CN1247382A - 用于晶片背磨的表面保护片及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种在晶片背磨的一个工艺中所使用的用于半导体晶片的表面保护片,此工艺包括:在设有电路的半导体晶片的表面上形成槽,槽的切割深度小于晶片的厚度;以及对晶片的背面进行研磨从而减小晶片的厚度且最终把晶片分割成独立的芯片,该表面保护片包括衬底和叠加在其上的压敏粘合剂层,该压敏粘合剂层的弹性模量在40℃下至少为1.0×105帕。此表面保护片适用于以高产率生产极薄的IC芯片的工艺。

Description

用于晶片背磨的表面保护片及其使用方法
本发明涉及在晶片背磨时保护电路表面的压敏粘合剂片。尤其是，本发明涉及在晶片加工过程中所使用的压敏粘合剂片，在此过程中，对晶片背面进行研磨，从而减小晶片的厚度并最终实现把晶片分割成独立的芯片。
近几年，由于IC卡的不断普及，人们需要进一步减小其厚度。相应地，需要把半导体芯片的厚度(现在已经是大约350μm)减小到50-100μm或更薄。
普通的做法是在电路图案形成后研磨晶片背面。当试图把晶片研磨到例如100μm或更小的厚度时，晶片的强度降低了，其结果是晶片容易破裂。实际上，晶片是易碎的，从而即使芯片中只有轻微的缺陷，也可能因此缺陷而发生裂缝，裂缝变大穿过晶片，从而大大降低了芯片的产量。
Laid-Open公开号为5(1993)-335411的日本专利揭示了一种生产半导体芯片的工艺，其中，为了防止晶片因上述裂缝的生长而破裂，从晶片表面形成给定深度的槽，其后研磨晶片背面。
在此芯片生产工艺中，以缺陷作为起始点的晶片裂缝的生长能被这些槽所阻止。
然而，在此方法中同样发生芯片破裂。就在把晶片分割成独立的芯片前，这些芯片处于利用极弱的桥接而相互结合的状态。参考图6，就加上研磨力的方向以及所加研磨力的大小而言，与背磨机的主轴形成接触且正被研磨的芯片不同于还未与主轴接触的相邻芯片。这种力的差别使得芯片错位并使上述薄弱的桥接开裂，从而导致芯片破裂。
尤其是，在使用被广泛使用的常规表面保护片时，芯片错位的程度大，且很容易发生芯片破裂，这是因为表面保护片的压敏粘合剂相对较软。
本发明已考虑到上述已有技术。本发明的目的是提供一种表面保护片，它可应用于以高产量来生产极薄的IC芯片的工艺。
在本发明的一个方面，提供了一种在晶片背磨的一个工艺中所使用的用于半导体晶片的表面保护片，此工艺包括：在半导体晶片的表面上形成槽，该晶片已设有电路因而槽的切割深度小于晶片的厚度；以及对晶片的背面进行研磨从而减小晶片的厚度且最终把晶片分割成独立的芯片，
上述表面保护片包括衬底和叠加在其上的压敏粘合剂层，该层的弹性模量在40℃下为至少1.0×105帕。
压敏粘合剂层最好由能量辐射固化的压敏粘合剂构成。此外，压敏粘合剂层的剪切剥离强度最好为至少10kg/cm2。
再者，在本发明中，表面保护片的压缩应变在40kg/cm2时最好为0.1到5.0％。
本发明表面保护片的使用使得能以高的产量生产极薄的IC芯片。
在本发明的另一个方面，提供了一种对晶片背面进行研磨的方法，包括以下步骤：
在半导体晶片的表面上形成槽，该晶片设有电路，因而槽的切割深度小于晶片的厚度，
把上述表面保护片粘到设有半导体电路的晶片表面，以及
研磨晶片的背面，从而减小晶片的厚度并且最终把晶片分割成独立的芯片。
图1是本发明的表面保护片的剖面图；
图2-5示出使用本发明的表面保护片(压敏粘合剂片)来生产薄的IC芯片的工艺步骤；以及
图6示出在常规的背磨方法中发生芯片破裂的机理。
现参考附图详细地描述本发明。
参考图1，本发明的表面保护片10包括衬底1以及叠加在其上的压敏粘合剂层2。
对衬底1没有特别限制，可使用各种薄层产品。例如，可把纸、金属箔和合成树脂膜用作衬底1。尤其是，在本发明中，从防水性、耐热性等来看，使用合成树脂膜是较佳的。合成树脂膜的例子包括聚烯烃膜如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯和聚甲基戊烯；和其它聚合物膜如聚氯乙烯、聚1，1-二氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚丁二烯、聚氨酯、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、乙烯/(甲基)丙烯酸共聚物、乙烯/(甲基)丙烯酸酯共聚物、离聚物、聚苯乙烯和聚酰胺。
最好把其厚度与杨氏模量的乘积在1.0到1000kg/cm，尤其是在3.0到500kg/cm范围内的衬底用作衬底1。
上述衬底1的厚度一般在5到300μm范围内，最好是在10到200μm范围内。衬底1可由上述各种膜中任一个的单层或其层叠体构成。
至于膜的层叠体，可把这些膜直接相互层叠起来，例如干式层叠，或通过例如粘合剂等介质进行层叠。
可以电晕来处理衬底1的上表面，即设有压敏粘合剂层2一侧的表面，或者此上表面可设有诸如首涂层等其它层，以便增强与压敏粘合剂的粘附力。
当下述压敏粘合剂层2由能量辐射固化的压敏粘合剂构成时，可以能量辐射来照射压敏粘合剂层2。在此情况下，构成衬底1的膜必须是透明的。
在本发明的表面保护片10中，把压敏粘合层叠加在上述衬底1上。
压敏粘合剂层2由弹性模量在40℃下至少为1.0×105帕，最好为1.0×105帕到1.0×1010帕的压敏粘合剂构成。在对半导体晶片的背面进行研磨期间，表面保护片10不仅用于表面保护，而且还用于晶片固定。在背磨期间，产生研磨热量，此热量被传导到表面保护片10，其结果是压敏粘合剂层2的温度变为大约20到60℃。普通的压敏粘合剂容易因加热而变软，从而其柔软度随研磨的进行而增大，以至引起晶片(芯片)移动。然而，在本发明中，使用弹性模量在40℃下至少为1.0×105帕的压敏粘合剂可阻止图6所示的情况，从而防止芯片破裂。在40℃下弹性模量超过1.0×1010帕的压敏粘合剂也可防止晶片破裂。然而，如果使用这种压敏粘合剂，可能难以保持其它的压敏粘合剂性能。
上述弹性模量指固定晶片对晶片的背面进行研磨时测得的弹性模量。例如，在使用其弹性模量可因能量辐射的照射而发生变化(诸如能量辐射固化的压敏粘合剂)的压敏粘合剂时，可在把压敏粘合剂层2粘到晶片上并通过能量辐射照射而使压敏粘合剂层2固化后，对晶片的背面进行研磨。在此情况下，上述弹性模量指固定晶片对晶片的背面进行研磨时测得的弹性模量，即已通过能量辐射照射固化的压敏粘合剂层的弹性模量。
可通过扭转剪切法(弹性模量G′)或拉伸压缩法(弹性模量E′)来测量弹性模量。通过扭转剪切法来测量能量辐射固化的压敏粘合剂在能量辐射照射前的弹性模量，而通过拉伸压缩法来测量能量辐射照射后的弹性模量。弹性模量G′和弹性模量E′在线性区一般满足关系E′＝3G′。上述限定本发明的弹性模量指通过拉伸压缩法测得的弹性模量。在通过扭转剪切法来进行测量时，使用公式E′＝3G′来进行转换。
本发明中所使用的压敏粘合剂不受限制，只要它能表现出上述弹性模量。例如，可使用基于橡胶、丙烯酸、硅树脂和聚乙烯醚的压敏粘合剂。在本发明中，偏向于使用能量辐射固化的压敏粘合剂。此外，可使用能量辐射固化且可通过热量发泡的压敏粘合剂。
虽然与其材料类型有关，但压敏粘合剂层2的厚度一般在大约3到100μm范围内，最好为大约10到50μm。
可把各种压敏粘合剂用作上述压敏粘合剂。在本发明中，最好使用能量辐射固化的压敏粘合剂。例如，最好把公开号为1(1989)-56112的日本专利以及Laid-Open公开号为7(1995)-135189的日本专利中所列举的用作能量辐射固化(光可固化、紫外线可固化或电子束可固化)的压敏粘合剂，无论如何也不限制本发明中使用的能量辐射固化的压敏粘合剂的范围。
例如，如象Laid-Open公开号为60(1985)-196,956和60(1985)-223,139的日本专利中所揭示的低分子量化合物广泛地用作待混入能量辐射固化压敏粘合剂中的能量辐射可聚合化合物，这种低分子量化合物的分子至少有两个可光聚合的双碳键，在光照射下它们能转换成三维网状结构。其具体的例子包括三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三丙烯酸季戊四醇酯、四丙烯酸季戊四醇酯、一羟基五丙烯酸二季戊四醇酯、六丙烯酸二季戊四醇酯、二丙烯酸1，4-丁二醇酯、二丙烯酸1，6-己二醇酯、聚二丙烯酸乙二醇酯和能商购的低聚酯丙烯酸酯。
此外，除了上述丙烯酸酯化合物外，氨基甲酸乙酯丙烯酸酯低聚物也可以用作能量辐射聚合的化合物。氨基甲酸乙酯丙烯酸酯低聚物可通过异氰酸酯封端的氨基甲酸乙酯预聚物与含羟基的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯反应而制得，上述预聚物是将多醇化合物如聚酯或聚醚化合物与聚异氰酸酯化合物如二异氰酸2，4-亚甲苯酯(2，4-tolylene diisocyanate)、二异氰酸2，6-亚甲苯酯、二异氰酸1，3-亚二甲苯酯、二异氰酸1，4-亚二甲苯酯或二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯反应获得的，上述含羟基的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯如丙烯酸2-羟基乙酯、甲基丙烯酸2-羟基乙酯、丙烯酸2-羟基丙酯、甲基丙烯酸2-羟基丙酯、聚丙烯酸乙二醇酯或聚甲基丙烯酸乙二醇酯。
至于能量辐射固化的压敏粘合剂中能量辐射聚合的混合物与丙烯酸压敏粘合剂的混合比，最好是，每100重量份的丙烯酸压敏粘合剂，使用50到200重量份，尤其是50到150重量份，更好是70到120重量份的能量辐射聚合的混合物。在此情况下，获得的压敏粘合剂片的初始粘合强度较大，且在以能量辐射照射压敏粘合剂层时，该粘合强度急剧下降。相应地，在芯片与能量辐射固化的丙烯酸压敏粘合剂层的界面处进行剥离，从而取下芯片。
能量辐射固化的丙烯酸压敏粘合剂层由能量辐射固化的共聚物构成，该共聚物具有作为侧链的能量辐射可聚合基因。这种能量辐射固化的共聚物同时表现出令人满意的粘性和能量辐射可固化性特性。例如，在Laid-Open公开号为5(1993)-32,946和8(1996)-27,239的日本专利中描述了具有作为侧链的能量辐射可聚合基团的能量辐射可固化共聚物的细节。这种压敏粘合剂不需要混合会降低其弹性模量的小分子量物质，从而容易获得高的弹性模量。
在以能量辐射照射前，上述能量辐射固化的丙烯酸压敏粘合剂具有令人满意的粘合强度，但在能量辐射照射下，粘合强度大大降低。即，在以能量辐射照射前，能以令人满意的粘合强度来固定芯片，而在以能量辐射照射后，可容易地使芯片剥离。
上述压敏粘合剂层2的剪切剥离强度最好至少为10kg/cm2，更好在10到100kg/cm2的范围内，最好在10到50kg/cm2的范围内。至于能量辐射固化的压敏粘合剂，此剪切剥离强度还依据是否进行能量辐射照射而变化。在本发明中，与上述弹性模量相似，剪切剥离强度是指在固定晶片对晶片的背面进行研磨同时测得的强度。在以能量辐射照射时，能量辐射固化的压敏粘合剂的粘合强度大大降低，从而在研磨步骤期间容易发生剥离。然而，如果沿剪切方向的应力(剪切剥离强度)加大，则可防止研磨步骤期间的剥离，而与180°的剥离强度无关。因此，当剪切剥离强度在上述范围内时，可在背磨期间牢牢地固定晶片(芯片)，从而防止芯片破裂。
本发明的表面保护片的压缩应变以在0.1到5.0％范围内为佳，更好是在0.5到4.5％的范围内。
依据日本工业标准(JIS)K 7208，在40kg/cm2的负荷下，测量该片的压缩应变。
当该片的压缩应变落在上述范围内时，与主轴形成接触且正被研磨的芯片与还未与主轴接触的相邻芯片之间的高度差变得相对小，从而防止芯片破裂(发生裂缝)。
把本发明的上述表面保护片10用作在晶片背磨工艺中保护晶片表面以及暂时固定晶片的装置，其中提供设有半导体电路的表面和背面的预定厚度的晶片，从晶片表面形成切割深度小于晶片厚度的槽，并对晶片的背面进行研磨，从而减小晶片的厚度并最终把晶片分割成独立的芯片。
尤其是，在包括以下步骤的晶片背磨工艺中使用表面保护片10。
第一步：从晶片3的表面沿分割多个电路的道进行切割而形成预定深度的槽4(见图2)。
第二步：粘接本发明的表面保护片10，从而晶片3的整个表面都被其所覆盖(见图3)。
第三步：对晶片的背面进行研磨，从而除去上述槽4的底部并实现所需的厚度，从而完成把晶片分割成独立的芯片5(见图4)。
其后，在压敏粘合剂层2由能量辐射固化的压敏粘合剂构成时，以能量辐射照射压敏粘合剂层2，从而减小粘合强度。把压敏粘合剂胶带(如Laid-open公开号为5(1993)-335411号日本专利中所述的安装用胶带)粘到芯片的被研磨表面，剥离表面保护片10(见图5)。从压敏粘合剂胶带上取下芯片并安装到给定的底座上。
在压敏粘合剂层2由软性能量辐射固化的压敏粘合剂构成时，在上述第二个步骤中，从衬底一侧以能量辐射照射压敏粘合剂层2，从而可控制压敏粘合剂层2的弹性模量落在上述范围内。在此情况下，在把晶片分割成独立的芯片5后不必以能量辐射进行进一步的照射。
上述工艺便于以高的产量生产薄的IC芯片。
从以上描述很明显的是，本发明的表面保护片可以高的产量生产极薄的IC芯片。
现在将参考以下例子来更详细地说明本发明，但这些例子并不限制本发明的范围。
在这些例子和比照例子中，片的弹性模量、剪切剥离强度、压缩应变以及开裂发生率是通过以下方法测得的。
弹性模量
(1)弹性模量G′(扭转剪切法)
测试件：直径为8mm且高度为3mm的圆柱体，
测量设备：DYNAMIC ANALYZER RDA II(REOMETRIC SCIENTIFIC F.E.LTD.制造)，以及
测量频率：1Hz。
在通过扭转剪切法来测量弹性模量时，把G′的值增加三倍，从而把它转换成E′的值。
(2)弹性模量E′(拉伸压缩法)
测试件：50mm(长度)×4mm(宽度)×0.5mm(厚度)，
测量设备：RHEOVIBRON DDV-II-EA(Orientec Corporation制造)，以及
测量频率：11Hz。
剪切剥离强度
测试件：15mm(宽度)×100mm(长度)，以及
测量设备：INSTRON MODEL 4204(Instron corporation制造)。
利用1kg的滚筒把上述测试件粘到镜子一样的晶片上，从而测试件与晶片相互粘接的面积为15mm×15mm。
用适当的夹具来固定测试件和晶片，通过以50mm/min的主速度沿竖直方向(剪切方向)进行剥离来进行测量。
片的压缩应变
按照以下依据日本工艺标准(JIS)K 7208的方式测量压缩应变。
通过把10mm×10mm的薄片堆叠在一起来准备5mm厚的样品。利用INSTRON MODEL 4204(Instron Corporation制造)以5mm/min的测量速度沿厚度方向把负荷加到样品上，从而获得压缩负荷/形变曲线。从曲线值中计算40kg/cm2压缩负荷下的压缩应变。
开裂发生率
把直径为6英寸且厚度为700μm的硅晶片粘到划片纸(Lintec Corporation生产的Adwill D-628)上，由使用35μm厚刀片的DAD 2H/6T(Disco Corporation制造)来形成槽，使切割深度为400μm且芯片尺寸为10mm2。其后，把每个试样和比照试样中产生的压敏粘合剂片粘到晶片开槽的表面上。剥去划片纸，用DFG840(Disco Corporation)进行研磨，直到晶片厚度变为80μm。在试样4中，在研磨步骤前，先以能量辐射(紫外线)照射压敏粘合剂片。在试样1到3以及比照试样中，在研磨步骤完成后，才以能量辐射(紫外线)来照射压敏粘合剂片。在试样5中，不进行以能量辐射(紫外线)照射压敏粘合剂片。剥离压敏粘合剂片，计算被分割的芯片中开裂的芯片数。通过以下公式来计算开裂发生率：
Figure A9911810100091
例1
将100重量份重均分子量为300,000的丙烯酸类共聚物(它是从60重量份丙烯酸丁酯、10重量份甲基丙烯酸甲酯和30重量份丙烯酸2-羟基乙酯制得的)的25％乙酸乙酯溶液与7.0重量份异氰酸甲基丙烯酰氧基乙酯反应，获得能量辐射固化的共聚物。将0.5重量份聚异氰酸酯化合物(由Nippon Polyurethane IndustryCo.，Ltd.制造的Coronate L)和1.0重量份光聚合引发剂(由Ciba SpecialtyChemicals K.K.制造的Irgacure 184)与100重量份(以固体含量计)能量辐射固化的共聚物混合，从而获得能量辐射固化的压敏粘合剂。
给110μm厚的聚乙烯膜(杨氏模量×厚度＝14.3kg/cm)涂敷能量辐射固化的压敏粘合剂，干燥后的涂层厚度为20μm。在100℃干燥1分钟，从而获得压敏粘合剂片。
使用此压敏粘合剂片进行前述测试。在表1中给出结果。
例2
重复实施例1同样的步骤，所不同的是能量辐射固化的共聚物是将100重量份重均分子量为300,000的丙烯酸类共聚物(它是从55重量份丙烯酸丁酯、10重量份甲基丙烯酸甲酯、5重量份丙烯酸甲酯和30重量份丙烯酸2-羟基乙酯制得的)的25％乙酸乙酯溶液与7.0重量份异氰酸甲基丙烯酰氧基乙酯反应获得的。结果列于表1中。
例3
重复实施例1同样的步骤，所不同的是能量辐射固化的共聚物是将100重量份重均分子量为300,000的丙烯酸类共聚物(它是从50重量份丙烯酸丁酯、20重量份甲基丙烯酸甲酯和30重量份丙烯酸2-羟基乙酯制得的)的25％乙酸乙酯溶液与7.0重量份异氰酸甲基丙烯酰氧基乙酯反应获得的。结果列于表1中。
例4
将100重量份重均分子量为300,000的丙烯酸类共聚物(它是从90重量份丙烯酸丁酯和10重量份丙烯酸2-羟基乙酯制得的)、120重量份作为包含不与上述丙烯酸类共聚物反应的不饱和基团的组分的重均分子量为7000的氨基甲酸乙酯丙烯酸酯低聚物(商品名：SEIKABEAM PU-4，由Dainichiseika Color & ChemicalsMFG.Co.，Ltd.制造)、10重量份聚异氰酸酯化合物(由Nippon PolyurethaneIndustry Co.，Ltd.制造的Coronate L)和4.0重量份光聚合引发剂(由Ciba SpecialtyChemicals K.K.制造的Irgacure 184)混合在一起，从而获得能量辐射固化的压敏粘合剂。除了在研磨步骤前进行能量辐射的照射外，其余均按实施例1相同的方式使用上述这种压敏粘合剂来制造压敏粘合剂片。
使用这种压敏粘合剂片进行上述试验。结果列于表1中。
例5
重复实施例1同样的步骤，所不同的是使用将20重量份聚异氰酸酯化合物(Coronate L)与100重量份(以固体含量计)重均分子量为500,000的丙烯酸类共聚物(它是从80重量份丙烯酸异丁酯、15重量份甲基丙烯酸甲酯和5重量份丙烯酸2-羟基乙酯制得的)混合制得的丙烯酸类可去除的压敏粘合剂来代替实施例1的能量辐射固化的压敏粘合剂。结果列于表1中。
对比例1
重复实施例1同样的步骤，所不同的是能量辐射固化的共聚物是将100重量份重均分子量为300,000的丙烯酸类共聚物(它是从80重量份丙烯酸2-乙基己酯和20重量份丙烯酸2-羟基乙酯制得的)的25％乙酸乙酯溶液与4.7重量份异氰酸甲基丙烯酰氧基乙酯反应获得的。结果列于表1中。
对比例2
重复实施例1同样的步骤，所不同的是能量辐射固化的共聚物是将100重量份重均分子量为300,000的丙烯酸类共聚物(它是从60重量份丙烯酸丁酯、10重量份甲基丙烯酸甲酯和30重量份丙烯酸2-羟基乙酯制得的)的25％乙酸乙酯溶液与3.0重量份异氰酸甲基丙烯酰氧基乙酯反应获得的。结果列于表1中。
对比例3
使用未经能量辐射照射过的实施例4的压敏粘合剂片进行试验。结果列于表1中。
                              表 1
 压敏粘合剂的弹性模量(40℃)(Pa)  剪切剥离强度(kg/cm2)   压缩应变(％)  开裂发生率(％)
  例1     1.07×105     10.8     4.4      0
  例2     1.10×105     12.8     4.1      0
  例3     1.48×105     13.5     3.6      0
  例4     4.55×108     33.7     3.2      0
  例5     6.71×106     11.5     3.5      0
对比例1     2.00×104     7.9     6.2      7
对比例2     8.66×104     9.6     5.5      0.2
对比例3     1.78×104     6.5     7.2      9

Claims (9)

1.一种在晶片背磨的一个工艺中所使用的用于半导体晶片的表面保护片，此工艺包括：在设有电路的半导体晶片的表面上形成槽，槽的切割深度小于晶片的厚度；以及对晶片的背面进行研磨从而减小晶片的厚度且最终把晶片分割成独立的芯片，
所述表面保护片包括衬底和叠加在其上的压敏粘合剂层，该压敏粘合剂层的弹性模量在40℃下至少为1.0×105帕。
2.如权利要求1所述的表面保护片，其特征在于压敏粘合剂层最好由能量辐射固化的压敏粘合剂构成。
3.如权利要求1或2所述的表面保护片，其特征在于压敏粘合剂层的剪切剥离强度最好为至少10kg/cm2。
4.如权利要求1或2所述的表面保护片，其特征在于在40kg/cm2下，具有0.1到5.0％的压缩应变。
5.如权利要求3所述的表面保护片，其特征在于在40kg/cm2下，具有0.1到5.0％的压缩应变。
6.一种对晶片背面进行研磨的方法，其特征在于包括以下步骤：
在设有电路的半导体晶片的表面上形成槽，槽的切割深度小于晶片的厚度，
把表面保护片粘到设有半导体电路的晶片表面，所述表面保护片包括衬底和叠加在其上的压敏粘合剂层，该压敏粘合剂层的弹性模量在40℃下至少为1.0×105帕，以及
研磨晶片的背面，从而减小晶片的厚度并且最终把晶片分割成独立的芯片。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于压敏粘合剂层由能量辐射固化的压敏粘合剂构成，在把表面保护片粘到设有半导体电路的晶片表面后，以能量辐射照射压敏粘合剂层，从而使压敏粘合剂层的弹性模量在40℃下至少为1.0×105帕。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于以能量辐射照射过的压敏粘合剂层的剪切剥离强度至少为10kg/cm2。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于在以能量辐射照射后，表面保护片的压缩应变在40kg/cm2下为0.1到5.0％。
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