JP6346827B2 - 加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、板状ワークにレーザ光線を照射して加工を施し、チップを生成する加工方法に関する。

従来、板状ワークとして、格子状に形成された複数のストリートによって区画された複数の領域に発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスが形成されたウエーハが知られている。このウエーハにあっては、ストリートに沿って切断することにより個々の光デバイスとなるチップが製造される。このようなウエーハの切断方法として、ストリートに沿ってレーザ光線を照射し、アブレーション加工を施す方法が提案されている（特許文献１及び２参照）。

しかしながら、ウエーハにレーザ光線を照射すると、レーザ光線が照射された領域に熱エネルギーが集中してデブリ（溶解物）が発生し、このデブリがチップの表面に付着してチップの品質を低下させる、という問題がある。そこで、特許文献１及び２では、デブリの付着を回避するため、保護部材で形成される保護膜によってウエーハの加工面側を被覆する方法が提案されている。

一方、光デバイス用のウエーハとなる板状ワークとして、基板の上面に、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂で形成される樹脂層を備えたものが知られている。樹脂層は発光部の表面を保護するものであり、高出力の基板では、発熱による樹脂層の変色防止を図るため、樹脂層がシリコーン樹脂で形成される。

特開２００４−１８８４７５号公報 特開２００８−７８５８１号公報

特許文献１において、ウエーハの加工面を被覆するための保護部材は、ポリビニルアルコール等を主成分とする水溶性樹脂により構成されている。この保護部材をシリコーン樹脂で形成された樹脂層の表面に塗布して乾燥させた場合、シリコーン樹脂の表面が撥水性を有するため、保護部材が撥水されて保護膜が形成されない領域が存在し、その領域にデブリが付着する、という問題がある。また、シリコーン樹脂の表面に対し、保護膜の密着性が弱くなるため、レーザ加工によって保護膜が剥がれ、シリコーン樹脂やウエーハにレーザ焼けや、デブリの付着が発生する、という問題がある。

また、特許文献２では、水溶性シリコーンオイルを主体とする液状保護部材をウエーハの加工面に被覆し、保護部材が流動性を有する状態でレーザ光線を照射している。このレーザ光線の照射では、シリコーン樹脂をアブレーション加工する際にアシストガスをウエーハの加工面側に噴射することが望ましい。かかる液状の保護部材をシリコーン樹脂で形成された樹脂層の表面に塗布してレーザ光線を照射し、これと同時にアシストガスを噴射すると、保護部材がアシストガスの勢いで飛散してしまう。このため、シリコーン樹脂の表面が保護できなくなり、これによっても、シリコーン樹脂やウエーハにレーザ焼けや、デブリの付着が発生するという問題がある。

なお、上述した問題については、樹脂層をエポキシ樹脂で形成した場合も同様に発生する。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂で形成された樹脂層の表面に保護膜を密着させることができ、樹脂層や基板にデブリが付着することを防止することができる加工方法を提供することを目的とする。

本発明に係る加工方法は、基板の上面にシリコーン樹脂又はエポキシ樹脂で形成される樹脂層を備え、分割予定ラインで区画される板状ワークの樹脂層側からレーザ光線を照射させ、分割予定ラインに沿って樹脂層と基板とを切断してチップを生成する加工方法であって、樹脂層の上面に、水溶性樹脂とシラン化合物と有機溶剤とを混合させた保護部材を塗布し、樹脂層の上面全面に保護部材で保護膜を形成する保護膜形成工程と、保護膜が形成された基板をチャックテーブルで保持して、保護膜の上面からレーザ光線を照射させ、保護膜を通過したレーザ光線で樹脂層を切断する樹脂層切断工程と、基板の樹脂層が切断された部分にレーザ光線を照射させて切断し、チップを生成するチップ生成工程と、から構成されることを特徴とする。

この構成によれば、水溶性樹脂とシラン化合物とを混合させた保護部材を用いたので、シラン化合物が接着助剤として機能し、樹脂層に対する保護膜の密着性を高めることができる。これにより、樹脂層上面において、保護部材が撥水されて保護膜の非形成領域が生じたり、レーザ加工による保護膜の剥離領域が生じたりすることを回避でき、それらの領域でデブリが付着したりレーザ焼けしたりすることを防止することができる。しかも、レーザ光線の照射時に、保護部材が流動性を有する状態とせずに乾燥した状態で保護膜を樹脂層の上面全面に形成することができる。従って、アシストガスを使用したレーザ加工を行うことができ、これによっても、樹脂層や基板にデブリが付着することを防止することができる。また、有機溶剤が混合されるので、板状ワークに対するレーザ加工時に、放熱性が良くなってレーザ焼けを防止することができる。

本発明によれば、水溶性樹脂とシラン化合物とを混合させた保護部材を用いたので、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂で形成された樹脂層の表面に保護膜を密着させることができ、樹脂層や基板にデブリが付着することを防止することができる。

図１Ａは、本実施の形態に係る板状ワークの斜視図であり、図１Ｂは、本実施の形態に係るレーザ加工装置の斜視図である。 図２Ａ及び図２Ｂは、本実施の形態に係る保護膜形成工程の説明図である。 本実施の形態に係る樹脂層切断工程の説明図である。 本実施の形態に係るチップ生成工程の説明図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る加工方法ついて説明する。先ず、図１Ａを参照して、本実施の形態に係る加工方法によって加工される板状ワークについて説明する。図１Ａは、板状ワークの概略斜視図である。

図１Ａに示すように、板状ワークＷは、長方形状のアルミナセラミック板で形成された基材９４を備えている。基材９４は、格子状の分割予定ライン９６によって複数の領域に区画されている。分割予定ライン９６で区画された各領域には、各領域に光デバイスが形成されている。基材９４の表面には透光性を有するシリコーン樹脂が塗布されて、光デバイスを保護する樹脂層９５が形成されている。

樹脂層９５には、各光デバイスに対応して凸状（ドーム状）の半球面９３が形成されている。この半球面９３は、レンズとして機能しており、光デバイスの発光部から照射された光を拡散させることで輝度を向上させている。なお、板状ワークＷは、光デバイス用のワークに限らず、半導体用のワークでもよいし、各種パッケージ基板でもよい。よって、基材９４は、ガラス、サファイア系の無機材料基板でもよいし、シリコン、ガリウム砒素等の半導体基板でもよい。また、板状ワークＷの樹脂層９５は、シリコーン樹脂に替えてエポキシ樹脂によってデバイスを保護してもよい。

続いて、図１Ｂを参照して、本発明に係る加工方法が適用されるレーザ加工装置について説明する。図１Ｂは、本実施の形態に係るレーザ加工装置の斜視図である。なお、本発明に係るレーザ加工装置は、図１Ｂに示すレーザ加工装置に限定されない。レーザ加工装置は、本発明に係る加工方法が適用される構成であれば、どのように構成されてもよい。

図１Ｂに示すように、レーザ加工装置１は、チャックテーブル２０上の矩形板状の板状ワークＷにレーザ光線を照射して、板状ワークＷを個々のチップＣ（図４参照）に切断するように構成されている。

チャックテーブル２０は、基台となるベース部材２１に板状ワークＷの分割後の各チップＣを個別に保持可能な保持ブロック２２が配設されて構成される。保持ブロック２２の上面（保持面）に形成された多数の穴は、ベース部材２１の内部に形成された吸引路を介して吸引源（不図示）に連通されている。吸引源からの吸引力によって保持ブロック２２の上面が負圧になることで、板状ワークＷが保持ブロック２２の上面に吸引保持される。

レーザ加工装置１の基台１０上には、チャックテーブル２０をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動するチャックテーブル移動機構３０が設けられている。チャックテーブル移動機構３０は、基台１０上に配置されたＸ軸方向に平行な一対のガイドレール３１と、一対のガイドレール３１にスライド可能に設置されたモータ駆動のＸ軸テーブル３２とを有している。また、チャックテーブル移動機構３０は、Ｘ軸テーブル３２上に配置されたＹ軸方向に平行な一対のガイドレール３３と、一対のガイドレール３３にスライド可能に設置されたモータ駆動のＹ軸テーブル３４とを有している。

Ｘ軸テーブル３２及びＹ軸テーブル３４の背面側には、それぞれ図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ３５、３６が螺合されている。そして、ボールネジ３５、３６の一端部に連結された駆動モータ３７、３８が回転駆動されることで、チャックテーブル２０がガイドレール３１、３３に沿ってＸ軸方向及びＹ軸方向に移動される。Ｙ軸テーブル３４上には、θテーブル３９を介してチャックテーブル２０が回転可能に設けられている。

また、基台１０の後方には、チャックテーブル移動機構３０の後方に立壁部１１が立設されており、立壁部１１からはチャックテーブル２０の上方に向かってアーム１２が突出している。アーム１２の先端には、板状ワークＷの分割予定ライン９６に沿ってレーザ光線を照射するレーザ照射手段５０が設けられている。レーザ照射手段５０には、レーザ光線の照射領域にアシストガスを噴射するガス供給部５２と、レーザ光線のレーザ出力を可変する出力可変部５３とが接続されている（図３、図４参照）。

レーザ照射手段５０による板状ワークＷの加工は、板状ワークＷに対して吸収性を有する波長のレーザ光線を用いたアブレーション加工によって実施される。なお、アブレーションとは、レーザ光線の照射強度が所定の加工閾値以上になると、固体表面で電子、熱的、光科学的及び力学的エネルギーに変換され、その結果、中性原子、分子、正負のイオン、ラジカル、クラスタ、電子、光が爆発的に放出され、固体表面がエッチングされる現象をいう。また、本実施の形態に係るアシストガスは、圧縮エアであり、板状ワークＷの材質等に応じて酸素や窒素等のガスに適宜変更される。

このように構成されたレーザ加工装置１では、レーザ照射手段５０から板状ワークＷにレーザ光線が照射されると共にレーザ光線の照射領域にアシストガスが噴射される。そして、レーザ光線が照射された状態でチャックテーブル２０が移動されることで分割予定ライン９６に沿って板状ワークＷがアブレーション加工される。なお、本実施の形態では、アブレーション加工で板状ワークＷを加工する構成にしたが、この構成に限定されない。レーザ光線によって板状ワークＷを溶融させながら熱加工できる構成であれば、どのような加工でもよい。

本実施の形態に係る板状ワークＷを分割するために、シリコーン樹脂製の樹脂層９５の加工時とアルミナセラミック製の基材９４の加工時とでレーザ出力が変更される。

基台１０の側方であって立壁部１１の前方には、保護膜形成手段４０が設けられている。保護膜形成手段４０は、板状ワークＷを保持する保護膜形成用テーブル（保持部）４１と、上面に略方形状の開口部４２を有すると共に開口部４２内に保護膜形成用テーブル４１を収容可能な筐体４３とを有している。筐体４３の上面の開口部４２近傍には、板状ワークＷに液状の保護部材を供給する供給ノズル４４と、開口部４２を開放及び閉塞可能なシャッター機構４５とが設けられている。筐体４３の内部には、板状ワークＷに洗浄水を供給する洗浄用ノズル（不図示）が設けられている。

保護膜形成用テーブル４１は、上記チャックテーブル２０と同様の構造とされ、板状ワークＷを吸着保持可能に構成される。保護膜形成用テーブル４１は、回転手段４６を介してＺ軸周りに回転可能に構成されている。また、保護膜形成用テーブル４１は、筐体４３の開口部４２と筐体４３内部との間で昇降可能に構成されている。供給ノズル４４は、保護部材を貯留する保護部材タンク４７に接続され、この保護部材タンク４７から供給ノズル４４に保護部材が供給される。

保護膜形成手段４０の上方における立壁部１１の前面には、基台１０内のレーザ加工領域と保護膜形成手段４０内の保護膜形成・除去領域との間で板状ワークＷを搬送する搬送手段８０が設けられている。

搬送手段８０は、立壁部１１の前面においてＹ軸方向に延在する上下一対のガイドレール８１、８１と、一対のガイドレール８１、８１にスライド可能に係合された搬送用アーム８２とを有している。搬送用アーム８２には、Ｙ軸方向に延在するボールネジ８３が螺合されている。ボールネジ８３の一端には駆動モータ８４が連結されており、この駆動モータ８４によりボールネジ８３が回転駆動され搬送用アーム８２がＹ軸方向に移動される。搬送用アーム８２の下端側には、板状ワークＷの外周を挟み込んで保持する保持部８５が設けられている。このように構成された搬送手段８０は、板状ワークＷへの保護膜の成膜後、保護膜形成手段４０の保護膜形成用テーブル４１から板状ワークＷをピックアップして、チャックテーブル２０上に板状ワークＷを載置する。そして、搬送手段８０は、板状ワークＷへのレーザ加工後に、チャックテーブル２０から板状ワークＷをピックアップして保護膜形成手段４０の保護膜形成用テーブル４１に載置する。

ここで、保護部材の構成について以下に説明する。保護部材は、水溶性樹脂と、シラン化合物またはコロイダルシリカとを混合させて構成され、好ましくは、更に有機溶剤を混合させて構成される。シラン化合物は、シランカップリング剤単体、又は、シランカップリング剤とコロイダルシリカとを混合したものからなる。

シランカップリング剤は、下記［化１］の化学式で示すように構成される。この化学式において、Ｘ：メチル、エチル、ケトン等になり、Ｙ：なし、エポキシ、メタクリル、ビニル、メルカプト等になる。

コロイダルシリカは、下記［化２］の化学式で示すように構成される。この化学式において、Ｙ：なし、エポキシ、メタクリル、ビニル、メルカプト等になる。コロイダルシリカは、５〜２００ｎｍの粒径のシリカを含んで構成される。シリカの粒子は、レーザ光がシリカによって散乱するため粒子が細かい方（５ｎｍ）が良い。

水溶性樹脂は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコールなどの非イオン性水溶性樹脂とされる。有機溶剤としては、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコール、乳酸を含む溶剤が例示できる。保護部材が有機溶剤を含むことによって、板状ワークに対するレーザ光線の照射時に、放熱性が良くなり、後述する保護膜の焼けを防止することができる。本実施の形態では、溶剤として、水溶性樹脂、有機溶剤及び水を混合したものが用いられる。その一例としては、プロピレングリコールモノメチルエーテル（有機溶剤）：１８ｗｔ％、水：８２ｗｔ％の配合で混合した溶液の質量に対し、２０ｗｔ％のポリビニルアルコール（ＰＶＡ（水溶性樹脂））を調製した溶剤が挙げられる。なお、溶剤は、ＰＶＡ：１〜１５ｗｔ％、有機溶剤：１〜２０ｗｔ％、水：６０〜９０ｗｔ％で総和が１００ｗｔ％になるものでも良い。

次いで、図２を参照して、レーザ加工装置を用いた加工方法について説明する。図２乃至図４は、本実施の形態に係る加工方法の説明図である。図２は保護膜形成工程、図３は樹脂層切断工程、図４はチップ生成工程をそれぞれ示している。なお、図２乃至図４に示す各種の動作は一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

図２Ａに示すように、先ず保護層形成工程が実施される。保護層形成工程では、板状ワークＷの樹脂層９５が上方に向けられた状態で、板状ワークＷの下面側が保護膜形成用テーブル４１によって吸引保持される。次いで、保護膜形成用テーブル４１が供給ノズル４４に対峙する位置まで上昇され、供給ノズル４４から液状の保護部材Ｌが板状ワークＷの被加工面に塗布される。そして、保護膜形成用テーブル４１が筐体４３（図１Ｂ参照）内部に下降され、図２Ｂに示すように、高速回転されて保護部材Ｌが板状ワークＷにおける樹脂層９５の上面全体に広がって保護膜９８が形成される。この保護膜９８は、所定時間経過することによって乾燥して固化される。

保護層形成工程が実施された後、保護膜９８が形成された板状ワークＷが搬送手段８０によってチャックテーブル２０上に搬送される（図１Ｂ参照）。その後、図３に示すように、樹脂層切断工程が実施される。この工程では、板状ワークＷの樹脂層９５が上方に向けられた状態で、基板９４の下面側がチャックテーブル２０の保持ブロック２２で吸引保持される。チャックテーブル２０がレーザ照射手段５０の下方に移動され、レーザ照射手段５０が板状ワークＷの分割予定ライン９６に位置付けられる。そして、レーザ照射手段５０から出射されたレーザ光線が保護膜９８を通過されて板状ワークＷの樹脂層９５に照射されると共に、レーザ光線の照射領域にアシストガスが吹き付けられる。

このとき、レーザ光線の集光点が調整されながら、板状ワークＷに対してレーザ照射手段５０が相対移動されることで、分割予定ライン９６に沿って板状ワークＷの樹脂層９５を切断する分割溝９９が形成される。分割溝９９は、レーザ加工の熱エネルギーによって保護膜９８に亘って形成される。樹脂層切断工程における加工条件は、シリコーン樹脂に対応した加工条件であり、例えば、以下のように設定されている。
レーザ種類：ＣＯ_２レーザ
波長：９．４ｕｍ
繰返し周波数：ＣＷ
出力：５０［Ｗ］
加工送り速度：６００［ｍｍ／ｓｅｃ］
ガス（アシストガス）：エア２００［Ｌ／ｍｉｎ］
このような加工条件でレーザ加工することで、シリコーン樹脂からなる樹脂層９５が適切に除去されて切断される。また、レーザ光線はパルス波を用いても良く、例えば、以下のように設定される。
レーザ種類：ＣＯ_２レーザ
出力：２０［Ｗ］
繰返し周波数：１００［ｋＨｚ］
加工送り速度：２００［ｍｍ／ｓｅｃ］
ガス（アシストガス）：エア２００［Ｌ／ｍｉｎ］

樹脂層切断工程が実施された後、図４に示すように、チップ生成工程が実施される。この工程では、シリコーン樹脂製の樹脂層９５に対応した加工条件からアルミナセラミック製の基材９４に対応した加工条件に変更される。また、レーザ照射手段５０が板状ワークＷの分割予定ライン９６（分割溝９９）に位置付けられる。そして、出力可変部５３によってレーザ出力を増加させた状態で、レーザ照射手段５０から、板状ワークＷの樹脂層９５が切断された部分となる分割溝９９に対し、レーザ光線と共にアシストガスが吹き付けられる。

これにより、板状ワークＷの溶解で生じるデブリがアシストガスで吹き飛ばされながら、レーザ光線によって基材９４が切断される。そして、基材９４が貫通して樹脂層９５の分割溝９９に連なることで、板状ワークＷが完全切断されて個々のチップＣが生成される。

チップ生成工程における加工条件は、アルミナセラミックに対応した加工条件であり、例えば、以下のように設定されている。この場合、アルミナセラミックに対応した加工条件は、シリコーン樹脂に対応した加工条件に対して、レーザ出力が増加されると共に、送り速度が低下されている。
レーザ種類：ＣＯ_２レーザ
出力：５０［Ｗ］
繰返し周波数：１００［ｋＨｚ］
送り速度：４０［ｍｍ／ｓ］
ガス（アシストガス）：エア２００［Ｌ／ｍｉｎ］
切断工程においては、ＣＯ_２レーザの代わりにファイバーレーザを使用してもよい。

チップ生成工程が実施された後、板状ワークＷが搬送手段８０（図１Ｂ参照）によって保護膜形成用テーブル４１上に搬送される。その後、板状ワークＷが高速回転されつつ洗浄用ノズルから洗浄水が噴射されることで、保護膜９８が洗浄水によって溶解され、保護膜９８に付着したデブリと共に除去されて板状ワークＷが洗浄される。

以上のように、本実施の形態に係る加工方法によれば、シラン化合物が混合された保護部材Ｌによって保護膜９８を形成したので、シラン化合物の作用によって保護膜９８と樹脂層９５との密着性を高めることができる。これにより、レーザ加工やアシストガスの噴射によって保護膜９８が剥がれることを防止でき、樹脂層９５や基板９４にレーザ焼けや、デブリの付着が発生することを防ぐことができる。

また、保護部材Ｌがシラン化合物を含むことによって、シリコーン樹脂からなる樹脂層９５の上面で保護部材Ｌが撥水されて保護膜９８の非形成領域が生じることを防ぐことができる。従って、保護膜９８の非形成領域に起因する樹脂層９５や基板９４のレーザ焼けや、デブリの付着を回避することができる。しかも、樹脂層９５の上面全面に対し、保護部材Ｌが乾燥した状態で保護膜９８を万遍なく形成でき、アシストガスを利用したレーザ加工を行うことができる。

本発明の実施例では、プロピレングリコールモノメチルエーテル（有機溶剤）：１８ｗｔ％、水：８２ｗｔ％の配合で混合した溶液の質量に対し、２０ｗｔ％のポリビニルアルコール（ＰＶＡ（水溶性樹脂））を調製した溶液が２０ｇに対し、トリメトキシフェニルシラン（シランカップリング剤）を１ｇ加えて保護部材を調製した。この保護部材を、平面サイズが６０ｍｍ×６０ｍｍとなる板状ワークの樹脂層上面に５０ｍｌ塗布し、板状ワークを２０００ｒｐｍで６０秒回転させて保護膜を形成した。乾燥後の保護膜は、膜厚が２０〜２０００ｎｍとなり、板状ワークにおける樹脂層の上面全面に形成された。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状、方向などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

また、上記した実施の形態では、単一のレーザ加工装置１によって保護膜形成工程、樹脂層切断工程、チップ生成工程が実施されたが、この構成に限定されず、各工程は、それぞれ別々の装置で実施されてもよい。

以上説明したように、本発明は、レーザ加工によるレーザ焼けや、デブリの付着を防止できるという効果を有し、特に、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の樹脂保護層を有する光デバイス用のウエーハを個々のチップに分割する加工方法に有用である。

１ レーザ加工装置
２０ チャックテーブル
９４ 基板
９５ 樹脂層
９６ 分割予定ライン
９８ 保護膜
Ｃ チップ
Ｌ 保護部材
Ｗ 板状ワーク

Claims (1)

1. 基板の上面にシリコーン樹脂又はエポキシ樹脂で形成される樹脂層を備え、分割予定ラインで区画される板状ワークの該樹脂層側からレーザ光線を照射させ、分割予定ラインに沿って該樹脂層と該基板とを切断してチップを生成する加工方法であって、
   該樹脂層の上面に、水溶性樹脂とシラン化合物と有機溶剤とを混合させた保護部材を塗布し、該樹脂層の上面全面に該保護部材で保護膜を形成する保護膜形成工程と、
   該保護膜が形成された該基板をチャックテーブルで保持して、該保護膜の上面からレーザ光線を照射させ、該保護膜を通過した該レーザ光線で該樹脂層を切断する樹脂層切断工程と、
   該基板の該樹脂層が切断された部分にレーザ光線を照射させて切断し、チップを生成するチップ生成工程と、
   から構成される加工方法。

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