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.

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.

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.

Ferner werden Ingots in einzelne Wafer zerteilt, wobei die Wafer und/oder der Ingot anschließend weiter behandelt werden.

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.

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.

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.

Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Festkörperschichten bereitzustellen. Das verbesserte Herstellverfahren soll bevorzugt die Materialverluste reduzieren.

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.

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.

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.

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.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibungsteile und der Unteransprüche.

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.

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.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Festköper SiC auf oder besteht daraus.

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.

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.

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.

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.

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.

Die Modifikationen können eine Phasenumwandlung von Siliziumkarbid in Silizium und Kohlenstoff darstellen.

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.

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.

Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da insbesondere bei Verwendung der Aufnahmeschicht eine sehr präzise Krafteinleitung und somit Rissauslösung und/oder Rissführung bewirkt werden kann.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 %.

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.

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.

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.

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.

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

Freiheitsgrade hinsichtlich einer strukturellen Umorientierung mit zunehmender Bewehrung erschwert.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Durch die Generierung gasförmiger Reaktionsprodukte können zusätzliche Triebkräfte eingebracht werden, die die Entfernung des Polymer-Hybrid-Materials weiter unterstützen.

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.

Der erste Füllstoff kann ein Metall, insbesondere Aluminium, Eisen, Zink und/oder Kupfer umfassen oder aus einem Metall, insbesondere den zuvor genannten Metallen, bestehen.

„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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Kern-Schale-Partikel ermöglichen die Kombination der Eigenschaften des ersten und zweiten Materials. Beispielsweise kann über einen preiswerten Polymerkern die

Größe und Dichte der Füllstoffpartikel festgelegt werden, während die metallische Schale wie oben beschrieben reagieren kann. Aufgrund ihrer oftmals monodispersen

Partikelgrößenverteilung lassen sich die Eigenschaften der Kern-Schale-Partikel zudem präzise vorhersagen und einstellen.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Darin zeigen:

Fig. 1 a die Veränderung eines mittels Tempern modifizierten Festkörpers;

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. 2 einen Vergleich von drei Schleifprozessen und den jeweiligen

Materialverlustreduzierungen der einzelnen vorgenommenen Behandlungen.

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. 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.

Schäden können somit in geeigneter Weise ausgeheilt werden, bevor Schleifen/Polieren stattfindet.

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.

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.

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.

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.

Bezugszeichenliste

1 Festkörper

2 Ausgangsmikrorisse

4 vergrößerte Mikrorisse

6 kürzergeätzte Mikrorisse

8 Füllschicht

10 Materialabtragende Einrichtung

11 erste Einsparmenge

12 zweite Einsparmenge 14 dritte Einsparmenge