专利名称：层压体以及用该层压体制造超薄基片的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种层压体，其中固定于载体上的待研磨基片，比如硅片，能很容易地被从载体上分离，本发明还涉及一种制造该层压体的方法和设备，以及制造磨薄基片的方法和设备。
背景技术：
在各种领域中通常都要求减小基片厚度。比如，在石英器件领域中，要求减小石英晶片的厚度从而提高振荡频率。特别是在半导体工业中，为了达到减小半导体封装的厚度以及通过芯片层压技术进行高密度装配的目的，正在不断努力进一步减小半导体晶片的厚度。在与包含布图电路表面相反的表面上，对半导体晶片进行所谓的背面研磨来减小厚度。在研磨晶片背面或表面以及传送晶片的常用技术中，当仅用一个背面研磨保护胶带固定晶片时，由于在研磨之后出现研磨晶片厚度不均勻或具有保护胶带的晶片发生翘曲等问题，晶片厚度实际上只能被减小到大约150微米(μπι)。比如，日本未审查专利公报(公开)6-302569中公开了一种方法，该方法中晶片通过压敏粘胶带被固定在环状框架上，研磨被固定在框架上的晶片背面，并将晶片传送至下道工序。但是这种方法还不能显著提高现有的晶片厚度水平，同时也不能避免上述不均勻或翘曲问题的出现。还提出了通过粘合剂将晶片牢牢固定在硬载体上，同时研磨晶片背面以及传送晶片的方法。其目的在于，通过用该载体支撑晶片，防止晶片在背面研磨和传送过程中发生破损。按照这种方法，能够加工晶片至比上述方法更小的厚度，但是，不能在不损坏晶片的情况下从载体上分离超薄晶片，因此，实际上不能将该方法用作磨薄半导体晶片的方法。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种层压体，其中待研磨基片被固定在载体上，能很容易地从载体上剥离待研磨基片。本发明的目的包括提供一种制造该层压体的方法，以及使用该层压体制造超薄基片的方法和设备。在本发明的一个实例中，提供了一种层压体，该层压体包括待研磨基片；与所述待研磨基片接触的粘合层；含有吸光剂和可热分解树脂的光热转换层；和透光载体。对与粘合层接触面相反的基片表面进行研磨之后，通过透光层辐照该层压体，使光热转换层分解， 使基片与透光载体分离。在该层压体中，能在不损坏基片的情况下，从载体上分离被研磨至很小厚度的基片。在本发明的另一个实例中，提供了一种制造上述层压体的方法，该方法包括在透光载体上涂覆含有吸光剂和可热分解树脂溶液或作为可热分解树脂前体材料的单体或低聚物的光热转换层前体；在透光载体上干燥固化或固化光热转换层前体，形成光热转换层；
3在待研磨基片或光热转换层上施涂粘合剂，形成粘合层；在减压条件下通过粘合层粘合待研磨基片和光热转换层，形成层压体。在减压条件下通过粘合层粘合待研磨基片与透光载体，防止在层压体内形成气泡和灰尘污染物，就能在研磨之后形成水平表面并保持基片厚度的均勻性。在本发明的另一个实例中，提供了一种制造上述层压体的设备，在该设备中将透光载体上形成的光热转换层在减压条件下通过粘合层层压在待研磨基片上，该设备包括 (1)真空室，它能被减压至预定压力，(2)位于该真空室中的支撑件，支撑件上放置(i)待研磨基片或(ii)透光载体，其上形成有光热转换层，和(3)位于该真空室中它可在支撑件上部在垂直方向上移动的固定/放松装置，能夹持另一个待研磨基片或者其上形成有光热转换层的透光载体的外缘，当待研磨基片和光热转换层非常接近时，还可以将其松开。使用这种设备时，因为层压体是在减压条件下制造的，所以能防止在层压体内形成气泡和灰尘污染物，而且固定/放松装置也不会损坏待层压表面。在本发明的另一个实例中，提供了一种制造厚度减小基片的方法，该方法包括制备上述层压体，研磨基片至要求厚度，通过透光载体辐照光热转换层使光热转换层分解，从而在研磨之后从透光载体上分离基片，在研磨之后从基片上剥离粘合层。在该方法中，可以在载体上将基片研磨至要求厚度(比如，150微米或更小，优选是50微米或更小，更优选是 25微米或更小)，而且在研磨之后，通过暴露于辐射能从基片上分离载体，这样就能很容易地在研磨之后从基片上剥离残留在基片上的粘合层。在另一个实例中，本发明提供了一种制造研磨基片的设备，该设备包括适用于研磨上述层压体基片的研磨器，将在下文更详细说明辐射能源，它能通过所述透光载体向所述光热转换层提供足够高的辐射能，使所述光热转换层分解，从而在研磨之后分离所述基片和所述透光载体；和分离器，适于从所述基片上除去所述粘合层。
图1是本发明若干实例的截面图。图2是适用于本发明的真空粘合设备的截面图。图3是适用于本发明方法的研磨设备的部分截面图。图4所示是分离载体和剥离粘合层的工序。图5是可用于激光束辐照工序的层压体固定设备的截面图。图6是一种激光辐照设备的透视图。图7是用于分离晶片与载体的拾取器的示意图。图8所示是如何从晶片上剥离粘合层的示意图。图9是用于测量粘合层粘合强度的设备的示意图。
具体实施例方式本发明层压体的一个重要结构特征是，在位于待研磨基片和透光载体之间设置光热转换层。用激光束等辐射能进行辐照时，光热转换层分解，从而能在不造成任何损坏的情况下从载体上分离基片。因此，本发明提供的基片厚度是常用方法无法获得的。图1所示是本发明层压体的一些实例。在图1(a)的层压体1中，依次层压待研磨基片2，粘合层3，光热转换层4和载体5。并且，如附图1(b)中所示，粘合层3可以是双面粘胶带8，该胶带包括第一中间层(薄膜)6，其两个表面上都具有压敏粘合剂7。而且，如图 1(c)和(d)中所示，粘合层3可以是双面粘胶带8，该胶带与光热转换层4结合成一体。另外，如附图1(e)中所示，粘合层3可以是双面粘胶带8，其中光热转换层4本身包括具有压敏粘合性的光热转换层4'。如图1(f)中所示，还可能有在粘合层3和光热转换层4之间设置第一中间层6，在光热转换层4和载体5之间设置第二中间层9，第二中间层9和载体 5通过另一粘合层3'粘合。以下将更详细说明构成本发明层压体的组件。基片基片可以是例如很难通过常用方法变薄的脆性材料。其实例包括半导体晶片，比如硅和砷化镓，石英晶片，蓝宝石和玻璃。透光载体透光载体是一种能透射辐射能，比如本发明中所用激光束的材料，要求该材料能使研磨体处于平整状态，不会在研磨和传送过程中使研磨体发生破裂。载体的透光率是没有限制的，只要其不影响实用强度水平的辐射能透射进入光热转换层，能使该光热转换层发生分解即可。但是，优选其透射率是50%或更高。而且，为了防止研磨体在研磨过程中发生翘曲，优选该透光载体具有足够高的刚性，优选该载体的挠曲刚度是2X10_3(帕 立方米)或更大，更优选是3X 10_2(帕 立方米)或更大。有用载体的实例包括玻璃片和丙烯酸片。而且，为了加强与光热转换层等相邻层的粘合强度，在需要时可以用硅烷偶联剂或类似物对载体进行表面处理。使用可紫外固化光热转换层或粘合层时，优选该载体能透射紫外辐射。有时候在辐照光热转换层时，或者因为研磨时的摩擦生热而产生高温时，该载体会被受到光热转换层产生的热量作用。而且，为了在基片上形成金属薄膜，可以在从载体上分离研磨基片之前，再应用蒸汽沉积，电镀或蚀刻等处理。特别在硅片的情况下，有时候使载体经受高温处理，形成氧化物薄膜。因此，选择一种具有耐热性，耐化学性和低膨胀系数的载体。具有这些性质的载体材料实例包括Pyrex 与Tenpax 的硼硅酸盐玻璃，和 Corning #1737与#7059等碱土金属硼铝硅酸盐玻璃。为了在研磨基片之后获得要求的厚度均勻性，优选载体厚度是均勻的。比如，为了将硅片研磨至50微米或更薄并获得士 10%或更小的均勻性，必须将载体厚度的可变性降至士2微米或更小。在重复使用载体时，还优选该载体具有耐刮擦性。为了重复使用该载体，必须选择合适的辐射能波长和载体，抑制辐射能对载体的损伤。比如，使用Pyrex玻璃作为载体并使用三次谐波发生YAG激光(355纳米)时，可进行载体和基片的分离，但是这种载体在该激光波长处表现出低透率，能吸收这种辐射能，结果是，该载体发生热损伤，不能再用于某些情况中。光热转换层光热转换层含有吸光剂和可热分解树脂。以激光束或类似形式施加于光热转换层的辐射能被吸光剂吸收，并被转换成热能。所产生的热能使光热转换层的温度急剧上升，到达光热转化层中可热分解树脂(有机组分)的热分解温度，使树脂发生热分解。据信，热分解产生的气体会在光热转换层中形成空隙层(比如气隙)，并将光热转换层分成两部分，从而分离载体和基片。吸光剂能在所用波长处吸收辐射能。辐射能通常是波长为300到11000纳米，优选是300到2000纳米的激光束，其具体实例包括YAG激光，这发出的激光波长是1064纳米；二次谐波发生YAG激光，其波长是532纳米；和半导体激光，其波长是780到1300纳米。 虽然吸光剂根据激光束波长而各不相同，但是适用吸光剂的实例包括碳黑，石墨粉，微粒金属粉末，比如铁，铝，铜，镍，钴，锰，铬，锌和碲，金属氧化物粉末，比如黑色氧化钛，和染料与颜料，比如芳香族二氨基金属配合物，脂肪族二胺基金属配合物，芳香族二硫醇基金属配合物，巯基苯酚基金属配合物，squarylium基化合物，菁基染料，次甲基染料，萘醌基染料和蒽醌基染料。该吸光剂可以是薄膜形式，包括蒸汽沉积的金属薄膜。在这些吸光剂中，碳黑是特别有用的，因为碳黑能显著降低在辐照之后从载体上分离基片所需要的力，并加速该分离过程。光热转换层中吸光剂的浓度根据吸光剂的种类，颗粒状态(结构)和分散度而变化，但是粒度约为5到500纳米的普通碳黑浓度通常是5到70体积％。如果其浓度小于 5体积％，则光热转换层所产生的热量可能不足以使可热分解树脂分解，而如果大于70体积％，则光热转换层的成膜性能会变差，可能很容易失去对其他层的粘合性。用可紫外固化粘合剂作为粘合层的粘合剂时，如果碳黑含量过高，则用于固化粘合剂的紫外线透射率会降低。因此，在使用可紫外固化粘合剂作为粘合层时，碳黑含量应该是60体积％或更低。为了降低辐照后除去载体时需要的力，从而防止在研磨时磨损光热转换层(比如由于清洗水中的研磨剂造成的磨损)，优选光热转换层中碳黑含量是20到60体积％，更优选是35到 55体积％。可用的可热分解树脂的实例包括明胶，纤维素，纤维素酯(比如，纤维素乙酸酯， 硝化纤维素)，多酚，聚乙烯醇缩丁醛，聚乙烯醇缩乙醛，聚碳酸酯，聚氨酯，聚酯，聚原酸酯， 聚缩醛，聚乙烯醇，聚乙烯基吡咯烷酮，偏二氯乙烯和丙烯腈的共聚物，聚(甲基)丙烯酸酯，聚氯乙烯，有机硅树脂和含有聚氨酯单元的嵌段共聚物。这些树脂可以单独使用或者两种或多种组合使用。该树脂的玻璃化转变温度(Tg)优选是室温(20°C )或更高，从而防止一旦光热转换层在因为可热分解树脂的热分解形成空隙层而被分离，它再次粘合，更优选 Tg是100°C或更高，从而防止发生再次粘合。当透光载体是玻璃时，为了增加玻璃和光热转换层之间的粘合力，可以使用一种分子中具有能与玻璃表面上的硅烷醇基团发生氢键键合的极性基团(比如，"C00H, -0H)的可热分解树脂。而且，在要求进行化学蚀刻等化学溶液处理的应用中，为了使光热转换层具有耐化学性，可以使用分子中具有能在热处理时自交联的官能团的可热分解树脂，能被紫外或可见光交联的可热分解树脂或者其前体(比如， 单体和/或低聚物的混合物)。为了形成当热转换层作为如图1(e)中所示的压敏粘合剂光热转换层，使用了从聚(甲基)丙烯酸酯或类似物形成的压敏粘合剂聚合物作为热分解树脂。透明填料需要的话，光热转换层可以含有透明填料。透明填料起到防止一旦光热转换层在因为可热分解树脂热分解形成空隙层而被分离，它再次粘合的作用。因此，能在研磨基片并随后辐照之后，进一步降低分离基片和载体所需要的力。而且，由于可防止了再次粘合， 所以拓宽了对可热分解树脂的选择范围。透明填料的实例包括氧化硅，滑石和硫酸钡。使用透明填料在使用可紫外固化粘合剂作为粘合层时是特别有利的。目前认为是出于以下原因。在使用碳黑等微粒吸光剂时，这种吸光剂起到降低分离所需力的作用，还起到中断紫外光透射的作用。因此，在使用可紫外固化粘合剂作为粘合层时，固化过程可能不会令人满意地进行，或者可能需要非常长的时间。在这种情况下，使用透明填料时，能在辐照之后很容易地分离基片和载体，而不会影响可紫外固化粘合剂的固化过程。使用碳黑等微粒吸光剂时，可以根据吸光剂的总量，确定透明填料的含量。光热转换层中微粒吸光剂(比如碳黑) 和透明填料的总量优选是该光热转换层体积的5到70体积％。总量在此范围内时，能显著降低分离基片和载体需要的力。但是，分离需要的力也受微粒吸光剂和透明填料形状的影响。更具体地说，在颗粒形状比较复杂时(由于较复杂的结构导致的颗粒状态)，有时候使用少量填料就能比颗粒形状比较简单时，比如接近球形时，更有效地降低分离需要的力。因此，在某些情况下，微粒吸光剂和透明填料的总量是按“最高填料体积浓度”(TFVC)确定的。这是指微粒吸收剂和透明填料的混合物在干燥状态下并且可热分解树脂以仅填充空隙体积的含量与填料混合时的填料体积浓度。即，热分解树脂以仅填充微粒吸光剂与透明填料的混合物中空隙体积的含量与填料混合时的TFVC是100%的最高填料体积浓度。光热转换层中微粒吸光剂和透明填料的总量优选是最高填料体积浓度的80%或更多，更优选是90%或更多。在进一步的说明中，填料(比如，碳黑和透明填料)的总体积百分比被表示为“A”，最高填料体积百分比，TFVC(填料与填充填料空隙体积的树脂的总体积百分比)被表示为“B”，则A/B优选大于约80% (更优选A/B>90%)。可以用吸油性，填充单位重量填料的空隙体积所需要的液体量，表示填料的空隙体积。对于碳黑，使用商品目录中的测量值，对于透明填料(比如，氧化硅)，使用这类氧化硅的通用值OOO克/立方厘米)。虽然不受任何理论约束，但是目前认为，光热转换层中的吸光剂(比如碳黑)吸收通过透明载体所辐射的激光能并将其转换成热能，使基质树脂分解并产生气体或空隙。结果是，空隙使该层分离成两个部分，比如形成两层，然后使半导体晶片从载体上剥落。被空隙分离的表面只要过一段时间就会与表面再次接触。表面上具有碳黑颗粒和残留树脂，这些树脂的分子量因为热分解而有所降低。在再次接触过程中(比如，再次粘合)，这些残留树脂会增加粘合性。另一方面，当光热转换层和粘合层都很柔软时，再次接触区域会比较大，使粘合性更大，很难在不发生损坏或破裂的情况下从载体上剥离超薄晶片。在本发明中，设定A/B> 80%，优选A/B> 90%，能降低剥离表面上残留的树脂。由此，可以使因为再次接触而产生的粘合性变得最小。而且，在提高碳黑量的同时使用透明填料以满足A/B > 80%，或> 90%的要求，至少能保持光热转换层要求的厚度，同时能保持如当粘合层是紫外固化类型时所要求的紫外透明性。因此，总量在该范围内时，能很容易地在辐照之后分离载体。光热转换层的厚度通常是约0. 5微米。如果厚度太小，则相邻粘分层部分暴露于剥离表面，这会提高剥离表面的粘合性，特别是在粘合层比较柔软时，这会导致很难剥离超薄晶片(在不发生破裂的情况下)。如果需要的话，光热转换层可以含有其他添加剂。比如，在通过涂覆单体或低聚物形式的可热分解树脂，然后聚合或固化该树脂形成该层的情况下，该层可以含有光聚合引发剂。而且，加入偶联剂(整体掺混方法，即，在配方中使用偶联剂作为添加剂，而不是作为
7预表面处理剂)增加玻璃和光热转换层之间的粘合力，以及加入交联剂提高耐化学性，能有效地达到其各自的目的。而且，为了促进因为光热转换层的分解而发生的分离，可以含有低温气体发生剂。可用的低温气体发生剂的代表性实例包括发泡剂和升华剂。发泡剂的实例包括碳酸氢钠，碳酸铵，碳酸氢铵，碳酸锌，偶氮二甲酰胺，偶氮二异丁腈，N，N' - 二亚硝基五亚甲基四胺，对-甲苯磺酰胼和对，对-氧二(苯磺酰胼)。升华剂的实例包括2-重氮基-5，5- 二甲基环己烷-1，3- 二酮，樟脑，萘，龙脑，丁酰胺，戊酰胺，4-叔-丁基苯酚，呋喃-2-羧酸，琥珀酸酐，1-金刚烷醇和2-金刚烷酮。将碳黑等吸光剂，可热分解树脂和溶剂混合，制备成前体涂覆溶液，将该溶液涂覆在载体上，并使之干燥，可以形成该光热转换层。同样，将吸光剂，作为可热分解树脂前体物质的单体或低聚物，以及可选的添加剂，比如光聚合引发剂，和如果需要的话，溶剂混合，制备成前体涂覆溶液，代替可热分解树脂溶液，将该溶液涂覆在载体上，干燥并聚合/固化， 可以形成该光热转换层。对于涂覆，可以使用适于在硬载体上进行涂覆的通用涂覆方法，比如旋涂，口模式涂布，和辊涂法。在形成图1(c)到(e)所示双面胶带中的光热转换层时，可以采用口模式涂布，凹版涂覆，和刮涂等方法在薄膜上形成光热转换层。总的来说，光热转换层的厚度是没有限制的，只要能使载体和基片分离即可，但是该厚度通常是0.1微米或更大。如果厚度小于0. 1微米，则用于足够光吸收所要求的吸光剂浓度会变高，这会使成膜性劣人，结果是，不能对相邻层粘合。另一方面，如果光热转换层的厚度是5微米或更大，而使光热转换层热分解而分离所要求的吸光剂浓度保持恒定，则光热转换层(或其前体)的透光率会降低。结果是，使用可光固化如可紫外固化光的光热转换层和粘合层时，有时会抑制固化过程后不能获得充分固化产物的程度。因此，当光热转换层是例如可紫外固化时，为了使在辐照之后从载体上分离基片所需要的力最小，并防止光热转换层在研磨时被磨损，优选光热转换层的厚度是约0. 3到3微米，更优选是约0. 5到 2.0微米。粘合层用粘合层将待研磨基片通过光热转换层固定在载体上。通过光热转换层的分解分离基片和载体之后，能获得其上具有粘合层的基片。因此，粘合层必须能很容易地从基片上分离，比如通过剥离实现。因此，该粘合层具有高到足以将基片固定在载体上的粘合强度， 但是其粘合强度又是足够低的，使其能从基片上分离。可以作为本发明粘合层的粘合剂实例包括橡胶基粘合剂，它是通过将橡胶，弹性体或类似物溶解在溶剂中而获得的；基于环氧化物，氨基甲酸酯或类似物的单组分热固性粘合剂；基于环氧化物，氨基甲酸酯，丙烯酰基或类似物的双组分热固性粘合剂；热熔粘合剂；基于丙烯酰基，环氧化物或类似物的可紫外或电子束固化粘合剂；和水分散体型粘合剂。适用的可紫外固化粘合剂是通过向以下物质中加入光聚合引发剂，以及在需要时加入添加剂而获得的，(1)具有可聚合乙烯基的低聚物，比如氨基甲酸酯丙烯酸酯，环氧丙烯酸酯或聚酯丙烯酸酯，和/或⑵丙烯酸或甲基丙烯酸类单体。添加剂实例包括增稠剂，增塑剂，分散剂，填料，阻燃剂和热稳定剂。特别是，硅片等待研磨基片通常具有一定的粗糙度，比如在其一面上具有电路图。 对于填充待研磨基片上的粗糙处并使粘合层厚度均勻的粘合层，优选用于粘合层的粘合剂在涂覆和层压过程中是液体状态的，优选在涂覆和层压操作温度(比如，25°C )时的粘度小于10000厘泊(cps)。在下述各种方法中，优选采用旋涂法涂覆这种液体粘合剂。特别优选可紫外固化粘合剂和可见光固化粘合剂作为这种粘合剂，因为这些粘合剂能使粘合层的厚度变均勻，而且出于上述原因能提高加工速度。对溶剂型粘合剂而言，在除去该粘合剂溶剂之后的应用条件下，对可固化粘合剂而言，在固化之后的应用条件下，或者对热熔粘合剂而言，在常温硬化之后的应用条件下， 优选该粘合剂在25°C时的储能模量是100兆帕或更大，在50°C时的储能模量是10兆帕或更高。具有这种弹性模量，能够防止待研磨基片在研磨时因为受到应力而发生翘曲或变形， 能被均勻研磨成超薄基片。可以用22. 7毫米X 10毫米X50微米尺寸的粘合剂样品，以拉伸方式在1赫兹频率，0. 04%应变和5°C /分升温速率下，对这里所用的储能模量或弹性模量进行测量。可以使用由Rheometrics，Inc.制造的SOLIDS ANALYZER RSA II (商品名) 测量该储能模量。可以使用图1(b)到(e)中所示的双面粘胶带作为粘合层。在这种双面粘胶带中， 在背衬材料的两个表面上通常都具有压敏粘合层。适用压敏粘合剂的实例包括主要含有丙烯酰基，氨基甲酸酯，天然橡胶或类似物的粘合剂，以及另外还含有交联剂的粘合剂。其中优选含有丙烯酸2-乙基己酯或丙烯酸丁酯作为主要成分的粘合剂。使用纸或塑料薄膜或类似物作为背衬材料。这里所说的背衬必须具有足够高的柔性，才能从基片上通过剥离分尚粘合层。还发现，在将基片研磨至超薄厚度时，优选使用特定的可光固化粘合剂。将基片研磨至50微米或更小厚度时，有时候会出现问题，比如水会进入基片和粘合层之间的界面中，基片边缘破碎或者损坏基片的中央部分。为了避免这些问题，通常以较慢速率进行研磨。这使研磨时间延长为研磨至150微米或更大的普通抛光厚度所需要时间的两倍。比如，通过减少磨轮的旋转次数，能避免损坏。总的来说，在研磨背面之后，对超薄半导体晶片进行抛光工序，除去残留的损坏层(被研磨而不是单晶体所损坏的层)。在研磨或抛光工序中，为了在不牺牲研磨速度的情况下，避免出现水进入基片和粘合层之间的界面中，基片边缘破碎，或者损坏基片中央部分的问题，粘合层对待研磨基片的粘合强度(劈开模式，参见图9和以下的说明)按照以下实施例中所述进行测量时至少是约2. 0 (牛顿/3. 5平方厘米)或更高。当可光固化粘合剂在待研磨基片上固化时，粘合面积会因为固化收缩而减小，而且对基片的粘合强度也容易发生降低。为了保证上述粘合强度，优选可光固化粘合剂是在加热至高于其玻璃化转变温度(Tg)时可恢复粘合强度的粘合剂。这种粘合剂在25到180°C 时测得的最小储能模量是3. OX IO7到7. OX IO7帕。如果最小储能模量太高，则不能获得足够高的粘合强度，这会导致水进入基片和粘合层之间的界面中，基片边缘破损或损坏基片中央部分。另一方面，如果最小储能模量太低，则加热工序之后，比如层压至片键合模胶带之后，很难分离粘合层(粘性层)。而且，在最高可达到的温度下，基片与粘合层的界面在研磨时(通常是40到70°C， 比如50°C)的储能模量优选是9. OX IO7帕或更高，更优选是3. OX IO8帕或更高。储能模量处于该范围时，能防止在研磨时研磨工具在垂直方向上的按压导致粘合层发生局部变形至损坏待研磨基片(硅片)的程度。作为满足全部这些条件的可光固化粘合剂实例，分子量为3000或更高的双官能氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯低聚物的总量是40重量％或更多，双官能(甲基)丙烯酰基单体的总量是25重量％或更多的粘合剂是已知和适用的。但是，对这种粘合剂没有特别限制，只要其具有必要性质(粘合强度，官能性质)即可。粘合层的厚度没有特别限制，只要它能保证待研磨基片研磨所需的厚度均勻性和从层压体中除去载体之后从晶片上剥离粘合层所需的撕裂强度，并且能充分地掩盖基片表面上的粗糙即可。粘合层的厚度通常是约10到150微米，优选是约25到100微米。其他有用添加剂因为本发明层压体的待研磨基片可以是其上形成有电路的晶片，所以晶片电路可能会被通过透光载体，光热转换层和粘合层并到达晶片的激光束等辐射能损坏。为了防止这种电路损坏，构成该层压体的任何层中或者在光热转换层和晶片之间的独立设置的层中可以含有能在辐射能波长处吸收光线的吸光染料或一种能反射该光线的反射光颜料。吸光染料的实例包括在所用激光束波长附近具有吸收峰的染料(比如，酞菁基染料和菁基染料)。反射光颜料的实例包括氧化钛等无机白色颜料。附加有用层本发明层压体中可以包括除了待研磨基片，与待研磨基片接触的粘合层，光热转换层和透光载体之外的附加层。附加层的实例包括如图1(f)中所示的第一中间层6，其位于粘合层3和光热转换层4之间；和/或第二中间层9，其位于光热转换层4和载体5之间。 优选第二中间层9与载体5通过粘合层3'(比如，压敏粘合剂)粘合。具有第一中间层6时，辐照之后层压体1在光热转换层4处被分开，获得第一中间层6/粘合层3/基片2的层压体。因此，该第一中间层6在从基片2上分离粘合层3时作为背衬，能很容易地分离这两者。该第一中间层6优选是多层光学薄膜。而且，该第一中间层6优选是能选择性地反射YAG激光(近红外波长光线)等分离用辐射能的薄膜。因为当第一中间层6不能透射但反射辐射能时，就防止辐射能到达有电路的晶片表面，这就消除了损坏电路的可能性，因此这种薄膜是优选的。使用可光固化粘合剂作为粘合层3时，优选具有足够高的紫外光等固化光线透射率的薄膜。因此，优选该多层光学薄膜能透射紫外光并选择性地反射近红外光。这种能透射紫外光并反射近红外光的优选多层光学薄膜可以是 3M Solar反射薄膜(3M Company，Paul，MN)。该第一中间层6起基片作用，用于从基片 2上通过剥离除去粘合层3，因此优选其厚度是20微米或更大，更优选是30微米或更大，断裂强度是20兆帕或更大，较优选是30兆帕或更大，更优选是50兆帕或更大。具有上述第二中间层9时，辐照层压体1之后，得到第二中间层9/粘合层3' /透光载体5的层压体。因此，该第二中间层9在分离粘合层3'和载体5时作为背衬，能很容易地分离这两者。因此，通过提供第二中间层，能防止光热转换层4或粘合层3'(压敏粘合剂)残留在透光载体5上，而且能很容易地重复利用载体5。为了在激光辐照之后，在不发生破裂的情况下从载体5上通过将其剥开而除去粘合层3'，优选该第二中间层9的厚度是20微米或更大，更优选是30微米或更大，其断裂强度是20兆帕或更大，较优选是30 兆帕或更大，更优选是50兆帕或更大。在某些情况下，第二中间层9的树脂会渗透进入光热转换层4中，比如当第二中间层以可光固化低聚物和单体混合物形式被涂覆并用紫外光固化时(比如，通过将光热转换层涂覆在薄膜基片上，将第二中间层涂覆在光热转换层上并使其固化，而且将粘合层涂覆在该第二中间层上制造该片时)。在这些情况下，为了防止因为激光辐照形成空隙而被分离的表面发生再次粘合，该树脂的Tg(对于可光固化树脂而言，是固化后树脂的Tg)必须是40°C或更高。制造层压体制造层压体时，防止空气等不良杂质进入层之间是很重要的。比如，如果空气进入层之间，则层压体的厚度变得不均勻，而且不能将待研磨基片研磨成薄基片。在图1(a)所示的层压体制造时，可以考虑以下方法。首先，将光热转换层的前体涂覆溶液通过上述任何一种方法涂覆在载体上，用紫外光或类似辐射进行辐照，使其干燥并固化。然后，将粘合层涂覆在固化的光热转换层的一个或两个表面上以及基片的非研磨表面上。光热转换层和基片通过粘合层粘合，然后从载体侧通过紫外光辐照固化粘合层，从而可形成一个层压体。优选在真空下形成这种层压体，以防止空气进入层之间。比如，这可以通过改装日本未审查专利公报(公开)11483279中所述的真空粘合设备而实现。制造如图1(b)到(e)中所示的层压体时，可以使用一种按常规方法预先形成的双面胶带层压待研磨基片和载体，而方便地形成该层压体。这同样优选在类似上述情况的真空条件下进行。图1(f)所示的层压体中，粘合层3和3'都是压敏粘合层，可以按照图1(b)到(e)层压体的相同方法制造，即在第一中间层/光热转换层/第二中间层的两个表面上形成具有压敏粘合剂的双面涂覆粘胶带，并在其上层压待研磨基片和载体。在这种情况下，第二中间层被直接涂覆在光热转换层上，并用粘合层3'(压敏粘合剂或可光固化粘合剂)固定在载体上。当粘合层3和3'是光固化粘合剂时，可以按照图1(a)中所示层压体的相同方法制造该层压体。可以用来形成层压体的真空粘合设备如下所述。优选将层压体设计成不会在研磨基片时有使用的水进入，其层间粘合强度不会使基片掉落，其耐磨性能防止光热转换层被含有研磨基片粉尘的水流(浆料)磨损。制造磨薄基片制造磨薄基片的方法包括制备如上形成的层压体，研磨基片至要求的厚度，通过透光载体对光热转换层施加辐射能量，使光热转换层分解，由此从透光载体上分离经过研磨的基片，从基片上剥离粘合层。一方面，本发明的方法参考
如下。下文中用激光束作为辐射能源，使用硅片作为待研磨基片，但是本发明并不限于此。图2所示是适用于制造本发明一个实例中层压体的真空粘合设备的截面图。真空粘合设备20包括真空室21 ；设置在真空室21中的支撑部件22，支撑部件上放置一个待研磨基片2 (硅片)或载体5 ；设置在真空室21中的固定/放松装置23，该装置可以在支撑部件22的上部在垂直方向上运动，夹持另一个载体5或硅片2。真空室21与减压设备25通过管道M相连，可以降低真空室21中的压力。固定/放松装置23具有能在垂直方向上下运动的轴26，设置在轴沈的末端的接触表面部件27，设置在接触表面部件27的外围的弹簧片28，和从每个弹簧片观伸出的固定爪四。如图2(a)中所示，当弹簧片接触真空室21 的上表面时，弹簧片被压缩，固定爪四朝向垂直方向，夹持载体5或晶片2的外缘。另一方面，如图2(b)中所示，当轴沈被压下时，载体5或晶片2非常接近于分别位于支撑部件上的晶片2或载体5，固定爪四被松开，与弹簧片观一起叠合载体5与晶片2。使用这种真空粘合设备20，可以如下所述制造层压体。首先，如上所述，将光热转换层安放在载体5上。另外准备待层压晶片。在晶片2和载体5的光热转换层这两者中的一个或两个上施涂粘合剂，形成粘合层。将如此制备的载体5和晶片2安放在图2 (a)中所示真空粘合设备20的真空室21中，用减压设备进行减压，如图2(b)中所示压下轴沈对晶片进行层压，通入空气之后，如果需要固化粘合剂，获得层压体。图3所示是可用于本发明一个实例的研磨设备的部分截面图。研磨设备30包括底座31和以可转动方式固定在心轴32底端上的磨轮33。底座31下方具有吸入口 34，该吸入口 34与减压设备(未示出)相连，由此抽吸待研磨材料，并将其固定在研磨设备30的底座31上。制备如图1所示的本发明层压体1作为待研磨材料。层压体1的载体侧安装在研磨设备30的底座31上，使用减压设备通过抽吸固定。然后，在进入一股液体流(比如水或可用于晶片研磨的任何已知溶液)的同时，使转动的磨轮33与层压体1接触，由此进行研磨。研磨可以进行至150微米或更小的超薄级，优选是50微米或更小，更优选是25微米或更小。研磨至要求等有之后，取出层压体1，并传送至下道工序，在下道工序中通过用激光束辐照分离晶片和载体，并从晶片上剥离粘合层。图4所示是分离载体并剥离粘合层的工序。首先，考虑到最后的切片工序，如果需要的话，可以在层压体1晶片侧的研磨表面上安放一个模片键合胶带41 (图4(a))或者不放置模片键合胶带(图4(a'))，随后安放切片胶带42和切片框架43 (图4 (b))。随后，从层压体1的载体侧进行激光束44的辐照(图 4(c))。激光束辐照之后，拾取载体5，从晶片2上分离载体5(图4(d))。最后剥离分离粘合层3，获得磨薄硅片2(图4(e))。通常对硅片等半导体晶片进行称为倒角的斜切，防止其边缘因为冲击而破损。艮口， 硅片边缘部分的角被磨圆。使用一种液体粘合剂作为粘合层并采用旋涂法进行涂覆时，将粘合层涂布在边缘部分上，使粘合剂暴露于研磨表面的边缘部分上。结果是，安放切片胶带时，不仅研磨晶片与切片胶带的压敏粘合剂接触，而且暴露的粘合剂也与其接触。如果所用切片胶带的粘合性很强，有时候很难分离粘合层。在这种情况下，优选在安放切片胶带和切片框架之前，预先除去部分暴露的粘合剂。对于除去边缘部分的暴露粘合剂，使用能被粘合剂充分吸收的辐射能或(X)2激光(波长是10. 6微米)是很有效的。图5所示是可以用于本发明用激光束等工序中的层压体固定装置的截面图。层压体1被安装在固定板51上，使载体成为相对于固定装置50的上表面。固定板51是由烧结金属等多孔金属或者具有表面粗糙度的金属制成的。使用真空设备(未示出)从固定板51 的下部进行减压，由此层压体1通过抽被固定在固定板51上。真空吸力优选强到足以不使其在分离载体和剥离粘合层的后续工序中掉落。使用激光束对按照这种方式固定的层压体进行辐照。为了发射出激光束，所选用激光束源的输出应该高到足以使光热转换层中的可热分解树脂在被光热转换层所吸收光线波长处发生分解，这样就会产生分解气体，能够分离载体和晶片。比如，可以使用YAG激光(波长是1064纳米)，二次谐波YAG激光(波长是 532纳米)和半导体激光(波长是780到1300纳米)。选择能扫描激光束，在辐照表面上形成要求的图案，并且能够设定激光输出和激光束移动速度的设备作为激光辐照设备。而且，为了使辐照材料(层压体)的加工质量稳定，选用具有大聚焦深度的设备。聚焦深度的变化取决于设备设计的尺寸精度，对于聚焦深度并没有特别的限制，但是优选30微米或更大。图6所示是可用于本发明的激光辐照设备的透视图。附图6(a)的激光辐照设备60中配备有检流计，其双轴配置由X轴和Y轴组成， 其设计能使从激光振荡器61振荡产生的激光束被Y轴检流计62反射，进一步被X轴检流计63反射，并辐照在固定板上的层压体1上。根据检流计62和63的方向决定辐照位置。图 6(b)的激光辐照设备60配备有单轴检流计或多角镜64和一个能在正交于扫描的方向上移动的平台66。从激光振荡器61发出的激光束被检流计或多角镜64反射，进一步被固定镜 65反射，并辐照在可移动平台66上的层压体1上。辐照位置由检流计或多角镜64的方向以及可移动平台66的位置确定。在图6(c)的设备中，激光振荡器61被安装在可移动平台 66上，该平台在X和Y的双轴方向上移动，激光辐照在层压体1的整个表面上。图6(d)的设备包括固定式激光振荡器61和能在X与Y的双轴方向上移动的平台66。图6(e)设备的组成是，激光振荡器61被安装在可移动平台66'上，该平台能在单轴方向上移动，层压体1 被安放在可移动平台66"上，该平台能在正交于可移动平台66'的方向上移动。当关心层压体1的晶片会被激光辐照损坏时，优选形成一种大礼帽形状(参见附图6(f))的辐射能，它具有陡的能量分布，对相邻区域的能量泄漏非常低。可以采用任何已知方法改变该激光束形式，比如，(a)使用声光设备使能量束偏转的方法，用折射/衍射法形成激光束的方法，或者(b)用小孔或狭缝在两边缘处截去加宽部分的方法。激光辐照能是由激光功率，激光束扫描速度和束直径确定的。比如，可以使用的激光功率是0. 3到100瓦(W)，但并不限于该范围，扫描速度是0. 1到40米/秒(m/s)，束直径是5到300微米或更大。为了加快该工序的速度，可以提高激光功率，从而加快扫描速度。 因为束直径变大时可以进一步减少扫描次数，所以当激光功率足够高时可以增大束直径。光热转换层中的可热分解树脂因为激光辐照而分解，产生出一种气体，它在层中产生裂纹，使光热转换层自行分离。如果空气进入裂纹之间，就能避免裂纹的再次粘合。因此，为了便于空气进入，最好从层压体的边缘部分向层压体的内部进行激光束扫描。如上所述，光热转换层的玻璃化转变温度(Tg)优选是室温(20°C )或更高。这是因为，已经分开的裂纹可能会在冷却已分解树脂时彼此之间发生再次粘合，从而无法分离。 认为再次粘合是由于光热转换层的裂纹在载体重量下彼此粘合而发生的。因此，将辐照过程设计成不会施加载体重量时，就能防止再次粘合，比如，在垂直方向上从下到上进行激光辐照(即，以载体作为底面的配置进行激光辐照)或者从边缘部分向晶片和光热转换层之间插入弯钩并揭起该层。要从层压体的边缘部分使用激光束，可以采用从边缘部分向晶片切线方向使激光束直线往返的施加方法，或者采用从边缘部分向中央部分以类似播放唱片的方式螺旋形辐照激光束的方法。激光辐照之后，从晶片上分离载体，在进行这个操作时，使用了通用的真空拾取器。揭取器是一个与真空设备相连的圆柱体部件，其末端具有一个抽吸设备。图7所示是用于分离晶片和载体操作的揭取器的示意图。在图7(a)中，揭取器70位于载体5的中央， 以垂直方向拾取，从而剥离载体。另外，如图7(b)中所示，拾取器70位于载体5的边缘部分，剥离的同时从侧面吹入一股压缩空气(A)，使其进入晶片2和载体5之间，能更容易地剥离载体。除去载体之后，除去晶片上的粘合层。附图8所示是如何剥离粘合层的示意图。对于除去粘合层3，可优选使用粘胶带80除去粘合层，该粘胶带能与粘合层3产生比晶片2和粘合层3之间更强的粘合。将这种粘胶带80安放并粘合在粘合层3上，然后以箭头所示方向剥离，就能除去粘合层3。
最后留下被固定在切片胶带或冲切框架上的磨薄晶片，具有模片键合胶带，也可以没有模片键合胶带。按照常规方法对该晶片进行切片，完成芯片。但是可以在激光辐照之前进行切片。这种情况下，也可以在晶片与载体仍然粘合时进行切片工序，然后只对切片区域进行激光辐照，并只在切片部分分离载体。本发明还适用于在不使用切片胶带时独立进行切片工序，通过粘合层将研磨晶片再次转移至其上具有光热转换层的透光载体上即可。本发明在以下应用中是有效的。1.用于高密度封装的层压CSP (芯片尺寸封装)本发明可以与被称为内系统封装的器件构成叠层式多芯片封装，在单一的内系统封装中容纳有大量大规模集成(LSI)器件和无源元件，能实现多功能或高性能。按照本发明的方法，可以为这些器件高产率地可靠制造25微米或更薄的晶片。2.要求高性能和高速加工的直通型CSP在这个器件中，芯片通过直通电极连接，从而缩短布线长度并提高电性能。为了解决技术问题，比如形成用于直通电极的通孔以及在通孔中嵌入铜，必须进一步减小芯片厚度。使用本发明层压体顺序形成具有这种结构的芯片时，必须在晶片背面上形成绝缘薄膜和突起(电极)，而且层压需要体耐热和耐化学品。选择上述载体，光热转换层和粘合层时， 即使在这种情况下也能有效地应用本发明。3.热辐射效率，电性能，和稳定性有所提高的超薄复合半导体(比如，GaAs)砷化镓等化合物半导体因为其优于硅的电性能(高电子迁移率，直接跃迁型能带结构)而被用于高性能分立芯片，激光二极管等中。使用本发明的层压体能减小芯片厚度， 提高其散热效率，并提高性能。目前，为了减小厚度和形成电极的研磨操作是通过使用油脂或防护材料将半导体晶片粘合至作为载体的玻璃基片上而进行的。因此，这种粘合材料必须能在加工完成后被溶剂溶解，从玻璃基片上分离晶片。这种方法附带的问题是，分离需要许多天的时间，而且必须处理废液。使用本发明的层压体时就能解决这些问题。4.为了提高产量而应用于大晶片对于大晶片(比如，12英寸直径的硅片)而言，晶片与载体的容易分离是很重要的。使用本发明的层压体时，能很容易地进行分离，因此，本发明也能被用于该领域中。5.超薄石英晶片在石英晶片领域中，要求降低晶片厚度以提高振荡频率。使用本发明的层压体时， 能很容易地进行分离，因此，本发明也能被用于该领域中。以下参考实施例更详细说明本发明。首先，使用各种激光辐照条件，评价用于分离载体和晶片的优选条件。由于分离的性质取决于光热转换层受激光辐照时的分解程度，所以使用玻璃基片替代研磨晶片。使用 127毫米(mm) X 94毫米X0. 7毫米的玻璃基片作为透光载体，使用上述同样的玻璃基片替代晶片。采用旋涂法将具有下表1中所示组成的光热转换层前体的10%溶液(在丙二醇甲醚乙酸酯溶剂中)涂覆在玻璃基片上。表1 光热转换层
权利要求
1.一种用于制造层压体的设备， 所述层压体包括待研磨基片；与所述基片接触的粘合层；位于该粘合层下方的光热转换层，其含有吸光剂和可热分解树脂；和位于该光热转换层下方的透光载体；施加于光热转换层的辐射能导致可热分解树脂发生热分解，热分解产生的气体将光热转换层分成两部分，从而分离载体和基片；所述可热分解树脂选自聚氨酯、聚酯、聚原酸酯、聚乙烯基吡咯烷酮、偏二氯乙烯和丙烯腈的共聚物、有机硅树脂、含有聚氨酯单元的嵌段共聚物、或其组合；其中位于透光载体上的光热转换层在减压条件下通过粘合层被层压在待研磨基片上， 所述设备包括真空室，它能减压至预定压力；位于所述真空室中的支撑部件，在该支撑部件上安放(i)待研磨基片或(ii)透光载体，其上形成有光热转换层；和位于所述真空室中的固定和放松装置，它能在所述支撑部件的上部在垂直方向上移动，能夹持另一个待研磨基片或其上形成有光热转换层的透光载体的外缘，在待研磨基片与光热转换层非常接近时还能将其松开。
2.一种制造研磨基片的设备，其包括 研磨器，适于对层压体基片进行研磨； 所述层压体包括待研磨基片；与所述基片接触的粘合层；位于该粘合层下方的光热转换层，其含有吸光剂和可热分解树脂；和位于该光热转换层下方的透光载体；施加于光热转换层的辐射能导致可热分解树脂发生热分解，热分解产生的气体将光热转换层分成两部分，从而分离载体和基片；所述可热分解树脂选自聚氨酯、聚酯、聚原酸酯、聚乙烯基吡咯烷酮、偏二氯乙烯和丙烯腈的共聚物、有机硅树脂、含有聚氨酯单元的嵌段共聚物、或其组合； 所述设备还包括辐射源，它能通过所述透光载体向所述光热转换层提供足够高的辐射能，使所述光热转换层分解，从而在研磨之后分离所述基片和所述透光载体；和分离器，适于从所述基片上除去所述粘合层。
全文摘要
提供一种层压体，其包括待研磨基片和载体，该基片被研磨至很小厚度，而且能在不损坏基片的情况下与载体分离。本发明的一个实例是一种层压体，其包括待研磨基片，与待研磨基片接触的粘合层，含有吸光剂和可热分解树脂的光热转换层，和透光载体。对与粘合层接触面相反的基片表面进行研磨之后，通过透光层辐照该层压体，光热转换层分解，使基片与透光载体分离。
文档编号B32B43/00GK102420114SQ20111021699
公开日2012年4月18日 申请日期2003年6月2日 优先权日2002年6月3日
发明者岩泽優, 野田一树 申请人:3M创新有限公司