WO2018108909A1 - Method for improving the surface quality of a surface resulting from a crack propagation - Google Patents

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WO2018108909A1
WO2018108909A1 PCT/EP2017/082423 EP2017082423W WO2018108909A1 WO 2018108909 A1 WO2018108909 A1 WO 2018108909A1 EP 2017082423 W EP2017082423 W EP 2017082423W WO 2018108909 A1 WO2018108909 A1 WO 2018108909A1
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solid
layer
polymer
filler
polishing
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PCT/EP2017/082423
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Wolfram Drescher
Marko Swoboda
Ralf Rieske
Christian Beyer
Jan Richter
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Siltectra Gmbh
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    • Y02P80/30Reducing waste in manufacturing processes; Calculations of released waste quantities

Definitions

  • the present invention relates in each case to a method for producing a solid-state layer, according to claim 12, to a method for increasing the surface quality of a surface exposed by a crack guide of an ingot or a wafer separated from the ingot or of a wafer separated solid fraction or the exposed by the separation of the solid content surface of the wafer and according to claim 14 on an ingot or a wafer.
  • a conventional wafer is finished before the final desired substrate thickness is achieved by removing the excess material in a final polishing and polishing step.
  • This circumstance is unfavorable for two reasons: on the one hand valuable material is lost in the grinding step, on the other hand the grinding / polishing step has the potential of damaging the substrate the potential for a total loss of the already processed components, which already accounts for a large part of the added value of the product Wafers included.
  • ingots are cut into individual wafers, the wafers and / or the ingot then being further treated.
  • the split surface particles can be separated from the surface, which are significantly larger than that of the abrasive.
  • SiC is also widely used as an abrasive because of its high hardness.
  • a diamond-based abrasive is used to grind SiC.
  • the object of the present invention to provide an improved process for producing solid state layers.
  • the improved manufacturing method should preferably reduce the material losses.
  • the aforementioned object is achieved by a method according to claim 1 for the preparation of a solid state layer.
  • the method according to the invention preferably comprises at least the steps of generating a multiplicity of modifications by means of laser beams inside a solid to form a release plane, introducing an external force into the solid for generating stresses in the solid, the external force being so strong that the stresses cause crack propagation to separate the solid layer from the solid along the release plane, treating the surface of the solid layer exposed by the separation of the surface to increase the strength of the inner structure of the solid layer and / or reduce the internal structure in a machining process the solid state layer acting mechanical stress, changing the surface quality of the treated surface of the solid state layer by polishing.
  • the method according to the invention preferably comprises at least the steps of generating a multiplicity of modifications by means of laser beams inside a solid to form a release plane, introducing an external force into the solid for generating stresses in the solid, the external force being so strong that the stresses a crack propagation to separate the solid state layer from the solid along the Tripping level, treating the surface of the residual solid exposed by the separation of the surface to increase the strength of the internal structure of the residual solids and / or reduce the mechanical stress acting on the internal structure of the residual solids in a machining process, changing the surface finish of the treated surface Solid state layer by polishing, re-generating a variety of modifications by means of laser beams inside a solid to form a further release plane, wherein the laser beams are introduced into the solid body via the polished surface, re-introducing an external force into the solid body to generate stresses in the solid wherein the external force is so strong that the stress causes crack propagation
  • Both aforementioned methods are based on the inventive idea that the propagation of microcracks in a machining step, such as grinding, polishing or lapping, should be limited or prevented, since such microcracks must be removed to obtain the required surface quality.
  • the average roughness of the treated surface should be less than 150 nm, in particular less than 100 nm or less than 80 nm or less than 50 nm or less than 20 nm.
  • the exposed surface is treated by machining, in particular ground or lapped.
  • This embodiment is advantageous because compared to a polishing treatment, a significantly faster removal of material can be realized.
  • the treatment for reducing the mechanical stress acting on the inner structure of the residual solid or the solid layer in the machining process comprises the arrangement of a filling material on the exposed surface, wherein at least in sections during grinding or polishing the filling material and the Solid material are removed at the same time.
  • the treatment for reducing the mechanical stress acting on the internal structure of the residual solids during the machining process may include reducing the surface roughness by means of etching, whereby the etching can be brought into contact with a tool for machining, in particular grinding or polishing Surface is enlarged. In both cases, the micro-crack propagation is limited or prevented.
  • one or more other chemical treatment methods and / or laser polishing laser-driven melting of the surface
  • the solid has or consists of SiC.
  • the treatment for increasing the strength of the internal structure of the solid layer or the residual solid may be effected according to a further preferred embodiment of the present invention by annealing or locally fusing or laser polishing.
  • This solution is advantageous because the material is "healed" prior to the machining, i.e. the microcracks close again, thereby improving the strength of the internal structure or limiting or preventing microcracking.
  • a solid-state starting material is preferably understood to be a monocrystalline, polycrystalline or amorphous material. Monocrystallines having a strongly anisotropic structure are preferred because of the strong anisotropic atomic binding forces.
  • the solid-state starting material preferably has a material or a combination of materials from one of the main groups 3, 4, 5 and / or subgroup 12 of the Periodic Table of the Elements, in particular a combination of elements of the 3rd, 4th, 5th main group and the subgroup 12th , such as zinc oxide or cadmium telluride.
  • the semiconductor starting material may include, for example, silicon, gallium arsenide GaAs, gallium nitride GaN, silicon carbide SiC, indium phosphide InP, zinc oxide ZnO, aluminum nitride AIN, germanium, gallium (III) oxide Ga203, alumina AI203 (sapphire), gallium phosphide GaP, indium arsenide InAs, indium nitride InN, aluminum arsenide AlAs or diamond.
  • the solid or the workpiece preferably comprises a material or a combination of materials from one of the main groups 3, 4 and 5 of the Periodic Table of the Elements, such as SiC, Si, SiGe, Ge, GaAs, InP, GaN, Al 2 O 3 ( Sapphire), AIN. Particularly preferably, the solid has a combination of the fourth, third and fifth group of the periodic table occurring elements.
  • Conceivable materials or combinations of materials are eg gallium arsenide, silicon, silicon carbide, etc.
  • the solid may have a ceramic (eg Al 2 O 3 - alumina) or consist of a ceramic, preferred ceramics are eg Perovskitkeramiken (such as Pb-, O-, Ti / Zr-containing ceramics) in general and lead magnesium niobates, barium titanate, lithium titanate, yttrium aluminum garnet, in particular yttrium aluminum garnet crystals for solid-state laser applications, surface acoustic wave (SAW) ceramics such as lithium niobate, gallium orthophosphate, Quartz, calcium titanate, etc. in particular.
  • the solid body thus preferably has a semiconductor material or a ceramic material or particularly preferably the solid body consists of at least one semiconductor material or a ceramic material.
  • the solid is preferably an ingot or a wafer.
  • the solid is particularly preferably a material which is at least partially transparent for laser beams. It is therefore still conceivable that the solid body has a transparent material or partially made of a transparent material, such as sapphire, or is made. Further materials which may be used here as solid material alone or in combination with another material include "wide band gap" materials, InAISb, high-temperature superconductors, in particular rare earth cuprates (eg YBa2Cu307) It is additionally or alternatively conceivable that the solid state is a photomask, wherein as photomask material in the present case, preferably any known to the filing date photomask material and more preferably combinations thereof can be used. Furthermore, the solid may additionally or alternatively comprise or consist of silicon carbide (SiC).
  • SiC silicon carbide
  • the modifications may represent a phase transformation of silicon carbide into silicon and carbon.
  • the laser application according to the invention preferably effects a substance-specific spatially resolved accumulation of the energy input, from which results a defined temperature control of the solid at a defined location or at defined locations as well as in a defined time.
  • the solid may consist of silicon carbide, whereby preferably a strongly localized tempering of the solid to a temperature of e.g. more than 2830 +/- 40 ° C is made. This tempering results in new substances or phases, in particular crystalline and / or amorphous phases, the resulting phases preferably being silicon (silicon) and DLC (diamond-like carbon) phases which are produced with significantly reduced strength. By this strength-reduced layer then gives the separation area or the Ablöseebene.
  • a receiving layer is arranged on an exposed surface of the composite structure for introducing the external force, wherein the receiving layer comprises a polymer material and the receiving layer for thermally, especially mechanically, generating stresses in the solid body, wherein the thermal Loading is a cooling of the receiving layer to a temperature below the ambient temperature, wherein the cooling takes place such that the polymer material of the receiving layer makes a glass transition and wherein the tensions a crack in the solid propagates along the Ablöseebene, the first solid layer of the solid separated or the external force is introduced by an application of the solid with ultrasound in the solid, wherein the solid in this case preferably in a filled with a liquid container ter is arranged.
  • This embodiment is advantageous since, in particular when using the receiving layer, a very precise application of force and thus crack initiation and / or crack guidance can be effected.
  • the abrasive or the material removal device can be modified, in particular, a fine Granulation of the abrasive can be provided or suitable grinding parameters such as speeds / delivery rate u. ⁇ . Be specified.
  • the modifications are preferably produced by means of a multiphoton excitation, in particular a two-photon excitation, wherein initially a multiplicity of base modifications are produced on an at least partially homogeneously extending, in particular curved, line, in particular in the homogeneously extending section become.
  • the base modifications are preferably generated with predefined process parameters, the predefined process parameters preferably comprising the energy per shot and / or the shot density, wherein at least one value of these process parameters and preferably both values or all values of these process parameters or more than two values of these process parameters Depending on the crystal lattice stability of the solid, the value being selected such that the crystal lattice remains intact around the respective base modifications, further generating trigger modification for triggering subcritical cracks, wherein at least one process parameter for generating the trigger modifications of at least a process parameter for generating the base modifications is different, preferably, a plurality of process parameters are different from each other, and / or the trigger modifications are generated in a direction that is to the direction of the line, s the base modifications are generated, inclined or spaced, with the subcritical cracks spreading less than 5mm.
  • the solid-state material is silicon, wherein the numerical aperture is between 0.5 and 0.8, in particular 0.65, and the irradiation depth is between 200 and 400 ⁇ m, in particular at ⁇ , the pulse spacing is between 1 ⁇ m and 5 ⁇ m. especially at 2pm, is the line spacing between 1 ⁇ and ⁇ , especially at 2 ⁇ , the pulse duration between 50ns and 400ns, especially at 300ns, and the pulse energy between 5 ⁇ and 15 ⁇ , especially at 10 ⁇ , is.
  • the solid-state material is SiC, the numerical aperture being between 0.5 and 0.8, in particular at 0.4, and the irradiation depth between 100 ⁇ m and 300 ⁇ m, in particular at 180 ⁇ m, the pulse spacing is between 0.1 ⁇ m and 3 ⁇ m , In particular at 1 ⁇ , is the line spacing between 20 ⁇ and ⁇ ⁇ , especially at 75 ⁇ , the pulse duration between 1 ns and 10ns, especially at 3ns, and the pulse energy between 3 ⁇ and ⁇ 5 ⁇ J, especially at 7 ⁇ , is.
  • the receiving layer according to a further preferred embodiment of the present invention consists massively at least predominantly and preferably completely of the polymer material, wherein the glass transition of the polymer material is between -100 ° C and 0 ° C, in particular between -85 ° C and -10 ° C or between 80 ° C and -20 ° C or between -65 ° C and -40 ° C or between -60 ° C and -50 ° C.
  • the polymeric material of the receiving layer is or consists of a polymer hybrid material forming a polymer matrix having a filler in the polymer matrix, the polymer matrix preferably being a polydimethylsiloxane matrix and wherein the mass fraction of the polymer matrix on the polymer hybrid material is preferably 80% to 99% and particularly preferably 90% to 99%.
  • a polymer hybrid material is specified for use in a splitting method in which at least two solid sections are produced from a solid starting material.
  • the polymer hybrid material according to the invention comprises a polymer matrix and at least one first filler embedded therein.
  • the filler may comprise a mixture of different materials, e.g. As metal particles and inorganic fibers.
  • the polymer matrix may be formed as an elastomer matrix, preferably as a polydiorganosiloxane matrix, particularly preferably as a polydimethylsiloxane matrix.
  • elastomer matrix preferably as a polydiorganosiloxane matrix, particularly preferably as a polydimethylsiloxane matrix.
  • Such polymer materials are particularly easy to use as a matrix material in combination with fillers, since the properties can be flexibly adjusted due to the variable degree of crosslinking and adapted to the respective filler and the solid-state starting material to be divided.
  • the mass fraction of the polymer matrix on the polymer hybrid material is 80% to 99%, 10 preferably 90% to 99%.
  • the first filler may be of organic or inorganic nature and consist of both a chemical element and a chemical compound or a mixture of substances, for example an alloy.
  • the first filler is constructed to act as a reactant, initiator, catalyst, or promoter during debonding of the polymer hybrid material from the solid section after division acts and thereby compared to a polymer material without first filler leads to a faster detachment of the polymer hybrid material from the solid state part after the division.
  • the specific chemical composition and configuration of the first filler and its mass fraction is dependent in particular on the specific material of the polymer matrix, which is to be detached, the solvent used for this and the reactants used. Furthermore, the material of the solid state starting material and the dimensions of the solid state starting material to be divided also play a role.
  • the concrete proportion of the first filler in the polymer matrix is highly dependent on the material of the filler and its mode of action. On the one hand, despite its filler, the polymer matrix must be able to do justice to its task of generating stresses. On the other hand, the proportion of the first filler must be high enough to achieve the desired effect on the polymer removal.
  • the respective optimum mass fraction of the first filler can be determined by the person skilled in the art within the scope of simple experiments carried out in a concentration-dependent manner.
  • a further filler such as fumed silica contribute in the form of an inorganic network in the polymer.
  • fumed silica contribute in the form of an inorganic network in the polymer.
  • less strong interactions can contribute to the improvement through purely hydrodynamic enhancements.
  • a targeted increase in viscosity should be mentioned, which enables improved processing in the splitting method and thus can contribute to improved manufacturing tolerances.
  • the first filler in a polymer hybrid material is used to accelerate the detachment of the polymer hybrid material from a solid part divided by division by means of a splitting method in which a solid starting material is divided into at least two solid sections. is used.
  • the first filler may be distributed in the polymer matrix such that the mass fraction of the first filler in the direction of the outer, ie lower, interface of the polymer hybrid material, which is connected to the solid state starting material during the splitting process decreases parallel to the lower interface arranged further interface of the polymer hybrid material decreases.
  • the mass fraction of the filler near the solid state starting material or section is greater than in the other regions of the polymer hybrid material.
  • This distribution of the first filler allows a particularly effective removal of the polymer hybrid material after the separation, since the first filler is close to the interface with the solid section and can exert its effect there.
  • the remaining areas of the polymer-hybrid material have less or no proportions of the first filler, so that the function of the polymer is influenced as little as possible.
  • the polymer hybrid material is layered, wherein only one of the solid state starting material facing layer has the first filler, while the remaining polymer hybrid material is free of the first filler.
  • a lower portion of the polymer hybrid material adjacent to its lower interface may be free of the first filler.
  • a range sequence may result as follows: Adjacent to the solid state starting material there is first an area without first filler, followed by an area with a high proportion of first filler and then an area with a low proportion of first filler or without first filler.
  • the region extends predominantly parallel to the interface of the solid state starting material to which the polymer hybrid material is applied and has a longitudinal and transverse extent at least in the region of this interface.
  • a lower region without a first filler may be provided, in particular, in the event that the first filler worsens the adhesion of the polymer hybrid material to the solid state starting material.
  • an area without a first filler is first arranged, followed by an area with a high proportion of the first filler, so that the first filler can fulfill its function.
  • a lower layer without a first filler can, for example, have a thickness of between 10 ⁇ m and 500 ⁇ m, for example 100 ⁇ m.
  • an upper portion of the polymer hybrid material adjacent to its upper interface may be free of the first filler.
  • the upper interface is meant the interface which confines the polymer-hybrid material opposite the lower interface and the solid state starting material to the environment.
  • Lower and upper interfaces can be arranged parallel to each other.
  • Such an upper region without a first filler may be provided in particular if the first filler adversely affects the heat transfer between the environment and the polymer hybrid material, for example if the cooling of the polymer hybrid material were to be delayed.
  • the first filler may comprise or consist of a material capable of reacting with a reactant, preferably an oxidant, to release a gaseous product.
  • cavities can be generated in the polymer matrix, which allow for faster access of the reactants and solvents to the polymer matrix and any sacrificial layer present and, moreover, effect a faster removal of the educts and dissolved constituents.
  • the cavity density can be selectively influenced in the boundary region between the solid body section and the polymer hybrid material or between the sacrificial layer and the polymer hybrid material.
  • the first filler may comprise a metal, in particular aluminum, iron, zinc and / or copper or consist of a metal, in particular the aforementioned metals.
  • Consisting of includes all materials referred to herein that may contain technologically-caused impurities or technologically-caused admixtures, which are useful, for example, for the preparation of the fillers and their distribution or attachment to the polymer matrix.
  • Metallic fillers can react with oxidizing agents such as hydrochloric acid, nitric acid, citric acid, formic acid or sulfamic acid to release a react gaseous product and thereby be removed from the polymer-hybrid material.
  • oxidizing agents such as hydrochloric acid, nitric acid, citric acid, formic acid or sulfamic acid to release a react gaseous product and thereby be removed from the polymer-hybrid material.
  • the reaction of zinc as a filler by reaction with concentrated hydrochloric acid leads to the formation of 5 additional cavities: Zn + 2 HCI! ZnCl 2 + H2
  • the generation of hydrogen introduces additional driving forces which are responsible for the removal of the polymer.
  • the first filler may improve the thermal conductivity within the polymer hybrid material, for example, by having the first filler having a higher thermal conductivity than the polymer of the polymer matrix. This may be the case, for example.
  • Another advantage in the case where the first filler comprises a metal is the improved thermal diffusivity within the polymer hybrid material. As a result of improved thermal conductivity, the stresses generated by the cooling of the solid state starting material can be more effectively, i. H. be faster and with less consumption of coolant, be generated. Increasing this can increase the overall yield of the splitting process.
  • a second filler can be provided in the polymer hybrid material which increases the adhesion of the polymer hybrid material on the solid state starting material compared to a polymer hybrid material without a second filler.
  • the adhesion is increased compared to a polymer material without filler.
  • the second filler may be a filler that can be activated by plasma.
  • Plasma activation results in new surface species that can be made to interact more strongly with the surface of the solid starting material and, as a result, improve the adhesion of the polymer hybrid material.
  • the type of surface species achievable by the plasma treatment is primarily dependent on the process control of the plasma process.
  • gases such as nitrogen, oxygen, silanes or chlorosilanes can be added, so that, for example, polar groups are formed which can interact more strongly with the surface of the solid starting material.
  • the second filler may be distributed in the polymer matrix 15 such that the mass fraction of the second filler increases toward the lower interface.
  • the polymer-hybrid material may contain the second filler only in a region adjacent to the lower interface, which region may also be formed as a layer in the sense of the above definition.
  • the second filler may comprise core-shell polymer particles or core-shell polymer particles.
  • the second filler may be prepared by means of low temperature plasma, e.g. Cold plasma, be activated.
  • the plasma can be generated by means of dielectric barrier discharge (DBE).
  • DBE dielectric barrier discharge
  • electron densities in the range of 1014 to 1016 m-3 can be generated.
  • the average temperature of DBE-generated "cold" non-equilibrium plasma (plasma volume) is about 300 ⁇ 40K at ambient pressure
  • the average temperature of DBE-generated nonthermal plasma is about 70 ° C at ambient pressure.
  • the surface is subjected to uni- or bipolar pulses with pulse durations from a few microseconds to a few tens of nanoseconds and amplitudes in the single-digit to double-digit kilovolt range.
  • no metallic electrodes in the discharge space and thus no metallic impurities or electrode wear are to be expected.
  • Dielectric surfaces can be modified at low temperatures and chemically activated. The surface modification can be carried out, for example, by an interaction and reaction of the surface species by ion bombardment.
  • gases such as nitrogen, oxygen, hydrogen, silanes or chlorosilanes, z.
  • gases such as nitrogen, oxygen, hydrogen, silanes or chlorosilanes, z.
  • gases such as nitrogen, oxygen, hydrogen, silanes or chlorosilanes, z.
  • gases such as nitrogen, oxygen, hydrogen, silanes or chlorosilanes, z.
  • the second filler can furthermore be activatable by means of corona treatment, flame treatment, fluorination, ozonation or UV treatment or eximer irradiation.
  • polar groups are generated on the surface of the second filler which can interact with the surface of the solid state starting material to improve adhesion.
  • the polymer hybrid material may further comprise a third filler as compared to a polymer hybrid material having a first or to a polymer hybrid material having a first and a second filler.
  • This third filler has a higher thermal conductivity and / or a higher modulus of elasticity compared to the polymer of the polymer matrix.
  • the modulus of elasticity of the polymer is at low-temperature conditions in the lower single-digit gigapaseal range (about 1 -3 GPa), while, for example, metallic fillers have an E-modulus in the two-digit to three-digit gigapaseal range.
  • a percolating filler network is possible, allowing for improved "force coupling" into the solid state starting material.
  • the percolation is significantly influenced by the volumetric fill level of the respective fillers (eg 0.1% by volume, 130% by volume to 10% by volume depending on the aspect ratio).
  • the viscoelastic layer structure of the polymer structure can be immersed and several percolation paths become effective.
  • improved heat transfer can be made possible because it can lead to improved contact of the fillers with the surface of the solid state starting material.
  • the third filler can provide improved heat transfer between the environment and polymer hybrid material and faster thermal conduction within the polymer hybrid material, so that the polymer hybrid material can be cooled faster and the splitting process performed faster overall and thus more effectively can be.
  • the third filler can also be used to influence the thermal expansion coefficient.
  • the aim is to maximize the difference between the coefficients of thermal expansion of the polymer hybrid material and the solid state starting material to be divided in order to generate additional stresses necessary for the division.
  • the third filler has a high thermal expansion coefficient, d. H. an expansion coefficient higher than that of the polymer matrix.
  • the thermal expansion coefficient of the third filler may be more than 300 ppm / K.
  • the third filler may be distributed in the polymer matrix such that the mass fraction of the third filler increases toward the upper interface to allow faster heat transfer, particularly at the interface to the environment.
  • the third filler may comprise a metal, in particular aluminum, iron, zinc and / or copper, or consist of one of the metals mentioned.
  • Metals are generally characterized by high thermal conductivity and thermal conductivity.
  • the described fillers may be distributed in particulate form in the polymer matrix, wherein the particle size in the ⁇ and nm range, based on at least one dimension of the particle, may be.
  • the filler particles can also assume other configurations, for example a rod-shaped or disc-shaped form.
  • the filler particles can have all particle size distributions, for example monomodal or bimodal, narrow, in particular monodisperse, or broad.
  • the fillers can be attached to the polymer matrix both physically, e.g. B. by embedding in the polymer network, as well as be chemically attached.
  • one or more of the fillers inorganic or organic fibers, for example carbon, glass, basalt or aramid fibers, include or consist of such, provided that the functions described above are compatible.
  • another filler may be added comprising or consisting of said fibers.
  • Fibers usually have strongly anisotropic properties.
  • By a direction-dependent positioning of the filler in the polymer-hybrid material there is the possibility of a targeted influencing the necessary for the division of the solid state starting material voltages. This can help increase the overall yield of the splitting process.
  • An additional advantage, in the case where an organic or inorganic filler is used as a pulp having a highly anisotropic structure, is that it can achieve an improvement in mechanical properties within the polymer-hybrid material.
  • the described fillers may also comprise or consist of core-shell particles. Additionally or alternatively, a further filler may be provided comprising or consisting of core-shell particles in the polymer hybrid material.
  • core-shell polymer particles in addition to an improved activatability also allows a new design of energy-absorbing mechanisms, which in total to an impact and fracture toughness increase, in particular an increase in the low-temperature impact strength of the polymer hybrid material when used in splitting Method and thus can also contribute to a higher overall yield of the splitting method. For example, a mechanical destruction of a film of a polymer hybrid material may be less likely to occur, so that the possibility of reuse of the film may be promoted.
  • Core-shell particles are characterized by the fact that a generally spherical core of a material is surrounded by a shell of a second material.
  • the shell can either complete the core envelop or be permeable.
  • the materials may be both inorganic materials, such as. As metals, or organic materials such.
  • As polymers act. For example, two different metals can be combined with each other. But it is also possible to surround a core of a polymer with a shell of a metal or a second polymer.
  • Core-shell particles allow the combination of the properties of the first and second materials. For example, via an inexpensive polymer core the
  • Particle size distribution also allows the properties of the core-shell particles to be accurately predicted and adjusted.
  • one or more fillers may be carbon in the form of carbon black, graphite, chopped carbon fibers, carbon nanofibers, preferably in the form of carbon nanotubes.
  • carbon nanotubes, CNT such as multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) as well as single-walled carbon nanotubes (SWCNT), comprise or consist of these.
  • Carbon nanotubes are cylindrical graphite sheets made up of a different number of cylinders.
  • SWCNT singlewalled carbon nanotubes
  • DWCNT double-waled
  • MWCNT multi-walied carbon nanotubes
  • the third filler MWCNTs include or consist of these, since they have a particularly high thermal conductivity (> 3000 W * (m * K) -1) and at the same time have a very high tensile strength in the range of 5-60 GPa.
  • the high mechanical stability is reflected in high tear values, extreme elasticity and a very good durability of the filler.
  • the cylinder diameters of MWCNT are typically in the range of 1 nm to 100 nm, preferably from 5 to 50 nm, with a length of 500 nm to 1000 ⁇ .
  • the third filler may comprise MWCNT and at the same time the second and / or first filler may comprise or consist of carbon black, since here too an improvement of the thermal conductivity (eg up to 200 W * (m * K) -1) can be achieved. Since the use of exemplary carbon black having a significantly lower tensile strength with values of ⁇ 0.4 GPa, a combination of both or other fillers is possible and can lead to an improvement in the Automatplitausbeute and to improve the overall costs in the splitting process.
  • the thermal conductivity eg up to 200 W * (m * K) -1
  • the fillers may comprise or consist of silica, for example fumed silica.
  • a further filler comprising or consisting of silicic acid may be provided in the polymer hybrid material.
  • Pyrogenic silica can form a three-dimensional network and thereby contribute to the improvement of mechanical stability.
  • a filler can serve to selectively adjust the mechanical properties of the polymer hybrid material.
  • One or more of the said fillers may be of the same material, as long as this is compatible with the function attributed to them.
  • both the first and the third filler comprise aluminum or consist of aluminum.
  • aluminum can be used both to generate cavities and thus to accelerate the detachment of the polymer hybrid material from the solid body section and to increase the thermal conductivity. Such a configuration simplifies the manufacturing process, since it may be sufficient to add only one or two fillers to perform all functions.
  • First and second and possibly third filler can also consist of different materials. This allows an individual and thus better adaptation of the filler to the desired function.
  • a film of the invention comprises a polymer hybrid material as described above.
  • the film may have a thickness of, for example, 0.5 to 5 mm.
  • An inventive polymer hybrid material or a film according to the invention is applied to at least this surface so that a corresponding composite structure results.
  • the applied polymer-hybrid material or the applied film are also referred to below as recording layer.
  • the thickness of such a receiving layer can be, for example, between 0.5 mm and 5 mm, in particular between 1 mm and 3 mm.
  • the polymer hybrid material or the film can also be applied to a plurality of exposed surfaces, in particular to surfaces arranged parallel to one another.
  • the thermal exposure preferably means that the receiving layer is cooled below the ambient temperature and preferably below 10 ° C and more preferably below 0 ° C and more preferably below -10 ° C or below -40 ° C.
  • the cooling of the receiving layer is most preferably such that at least a part of the receiving layer completes a glass transition.
  • the cooling can be a cooling to below -100 ° C, the z. B. by means of liquid nitrogen is effected.
  • This embodiment is advantageous because the receiving layer contracts as a function of the temperature change and / or undergoes a glass transition and the resulting forces are transferred to the solid state starting material, whereby mechanical stresses can be generated in the solid, which trigger a crack and / or or crack propagation, wherein the crack first propagates along the first release plane to cleave the solid layer.
  • the polymer-hybrid material or the film is removed from the solid-state section, for example by a chemical reaction, a physical detachment process and / or mechanical removal.
  • the detachment process of the polymer hybrid material from the solid section can at moderate ambient temperature, for. B. in the range of 20 ° C to 30 ° C, preferably in the higher temperature range of 30 ° C to 95 ° C, z. B. from 50 ° C to 90 ° C, or for example in a lower temperature range between 1 ° C and 19 ° C.
  • the elevated temperature range may allow for shortening of a chemical release reaction due to an increase in the reaction rate, e.g. B. in the case of Use of a sacrificial layer between the polymer hybrid material and the solid.
  • the detachment may take place in aqueous solution, advantageously at a pH in the range 2-6.
  • the dissolution process may take the form of a treatment with a solution of a suitable apolar solvent, for example Ambient temperatures in the range of 1 ° C to 50 ° C are preferred and from 20 ° C to 40 ° C are particularly preferred.
  • a particular advantage here is the detachment without a temperature effect on the film.
  • This can advantageously aliphatic and aromatic hydrocarbons such.
  • As carbon tetrachloride, are applied.
  • additional forces can be introduced into the polymer hybrid material to be detached and the boundary surface to the solid body section, since a solvent treatment can cause a very strong reversible swelling of the polymer-hybrids material, whereby the detachment is simplified as a whole.
  • a combination 25 with the above-described detachment mechanism of the sacrificial layer and the treatment with a suitable non-polar solvent can be carried out - also without affecting the temperature of the film.
  • a stabilizing layer for limiting deformation of the exposed layer or components may be disposed or created on the exposed layer or exposed components of the resulting composite structure, the deformations resulting from the mechanical stresses introduced by the receptacle layer.
  • the side with components is thus preferably protected and held (eg against warping of the substrate or the solid and gray space conditions). This can be done via soluble polymers (organics) or holding layers.
  • This embodiment is advantageous because it limits interactions with, for example, small mem- brane structures.
  • the surface finish of a wafer-finished wafer is usually not regular, which can lead to field swell and local surface damage if it is moved too sharply or abruptly.
  • this embodiment represents a solution which provides good protection of the solid state layer and the layers and / or components arranged thereon and / or produced, in particular against mechanical damage or destruction.
  • the aforementioned object is also achieved according to the invention by a method according to claim 12 for increasing the surface quality of a surface exposed by a crack guide of an ingot or a wafer separated from the ingot or a solid portion separated from a wafer or the surface of the wafer exposed by the separation of the solid portion solved.
  • This method preferably comprises at least the steps of: treating the surface of the solid-state layer exposed by the separation of the surface to increase the strength of the inner structure of the solid-state layer and / or reducing the mechanical stress acting on the inner structure of the solid-state layer during a machining process and modifying the Surface finish of the treated surface of the solid state layer by polishing.
  • the treatment for reducing the mechanical stress acting on the inner structure of the residual solids comprises a reduction of the surface roughness by means of etching, wherein the etching increases the area to be contacted with a tool for machining, in particular grinding or polishing or the treatment for increasing the strength of the internal structure of the solid-state layer is effected by annealing or local fusing or laser polishing.
  • the present invention still relates to a wafer or ingot which is produced by a previously mentioned method, wherein the treated surface shines, in particular an average roughness of less than 150 nm, in particular less than 100 nm or less than 80 nm or less 50nm or less than 20nm.
  • An inventive effect on the ingot is that this is much more economical, since thinner wafers can be split off and result in less material losses in the preparation of the ingot for further solid-state layer separation.
  • FIG. 1a the change of a solid modified by tempering
  • FIG. 1b shows the potential for savings in the case of a modified solid by means of tempering compared to an unmodified solid in which the microcracks can propagate further;
  • Fig. 2 shows a comparison of three grinding processes and the respective
  • Fig. 1a shows an example of an annealing step for removing subsurface damage. It can be seen that after the annealing step, a large number or the majority or all of the microcracks 1 could be healed out of the solid.
  • FIG. 1 b shows the resulting material removal by means of a Materialabtrage Sk 10 resulting material savings 1 1 compared to an untreated solid.
  • Fig. 2 shows in (1) a grinding process without intermediate step and surface treatment. During this grinding process, cracks or microcracks 2 caused by the separation from the donor substrate are driven as longer cracks or microcracks 4 into the depth of the solid body 1 during grinding, which cause additional grinding and therefore additional grinding losses.
  • a grinding process is shown in which an application of a protective layer 8 for filling the surface contours is made.
  • the filling of the surface or of microcracks can be done with a coating or additional materials, which mitigates or prevents sharp edges and thus breakouts and crack growth during grinding.
  • the protective layer 8 thus causes an inhibition of the crack growth during Sanding and / or avoid breakouts on sharp edges. It can be seen that the forces mechanically introduced into the solid body 1 during grinding are locally lower than without a protective layer 8, since the contact area between chip removal device 10, in particular grinding tool or grinding device, and the solid surface is greater. Compared with a grinding process without prior treatment, the material savings indicated schematically by the reference numeral 12 can be realized.
  • the process of cleaving solid state layers of solids to minimize surface roughness is optimized to obtain the smallest possible thickness variation of the final wafer and thereby minimize grinding / polishing losses.

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Abstract

The invention relates to a method for producing a solid body layer (4). Said method comprises at least the following steps: producing a plurality of modifications (9) by means of laser beams in the interior of a solid body (1) to form a detaching plane (8), introducing an external force into the solid body (1) to generate tensions in the solid body (1), wherein the external force is so strong that the tensions effect a crack propagation to separate the solid body layer from the solid body along the detaching plane (8), treating the surface of the solid body layer, which is exposed by the separating of the surface, in order to increase the strength of the interior structure of the solid body layer and/or to reduce the mechanical load taking effect on the inner structure of the solid body layer (4) during a machining process, and modifying the surface quality of the treated surface of the solid body layer (4) by means of polishing.

Description

VERFAHREN ZUR VERBESSERUNG DER OBERFLÄCHENGÜTE EINER SICH INFOLGE EINER RISSAUSBREITUNG ERGEBENDEN OBERFLÄCHE  METHOD FOR IMPROVING THE SURFACE QUALITY OF A SURFACE RESULTING FROM A TISSUE DISTRIBUTION
Die vorliegende Erfindung bezieht sich gemäß den Ansprüche 1 und 2 jeweils auf ein Verfahren zur Herstellung einer Festkörperschicht, gemäß Anspruch 12 auf ein Verfahren zur Erhöhung der Oberflächengüte einer mittels einer Rissführung freigelegten Oberfläche eines Ingots oder eines von dem Ingot abgetrennten Wafers oder eines von einem Wafer abgetrennten Festkörperanteils oder der durch das Abtrennen des Festkörperanteils freigelegten Oberfläche des Wafers und gemäß Anspruch 14 auf einen Ingot oder einen Wafer. The present invention relates in each case to a method for producing a solid-state layer, according to claim 12, to a method for increasing the surface quality of a surface exposed by a crack guide of an ingot or a wafer separated from the ingot or of a wafer separated solid fraction or the exposed by the separation of the solid content surface of the wafer and according to claim 14 on an ingot or a wafer.
Eine Reihe von Bauelementen der Halbleiterindustrie werden auf gedünnten Festkörperschichten bzw. Substraten benötigt. Da dünne Substrate jedoch in den üblichen Prozessen schwer handhabbar sind und auch Wafer mit herkömmlichen Drahtsägeprozessen nur bis zu einer spezifischen Dicke hergestellt werden können, ist die häufigste Form der Herstellung von solchen Bauteilen auf dünnen Substraten das Wegschleifen oder Rückseitendünnen des Substrats nach fertiger Prozessierung. A number of components of the semiconductor industry are needed on thinned solid layers or substrates. However, since thin substrates are difficult to handle in conventional processes, and also wafers can only be made to a specific thickness with conventional wire sawing processes, the most common form of fabrication of such components on thin substrates is the grinding away or backside thinning of the substrate after final processing.
Hierbei wird ein herkömmlicher Wafer zu Ende prozessiert, bevor in einem Schleif- und Polierschritt am Ende die finale gewünschte Substratstärke durch Entfernen des überschüssigen Materials hergestellt wird. Dieser Umstand ist aus zwei Gründen unvorteilhaft: zum einen geht zum Teil wertvolles Material im Schleifschritt verloren, zum anderen birgt der Schleif-/Polierschritt das Potenzial durch Beschädigung des Substrats das Potenzial für einen Totalverlust der bereits prozessierten Bauteile, die bereits einen Großteil der Wertschöpfung des Wafers enthalten. Here, a conventional wafer is finished before the final desired substrate thickness is achieved by removing the excess material in a final polishing and polishing step. This circumstance is unfavorable for two reasons: on the one hand valuable material is lost in the grinding step, on the other hand the grinding / polishing step has the potential of damaging the substrate the potential for a total loss of the already processed components, which already accounts for a large part of the added value of the product Wafers included.
Ferner werden Ingots in einzelne Wafer zerteilt, wobei die Wafer und/oder der Ingot anschließend weiter behandelt werden. Furthermore, ingots are cut into individual wafers, the wafers and / or the ingot then being further treated.
Ein weiteres Verfahren zum Dünnen von Festkörpern wird durch die Druckschrift W02914/177721 A1 offenbart. Gemäß diesem Verfahren wird eine Polymerschicht auf einem Festkörper angebracht. Du eine Temperierung der Polymerschicht werden dann Spannungen im Festkörper erzeugt, durch welche eine Festkörperschicht vom verbleibenden Festkörper abgetrennt wird. Nach jedem rissbasierten Trennen und bei ähnlichen Trennverfahren ist eine Oberflächenbehandlung nötig. Hierbei werden die Laserstrukturen und Oberflächenrauhigkeiten/-defekte aus dem letzten Verfahrensschritt entfernt und eine polierte Oberfläche von optischer Güte hergestellt. Another method of thinning solids is disclosed by document WO2914 / 177721 A1. According to this method, a polymer layer is applied to a solid. You tempering the polymer layer voltages are then generated in the solid, through which a solid layer is separated from the remaining solid. After every crack-based separation and similar separation processes, a surface treatment is necessary. Here, the laser structures and surface roughness / defects are removed from the last process step and a polished surface of optical quality is produced.
Je mehr Material in diesem Schritt entfernt werden muss um das Werkstück fertig zu prozessieren, desto schlechter ist die Ausbeute vom Rohmaterial (Ingot/Boule) insgesamt. The more material that has to be removed in this step to finish processing the workpiece, the worse the overall raw material (ingot / boule) yield.
Insbesondere beim ersten Eingriff des Schleifrades mit der Splitoberfläche können Partikel aus der Oberfläche herausgetrennt werden, die deutlich größer als die des Schleifmittels sind. (SiC wird wegen seiner hohen Härte auch häufig als Schleifmittel verwendet. Für das Schleifen von SiC wird ein Schleifmittel auf Diamantbasis eingesetzt.) Diese Partikel können dann Folgeschäden am Wafer durch tiefe Kratzer oder Schleifmarken erzeugen. In particular, at the first engagement of the grinding wheel with the split surface particles can be separated from the surface, which are significantly larger than that of the abrasive. (SiC is also widely used as an abrasive because of its high hardness.) A diamond-based abrasive is used to grind SiC.) These particles can then generate consequential damage to the wafer through deep scratches or grind marks.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Festkörperschichten bereitzustellen. Das verbesserte Herstellverfahren soll bevorzugt die Materialverluste reduzieren. It is thus the object of the present invention to provide an improved process for producing solid state layers. The improved manufacturing method should preferably reduce the material losses.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Herstellung einer Festkörperschicht gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei bevorzugt mindestens die Schritte: Erzeugung einer Vielzahl an Modifikationen mittels Laserstrahlen im Inneren eines Festkörpers zum Ausbilden einer Ablöseebene, Einleiten einer äußeren Kraft in den Festkörper zum Erzeugen von Spannungen in dem Festkörper, wobei die äußere Kraft so stark ist, dass die Spannungen eine Rissausbreitung zum Abtrennen der Festkörperschicht von dem Festkörper entlang der Ablöseebene bewirkt, Behandeln der durch das Abtrennen der Oberfläche freigelegten Oberfläche der Festkörperschicht zum Erhöhen der Festigkeit der inneren Struktur der Festkörperschicht und/oder zur Reduzierung der bei einem spanenden Verfahren auf die innere Struktur der Festkörperschicht wirkenden mechanischen Belastung, Verändern der Oberflächengüte der behandelten Oberfläche der Festkörperschicht mittels Polieren. The aforementioned object is achieved by a method according to claim 1 for the preparation of a solid state layer. The method according to the invention preferably comprises at least the steps of generating a multiplicity of modifications by means of laser beams inside a solid to form a release plane, introducing an external force into the solid for generating stresses in the solid, the external force being so strong that the stresses cause crack propagation to separate the solid layer from the solid along the release plane, treating the surface of the solid layer exposed by the separation of the surface to increase the strength of the inner structure of the solid layer and / or reduce the internal structure in a machining process the solid state layer acting mechanical stress, changing the surface quality of the treated surface of the solid state layer by polishing.
Zusätzlich oder alternativ wird das zuvor genannte Problem durch ein Verfahren gemäß Anspruch 2 zur Herstellung einer Festkörperschicht gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei bevorzugt mindestens die Schritte: Erzeugung einer Vielzahl an Modifikationen mittels Laserstrahlen im Inneren eines Festkörpers zum Ausbilden einer Ablöseebene, Einleiten einer äußeren Kraft in den Festkörper zum Erzeugen von Spannungen in dem Festkörper, wobei die äußere Kraft so stark ist, dass die Spannungen eine Rissausbreitung zum Abtrennen der Festkörperschicht von dem Festkörper entlang der Ablöseebene bewirkt, Behandeln der durch das Abtrennen der Oberfläche freigelegten Oberfläche des Restfestkörpers zum Erhöhen der Festigkeit der inneren Struktur des Restfestkörpers und/oder zur Reduzierung der bei einem spanenden Verfahren auf die innere Struktur des Restfestkörpers wirkenden mechanischen Belastung, Verändern der Oberflächengüte der behandelten Oberfläche der Festkörperschicht mittels Polieren, erneutes Erzeugung einer Vielzahl an Modifikationen mittels Laserstrahlen im Inneren eines Festkörpers zum Ausbilden einer weiteren Ablöseebene, wobei die Laserstrahlen über die polierte Oberfläche in den Festkörper eingeleitet werden, erneutes Einleiten einer äußeren Kraft in den Festkörper zum Erzeugen von Spannungen in dem Festkörper, wobei die äußere Kraft so stark ist, dass die Spannungen eine Rissausbreitung zum Abtrennen einer weiteren Festkörperschicht von dem Festkörper entlang der Ablöseebene bewirkt. Additionally or alternatively, the aforementioned problem is solved by a method according to claim 2 for producing a solid state layer. The method according to the invention preferably comprises at least the steps of generating a multiplicity of modifications by means of laser beams inside a solid to form a release plane, introducing an external force into the solid for generating stresses in the solid, the external force being so strong that the stresses a crack propagation to separate the solid state layer from the solid along the Tripping level, treating the surface of the residual solid exposed by the separation of the surface to increase the strength of the internal structure of the residual solids and / or reduce the mechanical stress acting on the internal structure of the residual solids in a machining process, changing the surface finish of the treated surface Solid state layer by polishing, re-generating a variety of modifications by means of laser beams inside a solid to form a further release plane, wherein the laser beams are introduced into the solid body via the polished surface, re-introducing an external force into the solid body to generate stresses in the solid wherein the external force is so strong that the stress causes crack propagation to separate another solid layer from the solid along the release plane.
Beiden zuvor genannten Verfahren liegt die erfinderische Idee zu Grunde, dass die Ausbreitung von Mikrorissen bei einem spanenden Behandlungsschritt, wie dem Schleifen, Polieren oder Läppen, begrenzt oder verhindert werden soll, da derartige Mikrorisse zum Erhalt der erforderlichen Oberflächengüte entfernt werden müssen. Die mittlere Rauheit der behandelten Oberfläche soll dabei weniger als 150nm, insbesondere weniger als 100nm oder weniger als 80nm oder weniger als 50nm oder weniger als 20nm betragen. Both aforementioned methods are based on the inventive idea that the propagation of microcracks in a machining step, such as grinding, polishing or lapping, should be limited or prevented, since such microcracks must be removed to obtain the required surface quality. The average roughness of the treated surface should be less than 150 nm, in particular less than 100 nm or less than 80 nm or less than 50 nm or less than 20 nm.
Dies ist einerseits in Hinblick auf die freigelegte Oberfläche der abgetrennten Festkörperschicht erforderlich, da diese z.B. zum Einleiten weitere Laserstrahlung zum späteren Dünnen oder zum Erzeugen oder Anordnen von weiteren Schichten und/oder Bauteilen dienen soll. Für die freigelegte Oberfläche des nach dem Abtrennen der Festkörperschicht verbleibenden Restfestkörpers ist dies andererseits sinnvoll, da weitere Laserstrahlen über die freigelegte Oberfläche zum Abtrennen einer weiteren Festkörperschicht in den Restfestkörper eingeleitet werden sollen. This is necessary on the one hand with regard to the exposed surface of the separated solid layer, since this is e.g. for initiating further laser radiation for later thinning or for producing or arranging further layers and / or components to serve. On the other hand, this makes sense for the exposed surface of the residual solid remaining after the separation of the solid-body layer, since further laser beams are to be introduced via the exposed surface for separating a further solid-state layer into the residual solid.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibungsteile und der Unteransprüche. Further preferred embodiments of the present invention are the subject of the following description parts and the subclaims.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vor dem Polieren und nach dem Behandeln die freigelegte Oberfläche spanend behandelt, insbesondere abgeschliffen oder geläppt. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da gegenüber einer Polierbehandlung ein deutlich schnellerer Materialabtrag realisiert werden kann. Es ist ferner im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich die infolge einer spanenden Behandlung, insbesondere einer Fräß- oder Läppbehandlung, freigelegte Oberfläche ebenfalls derart zu behandeln, dass bei einem nachfolgenden spanenden Bearbeitungsschritt, insbesondere einem Polieren, die Festigkeit der inneren Struktur des Restfestkörpers bzw. der Festkörperschicht erhöht wird und/oder die bei einem spanenden Verfahren auf die innere Struktur des Restfestkörpers bzw. der Festkörperschicht wirkenden mechanischen Belastung reduziert wird. According to a further preferred embodiment of the present invention, before being polished and after the treatment, the exposed surface is treated by machining, in particular ground or lapped. This embodiment is advantageous because compared to a polishing treatment, a significantly faster removal of material can be realized. It is also possible in the context of the present invention to treat the surface exposed as a result of a cutting treatment, in particular a milling or lapping treatment, such that in a subsequent machining step, in particular polishing, the strength of the internal structure of the Residual solid or the solid state layer is increased and / or is reduced in a machining process on the internal structure of the residual solids or the solid state layer mechanical stress.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Behandlung zur Reduzierung der bei dem spanenden Verfahren auf die innere Struktur des Restfestkörpers oder der Festkörperschicht wirkenden mechanischen Belastung die Anordnung eines Füllmaterials auf der freigelegten Oberfläche, wobei beim Schleifen oder Polieren zumindest abschnittsweise das Füllmaterial und das Festkörpermaterial zeitgleich entfernt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Behandlung zur Reduzierung der bei dem spanenden Verfahren auf die innere Struktur des Restfestkörpers wirkenden mechanischen Belastung eine Reduzierung der Oberflächenrauheit mittels Ätzen umfassen, wobei durch das Ätzen die mit einem Werkzeug zur spanenden Bearbeitung, insbesondere dem Schleifen oder Polieren, in kontaktbringbare Oberfläche vergrößert wird. In beiden Fällen wird die Mikrorissausbreitung begrenzt oder verhindert. Alternativ oder zusätzlich zu dem Ätzen können ein oder mehrere andere chemische Behandlungsverfahren und/oder Laserpolieren (lasergetriebenes Aufschmelzen der Oberfläche) eingesetzt werden. According to a further preferred embodiment of the present invention, the treatment for reducing the mechanical stress acting on the inner structure of the residual solid or the solid layer in the machining process comprises the arrangement of a filling material on the exposed surface, wherein at least in sections during grinding or polishing the filling material and the Solid material are removed at the same time. In addition or as an alternative, the treatment for reducing the mechanical stress acting on the internal structure of the residual solids during the machining process may include reducing the surface roughness by means of etching, whereby the etching can be brought into contact with a tool for machining, in particular grinding or polishing Surface is enlarged. In both cases, the micro-crack propagation is limited or prevented. As an alternative or in addition to the etching, one or more other chemical treatment methods and / or laser polishing (laser-driven melting of the surface) can be used.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Festköper SiC auf oder besteht daraus. According to a further preferred embodiment of the present invention, the solid has or consists of SiC.
Es wurde erkannt, dass beim 4H-SiC, was in Kristallen mit 4°-off-angle gewachsen wird, der Riss immer in diesen 4° läuft und beim Splitten eine Art Sägezahn ausbildet. Durch die mechanischen Spannungen beim Splitten bzw. Rissauslösen und Rissführen können auch evtl. Mikrodefekte und Tiefenschädigungen (Subsurface Damage) im Substrat auftreten, die wegpoliert werden müssen. Erfindungsgemäß wird die Bearbeitung so ausgeführt, dass die Mikrorisse bei der Bearbeitung nicht weiter in das Material hineingetrieben werden. It has been found that in 4H-SiC, which is grown in 4 ° off-angle crystals, the crack always runs into this 4 ° and forms a kind of saw tooth when splitting. The mechanical stresses during splitting or crack initiation and crack initiation may also lead to microdefects and subsurface damage (subsurface damage) in the substrate, which must be polished away. According to the invention, the machining is carried out so that the microcracks are not further driven into the material during machining.
Die Behandlung zur Erhöhung der Festigkeit der inneren Struktur der Festkörperschicht oder des Restfestkörpers kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mittels Tempern oder lokalem Anschmelzen oder Laserpolieren bewirkt werden. Diese Lösung ist vorteilhaft, da das Material vor der spanenden Behandlung „geheilt" wird, d.h. sich die Mikrorisse wieder schließen und dadurch die Festigkeit der inneren Struktur verbessert wird bzw. die Mikrorissausbreitung begrenzt oder verhindert wird. The treatment for increasing the strength of the internal structure of the solid layer or the residual solid may be effected according to a further preferred embodiment of the present invention by annealing or locally fusing or laser polishing. This solution is advantageous because the material is "healed" prior to the machining, i.e. the microcracks close again, thereby improving the strength of the internal structure or limiting or preventing microcracking.
Der Festköper weist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Silizium, insbesondere PV-Silizium, auf oder besteht daraus. Gemäß der vorliegenden Beschreibung wird unter einem Festkörper-Ausgangsmaterial bevorzugt ein monokristallines, polykristallines oder amorphes Material verstanden. Bevorzugt eignen sich wegen der stark anisotropen atomaren Bindungskräfte Monokristalline mit einer stark anisotropen Struktur. Das Festkörper-Ausgangsmaterial weist bevorzugt ein Material oder eine Materialkombination aus einer der Hauptgruppen 3, 4, 5 und/oder der Nebengruppe 12 des Periodensystems der Elemente, insbesondere eine Kombination aus Elementen der 3., 4-, 5. Hauptgruppe und der Nebengruppe 12, wie z.B. Zinkoxid oder Cadmiumteliurid, auf. The solid has according to a further preferred embodiment of the present invention, silicon, in particular PV silicon, or consists thereof. According to the present description, a solid-state starting material is preferably understood to be a monocrystalline, polycrystalline or amorphous material. Monocrystallines having a strongly anisotropic structure are preferred because of the strong anisotropic atomic binding forces. The solid-state starting material preferably has a material or a combination of materials from one of the main groups 3, 4, 5 and / or subgroup 12 of the Periodic Table of the Elements, in particular a combination of elements of the 3rd, 4th, 5th main group and the subgroup 12th , such as zinc oxide or cadmium telluride.
Neben Siliziumcarbit kann das Halbleiter-Ausgangsmaterial beispielsweise auch aus Silizium, Galliumarsenid GaAs, Galliumnitrid GaN, Siliciumcarbid SiC, Indiumphosphid InP, Zinkoxid ZnO, Aluminiumnitrid AIN, Germanium, Gallium(lll)-oxid Ga203, Aluminiumoxid AI203 (Saphir), Galliumphosphid GaP, Indiumarsenid InAs, Indiumnitrid InN, Aluminiumarsenid AlAs oder Diamant bestehen. In addition to silicon carbide, the semiconductor starting material may include, for example, silicon, gallium arsenide GaAs, gallium nitride GaN, silicon carbide SiC, indium phosphide InP, zinc oxide ZnO, aluminum nitride AIN, germanium, gallium (III) oxide Ga203, alumina AI203 (sapphire), gallium phosphide GaP, indium arsenide InAs, indium nitride InN, aluminum arsenide AlAs or diamond.
Der Festkörper bzw. das Werkstück (z.B. Wafer) weist bevorzugt ein Material oder eine Materialkombination aus einer der Hauptgruppen 3, 4 und 5 des Periodensystems der Elemente auf, wie z.B. SiC, Si, SiGe, Ge, GaAs, InP, GaN, AI203 (Saphir), AIN. Besonders bevorzugt weist der Festkörper eine Kombination aus der vierten, dritten und fünften Gruppe des Periodensystems vorkommenden Elementen auf. Denkbare Materialien oder Materialkombinationen sind dabei z.B. Galliumarsenid, Silizium, Siliziumcarbid, etc. Weiterhin kann der Festkörper eine Keramik (z.B. AI203 - Alumiumoxid) aufweisen oder aus einer Keramik bestehen, bevorzugte Keramiken sind dabei z.B. Perovskitkeramiken (wie z.B. Pb-, O-, Ti/Zr-haltige Keramiken) im Allgemeinen und Blei-Magnesium-Niobate, Bariumtitanat, Lithiumtitanat, Yttrium-Aluminium-Granat, insbesondere Yttrium-Aluminium-Granat Kristalle für Festkörperlaseranwendungen, SAW-Keramiken (surface acoustic wave), wie z.B. Lithiumniobat, Galliumorthophosphat, Quartz, Calziumtitanat, etc. im Speziellen. Der Festkörper weist somit bevorzugt ein Halbleitermaterial oder ein Keramikmaterial auf bzw. besonders bevorzugt besteht der Festkörper aus mindestens einem Halbleitermaterial oder einem Keramikmaterial. Der Festkörper ist bevorzugt ein Ingot oder ein Wafer. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Festkörper um ein für Laserstrahlen zumindest teilweise transparentes Material. Es ist somit weiterhin denkbar, dass der Festkörper ein transparentes Material aufweist oder teilweise aus einem transparenten Material, wie z.B. Saphir, besteht bzw. gefertigt ist. Weitere Materialien, die hierbei als Festkörpermaterial alleine oder in Kombination mit einem anderen Material in Frage kommen, sind z.B.„wide band gap"-Materialien, InAISb, Hochtemperatursupraleiter, insbesondere seltene Erden Cuprate (z.B. YBa2Cu307). Es ist zusätzlich oder alternativ denkbar, dass der Festkörper eine Photomaske ist, wobei als Photomaskenmaterial im vorliegenden Fall bevorzugt jedes zum Anmeldetag bekannte Photomaskenmaterial und besonders bevorzugt Kombinationen daraus verwendet werden können. Ferner kann der Festkörper zusätzlich oder alternativ Siliziumcarbid (SiC) aufweisen oder daraus bestehen. The solid or the workpiece (eg wafer) preferably comprises a material or a combination of materials from one of the main groups 3, 4 and 5 of the Periodic Table of the Elements, such as SiC, Si, SiGe, Ge, GaAs, InP, GaN, Al 2 O 3 ( Sapphire), AIN. Particularly preferably, the solid has a combination of the fourth, third and fifth group of the periodic table occurring elements. Conceivable materials or combinations of materials are eg gallium arsenide, silicon, silicon carbide, etc. Furthermore, the solid may have a ceramic (eg Al 2 O 3 - alumina) or consist of a ceramic, preferred ceramics are eg Perovskitkeramiken (such as Pb-, O-, Ti / Zr-containing ceramics) in general and lead magnesium niobates, barium titanate, lithium titanate, yttrium aluminum garnet, in particular yttrium aluminum garnet crystals for solid-state laser applications, surface acoustic wave (SAW) ceramics such as lithium niobate, gallium orthophosphate, Quartz, calcium titanate, etc. in particular. The solid body thus preferably has a semiconductor material or a ceramic material or particularly preferably the solid body consists of at least one semiconductor material or a ceramic material. The solid is preferably an ingot or a wafer. The solid is particularly preferably a material which is at least partially transparent for laser beams. It is therefore still conceivable that the solid body has a transparent material or partially made of a transparent material, such as sapphire, or is made. Further materials which may be used here as solid material alone or in combination with another material include "wide band gap" materials, InAISb, high-temperature superconductors, in particular rare earth cuprates (eg YBa2Cu307) It is additionally or alternatively conceivable that the solid state is a photomask, wherein as photomask material in the present case, preferably any known to the filing date photomask material and more preferably combinations thereof can be used. Furthermore, the solid may additionally or alternatively comprise or consist of silicon carbide (SiC).
Die Modifikationen können eine Phasenumwandlung von Siliziumkarbid in Silizium und Kohlenstoff darstellen. The modifications may represent a phase transformation of silicon carbide into silicon and carbon.
Die erfindungsgemäße Laser-Beaufschlagung bewirkt bevorzugt eine stoffspezifische ortsaufgelöste Kumulierung des Energieeintrags, woraus eine definierte Temperierung des Festkörpers an einem definierten Ort oder an definierten Orten sowie in einer definierten Zeit resultiert. In einer konkreten Anwendung kann der Festkörper aus Siliziumcarbid bestehen, wodurch bevorzugt eine stark lokal begrenzte Temperierung des Festkörpers auf eine Temperatur von z.B. mehr als 2830 +/- 40°C vorgenommen wird. Aus dieser Temperierung resultieren neue Stoffe oder Phasen, insbesondere kristalline und/oder amorphe Phasen, wobei die resultierenden Phasen bevorzugt Si- (Silizium) und DLC- (Diamond-like carbon) Phasen sind, die mit deutlich verringerter Festigkeit entstehen. Durch diese festigkeitsreduzierte Schicht ergibt sich dann der Ablösebereich bzw. die Ablöseebene. The laser application according to the invention preferably effects a substance-specific spatially resolved accumulation of the energy input, from which results a defined temperature control of the solid at a defined location or at defined locations as well as in a defined time. In a concrete application, the solid may consist of silicon carbide, whereby preferably a strongly localized tempering of the solid to a temperature of e.g. more than 2830 +/- 40 ° C is made. This tempering results in new substances or phases, in particular crystalline and / or amorphous phases, the resulting phases preferably being silicon (silicon) and DLC (diamond-like carbon) phases which are produced with significantly reduced strength. By this strength-reduced layer then gives the separation area or the Ablöseebene.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zum Einleiten der äußeren Kraft eine Aufnahmeschicht an einer freiliegenden Oberfläche der Kompositstruktur angeordnet, wobei die Aufnahmeschicht ein Polymermaterial aufweist und die Aufnahmeschicht zum, insbesondere mechanischen, Erzeugen von Spannungen in dem Festkörper thermisch beaufschlagt wird, wobei die thermische Beaufschlagung ein Abkühlen der Aufnahmeschicht auf eine Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur darstellt, wobei die Abkühlung derart erfolgt, dass das Polymermaterial der Aufnahmeschicht einen Glasübergang vollzieht und wobei sich durch die Spannungen ein Riss in dem Festkörper entlang der Ablöseebene ausbreitet, der die erste Festkörperschicht von dem Festkörper abtrennt oder die äußere Kraft wird durch eine Beaufschlagung des Festkörpers mit Ultraschall in den Festkörper eingeleitet, wobei der Festkörper hierbei bevorzugt in einem mit einer Flüssigkeit befüllten Behälter angeordnet ist. According to a preferred embodiment of the present invention, a receiving layer is arranged on an exposed surface of the composite structure for introducing the external force, wherein the receiving layer comprises a polymer material and the receiving layer for thermally, especially mechanically, generating stresses in the solid body, wherein the thermal Loading is a cooling of the receiving layer to a temperature below the ambient temperature, wherein the cooling takes place such that the polymer material of the receiving layer makes a glass transition and wherein the tensions a crack in the solid propagates along the Ablöseebene, the first solid layer of the solid separated or the external force is introduced by an application of the solid with ultrasound in the solid, wherein the solid in this case preferably in a filled with a liquid container ter is arranged.
Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da insbesondere bei Verwendung der Aufnahmeschicht eine sehr präzise Krafteinleitung und somit Rissauslösung und/oder Rissführung bewirkt werden kann. This embodiment is advantageous since, in particular when using the receiving layer, a very precise application of force and thus crack initiation and / or crack guidance can be effected.
Zusätzlich oder alternativ zu den zuvor genannten Ausführungsformen kann das Schleifmittel bzw. die Materialabtrageinrichtung modifiziert werden, insbesondere kann eine feine Körnung der Schleifmittel vorgesehen werden oder es können geeignete Schleifparameter wie Drehzahlen/ Zustellrate u. ä. vorgegeben werden. In addition or as an alternative to the aforementioned embodiments, the abrasive or the material removal device can be modified, in particular, a fine Granulation of the abrasive can be provided or suitable grinding parameters such as speeds / delivery rate u. Ä. Be specified.
Die Modifikationen werden gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bevorzugt mittels einer Mehrphotonenanregung, insbesondere einer Zweiphotonenanregung, erzeugt, wobei zunächst eine Vielzahl an Basis-Modifikationen auf einer zumindest abschnittsweise homogen verlaufenden, insbesondere gekrümmten, Linie, insbesondere in dem homogen verlaufenden Abschnitt, erzeugt werden. Die Basis- Modifikationen werden bevorzugt mit vordefinierten Prozessparametern erzeugt, wobei die vordefinierten Prozessparameter bevorzugt die Energie pro Schuss und/oder die Schussdichte umfassen, wobei zumindest ein Wert dieser Prozessparameter und bevorzugt beide Werte oder alle Werte dieser Prozessparameter oder mehr als zwei Werte dieser Prozessparameter in Abhängigkeit von der Kristallgitterstabilität des Festkörpers festgelegt wird, wobei der Wert so gewählt ist, dass das Kristallgitter um die jeweiligen Basis- Modifikationen herum intakt bleibt, wobei ferner Auslösemodifikation zum Auslösen von unterkritischen Rissen erzeugt werden, wobei zumindest ein Prozessparameter zum Erzeugen der Auslösemodifikationen von zumindest einem Prozessparameter zum Erzeugten der Basis-Modifikationen verschieden ist, bevorzugt sind mehrere Prozessparameter voneinander verschieden, und/oder die Auslösemodifikationen in einer Richtung erzeugt werden, die zur Verlaufsrichtung der Linie, entlang der die Basis- Modifikationen erzeugt werden, geneigt oder beabstandet ist, wobei sich die unterkritischen Risse weniger als 5mm ausbreiten. According to a further preferred embodiment of the present invention, the modifications are preferably produced by means of a multiphoton excitation, in particular a two-photon excitation, wherein initially a multiplicity of base modifications are produced on an at least partially homogeneously extending, in particular curved, line, in particular in the homogeneously extending section become. The base modifications are preferably generated with predefined process parameters, the predefined process parameters preferably comprising the energy per shot and / or the shot density, wherein at least one value of these process parameters and preferably both values or all values of these process parameters or more than two values of these process parameters Depending on the crystal lattice stability of the solid, the value being selected such that the crystal lattice remains intact around the respective base modifications, further generating trigger modification for triggering subcritical cracks, wherein at least one process parameter for generating the trigger modifications of at least a process parameter for generating the base modifications is different, preferably, a plurality of process parameters are different from each other, and / or the trigger modifications are generated in a direction that is to the direction of the line, s the base modifications are generated, inclined or spaced, with the subcritical cracks spreading less than 5mm.
Das Festkörpermaterial ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform Silizium, wobei die Numerische Apertur zwischen 0,5 und 0,8, insbesondere bei 0,65, liegt, die Einstrahltiefe zwischen 200 vm und 400μηη, insbesondere bei βθθμπι, liegt der Pulsabstand zwischen 1μπι und 5μηι, insbesondere bei 2pm, liegt, der Linienabstand zwischen 1μηι und δμπι, insbesondere bei 2 μητι, liegt, die Pulsdauer zwischen 50ns und 400ns, insbesondere bei 300ns, liegt und die Pulsenergie zwischen 5μϋ und 15μϋ, insbesondere bei 10μϋ, liegt. According to a preferred embodiment, the solid-state material is silicon, wherein the numerical aperture is between 0.5 and 0.8, in particular 0.65, and the irradiation depth is between 200 and 400 μm, in particular at βθθμπι, the pulse spacing is between 1 μm and 5 μm. especially at 2pm, is the line spacing between 1μηι and δμπι, especially at 2 μητι, the pulse duration between 50ns and 400ns, especially at 300ns, and the pulse energy between 5μϋ and 15μϋ, especially at 10μϋ, is.
Das Festkörpermaterial ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform SiC, wobei die Numerische Apertur zwischen 0,5 und 0,8, insbesondere bei 0,4, liegt, die Einstrahltiefe zwischen 100μιτι und 300μηη, insbesondere bei 180μπι, liegt der Pulsabstand zwischen 0,1μπι und 3μηη, insbesondere bei 1μιη, liegt, der Linienabstand zwischen 20μηη und Ι ΟΟμιη, insbesondere bei 75 μιτι, liegt, die Pulsdauer zwischen 1 ns und 10ns, insbesondere bei 3ns, liegt und die Pulsenergie zwischen 3μϋ und ^ 5μJ, insbesondere bei 7μΔ, liegt. Die Aufnahmeschicht gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung massemäßig zumindest mehrheitlich und bevorzugt vollständig aus dem Polymermaterial besteht, wobei der Glasübergang des Polymermaterials zwischen -100°C und 0°C, insbesondere zwischen -85°C und -10°C oder zwischen -80°C und -20°C oder zwischen -65°C und -40°C oder zwischen -60°C und -50°C, liegt. According to a preferred embodiment, the solid-state material is SiC, the numerical aperture being between 0.5 and 0.8, in particular at 0.4, and the irradiation depth between 100 μm and 300 μm, in particular at 180 μm, the pulse spacing is between 0.1 μm and 3 μm , In particular at 1μιη, is the line spacing between 20μηη and Ι ΟΟμιη, especially at 75 μιτι, the pulse duration between 1 ns and 10ns, especially at 3ns, and the pulse energy between 3μϋ and ^ 5μJ, especially at 7μΔ, is. The receiving layer according to a further preferred embodiment of the present invention consists massively at least predominantly and preferably completely of the polymer material, wherein the glass transition of the polymer material is between -100 ° C and 0 ° C, in particular between -85 ° C and -10 ° C or between 80 ° C and -20 ° C or between -65 ° C and -40 ° C or between -60 ° C and -50 ° C.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht das Polymermaterial der Aufnahmeschicht aus einem Polymer-Hybrid-Material bzw. weist ein solches auf, das eine Polymermatrix ausbildet, wobei sich in der Polymermatrix ein Füllstoff befindet, wobei die Polymermatrix bevorzugt eine Polydimethylsiloxan-Matrix ist und wobei der Masseanteil der Polymermatrix am Polymer-Hybrid-Material bevorzugt 80 % bis 99 % und besonders bevorzugt 90 % bis 99 % beträgt. According to another preferred embodiment of the present invention, the polymeric material of the receiving layer is or consists of a polymer hybrid material forming a polymer matrix having a filler in the polymer matrix, the polymer matrix preferably being a polydimethylsiloxane matrix and wherein the mass fraction of the polymer matrix on the polymer hybrid material is preferably 80% to 99% and particularly preferably 90% to 99%.
Erfindungsgemäß wird daher ein Polymer-Hybrid-Material zur Verwendung in einem Splitting- Verfahren angegeben, bei welchem aus einem Festkörper-Ausgangsmaterial zumindest zwei Festkörper-Teilstücke erzeugt werden. Das erfindungsgemäße Polymer-Hybrid-Material umfasst eine Polymermatrix und zumindest einen darin eingebetteten ersten Füllstoff. Insofern im Folgenden von einem bzw. dem Füllstoff die Rede ist, soll gleichfalls die Möglichkeit mehrerer Füllstoffe mit einbezogen sein. Beispielsweise kann der Füllstoff eine Mischung verschiedener Materialien umfassen, z. B. Metallpartikel und anorganische Fasern. According to the invention, therefore, a polymer hybrid material is specified for use in a splitting method in which at least two solid sections are produced from a solid starting material. The polymer hybrid material according to the invention comprises a polymer matrix and at least one first filler embedded therein. Insofar as in the following of one or the filler is mentioned, should also be included the possibility of multiple fillers. For example, the filler may comprise a mixture of different materials, e.g. As metal particles and inorganic fibers.
Als Polymermatrix kann jedes Polymer oder eine Mischung verschiedener Polymere genutzt werden, mit dessen Hilfe sich die für eine Teilung des Festkörper-Ausgangsmaterials notwendigen Spannungen erzeugen lassen. Beispielsweise kann die Polymermatrix als Elastomermatrix, bevorzugt als Polydiorganolsiloxan-Matrix, besonders bevorzugt als Polydimethylsiloxan-Matrix, ausgebildet sein. Derartige Polymermaterialien lassen sich besonders einfach als Matrixmaterial in Kombination mit Füllstoffen nutzen, da die Eigenschaften aufgrund des variierbaren Vernetzungsgrads flexibel eingestellt und an den jeweiligen Füllstoff sowie das zu teilende Festkörper-Ausgangsmaterial angepasst werden können. Gemäß einer Ausführungsvariante beträgt der Masseanteil der Poiymermatrix am Polymer-Hybrid-Material 80 % bis 99 %, 10 bevorzugt 90 % bis 99 %. As polymer matrix, it is possible to use any polymer or a mixture of different polymers, with the aid of which it is possible to generate the voltages necessary for a division of the solid starting material. For example, the polymer matrix may be formed as an elastomer matrix, preferably as a polydiorganosiloxane matrix, particularly preferably as a polydimethylsiloxane matrix. Such polymer materials are particularly easy to use as a matrix material in combination with fillers, since the properties can be flexibly adjusted due to the variable degree of crosslinking and adapted to the respective filler and the solid-state starting material to be divided. According to one embodiment, the mass fraction of the polymer matrix on the polymer hybrid material is 80% to 99%, 10 preferably 90% to 99%.
Der erste Füllstoff kann organischer oder anorganischer Natur sein und sowohl aus einem chemischen Element als auch aus einer chemischen Verbindung oder einem Stoffgemisch, beispielsweise einer Legierung, bestehen. The first filler may be of organic or inorganic nature and consist of both a chemical element and a chemical compound or a mixture of substances, for example an alloy.
Der erste Füllstoff ist derart aufgebaut, dass er als Reaktant, Initiator, Katalysator oder Promotor während des Ablösens des Polymer-Hybrid-Materials vom Festkörper- Teilstück nach der Teilung wirkt und dadurch im Vergleich zu einem Polymermaterial ohne ersten Füllstoff zu einem schnelleren Ablösen des Polymer-Hybrid-Materials vom Festkörper- Teilstück nach der Teilung führt. The first filler is constructed to act as a reactant, initiator, catalyst, or promoter during debonding of the polymer hybrid material from the solid section after division acts and thereby compared to a polymer material without first filler leads to a faster detachment of the polymer hybrid material from the solid state part after the division.
Die konkrete chemische Zusammensetzung und Ausgestaltung des ersten Füllstoffs sowie dessen Masseanteil ist dabei insbesondere abhängig vom konkreten Material der Polymermatrix, welche abgelöst werden soll, dem dafür genutzten Lösungsmittel und den verwendeten Reaktanten. Weiterhin spielen auch das Material des Festkörper- Ausgangsmaterials und die Dimensionen des zu teilenden Festkörper-Ausgangsmaterials eine Rolle. The specific chemical composition and configuration of the first filler and its mass fraction is dependent in particular on the specific material of the polymer matrix, which is to be detached, the solvent used for this and the reactants used. Furthermore, the material of the solid state starting material and the dimensions of the solid state starting material to be divided also play a role.
Der konkrete Anteil des ersten Füllstoffs in der Polymermatrix ist stark vom Material des Füllstoffs und dessen Wirkungsweise abhängig. Zum einen muss die Polymermatrix trotz Füllstoff ihrer Aufgabe der Erzeugung von Spannungen noch gerecht werden können. Zum anderen muss der Anteil des ersten Füllstoffs hoch genug sein, um die angestrebte Beeinflussung der Polymerentfernung zu erreichen. Den jeweils optimalen Masseanteil des ersten Füllstoffs kann der Fachmann im Rahmen einfacher konzentrationsabhängig durchgeführter Versuche ermitteln. The concrete proportion of the first filler in the polymer matrix is highly dependent on the material of the filler and its mode of action. On the one hand, despite its filler, the polymer matrix must be able to do justice to its task of generating stresses. On the other hand, the proportion of the first filler must be high enough to achieve the desired effect on the polymer removal. The respective optimum mass fraction of the first filler can be determined by the person skilled in the art within the scope of simple experiments carried out in a concentration-dependent manner.
Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften kann zusätzlich ein weiterer Füllstoff, wie z. B. pyrogene Kieselsäure in Form eines anorganischen Netzwerkes im Polymer beitragen. Neben diesen starken Wechselwirkungen in Form des Netzwerks können auch weniger starke Interaktionen durch rein hydrodynamische Verstärkungen zur Verbesserung beitragen. Beispielhaft ist hier eine gezielte Steigerung der Viskosität zu nennen, die eine verbesserte Verarbeitung im Splitting-Verfahren ermöglicht und so zu verbesserten Fertigungstoleranzen beitragen kann. Weiterhin wird durch diese Wechselwirkung eine Verringerung der inneren To improve the mechanical properties may additionally a further filler, such. As fumed silica contribute in the form of an inorganic network in the polymer. In addition to these strong interactions in the form of the network, less strong interactions can contribute to the improvement through purely hydrodynamic enhancements. By way of example, a targeted increase in viscosity should be mentioned, which enables improved processing in the splitting method and thus can contribute to improved manufacturing tolerances. Furthermore, by this interaction, a reduction of the internal
Freiheitsgrade hinsichtlich einer strukturellen Umorientierung mit zunehmender Bewehrung erschwert. Degrees of freedom in terms of structural reorientation difficult with increasing reinforcement.
Dies führt zu einer gewünschten Erniedrigung der Glasübergangstemperatur des eingesetzten Polymers im Polymer-Hybrid-Material, was den Vorteil einer geringeren Temperatur im Splitting-Verfahren ermöglicht. Erfindungsgemäß wird der erste Füllstoff in einem Polymer-Hybrid-Material zur Beschleunigung des Ablösens des Polymer-Hybrid- Materials von einem Festkörper-Teilstück, das durch Teilung mittels eines Splittingverfahrens, bei dem ein Festkörper-Ausgangsmaterial in zumindest zwei Festkörper- Teilstücke geteilt wird, erhalten wird, verwendet. Der erste Füllstoff kann in der Polymermatrix derart verteilt sein, dass der Masseanteil des ersten Füllstoffs ausgehend von der äußeren, d. h. unteren, Grenzfläche des Polymer- Hybrid-Materials, die während des Splitting-Verfahrens mit dem Festkörper- Ausgangsmaterial verbunden ist, in Richtung einer parallel zur unteren Grenzfläche angeordneten weiteren Grenzfläche des Polymer-Hybrid- Materials, abnimmt. Dies bedeutet, dass der Masseanteil des Füllstoffs nahe beim Festkörper-Ausgangsmaterial bzw. Teilstück größer ist als in den übrigen Bereichen des Polymer-Hybrid-Materials. Diese Verteilung des ersten Füllstoffs ermöglicht eine besonders effektive Entfernung des Polymer-Hybrid- Materials nach der Trennung, da sich der der erste Füllstoff nahe an der Grenzfläche zum Festkörper-Teilstück befindet und dort seine Wirkung entfalten kann. Geleichzeitig weisen die restlichen Bereiche des Polymer-Hybrid-Materials weniger oder gar keine Anteile des ersten Füllstoffs auf, so dass die Funktion des Polymers möglichst wenig beeinflusst wird. This leads to a desired lowering of the glass transition temperature of the polymer used in the polymer hybrid material, which allows the advantage of a lower temperature in the splitting process. According to the invention, the first filler in a polymer hybrid material is used to accelerate the detachment of the polymer hybrid material from a solid part divided by division by means of a splitting method in which a solid starting material is divided into at least two solid sections. is used. The first filler may be distributed in the polymer matrix such that the mass fraction of the first filler in the direction of the outer, ie lower, interface of the polymer hybrid material, which is connected to the solid state starting material during the splitting process decreases parallel to the lower interface arranged further interface of the polymer hybrid material decreases. This means that the mass fraction of the filler near the solid state starting material or section is greater than in the other regions of the polymer hybrid material. This distribution of the first filler allows a particularly effective removal of the polymer hybrid material after the separation, since the first filler is close to the interface with the solid section and can exert its effect there. At the same time, the remaining areas of the polymer-hybrid material have less or no proportions of the first filler, so that the function of the polymer is influenced as little as possible.
In einer Ausgestaltung ist das Polymer-Hybrid-Material schichtförmig aufgebaut, wobei lediglich eine dem Festkörper-Ausgangsmaterial zugewandte Schicht den ersten Füllstoff aufweist, während das restliche Polymer-Hybrid-Material frei vom ersten Füllstoff ist. In one embodiment, the polymer hybrid material is layered, wherein only one of the solid state starting material facing layer has the first filler, while the remaining polymer hybrid material is free of the first filler.
Weiterhin kann ein unterer Bereich des Polymer-Hybrid-Materials, der direkt an dessen untere Grenzfläche angrenzt frei von dem ersten Füllstoff sein. Damit kann sich eine Bereichsabfolge wie folgt ergeben: Benachbart zum Festkörper-Ausgangsmaterial befindet sich zunächst ein Bereich ohne ersten Füllstoff, darauf folgt ein Bereich mit einem hohen Anteil an erstem Füllstoff und danach ein Bereich mit niedrigem Anteil an erstem Füllstoff oder ohne ersten Füllstoff. Further, a lower portion of the polymer hybrid material adjacent to its lower interface may be free of the first filler. Thus, a range sequence may result as follows: Adjacent to the solid state starting material there is first an area without first filler, followed by an area with a high proportion of first filler and then an area with a low proportion of first filler or without first filler.
Diese und alle im Folgenden beschriebenen Bereiche können in Form von Schichten ausgebildet sein, d. h. der Bereich erstreckt sich überwiegend parallel zu der Grenzfläche des Festkörper-Ausgangsmaterials, auf die das Polymer-Hybrid-Material aufgebracht wird und weist eine Längs- und Querausdehnung zumindest im Bereich dieser Grenzfläche auf. These and all ranges described below may be in the form of layers, i. H. the region extends predominantly parallel to the interface of the solid state starting material to which the polymer hybrid material is applied and has a longitudinal and transverse extent at least in the region of this interface.
Ein unterer Bereich ohne ersten Füllstoff kann insbesondere für den Fall vorgesehen werden, dass der erste Füllstoff die Haftung des Polymer-Hybrid-Materials auf dem Festkörper- Ausgangsmaterial verschlechtert. Um dies zu vermeiden, wird zunächst ein Bereich ohne ersten Füllstoff angeordnet, auf den ein Bereich mit einem hohen Anteil an erstem Füllstoff folgt, damit der erste Füllstoff seine Funktion erfüllen kann. Eine untere Schicht ohne ersten Füllstoff kann beispielsweise eine Dicke zwischen 10 pm und 500 μιτι, beispielsweise 100 pm, aufweisen. Weiterhin kann ein oberer Bereich des Polymer-Hybrid-Materials, der direkt an dessen obere Grenzfläche angrenzt frei von dem ersten Füllstoff sein. Unter der oberen Grenzfläche ist dabei die Grenzfläche zu verstehen, die das Polymer-Hybrid-Material gegenüberliegend zur unteren Grenzfläche und zum Festkörper-Ausgangsmaterial zur Umgebung hin begrenzt. Untere und obere Grenzfläche können parallel zueinander angeordnet sein. A lower region without a first filler may be provided, in particular, in the event that the first filler worsens the adhesion of the polymer hybrid material to the solid state starting material. To avoid this, an area without a first filler is first arranged, followed by an area with a high proportion of the first filler, so that the first filler can fulfill its function. A lower layer without a first filler can, for example, have a thickness of between 10 μm and 500 μm, for example 100 μm. Furthermore, an upper portion of the polymer hybrid material adjacent to its upper interface may be free of the first filler. By the upper interface is meant the interface which confines the polymer-hybrid material opposite the lower interface and the solid state starting material to the environment. Lower and upper interfaces can be arranged parallel to each other.
Ein solcher obere Bereich ohne ersten Füllstoff kann insbesondere dann vorgesehen werden, wenn der erste Füllstoff die Wärmeübertragung zwischen Umgebung und Polymer-Hybrid-Material nachteilig beeinflusst, beispielsweise wenn die Abkühlung des Polymer-Hybrid-Materials verzögert werden würde. Such an upper region without a first filler may be provided in particular if the first filler adversely affects the heat transfer between the environment and the polymer hybrid material, for example if the cooling of the polymer hybrid material were to be delayed.
Der erste Füllstoff kann ein Material umfassen oder aus einem Material bestehen, dass mit einem Reaktionsmittel, bevorzugt einem Oxidationsmittel unter Freisetzung eines gasförmigen Produkts reagieren kann. The first filler may comprise or consist of a material capable of reacting with a reactant, preferably an oxidant, to release a gaseous product.
Dadurch sind in der Polymermatrix Kavitäten generierbar, die einen schnelleren Zugang der Reaktanten und Lösungsmittel zur Polymermatrix und einer etwaigen vorhandenen Opferschicht ermöglichen und zudem einen schnelleren Abtransport der Edukte und gelösten Bestandteile bewirken. As a result, cavities can be generated in the polymer matrix, which allow for faster access of the reactants and solvents to the polymer matrix and any sacrificial layer present and, moreover, effect a faster removal of the educts and dissolved constituents.
Durch die Generierung gasförmiger Reaktionsprodukte können zusätzliche Triebkräfte eingebracht werden, die die Entfernung des Polymer-Hybrid-Materials weiter unterstützen. By generating gaseous reaction products, additional driving forces can be introduced to further assist in the removal of the polymer hybrid material.
Die Ausbildung zusätzlicher Kavitäten sowie das Entstehen gasförmiger Reaktionsprodukte beschleunigt die Polymerentfernung und trägt daher zu einer Erhöhung der Gesamtausbeute des Splitting- erfahrens bei. Durch Variation des Anteils an erstem Füllstoff kann die Kavitätendichte im Grenzbereich zwischen Festkörper-Teilstück und Polymer-Hybrid-Material bzw. zwischen Opferschicht und Polymer- Hybrid-Material gezielt beeinflusst werden. The formation of additional cavities and the formation of gaseous reaction products accelerate polymer removal and therefore contribute to an increase in the overall yield of the splitting process. By varying the proportion of the first filler, the cavity density can be selectively influenced in the boundary region between the solid body section and the polymer hybrid material or between the sacrificial layer and the polymer hybrid material.
Der erste Füllstoff kann ein Metall, insbesondere Aluminium, Eisen, Zink und/oder Kupfer umfassen oder aus einem Metall, insbesondere den zuvor genannten Metallen, bestehen. The first filler may comprise a metal, in particular aluminum, iron, zinc and / or copper or consist of a metal, in particular the aforementioned metals.
„Bestehend aus" schließt auf alle vorliegend genannten Materialien bezogen ein, dass technologisch bedingte Verunreinigungen oder technologisch bedingte Beimengungen, die z. B. der Herstellung der Füllstoffe sowie deren Verteilung oder Anbindung an die Polymermatrix dienlich sind, enthalten sein können. "Consisting of" includes all materials referred to herein that may contain technologically-caused impurities or technologically-caused admixtures, which are useful, for example, for the preparation of the fillers and their distribution or attachment to the polymer matrix.
Metallische Füllstoffe können mit Oxidationsmitteln wie z.B. Salzsäure, Salpetersäure, Zitronensäure, Ameisensäure oder Sulfaminsäure reagieren unter Freisetzung eines gasförmigen Produkts reagieren und dadurch aus dem Polymer-Hybrid-Material entfernt werden. Metallic fillers can react with oxidizing agents such as hydrochloric acid, nitric acid, citric acid, formic acid or sulfamic acid to release a react gaseous product and thereby be removed from the polymer-hybrid material.
Beispielsweise reagiert Aluminium mit konzentrierter Salzsäure unter Ausbildung von solvatisierten Metallionen und Wasserstoff gemäß folgender Gleichung:6 HCl + 2 AI + 12 H20 ! 2 [AICI3*6 H20] + 3 H2 For example, aluminum reacts with concentrated hydrochloric acid to form solvated metal ions and hydrogen according to the following equation: 6 HCl + 2 Al + 12 H20! 2 [AICI3 * 6 H20] + 3 H2
In ähnlicher Weise führt die Reaktion von Zink als Füllstoff durch Reaktion mit konzentrierter Salzsäure zur Bildung 5 zusätzlicher Kavitäten: Zn + 2 HCI!ZnCI2 + H2 In den genannten Beispielen werden durch die Generierung von Wasserstoff, zusätzliche Triebkräfte eingebracht, die die Entfernung des Polymer-Hybrid-Materials weiter unterstützen. Zudem kann der erste Füllstoff die Temperaturleitfähigkeit innerhalb des Polymer-Hybrid-Materials verbessern, beispielsweise, indem der erste Füllstoff eine höhere Temperaturleitfähigkeit als das Polymer der Polymermatrix aufweist. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn Ein weiterer Vorteil für den Fall, dass der erste Füllstoff ein Metall umfasst, liegt in der verbesserten Temperaturleitfähigkeit innerhalb des Polymer-Hybrid- Materials. Dadurch Durch eine verbesserte Temperaturleitfähigkeit sind können die für die Teilung des Festkörper-Ausgangsmaterials mittels Abkühlung erzeugten Spannungen effektiver, d. h. schneller und unter geringerem Verbrauch an Kühlmittel, generierbar sein. Dies erhöht kann die Gesamtausbeute des Splitting-Verfahrens erhöhen. Similarly, the reaction of zinc as a filler by reaction with concentrated hydrochloric acid leads to the formation of 5 additional cavities: Zn + 2 HCI! ZnCl 2 + H2 In the examples mentioned, the generation of hydrogen introduces additional driving forces which are responsible for the removal of the polymer. Continue to support hybrid materials. In addition, the first filler may improve the thermal conductivity within the polymer hybrid material, for example, by having the first filler having a higher thermal conductivity than the polymer of the polymer matrix. This may be the case, for example. Another advantage in the case where the first filler comprises a metal is the improved thermal diffusivity within the polymer hybrid material. As a result of improved thermal conductivity, the stresses generated by the cooling of the solid state starting material can be more effectively, i. H. be faster and with less consumption of coolant, be generated. Increasing this can increase the overall yield of the splitting process.
Weiterhin kann im Polymer-Hybrid-Material ein zweiter 25 Füllstoff vorgesehen sein, der die Haftung des Polymer- Hybrid-Materials auf dem Festkörper-Ausgangsmaterial im Vergleich zu einem Polymer-Hybrid-Material ohne zweiten Füllstoff erhöht. Bevorzugt wird die Haftung im Vergleich zu einem Polymermaterial ohne Füllstoff erhöht. Furthermore, a second filler can be provided in the polymer hybrid material which increases the adhesion of the polymer hybrid material on the solid state starting material compared to a polymer hybrid material without a second filler. Preferably, the adhesion is increased compared to a polymer material without filler.
Beispielsweise kann es sich bei dem zweiten Füllstoff um einen Füllstoff handeln, der mittels Plasma aktiviert werden kann. Durch die Plasmaaktivierung resultieren neue Oberflächenspezies, die so geschaffen werden können, dass eine stärkere Wechselwirkung mit der Oberfläche des Festkörper-Ausgangsmaterials resultiert und im Ergebnis die Haftung des Polymer-Hybrid-Materials verbessert wird. For example, the second filler may be a filler that can be activated by plasma. Plasma activation results in new surface species that can be made to interact more strongly with the surface of the solid starting material and, as a result, improve the adhesion of the polymer hybrid material.
Die Art der durch die Plasmabehandlung erzielbaren Oberflächenspezies ist dabei vorrangig von der Prozessführung des Plasmaprozesses abhängig. Beispielsweise können während der Plasmabehandlung Gase wie Stickstoff, Sauerstoff, Silane oder Chlorsilane zugefügt werden, so dass beispielsweise polare Gruppen entstehen, welche stärker mit der Oberfläche des Festkörper- Ausgangsmaterials wechselwirken können. Der zweite Füllstoff kann in der Polymermatrix so verteilt 15 sein, dass der Masseanteil des zweiten Füllstoffs in Richtung der unteren Grenzfläche zunimmt. Beispielsweise kann das Polymer-Hybrid-Material den zweiten Füllstoff lediglich in einem Bereich angrenzend an die untere Grenzfläche enthalten, wobei der Bereich auch als Schicht im Sinne der oben genannten Definition ausgebildet sein kann. The type of surface species achievable by the plasma treatment is primarily dependent on the process control of the plasma process. For example, during the plasma treatment, gases such as nitrogen, oxygen, silanes or chlorosilanes can be added, so that, for example, polar groups are formed which can interact more strongly with the surface of the solid starting material. The second filler may be distributed in the polymer matrix 15 such that the mass fraction of the second filler increases toward the lower interface. For example, the polymer-hybrid material may contain the second filler only in a region adjacent to the lower interface, which region may also be formed as a layer in the sense of the above definition.
Dies ermöglicht die Anordnung des zweiten Füllstoffs bevorzugt in der Nähe der Grenzfläche zwischen Polymer-Hybrid-Material und Festkörper-Ausgangsmaterial, wodurch die Haftung verbessert und damit eine größere Kraftübertragung in das zu teilende Festkörper- Ausgangsmaterial ermöglicht wird. Beispielsweise kann der zweite Füllstoff Kern-Schale- Polymerpartikel bzw. Core-Shell-Polymerpartikel umfassen. This allows the placement of the second filler preferably near the interface between polymer hybrid material and solid state starting material, thereby improving adhesion and thus enabling greater force transfer into the solid state starting material to be divided. For example, the second filler may comprise core-shell polymer particles or core-shell polymer particles.
Dabei sind Partikel bevorzugt, deren Polymerzusammensetzung sich von der Polymermatrix des Polymer-Hybrid-Materials dahingehend unterscheidet, dass insbesondere die Oberfläche, d. h. die Schale, der Kern-Schale-Partikel stärker aktivierbar ist, z. B. mittels Niedertemperaturplasmas. In this case, preference is given to particles whose polymer composition differs from the polymer matrix of the polymer hybrid material in that in particular the surface, i. H. the shell, the core-shell particles is more activated, z. B. by means of low temperature plasma.
Beispiele hierfür sind Kern-Schale-Partikel umfassend einen Polysiloxan-Kern mit einer Acrylat-Schale oder umfassend einen nanoskaligen Silikat-Kern mit einer Epoxid-Schale oder umfassend einen Kautschukpartikel-Kern mit einer Epoxid-Schale oder umfassend einen Nitrilkautschukpartikel-Kern mit einer Epoxid-Schale. Der zweite Füllstoff kann mittels Niedertemperaturplasma, z.B. Kaltplasma, aktivierbar sein. Beispielsweise kann das Plasma mittels dielektrischer Barriereentladung (DBE) erzeugt werden. Hierbei können Elektronendichten im Bereich von 1014 bis 1016 m-3 erzeugt werden. Die durchschnittliche Temperatur des durch DBE erzeugten „kalten" Nichtgleichgewichtsplasmas (Plasmavolumen) beträgt ca. 300 ± 40 K bei Umgebungsdruck. Die durchschnittliche Temperatur des durch DBE erzeugten nichtthermischen Plasmas beträgt ca. 70 °C bei Umgebungsdruck. Examples of these are core-shell particles comprising a polysiloxane core with an acrylate shell or comprising a nanoscale silicate core with an epoxy shell or comprising a rubber particle core with an epoxy shell or comprising a nitrile rubber particle core with an epoxy -Bowl. The second filler may be prepared by means of low temperature plasma, e.g. Cold plasma, be activated. For example, the plasma can be generated by means of dielectric barrier discharge (DBE). In this case, electron densities in the range of 1014 to 1016 m-3 can be generated. The average temperature of DBE-generated "cold" non-equilibrium plasma (plasma volume) is about 300 ± 40K at ambient pressure The average temperature of DBE-generated nonthermal plasma is about 70 ° C at ambient pressure.
Bei der DBE-Behandlung wird die Oberfläche beispielsweise mit uni- oder bipolaren Pulsen von Pulsdauern von wenigen Mikrosekunden bis zu einigen zehn Nanosekunden und Amplituden im einstelligen bis zweistelligen Kilovoltbereich beaufschlagt. Hierbei sind keine metallischen Elektroden im Entladungsraum und somit keine metallischen Verunreinigungen oder Elektrodenverschleiß zu erwarten. In the case of DBE treatment, for example, the surface is subjected to uni- or bipolar pulses with pulse durations from a few microseconds to a few tens of nanoseconds and amplitudes in the single-digit to double-digit kilovolt range. In this case, no metallic electrodes in the discharge space and thus no metallic impurities or electrode wear are to be expected.
Vorteilhaft ist zudem eine hohe Effizienz, da an den Elektroden keine Ladungsträger aus- oder eintreten müssen. Dielektrische Oberflächen können bei niedrigen Temperaturen modifiziert und chemisch aktiviert werden. Die Oberflächenmodifikation kann beispielsweise durch eine Wechselwirkung und Reaktion der Oberflächenspezies durch lonenbombardement erfolgen. In addition, a high efficiency is advantageous because no charge carriers have to leave or enter the electrodes. Dielectric surfaces can be modified at low temperatures and chemically activated. The surface modification can be carried out, for example, by an interaction and reaction of the surface species by ion bombardment.
Weiterhin können gezielt Prozessgase, wie z. B. Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Silane oder Chlorsilane, z. B. SixHyEz mitE=F,CI,Br,l,O,Hundx=0bis10,z=0 bis 10, SiH4, Si(EtO)4 oder Me3SiOSiMe3, bei einer Plasmabehandlung zugefügt werden, um beispielsweise bestimmte chemische Gruppen an der Oberfläche zu erzeugen. Der zweite Füllstoff kann des Weiteren mittels Korona-5 Behandlung, Flammenbehandlung, Fluorierung, Ozonierung oder UV-Behandlung bzw. Eximer-Bestrahlung aktivierbar sein. Durch eine derartige Aktivierung werden beispielsweise polare Gruppen an der Oberfläche des zweiten Füllstoffs generiert, die mit der Oberfläche des Festkörper-Ausgangsmaterials wechselwirken können und so die Haftung verbessern. Das Polymer-Hybrid-Material kann weiterhin zusätzlich im Vergleich zu einem Polymer-Hybrid-Material mit einem ersten oder zu einem Polymer-Hybrid-Material mit einem ersten und einem zweiten Füllstoff einen dritten Füllstoff umfassen. Dieser dritte Füllstoff weist im Vergleich zu dem Polymer der Polymermatrix eine höhere Temperaturleitfähigkeit und/oder einen höheren Elastizitätsmodul auf. Furthermore, specifically process gases, such. As nitrogen, oxygen, hydrogen, silanes or chlorosilanes, z. B. SixHyEz with E = F, CI, Br, I, O, Hundx = 0 to 10, z = 0 to 10, SiH4, Si (EtO) 4 or Me3SiOSiMe3, are added in a plasma treatment, for example, certain chemical groups on the surface produce. The second filler can furthermore be activatable by means of corona treatment, flame treatment, fluorination, ozonation or UV treatment or eximer irradiation. By such activation, for example, polar groups are generated on the surface of the second filler which can interact with the surface of the solid state starting material to improve adhesion. The polymer hybrid material may further comprise a third filler as compared to a polymer hybrid material having a first or to a polymer hybrid material having a first and a second filler. This third filler has a higher thermal conductivity and / or a higher modulus of elasticity compared to the polymer of the polymer matrix.
Beispielsweise liegt der E-Modul des Polymers bei Tieftemperaturbedingungen im unteren einstelligen Gigapasealbereich (ca. 1 -3 GPa), während beispielsweise metallische Füllstoffe einen E-Modul im zweistelligen bis dreistelligen Gigapasealbereich aufweisen. Bei einem entsprechenden hohen Füllstoffanteil ist ein perkolierendes Füllstoffnetzwerk möglich, was eine verbesserte„Krafteinkopplung" in das Festkörper-Ausgangsmaterial ermöglicht. For example, the modulus of elasticity of the polymer is at low-temperature conditions in the lower single-digit gigapaseal range (about 1 -3 GPa), while, for example, metallic fillers have an E-modulus in the two-digit to three-digit gigapaseal range. With a corresponding high filler content, a percolating filler network is possible, allowing for improved "force coupling" into the solid state starting material.
Die Perkolation wird wesentlich durch den Volumenfüllgrad der jeweiligen Füllstoffe beeinflusst (z. B. 0,1 Vol%, 130 Vol% bis 10 Vol% je nach Aspektverhältnis). Mit zunehmender Krafteinleitung kann der viskoelastische Schichtaufbau der Polymerstruktur eingetaucht werden und mehrere Perkolationspfade wirksam werden. Hier können verbesserte Wärmeübergänge ermöglicht werden, da es zu einem verbesserten Kontakt der Füllstoffe mit der Oberfläche des Festkörper-Ausgangsmaterials kommen kann. The percolation is significantly influenced by the volumetric fill level of the respective fillers (eg 0.1% by volume, 130% by volume to 10% by volume depending on the aspect ratio). With increasing introduction of force, the viscoelastic layer structure of the polymer structure can be immersed and several percolation paths become effective. Here, improved heat transfer can be made possible because it can lead to improved contact of the fillers with the surface of the solid state starting material.
Die mechanische Stabilität des Polymer-Hybrid-Materials wird auch bei tiefen Temperaturen schneller erreicht. In Summe kommt es zu einer geringeren Standardabweichung der entsprechenden Struktur-Eigenschaftsprofile wie z. B. Bruchspannung und Bruchdehnung des Polymer-Hybrid-Materials und somit zu einer Erhöhung der Gesamtausbeute des Splitting-Verfahrens. Die ortsaufgelösten Eigenschaftsprofiländerungen (Spannungsspitzen im Polymer-Hybrid- Material) und somit im Festkörper sind kleiner, was zu einer höheren Gesamtausbeute des Splitting- Verfahrens und einer besseren Qualität der erzeugten Festkörper-Teilstücke führt. The mechanical stability of the polymer hybrid material is achieved faster even at low temperatures. In sum, there is a lower standard deviation of the corresponding structural property profiles such. B. breaking stress and elongation at break of the polymer-hybrid material and thus to an increase in the overall yield of the splitting process. The spatially resolved property profile changes (stress peaks in the polymer hybrid material) and thus in the solid state are smaller, resulting in a higher Overall yield of the splitting process and a better quality of the produced solid sections leads.
Der dritte Füllstoff kann einen verbesserten Wärmeübergang zwischen Umgebung und Polymer-Hybrid-Material und eine schnellere Wärmeleitung innerhalb des Polymer-Hybrid- Materials bewirken, sodass das Polymer-Hybrid-Material schneller abgekühlt werden kann und das Splitting-Verfahren insgesamt schneller und damit effektiver durchgeführt werden kann. The third filler can provide improved heat transfer between the environment and polymer hybrid material and faster thermal conduction within the polymer hybrid material, so that the polymer hybrid material can be cooled faster and the splitting process performed faster overall and thus more effectively can be.
Durch eine Erhöhung des Elastizitätsmoduls lassen sich höhere Spannungen für die Teilung des Festkörper-Ausgangsmaterials erzeugen, so dass auch Festkörper-Ausgangsmaterialien geteilt werden können, für die eine besonders hohe Spannung benötigt wird. By increasing the modulus of elasticity, higher voltages can be generated for the division of the solid state starting material, so that it is also possible to split solid starting materials for which a particularly high voltage is required.
Zudem kann der dritte Füllstoff auch der Beeinflussung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten dienen. Ziel ist dabei ein möglichst großer Unterschied zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Polymer-Hybrid-Materials und des zu teilenden Festkörper-Ausgangsmaterials, um zusätzliche, für die Teilung notwendige Spannungen erzeugen zu können. Bevorzugt weist der dritte Füllstoff einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, d. h. einen Ausdehnungskoeffizienten, der höher als derjenige der Polymermatrix ist, auf. Beispielsweise kann der thermische Ausdehnungskoeffizient des dritten Füllstoffs mehr als 300 ppm/K betragen. In addition, the third filler can also be used to influence the thermal expansion coefficient. The aim is to maximize the difference between the coefficients of thermal expansion of the polymer hybrid material and the solid state starting material to be divided in order to generate additional stresses necessary for the division. Preferably, the third filler has a high thermal expansion coefficient, d. H. an expansion coefficient higher than that of the polymer matrix. For example, the thermal expansion coefficient of the third filler may be more than 300 ppm / K.
Der dritte Füllstoff kann so in der Polymermatrix verteilt sein, dass der Masseanteil des dritten Füllstoffs in Richtung der oberen Grenzfläche zunimmt, um einen schnelleren Wärmeübergang insbesondere an der Grenzfläche zur Umgebung zu ermöglichen. The third filler may be distributed in the polymer matrix such that the mass fraction of the third filler increases toward the upper interface to allow faster heat transfer, particularly at the interface to the environment.
Der dritte Füllstoff kann ein Metall, insbesondere Aluminium, Eisen, Zink und/oder Kupfer, umfassen oder aus einem der genannten Metalle bestehen. Metalle zeichnen sich im Allgemeinen durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Temperaturleitfähigkeit aus. The third filler may comprise a metal, in particular aluminum, iron, zinc and / or copper, or consist of one of the metals mentioned. Metals are generally characterized by high thermal conductivity and thermal conductivity.
Die beschriebenen Füllstoffe (erster, zweiter, dritter Füllstoff) können in partikulärer Form in der Polymermatrix verteilt vorliegen, wobei die Partikelgröße im μητι- und nm-Bereich, bezogen auf zumindest eine Dimension des Partikels, liegen kann. Neben einer kugelförmigen Gestalt können die Füllstoffpartikel auch andere Ausgestaltungen, beispielsweise eine stäbchenförmige oder scheibenförmige Gestalt annehmen. The described fillers (first, second, third filler) may be distributed in particulate form in the polymer matrix, wherein the particle size in the μητι and nm range, based on at least one dimension of the particle, may be. In addition to a spherical shape, the filler particles can also assume other configurations, for example a rod-shaped or disc-shaped form.
Die Füllstoffpartikel können sämtliche Partikelgrößenverteilungen aufweisen, beispielsweise monomodal oder bimodal, eng, insbesondere monodispers, oder breit. Die Füllstoffe können an die Polymermatrix sowohl physikalisch, z. B. durch Einbettung in das Polymernetzwerk, als auch chemisch angebunden sein. Weiterhin können einer oder mehrere der beschriebenen, Füllstoffe anorganische oder organische Fasern, beispielsweise Kohle-, Glas-, Basalt- oder Aramidfasern, umfassen oder aus solchen bestehen, sofern die zuvor beschriebenen Funktionen damit vereinbar sind. Optional kann auch ein weiterer Füllstoff hinzugefügt werden, der die genannten Fasern umfasst oder aus solchen besteht. The filler particles can have all particle size distributions, for example monomodal or bimodal, narrow, in particular monodisperse, or broad. The fillers can be attached to the polymer matrix both physically, e.g. B. by embedding in the polymer network, as well as be chemically attached. Furthermore, one or more of the fillers inorganic or organic fibers, for example carbon, glass, basalt or aramid fibers, include or consist of such, provided that the functions described above are compatible. Optionally, another filler may be added comprising or consisting of said fibers.
Fasern weisen üblicherweise stark anisotrope Eigenschaften auf. Durch eine richtungsabhängige Positionierung des Füllstoffs im Polymer-Hybrid-Material besteht die Möglichkeit einer gezielten Beeinflussung der für die Teilung des Festkörper- Ausgangsmaterials notwendigen Spannungen. Dies kann zur Erhöhung der Gesamtausbeute des Splitting-Verfahrens beitragen. Ein zusätzlicher Vorteil besteht in dem Falle, dass einorganischer oder anorganischer Füllstoff als Faserstoff mit einer stark anisotropen Struktur eingesetzt wird, darin, dass dadurch eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften innerhalb des Polymer-Hybrid-Materials erreicht werden kann. Fibers usually have strongly anisotropic properties. By a direction-dependent positioning of the filler in the polymer-hybrid material, there is the possibility of a targeted influencing the necessary for the division of the solid state starting material voltages. This can help increase the overall yield of the splitting process. An additional advantage, in the case where an organic or inorganic filler is used as a pulp having a highly anisotropic structure, is that it can achieve an improvement in mechanical properties within the polymer-hybrid material.
Die beschriebenen Füllstoffe können zudem Kern-Schale- Partikeln umfassen oder daraus bestehen. Zusätzlich oder alternativ kann ein weiterer Füllstoff umfassend oder bestehend aus Kern-Schale-Partikeln im Polymer-Hybrid- Material vorgesehen sein. The described fillers may also comprise or consist of core-shell particles. Additionally or alternatively, a further filler may be provided comprising or consisting of core-shell particles in the polymer hybrid material.
Der Einsatz von Kern-Schale-Polymerpartikeln erlaubt zusätzlich neben einer verbesserten Aktivierbarkeit auch eine neue Gestaltung von energieabsorbierenden Mechanismen, die in Summe zu einer Schlagzähigkeits- und Bruchzähigkeitserhöhung, insbesondere einer Erhöhung der Tieftemperatur-Schlagzähigkeit, des Polymer-Hybrid-Materials beim Einsatz im Splitting-Verfahren führen können und somit ebenfalls zu einer höheren Gesamtausbeute des Splitting- Verfahrens beitragen können. Beispielsweise kann eine mechanische Zerstörung einer Folie aus einem Polymer-Hybrid-Material mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit auftreten, so dass die Möglichkeit einer Wiederverwendung der Folie begünstigt werden kann. The use of core-shell polymer particles in addition to an improved activatability also allows a new design of energy-absorbing mechanisms, which in total to an impact and fracture toughness increase, in particular an increase in the low-temperature impact strength of the polymer hybrid material when used in splitting Method and thus can also contribute to a higher overall yield of the splitting method. For example, a mechanical destruction of a film of a polymer hybrid material may be less likely to occur, so that the possibility of reuse of the film may be promoted.
Beispielhaft kann durch Unterbindung der Rissausbreitung aufgrund von Kern-Schale- Polymerpartikel eine Zerstörung der Folie beim Splitting-Verfahren verhindert werden und somit Wiederverwertungswege eröffnet werden. For example, by suppressing the crack propagation due to core-shell polymer particles, destruction of the film during the splitting process can be prevented and thus recycling paths can be opened up.
Hierbei können enthaltene Elastomerpartikel eine plastische Deformation erfahren und Hohlräume bilden, wodurch weitere zusätzliche Energie aufgenommen werden kann. Ebenso ist eine zusätzliche Energieaufnahme durch das Scherfließen der Matrix kompensierbar, was insgesamt die mechanischen Eigenschaften verbessert. Kern-Schale-Partikel zeichnen sich dadurch aus, dass ein in der Regel kugelförmiger Kern aus einem Material von einer Schale aus einem zweiten Material umgeben ist. Die Schale kann entweder den Kern komplett umhüllen oder aber auch durchlässig sein. Bei den Materialien kann es sich sowohl um anorganische Materialien, wie z. B. Metalle, oder um organische Materialien, wie z. B. Polymere handeln. Beispielsweise können zwei verschiedene Metalle miteinander kombiniert werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, einen Kern aus einem Polymer mit einer Schale aus einem Metall oder einem zweiten Polymer zu umgeben. In this case, contained elastomer particles can undergo plastic deformation and form cavities, whereby further additional energy can be absorbed. Likewise, an additional energy absorption is compensated by the shear flow of the matrix, which improves the overall mechanical properties. Core-shell particles are characterized by the fact that a generally spherical core of a material is surrounded by a shell of a second material. The shell can either complete the core envelop or be permeable. The materials may be both inorganic materials, such as. As metals, or organic materials such. As polymers act. For example, two different metals can be combined with each other. But it is also possible to surround a core of a polymer with a shell of a metal or a second polymer.
Kern-Schale-Partikel ermöglichen die Kombination der Eigenschaften des ersten und zweiten Materials. Beispielsweise kann über einen preiswerten Polymerkern die Core-shell particles allow the combination of the properties of the first and second materials. For example, via an inexpensive polymer core the
Größe und Dichte der Füllstoffpartikel festgelegt werden, während die metallische Schale wie oben beschrieben reagieren kann. Aufgrund ihrer oftmals monodispersen Size and density of the filler particles are set, while the metallic shell can react as described above. Because of their often monodisperse
Partikelgrößenverteilung lassen sich die Eigenschaften der Kern-Schale-Partikel zudem präzise vorhersagen und einstellen. Particle size distribution also allows the properties of the core-shell particles to be accurately predicted and adjusted.
Darüber hinaus können ein oder mehrere Füllstoffe (erster, 5 zweiter und/oder dritter Füllstoff) Kohlenstoff in Form von Industrieruß (Carbon Black), Graphit, zerkleinerten Kohlenstofffasern (chopped carbon fiber), Kohlenstoffnanofasern (carbon nanofibers), bevorzugt in Form von Kohlenstoffnanoröhrchen (carbon nanotubes, CNT), wie z.B. mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhrchen (multi-walied carbon nanotubes, MWCNT) sowie einwandigen Kohlenstoffnanoröhrchen (single-walled carbon nanotubes, SWCNT), umfassen oder aus diesen bestehen. Bei Kohlenstoffnanoröhrchen handelt es sich um zylinderförmige Graphitlagen, die aus einer unterschiedlichen Anzahl an Zylindern aufgebaut sind. In addition, one or more fillers (first, second and / or third filler) may be carbon in the form of carbon black, graphite, chopped carbon fibers, carbon nanofibers, preferably in the form of carbon nanotubes. carbon nanotubes, CNT), such as multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) as well as single-walled carbon nanotubes (SWCNT), comprise or consist of these. Carbon nanotubes are cylindrical graphite sheets made up of a different number of cylinders.
Bestehen diese Röhrchen nur aus einem Zylinder, so werden sie als singlewalled carbon nanotubes (SWCNT) bezeichnet. Sind zwei oder mehr Zylinder vorhanden, entstehen entweder double-walied (DWCNT) oder die multi-walied carbon nanotubes (MWCNT). Diese können vorzugsweise konzentrisch ineinander geschachtelt vorliegen. If these tubes consist of only one cylinder, they are called singlewalled carbon nanotubes (SWCNT). If there are two or more cylinders, either double-waled (DWCNT) or multi-walied carbon nanotubes (MWCNT) are created. These may preferably be concentrically nested in one another.
Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann der dritte Füllstoff MWCNTs umfassen oder aus diesen bestehen, da diese eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit (> 3000 W*(m*K)-1 ) besitzen und gleichzeitig eine sehr hohe Reißfestigkeit im Bereich von 5-60 GPa aufweisen. Die hohe mechanische Stabilität zeigt sich dabei in hohen Reißwerten, extremer Elastizität und einer sehr guten Strapazierfähigkeit des Füllstoffs. According to various embodiments, the third filler MWCNTs include or consist of these, since they have a particularly high thermal conductivity (> 3000 W * (m * K) -1) and at the same time have a very high tensile strength in the range of 5-60 GPa. The high mechanical stability is reflected in high tear values, extreme elasticity and a very good durability of the filler.
Grundlage hierfür sind die sp2 hybridisierten starken σ-C-C- Bindungen verbunden mit einem delokalisierten p-Orbital als π-Bindung zu drei benachbarten Kohlenstoffatomen. Hierbei sind Verbiegungen bis zu 90° möglich. Mit SWCNT sind noch höhere Eigenschaftswerte erreichbar (E- Modul: 410 GPa bis 4150 GPa vs. Graphit: 1000 GPa, SWCNT: Wärmeleitfähigkeit ca. 6000 W*(m*K)-1 ). Allerdings zeigt sich hier ein schlechteres Leistungs-/Kosten-Verhältnis im Vergleich zu MWCNT. Die Zylinderdurchmesser von MWCNT liegen typischerweise im Bereich von 1 nm bis 100 nm, bevorzugt von 5 bis 50 nm, mit einer Länge von 500 nm bis 1000 μπι. This is based on the sp2-hybridized strong σ-CC bonds combined with a delocalized p orbital as π bond to three adjacent carbon atoms. This bending up to 90 ° are possible. Even higher property values can be achieved with SWCNT (modulus of elasticity: 410 GPa to 4150 GPa vs. graphite: 1000 GPa, SWCNT: thermal conductivity approx. 6000 W * (m * K) -1). However, here shows a worse performance / cost ratio compared to MWCNT. The cylinder diameters of MWCNT are typically in the range of 1 nm to 100 nm, preferably from 5 to 50 nm, with a length of 500 nm to 1000 μπι.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann der dritte Füllstoff MWCNT umfassen und gleichzeitig der zweite und/oder erste Füllstoff Industrieruß umfassen oder aus diesem bestehen, da hier ebenfalls eine Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit (z. B. bis zu 200 W*(m*K)-1) erreicht werden kann. Da der Einsatz von beispielhaft Industrieruß eine deutlich geringere Reißfestigkeit mit Werten von < 0,4 GPa aufweist, ist eine Kombination aus beiden oder weiteren Füllstoffen möglich und kann zu einer Verbesserung der Gesamtsplitausbeute und zu einer Verbesserung der Gesamtkosten im Splitting-Verfahren führt. According to further embodiments, the third filler may comprise MWCNT and at the same time the second and / or first filler may comprise or consist of carbon black, since here too an improvement of the thermal conductivity (eg up to 200 W * (m * K) -1) can be achieved. Since the use of exemplary carbon black having a significantly lower tensile strength with values of <0.4 GPa, a combination of both or other fillers is possible and can lead to an improvement in the Gesamtplitausbeute and to improve the overall costs in the splitting process.
20 Hierbei liegen die mittleren Durchmesser der Rußpartikel (Carbon Black) im Bereich von 5 nm bis 500 nm, bevorzugt von 20 nm bis 200 nm, besonders bevorzugt von 40 nm bis 100 nm. Here, the average diameter of the carbon black particles (carbon black) in the range of 5 nm to 500 nm, preferably from 20 nm to 200 nm, more preferably from 40 nm to 100 nm.
Weiterhin können die Füllstoffe Kieselsäure, beispielsweise pyrogene Kieselsäure, umfassen oder aus dieser bestehen. 25 Zusätzlich oder alternativ kann ein weiterer Füllstoff umfassend oder bestehend aus Kieselsäure im Polymer-Hybrid-Material vorgesehen sein. Furthermore, the fillers may comprise or consist of silica, for example fumed silica. In addition or as an alternative, a further filler comprising or consisting of silicic acid may be provided in the polymer hybrid material.
Pyrogene Kieselsäure kann ein dreidimensionales Netzwerk ausbilden und dadurch zur Verbesserung der mechanischen30 Stabilität beitragen. Somit kann ein solcher Füllstoff der gezielten Einstellung der mechanischen Eigenschaften des Polymer-Hybrid-Materials dienen. Einer oder mehrere der genannten Füllstoffe (erster, zweiter, dritter Füllstoff) können aus demselben Material bestehen, sofern dies mit der ihnen zugeschriebenen Funktion vereinbar ist. Beispielsweise kann sowohl der erste als auch der dritte Füllstoff Aluminium umfassen oder aus Aluminium bestehen. Aluminium lässt sich wie oben beschrieben sowohl zur Generierung von Kavitäten und damit zur Beschleunigung des Ablösens des Polymer- Hybrid-Materials vom Festkörper- Teilstück nutzen als auch zur Erhöhung der Temperaturleitfähigkeit. Eine derartige Ausgestaltung vereinfacht den Herstellungsprozess, da es ausreichend sein kann, nur einen oder zwei Füllstoffe hinzuzufügen, um alle Funktionen zu erfüllen. Pyrogenic silica can form a three-dimensional network and thereby contribute to the improvement of mechanical stability. Thus, such a filler can serve to selectively adjust the mechanical properties of the polymer hybrid material. One or more of the said fillers (first, second, third filler) may be of the same material, as long as this is compatible with the function attributed to them. For example, both the first and the third filler comprise aluminum or consist of aluminum. As described above, aluminum can be used both to generate cavities and thus to accelerate the detachment of the polymer hybrid material from the solid body section and to increase the thermal conductivity. Such a configuration simplifies the manufacturing process, since it may be sufficient to add only one or two fillers to perform all functions.
Erster und zweiter sowie ggf. dritter Füllstoff können auch aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Dadurch wird eine individuelle und damit bessere Anpassung des Füllstoffs an die gewünschte Funktion ermöglicht. Eine erfindungsgemäße Folie umfasst ein Polymer-Hybrid-Material, wie obenstehend beschrieben. Die Folie kann eine Dicke von beispielsweise 0,5 bis 5 mm aufweisen. First and second and possibly third filler can also consist of different materials. This allows an individual and thus better adaptation of the filler to the desired function. A film of the invention comprises a polymer hybrid material as described above. The film may have a thickness of, for example, 0.5 to 5 mm.
Auf zumindest diese Oberfläche wird ein erfindungsgemäßes Polymer-Hybrid-Material oder eine erfindungsgemäße Folie aufgebracht, so dass eine entsprechende Verbundstruktur resultiert. Das aufgebrachte Polymer-Hybrid-Material bzw. die aufgebrachte Folie werden im Folgenden auch als Aufnahmeschicht bezeichnet. Die Dicke einer solchen Aufnahmeschicht kann beispielsweise zwischen 0,5 mm und 5 mm, insbesondere zwischen 1 mm und 3mm, liegen. Optional kann das Polymer-Hybrid-Material oder die Folie auch auf mehrere freiliegende Oberflächen, insbesondere auf parallel zueinander angeordnete Oberflächen aufgebracht werden. An inventive polymer hybrid material or a film according to the invention is applied to at least this surface so that a corresponding composite structure results. The applied polymer-hybrid material or the applied film are also referred to below as recording layer. The thickness of such a receiving layer can be, for example, between 0.5 mm and 5 mm, in particular between 1 mm and 3 mm. Optionally, the polymer hybrid material or the film can also be applied to a plurality of exposed surfaces, in particular to surfaces arranged parallel to one another.
Die thermische Beaufschlagung stellt bevorzugt ein Abkühlen der Aufnahmeschicht unter die Umgebungstemperatur und bevorzugt unter 10 °C und besondere bevorzugt unter 0 °C und weiter bevorzugt unter -10 °C oder unter -40 °C dar. The thermal exposure preferably means that the receiving layer is cooled below the ambient temperature and preferably below 10 ° C and more preferably below 0 ° C and more preferably below -10 ° C or below -40 ° C.
Die Abkühlung der Aufnahmeschicht erfolgt höchst bevorzugt derart, dass zumindest ein Teil der Aufnahmeschicht einen Glasübergang vollzieht. Die Abkühlung kann hierbei eine Abkühlung auf unter -100 °C sein, die z. B. mittels flüssigen Stickstoffs bewirkbar ist. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da sich die Aufnahmeschicht in Abhängigkeit von der Temperaturveränderung zusammenzieht und/oder einen Glasübergang erfährt und die dabei entstehenden Kräfte auf das Festkörper-Ausgangsmaterial übertragen werden, wodurch mechanische Spannungen in dem Festkörper erzeugbar sind, die zum Auslösen eines Risses und/oder zur Rissausbreitung führen, wobei sich der Riss zunächst entlang der ersten Ablöseebene zum Abspalten der Festkörperschicht ausbreitet. The cooling of the receiving layer is most preferably such that at least a part of the receiving layer completes a glass transition. The cooling can be a cooling to below -100 ° C, the z. B. by means of liquid nitrogen is effected. This embodiment is advantageous because the receiving layer contracts as a function of the temperature change and / or undergoes a glass transition and the resulting forces are transferred to the solid state starting material, whereby mechanical stresses can be generated in the solid, which trigger a crack and / or or crack propagation, wherein the crack first propagates along the first release plane to cleave the solid layer.
In einem weiteren Schritt wird das Polymer-Hybrid-Material oder die Folie vom Festkörper- Teilstück, beispielsweise durch eine chemische Reaktion, ein physikalischer Ablösevorgang und/oder mechanisches Abtragen, entfernt. In a further step, the polymer-hybrid material or the film is removed from the solid-state section, for example by a chemical reaction, a physical detachment process and / or mechanical removal.
Der Ablösevorgang des Polymer-Hybrid-Materials vom Festkörper-Teilstück kann bei moderater Umgebungstemperatur, z. B. im Bereich von 20 °C bis 30 °C stattfinden, bevorzugt im höheren Temperaturbereich von 30 °C bis 95 °C, z. B. von 50 °C bis 90 °C, oder aber beispielsweise auch in einem unteren Temperaturbereich zwischen 1 °C und 19 °C. The detachment process of the polymer hybrid material from the solid section can at moderate ambient temperature, for. B. in the range of 20 ° C to 30 ° C, preferably in the higher temperature range of 30 ° C to 95 ° C, z. B. from 50 ° C to 90 ° C, or for example in a lower temperature range between 1 ° C and 19 ° C.
Der erhöhte Temperaturbereich kann eine Verkürzung einer chemischen Ablösereaktion aufgrund einer Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit ermöglichen, z. B. im Falle der Verwendung einer Opferschicht zwischen dem Polymer-Hybrid-Material und dem Festkörper. Im Falle der Verwendung einer Opferschicht kann das Ablösen in wässriger Lösung erfolgen, vorteilhaft bei einem pH-Wert im Bereich von 2 - 6. Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann beispielhaft der Ablösevorgang in Form einer Behandlung mit einer Lösung aus einem geeigneten apolaren Lösungsmittel erfolgen, wobei moderate Umgebungstemperaturen im Bereich von 1 °C bis 50 °C bevorzugt und von 20°C bis 40°C besonders bevorzugt sind. The elevated temperature range may allow for shortening of a chemical release reaction due to an increase in the reaction rate, e.g. B. in the case of Use of a sacrificial layer between the polymer hybrid material and the solid. In the case of the use of a sacrificial layer, the detachment may take place in aqueous solution, advantageously at a pH in the range 2-6. According to various embodiments, the dissolution process may take the form of a treatment with a solution of a suitable apolar solvent, for example Ambient temperatures in the range of 1 ° C to 50 ° C are preferred and from 20 ° C to 40 ° C are particularly preferred.
Ein besonderer Vorteil hierbei ist das Ablösen ohne eine Temperatureinwirkung auf die Folie. Hierbei können vorteilhaft aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe wie z. B. Toluol, n-Pentan, n-Hexan, aber auch halogenierte Lösungsmittel, wie z. B. Tetrachlorkohlenstoff, angewendet werden. Hierbei können zusätzliche Kräfte in das abzulösende Polymer-Hybrid- Material und die Grenzfläche zum Festkörper-Teilstück eingebracht werden, da durch eine Lösungsmittelbehandlung eine sehr starke reversible Quellung des Polymers-Hybriden- Materials auftreten kann, wodurch das Ablösen insgesamt vereinfacht wird. A particular advantage here is the detachment without a temperature effect on the film. This can advantageously aliphatic and aromatic hydrocarbons such. As toluene, n-pentane, n-hexane, but also halogenated solvents, such as. As carbon tetrachloride, are applied. In this case, additional forces can be introduced into the polymer hybrid material to be detached and the boundary surface to the solid body section, since a solvent treatment can cause a very strong reversible swelling of the polymer-hybrids material, whereby the detachment is simplified as a whole.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann eine Kombination 25 mit dem oben beschriebenen Ablösemechanismus der Opferschicht und der Behandlung mit einem geeigneten apolaren Lösungsmittel erfolgen - ebenfalls ohne Temperatureinwirkung auf die Folie. According to further embodiments, a combination 25 with the above-described detachment mechanism of the sacrificial layer and the treatment with a suitable non-polar solvent can be carried out - also without affecting the temperature of the film.
An der freiliegenden Schicht oder den freiliegenden Bauteilen der erzeugten Kompositstruktur kann eine Stabilisierungsschicht zum Begrenzen von Verformungen der freiliegenden Schicht oder der freiliegenden Bauteile angeordnet oder erzeugt werden, wobei die Verformungen aus den mittels der Aufnahmeschicht eingeleiteten mechanischen Spannungen resultieren. Die Seite mit Bauteilen wird somit bevorzugt geschützt und gehalten (z.B. gegen Verwölbung des Substrats bzw. des Festkörpers und Grauraumbedingungen). Dies kann über lösliche Polymere (Organik) oder Halteschichten geschehen. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da dadurch Wechselwirkungen mit z.B. kleinen Memsstrukturen begrenzt werden. Die Oberflächenbeschaffenheit eines mit Bauteilen ausgeführten Wafers ist gewöhnlich nicht regelmäßig, was bei zu starken oder abrupten Bewegungen zu Feldüberhöhungen und lokalen Oberflächenschäden führen kann. Somit stellt diese Ausführungsform eine Lösung dar, die einen guten Schutz der Festkörperschicht und der daran angeordneten und/oder erzeugten Schichten und/oder Bauteilen, insbesondere gegen mechanische Beschädigung oder Zerstörung, bewirkt. Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß ebenfalls durch ein Verfahren gemäß Anspruch 12 zur Erhöhung der Oberflächengüte einer mittels einer Rissführung freigelegten Oberfläche eines Ingots oder eines von dem Ingot abgetrennten Wafers oder eines von einem Wafer abgetrennten Festkörperanteils oder der durch das Abtrennen des Festkörperanteils freigelegten Oberfläche des Wafers gelöst. Dieses Verfahren umfasst bevorzugt mindestens die Schritte: Behandeln der durch das Abtrennen der Oberfläche freigelegten Oberfläche der Festkörperschicht zum Erhöhen der Festigkeit der inneren Struktur der Festkörperschicht und/oder zur Reduzierung der bei einem spanenden Verfahren auf die innere Struktur der Festkörperschicht wirkenden mechanischen Belastung und Verändern der Oberflächengüte der behandelten Oberfläche der Festkörperschicht mittels Polieren. Diese Lösung ist vorteilhaft, da signifikante Materialeinsparungen durch die Begrenzung der Mikrorissbildung und/oder Ausbreitung realisiert werden können. A stabilizing layer for limiting deformation of the exposed layer or components may be disposed or created on the exposed layer or exposed components of the resulting composite structure, the deformations resulting from the mechanical stresses introduced by the receptacle layer. The side with components is thus preferably protected and held (eg against warping of the substrate or the solid and gray space conditions). This can be done via soluble polymers (organics) or holding layers. This embodiment is advantageous because it limits interactions with, for example, small mem- brane structures. The surface finish of a wafer-finished wafer is usually not regular, which can lead to field swell and local surface damage if it is moved too sharply or abruptly. Thus, this embodiment represents a solution which provides good protection of the solid state layer and the layers and / or components arranged thereon and / or produced, in particular against mechanical damage or destruction. The aforementioned object is also achieved according to the invention by a method according to claim 12 for increasing the surface quality of a surface exposed by a crack guide of an ingot or a wafer separated from the ingot or a solid portion separated from a wafer or the surface of the wafer exposed by the separation of the solid portion solved. This method preferably comprises at least the steps of: treating the surface of the solid-state layer exposed by the separation of the surface to increase the strength of the inner structure of the solid-state layer and / or reducing the mechanical stress acting on the inner structure of the solid-state layer during a machining process and modifying the Surface finish of the treated surface of the solid state layer by polishing. This solution is advantageous because significant material savings can be realized by limiting microcracking and / or spreading.
Die Behandlung zur Reduzierung der bei dem spanenden Verfahren auf die innere Struktur des Restfestkörpers wirkenden mechanischen Belastung umfasst gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Anordnung eines Füllmaterials auf der freigelegten Oberfläche, wobei beim Schleifen oder Polieren zumindest abschnittsweise das Füllmaterial und das Festkörpermaterial zeitgleich entfernt werden oder die Behandlung zur Reduzierung der bei dem spanenden Verfahren auf die innere Struktur des Restfestkörpers wirkenden mechanischen Belastung eine Reduzierung der Oberflächenrauheit mittels Ätzen umfasst, wobei durch das Ätzen die mit einem Werkzeug zur spanenden Bearbeitung, insbesondere dem Schleifen oder Polieren, in kontaktbringbare Oberfläche vergrößert wird oder die Behandlung zur Erhöhung der Festigkeit der inneren Struktur der Festkörperschicht mittels Tempern oder lokalem Anschmelzen oder Laserpolieren bewirkt wird. According to a particular embodiment of the present invention, the treatment for reducing the mechanical stress acting on the inner structure of the residual solids according to a particular embodiment of the present invention, the arrangement of a filler on the exposed surface, wherein at least in sections, the filler material and the solid material are removed at the same time during grinding or polishing or the treatment for reducing the mechanical stress acting on the inner structure of the residual solids during the machining process comprises a reduction of the surface roughness by means of etching, wherein the etching increases the area to be contacted with a tool for machining, in particular grinding or polishing or the treatment for increasing the strength of the internal structure of the solid-state layer is effected by annealing or local fusing or laser polishing.
Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung noch auf einen Wafer oder Ingot der nach einem zuvor genannten Verfahren hergestellt ist, wobei die behandelte Oberfläche glänzt, insbesondere eine mittlere Rauheit von weniger als 150nm, insbesondere von weniger als 100nm oder von weniger als 80nm oder von weniger als 50nm oder von weniger als 20nm, aufweist. Ein erfindungsgemäßer Effekt auf den Ingot ist, dass dieser deutlich ergiebiger ist, da dünnere Wafer abgespalten werden können und sich weniger Materialverluste bei der Aufbereitung des Ingots zur weiteren Festkörperschichtenabtrennung ergeben. Furthermore, the present invention still relates to a wafer or ingot which is produced by a previously mentioned method, wherein the treated surface shines, in particular an average roughness of less than 150 nm, in particular less than 100 nm or less than 80 nm or less 50nm or less than 20nm. An inventive effect on the ingot is that this is much more economical, since thinner wafers can be split off and result in less material losses in the preparation of the ingot for further solid-state layer separation.
Ferner werden die Gegenstände der am 07.12.2016 beim Deutschen Patent- und Markenamt eingereichten Patentanmeldung DE 10 2016 123 679.9 vollumfänglich durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Schutzrechtsschrift gemacht. Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnungen erläutert, in welchen beispielhaft das erfindungsgemäße Trennverfahren dargestellt ist. Bauteile oder Elemente, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt eingesetzt werden und/oder welche in den Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sein, wobei diese Bauteile oder Elemente nicht in allen Figuren beziffert oder erläutert sein müssen. Furthermore, the objects of patent application DE 10 2016 123 679.9, filed on Dec. 7, 2016 with the German Patent and Trademark Office, are fully incorporated by reference into the subject matter of the present protective right. Further advantages, objects and characteristics of the present invention will be explained with reference to the following description of appended drawings, in which the separation process according to the invention is shown by way of example. Components or elements which are preferably used in the method according to the invention and / or which at least substantially coincide in the figures in terms of their function, may here be identified by the same reference numerals, these components or elements need not be quantified or explained in all figures.
Darin zeigen: Show:
Fig. 1 a die Veränderung eines mittels Tempern modifizierten Festkörpers; FIG. 1a the change of a solid modified by tempering; FIG.
Fig. 1 b das Einsparpotential bei einem mittels Tempern modifizierten Festkörpers gegenüber einem nicht modifizierten Festkörper, bei dem sich die Mikrorisse weiter ausbreiten können; FIG. 1b shows the potential for savings in the case of a modified solid by means of tempering compared to an unmodified solid in which the microcracks can propagate further; FIG.
Fig. 2 einen Vergleich von drei Schleifprozessen und den jeweiligen Fig. 2 shows a comparison of three grinding processes and the respective
Materialverlustreduzierungen der einzelnen vorgenommenen Behandlungen.  Material loss reduction of the individual treatments performed.
Fig. 1 a zeigt ein Beispiel für einen Temperschritt zur Entfernung von Subsurface-Damage (Tiefenschäden). Es ist ersichtlich, dass nach dem Temperschritt eine Vielzahl oder die Mehrzahl oder alle Mikrorisse 1 aus dem Festkörper ausgeheilt werden konnten. Fig. 1a shows an example of an annealing step for removing subsurface damage. It can be seen that after the annealing step, a large number or the majority or all of the microcracks 1 could be healed out of the solid.
Fig. 1 b zeigt die sich daraus beim Materialabtrag mittels einer Materialabtrageeinrichtung 10 ergebende Materialeinsparung 1 1 gegenüber einem unbehandelten Festkörper. Diese Verfahren werden erfindungsgemäß bevorzugt bei Silizium eingesetzt. FIG. 1 b shows the resulting material removal by means of a Materialabtrageeinrichtung 10 resulting material savings 1 1 compared to an untreated solid. These methods are used according to the invention preferably in silicon.
Schäden können somit in geeigneter Weise ausgeheilt werden, bevor Schleifen/Polieren stattfindet. Damage can thus be properly healed before sanding / polishing takes place.
Fig. 2 zeigt bei (1 ) einen Schleifprozess ohne Zwischenschritt und Oberflächenbehandlung. Bei diesem Schleifprozess werden durch die Abtrennung vom Spendersubstrat entstandenen Risse bzw. Mikrorisse 2 beim Schleifen als längere Risse oder Mikrorisse 4 in die Tiefe des Festkörpers 1 getrieben, die zusätzliches Schleifen und daher zusätzliche Schleif Verluste bedingen. Fig. 2 shows in (1) a grinding process without intermediate step and surface treatment. During this grinding process, cracks or microcracks 2 caused by the separation from the donor substrate are driven as longer cracks or microcracks 4 into the depth of the solid body 1 during grinding, which cause additional grinding and therefore additional grinding losses.
Durch (2) wird ein Schleifprozess dargestellt, bei dem ein Auftrag einer Schutzschicht 8 zum Verfüllen der Oberflächenkonturen vorgenommen wird. Das Verfüllen der Oberfläche oder von Mikrorissen kann mit einer Beschichtung oder Zusatzwerkstoffen erfolgen, wodurch scharfe Kanten und damit Ausbrüche und Risswachstum beim Schleifen abmildert oder verhindert. Die Schutzschicht 8 bewirkt somit eine Hemmung des Risswachstums beim Schleifen und/oder vermeidet Ausbrüche an scharfen Kanten. Es ist ersichtlich, dass die beim Schleifen mechanisch in den Festkörper 1 eingeleiteten Kräfte lokal geringer sind als ohne eine Schutzschicht 8, da die Kontaktfläche zwischen Spanabtrageinrichtung 10, insbesondere Schleifwerkzeug oder Schleifeinrichtung, und der Festkörperoberfläche größer ist. Gegenüber einem Schleifverfahren ohne vorangegangene Behandlung lässt sich die durch das Bezugszeichen 12 schematisch gekennzeichnete Materialeinsparung realisieren. By (2), a grinding process is shown in which an application of a protective layer 8 for filling the surface contours is made. The filling of the surface or of microcracks can be done with a coating or additional materials, which mitigates or prevents sharp edges and thus breakouts and crack growth during grinding. The protective layer 8 thus causes an inhibition of the crack growth during Sanding and / or avoid breakouts on sharp edges. It can be seen that the forces mechanically introduced into the solid body 1 during grinding are locally lower than without a protective layer 8, since the contact area between chip removal device 10, in particular grinding tool or grinding device, and the solid surface is greater. Compared with a grinding process without prior treatment, the material savings indicated schematically by the reference numeral 12 can be realized.
Durch (3) wird ein Ätzschritt zum Verrunden von Oberflächenkonturen dargestellt - ebenfalls zur Ausbruch- und Risswachstumshemmung. Die vorhandenen Risse bzw. Mikrorisse werden somit gekürzt 6. Es Ist ersichtlich, dass die beim Schleifen mechanisch in den Festkörper 1 eingeleiteten Kräfte lokal geringer sind als ohne einen Ätzschritt (insbesondere gegenüber dem Fall (1 )), da die Kontaktfläche zwischen Spanabtrageinrichtung, insbesondere Schleifwerkzeug oder Schleifeinrichtung, und der Festkörperoberfläche gegenüber einer unbehandelten Oberfläche größer ist. Gegenüber einem Schleifverfahren (2) lässt sich die durch das Bezugszeichen 14 schematisch gekennzeichnete Materialeinsparung realisieren. By (3), an etching step for rounding surface contours is shown - also for outbreak and crack growth inhibition. The existing cracks or micro-cracks are thus reduced. It can be seen that the forces mechanically introduced into the solid body 1 during grinding are locally lower than without an etching step (in particular with respect to case (1)), since the contact surface between the chip removal device, in particular Grinding tool or grinder, and the solid surface is greater than an untreated surface. Compared with a grinding process (2), the material savings indicated schematically by the reference numeral 14 can be realized.
Generell wird der Prozess des Abspaltens von Festkörperschichten von Festkörpern auf eine Minimierung der Oberflächenrauhigkeit (insbesondere mittlere Rauheit) hin optimiert, um möglichst kleine Dickenvariation des Endwafers zu erhalten und dadurch Schleif- /Polierverluste zu minimieren. Generally, the process of cleaving solid state layers of solids to minimize surface roughness (particularly average roughness) is optimized to obtain the smallest possible thickness variation of the final wafer and thereby minimize grinding / polishing losses.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Festkörper 1 solid
2 Ausgangsmikrorisse 2 output microcracks
4 vergrößerte Mikrorisse 4 enlarged microcracks
6 kürzergeätzte Mikrorisse 6 shorter etched microcracks
8 Füllschicht 8 filling layer
10 Materialabtragende Einrichtung 10 Material removing device
11 erste Einsparmenge 11 first savings
12 zweite Einsparmenge 14 dritte Einsparmenge 12 second savings amount 14 third savings

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung einer Festkörperschicht mindestens umfassend die Schritte: 1. A method for producing a solid-state layer at least comprising the steps:
Erzeugung einer Vielzahl an Modifikationen mittels Laserstrahlen im Inneren eines Festkörpers (1) zum Ausbilden einer Ablöseebene, Generating a plurality of modifications by means of laser beams inside a solid (1) to form a release plane,
Einleiten einer äußeren Kraft in den Festkörper (1 ) zum Erzeugen von Spannungen in dem Festkörper (1 ), wobei die äußere Kraft so stark ist, dass die Spannungen eine Rissausbreitung zum Abtrennen der Festkörperschicht von dem Festkörper entlang der Ablöseebene bewirkt, Introducing an external force into the solid (1) to create stresses in the solid (1), the external force being strong enough for the stresses to cause crack propagation to separate the solid layer from the solid along the release plane,
Behandeln der durch das Abtrennen der Oberfläche freigelegten Oberfläche der Festkörperschicht zum Erhöhen der Festigkeit der inneren Struktur der Festkörperschicht und/oder zur Reduzierung der bei einem spanenden Verfahren auf die innere Struktur der Festkörperschicht wirkenden mechanischen Belastung, Treating the surface of the solid-state layer exposed by the separation of the surface in order to increase the strength of the inner structure of the solid-state layer and / or to reduce the mechanical stress acting on the inner structure of the solid-state layer during a machining process,
Verändern der Oberflächengüte der behandelten Oberfläche der Festkörperschicht mittels Polieren. Change the surface finish of the treated surface of the solid layer by polishing.
2. Verfahren zur Herstellung einer Festkörperschicht mindestens umfassend die Schritte: 2. A method for producing a solid-state layer at least comprising the steps:
Erzeugung einer Vielzahl an Modifikationen mittels Laserstrahlen im Inneren eines Festkörpers (1 ) zum Ausbilden einer Ablöseebene, Generating a plurality of modifications by means of laser beams inside a solid (1) to form a release plane,
Einleiten einer äußeren Kraft in den Festkörper (1 ) zum Erzeugen von Spannungen in dem Festkörper (1 ), wobei die äußere Kraft so stark ist, dass die Spannungen eine Rissausbreitung zum Abtrennen der Festkörperschicht von dem Festkörper entlang der Ablöseebene bewirkt, Introducing an external force into the solid (1) to create stresses in the solid (1), the external force being strong enough for the stresses to cause crack propagation to separate the solid layer from the solid along the release plane,
Behandeln der durch das Abtrennen der Oberfläche freigelegten Oberfläche des Restfestkörpers zum Erhöhen der Festigkeit der inneren Struktur des Restfestkörpers und/oder zur Reduzierung der bei einem spanenden Verfahren auf die innere Struktur des Restfestkörpers wirkenden mechanischen Belastung, Verändern der Oberflächengüte der behandelten Oberfläche der Festkörperschicht mittels Polieren, erneutes Erzeugung einer Vielzahl an Modifikationen mittels Laserstrahlen im Inneren eines Festkörpers (1) zum Ausbilden einer weiteren Ablöseebene, wobei die Laserstrahlen über die polierte Oberfläche in den Festkörper (1) eingeleitet werden, erneutes Einleiten einer äußeren Kraft in den Festkörper (1 ) zum Erzeugen von Spannungen in dem Festkörper (1 ), wobei die äußere Kraft so stark ist, dass die Spannungen eine Rissausbreitung zum Abtrennen einer weiteren Festkörperschicht von dem Festkörper (1 ) entlang der Ablöseebene bewirkt. Treating the surface of the residual solids released by the separation of the surface for increasing the strength of the internal structure of the residual solids and / or for reducing the mechanical stress acting on the internal structure of the residual solids during a cutting process, Modifying the surface finish of the treated surface of the solid-state layer by polishing, regenerating a plurality of modifications by means of laser beams inside a solid (1) to form another release plane, the laser beams being introduced into the solid (1) via the polished surface, re-initiating an external force in the solid (1) to create stresses in the solid (1), the external force being strong enough for the stresses to cause crack propagation to separate another solid layer from the solid (1) along the release plane.
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Polieren und nach dem Behandeln die freigelegte Oberfläche spanend behandelt, insbesondere abgeschliffen oder geläppt, wird. 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that prior to polishing and after treatment, the exposed surface treated by machining, in particular abraded or lapped, is.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung zur Reduzierung der bei dem spanenden Verfahren auf die innere Struktur des Restfestkörpers oder der abgetrennten Festkörperschicht wirkenden mechanischen Belastung die Anordnung eines Füllmate als auf der freigelegten Oberfläche umfasst, wobei beim Schleifen oder Polieren zumindest abschnittsweise das Füllmaterial und das Festkörpermaterial zeitgleich entfernt werden oder die Behandlung zur Reduzierung der bei dem spanenden Verfahren auf die innere Struktur des Restfestkörpers oder der abgetrennten Restfestkörperschicht wirkenden mechanischen Belastung eine Reduzierung der Oberflächenrauheit mittels Ätzen umfasst, wobei durch das Ätzen die mit einem Werkzeug zur spanenden Bearbeitung, insbesondere dem Schleifen oder Polieren, in Kontakt bringbare Oberfläche vergrößert wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the treatment for reducing the mechanical stress acting on the internal structure of the residual solid or the separated solid layer in the cutting process comprises the arrangement of a Füllmate as on the exposed surface, wherein during grinding or Polishing at least partially the filler material and the solid material are removed at the same time or the treatment to reduce the mechanical stress acting on the internal structure of the residual solids or the residual solid layer removed in the machining process comprises a reduction of the surface roughness by means of etching, wherein by the etching with a tool for machining, in particular the grinding or polishing, contactable surface is increased.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Festköper SiC aufweist oder daraus besteht. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the solid SiC comprises or consists thereof.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung zur Erhöhung der Festigkeit der inneren Struktur der Festkörperschicht oder des Restfestkörpers mittels Tempern oder lokalem Anschmelzen oder Laserpolieren bewirkt wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the treatment for increasing the strength of the internal structure of the solid layer or the residual solid is effected by annealing or local melting or laser polishing.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Festköper Silizium aufweist oder daraus besteht. 7. The method according to claim 6, characterized in that the solid body comprises or consists of silicon.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einleiten der äußeren Kraft eine Aufnahmeschicht an einer freiliegenden Oberfläche der Kompositstruktur angeordnet wird, wobei die Aufnahmeschicht ein Polymermaterial aufweist und die Aufnahmeschicht zum, insbesondere mechanischen, Erzeugen von Spannungen in dem Festkörper thermisch beaufschlagt wird, wobei die thermische Beaufschlagung ein Abkühlen der Aufnahmeschicht auf eine Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur darstellt, wobei die Abkühlung derart erfolgt, dass das Polymermaterial der Aufnahmeschicht einen Glasübergang vollzieht und wobei sich durch die Spannungen ein Riss in dem Festkörper entlang der Ablöseebene ausbreitet, der die erste Festkörperschicht von dem Festkörper abtrennt. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for introducing the external force, a receiving layer on an exposed surface of the composite structure is arranged, wherein the receiving layer comprises a polymer material and the receiving layer for, in particular mechanical, generating stresses in the solid thermally wherein the thermal impingement is a cooling of the receiving layer to a temperature below the ambient temperature, wherein the cooling takes place such that the polymer material of the receiving layer makes a glass transition and wherein the tears spreads a crack in the solid along the Ablöseebene separating the first solid-state layer from the solid.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modifikationen mittels Mehrphotonenanregung erzeugt werden, wobei zunächst eine Vielzahl an Basis-Modifikationen auf einer zumindest abschnittsweise homogen verlaufenden, insbesondere gekrümmten, Linie, insbesondere in dem homogen verlaufenden Abschnitt, erzeugt werden, wobei diese Basis-Modifikationen mit vordefinierten Prozessparametern erzeugt werden, wobei die vordefinierten Prozessparameter bevorzugt die Energie pro Schuss und/oder die Schussdichte umfassen, wobei zumindest ein Wert dieser Prozessparameter und bevorzugt beide Werte oder alle Werte dieser Prozessparameter oder mehr als zwei Werte dieser Prozessparameter in Abhängigkeit von der Kristallgitterstabilität des Festkörpers festgelegt wird, wobei der Wert so gewählt ist, dass das Kristallgitter um die jeweiligen Basis-Modifikationen herum intakt bleibt, wobei ferner Auslösemodifikation zum Auslösen von unterkritischen Rissen erzeugt werden, wobei zumindest ein Prozessparameter zum Erzeugen der Auslösemodifikationen von zumindest einem Prozessparameter zum Erzeugten der Basis-Modifikationen verschieden ist, bevorzugt sind mehrere Prozessparameter voneinander verschieden, und/oder die Auslösemodifikationen in einer Richtung erzeugt werden, die zur Verlaufsrichtung der Linie, entlang der die Basis-Modifikationen erzeugt werden, geneigt oder beabstandet ist, wobei sich die unterkritischen Risse weniger als 5mm ausbreiten. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the modifications are produced by means of multiphoton excitation, wherein a plurality of base modifications are first generated on an at least partially homogeneously extending, in particular curved, line, in particular in the homogeneously extending section, wherein these base modifications are generated with predefined process parameters, wherein the predefined process parameters preferably the energy per shot and / or the weft density, wherein at least one value of these process parameters and preferably both values or all values of these process parameters or more than two values of these process parameters is determined as a function of the crystal lattice stability of the solid, wherein the value is chosen such that the crystal lattice the respective base modifications remain intact, further generating trigger modification for triggering subcritical cracks, wherein at least one process parameter for generating the trigger modifications of at least one process parameter for generating the Ba Preferably, several process parameters are different from each other, and / or the trigger modifications are generated in a direction that is inclined or spaced to the course of the line along which the base modifications are generated, with the subcritical cracks being less spread as 5mm.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Festkörpermaterial Silizium ist, wobei die Numerische Apertur zwischen 0,5 und 0,8, insbesondere bei 0,65, liegt, die Einstrahltiefe zwischen 200μιτ> und 400μιη, insbesondere bei 300μιτι, liegt der Pulsabstand zwischen 1μιτι und 5μιη, insbesondere bei 2μηη, liegt, der Linienabstand zwischen 1μητι und 5μιη, insbesondere bei 2 μιτι, liegt, die Pulsdauer zwischen 50ns und 400ns, insbesondere bei 300ns, liegt und die Pulsenergie zwischen 5 J und 15μ , insbesondere bei "Ι Ομ^ liegt oder das Festkörpermaterial SiC ist, wobei die Numerische Apertur zwischen 0,5 und 0,8, insbesondere bei 0,4, liegt, die Einstrahltiefe zwischen "ΙΟΟμιη und 300μιη, insbesondere bei10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the solid state material is silicon, wherein the numerical aperture between 0.5 and 0.8, in particular at 0.65, is the Einstrahltiefe between 200μιτ> and 400μιη, especially at 300μιτι , the pulse distance is between 1μιτι and 5μιη, especially at 2μηη, is the line spacing between 1μητι and 5μιη, especially at 2 μιτι, the pulse duration between 50ns and 400ns, especially at 300ns, and the pulse energy between 5 J and 15μ, in particular is " Ι Ομ ^ or the solid state material is SiC, wherein the numerical aperture between 0.5 and 0.8, in particular at 0.4, the Einstrahltiefe between " ΙΟΟμιη and 300μιη, in particular at
180μητ>, liegt der Pulsabstand zwischen Ο,ΐμπι und 3μνη, insbesondere bei 1μηι, liegt, der Linienabstand zwischen 20μιη und ΙΟΟμητι, insbesondere bei 75 μιτ), liegt, die Pulsdauer zwischen 1 ns und 10ns, insbesondere bei 3ns, liegt und die Pulsenergie zwischen 3μϋ und 15μϋ, insbesondere bei 7μϋ, liegt. 180μητ>, the pulse spacing is between Ο, ΐμπι and 3μνη, especially at 1μηι, lies Line spacing between 20μιη and ΙΟΟμητι, in particular at 75 μιτ), the pulse duration between 1 ns and 10ns, in particular at 3ns, and the pulse energy between 3μϋ and 15μϋ, especially at 7μϋ, is.
11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeschicht massemäßig zumindest mehrheitlich und bevorzugt vollständig aus dem Polymermaterial besteht, wobei der Glasübergang des Polymermaterials zwischen - 100°C und 0°C, insbesondere zwischen -85°C und -10°C oder zwischen -80°C und -20°C oder zwischen -65°C und -40°C oder zwischen -60°C und -50°C, liegt, wobei die Aufnahmeschicht bevorzugt aus einem Polymer-Hybrid-Material besteht, das eine Polymermatrix ausbildet, wobei sich in der Polymermatrix ein Füllstoff befindet, wobei die Polymermatrix bevorzugt eine Polydimethylsiloxan-Matrix ist und wobei der Masseanteil der Polymermatrix am Polymer-Hybrid-Material bevorzugt 80 % bis 99 % und besonders bevorzugt 90 % bis 99 % beträgt. 11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the receiving layer mass moderately at least majority, and preferably consists entirely of the polymer material, wherein the glass transition of the polymer material between - 100 ° C and 0 ° C, in particular between -85 ° C and -10 ° C or between -80 ° C and -20 ° C or between -65 ° C and -40 ° C or between -60 ° C and -50 ° C, wherein the receiving layer is preferably made of a polymer hybrid material forming a polymer matrix having a filler in the polymer matrix, wherein the polymer matrix is preferably a polydimethylsiloxane matrix and wherein the mass fraction of the polymer matrix on the polymer hybrid material is preferably 80% to 99% and more preferably 90% to 99% is.
12. Verfahren zur Erhöhung der Oberflächengüte einer mittels einer Rissführung freigelegten Oberfläche eines Ingots oder eines von dem Ingot abgetrennten Wafers oder eines von einem Wafer abgetrennten Festkörperanteils oder der durch das Abtrennen des Festkörperanteils freigelegten Oberfläche des Wafers, mindestens umfassend die Schritte: 12. A method for increasing the surface quality of a surface exposed by means of a crack guide of an ingot or a wafer separated from the ingot or a solid portion separated from a wafer or the surface of the wafer exposed by the separation of the solid portion, comprising at least the steps:
Behandeln der durch das Abtrennen der Oberfläche freigelegten Oberfläche der Festkörperschicht zum Erhöhen der Festigkeit der inneren Struktur der Festkörperschicht und/oder zur Reduzierung der bei einem spanenden Verfahren auf die innere Struktur der Festkörperschicht wirkenden mechanischen Belastung, Treating the surface of the solid-state layer exposed by the separation of the surface in order to increase the strength of the inner structure of the solid-state layer and / or to reduce the mechanical stress acting on the inner structure of the solid-state layer during a machining process,
Verändern der Oberflächengüte der behandelten Oberfläche der Festkörperschicht mittels Polieren. Change the surface finish of the treated surface of the solid layer by polishing.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung zur Reduzierung der bei dem spanenden Verfahren auf die innere Struktur des Restfestkörpers wirkenden mechanischen Belastung die Anordnung eines Füllmaterials auf der freigelegten Oberfläche umfasst, wobei beim Schleifen oder Polieren zumindest abschnittsweise das Füllmaterial und das Festkörpermaterial zeitgleich entfernt werden oder die Behandlung zur Reduzierung der bei dem spanenden Verfahren auf die innere Struktur des Restfestkörpers wirkenden mechanischen Belastung eine Reduzierung der Oberflächenrauheit mittels Ätzen umfasst, wobei durch das Ätzen die mit einem Werkzeug zur spanenden Bearbeitung, insbesondere dem Schleifen oder Polieren, in kontaktbringbare Oberfläche vergrößert wird oder die Behandlung zur Erhöhung der Festigkeit der inneren Struktur der Festkörperschicht mittels Tempern oder lokalem Anschmelzen oder Laserpolieren bewirkt wird. 13. The method according to claim 12, characterized in that the treatment for reducing the mechanical stress acting on the inner structure of the residual solids in the machining process comprises the arrangement of a filling material on the exposed surface, wherein at least in sections the filler material and the solid material are removed at the same time during grinding or polishing or the treatment for reducing the at a reduction of the surface roughness by means of etching, which is increased by the etching with a tool for machining, in particular the grinding or polishing, in kontaktbringbare surface or the treatment for increasing the strength of the machining process on the internal structure of the residual solid mechanical stress the internal structure of the solid state layer is effected by annealing or local melting or laser polishing.
14. Wafer oder Ingot hergestellt nach einem zuvor genannten Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die behandelte Oberfläche glänzt. 14. wafer or ingot produced by a previously mentioned method, characterized in that the treated surface shines.
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