TWI725785B - 半導體晶圓保護片 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於半導體晶圓之保護片，其係包括具有良好包覆性之軟質層，和用於貼附在半導體晶圓之電路形成面上之黏著層。其中，該軟質層係包含熱塑性聚氨酯系，且於25℃和下70℃下取得該二溫度下之儲存模數範圍，以及維卡軟化點之儲存模數與損失模數之比值等數據。該保護片可進一步設置基材層於軟質層之下。

Description

半導體晶圓保護片
本發明係關於一種半導體晶圓表面保護片，特別是一種對於半導體晶圓所具有之線路形成面之高低差部分有優異吸收性、可抑制線路高低差與研磨片之間產生空隙之半導體晶圓表面保護片。
為因應電子產品小型化和薄型化之需求，電子元件及晶片皆要求在尺寸及厚度上盡可能減少，藉此縮小電路板體積。另一方面，晶片之厚度降低亦有助於晶片散熱。在晶片方面，為了使晶片薄型化，因此會使用在晶片製造及封裝等步驟進行製程改進。
為使晶粒得以變薄，會先將半導體晶圓片先行研磨至一定厚度。此一作法雖然降低了晶片厚度，然而因為半導體晶圓研磨變薄後，材料強度下降，使得該半導體晶圓在運送至其他機台時容易破損，另外，在後續製程時也常因局部應力使得晶圓破裂，造成相當之損失。
為改善此一問題，可於半導體晶圓裝置製造過程中，先於晶圓之一面形成電路後，再對晶圓之非電路形成層進行研磨，使晶片厚度得以進一步縮減，此一技術已成為業界習知之常規製程。
而進行晶圓研磨製程時，必須將電路形成面先以其它方式先行覆蓋，避免於研磨過程中電路受到損傷，故研發出半導體晶圓保護片，於晶圓電路形成面完成後，貼附於半導體晶圓之電路形成面作為保護。
然而，半導體晶圓之電路形成面上除上述之電路外，亦包含半導體凸塊等具較大階差之凹凸，因此在設計保護片時，若未考慮上述情況，則貼附保護片後可能會出現對貼附面之包覆性不足，使半導體晶圓之非電路形成面進行研磨時晶圓面內應力分佈不均，進而造成損傷或破裂；此外，包覆性較差時也會形成研磨片與貼附面間之間隙，使得研磨過程中液體從間隙中滲入造成電路形成面的污染。因此，所欲之保護片在使用時必須具備可良好貼附於半導體晶圓之凹凸表面之特性。
常見的半導體晶圓保護片結構一般包含三層，即最下層之基材層、作為中間層之軟質層、以及最上層之黏著層。其中決定保護片與電路形成面間包覆能力者為軟質層，故軟質層之材料選擇對半導體晶圓保護片之效果有重要影響。為達到良好包覆且貼附於半導體晶圓此一需求，軟質層一般係使用軟化流動性較佳的樹脂。本發明人研究發現，當使用較常使用之PU系材料於半導體晶圓之軟質層時，對線路之包覆性均無法達到要求。因此既有半導體晶圓保護片之軟質層所使用之材料，針對複雜凹凸表面及線路之包覆性仍有改善空間。
於此，遂有針對上述等缺失進行改善之必要性。職是之故，本創作人鑑於上述所衍生之問題進行改良，茲思及創作改良之意念著手研發解決方案，遂經多時之構思而有本創作之產生，以服務社會大眾以及促進此業之發展。
本發明之主要目的係提供一種半導體晶圓表面保護片，藉由使用本發明人所提出之軟質層材料，以獲得較佳之線路包覆性。
為達到上述所欲之目的，本發明人係提出一種半導體晶圓表面保護片，其包含一軟質層；及一黏著層，其係設置於該軟質層之上；其中該軟質層含有熱塑性聚氨酯系，且符合於25℃下之儲存模數(G 25)為5✕10 6~1✕10 8dyne/cm 2、於70℃下之儲存模數(G 70)為5✕10 4~1✕10 7dyne/cm 2、維卡軟化點為60℃～90℃，且於軟化點 ±10℃之儲存模數與損失模數之比值 tan(δ)為0.7～10。
該軟質層於上述各溫度之儲存模數範圍時，將具有較佳之流動性而良好包覆電路，且不會因流動性過高造成溢出沾附、或流動性不足使得彎曲捲收困難。
本發明提供一實施例，其內容在於該熱塑性聚氨酯系係由異氰酸酯與多元醇反應生成。
本發明提供一實施例，其內容在於該黏著層之材料係包含選自由聚乙烯系彈性體及聚苯乙烯系彈性體所組成之組群中之至少一者。
本發明提供一實施例，其內容在於該黏著層不需經能量束照射處理。
本發明提供一實施例，其內容在於該黏著層係透過能量束以硬化並降低黏性。
本發明提供一實施例，其內容在於該軟質層下係設置一基材層；該基材層係選自由聚烯烴層、聚酯層所組成之群組之至少一者所形成之薄膜層。
為使貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以實施例及配合說明，說明如後：
有鑑於現有之半導體晶圓保護片材料不足以提供所欲之線路包覆性，且其構造應可進一步簡化。據此，本發明遂提出一種半導體晶圓保護片，以解決習知技術所造成之問題。
以下將進一步說明本發明之半導體晶圓保護片其包含之特性、所搭配之結構及方法：
在下文中，將藉由圖式來說明本發明之各種實施例來詳細描述本發明。然而本發明之概念可能以許多不同型式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例式性實施例。
首先，請參閱第1圖，第1圖係本發明之半導體晶圓保護片之第一實施例之示意圖；該半導體晶圓保護片10係包含一軟質層110，以及一黏著層120設置於其上。
該半導體晶圓保護片10之該軟質層110係含有熱塑性聚氨酯系成分，且符合(1) 於25℃下之儲存模數(G 25)為5✕10 6~1✕10 8dyne/cm 2；(2) 於70℃下之儲存模數(G 70)為5✕10 4~1✕10 7dyne/cm 2；(3) 維卡軟化點為60℃～90℃，且於軟化點 ±10℃之儲存模數與損失模數之比值 tan(δ)為0.7～10。以下對此三項條件進行說明。
於條件(1)中，若25℃下之儲存模數(G 25)小於5✕10 6dyne/cm 2，則在收捲該半導體晶圓保護片10時，該軟質層110容易出現變形紋路；而當儲存模數(G 25)大於1✕10 8dyne/cm 2，則該軟質層110之硬挺度將提高，造成收捲該半導體晶圓保護片10時不易彎曲。
於條件(2)中，若70℃下之儲存模數(G 70)小於5✕10 4dyne/cm 2，則當該半導體晶圓保護片10貼附於半導體晶圓之線路形成面時，因該軟質層110硬度過低，亦造成該軟質層110過度變形而自邊緣溢出；而若儲存模數(G 70)大於1✕10 7dyne/cm 2，則該軟質層110硬度過高，亦會造成該半導體晶圓保護片10對半導體晶圓之線路形成面上高低段差之包覆性不足。
於條件(3)中，該半導體晶圓保護片10貼附於半導體晶圓線路形成面時，會加熱之以輔助該軟質層110之溫度達到維卡軟化點，進而獲得所欲之流動包覆特性。本發明同時考慮到若貼附溫度超過維卡軟化點，可能造成該軟質層110流動性過高，於半導體晶圓線路形成面出現溢出沾附現象，同理也考慮到，若貼附溫度低於維卡軟化點，可能造成該軟質層110流動性過低，降低其受熱軟化後於半導體晶圓線路形成面的高低段差之包覆性。因此在維卡軟化點±10℃下，其儲存模數/損失模數之間的比值 tan(δ)應為0.7~10。
於條件(3)中之維卡軟化點±10℃之 tan(δ)若低於0.7，雖滿足該軟質層110之部份條件，但在操作空間之臨界狀態下，該軟質層110不易產生流動，會造成半導體晶圓線路形成面之高低段差包覆性不足。
於條件(3)中之維卡軟化點±10℃之 tan(δ)若高於10，雖滿足該軟質層110之部份條件，但在操作空間之臨界狀態下，該軟質層110易產生流動，亦會造成半導體晶圓線路形成面產生溢出沾附現象。
第一實施例之該軟質層110中所含之熱塑性聚氨酯系，為具有較優異的耐溶劑特性及拉伸性能，較佳為由聚醚型聚氨酯、聚酯型聚氨酯、聚碳酸酯型聚氨酯所組成之群組中之一者，最佳為聚酯型聚氨酯。
第一實施例之該軟質層110中所含之熱塑性聚氨酯系，於本發明中係由異氰酸酯與多元醇搭配擴鏈劑反應製成，其中該異氰酸酯，較佳為由2, 4-甲苯二異氰酸酯、2, 6-甲苯二異氰酸酯、對苯二異氰酸酯、萘二異氰酸酯、二甲基聯苯二異氰酸酯和二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）所組成之群組中之一者，最佳為二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）；而該多元醇較佳為由聚醚型多元醇、聚酯型多元醇、聚碳酸脂型多元醇所組成之群組中之一者，最佳為聚酯型多元醇。
第一實施例之該軟質層110中所使用之該擴鏈劑係使聚氨酯相有較佳之分離效果，且為了有效減少軟質層於使用時之沾黏性，避免背面沾黏現象，並使彈性模數下降幅度最小，更進而達到作為整體膜材支撐之特性，較佳為由乙二醇、1, 4-丁二醇（1,4-BDO or BDO）、1, 6-己二醇、環己烷二甲醇和對苯二酚雙（2-羥乙基）醚（HQEE）所組成之群組中之至少一者，最佳為乙二醇和1, 6-己二醇之混合物。
用於製造該熱塑性聚氨酯之成份組合中，二苯基甲烷二異氰酸酯的組成用量約在 30~50%，聚酯型多元醇約占30~40%，乙二醇約占 20~30%，較佳為二苯基甲烷二異氰酸酯 35~45%，聚酯型多元醇約占 32~38%，乙二醇約占 22~28%，最佳為二苯基甲烷二異氰酸酯約占 40%、聚酯型多元醇約占 35%，1, 6-己二醇約占5%以及乙二醇約占20%。
第一實施例之該軟質層110，其厚度與保護對象之表面高低段差應適度調整，該軟質層110之厚度為50μm 以上時，即可保護半導體晶圓上通常之高低段差；又該軟質層110厚度為 900μm 以下時，可提升保護片之使用操作性。因此作為具體之數值範圍，該軟質層110之厚度較佳為50至900μm，更佳為70至800μm，最佳為 100 至 700μm。
第一實施例之該黏著層之材料係包含選自由聚乙烯系彈性體及聚苯乙烯系彈性體所組成之組群中之至少一者，較佳係聚苯乙烯系彈性體。
該晶圓半導體保護片110於製程結束後，可不進行能量束照射直接剝除，或先以能量束照射該黏著層120，使其硬化並降低黏性，減少沾黏程度。
再者，請參閱第2圖，第2圖係本發明之半導體晶圓保護片之第二實施例之示意圖；該半導體晶圓保護片10係包含一軟質層110；一黏著層120設置於其上；及一基材層210設置於其下。其中該軟質層110和該黏著層120之使用材料及性質係與第一實施例相同。然，第二實施例與第一實施例差異在於第二實施例進一步包含該基材層210設置於該軟質層110之下方。
於第二實施例之保護片10中，該基材層210之厚度係影響該半導體晶圓保護片10之整體彎曲強度及捲曲時操作性之重要性質，若厚度超過250μm則製程操作不易彎曲收捲，因此較佳為5至250μm，更佳為10至200μm，最佳為25至150μm
於第二實施例之保護片10中之該基材層210，較佳為基材層係選自由聚烯烴系、聚酯系所組成之群組之至少一者形成之薄膜層，最佳為聚酯系薄膜。
作為該基材層210之聚酯系薄膜使用之材料係聚酯共聚物，其中該聚酯共聚物較佳為由聚對苯二甲酸乙二酯、聚間苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚乙烯-2,6-萘二甲酸酯所組成之群組中之一者，最佳為聚對苯二甲酸乙二酯（PET）樹脂薄膜，以防止脫層現象發生。
於第二實施例之保護片10中之軟質層110所使用之該擴鏈劑，係使聚氨酯相有較佳之分離效果，且可有效減少軟質層於使用時之沾黏性，避免背面沾黏現象。較佳為由乙二醇、1, 4-丁二醇（1,4-BDO or BDO）、1, 6-己二醇、環己烷二甲醇和對苯二酚雙（2-羥乙基）醚（HQEE）所組成之群組中之至少一者，最佳為乙二醇。
用於製造該熱塑性聚氨酯之成份組合中，二苯基甲烷二異氰酸酯的組成用量約在 30~50%，聚酯型多元醇約占30~40%，乙二醇約占 20~30%，較佳為二苯基甲烷二異氰酸酯 35~45%，聚酯型多元醇約占 32~38%，乙二醇約占 22~28%，最佳為二苯基甲烷二異氰酸酯約占 40%、聚酯型多元醇約占 35%以及乙二醇約占25%。
對於將製成之該熱塑性聚氨酯與該基材層210複合之方法，係採取共壓出方式將該熱塑性聚氨酯形成於該基材層210表面，亦或是透過將該熱塑性聚氨酯吹膜成膜後與該基材層210貼合、或將該熱塑性聚氨酯溶解並且以塗佈方式形成於該基材層210表面。
第二實施例之該黏著層之材料係包含選自由聚乙烯系彈性體及聚苯乙烯系彈性體所組成之組群中之至少一者，較佳係聚苯乙烯系彈性體。
該晶圓半導體保護片110於製程結束後，可直接剝除，或先以能量束照射該黏著層120，使其硬化並降低黏性，減少沾黏程度。
以下說明本發明之二實施例之最佳實施樣態：
本發明之第一實施例如表2之實驗組4至實驗組9，係包含一軟質層，該軟質層係使用以二苯基甲烷二異氰酸酯約占 40%、聚酯型多元醇約占 35%，1, 6-己二醇約占5%以及乙二醇約占20%進行聚合反應而得之聚酯型聚氨酯，厚度為500μm，於70℃下之儲存模數(G 75)為7.5✕10 5dyne/cm 2、維卡軟化點為75℃，且於65℃時儲存模數與損失模數之比值 tan(δ)為0.85。於該軟質層上係設置一黏著層，該黏著層係使用丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物（ASA)之丙烯酸系黏著劑，厚度於實驗組4至6中為10μm，於實驗組7至9中為20μm。
本發明之第二實施例如表3之實驗組13及實驗組14，係包含一軟質層，該軟質層係使用以二苯基甲烷二異氰酸酯約占 40%、聚酯型多元醇約占 35%以及乙二醇約占25%進行聚合反應而得之聚酯型聚氨酯，厚度為500μm，於70℃下之儲存模數(G 75)為7.5✕10 5dyne/cm 2、維卡軟化點為75℃，且於65℃時儲存模數與損失模數之比值 tan(δ)為0.85。於該軟質層上係設置一黏著層，該黏著層係使用丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物之丙烯酸系黏著劑，厚度於實驗組4中係10μm，於實驗組5中係20μm。該軟質層下係設置一基材層，該基材層係使用聚對苯二甲酸乙二酯樹脂薄膜，厚度為75μm。
最後，本發明取第二實施例作為代表進行實驗，以習知材料作為對照組之結果（對照組1~6）如表4，本發明第二實施例之實驗結果（實驗組1~7）如表2。 表1
實驗組1 實驗組2 實驗組3
樣品條件 基材層 材質 NA NA NA
厚度 NA NA NA
軟質層 材質 PU-CI0720 PU-CI0720 PU-CI0720
G 75(dyne/cm 2) 7.50E+05 7.50E+05 7.50E+05
65℃時tan(δ) (dyne/cm 2) 0.85 0.85 0.85
軟化點 75 75 75
厚度 500 500 500
黏著層 材質 acrylic-A acrylic-A acrylic-A
厚度 10 10 10
貼附條件 貼附溫度 (℃) 70 70 70
貼附壓力 0.5 0.5 0.5
晶圓條件 線路面形狀 平面 凹凸面 凹凸面
線路面高低 NA 150 250
測試結果 線路包覆性 NA ○ ○
研磨後均勻度 ○ ○ ○
轉印殘膠 ○ ○ ○
表2
實驗組4 實驗組5 實驗組6 實驗組7 實驗組8 實驗組9
樣品條件 基材層 材質 NA NA NA NA NA NA
厚度 NA NA NA NA NA NA
軟質層 材質 PU-FI082 PU-FI082 PU-FI082 PU-FI082 PU-FI082 PU-FI082
G 75(dyne/cm 2) 8.30E+05 8.30E+05 8.30E+05 8.30E+05 8.30E+05 8.30E+05
65℃時tan(δ) (dyne/cm 2) 0.63 0.63 0.63 0.63 0.63 0.63
軟化點 77 77 77 77 77 77
厚度 500 500 500 500 500 500
黏著層 材質 acrylic-A acrylic-A acrylic-A acrylic-A acrylic-A acrylic-A
厚度 10 10 10 20 20 20
貼附條件 貼附溫度 (℃) 70 70 70 70 70 70
貼附壓力 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
晶圓條件 線路面形狀 平面 凹凸面 凹凸面 平面 凹凸面 凹凸面
線路面高低 NA 150 250 NA 150 250
測試結果 線路包覆性 NA ○ ○ NA ○ ○
研磨後均勻度 ○ ○ ○ ○ ○ ○
轉印殘膠 ○ ○ ○ ○ ○ ○
表3
　 實驗組10 實驗組11 實驗組12 實驗組13 實驗組14 實驗組15 實驗組16
樣品條件 基材層 材質 PET PET PET PET PET PET PET
厚度 75 75 75 75 75 75 75
軟質層 材質 PU-CI0720 PU-CI0720 PU-CI0720 PU-CI0720 PU-CI0720 PU-CI0720 PU-CI0720
G 75(dyne/cm 2) 7.50E+05 7.50E+05 7.50E+05 7.50E+05 7.50E+05 7.50E+05 7.50E+05
65℃時tan(δ) (dyne/cm 2) 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85
軟化點 75 75 75 75 75 75 75
厚度 500 500 500 500 500 500 500
黏著層 材質 acrylic-A acrylic-A acrylic-A acrylic-A acrylic-A acrylic-A acrylic-A
厚度 10 10 10 10 20 30 40
貼附條件 貼附溫度 (℃) 70 70 70 70 70 70 70
貼附壓力 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
晶圓條件 線路面形狀 平面 平面 凹凸面 凹凸面 凹凸面 凹凸面 凹凸面
線路面高低 　 　 150 250 250 250 250
測試結果 線路包覆性 　 　 ○ ○ ○ ○ ○
研磨後均勻度 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
轉印殘膠 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
表4
　 對照組1 對照組2 對照組3 對照組4 對照組5 對照組6
樣品條件 基材層 材質 PET PET PET PET PET PET
厚度 75 75 75 75 75 75
軟質層 材質 PU-CH-829 PU-CH-829 PU-EH-94045 PU-EH-94045 PU-EH-98245 PU-EH-98245
G 75(dyne/cm 2) 9.80E+07 9.80E+07 7.50E+05 7.50E+05 2.00E+07 2.00E+07
65℃時tan(δ) (dyne/cm 2) 0.3 0.3 1.3 1.3 0.8 0.8
軟化點 95 95 75 75 75 75
厚度 500 500 500 500 500 500
黏著層 材質 acrylic-A acrylic-A acrylic-A acrylic-A acrylic-A acrylic-A
厚度 20 10 20 20 20 20
貼附條件 貼附溫度 (℃) 70 70 70 70 70 70
貼附壓力 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
晶圓條件 線路面形狀 凹凸面 凹凸面 凹凸面 凹凸面 凹凸面 凹凸面
線路面高低 250 250 250 250 150 250
測試結果 線路包覆性 ╳ ╳ ╳ ╳ ╳ ╳
研磨後均勻度 ○ ○ ○ ○ ○ ○
轉印殘膠 ○ ○ ╳ ╳ ○ ○
以下說明表1至表4中使用之材質型號成分： PU-CH-829 為一種乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）；PU-EH-94045 為實施例中使用之一種熱塑性聚氨酯（TPU）；PU-EH-98245 為實施例中使用之另一種熱塑性聚氨酯（TPU）；PU-FI082 為第一實施例之軟質層；以及PU-CI0720為第二實施例之軟質層。
由上列實驗結果可知，本發明之實施樣態與過往習知之材料相較，具有顯著之線路包覆性改善，並同時改善了轉印殘膠之問題。
以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
10:半導體晶圓保護片 110:軟質層 120:黏著層 210:基材層
第1圖：其係本發明之半導體晶圓保護片之第一實施例之示意圖； 第2圖：其係本發明之半導體晶圓保護片之第二實施例之示意圖。
10:半導體晶圓保護片
110:軟質層
120:黏著層

Claims (7)

  1. 一種半導體晶圓保護片，其包含: 一軟質層；及 一黏著層，其係設置於該軟質層之上； 其中該軟質層含有一熱塑性聚氨酯，且符合於25℃下之儲存模數(G 25)為5✕10 6~1✕10 8dyne/cm 2、於70℃下之儲存模數(G 70)為5✕10 4~1✕10 7dyne/cm 2、維卡軟化點為60℃～90℃，且於軟化點 ±10℃之儲存模數與損失模數之比值 tan(δ)為0.7～10。
  2. 如請求項1之半導體晶圓保護片，其中該熱塑性聚氨酯係由二苯基甲烷二異氰酸酯、聚酯型多元醇，1, 6-己二醇及乙二醇反應生成之聚酯型聚氨酯。
  3. 如請求項1之半導體晶圓保護片，其中該黏著層之材料係包含選自由聚乙烯系彈性體、苯乙烯系彈性體所組成之群組之至少一者。
  4. 如請求項1之半導體晶圓保護片，其中該黏著層不需經能量束照射處理。
  5. 如請求項1之半導體晶圓保護片，其中該黏著層係透過能量束以硬化並降低黏性。
  6. 如請求項1之半導體晶圓保護片，其中該軟質層下係設置一基材層。
  7. 如請求項6之半導體晶圓保護片，其中該基材層係選自由聚烯烴層及聚酯層所組成之群組之至少一者所形成之薄膜層。
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