KR20140118378A - 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름 - Google Patents

반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름 Download PDF

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KR20140118378A
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Abstract

반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름이 개시된다. 본 발명의 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름은 기재 필름상에 버퍼층과 점착층이 적층되는 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름으로서, 25℃에서 상기 버퍼층의 인덴테이션 탄성률은 자외선 조사에 의해 4 내지 80 배 증가되는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름{Protect Film For Semiconductor Wafer In Backgrinding}
본 발명은 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 버퍼층에 광개시제를 포함하여, 25℃에서 버퍼층의 인덴테이션 탄성률이 자외선 조사에 의해 4 내지 80 배 증가되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름에 관한 것이다.
반도체 장치는 고순도의 실리콘 단결정을 슬라이스하여 웨이퍼를 얻은 후 집적회로를 형성하고, 회로 형성 표면에 웨이퍼 표면 보호용 점착 필름을 점착한 후 그라인딩, 러빙, 폴리싱 등의 수단으로 뒷면을 연삭하는 공정을 거친 후 다이싱하고 필요시 웨이퍼를 적층한 다음 에폭시 수지로 몰딩하여 반도체 칩을 제조하고 있다.
웨이퍼의 연삭 시에는 웨이퍼 및 웨이퍼에 형성된 범프 등 돌출부의 파손과 오염물 침투를 방지하기 위하여 범프 형성면에 웨이퍼 표면 보호용 점착 필름 또는 보호 필름을 부착하게 된다. 이러한 점착 필름은, 웨이퍼의 뒷면 연삭 공정 시에는 웨이퍼와 충분히 밀착하여 웨이퍼의 파손 및 오염물 침투를 방지해야 하고, 공정을 마친 후에도 웨이퍼의 파손 없이 용이하게 박리되며, 박리 후 웨이퍼 표면에 점착 필름의 잔여물이 남아 오염되는 현상이 없어야 한다.
최근의 반도체 기술의 발달과 혁신 경향에 따라 반도체 칩은 지속적으로 경박 단소화되고 있으며, 반도체 표면 회로에 100 μm이하의 돌출 형상을 갖는 플립 칩 실장 기술이 증가하고 있다. 또한, 회로 상에 폴리이미드 등의 보호막이나 증착막 혹은 스크라이브 라인 등에 의하여 생기는 요철도 존재한다. 웨이퍼의 표면은 다양해지고 있으며, 이러한 다양한 웨이퍼의 백그라인딩 공정시에도 웨이퍼 표면을 보호하기 위한 점착 필름이 부착된다.
웨이퍼의 백그라인딩시 점착 필름의 밀착성이 부족하면 연삭시 발생하는 스트레스를 해소할 수 없고, 돌출물의 영향으로 파손되거나, 표면의 돌출부위에 상응하는 뒷면 부위에 움푹하게 패인 딤플(dimple)이 발생하게 되고, 연삭 후 웨이퍼의 두께 정밀도가 나빠져 다이싱 등의 후속 공정에 영향을 주거나 제품 불량의 원인이 되기도 한다. 또한, 점착필름의 밀착성이 부족하면 웨이퍼의 연삭 공정 중에 웨이퍼 표면과 점착층 사이에 물이 침투하여 웨이퍼가 파손되거나 연삭 찌꺼기가 침투하여 표면을 오염시킬 수도 있다.
또한, 연삭 후 웨이퍼를 박리하는 때에는 점착제의 일부가 잔류하여 웨이퍼 표면을 오염시키기도 한다. 특히, 돌출 부위의 주변부는 돌출부의 형태에 따라 충분한 자외선 조사가 이루어지지 않을 경우도 있어 특별히 점착제 잔류물의 발생에 취약하며 광반응이 부족할 경우 점착력의 감소가 부족하여 돌출부를 파손시키는 등 문제가 발생하기도 한다.
일본 특허 출원번호 제1996-347432호에 개시된 필름은 1개의 점착층으로 코팅 두께를 높였으나 점착성과 돌출부 밀착성을 동시에 만족하지 못하여 웨이퍼의 파단 혹은 잔여물이 발생한다.
또한 최근 사용이 확대되고 있는 플립칩의 금속 범프는 종래의 점착 필름으로는 밀착시키기 어려워, 백그라인딩 시에 발생하는 스트레스를 해소하지 못하여 웨이퍼가 파손될 수도 있다.
일본 특허 출원번호 제1996-347432호
본 발명은 플립칩의 금속 범프에 대한 우수한 밀착력을 지녀 공정 중 스트레스로 인해 박리되지 않고, 공정 후 웨이퍼 표면에 잔유물을 남기지 않고 용이하게 박리될 수 있는 백그라인딩 보호 필름을 제공하고자 한다. 특히, 보호 필름 중 버퍼층의 인덴테이션 탄성률 또는 저장 탄성률을 자외선 조사 전후로 변화시킴으로써, 공정 중 밀착성이 우수하면서 공정 후 쉽게 분리될 수 있는 보호 필름을 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 기재 필름상에 버퍼층과 점착층이 적층되는 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름으로서, 25℃에서 상기 버퍼층의 인덴테이션 탄성률은 자외선 조사에 의해 4 내지 80 배 증가되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름이 제공된다.
상기 버퍼층의 자외선 조사 전 인덴테이션 탄성률은 1 내지 20 MPa이며, 자외선 조사 후 4 내지 1600 MPa일 수 있다.
25℃에서 상기 버퍼층의 저장 탄성률은 자외선 조사 전 1 내지 50 MPa이며, 자외선 조사 후 2배 내지 20배 증가될 수 있다.
상기 버퍼층에는 150 내지 1500mJ/㎠의 자외선이 조사될 수 있다.
상기 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호필름은 범프 형성면에 부착한 직후 및/또는 24시간 후의 범프 밀착성이 범프 직경의 1 내지 1.6배일 수 있다.
상기 버퍼층을 형성하는 조성물은 광개시제를 포함할 수 있다.
상기 버퍼층을 형성하는 조성물의 고형물 100 중량부에 대하여 0.5 내지 10 중량부의 광개시제를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 기재 필름; 아크릴계 공중합체를 포함하는 점착층; 및 상기 기재 필름 및 점착층 사이에 마련되는 버퍼층을 포함하되, 상기 버퍼층의 조성물은 광개시제를 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름이 제공된다.
상기 버퍼층은 조성물의 고형물 100 중량부에 대하여 0.5 내지 10 중량부의 광개시제를 포함할 수 있다.
상기 버퍼층에 포함되는 광개시제는 아세토페논 타입, 벤조페논 타입, 티옥산톤 타입, 벤조인 타입, 트리아진 타입, 알파-아미노 케톤 타입, 벤질다이메틸-케탈 타입, 알파-하이드록시 케톤 타입의 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 기재 필름상에 버퍼층과 점착층이 적층되는 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름으로서, 25℃에서 상기 버퍼층의 저장 탄성률은 자외선 조사 전 1 내지 50 MPa이며, 자외선 조사 후 2배 내지 20배 증가되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름이 제공된다.
상기 버퍼층의 자외선 조사 후 저장 탄성률은 10 내지 1000 MPa일 수 있다.
상기 버퍼층에 조사되는 자외선은 150 내지 1500 mJ/㎠일 수 있다.
상기 필름의 버퍼층을 형성하는 조성물은 광개시제를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 반도체 장치로서 앞서 기재된 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름이 부착된 웨이퍼가 제공된다.
본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름은 보호 필름 중 버퍼층이 25℃에서 자외선 조사 전 1 내지 20 MPa, 자외선 조사 후 4 내지 1600MPa의 인덴테이션 탄성률, 또는 자외선 조사 전 1 내지 50 MPa, 자외선 조사 후 10 내지 1000 MPa의 저장 탄성률을 지님으로써, 범프가 형성된 웨이퍼 표면에 우수한 밀착력을 나타내어 백그라인딩 공정 시에 발생하는 응력을 흡수할 수 있고 자외선 노광 공정 후에는 잔유물을 남기지 않고 웨이퍼 표면에서 용이하게 박리될 수 있다.
본 발명의 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름을 통해 백그라인딩 공정에 의한 웨이퍼 크랙, 범프 훼손, 딤플 현상 등을 포함하여, 공정 중 발생할 수 있는 제품 손상 및 불량 발생을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름의 단면모습을 개략적으로 도시한다. 기재필름(1), 버퍼층(2) 및 점착층(3)으로 이루어지는 보호 필름에, 웨이퍼 표면에 밀착되기 전 점착층을 보호하기 위한 보호용 필름(4)이 마련되어 있는 형태이다.
이하에서 본원 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다. 본원 발명의 기술 분야 또는 유사 분야에서 숙련된 자이면 충분히 인식하고 유추할 수 있는 것은 본원 명세서의 설명에서 생략한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기재 필름상에 버퍼층과 점착층이 적층되는 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름으로서, 25℃에서 상기 버퍼층의 인덴테이션 탄성률은 자외선 조사에 의해 4 내지 80 배 증가되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름이 제공된다.
여기서 인덴테이션 탄성률은 나노 경도계(나노 인덴터)에 의한 탄성률 측정값을 의미한다.
버퍼층의 인덴테이션 탄성률은 자외선 조사 전 1 내지 20 MPa에서, 150 내지 1500mJ/㎠의 자외선 조사 후 4 내지 1600 MPa으로 증가될 수 있고, 버퍼층의 저장 탄성률은 25℃에서 자외선 조사 전 1 내지 50 MPa, 150 내지 1500mJ/㎠의 자외선 조사 후 10 내지 1000 MPa일 수 있다. 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름은 기재 필름에 버퍼층 및 점착층이 적층되어 이루어지는데, 그 중 점착층이 범프가 형성된 반도체 웨이퍼 표면에 직접 접촉하게 되므로, 범프 및 웨이퍼 표면과의 밀착성을 1차적으로 결정하게 되는 것은 점착층이지만, 버퍼층의 물성이 점착층과 범프의 밀착성에 영향을 주게 된다.
버퍼층의 인덴테이션 탄성률 또는 저장 탄성률이 적절한 범위에서 유지되면 백그라인딩 공정에서 발생할 수 있는 응력을 적절히 해소하여 필름이 파괴되는 것을 방지할 수 있으며, 공정이 완료된 후 보호 필름을 제거할 때 용이하게 박리되고 잔유물이 웨이퍼 표면에 남는 불량 발생의 가능성을 낮출 수 있다. 또한 적당한 범위의 버퍼층 탄성률은 범프와 보호 필름의 밀착성이 제대로 발현되도록 하여, 범프가 형성된 웨이퍼 표면과 보호 필름 사이에 터널이 형성되지 않도록 할 수 있다. 보호 필름이 제대로 밀착되지 못하고 터널이 형성되면, 백그라인딩시 웨이퍼가 받는 충격을 완화시켜 줄 수 없다.
이와 같이 버퍼층의 인덴테이션 탄성률 또는 저장 탄성률은 범프와의 밀착성 및 공정 후 보호 필름의 박리성에 큰 영향을 미치므로, 버퍼층의 저장 탄성률 또는 인덴테이션 탄성률은 적절한 수준에서 유지되어야 한다. 본 발명에서는 버퍼층이 자외선 조사 전, 즉 백그라인딩 공정 시, 1 내지 50, 바람직하게는 2 내지 15 MPa의 저장 탄성률을 나타내거나, 또는 자외선 조사 전 1 내지 20 MPa, 바람직하게는 3 내지 8 MPa의 인덴테이션 탄성률을 나타내어 범프와의 우수한 밀착성을 발현하고, 백그라인딩 공정이 완료되어 보호 필름을 박리시킬 때에 자외선을 조사하면 버퍼층의 저장 탄성률이 10 내지 1000, 바람직하게는 10 내지 500 MPa, 더 바람직하게는 10 내지 300 MPa, 더 바람직하게는 20 내지 50 MPa로 증가하거나, 또는 인덴테이션 탄성률이 4 내지 1600 MPa, 바람직하게는 20 내지 500MPa로 증가함으로써, 웨이퍼 표면에서 보호 필름이 용이하게 박리된다.
상기 버퍼층에는 조사되는 자외선은 150 내지 1500 mJ/㎠, 바람직하게는 200 내지 1000 mJ/㎠, 특히 바람직하게는 220 내지 500 mJ/㎠일 수 있다.
상기 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호필름은 범프 형성면에 부착한 후, 24시간 후의 범프 밀착성이 범프 직경의 1 내지 1.6일 수 있다. 범프 밀착성은, 보호필름을 웨이퍼의 범프가 형성된 표면에 부착하여 백그라인딩 공정 후 자외선을 조사하고 보호 필름을 박리하여, 보호 필름을 광학현미경으로 관찰하여 추종 직경을 확인하여 측정할 수 있다. 관찰된 추종 직경이 범프의 직경에 근접할수록 보호 필름의 범프 밀착성, 즉 범프 추종성이 우수하다고 평가할 수 있는데, 필름 전면이 들뜨거나 근접하는 범프와의 터널이 발생하지 않아야 하며, 추종 직경이 범프 직경의 1 내지 1.6배가 되는 것이 바람직하다.
본 발명의 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름은, 기재 필름; 아크릴계 공중합체를 포함하는 점착층; 및 상기 기재 필름 및 점착층 사이에 마련되는 버퍼층을 포함하되, 상기 버퍼층은 광개시제를 함유할 수 있다.
상기 버퍼층은 버퍼층 조성물의 고형물 100 중량부에 대하여 0.5 내지 10 중량부, 바람직하게는 1 내지 5 중량부의 광개시제를 포함할 수 있으며, 상기 범위내의 광개시제를 포함하면 자외선 조사시 버퍼층의 저장 탄성률의 증가에 의해 웨이퍼 표면에서 보호 필름이 용이하게 박리될 수 있다. 이와 같이 상기 버퍼층에 포함되는 광개시제는 아세토페논 타입, 벤조페논 타입, 티옥산톤 타입, 벤조인 타입, 트리아진 타입, 알파-아미노 케톤 타입, 벤질다이메틸-케탈 타입, 알파-하이드록시 케톤 타입의 화합물을 포함하는 군에서 선택될 수 있다. 예를 들어 버퍼층의 광개시제로 클로로아세토페논, 디에톡시 아세토페논, 히드록시 아세토페논, 1-히드록시 시클로헥실 페닐 케톤, 벤조인 에테르, 히드록시 벤조페논 등을 사용할 수 있다. 버퍼층에 포함되는 광개시제는 상기 열거된 물질에 한정되는 것은 아니고, 공지된 자유라디칼 광개시제군에서 선택될 수 있다.
버퍼층은 제1 아크릴계 공중합체를 포함할 수 있다. 상기 제1 아크릴계 공중합체의 함량은 버퍼층의 조성물의 고형물 중량을 기준으로 60 ~ 99.4 중량%가 적합하다. 상기 범위에서 필름 형성성이 좋고 웨이퍼에 대한 밀착력이 우수하다. 바람직하게는 70 ~ 99.4 중량%이다.
상기 제1 아크릴계 공중합체는 아크릴 단량체 및 이와 중합 가능한 다른 관능성 단량체를 공중합하여 얻을 수 있는데, 알킬(메타)아크릴레이트, 수산기로 치환된 알킬(메타)아크릴레이트, (메타)아크릴산, 비닐 아세테이트 또는 이들로부터 변성된 아크릴 단량체 등과, 이들과 반응할 수 있는 관능기를 가진 화합물을 공중합하여 제조된 것일 수 있다. 제1 아크릴계 공중합체는 공중합체가 아닌, 아크릴 단량체를 단독으로 중합하여 제조된 아크릴 중합체로 대체될 수도 있다.
상기 아크릴 단량체의 비제한적인 예로는, 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, n-부틸(메타)아크릴레이트, 이소부틸(메타)아크릴레이트, 펜틸(메타)아크릴레이트, 헥실(메타)아크릴레이트, n-옥틸(메타)아크릴레이ㅌ, 이소옥틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 도데실(메타)아크릴레이트, 데실(메타)아크릴레이트, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다. 아크릴 단량체는 알킬기의 탄소수가 2개 이상, 바람직하게는 2 내지 10개의 탄소수의 알킬(메타)아크릴레이트 단량체일 수 있다.
버퍼층은 기재필름과 점착층 사이에 개재되어, 범프를 감싸주며 탄성을 지녀 연삭 공정이 수행될 때 응력을 흡수함으로써 범프 및 기재필름의 손상을 방지하고 웨이퍼의 두께 정밀도를 확보할 수 있도록 하는 기능을 한다.
버퍼층은 당해 제1 아크릴계 공중합체 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 5 중량부, 바람직하게는 0.2 내지 0.5 중량부의 경화제를 추가로 포함할 수 있다. 버퍼층의 경화제로는 광경화 방식에 의해 가교구조를 형성할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 이소시아네이트계 경화제일 수 있다. 상기 이소시아네이트계 경화제의 비제한적인 예로는 2,4-트릴렌 디이소시아네이트, 2,6-트릴렌 디이소시아네이트, 수소화 트릴렌디이소시아네이트, 1,3-크실렌 디이소시아네이트, 1,4-크실렌 디이소시아네이트, 디페닐 메탄-4,4-디이소시아네이트, 1,3-비스이소시아나토메칠 시클로헥산, 테트라 메틸 크실렌 디이소시아네이트, 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸 헥사메틸렌디이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 트리메티롤프로판의 트릴렌 디이소시아네이트 어덕트, 트리메티롤프로판의 크실렌 디이소시아네이트 어덕트, 토리페닐메탄토리이소시아네토, 메틸렌 비스 트리 이소시아네이트 등을 사용할 수 있으며, 이들을 단독 또는 2종 이상의 혼합물로 사용할 수 있다.
상기 버퍼층의 두께는 10 ㎛ 내지 200 ㎛범위일 수 있으며, 바람직하게는 80 ㎛ 내지 150 ㎛ 범위일 수 있다. 상기 범위인 것은, 웨이퍼 뒷면 연삭시 쿠션성이 저하되어 범프 형성면이 파손되는 측면 내지 필름 박리시 범프 형성면이 파손되는 측면에서 유리하다.
상기 점착층은 제2 아크릴계 공중합체를 포함할 수 있는데, 제2 아크릴계 공중합체의 함량은 점착층의 조성물의 고형물 중량을 기준으로 60 ~ 99 중량%가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 70 ~ 98 중량%이다.
상기 제2 아크릴계 공중합체는 아크릴 단량체 및 이와 중합 가능한 다른 관능성 단량체를 공중합하여 얻을 수 있는데, 알킬(메타)아크릴레이트, 수산기로 치환된 알킬(메타)아크릴레이트, (메타)아크릴산, 비닐 아세테이트 또는 이들로부터 변성된 아크릴 단량체 등과, 이들과 반응할 수 있는 관능기를 가진 화합물을 공중합하여 제조된 것일 수 있다. 제2 아크릴계 공중합체는 공중합체가 아닌, 아크릴 단량체를 단독으로 중합하여 제조된 아크릴 중합체로 대체될 수도 있다.
상기 아크릴 단량체의 비제한적인 예는 버퍼층의 조성 부분에서 전술한 바와 같다.
상기 점착층은, 경화제와 광개시제를 포함할 수 있는데, 그 중 광개시제는 점착층 조성물의 고형물 100 중량부에 대하여 0.5 내지 10 중량부, 바람직하게는 1 내지 5 중량부를 포함할 수 있다. 이와 같이 상기 점착층에 포함되는 광개시제는 아세토페논 타입, 벤조페논 타입, 티옥산톤 타입, 벤조인 타입, 트리아진 타입, 알파-아미노 케톤 타입, 벤질다이메틸-케탈 타입, 알파-하이드록시 케톤 타입의 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
점착층에 포함되는 경화제는 점착층 조성물의 고형물 100 중량부에 대하여 0.5 내지 5 중량부, 바람직하게는 1 내지 1.5 중량부로 포함될 수 있으며, 광경화 방식에 의해 가교구조를 형성할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 이소시아네이트계 경화제일 수 있다. 상기 이소시아네이트계 경화제의 비제한적인 예는 버퍼층 경화제에 기재된 예와 같다.
점착층과 버퍼층은 유사한 조성물로 구성될 수 있지만, 점착층은 Monomer 단량체 Tg가 버퍼층의 Monomer 단량체 Tg보다 높은 것이 사용된다. 점착층은 웨이퍼에 직접 접촉하는 부분이므로 잔유물이 웨이퍼에 남지않도록 버퍼층에 비해 비교적 딱딱하고, 버퍼층은 연삭 공정시의 범프 추종성과 응력을 해소할 수 있도록 탄성을 지니도록 제조될 수 있다.
상기 점착층의 두께는 2 ㎛ 내지 100 ㎛범위일 수 있으며, 바람직하게는 5 ㎛ 내지 30 ㎛ 범위일 수 있다.
경화제 및 광개시제를 함유하는 점착층은 150 mJ/㎠ 이상의 자외선 조사 전후의 점착력 비가 100:3, 바람직하게는 100:2 이하를 나타냄으로써, 범프가 형성된 웨이퍼 표면에 밀착성이 우수하면서도 자외선 조사 후 웨이퍼 표면에 잔유물을 남기지 않고 쉽게 제거된다.
상기 기재 필름은 상당한 탄성을 가진 층으로 반도체 웨이퍼의 범프 비형성면 연삭 공정 시 압력 및 충격으로부터 웨이퍼를 보호하고, 박막화된 웨이퍼의 휨 현상 등을 억제하는 역할을 한다.
기재 필름은 웨이퍼를 보호할 수 있도록 적당한 탄성을 나타내고 범프 비형성면 연삭 시 물 세정 등에 대한 내수성을 지니며, 자외선 투과성을 띠는 것이라면, 특별히 제한되지 않으며, 당해 기술 분야에서 통상 사용되는 것일 수 있다.
상술한 바와 같이, 인덴테이션 탄성률은 나노 경도계(나노 인덴터)에 의한 탄성률 측정값을 의미하는데, 나노 경도계는 박막의 물성을 측정할 수 있는 장치이다.
나노 경도계는, 종래 박막의 기계적 물성 측정에 사용되던 경도기로는 박막의 두께가 얇아지고 압입 하중(indentation)이 낮아짐에 따라 정확한 압흔의 크기를 측정하는 것이 어려워 지게 되자, 이를 극복하기 위해 개발된 장치이다. 나노 경도계는 압자(tip)를 박막에 압입하면서 측정한 하중-변위(load-displacement) 곡선에서 탄성계수와 경도 등의 기계적 특성을 측정하게 되는데, 압입 흔적을 쉽게 측정할 수 없는 경우에도 박막의 특성을 평가할 수 있는 장점이 있다. 본 발명에 따른 보호 필름 중 버퍼 필름은 나노 경도계에 의한 인덴테이션 탄성률이 자외선 조사 전 1 내지 20 Mpa에서, 자외선 조사 후 4 내지 1600 Mpa로 증가된다. 상기 범위의 인덴테이션 탄성률을 나타낼 때, 보호 필름은 범프와의 우수한 밀착성을 발현하고, 백그라인딩 공정이 완료되어 보호 필름을 박리시킬 때에 자외선을 조사하면 웨이퍼 표면에서 보호 필름이 용이하게 박리되는 효과가 있다. 상기 값은 바람직하게 자외선 조사 전 3 내지 8 Mpa에서, 자외선 조사 후 20 내지 500 Mpa로 증가된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 반도체 장치로서, 상술한 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름이 부착되는 웨이퍼가 제공된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 통해 본원 발명을 보다 상세히 설명한다. 하기 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 아니된다.
점착층용 아크릴 공중합체 용액의 제조
제조예 1.
1L의 유리 자켓 반응기에 유기용매인 에틸아세테이트 390g을 먼저 투입하고, 상기 반응기 상부 중앙에 교반 장치를 설치하고 한쪽에는 환류 냉각기를, 다른 한쪽에는 질소 공급 라인을 설치하였다. 교반 속도를 150rpm으로 유지하면서 자켓에 온도 조절이 가능한 증류수 순환 장치를 연결하여 온도를 70℃로 조절하였다. 2-에틸헥실아크릴레이트 195g, 2-히드록시에틸아크릴레이트 45g, 2-히드록시에틸메타크릴레이트 45g, 글리시딜메타크릴레이트 15g, 아조비스이소부틸로나이트릴 1.0g의 혼합액을 드랍핑 펀넬을 이용하여 3시간 동안 적하하였다.
적하 후 5시간 반응을 유지하고, 아조비스이소부틸로나이트릴 0.2g 및 에틸아세테이트 60g 혼합액을 투입한 다음, 온도를 80℃로 승온시킨 후 이를 5시간 동안 유지시켰다. 유지 후 용액을 40℃ 이하로 냉각하여 반응을 종결하였다.
상기 바인더 500g에 2-메타크릴로일 옥시 에틸 이소시아네이트 60g과 에틸아세테이트 100g을 투입하고 40℃에서 교반 속도를 150rpm으로 유지하여 안정화시킨 다음 DBTDL을 극소량 첨가하여 12시간 동안 방치한 뒤 중합 반응을 종결하였다. 반응 종결 후 에틸아세테이트를 추가 투입하여 고형분 함량을 40%로 보정하여 제조예 1의 아크릴 공중합체 용액을 제조하였다.
제조예 2
1L의 유리 자켓 반응기에 유기용매인 에틸아세테이트 390g을 투입하여 제조예 1에 기재된 방식으로 교반시키면서 온도를 조절한 후, 2-에틸헥실아크릴레이트 186g, 2-히드록시에틸아크릴레이트 45g, 2-히드록시에틸메타크릴레이트 45g, 글리시딜메타크릴레이트 15g, 아크릴 산 9g, 아조비스이소부틸로나이트릴 1.0g의 혼합액을 드랍핑 펀넬을 이용하여 3시간 동안 적하한 후, 제조예 1과 같은 승온 및 냉각 과정을 거쳐 반응을 종결시켰다.
상기 바인더 500g에 2-메타크릴로일 옥시 에틸 이소시아네이트 30g과 에틸아세테이트 100g을 투입하여 제조예 1과 같은 안정화 및 방치 과정을 거쳐 중합 반응을 종결하였다. 반응 종결 후 에틸아세테이트를 추가 투입하여 고형분 함량을 40%로 보정하여 제조예 2의 아크릴 공중합체 용액을 제조하였다.
버퍼층용 아크릴 공중합체 용액의 제조
제조예 3
1L의 유리 자켓 반응기에 유기용매인 에틸아세테이트 520g을 투입하고, 제조예 1에 기재된 방식으로 교반시키면서 온도를 조절한 후, 2-에틸헥실아크릴레이트 44g, 2-히드록시에틸아크릴레이트 40g, 2-히드록시에틸메타크릴레이트 40g, 메틸아크릴레이트 84g, 에틸아크릴레이트 192g, 아조비스이소부틸로나이트릴 1.0g의 혼합액을 드랍핑 펀넬을 이용하여 3시간 동안 적하하였다.
적하 후 5시간 반응을 유지하고 그 후 아조비스이소부틸로나이트릴 0.6g 및 에틸아세테이트 80g 혼합액을 투입한 다음, 제조예 1에 기재된 것과 같은 승온 및 냉각 과정을 거쳐 반응을 종결시켰다.
상기 바인더 500g에 2-메타크릴로일 옥시 에틸 이소시아네이트 5g과 에틸아세테이트 100g을 투입하고 제조예 1에 기재된 것과 같이 안정화 및 방치시키는 과정을 거쳐 중합 반응을 종결하였다. 반응 종결 후 에틸아세테이트를 추가 투입하여 고형분 함량을 30%로 보정하여 제조예 3의 아크릴 공중합체 용액을 제조하였다.
실시예 1
점착필름의 형성
제조예 1의 아크릴 공중합체 용액 242.5g, 광개시제 IC-184(BASF) 2g, NCO 경화제 TPA100(Asahikasai chemicals) 1g을 메틸에틸케톤 또는 시클로헥사논 용제에 용해시킨 후 비즈밀을 이용하여 충분히 혼련시키고, 어플리케이터를 이용하여 이형 처리된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름상에 도포하고 100℃의 오븐에서 2~10분 가열 건조한 후 폴리에틸렌테레프탈레이트에 전사시켜 두께를 가진 점착필름을 얻었다.
그 후 25~40℃ 오븐에서 1~7일 에이징을 실시하여 10㎛ 두께의 점착필름을 얻었다.
버퍼필름의 형성
제조예 3의 아크릴 공중합체 용액 326 g, 광개시제 IC-184(BASF) 2g, NCO 경화제 E402-90T(Asahikasai chemicals) 0.2g을 메틸에틸케톤, 시클로헥사논, 또는 에틸아세테이트 용제에 용해시킨 후 비즈밀을 이용하여 충분히 혼련시키고, 어플리케이터를 이용하여 이형 처리된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름상에 도포하고 100℃의 오븐에서 2~30분 가열 건조한 후 폴리올레핀(PO) 필름상에 전사시켜 두께를 가진 버퍼필름을 얻었다.
그 후 25~40℃ 오븐에서 1~5일 에이징을 실시하여 95㎛ 두께의 점착필름을 얻었다.
백그라인딩 보호 필름의 제조
상술한 바와 같이 형성된 점착필름 및 버퍼필름을 상온에서 125㎛ 두께의 기재 필름상에 라미네이션한 후, 25℃ 오븐에서 1~5일 에이징하여 실시예 1의 보호 필름을 제조하였다.
실시예 2 내지 5 및 비교예 1 내지 2
실시예 2 내지 5 및 비교예 1 내지 2도 제조예 1 또는 2 및 제조예 3의 용액, 경화제 및 광개시제를 이용하되 조성만을 변화시켜 전술한 실시예 1에서의 단계를 거쳐 보호필름을 제조하였다.
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 2의 보호 필름 중 점착층 및 버퍼층의 조성을 각 조성물의 고형물 100 중량부를 기준으로 하기 표 1에 나타내었다.
분류
 물질 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1 비교예 2
점착층



 바인더 제조예 1 97 95.5 96.6 95.3 93.8 96.8
제조예 2 96.8
경화제 TPA100 1 1 1.4 1.2 1.2 1.2 1.2
광개시제 IC184 2 3.5 2 3.5 5 2 2
합 100 100 100 100 100 100 100
버퍼층


 바인더 제조예 3 97.8 97.6 96.1 97.6 97.6 98.5 99.6
경화제 E402-90T 0.2 0.4 0.4 0.4 0.4 1.5 0.4
광개시제 IC184 2 2 3.5 2 2 0 0
합 100 100 100 100 100 100 100
실험예
상기한 조성의 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 2의 보호필름에 대하여, 자외선 조사 전후의 버퍼층의 나노경도계 인덴테이션 탄성률 및 저장탄성률; 보호필름의 범프 추종성; 백그라인딩 공정 후 TTV(Total Thickness variation); 및 보호필름 박리 후 웨이퍼 표면의 잔유물 유무를 아래와 같이 평가하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
자외선 조사 전후의 나노경도계 인덴테이션 탄성률 변화
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 2의 보호필름 중 버퍼필름을, Hysitron TI750 Ubi 장치를 이용하여 Experiment mode는 Indentation mode로, Feedback mode는 Displacement control로 하고, 압자(tip)는 Berkovitz tip, Max. Displacement는 1000 nm로 인덴테이션 탄성률 값을 측정하였다.
실험은 PC, Hysitron TI750 Ubi 장치, 광원의 power on 후, tranducer calibration을 거쳐 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 2에서의 버퍼필름 샘플의 초점을 맞추고, 표면을 scanning하여 측정 위치를 설정하고, 5초 동안 max force loading → 2초 동안 holding → 5초 동안 unloading 후 샘플 표면을 scanning하여 압흔 자국을 확인하여 수행되었다. 하중과 변위를 이용하여 탄성률을 산출하였고, 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 2에서의 버퍼필름 샘플에 250 mJ/㎠의 자외선 조사한 후 동일한 방식으로 실험을 수행하였다.
버퍼층의 자외선 조사 전후의 나노경도계 인덴테이션 탄성률을 표 2에 나타내었다.
자외선 조사 전후의 버퍼층 저장탄성률 변화
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 2의 보호필름 중 버퍼필름을 25℃에서 1000㎛로 라미네이션하고 ARES 장비를 이용하여 승온 속도는 50 ℃/min, strain은 5%, frequency는 1rad로 측정하여 25℃에서의 저장탄성률 값을 측정하였고, DS-MUV-128-S1으로 250 mJ/㎠의 자외선 조사한 후, 동일한 조건에서의 저장탄성률 값을 측정하였다.
버퍼층의 자외선 조사 전후의 저장탄성률을 표 2에 나타내었다.
보호필름의 범프 추종성 , TTV 및 잔유물 평가
높이 70㎛, 직경 90㎛, 피치 230㎛의 금속범프가 형성된 두께 750㎛의 반도체 웨이퍼 표면에 50℃, 0.4 MPa의 조건에서 각 실시예 및 비교예의 보호필름을 점착한 후, 보호필름이 점착되지 않은 웨이퍼 이면을 디스코사의 반도체 연삭기 DFG-5860으로 두께 100㎛까지 연삭하였다. 연삭 공정 후 1000mJ/㎠의 자외선을 조사한 후 보호필름을 박리하였다.
범프 추종성은 반도체 웨이퍼를 광학 현미경으로 관찰하여 범프의 추종 직경이 범프 직경의 1.6배 이하이면 ○로, 1.6배를 초과하나 인접한 범프와의 터널이 발생하지는 않는 수준을 △로, 인접한 범프와 터널이 발생하거나 필름 전면이 들뜨는 경우를 ×로 평가하였다.
TTV는 연삭 후 Thickness variation이 20㎛ 이하인 경우를 양호한 것으로, 20㎛를 초과하면 불량한 것으로 평가하였다.
잔유물 평가는 보호필름을 박리한 후 반도체 웨이퍼 표면을 육안 및 광학현미경으로 확인하여 잔유물이 확인되면 불량, 잔유물이 없으면 양호한 것으로 평가하였다.
이와 같은 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 2의 범프 추종성, TTV 및 잔유물 평가 결과를 하기한 표 2에 나타내었다.
분류 측정항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1 비교예 2
버퍼층


 인덴테이션
탄성률
 자외선 조사 전 5.2 6.7 6.7 6.7 6.7 12 4.3
자외선 조사 후 163.5 210.8 268.2 210.8 210.8 12 4.3
저장 탄성률
 자외선 조사 전 7.4 9.8 9.8 9.8 9.8 15.9 6.5
자외선 조사 후 23.8 31.2 31.2 31.2 31.2 15.9 6.5
보호필름


 범프 추종성
 초기 ○ ○ ○ ○ ○ △ ○
24 시간 후 ○ ○ ○ ○ ○ × ×
TTV 양호 양호 양호 양호 양호 불량 불량
잔유물 양호 양호 양호 양호 양호 양호 불량
위 표 2에서 알 수 있듯이 실시예 1 내지 5의 버퍼층은 자외선 조사 전 3 내지 8 MPa의 인덴테이션 탄성률을 나타내며, 자외선 조사 후에는 20 내지 500 MPa로 인덴테이션 탄성률이 증가한다. 반면 비교예들의 버퍼층은 광개시제를 함유하고 있지 않기 때문에 자외선 조사 전후에 인덴테이션 탄성률 및 저장 탄성률이 변하지 않는다. 그에 따라 실시예 1 내지 5는 자외선 조사 전 범프 추종성이 우수하며, 자외선을 조사하여 광경화가 진행되면 잔유물 없이 용이하게 박리되는 반면, 비교예들의 경우 초기 범프 추종성은 만족하는 경우에도 연삭 공정시 기계적 강성을 흡수하지 못하여 웨이퍼 두께가 고르지 못한 TTV 불량이 발생하고, 연삭 공정 후 웨이퍼 표면에서 쉽게 박리되지 못하고 잔유물이 남는 문제가 발생함을 확인할 수 있다.
실시예 1 내지 5의 보호필름은 초기와 24시간 경과 후에 각각 추종 직경이 1.6 이하를 유지하여 범프 추종성이 점착 직후는 물론, 시간이 경과할 때에도 유지됨을 확인할 수 있으나, 비교예 1 내지 2는 목적하는 초기 및 24 시간 경과 후 범프 추종성을 얻을 수 없다.
버퍼층의 인덴테이션 탄성률 및 보호필름의 범프추종성 차이에 따라 실시예 1 내지 5와, 비교예 1 내지 2 사이에는 TTV와 보호필름 박리 후 잔유물 확인 결과에서 현저한 차이가 있다.
이처럼 자외선 조사 전후의 버퍼층 인덴테이션 탄성률 값의 변화와, 보호 필름의 범프추종성에 따라, 실시예 1 내지 5의 보호필름은 범프가 형성된 웨이퍼 표면에 대한 밀착력이 우수하고 백그라인딩 공정 시에 발생하는 응력을 흡수하여 TTV를 양호하게 하며 공정 후에는 잔유물을 남기지 않고 웨이퍼 표면에서 용이하게 박리될 수 있다.

Claims (15)

  1. 기재 필름상에 버퍼층과 점착층이 적층되는 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름으로서, 25℃에서 상기 버퍼층의 인덴테이션 탄성률은 자외선 조사에 의해 4 내지 80 배 증가되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 버퍼층의 자외선 조사 전 인덴테이션 탄성률은 1 내지 20 MPa이며, 자외선 조사 후 4 내지 1600 MPa인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름.
  3. 제 1항에 있어서,
    25℃에서 상기 버퍼층의 저장 탄성률은 자외선 조사 전 1 내지 50 MPa이며, 자외선 조사 후 2배 내지 20배 증가되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 자외선 조사는 150 내지 1500mJ/㎠ 조사되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호필름은 범프 형성면에 부착한 직후 및/또는 24시간 후의 범프 밀착성이 범프 직경의 1 내지 1.6배인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 버퍼층을 형성하는 조성물은 광개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 버퍼층을 형성하는 조성물의 고형물 100 중량부에 대하여 0.5 내지 10 중량부의 광개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름.
  8. 기재 필름;
    아크릴계 공중합체를 포함하는 점착층; 및
    상기 기재 필름 및 점착층 사이에 마련되는 버퍼층을 포함하되,
    상기 버퍼층의 조성물은 광개시제를 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 버퍼층은 조성물의 고형물 100 중량부에 대하여 0.5 내지 10 중량부의 광개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 버퍼층에 포함되는 광개시제는 아세토페논 타입, 벤조페논 타입, 티옥산톤 타입, 벤조인 타입, 트리아진 타입, 알파-아미노 케톤 타입, 벤질다이메틸-케탈 타입, 알파-하이드록시 케톤 타입의 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름.
  11. 기재 필름상에 버퍼층과 점착층이 적층되는 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름으로서, 25℃에서 상기 버퍼층의 저장 탄성률은 자외선 조사 전 1 내지 50 MPa이며, 자외선 조사 후 2배 내지 20배 증가되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 버퍼층의 자외선 조사 후 저장 탄성률은 10 내지 1000 MPa인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 버퍼층에 조사되는 자외선은 150 내지 1500 mJ/㎠인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 필름의 버퍼층을 형성하는 조성물은 광개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 기재된 반도체 웨이퍼 보호용 백그라인딩 보호 필름이 부착된 웨이퍼.
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