TWI630651B - 用於暫時基板支撐之裝置、混合層壓體、方法以及材料 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種混合層壓體，其包括透光支撐物、設置於該透光支撐物上之潛在釋放層、設置於該潛在釋放層上之接合層、以及設置於該接合層上之聚醯胺熱塑性塑膠塗底層。該混合層壓體可進一步包括將被加工之基板，例如待研磨之矽晶圓。本發明亦提供一種用於製造該經提供之層壓體的方法。

Description

用於暫時基板支撐之裝置、混合層壓體、方法以及材料
本發明係關於製程中的暫時基板支撐(temporary substrate support)。
在不同的領域中，暫時性的將基板固定於支撐物可用來或改進加工處理。舉例來說，減少基板的厚度通常是相當重要的。特別是在半導體產業目前對於更進一步減少半導體晶圓厚度所做出的努力，除了達到減少半導體封裝厚度的目標之外，也希望藉由層壓(lamination)技術以達到高密度晶片製造的目標。厚度減少是以所謂的晶背研磨(back side grinding)技術實施，即研磨半導體晶圓包含電路圖樣之表面的背側表面。通常，在研磨晶圓背側或背面並在輸送時僅使用晶背研磨保護膠帶握持晶圓之習知技術中，厚度減少在實際應用上僅能達到約150微米(μm)，這是因為像是研磨晶圓的厚度不平均或有保護膠帶之晶圓在研磨後歪斜等問題所致。舉例來說，日本未審畢之專利公開案(Kokai)第6-302569號揭露一種方法，在該方法中，晶圓係藉由壓感丙烯酸酯黏合膠帶(pressure-sensitive acrylate adhesive tape)被握持在環形框架上，被握持於環形框架上之晶圓的背面經研磨後，晶圓就被輸送至下一步驟。然而，該方法尚未達成可超越目前晶圓厚度等級的顯著進展，其中目前晶圓厚度等級在不處理上述不平均厚度或歪斜問題的情況下即可實現。
一種藉由丙烯酸酯黏合劑將晶圓穩固固定於硬性支撐物(hard support)上以研磨晶圓背面及輸送晶圓的方法亦已被提出。該方法藉由使用支撐物來支撐晶圓以在晶背研磨及運送時防止晶圓破損。根據該方法，晶圓可被處理至相較於前述方法更低的厚度等級；然而，由於薄晶圓無法在不破損晶圓的情況下與支撐物分離，因此，該方法實際上可作為一種薄化半導體晶圓的方法。
因此，在例如矽晶圓晶背研磨的製程中，用於暫時基板支撐的方法與材料有其需要，其可解決去貼合(debonding)的問題，也可在製程中提供給晶圓良好的支撐。提供可包括無機或有機塗層的暫時基板支撐物也是需要的，以使基板可在製程完成後易於自支撐物移除而不殘留殘餘物。同時，也需要可進行高處理量的去貼合且不施加不需要的應力至基板表面形貌(如凸塊及凸柱)的製程。
在一態樣中，本發明提供一種層壓體(laminated body或laminate)，其包括透光支撐物、設置於透光支撐物上之潛在釋放層、設置於潛在釋放層上之接合層、以及設置於接合層上之聚醯胺熱塑性塑膠塗底層。在某些實施例中，支撐物可包括玻璃。在某些 實施例中，潛在釋放層可包括光熱轉換層，其可在曝露於光化輻射的狀況下被激發，其中光化輻射來自例如雷射或雷射二極體。在某些實施例中，光化轉換層可包含透明填充物，例如，舉例來說，二氧化矽。在某些實施例中，接合層可為熱固性黏合劑(thermosetting adhesive)，其可為丙烯酸類樹脂(acrylic)。本發明提供之層壓體可進一步包括與聚醯胺熱塑性塑膠塗底層接觸之將被加工之基板。在某些實施例中，將被加工之基板可包括矽晶圓。
在另一態樣中，本發明提供用於製造層壓體的方法，該方法包括將聚醯胺熱塑性塑膠塗底層塗佈於基板上，若塗層包括溶劑，則選擇性地乾燥聚醯胺熱塑性塑膠塗底層，將接合層塗佈於聚醯胺熱塑性塑膠塗底層上，選擇性地硬化接合層，將潛在釋放層塗佈於透光支撐物上，以及將透光支撐物層壓至接合層。聚醯胺熱塑性塑膠塗底層或接合層的塗佈方式可包括旋轉塗佈(spin coating)、噴霧塗佈(spray coating)、浸塗(dip coating)、網版印刷(screen printing)、晶粒塗佈(die coating)、或刮刀塗佈(knife coating)。
在另一態樣中，用於製造層壓體之方法可進一步包括加工基板；經由透光支撐物照射光熱轉換層，以分解光熱轉換層，並藉此分離基板與透光支撐物；將接合層自基板剝離；以及將聚醯胺熱塑性塑膠塗底層自基板移除。聚醯胺熱塑性塑膠塗底層可藉由使用溶劑洗滌熱塑性塑膠塗底層而被移除。
在本發明中： 「光化輻射(actinic radiation)」係指任何可產生光化學反應的電磁輻射，且包括紫外線、可見光、及紅外線輻射；「透光支撐物(light-transmitting support)」係指可容許顯著量(足以引起光化學反應)之光化輻射穿透的一種材料；「潛在釋放層(latent release layer)」係指結合二種材料在一起之層，但當曝露於外部刺激時，該層可對二種材料的其中之一失去黏合性；「熱塑性塑膠(thermoplastic)」係指一種聚合物，該聚合物在加熱時被可逆地轉變為液態，且在冷卻時會凝固成高度玻璃狀態；以及「熱固物(thermoset)」或「熱固性(thermosetting)」係指一種不可逆地硬化的聚合材料。
本發明提供之層壓體及製造層壓體的方法可在例如矽晶圓之晶背研磨等操作中提供作為基板支撐物。熱塑性塑膠塗底層之使用提供支撐給具有廣泛化學性質之基板，因為塗底層提供一致的層體以用於移除接合層。再者，本發明提供之層壓體能進行高處理量之去貼合，不會施加不需要的應力給基板。在基板係為薄晶圓時，該特性顯得特別重要。
以上所述摘要內容並非意以描述本發明每一種實施方式中各個被揭露的實施例。以下的圖式簡單說明及詳細敘述將更具體地說明例示之實施例。
100‧‧‧層壓體
102‧‧‧基板；晶圓
104‧‧‧焊料球或凸塊
106‧‧‧熱塑性塑膠塗底層
108‧‧‧接合層
110‧‧‧潛在釋放層
112‧‧‧透光支撐物
200‧‧‧層壓體
202‧‧‧基板；晶圓
204‧‧‧焊料球或凸塊
206‧‧‧熱塑性塑膠塗底層
208‧‧‧接合層
210‧‧‧潛在釋放層
212‧‧‧透光支撐物
214‧‧‧熱塑性塑膠邊緣移除區域
302‧‧‧基板；晶圓
305‧‧‧支撐物
320‧‧‧真空黏合裝置
321‧‧‧真空室
322‧‧‧支撐部分
323‧‧‧握持/釋放工具
324‧‧‧管線
325‧‧‧減壓裝置
326‧‧‧軸
327‧‧‧接觸表面部分
328‧‧‧彈簧片
329‧‧‧握持爪
401‧‧‧層壓體
402‧‧‧晶圓
403‧‧‧接合層
405‧‧‧支撐物
406‧‧‧熱塑性塑膠塗底層
441‧‧‧晶粒貼合膠帶
442‧‧‧切割膠帶
443‧‧‧切割框
444‧‧‧雷射束
501‧‧‧層壓體
550‧‧‧固定裝置
551‧‧‧固定盤
601‧‧‧層壓體
660‧‧‧雷射照射裝置
661‧‧‧雷射振盪器
662‧‧‧Y軸電流計
663‧‧‧X軸電流計
664‧‧‧單軸電流計或多角鏡
665‧‧‧握持鏡
666‧‧‧台階
666’‧‧‧可移動台階
666”‧‧‧可移動台階
702‧‧‧晶圓
705‧‧‧透光支撐物
770‧‧‧拾取器
802‧‧‧基板
803‧‧‧熱固性接合層
806‧‧‧熱塑性塑膠塗底層
880‧‧‧黏合膠帶
A‧‧‧壓縮空氣
圖1係為本發明提供的層壓體之一實施例之側視截面圖。
圖2係為本發明提供的層壓體之另一實施例之側視截面圖。
圖3a與圖3b係為可用於本發明之真空黏合裝置之截面圖。
圖4a、圖4a'、圖4b、圖4c、圖4d、及圖4e係為將支撐物分離並剝離接合層之步驟之示意圖。
圖5係為可用於雷射光照射步驟的層壓體固定裝置之截面圖。
圖6a、圖6b、圖6c、圖6d、圖6e、及圖6f係為雷射光照射裝置之透視圖。
圖7a與圖7b係為用於分離晶圓與支撐物之操作中的拾取器(pick-up)之示意圖。
圖8係為如何自晶圓剝離接合層之示意圖。
以下之敘述參考隨附之圖式，該些圖式形成本發明敘述之一部分，且在該些圖式中舉例繪示數個特定實施例。需了解的是，其他被設想之實施例可不偏離本發明之範圍或精神。因此，以下所提及之詳細敘述並非作為限定之用。
除非另外提及，否則本說明書及請求項中所有表示特徵尺寸、量、以及物理性質的數值，將在所有的情況中被理解為受到用語「約」之修飾。因此，除非提及其反面狀況，上述說明書與隨附之請求項中提出的數值參數係逼近值，其可依照熟習本技術領域者利用本文揭露之教示所尋求獲得之希求性質進行變更。使用由 終值(endpoints)表示之數值範圍，包括所有在該範圍內之數字(例如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、及5)以及在該範圍內之任何範圍。
圖1係為本發明提供之層壓體100的實施例之側視截面圖。層壓體100包含基板102，基板102可包含待研磨之基板的焊料球或凸塊104，且待研磨之基板係為矽晶圓或半導體晶圓。熱塑性塑膠塗底層106係設置於晶圓102的電路側(焊料凸塊側)，且可如圖1所示般包封焊料凸塊104。接合層108係與熱塑性塑膠塗底層106接觸，且設置於熱塑性塑膠塗底層106與潛在釋放層110之間。潛在釋放層110係設置於透光支撐物112上。
圖2係為本發明提供之層壓體200的另一實施例之側視截面圖。層壓體200包含基板202，當基板係為矽晶圓或半導體晶圓時，基板202可包含焊料球或凸塊204。熱塑性塑膠塗底層206係設置於晶圓202的電路側(焊料凸塊側)，且可如圖2所示般包封焊料凸塊204。接合層208係與熱塑性塑膠塗底層206接觸，且設置於熱塑性塑膠塗底層206與潛在釋放層210之間。潛在釋放層210係設置於透光支撐物212上。熱塑性塑膠邊緣移除區域214提供了對於增溶製程(solubilizing process)之化學作用的防護，其藉由移除基板202邊緣之熱塑性塑膠塗底層206並以熱穩定的接合層208進行過塗佈(overcoating)而形成。
層壓體包含透光支撐物。透光支撐物係為可傳送例如來自雷射或雷射二極體之光化輻射能量的一種材料。支撐物的光穿 透率(light transmittance)將不受限制，只要其不防止有效強度(practical intensity level)之輻射能量傳送進入潛在釋放層，導致潛在釋放層之分解(若潛在釋放層係經光激發)。然而，典型來說，光穿透率可為例如50%或更高。透光支撐物典型上具有足夠高的挺度(stiffness)，且支撐物的撓曲剛性(flexural rigidity)典型上為2×10-3(Pa．m3)或更高，更典型地為3×10-2(Pa．m3)或更高。可使用的支撐物包含例如玻璃板及丙烯酸類樹脂板。再者，為了增進與鄰接層例如潛在釋放層之黏合強度，如有需要，支撐物可使用矽烷耦合劑(silane coupling agent)或類似物來進行表面處理。在使用紫外線光可硬化(UV-curable)之光熱轉換層或接合層的情況下，支撐物典型地可讓紫外線輻射穿透。
若潛在釋放層係經光激發，則當光熱轉換層被照射時，支撐物可曝露於潛在釋放層所產生的熱。本發明提供之層壓體可使用具有耐熱性(heat resistance)、化學抗性(chemical resistance)、及低膨脹係數(expansion coefficient)的支撐物。具有上述性質之支撐物材料的實例包含硼矽玻璃(如Pyrex及TeMpax)及鹼土硼鋁矽酸鹽玻璃(例如Corning Eagle XG)。
本發明提供之層壓體包含潛在釋放層，其設置於透光支撐物上。潛在釋放層包含因應外部刺激會發生黏性減弱之材料或材料組合。外部刺激可為加熱或冷卻、曝露於光化輻射、應變(strain)、曝露於濕氣、酸、鹼等化學劑。在一實施例中，潛在釋放層可為熱塑性塑膠材料，該熱塑性塑膠材料的玻璃轉移溫度Tg係低 於層壓體的使用溫度。當需要釋放時，層壓體的溫度被降低至潛在釋放層的Tg以下，以使得潛在釋放層失去黏性。在其他實施例中，潛在釋放層可包含在施以應變時可進行釋放之材料，例如如美國專利第5,507,464、6,162,534、6,410,135、6,541,089、及6,821,619號(上述各專利之發明人皆為Hamerski或Hamerski等人)所揭示。在一些實施例中，潛在釋放層可為可被交聯之熱塑性塑膠材料，該交聯藉由例如施用光化輻射或熱來產生催化劑(例如酸催化劑)進行，該催化劑可啟動交聯，交聯接著可降低潛在釋放層的黏性。例示性催化劑可包含光致產酸劑(photoacid-generators)、潛熱產酸劑(latent heat acid generator)、或其他本發明所屬技術領域中具有通常知識者所週知之潛在催化劑。在一些實施例中，潛在釋放層可為光熱轉換層。
光熱轉換層包含光吸收劑(light-absorbing agent)及熱可分解樹脂(heat decomposable resin)。施用於光熱轉換層的輻射能量(其形式為雷射束或類似形式)可被光吸收劑吸收，並轉換為熱能。所產生之熱能會突然提高光熱轉換層的溫度，且該溫度達到光熱轉換層中之熱可分解樹脂(有機成分)的熱分解溫度，導致樹脂的熱分解。咸信由熱分解產生的氣體會在光熱轉換層中形成空隙層(void layer)，例如空氣佔據的空間，並將光熱轉換層分成二個部分，藉以分離支撐物與接附於層壓體的任何基板。適合的光熱轉換層已被描述於例如美國專利第7,534,498號(發明人為Noda等人)。
光吸收劑可在所使用的波長吸收光化輻射。輻射能量通常為波長在300至11000奈米(nanometer,nm)的雷射束，波長典型地為300至2000nm，且其特定實例包含發光波長1064nm的YAG雷射，波長532nm之二次諧波產生YAG雷射，以及波長在780至1300nm之半導體雷射。雖然所使用之光吸收劑依照雷射束的波長有所不同，但可用之光吸收劑實例包含碳黑(carbon black)、石墨粉(graphite powder)、微粒子金屬粉(例如鐵、鋁、銅、鎳、鈷、錳、鉻、鋅、及碲)、金屬氧化物粉(例如黑色氧化鈦)、以及染料及顏料例如芳香族二胺基基底金屬錯合物(aromatic diamino-based metal complex)、脂肪族二胺基底金屬錯合物(aliphatic diamine-based metal complex)、芳香族二硫醇基基底金屬錯合物(aromatic dithiol-base metal complex)、巰基苯酚基底金屬錯合物(mercaptophenol-based metal complex)、方酸菁基底化合物(squarylium-based compound)、青色素基底染料(cyanine-based dye)、次甲基基底染料(methine-based dye)、萘醌基底染料(naphthoquinone-based dye)、及蒽醌基底染料(anthraquinone-based dye)。光吸收劑之形式可為薄膜，包含蒸氣沉積金屬薄膜(vapor deposited metal film)。在這些光吸收劑中，碳黑特別好用，因為碳黑在照射之後顯著減少分離基板與支撐物所需之力量且加速分離過程。
光吸收劑在光熱轉換層中之濃度會隨著光吸收劑之種類、粒子狀態(結構)以及分散程度而異，但在使用粒子大小約5nm至500nm之一般碳黑的情況下，該濃度通常為5至70體積百 分比(vol%)。若濃度低於5vol%，光熱轉換層的熱產生將不足以使熱可分解樹脂進行分解，然而若濃度高於70vol%，則光熱轉換層的薄膜形成性質會變差，且可能容易造成無法黏合至其他層。在用來作為接合層之黏合劑係為紫外線可硬化黏合劑的情況下，若碳黑的量過大，則用來硬化黏合劑之紫外線光的穿透率降低。因此，在使用紫外線可硬化黏合劑作為接合層的情況下，碳黑的量應為60vol%或更少。為了減少在照射後移除支撐物所需之力量，並藉以避免研磨期間磨耗光熱轉換層(例如洗滌水中之研磨材所引起的磨耗)，包含在光熱轉換層中的碳黑之量係典型地為20至60vol%，更典型地為35至55vol%。
可使用之熱可分解樹脂的實例包含動物膠(gelatin)、纖維素(cellulose)、纖維素酯(cellulose ester)(例如醋酸纖維素(cellulose acetate)、硝化纖維素(nitrocellulose))、多酚(polyphenol)、聚乙烯丁醛(polyvinyl butyral)、聚乙烯縮醛(polyvinyl acetal)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚胺甲酸酯(polyurethane)、聚酯(polyester)、聚原酸酯(polyorthoester)、聚縮醛(polyacetal)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone)、二亞乙烯(vinylidene chloride)與丙烯腈(acrylonitrile)的共聚物、聚(甲基)丙烯酸酯(poly(meth)acrylate)、聚乙烯(polyvinyl chloride)、矽氧樹脂(silicone resin)、及包含聚胺甲酸酯單元(polyurethane unit)之嵌段共聚物(block copolymer)。這些樹脂可個別被使用或以二或更多種樹脂組合的方式被使用。樹脂之玻璃轉移溫度(Tg)係典型地為室溫(攝 氏20℃)或更高，以避免光熱轉換層一旦因熱可分解樹脂之熱分解形成空隙層而被分離後又重新黏合，且玻璃轉移溫度Tg典型地為攝氏100℃或更高以避免重新黏合。在透光支撐物係為玻璃的情況下，為了增加玻璃與光熱轉換層之間的黏合力，可使用在分子中具有極性基(polar group)(例如-COOH、-OH)，因而能與玻璃表面上之矽醇基(silanol group)形成氫鍵之熱可分解樹脂。再者，在需要進行如化學蝕刻(chemical etching)等化學溶液處理的應用中，為了將化學抗性賦予光熱轉換層，可使用分子中具有在熱處理時可自行交聯(self-crosslinking)之官能基(functional group)之熱可分解樹脂、可藉由紫外線或可見光交聯之熱可分解樹脂、或其前驅物(precursor)(例如單體(monomer)及/或寡聚物(oligomer)之混合物)。為了形成光熱轉換層為壓感黏合光熱轉換層(pressure-sensitive adhesive photothermal conversion layer)，可採用由聚(甲基)丙烯酸酯或類似物(如用作熱可分解樹脂者)所形成之壓感黏合聚合物。
可視需要，光熱轉換層可包含透明充填物。透明充填物的作用為避免光熱轉換層一旦因熱可分解樹脂之熱分解形成空隙層而被分離又重新黏合。因此，在研磨基板及後續照射之後，分離基板與支撐物所需的力量可被進一步降低。再者，因為可避免重新黏合，熱可分解樹脂的選擇空間也被放寬。透明充填物之實例包含二氧化矽、滑石(talc)及硫酸鋇。當使用紫外線可硬化黏合劑作為接合層時，使用透明充填物特別有利。目前相信這是因為下列理由。當使用粒子光吸收劑(例如碳黑)時，光吸收劑具有減少分離時之 力量的功能，也具有妨礙紫外光穿透的功能。因此，當使用紫外線可硬化黏合劑作為接合層時，硬化過程可能不讓人滿意，或是需要相當長的時間。在這樣的情況下，當使用透明充填物時，基板與支撐物可在照射後被輕易分離，而不會妨礙紫外線可硬化黏合劑的硬化。當使用粒子光吸收劑(例如碳黑)時，透明充填物的量可根據光吸收劑的總量來決定。粒子光吸收劑(例如碳黑)與透明充填物在光熱轉換層中的總量典型地為5至70vol%，此係基於光熱轉換層之體積。使用在此範圍內之總量，可有效減少用於分離基板與支撐物之力量。然而，粒子光吸收劑與透明充填物的形狀也會影響到用於分離之力量。更具體而言，在粒子形狀更為複雜(由更為複雜的結構所導致的粒子狀態)的情況下，相較於粒子形狀相對簡單的情況下(例如近乎球狀)，少量的充填物有時可更有效地減少用於分離之力量。
在某些情況下，粒子光吸收劑與透明充填物的總量可根據「充填物體積濃度上限」(top filler volume concentration，TFVC)來決定。這表示充填物體積濃度使得當粒子光吸收劑與透明充填物之混合物被留置於乾燥狀態，熱可分解樹脂以恰可充滿空隙(voids)體積的量與充填物混合。也就是說，當熱可分解樹脂以恰可充滿空隙的體積的量與充填物混合於粒子光吸收劑與透明充填物的混合物中，該TFVC係為該充填物體積濃度上限的100%。在光熱轉換層中，粒子光吸收劑與透明充填物的總量係典型地為充填物體積濃度上限之80%或更多，更典型地為90%或更多。更深入的解釋來說， 若該些充填物(例如碳黑與透明充填物)的總體積百分比係以「A」表示，且充填物體積濃度上限TFVC(充填物之空隙體積充滿樹脂之充填物的總體積百分比)係以「B」表示，則A/B係典型地大於約80%(更典型地A/B>90%)。
雖不受限於任何理論，目前咸信光熱轉換層中之光吸收劑(例如碳黑)吸收經由透明支撐物所照射之雷射能量並將其轉換為熱，該熱使基質樹脂(matrix-resin)分解，並產生氣體或空隙。如此一來，該些空隙將此層分離為複數個部分(例如二層)，接著半導體晶圓自支撐物釋放。經過一段時間，由空隙分離的表面可與表面重新接觸。表面具有碳黑粒子還有殘餘樹脂，該殘餘樹脂之分子量因為熱分解而減少。在重新接觸(重新黏合)的過程中，此殘餘樹脂可增加黏性。在另一方面，當光熱轉換層與黏合層都是軟性時，該重新接觸區域可能會相當的大，這使得黏性增加，並使得要將極薄晶圓在不受損或破裂的條件下由支撐物釋放的難度增高。在本發明中，藉由將A/B設定為>80%，典型地A/B>90%，在釋放表面上之殘餘樹脂會被減少。如此一來，重新接觸產生的黏性會被極小化。進一步說，藉由提高碳黑的量並搭配使用透明充填物以使A/B>80%(或90%)，至少可保持所希望之光熱轉換層厚度，且當黏合層是紫外線硬化類型時，可同時保持所希望之紫外線穿透率。如此一來，在使用上述範圍的總量之情況下，具有熱塑性塑膠塗底層的基板可在照射後輕易地與支撐物分離。
光熱轉換層之厚度可約為0.5μm。若厚度太小，鄰近的黏合層會部分曝露於釋放表面，使得釋放表面的黏性增加(特別是當黏合層係相對軟性時)，並使得超薄晶圓的移除(在不破損的情況下)變得困難。
若有需要，光熱轉換層可包含其他添加物。舉例來說，在藉由塗佈呈單體或寡聚體形式之熱可分解樹脂以形成該層及之後聚合(polymerize)或硬化樹脂的情況下，該層可包含光聚合反應起始劑(photo-polymerization initiator)。同樣地，添加耦合劑(使用整體摻合方法(integral blend method)，意即該耦合劑用來作為配方的添加物，而非預先表面處理劑(pre-surface-treatment agent))可用來更有效地增加玻璃與光熱轉換層之間的黏合力，及添加交聯劑可用來更有效地改善化學抗性。再者，為了促進光熱轉換層分解時的分離，可包含低溫氣體產生劑。可使用之低溫氣體產生劑的代表性實例包含發泡劑(foaming agent)與昇華劑(sublimating agent)。發泡劑之實例包含碳酸氫鈉、碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸鋅、偶氮二甲醯胺(azodicarbonamide)、偶氮二異丁腈(azobisisobutylonitrile)、N,N'-二亞硝基伸戊基四胺(N,N'-dinitrosopentamethylenetetramine)、對甲苯磺醯肼(p-toluenesulfonylhydrazine)及p,p-氧基雙(苯磺醯肼)(p,p-oxybis(benzenesulfonylhydrazide))。昇華劑之實例包含2-重氮基-5,5-二甲基環己烷-1,3-二酮(2-diazo-5,5-dimethylcyclohexane-1,3-dione)、樟腦(camphor)、萘(naphthalene)、冰片(borneol)、丁醯胺(butyramide)、戊醯胺 (valeramide)、4-三級丁基苯酚(4-tert-butylphenol)、呋喃-2-甲酸(furan-2-carboxylic acid)、琥珀酸酐(succinic anhydride)、1-金剛烷醇(1-adamantanol)及2-金剛烷酮(2-adamantanone)。
光熱轉換層可藉由下列方法形成：混合光吸收劑(例如碳黑)、熱可分解樹脂與溶劑以製備前驅物塗佈溶液、在支撐物上塗佈該溶液、以及乾燥已塗佈之該溶液。光熱轉換層亦可藉由下列方法形成：混合光吸收劑、單體或寡聚物(作為熱可分解樹脂之前驅物材料)及可選擇之添加物(例如光聚合反應起始劑)、以及溶劑(若有需要)以製備取代熱可分解樹脂溶液之前驅物塗佈溶液、在支撐物上塗佈該溶液、乾燥並聚合/硬化已塗佈之該溶液。為了在支撐物上塗佈該溶液，可使用一般適於塗佈硬性支撐物的塗佈方法，例如旋轉塗佈(spin coating)、晶粒塗佈(die coating)、以及滾筒式塗佈(roll coating)。以在雙面膠帶形成光熱轉換層為例，可使用塗佈方法將光熱轉換層形成於薄膜上，該塗佈方法為例如晶粒塗佈、凹版印刷塗佈技術(gravure coating)、以及刮刀塗佈(knife coating)。
一般來說，光熱轉換層之厚度並不受限，只要該厚度允許支撐物與具有熱固性塗底層(thermosetting priming layer)之基板分離，但其通常為0.1μm或更厚。若厚度小於0.1μm，要達到足夠光吸收量所需之光吸收劑的濃度變高，這會使薄膜形成性質惡化，如此一來，可能無法黏合於相鄰層。另一方面，若光熱轉換層的厚度為5μm或更厚，同時維持固定的光吸收劑所需濃度以允許光熱 轉換層藉由熱分解分離，則光熱轉換層(或其前驅物)的光穿透率會變低。
本發明提供之層壓體具有接合層，其設置於潛在釋放層上。接合層是一種位於潛在釋放層與熱塑性塑膠塗底層之間並與二者接觸的材料。接合層黏合於潛在釋放層與熱塑性塑膠塗底層，並典型地為黏合劑。接合層可為熱塑性塑膠材料，例如環氧樹脂(epoxy)、聚酯(polyester)、聚醯亞胺(polyimide)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚胺甲酸酯(polyurethane)、聚醚(polyether)、天然橡膠或合成橡膠。接合層可為經交聯或可交聯或為不經交聯或不可交聯。接合層可亦為熱固性材料，例如可硬化聚合物(curable polymer)或黏合劑。可用於本發明提供之層壓體中作為接合層之黏合劑實例包含橡膠基底黏合劑(藉由溶解橡膠、彈性體或類似物質於溶劑中得到)、單部分(one-part)熱固性黏合劑(基於環氧樹脂、聚胺甲酸酯(urethane)或類似物)、雙部分(two-part)熱固性黏合劑(基於環氧樹脂、聚胺甲酸酯、壓克力(acryl)或類似物)、熱熔式(hot-melt)黏合劑、紫外線(UV)或電子束可硬化黏合劑(基於壓克力、環氧樹脂或類似物)、以及水分散型(water dispersion-type)黏合劑。紫外線可硬化黏合劑可適當地被使用，該紫外線可硬化黏合劑是藉由添加光聚合反應起始劑及添加物(若有需要)於(1)具有可聚合乙烯基團(polymerizable vinyl group)之寡聚物，例如聚胺酯丙烯酸酯(urethane acrylate)、環氧丙烯酸酯(epoxy acrylate)、或聚酯丙烯酸酯(polyester acrylate)，及/或(2)丙烯酸或甲基丙烯酸單體(methacrylic monomer) 中所得到。在某些實施例中，接合層可包含可硬化(甲基)丙烯酸酯聚合物(curable(meth)acrylate polymer)。添加物的實例包含增稠劑(thickening agent)、塑化劑(plasticizer)、分散劑(dispersant)、充填劑(filler)、阻燃劑(fire retardant)及熱穩定劑。
在本發明提供之層壓體進一步包含與熱塑性塑膠塗底層接觸之基板之實施例中，基板可為例如難以藉由習用方法薄化之易碎材料。其實例包含半導體晶圓(例如矽與砷化鎵)、水晶晶圓(rock crystal wafer)、藍寶石及玻璃。待研磨之基板可具有電路側及背側。表面側可包含電路元件，例如跡線(traces)、積體電路、電子組件、以及導電連接器(例如焊料球或凸塊)。電路側亦可包含其他電連接裝置，例如接腳、插座、導電墊。
接合層可用來固定待研磨之基板，其透過光熱轉換層將基板固定於支撐物。藉由分解光熱轉換層使基板與支撐物分離之後，可得到其上具有接合層之基板。因此，接合層必須易於與基板分離，例如藉由剝離的方式。因此，接合層的黏合力高的足以將基板固定於支撐物，但又低的足以能夠與基板分離。可用於本發明中作為接合層之黏合劑實例包含橡膠基底黏合劑(藉由溶解橡膠、彈性體或類似物質於溶劑中得到)、單部分(one-part)熱固性黏合劑(基於環氧樹脂、聚胺甲酸酯(urethane)或類似物)、雙部分(two-part)熱固性黏合劑(基於環氧樹脂、聚胺甲酸酯、壓克力(acryl)或類似物)、熱熔式(hot-melt)黏合劑、紫外線(UV)或電子束可硬化黏合劑(基於壓克力、環氧樹脂或類似物)、以及水分散型(water dispersion-type) 黏合劑。紫外線可硬化黏合劑可適當地被使用，該紫外線可硬化黏合劑是藉由添加光聚合反應起始劑及添加物(若有需要)於(1)具有可聚合乙烯基團(polymerizable vinyl group)之寡聚物，例如聚胺酯丙烯酸酯(urethane acrylate)、環氧丙烯酸酯(epoxy acrylate)、或聚酯丙烯酸酯(polyester acrylate)，及/或(2)丙烯酸或甲基丙烯酸單體(methacrylic monomer)中所得到。
除了可硬化(甲基)丙烯酸酯聚合物、可硬化(甲基)丙烯酸酯黏性調整劑及光起始劑，接合層亦可包含例如活性稀釋劑。黏合接合層可包含例如其量介於約10至約70重量百分比之間的活性稀釋劑。活性稀釋劑可用於調整該經硬化之組成物之黏度及/或物理性質。適合的活性稀釋劑之實例包含單官能與多官能(甲基)丙烯酸酯單體(例如乙二醇二(甲基)丙烯酸酯(ethylene glycol di(meth)acrylate)、己二醇二(甲基)丙烯酸酯(hexanediol di(meth)acrylate)、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯(triethylene glycol di(meth)acrylate)、三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯(trimethylolpropane tri(meth)acrylate)、三伸丙二醇二(甲基)丙烯酸酯(tripropylene glycol di(meth)acrylate)、四氫糠基(甲基)丙烯酸酯(tetrahydrofurfuryl(meth)acrylate)、苯氧基乙基丙烯酸酯(phenoxyethylacrylate))、乙烯基醚(vinyl ethers)(例如丁基乙烯基醚(butyl vinyl ether))、乙烯基酯(vinyl esters)(例如醋酸乙烯酯(vinyl acetate))、及苯乙烯單體(styrenic monomers)(例如苯乙烯(styrene))。
將被加工之基板可為半導體晶圓，例如矽晶圓，其一般可在一側具有如電路圖樣(pattern)的粗糙處(asperities)。為了使接合層填充待研磨之基板的粗糙處並使接合層之厚度均勻，用於接合層的黏合劑係典型地在塗佈與層壓時處於液態，並典型地在塗佈與層壓操作的溫度中(例如攝氏25℃)具有低於10,000厘泊(centipoises(cps))的黏度。液態黏合劑係典型地使用下述之各種塗佈方法中的旋轉塗佈方法來進行塗佈。紫外線可硬化黏合劑或可見光可硬化黏合劑係典型地用來使接合層的厚度均勻，並因為上述之理由使處理速度提高。
在下列使用條件下，黏合劑之儲存模數(storage modulus)可典型地在攝氏25℃下為100兆帕(megaPascals(MPa))或更高，及典型地在攝氏50℃下為10Mpa或更高：使用溶劑型態的黏合劑並移除黏合劑中的溶劑後、使用可硬化黏合劑進行硬化後、或使用熱熔式黏合劑進行常溫固化後。具有這樣的彈性模數(elastic modulus)，可避免待研磨之基板在研磨中因施加應力引起扭曲或變形，且可均勻研磨為超薄(ultrathin)基板。此處使用的儲存模數或彈性模數可在例如下列條件量測：黏合樣本大小(adhesive sample size)22.7mm×10mm×50μm，頻率1Hz、應變0.04%及溫度斜率5℃/min的拉伸模式。該儲存模數可使用Rheometrics,Inc.所製造的SOLIDS ANALYZER RSA II(商品名稱)量測。
當光可硬化黏合劑被硬化於待研磨之基板上時，在研磨期間、最高可達溫度下(通常是40℃至70℃，例如50℃)，基板 與接合層界面處之儲存模數係典型地為9.0×107Pa或更高，更典型地為3.0×108Pa或更高。具有在此範圍內的儲存模數，在研磨期間使用研磨工具於垂直方向的施壓不會引起使待研磨之基板(矽晶圓)受損程度之接合層的局部變形(local deformation)。滿足所有這些條件之光可硬化黏合劑的實例為揭露於以下美國專利申請案之黏合劑：U.S.S.N.13/249,501(由Larson等人申請，其標題為「低剝落黏合劑」(Low Peel Adhesive)，於西元2011年九月三十日提出申請)。
接合層的厚度不受特別限制，只要其可確保研磨待研磨之基板時所需的厚度均勻度及將支撐物自層壓體移除後自晶圓剝離接合層所需的撕裂強度(tear strength)，且可充分吸收基板表面上的粗糙處。接合層之厚度係典型地為約10至約150μm，更典型地為約25至約100μm。
當接合層包含可硬化之(甲基)丙烯酸酯聚合物時，其可另包含一量之黏性調整劑。接合層所包含之可硬化之(甲基)丙烯酸酯黏性調整劑的量可為大於約0.1重量百分比或少於約6.0重量百分比。在某些實施例中，可硬化之(甲基)丙烯酸酯黏性調整劑可為經(甲基)丙烯酸酯基團或甲基丙烯酸酯基團之至少一者取代之矽氧聚合物(silicone polymer)。典型地說，可硬化之(甲基)丙烯酸酯黏性調整劑可溶於硬化前之可硬化之(甲基)丙烯酸酯聚合物中。除此以外，可硬化之(甲基)丙烯酸酯黏性調整劑與可硬化之(甲基)丙烯酸酯聚合物的組合之黏度在環境溫度下可小於約10,000厘泊，且更佳地小於5,000厘泊。舉例來說，可硬化之(甲基)丙烯酸酯黏性調整劑可 為經(甲基)丙烯酸酯修飾之矽氧聚合物，例如Cytec Industries(West Paterson,NJ)的EBECRYL 350、Sartomer Company(Exton,PA)的CN9800，或Evonik Industries(Essen,Germany)的TEGO RAD 2250、TEGO RAD 2500、TEGO RAD 2650、或TEGO RAD 2700。
本發明提供之層壓體具有熱塑性塑膠塗底層，其設置於接合層上。接合層(典型地為黏合層)係與熱塑性塑膠塗底層接觸。熱塑性塑膠塗底層提供低除氣或非除氣(low or non-outgassing)層，其相鄰於任何與之接觸的基板。本發明提供之熱塑性塑膠塗底層實質上應對有機及無機基板材料為惰性(不反應性)，且在相當高的溫度(例如260℃無鉛迴銲(lead free reflow)條件)下呈現穩定狀態。熱塑性塑膠塗底層應對有機及無機基板材料皆具有高黏度。在某些實施例中，為了在高溫下得到所欲的熔化黏度(melt viscosity)與高挺度，熱塑性塑膠塗底層具有相對高的分子量。
熱塑性塑膠塗底層亦可提供共同表面材料以供熱固性黏合劑接觸，因此該熱固性黏合劑不會接觸視基板來源及任何電路元件(例如在晶圓電路側上之焊料球或凸塊，若基板係為包含電路元件的晶圓)而定之各式不同的基板表面。熱塑性塑膠塗底層可提供可選擇性地被熱吸收(紅外線吸收)材料充填之層，以在去層壓步驟中保護晶圓表面免於雷射劣化(laser degradation)。熱塑性塑膠塗底層提供可供大量(in bulk)清潔之可溶於溶劑之表面，或是在熱固性接合層被剝離後成為細小殘餘物，因此減少或消除熱固型接合層殘留之可能性。最後，對於用於移除熱塑性塑膠塗底層之增溶 製程化學作用的防護，可藉由如圖2所示之邊緣移除及以化學上穩定的熱固性接合層材料進行過塗佈來提供。
熱塑性塑膠塗底層可包含任何熱塑性塑膠材料，其可被均勻地施用於基板表面，並可耐受半導體製造工業中所需之各種製程條件，例如溫度、壓力(例如低壓)、溶劑曝露、酸或鹼曝露。用於塗佈聚醯胺熱塑性塑膠塗底層的適當方法包含但不限於下列：旋轉塗佈、噴霧塗佈、浸塗、網版印刷(screen-printing)、晶粒塗佈、或刮刀塗佈。其中一個特別有用之塗佈方法係為旋轉塗佈溶於溶劑中之熱塑性塑膠塗底材料之溶液。典型溶劑包含任何可溶解於該聚醯胺熱塑性塑膠塗底層之溶劑，例如：甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、異丁醇、二級丁醇、三級丁醇、戊醇、異戊醇、二級戊醇、新戊醇、三級戊醇、己醇、二級己醇、庚醇、二級庚醇、辛醇、2-乙基己醇、甲苯、二甲苯、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、N-N-甲基-2-吡咯啶酮、二甲基亞碸、碳酸丙烯酯、1,3-二氧雜環戊烷、環己酮、環戊酮、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、六氟異丙醇、六氟丙酮、1',1',1'-三氟甲苯、及上述者之組合。在某些實施例中，除了有機溶劑之外，至多約10重量百分比的水可被添加。特別地，可使用醇溶劑例如丁醇、戊醇及己醇。
在某些實施例中，熱塑性塑膠塗底層可使用如醇類等通用溶劑來移除。
熱塑性塑膠塗底層之適用例示性材料包括但不限於聚醯胺聚合物，該聚醯胺聚合物包含至少一有機二元酸組分與至少一二胺組分的反應產物。
酸組分可亦包含短鏈飽和脂族二羧酸，其包含約3至約12個碳原子，例如，舉例來說：丙二酸、丁二酸(琥珀酸)、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸(栓酸)、壬二酸(杜鵑花酸)、癸二酸(泌脂酸)、十一烷二酸、及十二烷二酸。酸組分亦可包含芳香族二羧酸，例如苯-1,2-二甲酸(鄰苯二甲酸)、苯-1,3-二甲酸(間苯二甲酸)、及苯-1,4-二甲酸(對苯二甲酸)。酸組分可亦包含不飽和二羧酸，例如(Z)-丁烯二酸(順丁烯二酸)、(E)-丁烯二酸(反丁烯二酸)、及戊-2-烯二酸(pent-2-enedioic acid)(戊烯二酸)。
在某些實施例中，由不飽和C18酸例如油酸(oleic acid)、亞油酸(linoleic acid)及該二者的混合物(例如高油脂肪酸)進行二聚合所得到之36個碳(C36)的二聚酸可用於製備用於熱塑性塑膠塗底層之聚醯胺聚合物。製造二聚酸的製程係為熟習本技術領域者所週知，舉例來說可參考美國專利第2,793,219號、第2,955,121號、及第5,807,968號，彼等以參考方式被納入本文。這樣的二聚酸的主組分為C36二羧酸且通常具有約180至約215之間的酸價(acid value)範圍、約190至約205之間的皂化值(saponification value)範圍及約265至約310之間的中和當量(neutral equivalent)。含有少於約30%重量百分比的副產物酸包括一元酸(monobasic acids)、三聚酸(trimer acids)或更高聚合物酸之二聚酸特別適用於本發明。二聚酸 亦可在使用及/或分子蒸餾或以其他方式純化前經氫化，以增加C36二聚物含量至約90%或更多。適於使用之二聚酸係任何以Croda International(Edison,NJ)之PRIPOL商品名稱販售之二酸。適用之市售二聚酸實例包括但不限於：PRIPOL 1012、PRIPOL 1013、PRIPOL 1017、PRIPOL 1022及PRIPOL 1027。特別適用者係氫化二聚酸分子，例如PRIPOL 1006、PRIPOL 1009、及PRIPOL 1025。其他適用之二聚酸可購自BASF(Florham Park,NJ)(商品名EMPOL)或購自Arizona Chemical(Jacksonville,FL)(商品名UNIDYME)。
聚醯胺聚合物之製備，可使用多於一種二元酸組分之混合物。
二胺(diamine)的適合實例包括但不限於：乙二胺(ethanediamine)、丙二胺(propanediamine)、丁二胺(butanediamine)、戊二胺(pentanediamine)、己二胺(hexanediamine)、庚二胺(heptanediamine)、辛二胺(octanediamine)、壬二胺(nonanediamine)、癸二胺(decanediamine)、十一二胺(undecanediamine)、十二二胺(dodecanediamine)、任何Croda USA(Edison,NJ)所販售之商品名PRIAMINE的二胺、1,4-雙(胺基甲基)環己烷(1,4-bis(aminomethyl)cyclohexane)、雙(4-胺基環己基)甲烷(bis(4-aminocyclohexyl)methane)、1,3-二-(4-N-六氫吡啶基)丙烷(1,3-di-(4-piperidino)propane)、鄰苯二胺(1,2-diaminobenzene)、間苯二胺(1,3-diaminobenzene)、對苯二胺(1,4-diaminobenzene)、對苯二甲胺(p-xylylenediamine)、間苯二甲胺(m-xylylenediamine)、鄰苯二 甲胺(o-xylylenediamine)、哌嗪(piperazine)、4-胺基乙基哌嗪(4-aminoethylpiperazine)、任何可購自Huntsman Corp(Salt Lake City,Utah)之商品名JEFFAMINE的聚氧伸烷基胺(polyoxyalkyleneamines)。聚醯胺聚合物之製備可使用多於一種二胺組分之混合物。在製造本發明所提供之層壓體時，避免非所欲之外界物質(例如空氣)進入層間可能是重要的。舉例來說，若空氣進入了層間，就無法達成厚度均勻之層壓體，且待研磨之基板無法被研磨為薄基板。在製造如圖1所示之層壓體100的情況中，可考慮例如下列方法。首先，光熱轉換層110之前驅物塗佈溶液可藉由任何熟習本技術領域者所週知之方法塗佈於透光支撐物112、乾燥及使用紫外線或類似光線照射來硬化。接著，可硬化丙烯酸酯黏合劑(熱固性接合層108)可被塗佈於下列二者其中之一或二者：經硬化之光熱轉換層110之表面及熱塑性塑膠塗底層106之表面，該熱塑性塑膠塗底層係設置於基板102上的非研磨側或電路側。光熱轉換層110及熱塑性塑膠塗底層106/基板102係經由可硬化丙烯酸酯黏合劑接附，該可硬化丙烯酸酯黏合劑接著藉由例如使用來自支撐物側之紫外線進行照射而硬化形成熱固性接合層108，藉以形成層壓體。形成該層壓體的過程係典型地在真空狀態下實施，以避免空氣進入層間。藉由調整如美國專利第6,221,454號(由Kazuta等人提出)所述之真空黏合裝置，可達成此效果。
層壓體可經設計以使其免於被研磨基板時所使用之水侵入(若基板係為晶圓)、具有層間黏合強度以避免造成基板脫 落，且具有耐磨性以避免光熱轉換層受到含有該經研磨基板之粉塵的水流(漿體)磨損。薄化基板可藉由包含下列步驟之方法製造：製備如上述形成之層壓體、研磨基板至所需厚度、經由透光支撐物施加輻射能量至光熱轉換層以分解光熱轉換層並藉以分離經研磨之基板與透光支撐物、且剝離基板上之接合層。本發明提供之層壓體可用來握持基板，以進行晶背研磨以外的操作。層壓體的其他可行用途可包含在塗佈(包括真空塗佈)、沉積、蝕刻、剝除(stripping)、化學處理、退火、拋光、釋放應力、貼合或接附、光學量測及電性測試時握持基板。
在一態樣中，本發明之方法藉由參照圖式說明於下。在以下敘述中，使用雷射束作為輻射能量源，並使用矽晶圓作為待研磨之基板，然而，本發明並未限定於此。
圖3a與圖3b係為適用於生產本發明之一實施例的層壓體之真空黏合裝置的截面圖。真空黏合裝置320包含真空室321；提供於真空室321之支撐部分322，在該支撐部分上設置待研磨之基板302(矽晶圓)或支撐物305其中之一；及提供於真空室321且可在支撐部分322的上部以垂直方向移動之握持/釋放工具323，其握持支撐物305或矽晶圓302其中之另一者。真空室321透過管線324與減壓裝置325連接，使得真空室321內的壓力可被降低。握持/釋放工具233具有軸326，其可在垂直方向向上或向下移動；接觸表面部分327，提供於軸326之遠端；彈簧片328，提供於接觸表面部分327的緣周；以及握持爪329，延伸自每一彈簧片328。如 圖3a所示，當彈簧片328接觸真空室321的上表面時，彈簧片328受到擠壓，且握持爪329被導向垂直方向以握持支撐物305或晶圓302的周圍邊緣。另一方面，如圖3b所示，當軸326向下壓，且支撐物305或晶圓302分別靠近於設置於支撐部分上的晶圓302或支撐物305時，握持爪329與彈簧片328一起被釋放以疊覆支撐物305與晶圓302。
使用真空黏合裝置320如下述製造本發明提供之層壓體。首先，如上所述，提供光熱轉換層於支撐物305上。分開地，準備將被層疊之晶圓。在晶圓302與支撐物305之光熱轉換層其中之一或兩者之上，施加用來形成接合層之黏合劑與熱塑性塑膠塗底層(未圖示)。如此準備的支撐物305與晶圓302係如圖3a所示被設置於真空黏合裝置320之真空室321內，壓力係由減壓裝置降低，軸326係如圖3b所示的向下壓以層疊或層壓晶圓，且在開放空氣進入後，若有需要，黏合劑被硬化以得到本發明提供之層壓體。
在研磨至所需程度後，層壓體被移除並輸送至接下來的步驟，其中實施晶圓與支撐物之分離(藉由使用雷射束進行照射)及自晶圓剝離接合層。圖4a至4e係分離支撐物及剝離接合層之步驟圖示。首先，考慮到最後的切割步驟，若有需要，將晶粒貼合膠帶441設置於層壓體401之晶圓側的經研磨表面上(圖4a)或不設置晶粒貼合膠帶441(圖4a')，然後設置切割膠帶442與切割框443(圖4b)。接著，以雷射束444照射層壓體之透光支撐物側(圖4c)。在使用雷射束照射後，拾取支撐物405以使支撐物405與晶圓402 (圖4d)及熱塑性塑膠塗底層406分離。最後，藉由剝離使接合層403分離，以得到薄化之矽晶圓402(圖4e)，其上設置有熱塑性塑膠塗底層406。熱塑性塑膠塗底層406可藉由溶劑洗滌而被移除。一種可用於移除熱塑性塑膠塗底層的方法與裝置係揭露於，舉例來說，未公開之日本專利申請案第2011-124375號(由Saito提出，申請日為2011年六月二日，發明名稱為「清潔基板之方法與裝置」(Method and Device for Cleaning Substrate))。
圖5係層壓體固定裝置的截面圖，其可被用於例如本發明之一態樣中之例如使用雷射束之照射步驟。層壓體501被架置於固定盤551上，使得支撐物相對於固定裝置550係作為上表面。固定盤551係由具孔洞的金屬(例如燒結金屬(sintered metal))或具有表面粗糙度的金屬製成。固定盤551之下側部分的壓力藉由真空裝置(未圖示)降低，藉此將層壓體501吸附於固定盤551上。真空吸力之強度係典型地足以使層壓體不致在接下來的分離支撐物與剝離接合層的步驟中掉落。使用雷射束照射以此方式固定的層壓體。以發射雷射束而言，選擇在由光熱轉換層吸收之光波長下輸出強度夠高的雷射源，以引起光熱轉換層中之熱可分解樹脂的分解，以使分解氣體可產生且使支撐物與晶圓可分離。舉例來說，可使用YAG雷射(波長為1,064nm)、第二諧波YAG雷射(波長為532nm)及半導體雷射(波長為780至1,300nm)。
至於雷射照射裝置，選擇可掃描雷射束以在被照射之表面上形成所需之圖樣且可設定雷射輸出及雷射束移動速度之裝 置。再者，為了穩定被照射材料(層壓體)之加工品質，選擇具有大聚焦深度的裝置。聚焦深度係隨著裝置設計之尺寸精準度變化，雖未特別限定，但聚焦深度係典型地為30μm或更高。圖6a至圖6f係可用於本發明之雷射照射裝置的透視圖。圖6a所示之雷射照射裝置660係配備有電流計，該電流計具有雙軸組態(包含X軸與Y軸)，且設計用來使得自雷射振盪器661振盪之雷射束被Y軸電流計662反射且進一步被X軸電流計663反射，而使雷射束照射設置於固定盤上之層壓體601。照射位置係由電流計662與663之方向決定。圖6b所示之雷射照射裝置660係配備有單軸電流計或多角鏡664與台階(stage)666，該台階可以正交於掃描方向之方向來移動。雷射振盪器661所發出之雷射束被電流計或多角鏡664反射、並進一步被握持鏡665反射，使得雷射束被導引至可移動台階666上之層壓體601。照射位置係由電流計或多角鏡664的方向與可移動台階666之位置決定。在圖6c所示之裝置中，雷射振盪器661係架置於可移動台階666上，該可移動台階是以X與Y的雙軸方向移動，且雷射束照射層壓體601的整體表面。圖6d所示之裝置包含固定之雷射振盪器661與可移動台階666，該可移動台階以X與Y的雙軸方向移動。圖6e所示之裝置具有一組成(constitution)，該組成使得雷射振盪器661被架置於可移動台階666'上，該可移動台階可以單軸方向移動，且層壓體601係架置於可移動台階666"上，該可移動台階可以與可移動台階666'正交的方向移動。
當有雷射照射會引起層壓體601之晶圓受損的疑慮時，通常形成具有陡能量分布輪廓及減少洩漏能量至相鄰區域之大禮帽光束型態(見圖6f)。光束型態可藉由任何已知方法改變，例如(a)使用聲光裝置(acousto-optic device)反射光束的方法、使用折射/繞射形成光束的方法，或(b)使用孔(aperture)或細長裂口(slit)切割雙邊之拓寬部分的方法。
雷射照射能量係由雷射功率、雷射束掃描速度以及雷射束直徑所決定。舉例來說，可使用之雷射功率可為(但不限於)0.3至100瓦(watts(W))，掃描速度可為0.1至40每秒公尺(meter/second(m/s))，且雷射束直徑係為5μm至300μm或更多。為了增加此步驟的速度，可增加雷射功率，並藉以增加掃描速度。由於雷射束直徑變大可更進一步減少掃描次數，因此當雷射功率夠高時，可增加雷射束直徑。
在雷射照射之後，支撐物係與晶圓分離，此操作使用一般的真空拾取器。拾取器係為與真空裝置連接之圓柱狀機械構件，該真空裝置在遠端具有空吸裝置。圖7a與圖7b係為可用於晶圓與支撐物之分離操作的拾取器之概略示意圖。在圖7a所示之情況中，拾取器770通常位於透光支撐物705的中央，且通常以垂直方向拾取，藉以剝離支撐物。同樣地，如圖7b所示，拾取器770係位於透光支撐物705的邊緣部分，且藉由在一側吹送壓縮空氣(A)使空氣進入晶圓702與透光支撐物705之間時進行剝離，支撐物可更容易地被剝離。
在移除支撐物之後，晶圓上之接合層係經移除。圖8係為顯示可如何剝離接合層的概略示意圖。為了移除熱固性接合層803，可使用黏合膠帶880。黏合膠帶880可對熱固性接合層803產生相較於熱塑性塑膠塗底層806與接合層之間的黏貼(adhesive bond)更強的黏貼。這樣的黏合膠帶880可被置放以黏附於熱固性接合層803，接著以箭頭方向剝離，如此一來熱固性接合層803即自經塗底(primed)之基板802移除。
在最後步驟中，熱塑性塑膠塗底層可藉由溶劑洗滌自基板移除。典型溶劑包含任何可溶解聚醯胺熱塑性塑膠塗底層之溶劑，例如，甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、異丁醇、二級丁醇、三級丁醇、戊醇、異戊醇、二級戊醇、新戊醇、三級戊醇、己醇、二級己醇、庚醇、二級庚醇、辛醇、2-乙基己醇、甲苯、二甲苯、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、N-N-甲基-2-吡咯啶酮、二甲基亞碸、碳酸丙烯酯、1,3-二氧雜環戊烷、環己酮、環戊酮、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、六氟異丙醇、六氟丙酮、1',1',1'-三氟甲苯、及上述者之組合。在某些實施例中，除了有機溶劑之外，至多10重量百分比的水可被添加。特別地，可使用醇溶劑例如丁醇、戊醇及己醇。
最後，薄化晶圓仍維持被固定於切割膠帶或是不論有無使用黏晶膠帶(die bonding tape)之晶粒框的狀態。晶圓係以一般方式被切割，並藉此完成晶片。然而，切割可在雷射照射之前實施。在這狀況下，亦可在使晶圓仍接附於支撐物的情形下執行切割步 驟，接著只讓切割區域受到雷射照射並且只讓切割部分與支撐物分離。本發明亦可被分開應用於不使用切割膠帶之切割步驟中，其中藉由接合層重新將經研磨之晶圓轉移至其上提供有光熱轉換層之透光支撐物上。
本發明提供之層壓體可在基板經製程處理時，被用於握持基板。該等製程可包含，例如，晶背研磨、塗佈(包括真空塗佈)、蒸氣沉積、蝕刻、剝除(stripping)、化學處理、退火、拋光、釋放應力、貼合或接附、光學量測及電性測試。所思及之製程可將基板曝露於高於約150℃、高於約200℃、或甚至高於約300℃的溫度。
在此揭露之方法允許層壓體承受相較先前技術之各種方法更高溫度的製程。在製造半導體晶圓的過程中，本發明之方法讓後續製程步驟得以進行。其中一個例示性製程步驟可為濺鍍(sputtering)技術，例如，製造電接點之金屬沉積製程。另一個例示性製程步驟可為乾蝕刻技術，例如，在基板產生導孔(via)之反應性離子蝕刻(reactive ion etching)。另一個例示性製程步驟可為熱壓貼合(thermo-compression bonding)，例如將額外層貼合至晶圓。本發明之實施例係為有利的，因為層壓體可經該些製程步驟處理，同時仍允許接合層被輕易地自經研磨之基板(晶圓)移除。在某些實施例中，包含經硬化之黏合接合層的層壓體可承受200℃甚可250℃的溫度。本發明之實施例揭露了黏合劑可被加熱至至少250℃至少一 小時，且仍維持其機械完整性及黏合性，同時亦可自基板被乾淨地移除。
在某些實施例中，薄的熱塑性塑膠塗底層可被施用於將被加工之基板的電路側(在背側)，熱塑性塑膠塗底層可如圖2所示在邊緣處被移除，然後該塗底層可被乾燥。接著，可在該塗底層上藉由旋轉塗佈施用大量熱固性接合層並使之硬化。使用薄的熱塑性塑膠塗底層提供相鄰於晶圓表面(電路側)之低除氣或非除氣層，該層實質上對有機及無機晶圓表面材料為惰性(不反應性)，且在相當高的溫度(例如高於260℃無鉛迴銲)下呈現穩定狀態。熱塑性塑膠塗底層可提供共同表面材料以供熱固性黏合劑接觸，因此該熱固性黏合劑不會接觸視晶圓來源及任何電路元件(例如在晶圓電路側上之焊料球或凸塊)而定之各式不同的晶圓表面。熱塑性塑膠塗底層可提供可選擇性地被熱吸收(紅外線吸收)材料充填之層，以在去層壓步驟中保護晶圓表面免於雷射劣化(laser degradation)。熱塑性塑膠塗底層提供可供大量(in bulk)移除之可溶於溶劑之表面，或是在熱固性接合層被剝離後成為細小殘餘物，因此減少或消除熱固型接合層殘留之可能性。最後，對於用於移除熱塑性塑膠塗底層之增溶製程化學作用的防護，可藉由邊緣移除及以化學上穩定的熱固性接合層材料進行過塗佈來提供。在某些實施例中，熱塑性塑膠塗底層可被塗佈於透光支撐物上，接著施用熱固性接合層至熱塑性塑膠塗底層，潛在釋放層可被塗佈於基板上，且被塗佈之支撐物與基板可被層壓在一起，使得潛在釋放層被層壓至接合層。選擇 性地，若塗佈材料包含溶劑，則該熱塑性塑膠塗底層可被乾燥，且選擇性地，該接合層可在層壓之前或之後被硬化。
本發明可用於例如下列應用。
1.高密度封裝的層化晶片尺寸封裝(Layered CSP(Chip Scale Package))
本發明可搭配例如稱為系統級封裝(system-in-package)的裝置形式(device form)使用，在系統級封裝中複數個大型積體電路(Large Scale Integrated,LSI)裝置與被動元件被整合於單一封裝，以實現多功能或高效能，且被稱為堆疊式多晶片封裝(stacked multi-chip package)。根據本發明，25μm或更小的晶圓可被可靠地以高產率製造以供該些裝置使用。
2.需要高功能與高速處理的貫穿型(Through-Type)晶片尺寸封裝
在此裝置中，晶片係藉由貫穿電極(through electrode)連接，藉以縮短布線長度及改進電性質。為了解決技術問題，例如形成貫穿孔洞以形成貫穿電極及將銅埋入於貫穿孔洞，須將晶片厚度進一步減少。在使用本發明之層壓體來循序形成具有該組態之晶片的情況下，絕緣薄膜與凸塊(電極)可能被形成於晶圓之後側表面，且層壓體需要具有耐熱性與耐化學性。即使在這樣的情況下，當選擇上述支撐物、光熱轉換層與接合層時，本發明可被有效的應用。
3.提升熱輻射效率、電性、與穩定度的薄化複合(Thin Compound)半導體(例如砷化鎵)
複合半導體，例如砷化鎵，被使用於高效能的離散晶片、雷射二極體及類似物中，因為它們具有優於矽(silicon)的電性優點(高電子移動率、直接遷移型能帶結構)。使用本發明之層壓體並藉此減少晶片厚度，增加晶片的散熱效率並提高效能。目前，為了減少厚度所進行的研磨操作以及電極形成，皆藉由使用脂膏或抗性材料(resist material)將半導體晶圓與作為支撐物之玻璃基板接合來進行。因此，接合材料可溶解於溶劑，以在加工完成後，將晶圓與玻璃基板分離。隨之而來的問題包括分離需要數天以上的時間並且需要處理廢棄溶液。當使用本發明之層壓體時，這些問題都可得到解決。
4.應用於大型晶圓以增進產量
以大型晶圓(例如12吋直徑矽晶圓)為例，可將晶圓與支撐物輕易分離是非常重要的。當使用本發明之層壓體時，分離可被輕易地實現，因此本發明亦可被應用於此技術領域。
5.薄水晶(Rock Crystal)晶圓
在水晶晶圓的領域中，需要減少晶圓之厚度以增加振盪頻率。當使用本發明之層壓體時，分離可被輕易地實現，因此本發明亦可被應用於此技術領域。
6.用於液晶顯示器之薄玻璃
在液晶顯示器的領域中，需要減少玻璃之厚度以減少顯示器的重量，且均勻的玻璃厚度係為所欲。當使用本發明之層壓體時，分離可被輕易地實現，因此本發明亦可被應用於此技術領域。
本發明之目的與優點將以下列實例進一步闡述，然而在這些實例中所引用之特定材料與用量以及其他的條件及細節，皆不應被視為對本發明之過度限制。
實例 測試方法 剝離力量測
剝離力量測係用於決定熱塑性塑膠塗底劑塗層與矽晶圓之間的剝離力，其進行方式如下：首先使用熱塑性塑膠塗底劑來塗佈矽晶圓，接著在提升至150℃之烘箱內乾燥該塗底劑45分鐘。剝離力量測係於具有30kN負載量之INSIGHT MATERIALS TESTING SYSTEM 30EL,820.030-EL(購自MTS System Corp.,Eden Prairie,Minnesota)進行。在靠近晶圓邊緣產生一道50mm的黏合劑切痕，接著在上方以垂直先前黏合劑切痕之方向層壓一片2”寬的 WAFER DE-TAPING TAPE 3305，該膠帶可購自3M Company,St.Paul,Minnesota。該片膠帶之大小為自晶圓之一邊緣延伸至超過該晶圓之對側邊緣約50mm。兩道相隔約25mm之平行切痕，係使用剃刀刀片產生於膠帶及其下的黏合劑。試樣被架置於拉力試驗機之底座夾具的架置盤上。超過晶圓邊緣50mm之膠帶部分接著被接附於拉力試驗機的上側夾具。夾具被連接至垂直負載單元(load cell)，以進行速率125mm/min之90度剝離測試。
實例1
實例1之熱塑性塑膠塗底劑中的聚醯胺係根據美國專利第3,377,303號所描述的程序來製備。約506克的Pripol 1009(Croda,New Castle,DE)、約118克的癸二酸(Hawkins,Inc.,Roseville,MN)及約129克的哌嗪(BASF,Florham Park,NJ)被混合於1升的樹脂燒瓶，其頭部裝有機械頂置式攪拌器(mechanical overhead stirrer)、熱電偶及接有接收器之蒸餾頭。在不斷攪拌混合物之同時，溫度會在4小時內升高至攝氏225℃並保持該溫度隔夜，在此期間接收器會收集水副產品。接著將溫度增加至250℃並在反應器中導入35mm Hg真空4個小時，同時混合物仍被持續攪拌。接著使聚醯胺聚合物流至矽離型片(silicone release sheet)上、冷卻至室溫，然後收集。
聚醯胺聚合物(如上述)之溶液製備如下：混合約20g的聚醯胺聚合物與約80g的1-戊醇(Aldrich Chemical,Milwaukee, WI)於以PTFE膠帶密封之玻璃罐中，在室溫下置於機械振動台(Eberbach Corp.,Ann Arbor,MI)上七天。混合物於Despatch製程烘爐(Model LFD1-42-3,Despatch Industries,Minneapolis,MN)中以70℃加熱15分鐘，接著用手搖動，並再次以70℃另外加熱10分鐘。所產生的溶液係使用25mm之ACRODISC注射過濾器(具有1.2微米之VERSAPOR膜(零件編號4488T，購自Pall Corporation,Port Washington,NY))進行過濾。
將約8克的聚醯胺溶液倒在150mm×680μm裸矽晶圓(bare silicon wafer)之拋光側上，以3000rpm之轉速旋轉塗佈30秒加以沉積，加速度每秒10,000rpm(Cost Effective Equipment,a division of Brewer Science,Incorporated,Rolla,MO)，接著在Despatch製程烘爐(Model LFD1-42-3,Despatch Industries,Minneapolis,MN)中在60分鐘內自室溫上升至150℃加以乾燥。第二次塗佈係以同樣的溶液、同樣的旋塗條件、以及同樣的烘爐乾燥程序，旋轉塗佈於每一晶圓上。
比較實例A
聚碸溶液係藉由下述步驟製備：混合約15g的Udel P-3703 NT11(Solvay Specialty Plastics,Houston,TX)與約85g的環己酮(Aldrich Chemical Co.,Milwaukee WI)於以蓋子及PTFE膠帶密封之玻璃罐中，在室溫下置於機械振動台(Eberbach Corp.,Ann Arbor,MI)上一天。所產生之溶液不經進一步處理(as prepared)即供使用。
將約8克的聚碸溶液倒在150mm×680μm裸矽晶圓(bare silicon wafer)之拋光側上，以3000rpm之轉速旋轉塗佈30秒加以沉積，加速度每秒10,000rpm(Cost Effective Equipment,a division of Brewer Science,Incorporated,Rolla,MO)，接著在Despatch製程烘爐(Model LFD1-42-3,Despatch Industries,Minneapolis,MN)中在60分鐘內自室溫上升至150℃加以乾燥。第二次塗佈係以同樣的溶液、同樣的旋塗條件、以及同樣的烘爐乾燥程序，旋轉塗佈於每一晶圓上。
比較實例B
聚醯亞胺溶液係藉由下述步驟製備：混合約7.5g的ULTEM 1000-1000(Sabic Innovative Plastics,Houston,TX)與約42.5g的1,3-二氧雜環戊烷(Alfa-Aesar,Ward Hill,MA)於以蓋子及PTFE膠帶密封之玻璃罐中，在室溫下置於機械振動台(Eberbach Corp.,Ann Arbor,MI)上一天。所產生之溶液不經進一步處理(as prepared)即供使用。
將約8克的聚醯亞胺溶液倒在150mm×680μm裸矽晶圓(bare silicon wafer)之拋光側上，以3000rpm之轉速旋轉塗佈30秒加以沉積，加速度每秒10,000rpm(Cost Effective Equipment,a division of Brewer Science,Incorporated,Rolla,MO)，接著在Despatch製程烘爐(Model LFD1-42-3,Despatch Industries,Minneapolis,MN)中在60分鐘內自室溫上升至150℃加以乾燥。第 二次塗佈係以同樣的溶液、同樣的旋塗條件、以及同樣的烘爐乾燥程序，旋轉塗佈於每一晶圓上。
結果
實例2
實例1的聚醯胺溶液係以下述程序被施用於150mm直徑×0.7mm厚度之矽晶圓的拋光側。將約10cm3之溶液倒在晶圓表面上，以3000rpm之轉速旋轉塗佈30秒將溶液均勻塗佈於晶圓上，加速度每秒10,000rpm(Cost Effective Equipment,a division of Brewer Science,Incorporated,Rolla,MO)，接著在Despatch製程烘爐(Model LFD1-42-3,Despatch Industries,Minneapolis,MN)中在60分鐘內自室溫上升至150℃加以乾燥，以得到在晶圓表面上厚度約3微米之已乾燥之聚醯胺熱塑性塑膠塗底層。
將約8cm3的LC5200-F1035光硬化黏合劑(可購自3M Company,St.Paul,MN)經由注射器施用於晶圓的已乾燥之熱塑性聚醯胺熱塑性塑膠塗底層表面。黏合劑以975rpm旋轉塗佈25秒以均勻地塗佈於試樣上。所形成之經黏合劑塗佈之晶圓被貼合至151mm直徑×0.7mm厚度之玻璃支撐物，該貼合使用晶圓支撐系統貼合機進行，型號為WSS 8101M(可購自Tazmo Co.,LTD.Freemont,California)。玻璃支撐物包含光熱轉換層JS-5000-0012-5(可購自Sumitomo 3M Ltd.,Tokyo,Japan)，其厚度少於1微米。黏 合組成物A黏合劑係經紫外線硬化20秒，使用6吋(15.2cm)長的Fusion Systems D燈泡(300瓦/吋(watt/inch))。
晶圓試樣之背側接著利用習用技術研磨至約50微米的厚度。經貼合之晶圓-支撐物堆疊體以200℃加熱老化180分鐘。未觀察到晶圓或玻璃支撐物的剝離(delamination)，也未觀察到聚醯胺熱塑性塑膠塗底層與LC5200-F1035黏合層分離。
本發明的各種修改與變化將為所屬技術領域中具有通常知識者所顯而易見，而不背離本發明之範圍與精神。應理解的是，本發明無意受到本文闡述之說明性實施例與實例之過度限定，且該些實例與實施例僅為舉例說明，本發明之範圍僅意圖受到如下文闡述之請求項所限定。所有本發明所引用之參考資料係以參照方式被完整納入。

Claims (16)

  1. 一種層壓體(laminated body)，其包含：一透光支撐物(light-transmitting support)；一潛在釋放層(latent release layer)，設置於該透光支撐物上；一接合層(joining layer)，設置於該潛在釋放層上；以及一聚醯胺熱塑性塑膠塗底層(priming layer)，設置於該接合層上。
  2. 如請求項1之層壓體，其中該透光支撐物包含玻璃。
  3. 如請求項1之層壓體，其中該潛在釋放層包含一光熱轉換層(Photothermal conversion layer)。
  4. 如請求項2之層壓體，其中該潛在釋放層係在曝露於一雷射或一雷射二極體所發出之光化輻射(actinic radiation)時被激發。
  5. 如請求項3之層壓體，其中該光熱轉換層包含一吸光劑(light-absorbing agent)及一熱可分解樹脂(heat decomposable resin)，該光熱轉換層係鄰接於該接合層。
  6. 如請求項5之層壓體，其中該吸光劑包含碳黑(carbon black)。
  7. 如請求項1之層壓體，其中該接合層包含一熱固性黏合劑(thermosetting adhesive)。
  8. 如請求項7之層壓體，其中該熱固性黏合劑包含一丙烯酸類樹脂黏合劑(acrylic adhesive)。
  9. 如請求項1之層壓體，進一步包含與該聚醯胺熱塑性塑膠塗底層接觸之一基板。
  10. 如請求項9之層壓體，其中該基板包含一待研磨之矽晶圓基板。
  11. 一種用於製造如請求項9之層壓體的方法，該方法包含：將該聚醯胺熱塑性塑膠塗底層塗佈於該基板上以形成一塗層； 若該塗層包括一溶劑，選擇性地乾燥該聚醯胺熱塑性塑膠塗底層；將該接合層塗佈於該聚醯胺熱塑性塑膠塗底層上；選擇性地硬化該接合層；將該潛在釋放層塗佈於該透光支撐物上；以及將該潛在釋放層層壓至該接合層。
  12. 如請求項11之用於製造層壓體的方法，進一步包含：將該基板加工處理；於該潛在釋放層形成一光熱轉換層；經由該透光支撐物照射該光熱轉換層，以分解該光熱轉換層，並藉此分離該基板與該透光支撐物；將該接合層自該基板剝離；以及將該聚醯胺熱塑性塑膠塗底層自該基板移除。
  13. 如請求項12之用於製造層壓體的方法，其中移除該聚醯胺熱塑性塑膠塗底層包含以溶劑洗滌該聚醯胺熱塑性塑膠塗底層。
  14. 一種用於製造如請求項9之層壓體的方法，該方法包含：將該聚醯胺熱塑性塑膠塗底層塗佈於該透光支撐物上以形成一塗層；若該塗層包括一溶劑，選擇性地乾燥該聚醯胺熱塑性塑膠塗底層；將該接合層塗佈於該聚醯胺熱塑性塑膠塗底層上；選擇性地硬化該接合層；將該潛在釋放層塗佈於該基板上；以及將該潛在釋放層層壓至該接合層。
  15. 如請求項14之用於製造層壓體的方法，進一步包含：將該基板加工處理； 於該潛在釋放層形成一光熱轉換層；經由該透光支撐物來照射該光熱轉換層，以分解該光熱轉換層，並藉此分離該基板與該透光支撐物；將該接合層自該基板剝離；以及將該聚醯胺熱塑性塑膠塗底層自該基板移除。
  16. 如請求項15之用於製造層壓體的方法，其中移除該聚醯胺熱塑性塑膠塗底層包含以溶劑洗滌該聚醯胺熱塑性塑膠塗底層。
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