專利名稱：層壓體,以及用該層壓體制造超薄基片的方法和設備的制作方法
村樹發(fā)明領域本發(fā)明涉及一種層壓體，其中固定于載體上的待研磨基片，比如硅片，能很容易地被從載體上分離，本發(fā)明還涉及一種制造該層壓體的方法和設備，以及制造磨薄基片的方法和設備。
背景技術：
在各種領域中通常都要求減小基片厚度。比如，在石英器件領域中，要求減小石英晶片的厚度從而提高振蕩頻率。特別是在半導體工業(yè)中，為了達到減小半導體封裝的厚度以及通過芯片層壓技術進行高密度裝配的目的，正在不斷努力進一步減小半導體晶片的厚度。在與包含布圖電路表面相反的表面上，對半導體晶片進行所謂的背面研磨來減小厚度。在研磨晶片背面或表面以及傳送晶片的常用技術中，當僅用一個背面研磨保護膠帶固定晶片時，由于在研磨之后出現(xiàn)研磨晶片厚度不均勻或具有保護膠帶的晶片發(fā)生翹曲等問題，晶片厚度實際上只能被減小到大約150微米(μm)。比如，日本未審查專利公報(公開)6-302569中公開了一種方法，該方法中晶片通過壓敏粘膠帶被固定在環(huán)狀框架上，研磨被固定在框架上的晶片背面，并將晶片傳送至下道工序。但是這種方法還不能顯著提高現(xiàn)有的晶片厚度水平，同時也不能避免上述不均勻或翹曲問題的出現(xiàn)。
還提出了通過粘合劑將晶片牢牢固定在硬載體上，同時研磨晶片背面以及傳送晶片的方法。其目的在于，通過用該載體支撐晶片，防止晶片在背面研磨和傳送過程中發(fā)生破損。按照這種方法，能夠加工晶片至比上述方法更小的厚度，但是，不能在不損壞晶片的情況下從載體上分離超薄晶片，因此，實際上不能將該方法用作磨薄半導體晶片的方法。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明的目的是提供一種層壓體，其中待研磨基片被固定在載體上，能很容易地從載體上剝離待研磨基片。本發(fā)明的目的包括提供一種制造該層壓體的方法，以及使用該層壓體制造超薄基片的方法和設備。
在本發(fā)明的一個實例中，提供了一種層壓體，該層壓體包括待研磨基片；與所述待研磨基片接觸的粘合層；含有吸光劑和可熱分解樹脂的光熱轉換層；和透光載體。對與粘合層接觸面相反的基片表面進行研磨之后，通過透光層輻照該層壓體，使光熱轉換層分解，使基片與透光載體分離。在該層壓體中，能在不損壞基片的情況下，從載體上分離被研磨至很小厚度的基片。
在本發(fā)明的另一個實例中，提供了一種制造上述層壓體的方法，該方法包括在透光載體上涂覆含有吸光劑和可熱分解樹脂溶液或作為可熱分解樹脂前體材料的單體或低聚物的光熱轉換層前體；在透光載體上干燥固化或固化光熱轉換層前體，形成光熱轉換層；在待研磨基片或光熱轉換層上施涂粘合劑，形成粘合層；在減壓條件下通過粘合層粘合待研磨基片和光熱轉換層，形成層壓體。
在減壓條件下通過粘合層粘合待研磨基片與透光載體，防止在層壓體內(nèi)形成氣泡和灰塵污染物，就能在研磨之后形成水平表面并保持基片厚度的均勻性。
在本發(fā)明的另一個實例中，提供了一種制造上述層壓體的設備，在該設備中將透光載體上形成的光熱轉換層在減壓條件下通過粘合層層壓在待研磨基片上，該設備包括(1)真空室，它能被減壓至預定壓力，(2)位于該真空室中的支撐件，支撐件上放置(i)待研磨基片或(ii)透光載體，其上形成有光熱轉換層，和(3)位于該真空室中它可在支撐件上部在垂直方向上移動的固定/放松裝置，能夾持另一個待研磨基片或者其上形成有光熱轉換層的透光載體的外緣，當待研磨基片和光熱轉換層非常接近時，還可以將其松開。
使用這種設備時，因為層壓體是在減壓條件下制造的，所以能防止在層壓體內(nèi)形成氣泡和灰塵污染物，而且固定/放松裝置也不會損壞待層壓表面。
在本發(fā)明的另一個實例中，提供了一種制造厚度減小基片的方法，該方法包括制備上述層壓體，研磨基片至要求厚度，通過透光載體輻照光熱轉換層使光熱轉換層分解，從而在研磨之后從透光載體上分離基片，在研磨之后從基片上剝離粘合層。在該方法中，可以在載體上將基片研磨至要求厚度(比如，150微米或更小，優(yōu)選是50微米或更小，更優(yōu)選是25微米或更小)，而且在研磨之后，通過暴露于輻射能從基片上分離載體，這樣就能很容易地在研磨之后從基片上剝離殘留在基片上的粘合層。
在另一個實例中，本發(fā)明提供了一種制造研磨基片的設備，該設備包括適用于研磨上述層壓體基片的研磨器，將在下文更詳細說明輻射能源，它能通過所述透光載體向所述光熱轉換層提供足夠高的輻射能，使所述光熱轉換層分解，從而在研磨之后分離所述基片和所述透光載體；和分離器，適于從所述基片上除去所述粘合層。
附圖簡要說明圖簡要說明圖1是本發(fā)明若干實例的截面圖。
圖2是適用于本發(fā)明的真空粘合設備的截面圖。
圖3是適用于本發(fā)明方法的研磨設備的部分截面圖。
圖4所示是分離載體和剝離粘合層的工序。
圖5是可用于激光束輻照工序的層壓體固定設備的截面圖。
圖6是一種激光輻照設備的透視圖。
圖7是用于分離晶片與載體的拾取器的示意圖。
圖8所示是如何從晶片上剝離粘合層的示意圖。
圖9是用于測量粘合層粘合強度的設備的示意圖。
發(fā)明詳細說明本發(fā)明層壓體的一個重要結構特征是，在位于待研磨基片和透光載體之間設置光熱轉換層。用激光束等輻射能進行輻照時，光熱轉換層分解，從而能在不造成任何損壞的情況下從載體上分離基片。因此，本發(fā)明提供的基片厚度是常用方法無法獲得的。
圖1所示是本發(fā)明層壓體的一些實例。在圖1(a)的層壓體1中，依次層壓待研磨基片2，粘合層3，光熱轉換層4和載體5。并且，如附圖1(b)中所示，粘合層3可以是雙面粘膠帶8，該膠帶包括第一中間層(薄膜)6，其兩個表面上都具有壓敏粘合劑7。而且，如圖1(c)和(d)中所示，粘合層3可以是雙面粘膠帶8，該膠囊結合有光熱轉換層4。另外，如附圖1(e)中所示，粘合層3可以是雙面粘膠帶8，其中光熱轉換層4本身包括具有壓敏粘合性的光熱轉換層4′。如圖1(f)中所示，還可能有在粘合層3和光熱轉換層4之間設置第一中間層6，在光熱轉換層4和載體5之間設置第二中間層9，第二中間層9和載體5通過另一粘合層3′粘合。
以下將更詳細說明構成本發(fā)明層壓體的組件。
基片基片可以是例如很難通過常用方法變薄的脆性材料。其實例包括半導體晶片，比如硅和砷化鎵，石英晶片，藍寶石和玻璃。
透光載體透光載體是一種能透射輻射能，比如本發(fā)明中所用激光束的材料，要求該材料能使研磨體處于平整狀態(tài)，不會在研磨和傳送過程中使研磨體發(fā)生破裂。載體的透光率是沒有限制的，只要其不影響實用強度水平的輻射能透射進入光熱轉換層，能使該光熱轉換層發(fā)生分解即可。但是，優(yōu)選其透射率是50％或更高。而且，為了防止研磨體在研磨過程中發(fā)生翹曲，優(yōu)選該透光載體具有足夠高的剛性，優(yōu)選該載體的撓曲剛度是2×10-3(帕·立方米)或更大，更優(yōu)選是3×10-2(帕·立方米)或更大。有用載體的實例包括玻璃片和丙烯酸片。而且，為了加強與光熱轉換層等相鄰層的粘合強度，在需要時可以用硅烷偶聯(lián)劑或類似物對載體進行表面處理。使用可紫外固化光熱轉換層或粘合層時，優(yōu)選該載體能透射紫外輻射。
有時候在輻照光熱轉換層時，或者因為研磨時的摩擦生熱而產(chǎn)生高溫時，該載體會被受到光熱轉換層產(chǎn)生的熱量作用。而且，為了在基片上形成金屬薄膜，可以在從載體上分離研磨基片之前，再應用蒸汽沉積，電鍍或蝕刻等處理。特別在硅片的情況下，有時候使載體經(jīng)受高溫處理，形成氧化物薄膜。因此，選擇一種具有耐熱性，耐化學性和低膨脹系數(shù)的載體。具有這些性質(zhì)的載體材料實例包括PyrexTM與TenpaxTM的硼硅酸鹽玻璃，和CorningTM#1737與#7059等堿土金屬硼鋁硅酸鹽玻璃。
為了在研磨基片之后獲得要求的厚度均勻性，優(yōu)選載體厚度是均勻的。比如，為了將硅片研磨至50微米或更薄并獲得±10％或更小的均勻性，必須將載體厚度的可變性降至±2微米或更小。在重復使用載體時，還優(yōu)選該載體具有耐刮擦性。為了重復使用該載體，必須選擇合適的輻射能波長和載體，抑制輻射能對載體的損傷。比如，使用Pyrex玻璃作為載體并使用三次諧波發(fā)生YAG激光(355納米)時，可進行載體和基片的分離，但是這種載體在該激光波長處表現(xiàn)出低透率，能吸收這種輻射能，結果是，該載體發(fā)生熱損傷，不能再用于某些情況中。
光熱轉換層光熱轉換層含有吸光劑和可熱分解樹脂。以激光束或類似形式施加于光熱轉換層的輻射能被吸光劑吸收，并被轉換成熱能。所產(chǎn)生的熱能使光熱轉換層的溫度急劇上升，到達光熱轉化層中可熱分解樹脂(有機組分)的熱分解溫度，使樹脂發(fā)生熱分解。據(jù)信，熱分解產(chǎn)生的氣體會在光熱轉換層中形成空隙層(比如氣隙)，并將光熱轉換層分成兩部分，從而分離載體和基片。
吸光劑能在所用波長處吸收輻射能。輻射能通常是波長為300到11000納米，優(yōu)選是300到2000納米的激光束，其具體實例包括YAG激光，這發(fā)出的激光波長是1064納米；二次諧波發(fā)生YAG激光，其波長是532納米；和半導體激光，其波長是780到1300納米。雖然吸光劑根據(jù)激光束波長而各不相同，但是適用吸光劑的實例包括碳黑，石墨粉，微粒金屬粉末，比如鐵，鋁，銅，鎳，鈷，錳，鉻，鋅和碲，金屬氧化物粉末，比如黑色氧化鈦，和染料與顏料，比如芳香族二氨基金屬配合物，脂肪族二胺基金屬配合物，芳香族二硫醇基金屬配合物，巰基苯酚基金屬配合物，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。該吸光劑可以是薄膜形式，包括蒸汽沉積的金屬薄膜。在這些吸光劑中，碳黑是特別有用的，因為碳黑能顯著降低在輻照之后從載體上分離基片所需要的力，并加速該分離過程。
光熱轉換層中吸光劑的濃度根據(jù)吸光劑的種類，顆粒狀態(tài)(結構)和分散度而變化，但是粒度約為5到500納米的普通碳黑濃度通常是5到70體積％。如果其濃度小于5體積％，則光熱轉換層所產(chǎn)生的熱量可能不足以使可熱分解樹脂分解，而如果大于70體積％，則光熱轉換層的成膜性能會變差，可能很容易失去對其他層的粘合性。用可紫外固化粘合劑作為粘合層的粘合劑時，如果碳黑含量過高，則用于固化粘合劑的紫外線透射率會降低。因此，在使用可紫外固化粘合劑作為粘合層時，碳黑含量應該是60體積％或更低。為了降低輻照后除去載體時需要的力，從而防止在研磨時磨損光熱轉換層(比如由于清洗水中的研磨劑造成的磨損)，優(yōu)選光熱轉換層中碳黑含量是20到60體積％，更優(yōu)選是35到55體積％。
可用的可熱分解樹脂的實例包括明膠，纖維素，纖維素酯(比如，纖維素乙酸酯，硝化纖維素)，多酚，聚乙烯醇縮丁醛，聚乙烯醇縮乙醛，聚碳酸酯，聚氨酯，聚酯，聚原酸酯，聚縮醛，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，有機硅樹脂和含有聚氨酯單元的嵌段共聚物。這些樹脂可以單獨使用或者兩種或多種組合使用。該樹脂的玻璃化轉變溫度(Tg)優(yōu)選是室溫(20℃)或更高，從而防止一旦光熱轉換層在因為可熱分解樹脂的熱分解形成空隙層而被分離，它再次粘合，更優(yōu)選Tg是100℃或更高，從而防止發(fā)生再次粘合。當透光載體是玻璃時，為了增加玻璃和光熱轉換層之間的粘合力，可以使用一種分子中具有能與玻璃表面上的硅烷醇基團發(fā)生氫鍵鍵合的極性基團(比如，-COOH，-OH)的可熱分解樹脂。而且，在要求進行化學蝕刻等化學溶液處理的應用中，為了使光熱轉換層具有耐化學性，可以使用分子中具有能在熱處理時自交聯(lián)的官能團的可熱分解樹脂，能被紫外或可見光交聯(lián)的可熱分解樹脂或者其前體(比如，單體和/或低聚物的混合物)。為了形成當熱轉換層作為如圖1(e)中所示的壓敏粘合劑光熱轉換層，使用了從聚(甲基)丙烯酸酯或類似物形成的壓敏粘合劑聚合物作為熱分解樹脂。
透明填料需要的話，光熱轉換層可以含有透明填料。透明填料起到防止一旦光熱轉換層在因為可熱分解樹脂熱分解形成空隙層而被分離，它再次粘合的作用。因此，能在研磨基片并隨后輻照之后，進一步降低分離基片和載體所需要的力。而且，由于可防止了再次粘合，所以拓寬了對可熱分解樹脂的選擇范圍。透明填料的實例包括氧化硅，滑石和硫酸鋇。使用透明填料在使用可紫外固化粘合劑作為粘合層時是特別有利的。目前認為是出于以下原因。在使用碳黑等微粒吸光劑時，這種吸光劑起到降低分離所需力的作用，還起到中斷紫外光透射的作用。因此，在使用可紫外固化粘合劑作為粘合層時，固化過程可能不會令人滿意地進行，或者可能需要非常長的時間。在這種情況下，使用透明填料時，能在輻照之后很容易地分離基片和載體，而不會影響可紫外固化粘合劑的固化過程。使用碳黑等微粒吸光劑時，可以根據(jù)吸光劑的總量，確定透明填料的含量。光熱轉換層中微粒吸光劑(比如碳黑)和透明填料的總量優(yōu)選是該光熱轉換層體積的5到70體積％?？偭吭诖朔秶鷥?nèi)時，能顯著降低分離基片和載體需要的力。但是，分離需要的力也受微粒吸光劑和透明填料形狀的影響。更具體地說，在顆粒形狀比較復雜時(由于較復雜的結構導致的顆粒狀態(tài))，有時候使用少量填料就能比顆粒形狀比較簡單時，比如接近球形時，更有效地降低分離需要的力。
因此，在某些情況下，微粒吸光劑和透明填料的總量是按“最高填料體積濃度”(TFVC)確定的。這是指微粒吸收劑和透明填料的混合物在于燥狀態(tài)下并且可熱分解樹脂以僅填充空隙體積的含量與填料混合時的填料體積濃度。即，熱分解樹脂以僅填充微粒吸光劑與透明填料的混合物中空隙體積的含量與填料混合時的TFVC是100％的最高填料體積濃度。光熱轉換層中微粒吸光劑和透明填料的總量優(yōu)選是最高填料體積濃度的80％或更多，更優(yōu)選是90％或更多。在進一步的說明中，填料(比如，碳黑和透明填料)的總體積百分比被表示為“A”，最高填料體積百分比，TFVC(填料與填充填料空隙體積的樹脂的總體積百分比)被表示為“B”，則A/B優(yōu)選大于約80％(更優(yōu)選A/B＞90％)。
可以用吸油性，填充單位重量填料的空隙體積所需要的液體量，表示填料的空隙體積。對于碳黑，使用商品目錄中的測量值，對于透明填料(比如，氧化硅)，使用這類氧化硅的通用值(200克/立方厘米)。
雖然不受任何理論約束，但是目前認為，光熱轉換層中的吸光劑(比如碳黑)吸收通過透明載體所輻射的激光能并將其轉換成熱能，使基質(zhì)樹脂分解并產(chǎn)生氣體或空隙。結果是，空隙使該層分離成兩個部分，比如形成兩層，然后使半導體晶片從載體上剝落。被空隙分離的表面只要過一段時間就會與表面再次接觸。表面上具有碳黑顆粒和殘留樹脂，這些樹脂的分子量因為熱分解而有所降低。在再次接觸過程中(比如，再次粘合)，這些殘留樹脂會增加粘合性。另一方面，當光熱轉換層和粘合層都很柔軟時，再次接觸區(qū)域會比較大，使粘合性更大，很難在不發(fā)生損壞或破裂的情況下從載體上剝離超薄晶片。在本發(fā)明中，設定A/B＞80％，優(yōu)選A/B＞90％，能降低剝離表面上殘留的樹脂。由此，可以使因為再次接觸而產(chǎn)生的粘合性變得最小。而且，在提高碳黑量的同時使用透明填料以滿足A/B＞80％，或＞90％的要求，至少能保持光熱轉換層要求的厚度，同時能保持如當粘合層是紫外固化類型時所要求的紫外透明性。
因此，總量在該范圍內(nèi)時，能很容易地在輻照之后分離載體。
光熱轉換層的厚度通常是約0.5微米。如果厚度太小，則相鄰粘分層部分暴露于剝離表面，這會提高剝離表面的粘合性，特別是在粘合層比較柔軟時，這會導致很難剝離超薄晶片(在不發(fā)生破裂的情況下)。
如果需要的話，光熱轉換層可以含有其他添加劑。比如，在通過涂覆單體或低聚物形式的可熱分解樹脂，然后聚合或固化該樹脂形成該層的情況下，該層可以含有光聚合引發(fā)劑。而且，加入偶聯(lián)劑(整體摻混方法，即，在配方中使用偶聯(lián)劑作為添加劑，而不是作為預表面處理劑)增加玻璃和光熱轉換層之間的粘合力，以及加入交聯(lián)劑提高耐化學性，能有效地達到其各自的目的。而且，為了促進因為光熱轉換層的分解而發(fā)生的分離，可以含有低溫氣體發(fā)生劑?？捎玫牡蜏貧怏w發(fā)生劑的代表性實例包括發(fā)泡劑和升華劑。發(fā)泡劑的實例包括碳酸氫鈉，碳酸銨，碳酸氫銨，碳酸鋅，偶氮二甲酰胺，偶氮二異丁腈，N，N′-二亞硝基五亞甲基四胺，對-甲苯磺酰肼和對，對-氧二(苯磺酰肼)。升華劑的實例包括2-重氮基-5，5-二甲基環(huán)己烷-1，3-二酮，樟腦，萘，龍腦，丁酰胺，戊酰胺，4-叔-丁基苯酚，呋喃-2-羧酸，琥珀酸酐，1-金剛烷醇和2-金剛烷酮。
將碳黑等吸光劑，可熱分解樹脂和溶劑混合，制備成前體涂覆溶液，將該溶液涂覆在載體上，并使之干燥，可以形成該光熱轉換層。同樣，將吸光劑，作為可熱分解樹脂前體物質(zhì)的單體或低聚物，以及可選的添加劑，比如光聚合引發(fā)劑，和如果需要的話，溶劑混合，制備成前體涂覆溶液，代替可熱分解樹脂溶液，將該溶液涂覆在載體上，干燥并聚合/固化，可以形成該光熱轉換層。對于涂覆，可以使用適于在硬載體上進行涂覆的通用涂覆方法，比如旋涂，口模式涂布，和輥涂法。在形成圖1(c)到(e)所示雙面膠帶中的光熱轉換層時，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熱轉換層。
總的來說，光熱轉換層的厚度是沒有限制的，只要能使載體和基片分離即可，但是該厚度通常是0.1微米或更大。如果厚度小于0.1微米，則用于足夠光吸收所要求的吸光劑濃度會變高，這會使成膜性劣人，結果是，不能對相鄰層粘合。另一方面，如果光熱轉換層的厚度是5微米或更大，而使光熱轉換層熱分解而分離所要求的吸光劑濃度保持恒定，則光熱轉換層(或其前體)的透光率會降低。結果是，使用可光固化如可紫外固化光的光熱轉換層和粘合層時，有時會抑制固化過程后不能獲得充分固化產(chǎn)物的程度。因此，當光熱轉換層是例如可紫外固化時，為了使在輻照之后從載體上分離基片所需要的力最小，并防止光熱轉換層在研磨時被磨損，優(yōu)選光熱轉換層的厚度是約0.3到3微米，更優(yōu)選是約0.5到2.0微米。
粘合層用粘合層將待研磨基片通過光熱轉換層固定在載體上。通過光熱轉換層的分解分離基片和載體之后，能獲得其上具有粘合層的基片。因此，粘合層必須能很容易地從基片上分離，比如通過剝離實現(xiàn)。因此，該粘合層具有高到足以將基片固定在載體上的粘合強度，但是其粘合強度又是足夠低的，使其能從基片上分離?？梢宰鳛楸景l(fā)明粘合層的粘合劑實例包括橡膠基粘合劑，它是通過將橡膠，彈性體或類似物溶解在溶劑中而獲得的；基于環(huán)氧化物，氨基甲酸酯或類似物的單組分熱固性粘合劑；基于環(huán)氧化物，氨基甲酸酯，丙烯?；蝾愃莆锏碾p組分熱固性粘合劑；熱熔粘合劑；基于丙烯?；?，環(huán)氧化物或類似物的可紫外或電子束固化粘合劑；和水分散體型粘合劑。適用的可紫外固化粘合劑是通過向以下物質(zhì)中加入光聚合引發(fā)劑，以及在需要時加入添加劑而獲得的，(1)具有可聚合乙烯基的低聚物，比如氨基甲酸酯丙烯酸酯，環(huán)氧丙烯酸酯或聚酯丙烯酸酯，和/或(2)丙烯酸或甲基丙烯酸類單體。添加劑實例包括增稠劑，增塑劑，分散劑，填料，阻燃劑和熱穩(wěn)定劑。
特別是，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電路圖。對于填充待研磨基片上的粗糙處并使粘合層厚度均勻的粘合層，優(yōu)選用于粘合層的粘合劑在涂覆和層壓過程中是液體狀態(tài)的，優(yōu)選在涂覆和層壓操作溫度(比如，25℃)時的粘度小于10000厘泊(cps)。在下述各種方法中，優(yōu)選采用旋涂法涂覆這種液體粘合劑。特別優(yōu)選可紫外固化粘合劑和可見光固化粘合劑作為這種粘合劑，因為這些粘合劑能使粘合層的厚度變均勻，而且出于上述原因能提高加工速度。
對溶劑型粘合劑而言，在除去該粘合劑溶劑之后的應用條件下，對可固化粘合劑而言，在固化之后的應用條件下，或者對熱熔粘合劑而言，在常溫硬化之后的應用條件下，優(yōu)選該粘合劑在25℃時的儲能模量是100兆帕或更大，在50℃時的儲能模量是10兆帕或更高。具有這種彈性模量，能夠防止待研磨基片在研磨時因為受到應力而發(fā)生翹曲或變形，能被均勻研磨成超薄基片?？梢杂?2.7毫米×10毫米×50微米尺寸的粘合劑樣品，以拉伸方式在1赫茲頻率，0.04％應變和5℃/分升溫速率下，對這里所用的儲能模量或彈性模量進行測量。可以使用由Rheometrics，Inc.制造的SOLIDS ANALYZER RSA II(商品名)測量該儲能模量。
可以使用圖1(b)到(e)中所示的雙面粘膠帶作為粘合層。在這種雙面粘膠帶中，在背襯材料的兩個表面上通常都具有壓敏粘合層。適用壓敏粘合劑的實例包括主要含有丙烯?；?，氨基甲酸酯，天然橡膠或類似物的粘合劑，以及另外還含有交聯(lián)劑的粘合劑。其中優(yōu)選含有丙烯酸2-乙基己酯或丙烯酸丁酯作為主要成分的粘合劑。使用紙或塑料薄膜或類似物作為背襯材料。這里所說的背襯必須具有足夠高的柔性，才能從基片上通過剝離分離粘合層。
還發(fā)現(xiàn)，在將基片研磨至超薄厚度時，優(yōu)選使用特定的可光固化粘合劑。將基片研磨至50微米或更小厚度時，有時候會出現(xiàn)問題，比如水會進入基片和粘合層之間的界面中，基片邊緣破碎或者損壞基片的中央部分。為了避免這些問題，通常以較慢速率進行研磨。這使研磨時間延長為研磨至150微米或更大的普通拋光厚度所需要時間的兩倍。比如，通過減少磨輪的旋轉次數(shù)，能避免損壞?？偟膩碚f，在研磨背面之后，對超薄半導體晶片進行拋光工序，除去殘留的損壞層(被研磨而不是單晶體所損壞的層)。在研磨或拋光工序中，為了在不犧牲研磨速度的情況下，避免出現(xiàn)水進入基片和粘合層之間的界面中，基片邊緣破碎，或者損壞基片中央部分的問題，粘合層對待研磨基片的粘合強度(劈開模式，參見圖9和以下的說明)按照以下實施例中所述進行測量時至少是約2.0(牛頓/3.5平方厘米)或更高。
當可光固化粘合劑在待研磨基片上固化時，粘合面積會因為固化收縮而減小，而且對基片的粘合強度也容易發(fā)生降低。為了保證上述粘合強度，優(yōu)選可光固化粘合劑是在加熱至高于其玻璃化轉變溫度(Tg)時可恢復粘合強度的粘合劑。這種粘合劑在25到180℃時測得的最小儲能模量是3.0×107到7.0×107帕。如果最小儲能模量太高，則不能獲得足夠高的粘合強度，這會導致水進入基片和粘合層之間的界面中，基片邊緣破損或損壞基片中央部分。另一方面，如果最小儲能模量太低，則加熱工序之后，比如層壓至片鍵合模膠帶之后，很難分離粘合層(粘性層)。
而且，在最高可達到的溫度下，基片與粘合層的界面在研磨時(通常是40到70℃，比如50℃)的儲能模量優(yōu)選是9.0×107帕或更高，更優(yōu)選是3.0×108帕或更高。儲能模量處于該范圍時，能防止在研磨時研磨工具在垂直方向上的按壓導致粘合層發(fā)生局部變形至損壞待研磨基片(硅片)的程度。
作為滿足全部這些條件的可光固化粘合劑實例，分子量為3000或更高的雙官能氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯低聚物的總量是40重量％或更多，雙官能(甲基)丙烯?；鶈误w的總量是25重量％或更多的粘合劑是已知和適用的。但是，對這種粘合劑沒有特別限制，只要其具有必要性質(zhì)(粘合強度，官能性質(zhì))即可。
粘合層的厚度沒有特別限制，只要它能保證待研磨基片研磨所需的厚度均勻性和從層壓體中除去載體之后從晶片上剝離粘合層所需的撕裂強度，并且能充分地掩蓋基片表面上的粗糙即可。粘合層的厚度通常是約10到150微米，優(yōu)選是約25到100微米。
其他有用添加劑因為本發(fā)明層壓體的待研磨基片可以是其上形成有電路的晶片，所以晶片電路可能會被通過透光載體，光熱轉換層和粘合層并到達晶片的激光束等輻射能損壞。為了防止這種電路損壞，構成該層壓體的任何層中或者在光熱轉換層和晶片之間的獨立設置的層中可以含有能在輻射能波長處吸收光線的吸光染料或一種能反射該光線的反射光顏料。吸光染料的實例包括在所用激光束波長附近具有吸收峰的染料(比如，酞菁基染料和菁基染料)。反射光顏料的實例包括氧化鈦等無機白色顏料。
附加有用層本發(fā)明層壓體中可以包括除了待研磨基片，與待研磨基片接觸的粘合層，光熱轉換層和透光載體之外的附加層。附加層的實例包括如圖1(f)中所示的第一中間層6，其位于粘合層3和光熱轉換層4之間；和/或第二中間層9，其位于光熱轉換層4和載體5之間。優(yōu)選第二中間層9與載體5通過粘合層3′(比如，壓敏粘合劑)粘合。
具有第一中間層6時，輻照之后層壓體1在光熱轉換層4處被分開，獲得第一中間層6/粘合層3/基片2的層壓體。因此，該第一中間層6在從基片2上分離粘合層3時作為背襯，能很容易地分離這兩者。該第一中間層6優(yōu)選是多層光學薄膜。而且，該第一中間層6優(yōu)選是能選擇性地反射YAG激光(近紅外波長光線)等分離用輻射能的薄膜。因為當?shù)谝恢虚g層6不能透射但反射輻射能時，就防止輻射能到達有電路的晶片表面，這就消除了損壞電路的可能性，因此這種薄膜是優(yōu)選的。使用可光固化粘合劑作為粘合層3時，優(yōu)選具有足夠高的紫外光等固化光線透射率的薄膜。因此，優(yōu)選該多層光學薄膜能透射紫外光并選擇性地反射近紅外光。這種能透射紫外光并反射近紅外光的優(yōu)選多層光學薄膜可以是3MTMSolar反射薄膜(3M Company，St.Paul，MN)。該第一中間層6起基片作用，用于從基片2上通過剝離除去粘合層3，因此優(yōu)選其厚度是20微米或更大，更優(yōu)選是30微米或更大，斷裂強度是20兆帕或更大，較優(yōu)選是30兆帕或更大，更優(yōu)選是50兆帕或更大。
具有上述第二中間層9時，輻照層壓體1之后，得到第二中間層9/粘合層3′/透光載體5的層壓體。因此，該第二中間層9在分離粘合層3′和載體5時作為背襯，能很容易地分離這兩者。因此，通過提供第二中間層，能防止光熱轉換層4或粘合層3′(壓敏粘合劑)殘留在透光載體5上，而且能很容易地重復利用載體5。為了在激光輻照之后，在不發(fā)生破裂的情況下從載體5上通過將其剝開而除去粘合層3′，優(yōu)選該第二中間層9的厚度是20微米或更大，更優(yōu)選是30微米或更大，其斷裂強度是20兆帕或更大，較優(yōu)選是30兆帕或更大，更優(yōu)選是50兆帕或更大。在某些情況下，第二中間層9的樹脂會滲透進入光熱轉換層4中，比如當?shù)诙虚g層以可光固化低聚物和單體混合物形式被涂覆并用紫外光固化時(比如，通過將光熱轉換層涂覆在薄膜基片上，將第二中間層涂覆在光熱轉換層上并使其固化，而且將粘合層涂覆在該第二中間層上制造該片時)。在這些情況下，為了防止因為激光輻照形成空隙而被分離的表面發(fā)生再次粘合，該樹脂的Tg(對于可光固化樹脂而言，是固化后樹脂的Tg)必須是40℃或更高。
制造層壓體制造層壓體時，防止空氣等不良雜質(zhì)進入層之間是很重要的。比如，如果空氣進入層之間，則層壓體的厚度變得不均勻，而且不能將待研磨基片研磨成薄基片。在圖1(a)所示的層壓體制造時，可以考慮以下方法。首先，將光熱轉換層的前體涂覆溶液通過上述任何一種方法涂覆在載體上，用紫外光或類似輻射進行輻照，使其干燥并固化。然后，將粘合層涂覆在固化的光熱轉換層的一個或兩個表面上以及基片的非研磨表面上。光熱轉換層和基片通過粘合層粘合，然后從載體側通過紫外光輻照固化粘合層，從而可形成一個層壓體。優(yōu)選在真空下形成這種層壓體，以防止空氣進入層之間。比如，這可以通過改裝日本未審查專利公報(公開)11-283279中所述的真空粘合設備而實現(xiàn)。制造如圖1(b)到(e)中所示的層壓體時，可以使用一種按常規(guī)方法預先形成的雙面膠帶層壓待研磨基片和載體，而方便地形成該層壓體。這同樣優(yōu)選在類似上述情況的真空條件下進行。圖1(f)所示的層壓體中，粘合層3和3′都是壓敏粘合層，可以按照圖1(b)到(e)層壓體的相同方法制造，即在第一中間層/光熱轉換層/第二中間層的兩個表面上形成具有壓敏粘合劑的雙面涂覆粘膠帶，并在其上層壓待研磨基片和載體。在這種情況下，第二中間層被直接涂覆在光熱轉換層上，并用粘合層3′(壓敏粘合劑或可光固化粘合劑)固定在載體上。當粘合層3和3′是光固化粘合劑時，可以按照圖1(a)中所示層壓體的相同方法制造該層壓體?？梢杂脕硇纬蓪訅后w的真空粘合設備如下所述。
優(yōu)選將層壓體設計成不會在研磨基片時有使用的水進入，其層間粘合強度不會使基片掉落，其耐磨性能防止光熱轉換層被含有研磨基片粉塵的水流(漿料)磨損。
制造磨薄基片制造磨薄基片的方法包括制備如上形成的層壓體，研磨基片至要求的厚度，通過透光載體對光熱轉換層施加輻射能量，使光熱轉換層分解，由此從透光載體上分離經(jīng)過研磨的基片，從基片上剝離粘合層。
一方面，本發(fā)明的方法參考


如下。下文中用激光束作為輻射能源，使用硅片作為待研磨基片，但是本發(fā)明并不限于此。
圖2所示是適用于制造本發(fā)明一個實例中層壓體的真空粘合設備的截面圖。真空粘合設備20包括真空室21；設置在真空室21中的支撐部件22，支撐部件上放置一個待研磨基片2(硅片)或載體5；設置在真空室21中的固定/放松裝置23，該裝置可以在支撐部件22的上部在垂直方向上運動，夾持另一個載體5或硅片2。真空室21與減壓設備25通過管道24相連，可以降低真空室21中的壓力。固定/放松裝置23具有能在垂直方向上下運動的軸26，設置在軸26的末端的接觸表面部件27，設置在接觸表面部件27的外圍的彈簧片28，和從每個彈簧片28伸出的固定爪29。如圖2(a)中所示，當彈簧片接觸真空室21的上表面時，彈簧片被壓縮，固定爪29朝向垂直方向，夾持載體5或晶片2的外緣。另一方面，如圖2(b)中所示，當軸26被壓下時，載體5或晶片2非常接近于分別位于支撐部件上的晶片2或載體5，固定爪29被松開，與彈簧片28一起疊合載體5與晶片2。
使用這種真空粘合設備20，可以如下所述制造層壓體。首先，如上所述，將光熱轉換層安放在載體5上。另外準備待層壓晶片。在晶片2和載體5的光熱轉換層這兩者中的一個或兩個上施涂粘合劑，形成粘合層。將如此制備的載體5和晶片2安放在圖2(a)中所示真空粘合設備20的真空室21中，用減壓設備進行減壓，如圖2(b)中所示壓下軸26對晶片進行層壓，通入空氣之后，如果需要固化粘合劑，獲得層壓體。
圖3所示是可用于本發(fā)明一個實例的研磨設備的部分截面圖。研磨設備30包括底座31和以可轉動方式固定在心軸32底端上的磨輪33。底座31下方具有吸入口34，該吸入口34與減壓設備(未示出)相連，由此抽吸待研磨材料，并將其固定在研磨設備30的底座31上。制備如圖1所示的本發(fā)明層壓體1作為待研磨材料。層壓體1的載體側安裝在研磨設備30的底座31上，使用減壓設備通過抽吸固定。然后，在進入一股液體流(比如水或可用于晶片研磨的任何已知溶液)的同時，使轉動的磨輪33與層壓體1接觸，由此進行研磨。研磨可以進行至150微米或更小的超薄級，優(yōu)選是50微米或更小，更優(yōu)選是25微米或更小。
研磨至要求等有之后，取出層壓體1，并傳送至下道工序，在下道工序中通過用激光束輻照分離晶片和載體，并從晶片上剝離粘合層。圖4所示是分離載體并剝離粘合層的工序。首先，考慮到最后的切片工序，如果需要的話，可以在層壓體1晶片側的研磨表面上安放一個模片鍵合膠帶41(圖4(a))或者不放置模片鍵合膠帶(圖4(a′))，隨后安放切片膠帶42和切片框架43(圖4(b))。隨后，從層壓體1的載體側進行激光束44的輻照(圖4(c))。激光束輻照之后，拾取載體5，從晶片2上分離載體5(圖4(d))。最后剝離分離粘合層3，獲得磨薄硅片2(圖4(e))。
通常對硅片等半導體晶片進行稱為倒角的斜切，防止其邊緣因為沖擊而破損。即，硅片邊緣部分的角被磨圓。使用一種液體粘合劑作為粘合層并采用旋涂法進行涂覆時，將粘合層涂布在邊緣部分上，使粘合劑暴露于研磨表面的邊緣部分上。結果是，安放切片膠帶時，不僅研磨晶片與切片膠帶的壓敏粘合劑接觸，而且暴露的粘合劑也與其接觸。如果所用切片膠帶的粘合性很強，有時候很難分離粘合層。在這種情況下，優(yōu)選在安放切片膠帶和切片框架之前，預先除去部分暴露的粘合劑。對于除去邊緣部分的暴露粘合劑，使用能被粘合劑充分吸收的輻射能或CO2激光(波長是10.6微米)是很有效的。
圖5所示是可以用于本發(fā)明用激光束等工序中的層壓體固定裝置的截面圖。層壓體1被安裝在固定板51上，使載體成為相對于固定裝置50的上表面。固定板51是由燒結金屬等多孔金屬或者具有表面粗糙度的金屬制成的。使用真空設備(未示出)從固定板51的下部進行減壓，由此層壓體1通過抽被固定在固定板51上。真空吸力優(yōu)選強到足以不使其在分離載體和剝離粘合層的后續(xù)工序中掉落。使用激光束對按照這種方式固定的層壓體進行輻照。為了發(fā)射出激光束，所選用激光束源的輸出應該高到足以使光熱轉換層中的可熱分解樹脂在被光熱轉換層所吸收光線波長處發(fā)生分解，這樣就會產(chǎn)生分解氣體，能夠分離載體和晶片。比如，可以使用YAG激光(波長是1064納米)，二次諧波YAG激光(波長是532納米)和半導體激光(波長是780到1300納米)。
選擇能掃描激光束，在輻照表面上形成要求的圖案，并且能夠設定激光輸出和激光束移動速度的設備作為激光輻照設備。而且，為了使輻照材料(層壓體)的加工質(zhì)量穩(wěn)定，選用具有大聚焦深度的設備。聚焦深度的變化取決于設備設計的尺寸精度，對于聚焦深度并沒有特別的限制，但是優(yōu)選30微米或更大。圖6所示是可用于本發(fā)明的激光輻照設備的透視圖。附圖6(a)的激光輻照設備60中配備有檢流計，其雙軸配置由X軸和Y軸組成，其設計能使從激光振蕩器61振蕩產(chǎn)生的激光束被Y軸檢流計62反射，進一步被X軸檢流計63反射，并輻照在固定板上的層壓體1上。根據(jù)檢流計62和63的方向決定輻照位置。圖6(b)的激光輻照設備60配備有單軸檢流計或多角鏡64和一個能在正交于掃描的方向上移動的平臺66。從激光振蕩器61發(fā)出的激光束被檢流計或多角鏡64反射，進一步被固定鏡65反射，并輻照在可移動平臺66上的層壓體1上。輻照位置由檢流計或多角鏡64的方向以及可移動平臺66的位置確定。在圖6(c)的設備中，激光振蕩器61被安裝在可移動平臺66上，該平臺在X和Y的雙軸方向上移動，激光輻照在層壓體1的整個表面上。圖6(d)的設備包括固定式激光振蕩器61和能在X與Y的雙軸方向上移動的平臺66。圖6(e)設備的組成是，激光振蕩器61被安裝在可移動平臺66′上，該平臺能在單軸方向上移動，層壓體1被安放在可移動平臺66″上，該平臺能在正交于可移動平臺66′的方向上移動。
當關心層壓體1的晶片會被激光輻照損壞時，優(yōu)選形成一種大禮帽形狀(參見附圖6(f))的輻射能，它具有陡的能量分布，對相鄰區(qū)域的能量泄漏非常低?？梢圆捎萌魏我阎椒ǜ淖冊摷す馐问?，比如，(a)使用聲光設備使能量束偏轉的方法，用折射/衍射法形成激光束的方法，或者(b)用小孔或狹縫在兩邊緣處截去加寬部分的方法。
激光輻照能是由激光功率，激光束掃描速度和束直徑確定的。比如，可以使用的激光功率是0.3到100瓦(W)，但并不限于該范圍，掃描速度是0.1到40米/秒(m/s)，束直徑是5到300微米或更大。為了加快該工序的速度，可以提高激光功率，從而加快掃描速度。因為束直徑變大時可以進一步減少掃描次數(shù)，所以當激光功率足夠高時可以增大束直徑。
光熱轉換層中的可熱分解樹脂因為激光輻照而分解，產(chǎn)生出一種氣體，它在層中產(chǎn)生裂紋，使光熱轉換層自行分離。如果空氣進入裂紋之間，就能避免裂紋的再次粘合。因此，為了便于空氣進入，最好從層壓體的邊緣部分向?qū)訅后w的內(nèi)部進行激光束掃描。
如上所述，光熱轉換層的玻璃化轉變溫度(Tg)優(yōu)選是室溫(20℃)或更高。這是因為，已經(jīng)分開的裂紋可能會在冷卻已分解樹脂時彼此之間發(fā)生再次粘合，從而無法分離。認為再次粘合是由于光熱轉換層的裂紋在載體重量下彼此粘合而發(fā)生的。因此，將輻照過程設計成不會施加載體重量時，就能防止再次粘合，比如，在垂直方向上從下到上進行激光輻照(即，以載體作為底面的配置進行激光輻照)或者從邊緣部分向晶片和光熱轉換層之間插入彎鉤并揭起該層。
要從層壓體的邊緣部分使用激光束，可以采用從邊緣部分向晶片切線方向使激光束直線往返的施加方法，或者采用從邊緣部分向中央部分以類似播放唱片的方式螺旋形輻照激光束的方法。
激光輻照之后，從晶片上分離載體，在進行這個操作時，使用了通用的真空拾取器。揭取器是一個與真空設備相連的圓柱體部件，其末端具有一個抽吸設備。圖7所示是用于分離晶片和載體操作的揭取器的示意圖。在圖7(a)中，揭取器70位于載體5的中央，以垂直方向拾取，從而剝離載體。另外，如圖7(b)中所示，拾取器70位于載體5的邊緣部分，剝離的同時從側面吹入一股壓縮空氣(A)，使其進入晶片2和載體5之間，能更容易地剝離載體。
除去載體之后，除去晶片上的粘合層。附圖8所示是如何剝離粘合層的示意圖。對于除去粘合層3，可優(yōu)選使用粘膠帶80除去粘合層，該粘膠帶能與粘合層3產(chǎn)生比晶片2和粘合層3之間更強的粘合。將這種粘膠帶80安放并粘合在粘合層3上，然后以箭頭所示方向剝離，就能除去粘合層3。
最后留下被固定在切片膠帶或沖切框架上的磨薄晶片，具有模片鍵合膠帶，也可以沒有模片鍵合膠帶。按照常規(guī)方法對該晶片進行切片，完成芯片。但是可以在激光輻照之前進行切片。這種情況下，也可以在晶片與載體仍然粘合時進行切片工序，然后只對切片區(qū)域進行激光輻照，并只在切片部分分離載體。本發(fā)明還適用于在不使用切片膠帶時獨立進行切片工序，通過粘合層將研磨晶片再次轉移至其上具有光熱轉換層的透光載體上即可。
本發(fā)明在以下應用中是有效的。
1.用于高密度封裝的層壓CSP(芯片尺寸封裝)本發(fā)明可以與被稱為內(nèi)系統(tǒng)封裝的器件構成疊層式多芯片封裝，在單一的內(nèi)系統(tǒng)封裝中容納有大量大規(guī)模集成(LSI)器件和無源元件，能實現(xiàn)多功能或高性能。按照本發(fā)明的方法，可以為這些器件高產(chǎn)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在這個器件中，芯片通過直通電極連接，從而縮短布線長度并提高電性能。為了解決技術問題，比如形成用于直通電極的通孔以及在通孔中嵌入銅，必須進一步減小芯片厚度。使用本發(fā)明層壓體順序形成具有這種結構的芯片時，必須在晶片背面上形成絕緣薄膜和突起(電極)，而且層壓需要體耐熱和耐化學品。選擇上述載體，光熱轉換層和粘合層時，即使在這種情況下也能有效地應用本發(fā)明。
3.熱輻射效率，電性能，和穩(wěn)定性有所提高的超薄復合半導體(比如，GaAs)砷化鎵等化合物半導體因為其優(yōu)于硅的電性能(高電子遷移率，直接躍遷型能帶結構)而被用于高性能分立芯片，激光二極管等中。使用本發(fā)明的層壓體能減小芯片厚度，提高其散熱效率，并提高性能。目前，為了減小厚度和形成電極的研磨操作是通過使用油脂或防護材料將半導體晶片粘合至作為載體的玻璃基片上而進行的。因此，這種粘合材料必須能在加工完成后被溶劑溶解，從玻璃基片上分離晶片。這種方法附帶的問題是，分離需要許多天的時間，而且必須處理廢液。使用本發(fā)明的層壓體時就能解決這些問題。
4.為了提高產(chǎn)量而應用于大晶片對于大晶片(比如，12英寸直徑的硅片)而言，晶片與載體的容易分離是很重要的。使用本發(fā)明的層壓體時，能很容易地進行分離，因此，本發(fā)明也能被用于該領域中。
5.超薄石英晶片在石英晶片領域中，要求降低晶片厚度以提高振蕩頻率。使用本發(fā)明的層壓體時，能很容易地進行分離，因此，本發(fā)明也能被用于該領域中。
以下參考實施例更詳細說明本發(fā)明。
首先，使用各種激光輻照條件，評價用于分離載體和晶片的優(yōu)選條件。由于分離的性質(zhì)取決于光熱轉換層受激光輻照時的分解程度，所以使用玻璃基片替代研磨晶片。使用127毫米(mm)×94毫米×0.7毫米的玻璃基片作為透光載體，使用上述同樣的玻璃基片替代晶片。采用旋涂法將具有下表1中所示組成的光熱轉換層前體的10％溶液(在丙二醇甲醚乙酸酯溶劑中)涂覆在玻璃基片上。
表1光熱轉換層
EC600JD(Ketjen Black International Co.)碳黑，平均粒度30納米；Solsperse 5000(Zeneca Co.，Ltd.)分散助劑；Disperbyk 161(BYK ChemieJapan Co.，Ltd.)分散劑(在乙酸丁酯中為30％)；UR8300(Toyobo Co.，Ltd.)氨基甲酸酯改性的聚酯樹脂(在甲苯/甲基乙基酮中為30％)，MW＝30000，Tg＝23℃，斷裂強度為400千克/平方厘米，斷裂伸長率為500％；Ebecryl EB629(Daicel UCB Co.Ltd.)用單體(TMPTA)稀釋至33％的酚醛樹脂清漆環(huán)氧丙烯酸酯，低聚物MW＝550。
TMPTA-N(Daicel UCB Co.Ltd.)三羥甲基丙烷三丙烯酸酯；Irgacure 369(Ciba Specialty Chemicals K.K.)2-芐基-2-N，N-二甲氨基-1-(4-嗎啉代苯基)-1-丁酮；和Irgacure 184(Ciba Specialty Chemicals K.K.)1-羥基環(huán)己基苯基酮。
加熱(80℃，2分鐘)使其干燥，然后用紫外(UV)輻射固化，在載體上形成光熱轉換層。將具有下表2中所示組成的粘合層前體逐滴涂覆在另一玻璃基片上。將這些基片彼此層壓在一起，進行紫外輻照，固化粘合層前體，從而獲得層壓體。
表2粘合層
UV-6100B(Nippon Synthetic Chemical Industry Co.，Ltd)丙烯酸化氨基甲酸酯低聚物，MW＝6700，紫外固化之后的Tg為0℃；HDODA(Daicel UCB)1，6-己二醇二丙烯酸酯；Darocurel173(Ciba Specialty Chems.)2-羥基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮。
這個層壓體的結構是玻璃基片/光熱轉換層/粘合層/玻璃基片，光熱轉換層的厚度是0.9微米，粘合層厚度是100微米。將這個層壓體安放在圖4所示層壓體固定設備的固定板上，使用真空設備從下側進行減壓，用抽吸力將層壓體固定在固定板上。使用YAG激光(波長為1064納米)作為輻射能的激光束源。激光輸出在0.52到8.00瓦的范圍內(nèi)變化，束直徑和掃描行距相同，在90到200微米的范圍內(nèi)變化，激光掃描速度在0.2到5米/秒的范圍內(nèi)變化，從層壓體邊緣部分直線往復地施加激光束，激光束輻照在層壓體的整個表面上。
在經(jīng)過激光束這樣輻照的層壓體玻璃基片上粘貼壓敏粘膠帶(SCOTCHTM壓敏粘膠帶，從3M Company，St.Paul，MN獲得的#3305)，然后拾取。
通過這個初步測試，發(fā)現(xiàn)當激光輸出為6.0到8.0瓦，束直徑和掃描行距是100到200微米，而且激光掃描速度是0.2到2.0米/秒時，分離玻璃基片的效果很好。
實施例1使用220毫米(直徑)×1.0毫米(厚度)的玻璃基片作為透光載體，用200毫米(直徑)×750微米(厚度)的硅片作為晶片。采用旋涂法將具有上表1中所示組成的光熱轉換層前體的10％溶液(在丙二醇甲醚乙酸酯溶劑中)涂覆在玻璃基片上。對其加熱干燥，然后用紫外(UV)輻射固化，在載體上形成光熱轉換層。同樣采用旋涂法將具有上表2中所示組成的粘合層前體涂覆在晶片上。在圖2中所示的真空粘合設備中將玻璃基片和晶片層壓在一起，然后用紫外光輻照，固化粘合層前體，從而獲得層壓體。該層壓體的結構是玻璃基片/光熱轉換層/粘合層/硅片，光熱轉換層的厚度是0.9微米，粘合層的厚度是100微米，粘合面積是314平方厘米。
將所制得的層壓體安放在圖3中所示的研磨設備中，在輸入一股水流的同時，使轉動的磨輪與層壓體接觸，進行研磨。研磨至晶片厚度為50微米。然后在晶片的研磨表面上安放切片膠帶和切片框架，將層壓體傳送至圖5中所示層壓體固定設備的固定板上，使用真空設備從下側進行減壓，用抽吸使層壓體固定在固定板上。
根據(jù)上述初步測試的結果，使用YAG激光(波長為1064納米)進行激光輻照，激光輸出是6.0瓦，束直徑和掃描行距都是100微米，激光掃描速度是1.0米/秒。從層壓體的邊緣部分向切線方向?qū)訅后w進行直線往復的激光束輻照。采用這種方法輻照層壓體的整個表面。固定輻照層壓體的玻璃板上裝有抽吸裝置，對其拾起，就能很容易地從晶片上分離玻璃板，制得其上具有粘合層的晶片。
從晶片上剝離粘合層時，將壓敏粘膠帶(從3M獲得的SCOTCHTM#3305WaferDe-taping Tape)粘貼在粘合層的表面上，并以180°的方向剝離，從而在不損壞晶片的情況下獲得厚度是50微米的硅片。
實施例2在本實施例中，按照與實施例1相同的方式進行測試，區(qū)別在于進行了以下改變。使用具有下表3中所示固體含量比組成的20％溶液(在丙二醇甲醚乙酸酯中)作為光熱轉換層前體。而且，為了防止在激光輻照期間因為玻璃基片的重量而導致再次粘合，應在玻璃基片邊緣部分插入一個L形彎鉤，并用彈簧掛起，這樣就能防止在激光束輻照期間因為玻璃基片的重量而導致再次粘合。與實施例1類似，可以在不破壞晶片的情況下獲得厚度為50微米的硅片。
表3光熱轉換層
Raven 760(Columbian Carbon Japan Ltd.)碳黑；Disperbyk 161(BYKChemie)分散劑(在乙酸丁酯中為30％)；Ebecryl 8804(Daicel UCB)脂肪族氨基甲酸酯二丙烯酸酯，MW＝1400(在甲苯中為30％)；Irgacure 369(Ciba Specialty Chemicals K.K.)2-芐基-2-N，N-二甲氨基-1-(4-嗎啉代苯基)-1-丁酮；Irgacure 184(也從Ciba獲得)1-羥基環(huán)己基苯基酮。
實施例3在本實施例中，按照與實施例2相同的方式進行測試，區(qū)別在于使用具有下表4中所示固體含量比組成的10％溶液(在丙二醇甲醚乙酸酯中)作為光熱轉換層前體。該光熱轉換層前體是含有碳黑的聚合物溶液，因此只能通過干燥方法形成光熱轉換層。
表4光熱轉換層
Raven 760碳黑；Disperbyk 161分散劑；UR8300聚氨酯聚酯。
通過與實施例相同的操作，能在不破壞晶片的情況下獲得厚度是50微米的硅片。
對比例1按照與實施例1相同的方式進行測試，區(qū)別在于制備這種由硅片/壓敏粘膠帶/玻璃基片組成的層壓體時沒有使用光熱轉換層，而且使用雙面壓敏粘膠帶(SCOTCHTM#9415高粘性/低粘性)替代粘合層，使較低粘性的粘合劑接觸晶片。不能剝離硅片。
實施例4到10以下按照與實施例1到3相同的方式進行測試，改變光熱轉換層的組成和厚度，并使用與實施例1到3中所用相同組成的粘合劑(高彈性模量型粘合劑)或者具有以下組成的粘合劑(低彈性模量型粘合劑)。粘合層厚度為50微米。將硅片研磨到25微米厚度。各實施例中光熱轉換層的組成和厚度以及粘合層的組成如表5和6中所示。在實施例4到6中，摻入氧化硅作為透明填料。
表5光熱轉換層A(含有氧化硅)
光熱轉換層B(含有氧化硅)
光熱轉換層C(含有氧化硅)
光熱轉換層D
光熱轉換層E
粘合層A(低彈性模量)
粘合層B(高彈性模量)
光熱轉換層材料Black Pearls 130(Cabot Corporation)碳黑；EC600JD碳黑；AEROSIL 380(Nippon Aerosil Co.)氧化硅填料；Joncryl 690(Johnson Polymer Co.)；聚丙烯酸酯樹脂，酸值＝240，MW＝15500，Tg＝102℃；Disperbyk 161(BYK ChemieJapan Co.，Ltd)分散劑；Solsperse 5000(Zeneca Co.，Ltd)分散劑。
粘合層材料UV-6100B(The Nippon Synthet ic Chemical Industry Co.，Ltd)丙烯酸化氨基甲酸酯低聚物，MW＝6700，紫外固化后的Tg為0℃；HDODA(DaicelUCB Company Ltd.)1，6-己二醇二丙烯酸酯；HOA-MS(Kyoeisha ChemicalCo.，Ltd)2-丙烯酰氧乙基琥珀酸；Irgacure 369(Ciba Specialty ChemicalsK.K.)2-芐基-2-N，N-二甲氨基-1-(4-嗎啉代苯基)-1-丁酮。
表6
在每個實施例中都制備了兩種樣品，一種使用高彈性模量粘合劑作為粘合層，另一種使用低彈性模量粘合劑作為粘合層。
測試中，按照實施例1中所述步驟分離晶片和玻璃基片。測試結果如下表7中所示。
表7從玻璃上分離層壓體需要的力
*1在波長365納米處測得的值。
*225℃時的彈性模量為320兆帕。
*325℃時的彈性模量為10兆帕。
*4FVC(填料體積濃度)；TFVC(最高填料體積濃度)，可以從干燥狀態(tài)下填料的空隙體積確定，使用填充上述填料空隙所需要的液體量(吸油量)確定。
*5采用防止再次粘合的方法能很容易地分離晶片和載體。
由上表可知，使用高彈性模量型粘合層時，在實施例4到10中都能很容易地分離玻璃基片和25微米晶片。使用低彈性模量型粘合層時，在實施例6和8到10中都不容易分離玻璃基片和晶片，這些實施例中的FVC/TFVC是80％或更小。在實施例8中，F(xiàn)VC/TFVC是80％或更大，但是由于光熱轉換層的厚度較小(0.3微米)，所以會因為粘合層局部暴露于分離表面而發(fā)生再次粘合，需要較大的力。在實施例6和8到10中，按照實施例2和3中的相同方式，采用與實施例2和3中所述相同的防止再次粘合方法(用L型彎鉤和彈簧將其掛起)再次制備測試樣品并進行測試。這時，能很容易地分離玻璃基片和25微米晶片。在實施例4和5中，不僅使用了碳黑，還使用了氧化硅，即使FVC/TFVC是80％或更大，也能保證約2％的紫外(365納米)透射率，而且能在短時間內(nèi)固化使用了可紫外固化粘合劑的粘合層。
實施例11到14(在某些實施例中優(yōu)選的粘合層)在這些實施例中，使用下表中所示的光熱轉換層和粘合劑組成的材料制造本發(fā)明的層壓體。
表8粘合層1
粘合層2
表9粘合層3
表10光熱轉換層
粘合劑材料UV-6100B(The Nippon Synthetic Chemical Industry Co.，Ltd.)丙烯酸化氨基甲酸酯低聚物，MW＝6700，紫外固化之后的Tg為0℃和UV-7000B(也從Nippon Synthetic Chem.獲得)丙烯酸化氨基甲酸酯低聚物，MW＝3500，紫外固化之后的Tg為52℃；1，6-HX-A(Kyoeisha Chemical Co.，Ltd.)；FA513A(Hitachi Chemical Co.，Ltd.)；HOA-MS(Kyoeisha Chemical Co.，Ltd.)；DCPA(Kyoeisha Chemical Co.，Ltd.)；Irgacure 369(Ciba Specialty ChemicalsK.K.)。
光熱轉換層材料Sevacarb(Columbian Carbon Japan Ltd.)；Aerosil 200(Nippon AerosilCo.)；Joncryl 690(Johnson Polymer Co.)；Disperbyk 161(BYK ChemieJapan Co.，Ltd.)。
測量粘合劑1到3的儲能模量時，使用尺寸是22.7毫米×10毫米×50微米的樣品，拉伸模式，頻率為1赫茲，應變是0.04％，升溫速率是5℃/分，使用從Rheometrics，Inc.獲得的SOLIDS ANALYZER RSA II。結果如表11中所示。在表中示出50℃時的彈性模量，假設研磨時的最高溫度是50℃。而且，表中還示出在25到180℃時測得的最小彈性模量。
為了驗證粘合劑作為粘合層時的粘合強度，按照以下方法測量每種粘合劑的粘合強度(劈開模式)。如圖9所示，通過強壓敏粘合雙面涂層膠帶將硅片92固定在水平支撐臺91上。在硅片92上涂覆面積為3.5平方厘米的粘合層(粘合劑1)，干燥并進行光固化，形成厚度為50微米的粘合層93。將接觸面積為3.5平方厘米的L形測量夾具94通過壓敏粘合雙面涂層膠帶粘合在固化的粘合層93上。在L形測量夾具94的垂直末端連接一根金屬絲，懸掛砝碼95，在水平方向上施加拉伸力，并以20毫米/分的拉伸速度移動砝碼。斷裂時的負載是表11中所示的粘合強度(劈開模式)。而且，進行預先熱處理(140℃，3分鐘)恢復粘合強度。預先熱處理之后的粘合強度也如表11中所示。
實施例11將上面涂覆有光熱轉換層的玻璃基片通過厚度為50微米的粘合劑1與硅片進行層壓并用紫外光固化。粘合面積是314平方厘米。用研磨器在供研磨水的條件下研磨層壓樣品的晶片面至晶片厚度為25微米，然后使用干法拋光設備除去損壞層(大約2微米)。用模片鍵合膠帶模擬熱壓粘合，將制得的樣品在180℃的熱板上放置3分鐘。而且，從玻璃側進行激光輻照，除去玻璃基片，然后剝離粘合劑。研磨條件如下所示。
(1)研磨設備由DISCO制造的DFG850E型(2)研磨條件
實施例12
采用與實施例11相同的步驟進行測試，區(qū)別在于使用粘合劑2，而且在層壓之后，將研磨前的樣品在140℃的烘箱中放置3分鐘，以此作為預先熱處理。
實施例13采用與實施例11相同的步驟進行測試，區(qū)別在于使用粘合劑3，而且將粘合劑厚度改變?yōu)?5微米。
實施例14采用與實施例11相同的步驟進行測試，區(qū)別在于使用粘合劑3，而且將晶片的研磨最終厚度改變?yōu)?0微米。
表11
*預先熱處理(140℃，3分鐘)
從表11中可知，甚至在與常規(guī)研磨至150微米相同的條件下進行研磨時，在研磨時也不會出現(xiàn)邊緣破碎，或者水進入晶片與粘合層之間界面的問題。在預先熱處理之后能得到足夠高的粘合強度，而且不會發(fā)生因為預先熱處理之后粘合層的粘合強度增大而不能從晶片上分離粘合層的問題。這顯示，在除去(比如，使用化學品的化學蝕刻方法，使用漿料進行機械和化學拋光的CMP方法，或者根本不使用化學品進行拋光的干法拋光方法)研磨之后殘留在晶片上的損壞層(因為研磨而不是單晶體損壞的層)時，也不會出現(xiàn)邊緣破損或剝落的現(xiàn)象。
實施例15和16(含有附加層的層壓體)在這些實施例中，制造了含有第一中間層和第二中間層的層壓體。
使用以下物質(zhì)作為光熱轉換層，第二中間層，壓敏粘合劑，可光固化粘合劑，透光載體(玻璃基片)和待研磨基片。
表12光熱轉換層
表13第二中間層
表14壓敏粘合劑
玻璃基片TENPAX耐熱玻璃表15可光固化粘合劑
待研磨材料厚度為750微米的硅片。
原料(前體)Sevacarb(Columbian Carbon Japan Ltd.)；Aerosil 200(Nippon AerosilCo.)；Disperbyk 161(BYK Chemie Japan Co.，Ltd.)；Joncryl 690(JohnsonPolymer Co.)；UV7000B，UV6100B(The Nippon Synthetic Chemical IndustryCo.，Ltd.)；FA513A(Hitachi Chemical Co.，Ltd.)；1，6-HX-A(KyoeishaChemical Co.，Ltd.)；Irgacure 369(Ciba Specialty Chemicals K.K.)；UR8700氨基甲酸酯改性的聚酯樹脂，MW＝32000，Tg＝-22℃。斷裂強度＜100千克/平方厘米，斷裂伸長率1000％；UR3200氨基甲酸酯改性的聚酯樹脂，MW＝40000，Tg＝-3℃，斷裂強度＜100千克/平方厘米，斷裂伸長率700％(都從Toyobo Co.，Ltd.獲得)。
實施例15a)制備層壓體在50微米的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜(TEIJIN O Film，由TejinLtd.制造)(對應于圖1(f)中的一中間層)上涂覆光熱轉換層(1微米)并干燥，在上面涂覆中間層(對應于圖1(f)中的第二中間層9)(30微米)并干燥。而且，在上面涂覆壓敏粘合劑(10微米)，制成壓敏粘合單面涂層膠帶。然后，使用滾筒對該膠帶和玻璃基片進行層壓，獲得玻璃基片/壓敏粘合層/第二中間層/光熱轉換層/PET薄膜(第一中間層)。
另外，在一個硅片上涂覆可光固化粘合劑。然后，通過可光固化粘合劑將該硅片層壓在玻璃基片/壓敏粘合層/第二中間層/光熱轉換層/PET薄膜(第一中間層)制件的暴露PET薄膜表面上，并從玻璃基片側用紫外光輻照，固化粘合劑。該層壓體的粘合面積是314平方厘米。
b)背面研磨將層壓體中的硅片背面研磨至50微米。
c)分離玻璃基片將制得層壓體的研磨晶片表面粘貼在切片膠帶上，然后固定在真空夾盤臺上。然后，使用YAG激光(輸出7瓦，波長1064納米)從玻璃基片側輻照整個表面，從PET薄膜(第一中間層)上分離玻璃基片和壓敏粘合劑/第二中間層。
d)分離粘合層將壓敏粘膠帶(SCOTCHTM#3305，從3M獲得)粘合在第一中間層(PET薄膜)的暴露表面上，并向上拉扯，從晶片基片上除去薄膜和粘合層。
e)分離壓敏粘合劑和第二中間層將壓敏粘膠帶(#3305)粘合在第二中間層的暴露表面上，并向上拉扯，從玻璃基片上整體除去中間層和壓敏粘合劑。
結果證明能在不使粘合層破裂的情況下從晶片表面上一起除去粘合層和薄膜。在晶片表面上沒有觀察到殘留的膠等。
還證明能從玻璃基片表面上整體除去中間層和壓敏粘合劑。該玻璃基片用乙醇和純水清洗之后能重復使用。
實施例16按照與實施例15相同的方式制造層壓體并進行測試，區(qū)別在于使用多層光學薄膜(3MTMSolar Reflecting Film，從3M獲得)替代PET薄膜。
結果證明能在不使粘合層發(fā)生破裂的情況下從晶片表面上一起除去粘合層和薄膜。在晶片表面上沒有觀察到殘留的膠等。
還證明能從玻璃基片表面整體除去中間層和壓敏粘合劑。該玻璃基片用乙醇和純水清洗之后能重復使用。而且，由于所用多層光學薄膜能透射使可光固化粘合劑固化形成粘合層所需的光并能反射輻射能處理所需的激光，所以可固化粘合層而不會發(fā)生任何問題，而且同時能保護晶片上的電路圖，使其不會因為受到激光而被損壞。
使用本發(fā)明的層壓體能在不損壞基片的情況下從載體上分離被研磨至非常薄的基片。通過激光束等輻射能分離載體和基片，就能很容易地從基片上剝離粘合層，能在不損壞基片的情況下制造超薄基片。
權利要求
1.一種層壓體，其包括待研磨基片；與所述基片接觸的粘合層；位于該粘合層下方的光熱轉換層，其含有吸光劑和可熱分解樹脂；和位于該光熱轉換層下方的透光載體。
2.如權利要求1所述的層壓體，其特征在于所述基片是脆性材料。
3.如權利要求1所述的層壓體，其特征在于所述基片是硅片。
4.如權利要求1到3中任一項所述的層壓體，其特征在于所述吸光劑包括碳黑。
5.如權利要求1到4中任一項所述的層壓體，其特征在于所述光熱轉換層還含有透明填料。
6.如權利要求5所述的層壓體，其特征在于所述透明填料是氧化硅。
7.如權利要求5或6所述的層壓體，其特征在于所述吸光劑是碳黑，以所述光熱轉換層的體積計，所述光熱轉換層中的所述碳黑和所述透明填料的總量為5-70體積％。
8.如權利要求5-6任一項所述的層壓體，其特征在于所述吸光劑是碳黑，所述光熱轉換層中的所述碳黑和所述透明填料的總量是臨界填料體積濃度的80％或更多。
9.如權利要求1所述的層壓體，其特征在于所述光熱轉換層含有占所述光熱轉換層體積5-70體積％的碳黑。
10.如權利要求1到9中任一項所述的層壓體，其特征在于所述載體是玻璃。
11.如權利要求1到10中任一項所述的層壓體，其特征在于所述粘合層是一種光固化粘合劑。
12.如權利要求1到11中任一項所述的層壓體，其還包括位于所述粘合層和所述光熱轉換層之間的第一中間層。
13.如權利要求12所述的層壓體，其特征在于所述第一中間層是多層光學薄膜。
14.如權利要求1到13中任一項所述的層壓體，其特征在于第二中間層位于所述光熱轉換層和所述透光載體之間，所述第二中間層和所述透光載體通過另一個粘合層粘合。
15.一種制造如權利要求1到14中任一項所述的層壓體的方法，所述方法包括在透光載體上涂覆含有吸光劑和可熱分解樹脂的溶液或作為可熱分解樹脂的前體材料的單體或低聚物的光熱轉換層前體；干燥硬化或固化所述光熱轉換層前體，在所述透光載體上形成光熱轉換層；將粘合劑施涂于待研磨基片或光熱轉換層上，形成粘合層；和在減壓條件下通過所述粘合層粘合所述待研磨基片和所述光熱轉化層，形成層壓體。
16.一種用于制造如權利要求1到14中任一項所述的層壓體的設備，其中位于透光載體上的光熱轉換層在減壓條件下通過粘合層被層壓在待研磨基片上，所述設備包括真空室，它能減壓至預定壓力；位于所述真空室中的支撐部件，在該支撐部件上安放(i)待研磨基片或(ii)透光載體，其上形成有光熱轉換層；和位于所述真空室中的固定和放松裝置，它能在所述支撐部件的上部在垂直方向上移動，能夾持另一個待研磨基片或其上形成有光熱轉換層的透光載體的外緣，在待研磨基片與光熱轉換層非常接近時還能將其松開。
17.一種制造薄基片的方法，其包括制備如權利要求1到14中任一項所述的層壓體；研磨所述基片至要求厚度；通過所述透光載體輻照所述光熱轉換層，使所述光熱轉換層分解，從而在研磨之后分離所述基片和所述透光載體；和研磨之后從所述基片上剝離所述粘合層。
18.一種制造研磨基片的設備，其包括研磨器，適于對如權利要求1到14中任一項所述的層壓體基片進行研磨；輻射源，它能通過所述透光載體向所述光熱轉換層提供足夠高的輻射能，使所述光熱轉換層分解，從而在研磨之后分離所述基片和所述透光載體；和分離器，適于從所述基片上除去所述粘合層。
全文摘要
提供一種層壓體，其包括待研磨基片和載體，該基片被研磨至很小厚度，而且能在不損壞基片的情況下與載體分離。本發(fā)明的一個實例是一種層壓體，其包括待研磨基片，與待研磨基片接觸的粘合層，含有吸光劑和可熱分解樹脂的光熱轉換層，和透光載體。對與粘合層接觸面相反的基片表面進行研磨之后，通過透光層輻照該層壓體，光熱轉換層分解，使基片與透光載體分離。
文檔編號H01L21/68GK1703773SQ03812196
公開日2005年11月30日 申請日期2003年6月2日 優(yōu)先權日2002年6月3日
發(fā)明者野田一樹, 巖澤優(yōu) 申請人:3M創(chuàng)新有限公司