전에, 또는 스트레스가 아직 형성되고 있는 중에 워크피스 내에 인위적으로 생성된다. 이 마지막 예에 의해서, 파쇄 프로세스가 시작되는 워크피스상의 지점에서 더욱 양호한 제어가 달성된다. 또 다른 실시예에서, 미리 정해진 특정 기하 구조체를 갖는 약한 영역 또는 결함을 생성하는 것이 바람직한데, 이것은 예컨대, (단결정 실리콘에서 이방성 KOH 에칭으로부터 얻어지는 것과 같은) 날카로운 코너가, 종종 벌크 재료의 파괴인성과 비교하여 크게 감소된 파괴인성을 갖는 것으로 알려져 있기 때문이다.
또 다른 예에서, 보조층이 얇은 층에 접착된 워크피스로부터 박리된 후에, 보조층의 내부에 비균질한 물리적 조건을 제공하는 것이 바람직하다. 이것은 얇은 층과 접착된 보조층의 취급과 추가적인 처리를 용이하게 하고, 그것이 박리된 후 얇은 층을 파괴하는 위험을 감소시킨다. 예를 들면, 만일 워크피스와 부착된 보조층으로 구성된 복합 구조체 내에 스트레스를 유발하기 위해 냉각이 사용된다면, 워크피스로부터 얇은 층을 박리한 후에, 얇은 층 및 부착된 보조층으로 구성된 복합 구조체는 여전히 내부 스트레스 하에 있고, 어떤 예에 있어서는 추가적인 처리가 일어나기 전에 이 스트레스를 감소시키기 위해서 이 복합물(얇은 층-보조층)을 워밍업하는 것이 바람직하다. 그러나, 이 워밍업 단계 동안에, 어떤 예에서는 보조층 내에 적절한 비균질적인 물리적 조건을 제공하는 것이 바람직하다: 예를 들면, 만일 보조층이 상기 얇은 층의 CTE보다 실질적으로 큰 CTE를 갖는 폴리머를 포함한다면, 그리고 상기 폴리머가 - 워밍업이 개시되기 전에 - 그것의 유리전이온도보다 낮은 온도에서 또는 그것에 상당히 근접한 온도에 있다면, 워밍업 동안 폴리머는 실질적으로 (얇은 층보다 훨씬 더) 팽창하고, PDMS와 같은 특정 폴리머에 있어서는 폴리머의 강성(즉, 탄성률)이 상당히 감소한다. 그러므로, 이 예에서, 만일 워밍이 보조층과 얇은 층 사이의 인터페이스에 가까운 보조층의 일부에서 우선적으로 일어나고, 이 인터페이스로부터 더 떨어진 보조층의 일부는 더 차갑게 유지되는 경우, 인터페이스에 가까운 보조층의 상기 부분은 더욱 팽창하여 상대적으로 더 부드럽게 되고(즉, 탄성률이 더 낮음), 상기 인터페이스로부터 더 떨어진 (그리고 더 차가운) 보조층의 상기 부분은 더욱 수축된 채로 유지되고 더 단단하다. 이것에 의해 워밍업 동안 상기 복합물(얇은 층-보조층)의 과도한 굴곡(bending)이 일어나고, 이것은 차례로 얇은 층의 파괴로 이어진다(인터페이스에 수직인 크랙이 형성됨). 한편, 만일 이 예에서 보조층과 얇은 층 사이의 인터페이스로부터 더 떨어진 보조층의 일부에서 우선적으로 워밍이 일어나고, 이 인터페이스에 더 가까운 보조층의 일부가 더 차갑게 유지되면, 인터페이스로부터 더 떨어진 보조층의 상기 부분은 더욱 팽창하여 상대적으로 더 부드럽게 되며(즉, 탄성률이 더 낮음), 인터페이스에 가까운 보조층의 상기 부분은 더욱 수축 상태로 유지되고 더 단단하다. 이 두 번째 경우에 의해 상기 복합물(얇은 층-보조층)의 굴곡이 실질적으로 감소하고, 또한 얇은 층의 파괴 위험이 실질적으로 감소한다. 이 두 번째 경우에서 설명된 것과 같은 보조층 내의 비균질적인 온도(및 단단함)의 분포는 예컨대 얇은 층과의 인터페이스에 대향하는 보조층의 면을 우선적으로 가열함으로써 달성되며, 이것은 예컨대 (PDMS를 포함하는 보조층을 위해 예컨대 100℃의 온도를 갖는) 전열판 위에 상기 복합물(얇은 층-보조층)을, 보조층을 전열판에 직면하게 하여, 배치함으로써 달성된다. 이 예에서, PDMS를 포함하는 보조층과 같은 상대적으로 낮은 열 전도도를 갖는 보조층을 사용하는 것이 바람직하다. 또 다른 예에서, 보조층의 안쪽 부분은 상대적으로 더 차갑게, 더 단단하게, 그리고 더욱 수축된 상태로 유지되는 반면, 보조층의 바깥쪽 부분은 더욱 팽창하고 상대적으로 더 부드럽다(그에 의해 예컨대 "더 단단한 코어"를 갖는 보조층을 생성함). 이것은 예컨대 상대적으로 낮은 열 전도도를 갖는 보조층을 사용하고 보조층의 외부를 강하게 가열함으로써 달성된다. 보조층이 워크피스로부터 박리된 후 복합물(얇은 층-보조층) 내의 잔류 스트레스에 따라서, 그리고 얇은 층에 대한 원하는 추가적인 처리에 따라서, 상기 보조층 내부의 그와 같은 비균질적인 물리적 조건의 상이한 예가 사용될 수 있다.
또 다른 예에서, 고상 재료의 상기 생성된 얇은 층의 표면에 국소적으로 정의할 수 있는 구조체의 생성을 제어하기 위해, 보조층 내부에 미리 정의할 수 있는 비균질적인 물리적 조건이 생성될 수 있다. 예를 들면, 견인-지정 경계값 문제에 대해 이종재료 시스템의 무차원 탄성률 의존은 2개의 이종재료 파라미터, 즉 두 재료의 강성 비율인 시그마와 진동지수인 입실론으로 표현될 수 있다는 것이 알려져 있다. 또한, 제 1 재료의 워크피스와 제 2 재료의 보조층으로 구성된 이종재료 시스템 (각 재료는 등방성이고 선형 탄력적이며, 인터페이스에 평행인 워크피스 내에 반-무한의 크랙이 이미 존재하고, 워크피스와 보조층은 무한히 긴 것으로 가정함)에 있어서 쪼개짐 문제(예컨대, 생성된 얇은 층의 두께)의 정상 상태 해법은 실질적으로 강성 비율인 시그마에 종속할 뿐만 아니라 보조층의 두께에 종속하지만, 진동지수 베타에는 단지 약하게 종속한다. 그러므로, 본 발명의 일 실시형태의 예에서, 상기 생성된 얇은 층의 두께에서의 국소적으로 한정된 그리고 상대적으로 큰 변동은 보조층의 두께 및/또는 그것의 강성을 국소적으로 변경함으로써 달성된다. 또한, 상기 진동지수를 국소적으로 변경함으로써 크랙 선단에서 진동 행위에 의해 상기 얇은 층의 표면 위에 생성되는 상대적으로 더 작고(두께 변동, 즉 진폭에 있어서), 실질적으로 주기적인 구조체의 국소적 특성(예컨대, 주기 또는 진폭)을 변경하는 것이 가능하다. 예를 들면, (바람직하게는 10 ~ 5000 ㎛ 두께의) 단결정 실리콘 웨이퍼로 구성된 워크피스에 접착되는 (바람직하게는 10 ~ 5000 ㎛의 두께를 갖는) PDMS를 실질적으로 포함하는 보조층은, (예컨대, 날카로운 칼로 PDMS 표면을, 바람직하게는 1 ㎛ 와 보조층의 전체 두께 사이의 깊이까지 커팅하여) 국소적으로 패턴이 형성된다. 이렇게 하여, 보조층의 국소적 두께 및/또는 국소적 탄성 특성이 변경된다. 본 발명의 실시 형태에 따른 후속적인 박리(쪼개짐)에 의해, 국소적으로 정의가능한 구조화 표면을 갖는 (10 ~ 500 ㎛의 두께를 갖는) 얇은 실리콘 층이 생성된다. 이들 얇은 실리콘 층 위에서, 예컨대, 상기 생성된 표면-구조체 피처는 1 mm보다 훨씬 미만부터 최대 수 cm까지의 범위에 있는 수평 치수를 갖는다. 이들 피처의 높이(즉, 피처에서 얇은 층의 국소적 두께)는 역시 피처의 수평 치수에 따라서 0부터(즉, 얇은 층에 상응하게 형상을 갖는 구멍) 수백 ㎛ 이상까지 제어될 수 있다. 또한, 이들 "거시적" 피처 각각에는 특이적인 "미시적" 표면 거칠기 패턴의 선택이 추가로 부여될 수 있으며, 이들 미시적인 패턴은 100 nm 미만에서부터 수 ㎛ 이상까지 범위의 수직 및 수평 치수를 갖는 라인, 계곡, 에지 등과 같은 실질적으로 주기적인 구조체와, 100 nm 미만에서부터 수십 ㎛ 까지 범위의 공간 주기를 포함한다.
또 다른 예에서, 상기 생성된 고상 재료의 얇은 층의 두께는 보조층의 두께 및/또는 보조층의 탄성률을 변경함으로써 변경될 수 있다. 예를 들면, 만일 상대적으로 작은 탄성률을 갖는 보조층이 사용된다면, 고상 재료의 얇은 층을 박리하기 위해 워크피스 내에 충분한 스트레스를 유발하는데에는 상대적으로 두꺼운 보조층이 필요하다. 상대적으로 두꺼운 보조층에 있어서 보조층의 두께에서의 작은 절대적 변동은 (예컨대 스프레이 증착에 의해 워크피스 위에 증착되는 보조층 재료의 양에서의 랜덤 오류와 같은 부정확한 생산 프로세스 때문에) 비교할 수 있을 만큼 작은 상대적 두께 변동에 해당하고 따라서, 고상 재료의 생성된 얇은 층에서의 결과적인 상대적 두께 변동은 역시 (더 큰 탄성률을 갖는 더 얇은 보조층을 사용하는 경우와 비교하여) 이에 못지 않을 만큼 작다. 또한, 마찬가지 방법으로, (상응하게 더 작은 탄성률을 갖는) 상대적으로 두꺼운 보조층을 사용하는 것 역시, 상기 생성된 얇은 층의 두께에 대한 보조층 내의 재료 특성의 원치 않는 국소적 변동을 포함하는 작은 영역의 효과를 감소시킨다. 그러므로, 이들 예에서, 상대적으로 작은 탄성률을 갖는 보조층을 사용하는 것이, 고상 재료의 생성된 얇은 층의 두께에 대해 더욱 양호한 제어를 달성한다는 측면에서 바람직하다. 예를 들면, 실질적으로 약 0.1 ~ 1 mm의 두께를 갖는 PDMS를 포함하는 보조층이 (0.2 ~ 1 mm의 두께를 갖는) 단결정 실리콘 웨이퍼로부터 (약 50 ~ 300 ㎛의 두께를 갖는) 얇은 층을 생성하는데 사용될 수 있지만, 실질적으로 알루미늄을 포함하는 보조층은 동일한 단결정 실리콘 층을 생성하는데 5 ~ 100 ㎛의 두께를 요구한다. PDMS에 대해 훨씬 더 두꺼운 보조층이 사용되기 때문에, 이 예에서 상기 프로세스는 알루미늄보다는 PDMS에 대해 제어하는 것이 더 용이하다.
최종적으로, 몇몇 예에서 전술한 예의 전부 또는 일부가 결합될 수 있다.
특히 본 발명은 또한 단결정 또는 다결정 반도체 재료로부터 얇은 시트 또는 디스크(웨이퍼)를 생성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 단결정 또는 다결정 실리콘 디스크가 필요하거나, (예컨대, 비용상의 이유로 인해) 바람직한 모든 응용에 관한 것이다. 가능한 응용은 기계적으로 유연성이 있는 전자 소자 및 회로뿐만 아니라 비용효과적이고 효율적인 단결정 또는 다결정 실리콘 태양전지의 생산을 포함한다. 예를 들면, 본 발명의 방법을 사용하면 단결정 웨이퍼로부터 또는 끝이 잘린 실리콘 잉곳으로부터 그 표면에 평행하게 약 50 ㎛ 두께의 디스크를 박리하는 것이 가능하다.
본 발명의 유의미한 이점은 본 발명의 방법에 의하여 예컨대 실리콘과 같은 낮은 연성을 가진 재료로부터 얇은 시트를 생산하는 동안 일어날 수 있는 재료 손실을 크게 감소시키는데 있다. 예컨대 톱질, 그라인딩, 폴리싱, 또는 에칭과 같은 이전 방법에 비해서, 본 발명의 방법은 귀중한 공급원료 재료의 손실을 거의 초래하지 않는다. 워크피스로부터 디스크, 시트, 또는 쉘을 분할할 때, 상기 공급원료는 거의 완벽하게 박리된 디스크와 워크피스의 나머지에 분포된다.
본 발명의 추가적인 이점은 아주 얇은 시트(약 100 ㎛ 두께 미만)의 제조는 예컨대 그라인딩 및 폴리싱과 같은 이전 방법보다 더 빠르고 덜 노동-집약적이라는 것이다.
본 발명의 또 다른 이점은 본 발명의 방법이 이전 방법과 비교하여 방법의 실행을 위해 상당히 저렴한 장비와 소모성 재료를 요구한다는 점이다. 본 발명의 방법은, 예컨대 실리콘 웨이퍼 또는 태양전지의 생산을 위한 기존 생산 방법의 하부 단계로서 아주 용이하게 통합될 수 있다. 본 발명 방법은 이전 방법보다 더 효율적인 공급원료 이용을 위한 간단한 방법을 제공한다. 따라서, 주어진 크기의 워크피스로부터 대량의 이용 가능한 얇은 디스크, 시트 또는 쉘의 생산이 가능하게 된다.
최종적으로, 본 발명의 이점은 상기 설명된 방법이 다수의 상이한 타입의 워크피스 재료에 적용 가능하다는 것이다(예컨대 LED 제조를 위해 사용될 수 있는 사파이어, 또는 예컨대 다중-접합 "탠덤형(tandem)" 태양전지를 제조하기 위해 사용될 수 있는 게르마늄과 같은).
제 3 독립
실시예
(도 3)
본 발명의 다른 측면은 표면 구조체를 갖는 고상 재료의 얇은 자립층을 생성하는 독립적인 방법에 관한 것이다. 본 발명에 대한 다음의 예시적인 실시형태는 도 3을 참조하여 설명된다.
제 1 실시예에서, 워크피스(2)는 상업적으로 가용한 단결정 실리콘 웨이퍼이다. 도 3은 본 발명의 방법에 있어서 프로세스 시퀀스를 (위에서 아래로) 4단계로 개략적으로 설명하는 사시도이다.
단계 1: 여기서 기초 원재료는 예컨대 마이크로전자 또는 태양전지 산업에서 사용되는 쵸크랄스키법에 따라 생산된 단결정 실리콘 웨이퍼(2)이다. 웨이퍼(2)는 약 76 mm의 직경과 약 0.4 mm의 두께를 갖는다. 웨이퍼는 약하게 n-도핑 또는 p-도핑되며, 약 10 Ω-cm 비전기저항을 갖고, 그 두 면(1a, 1b)은 <100> 결정면에 평행하게 배향된다. 웨이퍼의 두 면(1a 및/또는 1b) 중 하나 또는 모두는 미러-폴리싱되거나 간단히 에칭되고 연마될 수 있다, 웨이퍼(2)는 웨이퍼 제조로부터 바로 사용되거나, 종래 방법(예컨대, 유기 용매와 물을 사용하여, 또는 플라즈마 산화 세척에 의해)을 사용하여 대충 미리-세척될 수 있다.
단계 2: 웨이퍼(2)의 각 면(1a, 1b) 위에 폴리디오르가노실록산(예컨대, 폴리디메틸실록산, 또는 PDMS; 이하 PDMS로 지칭될 것이지만, 임의의 적당한 실리콘 폴리머 또는 코폴리머가 사용될 수 있다고 이해하여야 한다)의 얇은 층(3a, 3b)이 적용되고 경화된다(또는 경화 가능하게 된다). 이들 보조층(3a, 3b)의 바람직한 두께는 0.01 mm ~ 10 mm이고, 약 0.3 mm ~ 3 mm가 더욱 바람직하다. 두 층(3a, 3b)의 두께는 본 실시예에서는 동일하지만 다른 실시예에서는 두 층의 두께는 다를 수 있다. PDMS에 대해서 예컨대 다우코닝사의 SYLGARD 184를 경화제와 기본 재료를 1: 10의 혼합비율로 사용하는 것이 가능하다. 상기 액상 PDMS-혼합물은 먼저 진공에서 약 1시간 동안 가스가 제거되고, 그 다음에 웨이퍼(2)의 각 면(1a, 1b)에 원하는 두께로 적용되고, (예컨대 100℃에서 30분 동안) 전열판에서 경화된다. 도시된 본 실시예에서, PDMS 층(3a, 3b)은 웨이퍼 영역의 대부분에서 균일한 두께를 갖는다. 이것은 웨이퍼를 수평면 위에 배치하고 그것을 경화시키기 전에 중력에 의해 PDMS를 평형을 유지함으로써 달성될 수 있다. PDMS가 경화된 후, 3층 복합체(PDMS(3a)-웨이퍼(2)-PDMS(3b))이 실온으로 냉각된다. 그 후, 웨이퍼(2)의 주위를 따라서 돌출하는 임의의 PDMS가 날카로운 칼로 제거되어, 웨이퍼(2)의 에지에 필수적으로 PDMS가 없도록 하고, PDMS는 웨이퍼(2)의 두 면(1a, 1b)만을 피복한다. PDMS를 웨이퍼 면에 주의하여 적용하고 웨이퍼를 수평면 위에 평형을 유지함으로써 웨이퍼의 주변으로 PDSM가 돌출하고(그리하여 웨이퍼의 에지를 터치하는 것)을 회피하는 것이 가능하다; 이렇게 해서 PDMS의 표면 장력은 PDMS가 웨이퍼 에지로 흘러 넘치는 것을 방지한다.
단계 3: 그 다음 복합체(PDMS(3a)-웨이퍼(2)-PDMS(3b))은 (온도가 약 -200℃인) 액체 질소 배스에 완전히 침지된다. 실리콘(약 3*10-6mm/mm/K)과 PDMS(약 300*10-6mm/mm/K)의 상당히 다른 열팽창 계수 때문에, 이 냉각에 의해 상기 복합체 내에 큰 기계적 스트레스가 유발된다. 수 초간의 냉각 후에, 웨이퍼(2)는 표면(1a)에 평행하게 2개의 얇은 단결정 실리콘 디스크(5)로 자발적으로 분할된다. 적절히 관리함으로써, 2개의 실리콘 디스크(5)의 각각은 기본적으로 하나의 단일 조각을 포함하며, 각 디스크(5)의 한 측면에는 대응하는 PDMS 보조층(3a 또는 3b)이 여전히 부착되어 있다. 표면(4)에 수직인 추가의 파괴를 피하기 위해, 디스크(5)는 - 분할 후 - 전체 PDMS 보조층이 다시 적어도 실온으로 웜업될 때까지, (PDMS 보조층(3a, 3b)이 부착된 면이 아래를 향하도록) 액체 질소 배스로부터 직접 100℃ 전열판으로 이송될 것이다. 어떤 워밍(warming) 절차가 사용되든지, 디스크(5)는, 워밍이 진행됨에 따라 층들을 평평하게 하기 위해, 층들의 모든 컬링이 반전되도록, 워밍될 때 평평한 지지대에 신중하게 가압된다.
단계 4: 최종적으로 PDMS 층(3a 및/또는 3b)의 하나 또는 모두에 패터닝 단계가 실행된다. PDMS 층(3a 및/또는 3b)의 하나 또는 모두의 표면에 라인 및/또는 다른 기하학적 형태(원 등)의 임의의 패턴(6)을 커팅하기 위해 레이저 빔이 사용된다. 이 실시예에서, 모든 커팅은 대응하는 PDMS 층(3a 및/또는 3b)의 전체 두께를 완전히 통과하여 연장된다. 즉, "마스크 오프닝(mask openings)"에서 PDMS는 국소적으로 완전히 제거(연소됨)되고, 하부의 얇은 실리콘 디스크(5)의 표면을 드러낸다. 상기 레이저는 바람직하게는 PDMS에 의해 강하게 흡수되는 주파수를 갖는 것이고(CO2 레이저가 이 기준을 충족함), 바람직하게는 PDMS 층(3a 및/또는 3b) 위에서 상기 빔의 세기와 모션은은 원하는 패턴을 커팅하기 위해 자동으로 또는 수동으로 제어된다. 상업적으로 가용한 레이저 커터(예컨대, 60 와트 CO2 레이저를 갖는 VERSA LASER VLS 6.60)가 가능하다.
약 0.1 mm보다 큰 수평 치수를 갖는 패턴(6) 내의 피처가 PDMS 층(3a 및/또는 3b)에 생성될 수 있다. 예컨대 불산(HF)을 함유하는 용액으로 헹구고, 부식액과 같은 액체 세척 용액을 사용함으로써, 마스크 오프닝(6) 내의 남아있을 수 있는 연소된 PDMS 재료를 제거하는 것이 바람직하다.
이 방법에 의해 생성된 패턴 형성된 마스크(보조층(3a 및/또는 3b)가 부착된 얇은 실리콘 디스크(5)는 실질적으로 원래의 웨이퍼(2)와 동일한 특성을 갖는 단결정 실리콘으로 실질적으로 구성되거나 포함한다. 그 다음 패턴 형성된 부착 마스크(3a 및/또는 3b)는 얇은 실리콘 디스크(5)의 표면 위에 국소적으로 정의된 구조체를 생성하는데 사용될 수 있다. 이와 같은 구조체의 형성은, 예컨대 물리기상증착(PVD), 이온 주입, 국소 산화, 화학기상증착(CVD), 에피택시, 전기도금, 또는 전기영동 피착 등에 의해, 얇은 실리콘 디스크(5) 표면 위의 마스크 오프닝(6)을 통해 추가적인 재료가 형성 또는 증착되는 적절한 추가 프로세스를 사용하여 달성될 수 있다. 상기 구조체 형성 단계는, 예컨대 건식(예컨대, RIE) 또는 습식의 이방성(예컨대, KOH) 또는 등방성(예컨대, HF-계) 에칭에 의해, 얇은 실리콘 디스크(5) 자체의 표면에서 재료를 성형함으로써, 트렌치, 메사 또는 피라미드와 같은 표면 구조체가 마스크 오프닝(6)을 통해 생성되는 절감 프로세스를 수반할 수 있다.
상기 구조체 형성 단계 이후, PDMS 보조층(3a 또는 3b)는, 예컨대 적절한 액체 부식액(예컨대, NMP(N-메틸피로리돈)과 TBAF/THF(테트라부틸암모늄플루오라이드, 테트라하이드로푸란 내 1.0M 용액)의 체적비 3:1 혼합물)에 침지시켜 또는 불산(hydrofluoric acid)에 침지시켜서, 실리콘 디스크(5)로부터 선택적으로 제거될 수 있다. PDMS 보조층(3a 또는 3b)을 제거하는 바람직한 방법은, 바람직하게는 150℃ 이상의 온도(그리고 더 바람직하게는 200℃ 이상)에서 뜨거운 황산(H2SO4) 부식액으로 헹구거나 또는 그것의 배스에 침지시키고, 그 다음 생성된 백색 실리카 거품을 기계적으로 제거하고(예컨대, 브러시를 사용하여, 가능하게는 수차례의 브러싱-에칭 사이클을 사용함), 최종적으로 실리콘 디스크(5)를 불산에 침지시켜 세척한다.
본 발명의 이 독립적인 측면의 실시예에 있어서, 표면 구조체를 갖는 고상 재료의 얇은 자립층의 생산은, 이전에는 분리되었던 표면 구조체의 생산을 위한 특정 프로세스 단계들, 특히, 국소적으로 정의가능한 표면 구조체의 후속적인 형성을 위한 층들의 표면 위에 마스크의 증착 및 패터닝에 관련되는 프로세스 단계들과, 상기 층의 생성을 결합함으로써 개선된다. 본 발명의 실시예들은 전술한 대부분의 단점들을 극복하는 간단하고 저렴한 프로세스를 제공한다. 본 발명의 실시예들은 추가의 고상 재료를 포함하는 국소적으로 정의가능한 표면 구조체를 갖는 고상 재료의 얇은 자립층을 생산할 수 있다.
다양한 실시예에서, 고상 재료의 얇은 자립층은 상기 고상 재료에 국소적으로 제어 가능한 스트레스를 유발함으로써 제조된다. 그와 같은 스트레스는 상기 고상 재료에 부착되는 보조층에 국소적으로 제어된 스트레스를 설정함으로써 유발된다. 상기 보조층은 충분히 강한 접착을 통해 고상 재료의 워크피스에 결합될 수 있다. 적절한 조건하에서, 상기 기계적 스트레스에 의해 워크피스와 보조층 사이의 인터페이스에 평행하게 워크피스로부터 얇은 층이 박리되며, 상기 보조층은 여전히 상기 박리된 얇은 층에 접착된 상태에 있다. 보조층은 그 다음에 마스크로 패턴 형성되어 사용된다. 즉, 보조층의 재료는 마스크 오프닝의 패턴을 형성하기 위해 특정 영역에서 (예컨대, 포토리소그래피에 의해) 선택적으로 제거된다. 보조층의 이들 오프닝을 통해, 국소적으로 정의가능한 구조체가 다수의 잘 알려진 기법을 사용하여, 예컨대 물리기상증착에 의해 고상 재료의 얇은 층의 하부 표면 위에 형성될 수 있다.
보조층 그 자체는 국소적으로 제어 가능한 스트레스가 유발되는 것을 허용하는 방법으로 준비된다. 예를 들면, 보조층은 상대적으로 높은 열팽창 계수(CTE)를 갖는 재료를 포함할 수 있다. 만일 보조층이 CTE가 상당히 더 낮은 워크피스에 접착되고, 만일 상기 복합 구조체(보조층-워크피스)가 온도변화를 겪게 되면, 워크피스 내에 큰 스트레스가 유발될 수 있고, 그에 의해 워크피스로부터 얇은 층이 박리된다.
예를 들면, 상기 워크피스는 CTE가 실온에서 약 3*10-6mm/mm/K인 실리콘으로 구성되고, 보조층은 실온에서 약 10*10-6mm/mm/K보다 큰 CTE에 의해 특징화되는 폴리머를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 폴리머는 실온에서 약 50*10-6mm/mm/K보다 큰 CTE에 의해 특징화되고, 더욱 바람직하게는 폴리머는 실온에서 약 200*10-6mm/mm/K보다 큰 CTE에 의해 특징화된다. 일 예에서, 보조층은 실온에서 약 300*10-6mm/mm/K의 CTE를 갖는 교차-결합된 PDMS로 구성될 수 있다.
또 다른 예에서, 보조층은 실온에서 적어도 10*10-6mm/mm/K의 절대값만큼, 바람직하게는, 실온에서 적어도 50*10-6mm/mm/K의 절대값만큼, 더욱 바람직하게는 실온에서 적어도 100*10-6mm/mm/K의 절대값만큼, 가장 바람직하게는 적어도 200*10-6mm/mm/K의 절대값만큼 상기 워크피스의 CTE와 상이한 CTE에 의해 특징화되는 재료(예컨대, 금속 또는 플라스틱)를 포함할 수 있다. 일 예에서, 실온에서 약 3*10-6mm/mm/K의 CTE를 갖는 실리콘의 워크피스에 대해 실온에서 약 24*10-6mm/mm/K의 CTE를 갖는 알루미늄을 포함하는 보조층이 사용될 수 있다.
또 다른 예에서, 보조층에 국소적으로 제어 가능한 스트레스 패턴(예컨대, 국소적 팽창)을 생성하기 위해 국소 CTE 외의 국소 재료 특성이 사용될 수 있다.
또한, 충분히 큰 스트레스를 생성하기 위해, 상대적으로 큰 전단탄성률을 가진 보조층이 요구된다. 또한, 상기 보조층 재료의 파괴인성은, 워크피스 대신에 보조층이 파괴되는 것을 피하기 위해, (워크피스 재료의 파괴인성과 비교하여) 충분히 커야만 한다. 그러나, 어떤 예에서는, 폴리머와 같은 저렴하고 거의 오염되지 않은 재료, 특히 정상 조건하에서 상대적으로 작은 탄성률(예컨대, 100 MPa 미만, 가능하게는 10 MPa 미만, 또는 심지어 1 MPa보다 작은 탄성률) 및/또는 작은 파괴인성(예컨대, 5 MPa m1/2미만, 가능하게는 2 MPa m1/2 미만, 또는 심지어 1 Mpa m1/2 미만의 파괴인성)을 갖는 재료를 포함하는 스트레스 유발 보조층을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 그러므로, 어떤 예에서는, 상이한 재료를 포함하는 이질적인 보조층이 사용되며, 한 재료는 상대적으로 큰 탄성률을 갖지만 반드시 큰 파괴인성을 갖지는 않고, 다른 재료는 상대적으로 큰 파괴인성을 갖지만 반드시 큰 탄성률을 갖지는 않는다. 다른 예에서, 실질적으로 단일 재료를 포함하는 균질의 보조층이 사용되고, 파괴 인성 및/또는 탄성률과 같은 이 재료의 관련 특성이 보조층 내의 위치에 따라서 변하도록 물리적 조건이 제공된다(예컨대, 탄성률이 온도에 종속하는 보조층에는 비균질적인 온도 분포를 설정함).
적절한 조건하에서, 상기 유발된 기계적 스트레스 패턴에 의해 워크피스와 보조층 사이의 인터페이스에 평행하게 상기 워크피스로부터 얇은 층이 분할된다.
고상 재료의 분할된 얇은 층의 영역은 보조층의 영역과 대략적으로 일치한다. 상기 얇은 층이 워크피스로부터 분할될 때 형성된 2개의 표면 각각은 다시 사용될 수 있다. 즉, 워크피스의 새로 노출된 면에, 또는 상기 분할된 층의 새로 노출된 면에, 또 다른 보조층이 적용될 수있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 워크피스의 나머지와 분할된 층 모두로부터 반복된 분할 동작을 용이하게 하며, 하기의 단락에서 설명되는 바와 같이, 마스크로서 접착되는 상응하는 보조층을 사용함으로써, 국소적으로 정의가능한 표면 구조체가 그 다음에 형성될 수 있는 추가적인 (그리고 더 얇은) 층을 생성한다. 최종적으로, 워크피스의 어떤 예에서(예컨대, 실질적으로 얇은 시트, 예컨대 웨이퍼로 구성되는 워크피스), 예컨대 안정성을 강화하고 또한 워크피스의 나머지의 분산을 피하기 위해, 고상 재료의 워크피스의 2개 이상의 (가능하면 대향하는) 면들 위에 보조층이 형성되는 것이 유리할 수 있다.
상기 보조층은 다양한 다른 방법으로 마스크로 사용될 수 있다. 일 예에서, 보조층은 고상 재료의 워크피스에 접착되고, 그 다음 스트레스가 유발되고 고상의 얇은 층이 보조층과 함께 분할되고, 최종적으로, "마스크 오프닝"의 패턴이 보조층 내로 커팅된다. 이 예에서, 마스크 오프닝은 보조층 재료가 보조층의 전체 두께에 걸쳐 국소적으로 제거되어 고상 재료의 하부 얇은 층이 드러나는 영역이다. 마스크 오프닝은 임의의 적절한 기법을 사용하여, 그리고 보조층의 재료에 따라서 보조층 내에 커팅될 수 있다.
일 실시예에서, 실질적으로 폴리머를 포함하는 보조층에서, 마스크 오프닝은 레이저 빔으로 보조층에 조사함으로써 그리고 미리 정해진 위치에서 폴리머 재료를 연소시켜 버림으로써 커팅되고, 가능하게는 부식액과 같은 액체 세척 용액을 사용함으로써 상기 연소된 재료가 보조층의 나머지로부터 제거되는 추가적인 단계를 수반한다. 예를 들면, 실질적으로 PDMS 마스크 오프닝을 포함하는 보조층에 CO2 레이저로 조사하고 그 다음에 불산(HF)을 포함하는 용액으로 헹구어 상기 연소된 재료를 제거함으로써 마스크 오프닝이 커팅될 수 있다.
또 다른 예에서, 포토리소그래피 방법이 사용된다. 예컨대, 광반응성 보조층이 원하는 패턴(예컨대, 원하는 패턴의 자외선 광으로 조사함으로써)으로 "노광(exposed)"되며 그 다음에 "현상된다"(즉, 보조층의 노출된 부분 또는 노출되지 않은 부분이 선택적으로 에칭된다).
상기 마스크 오프닝을 커팅하기 위해 사용된 방법에 관계없이, 이 프로세스는 고상 재료의 얇은 층 위에 패턴 형성된 마스크를 생성한다. 이 패턴 형성된 마스크는 그 다음에 상기 얇은 층의 표면 위에 국소적으로 정의된 구조체를 생성하는데 사용된다. 그와 같은 구조체의 형성은, 예컨대 물리기상증착(PVD), 이온 주입, 국소적 산화, 화학기상증착(CVD), 에피택시, 전기도금, 또는 전기영동 피착 등에 의해, 상기 얇은 층의 표면 위의 마스크 오프닝을 통해 추가적인 재료(상기 얇은 층의 재료와 상이할 수 있음)가 형성 또는 증착되는 적절한 추가 프로세스를 사용하여 달성될 수 있다. 상기 구조체 형성 단계는 또한, 예컨대 건식(예컨대, RIE) 또는 습식의 이방성(예컨대, 단결정 실리콘 내의 KOH) 또는 등방성(예컨대, HF-계) 에칭 등에 의해, 상기 얇은 층 자체의 표면에서 상기 재료를 성형함으로써, 트렌치, 메사 또는 피라미드와 같은 표면 구조체가 마스크 오프닝을 통해 생성되는 절감 프로세스를 수반할 수 있다. 예를 들면, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH)를 포함하는 수용액(aqueous solutions)이, 예컨대 TMAH의 0.1 ~ 10 중량% 농도에서(바람직하게는 TMAH의 1~5 중량%), 40 ~ 100℃ 온도에서(바람직하게는 70 ~ 90%), 마스크로서 실질적으로 PDMS를 포함하는 보조층을 사용하는 단결정 실리콘을 이방성으로 에칭하기 위해 사용될 수 있으며, 이것은 상기 TMAH-계 부식액 내의 PDMS의 에칭 레이트가 아주 작기 때문이다. 최종적으로, 상기 얇은 층 위에 구조체 형성을 위해 가감적인 프로세스의 조합들도 역시 가능하다.
또 다른 실시예에서, 보조층은, 상기 마스크 오프닝이 보조층의 전체 두께에 걸쳐 커팅되지 않고, 보조층과 고상 재료의 얇은 층 사이의 인터페이스로부터 시작하여 단지 보조층 내에 특정 깊이까지만 커팅되는 것을 제외하고는, 전술한 바와 같은 유사한 방법으로 마스크로서 사용될 수 있다. 다시 말해서, 보조층 내에 터널 패턴이 형성되며, 이들 터널의 바닥은 고상 재료의 얇은 층의 표면에 의해 제공되고, 이들 터널의 다른 벽들은 보조층의 재료에 의해 제공된다. 이들 터널은 다른 터널과 상호접속되고, 가능하게는 상호접속된 각 터널 시스템에 대해 적어도 2개의 오프닝이 제공되며 여기서 상기 터널들은 보조층-얇은 층 복합 구조체의 외부로부터 접근 가능하다. 이들 터널은 적절한 임의의 기법을 사용하여, 또한 보조층의 재료에 따라서 보조층의 재료에 커팅될 수 있다. 이들 터널의 바람직한 치수(예컨대, 높이, 직경, 길이)는 이들 터널을 생성하기 위해 사용된 기법만이 아니라 터널의 원하는 용도에도 종속한다.
일 실시예에서, 상기 얇은 층의 고상 재료가 실질적으로 투과성인 전자기 스펙트럼의 일부에서 강하게 광을 흡수하는 폴리머를 포함하는 보조층에 있어서, 그와 같은 터널은, 다음과 같은 방법으로, 실질적으로 상기 스펙트럼의 일부의 주파수를 갖는 레이저로 조사되어 커팅된다: 즉 레이저 빔은 고상 재료의 상기 얇은 층이 접착되는 측면으로부터 보조층에 조사된다. 다시 말해서, 레이저 빔은 보조층에서 흡수되기 전에 먼저 고상 재료의 상기 얇은 층을 통해 전달된다. 이렇게 해서 고상 재료의 상기 얇은 층과 보조층 사이의 인터페이스에 가장 가까운 보조층의 부분들이 먼저 레이저에 의해 연소된다. 이 예에서, 예컨대 적어도 터널의 단부를 대기에 개방한 상태로 항상 유지함으로써 - 이것은, 예컨대 보조층-얇은 층 인터페이스의 에지에서 터널을 커팅하기 시작함으로써 달성 가능함 - 연소 생성물을 충분히 환기시키는 수단을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
이와 같은 터널을 커팅하는 적절한 기법의 또 다른 예에서, 포토리소그래피 방법이 사용되며, 이 방법에서는 고상 재료의 얇은 층에 부착된 광반응성 "안쪽(inner)" 층과, 상기 광반응성 층의 반대 면에 부착된 또 다른 비-광반응성 "바깥쪽(outer)" 층을 포함하는 2층의 복합 보조층이 사용된다. 이 2층의 복합 보조층은 그 다음에 원하는 패턴으로 "노광"되고(예컨대, 원하는 패턴의 자외선으로 조사함으로써) 그 다음에 "현상되며", 이에 의해 상기 광반응성 층의 오직 선택된 부분(광반응성 재료에 따라서 노출된 부분 또는 노출되지 않은 부분 중 어느 하나)만이 실질적으로 비-광반응성 층의 부분을 제외하고 에칭되어 원하는 터널을 생성하는 것을 허용한다.
이들 터널을 커팅하기 위해 사용된 방법에 관계없이, 일단 터널이 생성되면 (터널의 "바닥(floor)" 위에) 고상 재료의 상기 얇은 층의 표면 위에 국소적으로 정의된 구조체를 생성하기 위해 그 터널이 사용된다. 이것은 추가의 프로세스(예컨대, 터널을 통해 전기도금액 또는 무전해 도금액을 흐르게 하여), 감하는 프로세스(예컨대, 상기 터널을 통해 액체 부식액을 흐르게 하여), 및/또는 가감하는 프로세스들의 조합에 의해 실행될 수 있다. 터널을 통해 액체를 흐르게 하는 것은 예컨대 터널의 한 단부에서 액체를 공급하고 다른 단부에 진공을 적용함으로써 달성된다(또는, 보다 일반적으로는, (가능하게는 상호접속된) 터널의 네트워크에서, 외부 오프닝의 일부에서 액체를 공급하고 오프닝의 나머지에 진공을 적용함으로써).
(전술한 바와 같이, 보조층의 전체 두께를 통과하는 마스크 오프닝 대신에) 이와 같은 터널을 사용하는 한 가지 이점은, 원칙적으로 각 터널에서 상이한 구조체 형성 프로세스가 사용될 수 있다는 것이며, 이것은 단 하나의 싱글 마스크(예컨대, 상이한 터널에 상이한 금속들의 동시적인 전기증착)를 사용하여 상기 얇은 층에 상이한 형성 프로세스의 동시 적용을 허용한다. 이렇게 해서, 예를 들면, 오직 하나의 싱글 마스크를 사용하여, 상이한 재료로 이루어진 국소적으로 정의가능한 상이한 표면 구조체가 고상 재료의 동일한 얇은 층 위에 동시에 생성될 수 있다.
일 예에서, 상기 얇은 층 위의 터널의 일부는 n-도펀트를 포함하는 용액으로 채워지고(상기 얇은 층 재료를 위해), 동일한 얇은 층의 다른 터널들은 p-도펀트를 포함하는 용액으로 채워진다. 모든 터널들은 병행하여 채워질 수 있고, 그 다음에 도펀트는 예컨대 터널이 충전되고 얇은 층이 부착된 보조층을 포함하는 복합 구조체를 가열함으로써, 동시에 상기 얇은 층 내로 확산된다. 이렇게 해서, 상기 얇은 층 위의 n-도핑된 층과 p-도핑된 층 모두의 국소적으로 정의가능한 패턴이 간단하고 효율적인 방법으로 생성될 수 있다. 그러므로, 그와 같은 터널을 사용하는 것은, 많은 경우에, 상이한 재료들로 구성된 표면 구조체를 생성하기 위해 통상 여러 개의 마스크가 필요한 종래의 마스크를 사용하는 프로세스보다 더 빠르고 더욱 경제적이다. 또한, 그와 같은 터널을 포함하는 보조층이 접착되는 고상 재료의 얇은 층은, 예컨대 센서 또는 액추에이터와 같은 응용, 예컨대 미세유체 소자(microfluidic device)로서 직접 사용될 수 있다.
또 다른 예에서, 고상 재료의 얇은 층이 워크피스의 나머지로부터 박리되기 전에, 원하는 패턴의 마스크 오프닝(전체적으로 또는 부분적으로 상기 보조층의 두께를 통과하는)이 보조층 내에 커팅된다. 이 예에서, 이들 마스크 오프닝의 국소 치수 및 깊이는 생성된 고상 재료의 얇은 층의 (보조층 내의) 국소적인 두께 및 표면 특성에 영향을 준다. 적절한 조건하에서, 박리 전에 워크피스의 내부에 있는 얇은 층의 면 위에, 표면 구조체의 패턴이 형성되고, 이 패턴은 보조층의 마스크 오프닝의 패턴에 의해 조정된다.
또한, 동시에 표면 구조체의 패턴이 상기 얇은 층의 박리에 의해 새로 노출되는 워크피스의 면 위에 형성되고, 이 패턴은 실질적으로는 이탈된 층의 표면 위에 형성된 패턴의 거울 이미지(더욱 정확하게는, 3차원 보완물)이다. 상기 박리 프로세스 자체에 의해 생성되는 이들 표면 구조체에 추가하여, 전술한 예들 중 어느 하나에 따라서 상기 보조층을 (예컨대, 추가 재료의 증착을 위해, 또는 에칭을 위해) 마스크로 사용함으로써, (상기 보조층이 부착되는) 국소적으로 정의된 다른 구조체가 고상 재료의 얇은 층의 반대면 위에 형성될 수 있다.
또 다른 예에서, 상기 마스크 오프닝의 일부 또는 전부는 초기에 상기 보조층의 전체 두께까지가 아니라 단지 특정 깊이까지만 커팅된다. 그러나, 상기 분할 후에 이들 마스크 오프닝은 그 다음, 예컨대 보조층의 모든 곳에서 그 두께를 감소시키기 위해 상기 보조층의 전체 표면에 균질한 에칭 프로세스를 적용함으로써, 마스크 오프닝이 상기 고상 재료의 얇은 층의 표면에 도달할 때까지, 상기 보조층의 전체 두께를 통과하여 연장된다.
또 다른 예에서, 고상 재료의 상기 얇은 층이 워크피스의 나머지로부터 박리되기 전에 (그러나 상기 분할 후까지 보조층으로부터 어떤 재료도 제거하지 않고), 원하는 패턴의 마스크 오프닝이 상기 보조층 위에 각인된다. 일 예에서, 고상 재료의 상기 얇은 층을 박리하기 전에 광반응성 보조층이 원하는 패턴의 마스크 오프닝을 사용하여 노광되지만, 상기 얇은 층이 박리된 후에만 현상된다(여기서 일부 보조층 재료는 실제로 제거됨). 이 방법의 이점은 이 방법에 의하면 상기 얇은 층이 여전히 (더 두껍고 따라서 더욱 용이하게 취급될 수 있는) 워크피스에 부착되어 있는 동안, 마스크의 노출(즉, 상대적으로 높은 정밀도와 양호한 광 정렬이 요구되는 단계)을 실행하는 것이 가능하고, 동시에 전술한, 고상 재료의 상기 생성된 얇은 층의 국소적인 두께 및 표면 특성에 대한, 있을 수 있는 마스크 오프닝 패턴의 바람직하지 않은 기계적 영향을 현저히 감소시키는 것이 가능하다는 것이다.
또 다른 예에서, 상기 보조층은 또한 일종의 "저장기(reservoir)" 마스크로서 사용될 수 있다: 추가의 더하는 및/또는 감하는 프로세스가 후속적으로 고상 재료의 상기 얇은 층에 재료를 피착하고 및/또는 상기 얇은 층으로부터 재료를 에칭하는 영역을 마스크 오프닝이 한정하는, 전술한 마스크 용도에 추가하거나 이를 대신하여, 상기 보조층 자체는 또한 얇은 층 위에 피착되거나 또는 상기 얇은 층의 재료와 반응할 재료의 적어도 일부를 제공할 수 있다. 일 예에서, 상기 보조층은 상기 얇은 층을 위해 도펀트로서 사용되는 재료를 포함하고, 이들 도펀트는, 예컨대 보조층을 포함하고 얇은 층을 부착하는 복합 구조체를 가열함으로써, 상기 얇은 층으로 확산된다. 도펀트의 확산은, 예컨대 상기 복합 구조체의 선택된 영역만을 가열함으로써(예컨대, 레이저 빔으로 특정 영역만을 선택적으로 조사함으로써), 보조층의 특정 영역에 주로 도펀트 재료를 포함시킴으로써, 또는 도펀트를 확산시키기 전에 (예컨대, 마스크 오프닝을 생성하기 위해 전술한 방법 중 어느 것에 의해) 보조층의 선택된 부분을 절단해냄으로써, 상기 얇은 층의 특정 영역에 국소적으로 제한될 수 있다.
보조층은 도펀트를 대신하거나 도펀트에 추가하여, 바람직하게는 특정 "활성화(activation)", "연소(firing)", 또는 어닐링 단계(예컨대, 가열에 의해, 또는 전자기파로 조사에 의해 등)의 수단에 의해 상기 보조층, 고상 재료의 상기 얇은 층 또는 2개 모두에, 화학적 및/또는 물리적으로 작용할 수 있는 (아마 역시 보조층 내의 특정 영역에만 실질적으로 한정된) 다른 재료를 포함할 수 있다. 일 예에서, 실리콘을 포함하는 얇은 층 내의 결함과 도펀트는 (예컨대, 수소가 풍부한 PECDV 질화규소를 포함하는) 보조층으로부터 상기 얇은 층으로 수소를 확산시킴으로써 부동태화된다.
또 다른 예에서, 상기 얇은 층의 표면 위에, 금속 페이스트를 포함하는 보조층을 국소적으로 연소시킴으로써, 예컨대 레이저로 보조층의 선택된 영역을 조사함으로써 금속 전기 접점이 생성된다. 또 다른 예에서, 금속 입자를 포함하는 폴리머 보조층을 재로 만들어서 상기 얇은 층의 표면 위에 금속 전기 접점이 생성되며, 상기 얇은 층의 표면에서 국소적으로 금속 입자들이 용융하여 금속 구조체가 되어 상기 얇은 층에 전기 접점을 제공한다. 상기 금속 입자는 원하는 접점 패턴에 따라서 상기 보조층 내에 균일하지 않게 배열되거나 또는 보조층 내에 균일하게 분포되어, 예컨대, 레이저로 조사함으로써 원하는 영역 내에만 선택적으로 용융될 수 있다. 또 다른 예에서, 보조층 자체 내부의 금속 전기 접점 및/또는 보조층과 얇은 층 사이의 전기 접속이, 예컨대, 폴리머와 같은 비전도성 재료를 포함하는 보조층을 사용하여 생성되며, 높은 농도와 낮은 농도의 패턴으로 배열된 매립된 금속 입자들에 의해, 국소적으로 높은 전도도와 낮은 전도도를 각각 갖게 된다. 또 다른 예에서, 보조층 자체 내부의 전기 접점 및/또는 보조층과 얇은 층 사이의 전기 접속이 예컨대, 폴리머와 같은 비전도성 재료를 포함하는 보조층을 사용하여 생성되며, 매립된 채널 또는 (미세 유체) 채널이 용융점이 낮은 금속 또는 합금(예컨대, 공융물의 갈륨-인듐 합금)과 같은 도전성 액체로 채워진다. 이와 같은 터널 또는 채널이, 예컨대 전술한 얇은 층을 통해 투과된 레이저로 보조층을 조사함으로써, 생성될 수 있다.
또 다른 예에서, 상기 얇은 층 위의 표면 구조체는 보조층과 얇은 층 사이의 인터페이스의 특정 영역에서, 얇은 층의 재료와 보조층 내의 하나 이상의 재료를 화학적으로 반응시킴으로써 생성된다. 예를 들면, 광반응성 보조층의 선택된 영역을 예컨대 UV 광으로 조사하는 것은, 예컨대 국소적으로 상기 얇은 층을 에칭하거나 산화시킴으로써, 보조층과 얇은 층 사이의 인터페이스에서 얇은 층과 국소적으로 반응하여, 자유 라디칼, 산, 염기 등과 같은 반응성 종을 국소적으로 생성할 수 있고, 국소적으로 정의된 표면 구조체를 형성한다. 일 예에서, 그와 같은 반응들은 부착하는 보조층의 제거 및 얇은 조각으로의 층간박리(delamination)를 촉진하기 위해, 보조층과 얇은 층 사이의 전체 인터페이스에 대해 유발된다. 다른 예에서, 보조층과 얇은 층 사이의 인터페이스에서의 이와 같은 국소적으로 정의가능한 화학적 반응이, 예컨대 얇은 층에 대한 반사 방지 또는 보호 코팅을 생성하기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예들은 또한 단결정 또는 다결정 반도체 재료로부터 구조화 표면을 갖는 고상 재료의 얇은 자립층을 생성에 관한 것이다. 본 발명은 (예컨대, 비용을 고려하기 때문에) 얇은 단결정 또는 다결정 실리콘 디스크가 필요하거나 바람직한 경우에, 그리고 실리콘 외의 재료를 또한 포함하는 국소적으로 정의가능한 표면 구조체가 이들 얇은 디스크의 적어도 일면에 형성되어야 하는 경우에 적용될 수 있다. 유리한 응용들은, 실질적으로 전기 접점으로 작동하는 표면 구조체를 갖는 비용 효과적이고 효율적인 단결정 실리콘 태양전지, 또는 얇고 기계적으로 유연한 기판 위의 마이크로 전자기계 장치를 위한 구조체의 생산을 포함한다. 예컨대, 본 발명의 실시예는 평평한 단결정 실리콘 슬랩으로부터, 약 50 ㎛의 두께를 갖는 층의 분할과, 이들 층의 표면에 국소적으로 정의된 구조체를 형성하는 것을 용이하게 한다. 본 발명은 이들 얇은 실리콘 층 위에, 예컨대, 1 mm보다 훨씬 작은 것부터 최대 수 cm까지 범위의 수평 치수를 갖는 표면-구조체 피처의 생성을 용이하게 한다.
본 발명의 주요 이점은 표면 구조체를 갖는 고상 재료의 얇은 자립층을 생성하는데 필요한 처리 단계의 수를 크게 감소시키는데 있다. 전통적인 방법에 비해서, 고상 재료의 두꺼운 조각으로부터 얇은 층을 절단하는 프로세스, 및 이들 층 위에 제어 가능한 표면 구조체를 형성하는 대부분의 후속적인 프로세스(예컨대, 폴리싱, 세척, 마스크 증착, 마스크 패터닝, 마스크 전사, 마스크 제거)는, 모두 단일의, 훨씬 단순하고 현저히 저렴한 프로세스 시퀀스로 조합된다. 또한, 본 발명의 방법은 표면 구조체를 갖는 고상 재료의 얇은 자립층의 제조 동안 발생하는 재료 손실을 크게 감소시킨다. 예컨대, 톱질, 그라인딩, 폴리싱, 또는 에칭을 사용하는 이전 방법들에 비해서, 본 발명의 방법은 귀중한 공급원료 재료의 손실을 거의 초래하지 않는다. 워크피스로부터 얇은 층을 박리할 때, 공급재료는 박리된 층과 상기 워크피스의 나머지 사이에 거의 완벽하게 분배되어 유지된다.
본 발명의 또 다른 이점은 현저히 저렴한 장비를 사용하여 실현할 수 있는 능력이다. 본 발명의 실시예는 기존의 제조 방법, 예컨대 표면 구조체를 갖는 얇은 실리콘 태양전지의 생산 방법에 용이하게 통합될 수 있다.
최종적으로, 본 발명의 이점은 본 발명의 방법이 다수의 상이한 유형의 고상 재료에 적용될 수 있다는 것이다.
본 발명이 특정 실시예를 참조하여 구체적으로 도시하고 설명되었지만, 당업자는 다양한 형태의 변경이 특허청구범위의 청구항들에 의해 한정된 본 발명의 사상과 범위로부터 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있음을 알 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 제시되며 따라서 청구범위와 동등의 의미와 범위 내에 포함되는 모든 변경들은 본 발명의 범위에 포섭되는 것으로 이해되어야 한다.
Claims (65)
- 인쇄 방법에 있어서,
노출면을 갖는 고상 재료를 제공하는 단계;
복합 구조체를 형성하기 위해 상기 노출면에 폴리머를 포함하는 보조층을 적용하는 단계;
상기 폴리머의 유리전이온도 미만의 온도에서 유지된 상기 보조층의 일부가 상기 유리 전이온도보다 높은 온도에서 유지된 상기 보조층의 다른 부분보다 강성이 크도록 상기 보조층 내에 미리 정의된 온도 분포 프로파일을 설정함으로써 상기 복합 구조체를 상기 보조층 및 상기 고상 재료 내에서 스트레스 패턴 유발 조건들에 두고, 이에 의해 상기 고상 재료 내부의 소정 깊이에서 평면을 따라 상기 고상 재료의 파괴를 촉진하는 단계; 및
상기 파괴 깊이에서 종료하는 상기 고상 재료의 층과 함께 상기 보조층을 제거하는 단계를 포함하고,
상기 폴리머의 유리 전이온도는 상기 온도 분포 프로파일의 최저 및 최대 온도 사이에 있고, 상기 폴리머의 유리전이온도는 실온 미만이며, 상기 고상 재료의 제거된 층의 노출면은 상기 스트레스 패턴에 상응하는 표면 토폴로지를 갖는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 보조층의 재료 특성 중 적어도 하나는 상기 보조층 내의 위치에 종속하는 패턴에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 보조층은 복합 구조체이거나, 또는
패턴에 따라 변하는 상기 보조층의 재료 특성 중 적어도 하나는 상기 보조층이 상기 스트레스 유발 조건에 놓일 때 유발된 상기 국소 스트레스의 크기 및 방위 중 적어도 어느 하나에 영향을 주거나, 또는
패턴에 따라 변하는 상기 보조층의 재료 특성 중 적어도 하나는 상기 고상 재료의 파괴 동안 크랙 전파의 동력학에 영향을 주거나, 또는
패턴에 따라 변하는 상기 보조층의 재료 특성 중 적어도 하나는 상기 보조층이 상기 스트레스 유발 조건에 놓일 때 상기 보조층의 재료의 체적이 변하는 정도에 영향을 주거나, 또는
패턴에 따라 변하는 상기 보조층의 재료 특성 중 적어도 하나는 열팽창 계수이거나, 또는
패턴에 따라 변하는 상기 보조층의 재료 특성 중 적어도 하나는 용매를 흡수할 때 상기 보조층이 팽창하는 정도에 영향을 주거나, 또는
패턴에 따라 변하는 상기 보조층의 재료 특성 중 적어도 하나는 탄성률이거나, 또는
패턴에 따라 변하는 상기 보조층의 재료 특성 중 적어도 하나는 상기 보조층의 국소 두께이거나, 또는
패턴에 따라 변하는 상기 보조층의 재료 특성 중 적어도 하나는 상기 보조층에 국소적으로 매립된 적어도 하나의 능동 장치에 의해 국소적으로 변경되거나, 또는
패턴에 따라 변하는 상기 보조층의 재료 특성 중 적어도 하나는 또한 상기 방법의 실행 동안 시간에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 스트레스 유발 조건들은 상기 보조층 내의 위치에 종속하는 패턴에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 제 4 항에 있어서,
패턴에 따라 변하는 상기 스트레스 유발 조건들은 상기 보조층 내의 상이한 위치에서 유지되는 상이한 온도들이거나, 또는
패턴에 따라 변하는 상기 스트레스 유발 조건들은 상기 보조층 내의 상이한 위치에서 유지되는 상이한 화학적 농도들인 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 제 4 항에 있어서,
패턴에 따라 변하는 상기 스트레스 유발 조건들은 상기 보조층에 국소적으로 매립된 적어도 하나의 능동 장치에 영향을 주는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 스트레스 유발 조건들은 상기 보조층이 상기 스트레스 유발 조건들에 놓일 때 유발된 국소 스트레스들의 크기 및 방위 중 적어도 어느 하나에 영향을 주거나, 또는
상기 스트레스 유발 조건들은 상기 고상 재료의 파괴 동안 크랙(crack) 전파의 동력학에 영향을 주거나, 또는
상기 스트레스 유발 조건들은 상기 보조층의 재료의 체적의 변화에 영향을 주는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 스트레스 유발 조건들은 상기 보조층에 작용되는 외부의 기계적 힘들이거나, 또는
상기 스트레스 유발 조건들은 상기 보조층의 탄성률에 영향을 주거나, 또는
상기 스트레스 유발 조건들은 상기 보조층의 적어도 일부에 의한 용매의 흡수를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 스트레스 유발 조건들은 상기 방법의 실행 동안 시간에 따라 변하고 상기 보조층에 부과된 적어도 하나의 온도 변화를 포함하거나, 또는
상기 보조층을 실온보다 낮게 냉각시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 고상 재료의 파괴는 상기 고상 재료의 소정의 깊이에서 그리고 상기 보조층과 상기 고상 재료 사이의 인터페이스에 평행한 평면에 따라 유발되는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제거 단계는 상기 제거된 고상 재료의 층의 표면 토폴로지에 보완적인 표면 토폴로지를 갖는 상기 고상 재료의 새로운 노출면을 드러내는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 제 11 항에 있어서,
새로운 복합 구조체를 형성하기 위해 상기 고상 재료의 새로운 노출면에 새로운 보조층을 적용하는 단계;
상기 새로운 복합 구조체를 상기 새로운 보조층과 상기 고상 재료 내에서 새로운 스트레스 패턴을 유발하는 조건에 두고, 이에 의해 상기 고상 재료 내부의 새로운 소정 깊이에서 평면을 따라 상기 고상 재료의 파괴를 촉진하는 단계; 및
상기 새로운 파괴 깊이에서 종료하는 상기 고상 재료의 새로운 층과 함께 상기 새로운 보조층을 제거하는 단계를 추가로 포함하고,
상기 고상 재료의 새로운 제거된 층의 노출면은 상기 새로운 스트레스 패턴에 상응하는 표면 토폴로지를 갖는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 고상 재료의 노출면은 기존의 마이크로 전자장치 및 마이크로 기계장치 중 적어도 어느 하나를 포함하는 기존의 표면 토폴로지를 갖는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 스트레스 패턴은, 상기 기존의 마이크로 전자장치 및 마이크로 기계장치 중 적어도 어느 하나가 상기 제거된 층의 노출면의 표면 토폴로지에 미치는 영향이 최소가 되도록 유발되는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 제 1 항에 있어서,
새로운 보조층, 고상 재료의 제거된 층 및 이전에 적용된 보조층을 포함하는 새로운 복합 구조체를 형성하기 위해 상기 고상 재료의 제거된 층의 노출면에 상기 새로운 보조층을 적용하는 단계;
상기 새로운 복합 구조체를 상기 새로운 보조층, 상기 고상 재료 및 상기 이전에 적용된 보조층 내에서 새로운 스트레스 패턴을 유발하는 조건들에 두고, 이에 의해 상기 고상 재료의 제거된 층 내부의 새로운 소정 깊이에서 평면을 따라 상기 고상 재료의 제거된 층의 파괴를 촉진하는 단계; 및
상기 새로운 파괴 깊이에서 종료하는 상기 고상 재료의 새로운 층과 함께 상기 새로운 보조층을 제거하는 단계를 추가로 포함하고,
상기 고상 재료의 새로운 제거된 층의 노출면은 상기 새로운 스트레스 패턴에 상응하는 표면 토폴로지를 갖는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 보조층은 제 1 패턴에 따라 변하는 물질 특성을 가지고, 상기 새로운 보조층은 상기 보조층의 물질 특성과 동일한 물질 특성을 가지지만 상기 제 1 패턴과는 상이한 제 2 패턴에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 각각의 보조층들에 대한 스트레스 유발 조건들은 패턴에 따라 변하고, 상기 보조층에 대한 패턴은 상기 새로운 보조층에 대한 패턴과 상이한 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 고상 재료를 제공하는 단계는 반도체 재료를 포함하는 구조체를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 보조층은 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 보조층은 상기 폴리머 및 비폴리머와, 폴리디메틸실록산을 포함하는 매트릭스 내에 매립된 하나 이상의 무기 재료들 중 적어도 어느 하나를 포함하는 복합 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 보조층과 상기 제공된 고상 재료의 열팽창계수의 차이는 적어도 10*10-6mm/mm/K인 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 고상 재료의 파괴는 상기 복합 구조체를 상기 스트레스 패턴 유발 조건들에 두기 전에 또는 상기 복합 구조체를 상기 스트레스 패턴 유발 조건들에 두는 동안 상기 고상 재료에 상대적으로 더 낮은 파괴 인성을 갖는 적어도 하나의 구역을 제공함으로써 더욱 촉진되는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 고상 재료의 층과 함께 상기 보조층을 제거한 후, 상기 보조층은 상기 고상 재료의 제거된 층으로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 고상 재료의 제거된 층의 상기 표면 토폴로지는 수직 스트레스 강도 인자(KII)가 상기 복합 구조체 내에서 0인 표면의 토폴로지에 상응하는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 보조층이 적용되는 상기 노출면은 만곡(curvature)을 갖는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 고상 재료의 제거된 층의 생성된 상기 표면 토폴로지는 거울대칭이거나, 또는
10 ㎛ 미만의 공간 주기를 갖는 주기적인 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 인쇄 방법에 있어서,
적어도 2개의 노출면들을 갖는 고상 재료를 제공하는 단계;
복합 구조체를 형성하기 위해 복수의 상기 적어도 2개의 노출면들에 복수의 보조층들을 적용하는 단계로서, 상기 노출면들 각각에 하나의 개별 보조층을 적용시키고;
상기 복합 구조체를 상기 복수의 보조층들 및 상기 고상 재료 내에서 스트레스 패턴 유발 조건들에 두고, 이에 의해 각각의 보조층에 대해 상기 고상 재료의 소정의 깊이에서 평면을 따라 상기 고상 재료의 파괴를 촉진하는 단계; 및
각각의 보조층 및 상기 파괴 깊이에서 종료하는 상기 고상 재료의 층과 함께 상기 복수의 보조층들을 제거하는 단계를 포함하고,
각각의 보조층에 대해 상기 고상 재료의 제거된 층의 노출면은 적어도 2개의 파괴 평면들이 일치하는 상기 보조층의 스트레스 패턴에 상응하는 표면 토폴로지를 갖고,
상기 고상 재료의 상응하는 제거된 층들의 상기 표면 토폴로지는 관련된 상기 보조층들의 스트레스 패턴들의 중첩에 상응하는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법. - 인쇄 방법에 있어서,
대향하고 평행한 제1 및 제2 노출면들을 갖는 고상 재료를 제공하는 단계;
복합 구조체를 형성하기 위해 상기 제1 및 제 2 노출면들 각각에 제1 및 제 2 보조층들을 적용하는 단계;
상기 복합 구조체를 상기 2개의 보조층들 및 상기 고상 재료 내에서 스트레스 패턴 유발 조건들에 두고, 이에 의해 상기 2개의 대향하는 노출면들 사이의 소정 깊이에서 평면을 따라 상기 고상 재료의 파괴를 촉진하는 단계; 및
상기 2개의 보조층들을 제거하는 단계로서, 상기 파괴 깊이에서 종료하는 상기 고상 재료의 제 1 층과 함께 상기 제 1 보조층을 제거하고, 또한 초기에 제공된 상기 고상 재료에 대해서 상기 고상 재료의 제거된 제 1 층의 보완물인 상기 고상 재료의 제 2 층과 함께 상기 제 2 보조층을 제거하는 단계를 포함하고,
상기 고상 재료의 제거된 제 1 층의 노출면은 상기 2개의 보조층들의 스트레스 패턴의 중첩에 상응하는 표면 토폴로지를 가지며, 상기 고상 재료의 제거된 제 2 층의 노출면은 상기 고상 재료의 제거된 제 1 층의 상기 표면 토폴로지에 보완적인 표면 토폴로지를 갖고,
상기 고상 재료는 기판, 웨이퍼, 칩 및 디스크로 구성된 그룹에서 선택된 구조체를 포함하고, 상기 구조체는 기존의 마이크로 전자장치 및 마이크로 기계장치 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 방법.
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