CN107437493A - 一种用于晶圆减薄的表面保护胶膜 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于晶圆减薄的表面保护胶膜，其包含基材和布置在该基材上的压敏粘合剂层，所述晶圆表面保护胶膜在60℃下静置10分钟后具有2%或更低的热收缩比。所述晶圆表面保护胶膜在晶圆表面保护胶膜的硅晶片应用测试中理想地具有2%或更低的伸长度。根据该晶圆减薄的表面保护胶膜可以将晶圆背面研磨到非常小的厚度，而且不会使所述的晶圆造成翘曲、破裂。在完成晶片背面研磨步骤后，可从所述被粘物上剥离半导体晶片加工用晶圆表面保护胶膜，而不会破坏所述半导体晶片或留下粘合剂残余物。

Description

一种用于晶圆减薄的表面保护胶膜

技术领域

本发明涉及一种用于晶圆减薄的表面保护胶膜。具体而言，涉及一种可用于防止半导体晶圆电路形成面与非电路形成面的加工步骤中半导体晶圆的破裂、翘曲、污染、且和提高生产率的半导体晶圆表面保护用粘合胶膜及。

背景技术

加工半导体晶圆的步骤包括以下步骤：在半导体晶圆的电路形成面贴附一种用于晶圆减薄的表面保护胶膜的步骤；加工半导体晶圆的非电路形成面的步骤；将一种用于晶圆减薄的表面保护胶膜剥离的步骤；将半导体晶圆分割切断的切割步骤；经过上述步骤后，为了保护半导体芯片外部而以树脂封装的模塑步骤等。

近年，对半导体芯片薄层化的要求日渐提高，也期望开发出厚度为20～l00μm左右的芯片。其中，半导体晶圆的制造过程也变得复杂，即使是进行了这种薄层化的半导体晶圆，作为在无破损的前提下加工半导体晶圆的非电路形成面的步骤，也希望获得一种在支撑半导体晶圆的基板上经由一种用于晶圆减薄的表面保护胶膜贴附了半导体晶圆的状态下，可进行各种背面加工的半导体晶圆保护方法。

在半导体晶片生产中，已经采用在形成电路图形后将晶片背面进行研磨的技术。在该加工过程中，将晶圆表面保护胶膜施加至所述电路表面上以保护该电路表面和固定所述晶片，然后研磨该晶片的背面。通常，通过用本申请中使用的压敏粘合剂涂布由乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、聚乙烯等制成的柔性基材得到晶圆表面保护胶膜。然而，一直存在下列问题。当使用采用了这样特定柔性基材的晶圆表面保护胶膜时，在其应用期间施加的拉力积累为残余应力。此外，由于在所述晶片背面研磨步骤中和在之后被称为干磨光的加工步骤中产生的热量导致所述晶圆表面保护胶膜热收缩，并且该收缩产生内应力。在将大直径晶片研磨至厚度非常小的情况下，在所述晶圆表面保护胶膜中产生的残余应力和应力变得高于所述晶片的强度，并且消除所述残余应力的力导致所述晶片翘曲（弯曲）、破裂。

发明内容

本发明的目的为鉴于上述问题，提供一种用于晶圆减薄的表面保护胶膜，通过机械性研削将半导体晶圆的厚度薄层化至100μm或100μm以下，然后，在对半导体晶圆的非电路形成面进行的多段加工步骤中，所述一种用于晶圆减薄的表面保护胶膜可有效地防止起因于伴随半导体晶圆薄层化加工的半导体晶圆强度降低的半导体晶圆破损。本发明人等进行了深入研究，结果发现，在依次实施经由一种用于晶圆减薄的表面保护胶膜将半导体晶圆的电路形成面贴附在支持半导体晶圆的基板上的步骤和机械性研削半导体晶圆的非电路形成面的步骤，然后实施除去半导体晶圆非电路形成面的破碎层的步骤时的半导体晶圆保护方法中，考虑到防止伴随薄层化产生的半导体晶圆强度降低及由粘合剂层导致的晶圆污染，在具有优良耐热性和适度刚性的基材薄膜表里两面形成具有特定储能模量的粘合剂层得到的粘合薄膜是有用的，从而完成了本发明。

发明详述

本发明提供了一种用于晶圆减薄的表面保护胶膜，其包含基材和布置在该基材上的压敏粘合剂层，所述晶圆表面保护胶膜或所述基材在60℃下静置10分钟后具有2%或更低的热收缩比。所述晶圆表面保护胶膜在晶圆表面保护胶膜的硅晶片应用测试中理想地具有2%或更低的伸长度。

本发明进一步提供了一种用于晶圆减薄的表面保护胶膜，其包含基材和布置在该基材上的压敏粘合剂层，该晶圆表面保护胶膜在拉伸测试中伸长状态开始后1分钟时，在2%伸长率下的应力松弛比为20%或更高。该晶圆表面保护胶膜在伸长状态开始后10分钟时，理想地在2%伸长率下的应力松弛比为25%或更高。

本发明进一步提供了一种用于晶圆减薄的表面保护胶膜，其包含基材和布置在该基材上的压敏粘合剂层，在拉伸测试中，该晶圆表面保护胶膜在2%伸长后即刻每单位面积的应力为4.5 N/20mm²。

本发明进一步提供了一种用于晶圆减薄的表面保护胶膜，其包含基材和布置在该基材上的压敏粘合剂层，在该晶圆表面保护胶膜的硅晶片应用测试中，该晶圆表面保护胶膜具有2%或更低的伸长度。

所述基材优选为由两层或更多不同材料制成的层构成的层压物。该层压物优选包含两层，其每一层由聚烯烃树脂制成，并具有不同的热收缩比。

本发明的半导体晶片加工用晶圆表面保护胶膜适合在半导体晶片的背面研磨中用作表面保护片材。

根据本发明的半导体晶片加工用晶圆表面保护胶膜，可以将半导体晶片的背面研磨至非常小的厚度，而不会使所述晶片弯曲，破裂。此外，可以低成本容易地生产本发明的半导体晶片加工用晶圆表面保护胶膜。当将任何晶圆表面保护胶膜用于研磨大直径晶片至非常小的厚度时，可以进行该操作而不会使所述晶片弯曲，破裂。因此，本发明的半导体晶片加工用晶圆表面保护胶膜的使用改进了进行所述半导体晶片的背面研磨的生产率。

在一种本发明半导体晶片加工用晶圆表面保护胶膜中，在60℃下静置10分钟后，所述晶圆表面保护胶膜或基材具有2%或更低、优选1.5%或更低、更优选1.0%或更低的热收缩比。当所述晶圆表面保护胶膜或基材的热收缩比在该范围之内，并且该晶圆表面保护胶膜在例如半导体晶片背面研磨步骤中用作背面研磨片材时，则由在背面研磨中或在之后的加工步骤中产生热量导致的在该晶圆表面保护胶膜中产生的内应力（残余应力）极其低。因此，通过背面研磨步骤，所述晶圆表面保护胶膜没有弯曲，并且可以保持所述半导体晶片的平坦性。以如下方式测定热收缩比。将晶圆表面保护胶膜或基材切成规定尺寸。用测径规准确地测量机器方向尺寸的初始值A和横向方向尺寸的初始值A'。将样品在60℃环境中静置10分钟。其后，分别测量在热收缩后机器方向尺寸B和在热收缩后横向方向尺寸B，。使用如下公式，分别计算机器方向热收缩度C和横向方向热收缩度C'。C和C'中较大的一个定义为所述晶圆表面保护胶膜或基材的热收缩比。

C(%)=(A－B)/A×100

C' (%)=(A'－B')/A'×100

通过选择所述基材和压敏粘合剂的种类和其组合，可以调节所述晶圆表面保护胶膜或基材的热收缩比在该范围之内。

本发明的另一种晶圆表面保护胶膜具有优异的应力消除性能。具体地，在拉伸测试中，在伸长状态开始后1分钟时，该晶圆表面保护胶膜在2%伸长率下的应力松弛比为20%或更高、优选30%或更高、更优选50%或更高。在伸长状态开始后10分钟时，测得在2%伸长率下的应力松弛比可以为25%或更高、优选30%或更高、更优选50%或更高。当所述晶圆表面保护胶膜的应力松弛比在该范围内时，在施加至被粘物后所述应力松弛比极低。因此，即使在将作为被粘物的半导体晶片研磨至75-150μm的厚度或甚至更小的厚度时，该晶圆表面保护胶膜仍可以保持所述半导体晶片而不会使它弯曲。以如下方式计算应力松弛比。以200mm/min的速度拉伸具有指定长度的晶圆表面保护胶膜样品以测量在2%伸长率下的应力K和在伸长停止后1分钟时的应力L。然后，以(K－L)/K×100(%)计算应力松弛比。通过选择所述基材和压敏粘合剂的种类和其组合，可以调节所述晶圆表面保护胶膜的应力松弛比在该范围之内。

本发明另一种晶圆表面保护胶膜在2%伸长后即刻的每单位面积的应力为4.5N/mm²或更低、优选3.5N/mm²或更低、更优选3.0N/mm²或更低。当所述晶圆表面保护胶膜在所述伸长后即刻的每单位面积的应力在该范围内时，可以防止作为被粘物的半导体晶片发生由于应用产生的拉力而导致的翘曲（弯曲），破裂。以如下方式计算伸长后即刻的每单位面积的应力。将具有指定长度的晶圆表面保护胶膜切成宽度为15mm。在室温和200mm/min速度下将该样品拉伸2%，并且在该拉伸后立即测量应力。使用晶圆表面保护胶膜或基材在2%伸长率下的应力A和总厚度B(mm)，以A/(15×B)(N/mm²)计算伸长后即刻每单位面积的应力。在用隔离物等覆盖所述晶圆表面保护胶膜的压敏粘合剂侧的情况下，在已经除去隔离物的样品上进行测量。通过选择所述基材和压敏粘合剂的种类和其组合，可以调节所述晶圆表面保护胶膜在2%伸长后即刻每单位面积应力在该范围之内。

用于半导体晶片背面研磨步骤的晶圆表面保护胶膜出现弯曲（翘曲）的发生率与如上所述的热收缩比、伸长后应力松弛比、在伸长中每单位面积应力和在应用中伸长度密切相关。尽管只要这些性能的任何一种在该上述范围内，就可以显著抑制晶圆表面保护胶膜的翘曲，但更优选两种或更多种的这些性能在上述各自范围内。特别地，对于抑制半导体晶片背面研磨步骤中翘曲重要的是在60℃静置10分钟后的热收缩比为2%或更低。因此，在60℃静置10分钟后热收缩比为2%或更低、并且在伸长状态开始后1分钟时在2%伸长率下应力松弛比为20%或更高的晶圆表面保护胶膜，以及在60℃静置10分钟后热收缩比为2%或更低、并且在2%伸长后每单位面积应力为4.5N/20mm²的晶圆表面保护胶膜，以及在60℃静置10分钟后热收缩比为2%或更低、并且在应用中伸长度为2%或更低的晶圆表面保护胶膜等适合用作在半导体晶片的背面研磨中的表面保护片材。全部热收缩比、伸长后应力松弛比、伸长中每单位面积应力和应用至硅晶片中伸长度都在各自范围内的晶圆表面保护胶膜是特别优选的用作半导体晶片的背面研磨中的表面保护片材的晶圆表面保护胶膜。

压敏粘合剂

构成本发明每种晶圆表面保护胶膜的压敏粘合剂层的压敏粘合剂为聚合物，按照重量比包括5-10%的丁基橡胶、35-55%的低分子量聚异丁烯、10-20%的增粘树脂 、5-15%的环烷油、1-5%的石蜡、0-2%的抗氧剂168、1010等、0-2%的防老剂AW66。

所述压敏粘合剂可以是亲水性压敏粘合剂，所述亲水性压敏粘合剂通过使用作为基本聚合物的具有酸基例如羧基的聚合物，和向其中加入中和剂，以中和全部或部分在所述基本聚合物中的酸基，从而赋予聚合物亲水性而获得。亲水性压敏粘合剂通常较不易于在被粘物上留下粘合剂残余物，并且即使它留下粘合剂残余物，也可以通过用纯水洗涤容易除去该残余物。可以通过在生产基本聚合物中，将具有酸基的单体，例如上述列举的含羧基单体进行共聚合得到具有酸基的聚合物。

所述压敏粘合剂层可以通过用合适的技术，使用刮刀涂布机、辊式涂布机、凹槽辊涂布机、模具涂布机、反转辊式涂布机等，将所述压敏粘合剂施加至基材而形成。替代地，可以使用如下方法，其中在浇铸用合适工艺片材、例如经历表面防粘处理的膜上形成压敏粘合剂层，并将该压敏粘合剂层转移至基材上。尽管所述压敏粘合剂层的厚度没有特别限定，但其优选为10μm或更大(例如10-200μm)，更优选15μm或更大(例如15-100μm)，和特别优选18μm或更大(例如18-50μm)。当所述压敏粘合剂层的厚度在该范围内时，该压敏粘合剂层减小所述基材的应力，以改进所述晶圆表面保护胶膜的应力松弛比。

所述压敏粘合剂层的弹性模量优选为1.0×10⁴至1.0×10⁷。在该范围外的弹性模量是不合乎需要的，因为存在这样的压敏粘合剂层不具有使所述粘合层适用于半导体晶片的背面研磨的晶圆表面保护胶膜的压敏粘合剂性能的情况。在将可能量射线固化压敏粘合剂用作所述压敏粘合剂的情况下，所述弹性模量是指没有被固化（用能量射线辐照之前）的压敏粘合剂层的弹性模量。

基材

可以适当地选择和使用基材，使得如上所述热收缩比、应力松弛比、每单位面积应力和在应用中伸长度的各自值在各自所需范围中。尽管所述基材没有特别限定，但例如可以使用由树脂（塑料）制成的膜。构成所述树脂膜的树脂没有特别限定，并且可以是固化的树脂（例如热固性树脂或光固化的树脂）或热塑性树脂。其实例包括下列聚合物：聚烯烃例如低密度聚乙烯、线型聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超低密度聚乙烯、丙烯无规共聚物、丙烯嵌段共聚物、丙烯均聚物、聚丁烯和聚甲基戊烯、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、离聚物树脂、乙烯/（甲基）丙烯酸酯共聚物、乙烯/（甲基）丙烯酸酯（无规或交替）共聚物、乙烯/丁烯共聚物、乙烯/己烯共聚物、聚氨酯、聚酯例如聚（对苯二甲酸乙二醇酯）和聚（萘二甲酸乙二醇酯）、（甲基）丙烯酸类聚合物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚（酰胺．酰亚胺）、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚（氯乙烯）、聚（偏二氯乙烯）、氟树脂、纤维素树脂、和通过交联这些聚合物得到的聚合物。根据需要可以使用两种或更多种这些树脂的混合物。这些树脂可以任选包含添加剂例如无机填料例如碳酸钙、二氧化硅或云母、金属填料例如铁或铅，和着色剂例如颜料或染料。考虑到改进所述晶圆表面保护胶膜的应力松弛比，用于构成所述基材的材料优选是具有高应力释放性能的树脂。

形成所述基材的方法没有特别限定。其实例包括如下方法，其中将以颗粒形式的树脂熔融，并用挤出成膜机制成膜；和如下方法，其中具有T模头或充气膨胀的挤出模具或通过压延形成膜。所述基材的热收缩比显著取决于膜形成步骤中的温度条件。为了调节所述晶圆表面保护胶膜或基材的热收缩比至2%或更低，合乎需要的是选择通过膜形成步骤生产的基材，该膜形成步骤不包括拉伸。基材的上面，即待形成压敏粘合剂层的侧面可以进行化学或物理氧化处理例如电晕处理、铬酸盐处理、臭氧曝置、火焰曝置、暴露至高压电击、电离辐射处理等，以便具有改进的与所述压敏粘合剂的粘附。

所述基材的厚度可以选自例如30—1000μm，优选40—800μm，更优选50—500μm，特别优选100—200μm。可以选择合适的厚度，使得所述基材或晶圆表面保护胶膜具有上述范围内的性能。

如上所述，本发明一种用于晶圆减薄的表面保护胶膜各自具有基材和在其上形成的压敏粘合剂层。根据需要，可以用合适的隔离物保护所述压敏粘合剂层。所述半导体晶片加工用晶圆表面保护胶膜各自可以是卷形式或片状。它们可以片材或带材形式等。

如此得到的本发明晶圆表面保护胶膜可以用作例如用于多种被粘物例如电子部件的表面保护片材，并且其应用没有特别限定。本发明晶圆表面保护胶膜较不易翘曲，并可以在施加至被粘物后保持平坦状态。因此所述晶圆表面保护胶膜可以有利地用作在被粘物的储存、输送或加工中的表面保护片材，其中所述被粘物即使用轻微的力也容易弯曲或破裂，例如为超薄型的半导体晶片。所述粘合片还适用于在硅晶片的镜面抛光中的保护。此外，它们可以优选用作在半导体晶片处理步骤中加工用的晶圆表面保护胶膜。特别地，当将所述半导体晶片抛光至非常小的厚度时，该粘合片适用作保护晶圆表面保护胶膜（背面研磨片材），用于保护半导体晶片电路表面。

在研磨半导体晶片背面的步骤中，首先将本发明半导体晶片加工用晶圆表面保护胶膜的压敏粘合剂层施加至所述晶片的表面上（电路图形表面）。用被称为层压机的装置以如下方式进行该施加步骤，所述方式为对所述粘合片施加的拉力尽可能小。然而，基本上不可能在施加粘合片的同时完全不施加拉力。因此，当施加迄今为止使用的传统晶圆表面保护胶膜时，拉力在晶圆表面保护胶膜中积累为残余应力以致所述半导体晶片翘曲或破裂。相反，本发明半导体晶片加工用晶圆表面保护胶膜在应用中具有低的伸长度，因此具有降低的内应力。

随后，用磨机等研磨所述晶片的背面，直至所述晶片厚度降低至给定值(例如50-200 μm)。在该操作中，半导体晶片加工用晶圆表面保护胶膜用来固定所述半导体晶片，以及保护所述半导体晶片的前面（电路图形表面），从而防止晶片表面被沾污或损伤。通常，存在如下问题，即作为被粘物的超薄型晶片通过晶圆表面保护胶膜的热收缩而弯曲（翘曲）、破裂，其中所述晶圆表面保护胶膜的热收缩是由于在晶片背面研磨的步骤中和在所述研磨之后的加工步骤中产生的热量，或通过在所述晶圆表面保护胶膜中积累的残余应力或因为其协同效应导致的。顺便提及，与该热收缩和翘曲有关的问题，在很多情况下，可归因于在所述晶圆表面保护胶膜中的基材。根据本发明半导体晶片加工用晶圆表面保护胶膜，在应用中，导致翘曲的热收缩、晶圆表面保护胶膜伸长产生的应力、应力消除性能、和在应用中所述晶圆表面保护胶膜的伸长中的至少一种被改善。因此，即使在研磨晶片至极其小的厚度时，本发明晶圆表面保护胶膜也不会使所述晶片弯曲、破裂，并可以保持所述晶片平坦。特别当所述晶圆表面保护胶膜用于研磨易于翘曲的大直径半导体晶片至极其小的厚度时，可以进行该操作而不会使所述晶片翘曲、破裂。

在完成晶片背面研磨步骤后，可从所述被粘物上剥离半导体晶片加工用晶圆表面保护胶膜，而不会破坏所述半导体晶片或留下粘合剂残余物。在本发明半导体晶片加工用晶圆表面保护胶膜的压敏粘合剂层由可能量射线固化压敏粘合剂构成的情况下，用能量射线（例如紫外线或电子束）从背面（基材侧）辐照所述晶圆表面保护胶膜，以降低所述压敏粘合剂层的粘合力，从而可以容易地剥离所述晶圆表面保护胶膜，而不在所述被粘物上留下粘合剂残余物或使被粘物破裂。

Claims (6)

1.一种用于晶圆减薄的表面保护胶膜，其包含基材和布置在该基材上的压敏粘合剂层，所述用于晶圆减薄的表面保护胶膜在60℃下静置保持10分钟后，热收缩比为2%或更低。

2.一种用于晶圆减薄的表面保护胶膜，其包含基材和布置在该基材上的压敏粘合剂层，所述用于晶圆减薄的表面保护胶膜在拉伸试验中的伸长状态开始后1分钟时，在2%伸长下的应力松弛比为20%或更高。

3.权利要求2的用于晶圆减薄的表面保护胶膜，其在拉伸试验中的伸长状态开始后10分钟时，在2%伸长下的应力松弛比为25%或更高。

4.一种用于晶圆减薄的表面保护胶膜，其包含基材和布置在该基材上的压敏粘合剂层，所述用于晶圆减薄的表面保护胶膜在拉伸试验中伸长2%即刻的每单位面积的应力为4.5N/20mm²或更低。

5.一种用于晶圆减薄的表面保护胶膜，其包含基材和布置在该基材上的压敏粘合剂层，所述压敏粘合片在压敏粘合片的硅晶片应用测试中伸长度为2%或更低。

6.一种用于晶圆减薄的表面保护胶膜，在完成晶片背面研磨步骤后，可从所述被粘物上剥离半导体晶片加工用晶圆表面保护胶膜，而不会破坏所述半导体晶片或留下粘合剂残余物。