晶圆减薄用砂轮

技术领域

本发明关于一种砂轮(grinding wheel)，特别指一种晶圆减薄用砂轮。

背景技术

现阶段而言，研磨相关技术已从各个方面影响着半导体产业，例如晶圆减薄(或称晶圆薄化，wafer thinning)或者晶圆平坦化等；其中又涉及机械式轮磨(Grinding)以及化学机械抛光(CMP)等多样技术。

化学机械抛光可使晶圆表面平坦化以进行后续制作集成电路，其制程中包括使用研磨浆液及抛光垫，研磨浆液的液体具有腐蚀性，而其中的粒子可充满于抛光垫的微细沟槽经固定后，于抛光垫旋转时提供机械摩擦力研磨晶圆，降低晶圆表面的粗糙度并达到抛光效果。

机械式轮磨则是目前晶圆薄化最常使用的技术，主因在于其薄化速度快，设备成本相对低且薄化质量稳定。具体而言，机械式轮磨利用高速旋转的主轴带动研磨砂轮，并利用其表面的磨料颗粒与工作表面接触并交互作用，以此达到磨削的目的。

由于上述技术通常涉及快速且重复的研磨过程，研磨器材在长期使用下可能因碰撞导致其组件损伤，进而影响制作后续成品的精度。有鉴于此，现有技术中提出了在用于CMP的研磨垫中增设高分子缓冲层的额技术特征(如中国台湾发明专利公告号TW I410299B一案)；亦见在研磨层内侧设置弹簧结构的相关内容(如中国发明专利公布号CN105397650A一案)。

发明内容

本发明人经观察后发现，由于缓冲层的设置可能导致用于晶圆减薄的研磨砂轮的精度下降，故综观现有技术可见，其通常仅应用于抛光研磨器材当中；然而，抛光制程的加工效率、加工成本以及环境永续成本皆相对较高。有鉴于此，本发明人进一步测试后发现，当结构中的磨料颗粒的粒径与缓冲层的厚度皆在一定的数值范围内时，不但令缓冲层得以发挥其减缓外力并降低组件受损之效，更能保有其研磨砂轮的良好精度。换言之，实际上即可采用晶圆减薄实行最大程度的加工程序，进而降低整体制程的成本并提高效率。

有鉴于此，本发明一方面提供一种晶圆减薄用砂轮，其包含：

一基板；一缓冲层，设于该基板之上，该缓冲层的厚度为20至50μm；及一研磨层，设于该缓冲层之上，且该研磨层具有多个分散于其中的磨料颗粒，且该磨料颗粒的平均粒径为界于0.05至5μm。

本发明另一方面提供一种晶圆减薄用砂轮，其包含：一基板；一第一黏合层，设于该基板之上；一缓冲层，设于该第一黏合层之上，该缓冲层的厚度为20至50μm；一第二黏合层，设于该缓冲层之上；及一研磨层，设于该第二黏合层之上，且该研磨层具有多个分散于其中的磨料颗粒，且该磨料颗粒的粒径界于0.05至5μm。

根据本发明的一实施例，该缓冲层包含一金属材料。较佳地，该结构状金属材料为带有周期结构的金属片材。更佳地，该金属材料的厚度为1至50μm。

根据本发明的一实施例，该缓冲层包含一高分子弹性体。较佳地，该高分子弹性体为硅氧烷树脂。

根据本发明的一实施例，该第一黏合层及/或第二黏合层为环氧树脂。

根据本发明的一实施例，该研磨层具有一研磨尖端，该研磨尖端为刀刃状、圆锥状、圆弧状、圆柱状、角锥状或角柱状。较佳地，该磨料颗粒选自由钻石、立方氮化硼、氧化铝、氧化铈及碳化硅所组成的群组。

根据本发明的一实施例，该基板选自由不锈钢、模具钢、金属合金、陶瓷及塑料所组成的群组。

相较于现有技术，本发明的晶圆减薄用砂轮设有缓冲层，并且界定其厚度与磨料颗粒的粒径皆在一定的数值范围内；因此，所述晶圆减薄用砂轮不但可具有缓冲层所发挥的减缓外力并降低组件受损的效果，还能保有其良好精度。换言之，实际上即可采用晶圆减薄实行最大程度的加工程序，进而降低整体制程的成本并提高效率。

附图说明

为让本发明的上述与其他目的、特征、优点与实施例能更浅显易懂，所附图式的说明如下：

图1是本发明实施例一的晶圆减薄用砂轮剖面示意图。

图2是本发明实施例二的晶圆减薄用砂轮剖面示意图。

图3是本发明实施例三的晶圆减薄用砂轮剖面示意图。

图4是砂轮随时间受力变化比较示意图。

附图标记说明：

100A,100B,100C：晶圆减薄用砂轮

110：基板

120：黏合层

130：缓冲层

130S：周期结构

150：研磨层

152：磨料颗粒

A：砂轮

B：工件

D：厚度

d：粒径

根据惯常的作业方式，图中各种特征与组件并未依实际比例绘制，其绘制方式是为了以最佳的方式呈现与本发明相关的具体特征与组件。此外，在不同图式间，以相同或相似的组件符号指称相似的组件及部件。

具体实施方式

以下实施方式不应视为过度地限制本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者可在不背离本发明的精神或范畴的情况下对本文所讨论的实施例进行修改及变化，而仍属于本发明的范围。

本文中术语“一”及“一种”代表于本文中的语法对象有一个或多于一个(即至少一个)。

首先，本发明提供一种晶圆减薄用砂轮，其包含：一基板；一缓冲层，设于该基板之上；及一研磨层，设于该缓冲层之上，且该研磨层具有多个分散于其中的磨料颗粒。另一方面，本发明提供一种晶圆减薄用砂轮，其包含：一基板；一第一黏合层，设于该基板之上；一缓冲层，设于该第一黏合层之上；一第二黏合层，设于该缓冲层之上；及一研磨层，设于该第二黏合层之上，且该研磨层具有多个分散于其中的磨料颗粒。

本文所称的“基板”由不锈钢、金属材料、塑料材料及陶瓷材料的其一或以上所构成；实际上只要能够承载该研磨层即可。较佳材料可为金属基板、金属合金基板、不锈钢基板或模具钢基板。更具体而言，该金属基板包含但不限于铜、铁、铝、钛或锡等；金属合金基板包含但不限于铁合金、铜合金、铝合金、钛合金或镁合金等。

本文所称的“黏合层”指一用于黏接相邻层体的结构。具体而言，该第一/第二黏合层的材料皆选自由感压胶、一液型糊剂、二液型糊剂、压克力树脂及环氧树脂所组成的群组；较佳地，该第一黏合层及第二黏合层的材料皆为环氧树脂。感压胶通常包含载体膜，该载体膜包括聚酯，且在载体膜的上侧及下侧上具有具流动性的黏合层。一液型糊剂指包含高分子量弹性体充当黏接剂的糊剂，较佳包含聚胺酯，一液型糊剂包含油改质型涂料及湿气硬化型涂料。压克力树脂包含常温硬化型及加热硬化干燥型；其中常温硬化型主要为压克力树脂单体，加热硬化干燥型则是以压克力树脂聚合物为基本构造，于其中导入活性反应基，当加热时该树脂单独或与含有反应基的树脂以及交联剂反应形成三次元的网状结构。环氧树脂则可通过加入交联剂而进一步形成三次元结构。

本文所称的“缓冲层”指一提供减缓装置所受外力效果的层体；在一些情况下，缓冲层所具备的材料可能具有相较其他部分更高的压缩率。该缓冲层的厚度为20至50μm，例如：20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50μm。

根据本发明的一些实施例，该缓冲层包含一金属材料；具体而言，该金属材料选自由铁、钴、镍、铬、锰、硅、铝所组成的群组。更进一步地，所述金属材料是一带有周期结构的金属片材。本文所称的“带有周期结构的金属片材”指一种设有具重复性且排列规则的微结构的金属片材；较佳地，所述微结构可为一弹性结构。根据本发明的一些特定实施例，该金属材料的厚度为1至50μm，例如：1、5、10、15、20、25、30、35、40、45或50μm。

根据本发明的一些实施例，该缓冲层包含一高分子弹性体。如本文所用，“高分子弹性体”是展现类似橡胶质量的一聚合物种类。根据本发明的一些实施例，该高分子弹性体的材料选自树脂、聚合物、聚合物复合材料、环氧树脂及硅氧烷树脂所组成的群组；较佳地，该缓冲层包含硅氧烷树脂。

本文所称的“研磨层”是用于承载该多磨料颗粒的层体，且其附着于该基板上。该磨料颗粒主要嵌入固定在该研磨层之中。具体而言，该研磨层材料的选用包含硬焊材料、电镀材料、陶瓷材料、金属材料或高分子材料，本发明不为此所限。更进一步地，该硬焊材料、该电镀材料或该金属材料选自由铁、钴、镍、铬、锰、硅、铝所组成的群组；而该高分子材料包含环氧树脂、聚酯树脂、聚丙烯酸树脂或酚醛树脂；另，该陶瓷材料包含各种金属氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硅化物或其等的组合，例如碳化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝、碳化钛、硼化钛或碳化硼等。

本文所称的“磨料颗粒”选自由天然钻石、人造钻石、多晶钻石、立方氮化硼、氧化铝、氧化铈及碳化硅所组成的群组。该磨料颗粒的外形可为但不限于角锥状、圆锥状、圆弧状、圆柱状、刀刃状或角柱状。该磨料颗粒的平均粒径为界于0.05至5μm；例如：0.05、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5μm。

实施例1：

本案实施例1是用于具体呈现本发明所提供的晶圆减薄用砂轮。图1示意本发明实施例1的晶圆减薄用砂轮100A的层叠结构。该晶圆减薄用砂轮100A包括一基板110，并在该基板110上方依序设置一缓冲层130以及一研磨层150。该缓冲层130具有一厚度D。而该研磨层150包括多磨料颗粒152，且该多磨料颗粒分具一粒径d。详细而言，该缓冲层130直接设置于该基板110上方，而该研磨层150则直接设置于该缓冲层130上方。

另一方面，该厚度D为20至50μm，例如：20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50μm。该粒径d则为0.05至5μm；例如：0.05、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5μm。

实施例2：

本案实施例2是用于具体呈现本发明所提供的晶圆减薄用砂轮。图2呈现本发明实施例2的晶圆减薄用砂轮100B的层叠结构。晶圆减薄用砂轮100B的结构与实施例1中晶圆减薄用砂轮100A的结构实质上相似，两者的差别在于，在晶圆减薄用砂轮100B中，该缓冲层130及该基板110之间，以及该研磨层150及缓冲层130之间皆进一步设有一黏合层120(分别为第一黏合层及第二黏合层)。

实施例3：

本案实施例3是用于具体呈现本发明所提供的晶圆减薄用砂轮。图3呈现本发明实施例3的晶圆减薄用砂轮100C的层叠结构。晶圆减薄用砂轮100C的结构与实施例2中晶圆减薄用砂轮100B的结构实质上相似，两者的差别在于，该缓冲层130当中设有多周期结构130S。具体而言，该多周期结构130S之间为中空结构，且其间为一固定间距。根据本发明较佳的实施例，该多周期结构130S可分别为一弹性结构或一支撑结构；例如；弹簧。

随时间受力变化分析：

于此，本案发明人分别测试本案实施例的晶圆减薄用砂轮与习用砂轮在研磨工件时，其随时间所受外力的变化情形。图4呈现砂轮A在研磨工件B的过程中随时间的受力变化。如图4所示，其横轴呈现时间(单位为ms)，而其纵轴则呈现砂轮所受外力(单位为N)。实施例于图中以实线表达，而现有砂轮则以虚线表达。详细而言，在此测试中，砂轮的研磨采定速的进刀模式。

由图4可见，在一定时间内，本案实施例的晶圆减薄用砂轮在研磨工件的过程中所受外力的变化，相较于现有的砂轮而言，实质上较为平缓且稳定，亦未如同习用砂轮在测试中有遽然上升的受力情形。

在不为特定理论所限制下，研磨层厚度约为缓冲层厚度的5～500倍，较佳为100～350倍，更佳为120～200倍。

综上所述，实施例的晶圆减薄用砂轮基于其界定可相对现有砂轮而实质减缓其研磨过程中所受外力。据此可理解，本发明的晶圆减薄用砂轮不但可具有缓冲层所发挥的减缓外力并降低组件受损的效果，还能保有其良好精度，可进一步在实际上改善制程的加工效率、加工成本以及环境永续成本等面向。

以上已将本发明做一详细说明，惟以上所述者，仅惟本发明的一较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明的专利涵盖范围内。