CN108695224A - 框架单元和被加工物的激光加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种框架单元，通过使用该框架单元代替粘接带，可将被加工物的加工所需要的费用抑制得较低。该框架单元在保持被加工物时使用，该框架单元具有：环状的框架，其具备收纳该被加工物的开口；电极片，其覆盖该框架的开口的一部分，具备包含正负电极的电极层；以及供电单元，其安装有向该电极供电的电池，并对从该电池向该电极的供电进行控制，该框架单元利用静电力对被加工物进行吸附保持。
Description
技术领域
本发明涉及用于保持被加工物的框架单元以及使用该框架单元的被加工物的激光加工方法。
背景技术
在将半导体晶片、光器件晶片、封装基板等分割成多个芯片时，首先利用卡盘工作台等对这些被加工物进行保持。然后沿着设定在被加工物上的分割预定线(间隔道)对被加工物照射激光束、或使旋转的环形切削刀具切入到被加工物中，从而能够将被加工物分割成多个芯片(例如，参见专利文献1)。
在利用这样的方法分割被加工物之前，将直径大于被加工物的粘接带(划片带)的中央部分粘贴在被加工物上，并将围绕被加工物的环状的框架固定在该粘接带的外周部分。由此能够防止被加工物与卡盘工作台直接接触而被划伤。进而可防止将被加工物分割而得到的芯片的分散，从而能够容易地进行搬送(例如，参见专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-84720号公报
专利文献2：日本特开平9-27543号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在上述的方法中，使用后的粘接带无法再利用，因而被加工物的加工所需要的费用容易增高。特别是粘接材料不容易残留在被加工物上的高性能粘接带的价格也很高，因而在使用这样的粘接带时，被加工物的加工所需要的费用也会增高。
本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于提供一种框架单元、以及使用该框架单元的被加工物的激光加工方法，通过使用该框架单元来代替粘接带，可将被加工物的加工所需要的费用抑制得较低。
用于解决问题的手段
根据本发明的一个方式，提供一种框架单元，其是在保持被加工物时使用的框架单元，该框架单元具有：环状的框架，其具备收纳该被加工物的开口；电极片，其覆盖该框架的该开口的一部分，具备包含正负电极的电极层；以及供电单元，其安装有向该电极供电的电池，并对从该电池向该电极的供电进行控制，该框架单元利用静电力对该被加工物进行吸附保持。
在本发明的一个方式中，该电极层有时具备正负电极彼此交错地排列而成的一对梳齿电极。另外，该电极片可以设置在外周部被固定于该框架的树脂片上。另外，也可以是，该电极片构成为使相对于该被加工物具有透过性的波长的激光束透过，在隔着该电极片对该被加工物照射该激光束时使用该框架单元。
根据本发明的另一方式，提供一种被加工物的激光加工方法，其是使用上述框架单元的被加工物的加工方法，该加工方法具备下述步骤：吸附步骤，将该被加工物载置在该框架单元的该电极片上并对该电极供电，利用静电力对该被加工物进行吸附；框架单元支承步骤，在具有第1面和该第1面相反侧的第2面的板状的支承工作台的该第1面侧对吸附有该被加工物的该框架单元的该电极片侧进行支承，该支承工作台让相对于该被加工物具有透过性的波长的该激光束透过；激光加工步骤，从该支承工作台的该第2面侧隔着该支承工作台和该电极片向该被加工物照射该激光束，使该被加工物的内部改质，形成改质层；框架单元拆卸步骤，在实施该激光加工步骤后，从该支承工作台拆下该框架单元；以及剥离步骤，在该框架单元拆卸步骤后，调整向该电极的供电，将该被加工物从该框架单元的该电极片剥离。
发明效果
本发明的一个方式的框架单元具有环状的框架、具备包含正负电极的电极层的电极片、以及安装有向电极供电的电池并对从电池向电极的供电进行控制的供电单元，利用静电力对被加工物进行吸附保持，因而与使用粘接材料的粘接带不同，该框架单元能够反复使用。从而，通过使用该框架单元来代替粘接带，可将被加工物的加工所需要的费用抑制得较低。
附图说明
图1是示意性示出框架单元的构成例的立体图。
图2是示意性示出框架单元的构成例的截面图。
图3是示意性示出框架单元的一部分的俯视图。
图4是示意性示出框架单元的一部分的截面图。
图5是用于对吸附步骤进行说明的立体图。
图6是示意性示出激光加工装置的构成例的立体图。
图7是用于对框架单元支承步骤和激光加工步骤进行说明的截面图。
图8的(A)和图8的(B)是用于对剥离步骤进行说明的立体图。
具体实施方式
参照附图对本发明的一个方式的实施方式进行说明。图1是示意性示出本实施方式的框架单元2的构成例的立体图，图2是示意性示出框架单元2的构成例的截面图。
如图1和图2所示，框架单元2具有由铝等材料形成的环状的框架4。在框架4的中央部分形成有从第1面4a向第2面4b贯穿该框架4的开口4c。开口4c的形状例如从第1面4a侧(或第2面4b侧)看大致为圆形。需要说明的是，对于框架4的材质、形状、尺寸等没有特别限制。
在框架4的第2面4b按照覆盖开口4c的方式固定有由聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等材料形成的膜状的基片(树脂片)6。具体地说，圆形的基片6的第1面6a侧的外周部分被粘贴在框架4的第2面4b。
基片6具有能够保护被加工物11(参照图5等)的程度的柔软性、以及不会妨碍后述静电力的程度的绝缘性。其中，对于基片6的材质、形状、厚度、尺寸等没有特别限制。被加工物11被保持在该基片6的第1面6a侧。另一方面，在基片6的第2面6b侧的中央部分设置有电极片8。
图3是示意性示出电极片8的构成例的俯视图，图4是示意性示出电极片8的构成例的截面图。电极片8例如包含由与基片6同样的材料形成为大致圆形的支承片10。支承片10的直径小于开口4c的直径且大于被加工物11的直径。其中，对于支承片10的材质、形状、厚度、尺寸等没有特别限制。
在支承片10的一个面(例如，基片6侧的面)配置有电极层12。该电极层12例如通过将在支承片10的一个面上由导电性材料形成的导电材料层分离成正电极图案(电极)12a和负电极图案(电极)12b而得到。作为形成导电材料层的导电性材料，可以举出例如氧化铟锡(Indium Tin Oxide：ITO)等在可见光区域透明的材料。
这种情况下，可以通过例如沿着任意的分离预定线照射激光束来进行烧蚀的方法将导电材料层分离成正电极图案12a和负电极图案12b。即，沿着分离预定线照射容易被导电材料层吸收的波长的激光束，形成该导电材料层被除去的绝缘区域12c。
由此，得到被绝缘区域12c分开的正电极图案12a和负电极图案12b。在该方法中，仅沿着导电材料层的分离预定线照射激光束即可，因而与使用掩模进行蚀刻等方法相比，容易缩短加工所需要的时间。
当然也可以利用蚀刻等方法将导电材料层分离成正电极图案12a和负电极图案12b。另外，也可以利用丝网印刷或喷墨等方法形成分离成正电极图案12a和负电极图案12b的状态的电极层12。
正电极图案12a和负电极图案12b的形状例如可以是正电极与负电极彼此交错地排列而成的一对梳齿状。在这样的梳齿状的电极(梳齿电极)中，可高密度地配置正电极和负电极，因而例如在电极与被加工物11之间起作用的被称为梯度力等的静电力也增强。即，能够强力地保持被加工物11。
其中，对于正电极图案12a和负电极图案12b的形状等没有特别限制。例如，正电极图案12a和负电极图案12b可以由圆等构成。需要说明的是，在利用激光束的烧蚀形成图3所示的绝缘区域12c时，若以一笔画成的要领照射激光束，则能够进一步缩短加工所需要的时间。
像这样构成的电极片8例如配置成利用具有粘接力的盖片14将电极层12侧密合在基片6的第2面6b侧。由此，与将支承片10侧密合在第2面6b侧的情况相比，能够使由电极层12产生的电场有效地作用于第1面6a侧的被加工物11。
盖片14例如包含由与基片6同样的材料形成的圆形的基材片、以及设置于基材片的一侧的面上的糊料层(粘接材料层)。此处，盖片14(基材片)的直径大于电极片8(支承片10)的直径。其中，对于盖片14的材质、形状、厚度、尺寸、结构等没有特别限制。
需要说明的是，在本实施方式中，使用氧化铟锡等在可见光区域透明的材料形成电极层12，但电极层12的材质可根据框架单元2的用途等进行变更。例如，若隔着电极层12对被加工物11照射激光束，则需要由可透过该激光束的材料形成电极层12。这种情况下，基片6、支承片10、盖片14也使用可透过激光束的材料。
另一方面，在不隔着电极层12而对被加工物11照射激光束的情况下、使环形切削刀具切入到被加工物11中等的情况下，也可以不必使用透明的材料形成电极层12。这种情况下，基片6、支承片10、盖片14也不必使用透明的材料。
在基片6的第2面6b侧配置有与正电极图案12a连接的第1布线16a、以及与负电极图案12b连接的第2布线16b。如图1所示，在框架4的第1面4a侧设置有供电单元18，第1布线16a和第2布线16b例如环绕框架4，与供电单元18连接。
供电单元18具备用于收纳电池20的电池支架18a，该电池20用于向上述的正电极图案12a和负电极图案12b供电。另外，在与电池支架18a相邻的位置设置有开关18b，该开关18b用于切换向正电极图案12a和负电极图案12b的供电和非供电。
例如，在开关18b为导通状态(ON状态)时，收纳在电池支架18a中的电池20的电力经由第1布线16a和第2布线16b供给至正电极图案12a和负电极图案12b。另一方面，在开关18b为非导通状态(OFF状态)时，停止向正电极图案12a和负电极图案12b的供电。
需要说明的是，在本实施方式中，供电单元18配置在框架4的第1面4a侧，但对于供电单元18的配置等没有特别限制。该供电单元18配置在至少在使用(例如支承)框架单元2时不会有妨碍的位置即可。例如，供电单元18也可以配置在框架4的开口4c内。另外，电池20可以为纽扣型电池(硬币型电池)之类的一次电池，也可以为能够通过充电而反复使用的二次电池。
接着，对使用上述那样的框架单元2的被加工物的激光加工方法进行说明。在本实施方式的被加工物的激光加工方法中，首先进行吸附步骤，利用框架单元2对被加工物11进行吸附。图5是用于对吸附步骤进行说明的立体图。
利用本实施方式进行加工的被加工物11例如为由硅(Si)等材料形成的圆盘状的晶片。该被加工物11的表面11a侧由呈格子状设定的分割预定线(间隔道)13划分成多个区域，在各区域形成有IC(集成电路)、MEMS(微机电系统)等器件15。
需要说明的是，在本实施方式中，将由硅等材料形成的圆盘状的晶片作为被加工物11，但对于被加工物11的材质、形状、结构、尺寸等没有限制。也可以使用由其他半导体、陶瓷、树脂、金属等材料形成的被加工物11。同样地，对器件15的种类、数量、形状、结构、尺寸、配置等也没有限制。
在吸附步骤中，首先按照被加工物11的背面11b侧与基片6的第1面6a侧接触的方式将被加工物11载置在基片6上。更具体地说，将被加工物11载置在与基片6的电极片8相对应的区域(中央部分)。接着，使供电单元18的开关18b呈导通状态，将电池20的电力供给至正电极图案12a和负电极图案12b。
由此，在正电极图案12a和负电极图案12b的周围产生电场，作为其效果，静电力在被加工物11与电极层12之间起作用。在该静电力的作用下，被加工物11被吸附、保持于框架单元2。需要说明的是，在被加工物11与电极层12之间起作用的静电力有库仑力、约翰逊-拉贝克(Johnsen-Rahbeck)力、梯度力等。
在吸附步骤之后进行框架单元支承步骤，对吸附有被加工物11的状态的框架单元2进行支承。图6是示意性示出框架单元支承步骤等中使用的激光加工装置102的构成例的立体图，图7是用于对框架单元支承步骤等进行说明的截面图。需要说明的是，在图6和图7中，将激光加工装置102的一部分的结构要素用功能块等来表示。
如图6所示，激光加工装置102具备支承各结构要素的基台104。在基台104的后端部设置有沿Z轴方向(铅垂方向)延伸的支承结构106。在远离支承结构106的基台4的前方的角部设置有向上方突出的突出部104a。
在突出部104a的内部形成有空间，在该空间中设置有通过升降机构(未图示)进行升降的盒升降机108。在盒升降机108的上表面载置有用于收纳多个被加工物11的盒110。需要说明的是，被加工物11在上述的吸附步骤之后以吸附、保持于框架单元2的状态被收纳在盒110中。
在与突出部104a相邻的位置配置有用于对保持被加工物11的框架单元2的大致位置进行调整的位置调整单元112。位置调整单元112例如包含维持与Y轴方向(分度进给方向)平行的状态下接近、远离的一对导轨。各导轨具有支承框架23的支承面、以及垂直于支承面的侧面。
例如，将从盒110搬出的框架单元2放在位置调整单元112的导轨上，利用该导轨在X轴方向(加工进给方向)上夹住框架单元2，从而将框架单元2对准在规定的位置。在位置调整单元112的附近配置有用于搬送框架单元2(被加工物11)的搬送单元114。搬送单元114具备吸附框架单元2中的框架4的吸附垫116。
在基台4的中央设置有移动机构(加工进给机构、分度进给机构)118。移动机构118具备配置在基台4的上表面且与Y轴方向平行的一对Y轴导轨120。Y轴移动工作台122以能够滑动的方式安装在Y轴导轨120上。
在Y轴移动工作台122的背面侧(下表面侧)设置有螺母部(未图示)，与Y轴导轨120平行的Y轴滚珠丝杠124与该螺母部螺合。电动机在Y轴滚珠丝杠124的一个端部连结有Y轴脉冲电动机126。若利用Y轴脉冲电动机126使Y轴滚珠丝杠124旋转，则Y轴移动工作台122沿着Y轴导轨120在Y轴方向上移动。
在Y轴移动工作台122的表面(上表面)上设置有与X轴方向平行的一对X轴导轨128。X轴移动工作台130以能够滑动的方式安装在X轴导轨128上。
在X轴移动工作台130的背面侧(下表面侧)设置有螺母部(未图示)，与X轴导轨128平行的X轴滚珠丝杠132与该螺母部螺合。在X轴滚珠丝杠132的一个端部连结有X轴脉冲电动机134。若利用X轴脉冲电动机134使X轴滚珠丝杠132旋转，则X轴移动工作台130沿着X轴导轨128在X轴方向上移动。
在X轴移动工作台130的表面侧(上表面侧)设置有工作台底座136。在工作台底座136的上部配置有用于支承框架单元2的工作台单元138。该工作台单元138隔着工作台底座136与电动机等旋转驱动源(未图示)连结，绕与Z轴方向(铅垂方向)大致平行的旋转轴旋转。
另外，工作台单元138和工作台底座136利用上述的移动机构118在X轴方向和Y轴方向上移动(加工进给、分度进给)。关于工作台单元138的详细内容在下文叙述。
在支承结构106上设置有向前方(工作台单元138侧)突出的支承臂106a，在该支承臂106a的前端部配置有用于朝向下方照射激光束的激光照射单元140。另外，在与激光照射单元140相邻的位置设置有用于对被加工物11等进行拍摄的摄像单元(照相机)142。
激光照射单元140具备激光振荡器(未图示)，该激光振荡器脉冲振荡出相对于被加工物11具有透过性的波长的激光束。例如，在被加工物11为由硅等半导体材料形成的晶片的情况下，可以使用采用Nd:YAG等激光介质脉冲振荡出波长为1000nm以上(例如1064nm)的激光束的激光振荡器等。
另外，激光照射单元140具备聚光器，该聚光器对由激光振荡器脉冲振荡出的激光束进行会聚，隔着框架单元2向工作台单元138所支承的被加工物11的内部照射该激光束并使其会聚。例如，一边用激光照射单元140照射激光束，一边使工作台单元138在X轴方向移动，从而能够沿着X轴方向将被加工物11的内部改质。
在对被加工物11进行了加工后，例如通过搬送单元114将框架单元2再次收纳到盒110中。盒升降机108、位置调整单元112、搬送单元114、移动机构118、工作台单元138、激光照射单元140、摄像单元142等结构要素分别与控制单元144连接。
该控制单元144与被加工物11的加工所需要的一系列的工序相应地控制上述各结构要素。另外，在控制单元144上连接有作为用户界面的触控面板式监控器146。
如图7所示，工作台单元138例如形成为箱状，其具有底壁138a、设置于底壁138a的外周部分的侧壁138b、以及与侧壁138b的上端连接的顶壁138c。在侧壁138b的一部分形成有开口，吸附有被加工物11的状态的框架单元2通过该开口搬入到工作台单元138的内部。
在顶壁138c的中央部分形成有上下贯穿顶壁138c的圆形的开口。板状的支承部件(支承工作台)138d嵌入在该开口中，该支承部件138d由可透过由激光照射单元140发射的激光束的材料形成。
即，支承部件138d让相对于被加工物11具有透过性的波长的激光束透过。需要说明的是，在图7中，为了便于说明，省略了支承部件138d的阴影线。该支承部件138d(开口)的直径大于被加工物11的直径。因此，能够通过支承部件138d对被加工物11的整个面进行支承。
在顶壁138c的下表面侧设置有用于固定框架单元2的框架4的夹具138e。另外，吸引路138f的一端侧在顶壁138c的靠近该夹具138e的下表面开口。吸引路138f的另一端侧经由阀148等与吸引源150连接。
在框架单元支承步骤中，首先将吸附有被加工物11的状态的框架单元2从盒110中搬出并搬入到工作台单元138内。具体地说，按照基片6的第2面6b侧(电极片8侧、盖片14侧)与支承部件138d的下表面(第1面)密合的方式将框架4用夹具138e固定。
之后，在该状态下打开阀148，作用吸引源150的负压。由此，能够在支承部件138d的下表面侧对框架单元2进行支承。这样，被加工物11以表面11a侧向下方露出的状态借助框架单元2而被保持于工作台单元138。
在框架单元支承步骤之后进行激光加工步骤，从支承部件138d的上表面(第2面)侧照射激光束对被加工物11进行加工。激光加工步骤继续使用激光加工装置102来进行。具体地说，首先使工作台单元138旋转，使作为加工对象的分割预定线13的延伸方向与激光加工装置12的X轴方向对齐。
接着，移动工作台单元138，使激光照射单元140的位置对齐在例如作为对象的分割预定线13的延长线上。之后，如图7所示，一边从激光照射单元140朝向被加工物11照射激光束152，一边使工作台单元138在X轴方向上移动。
此处，在能够通过多光子吸收将被加工物11的内部改质的范围调整激光束152的照射条件(加工条件)。具体地说，例如，使激光束152在被加工物11的内部会聚。其他条件例如如下所述。
激光束的波长：1000nm以上
激光束的输出功率：1W
激光束的重复频率：80kHz
工作台单元138的移动速度：800nm/s
如上所述，工作台单元138的支承部件138d由可透过激光束152的材料形成。另外，框架单元2的基片6、支承片10、电极层12以及盖片14也由可透过激光束152的材料形成。
由此，能够隔着支承部件138d和框架单元2向被加工物11的内部照射激光束152，形成沿着分割预定线13的改质层17。反复进行这样的动作，例如在沿着全部的分割预定线13形成改质层17时，激光加工步骤结束。
在激光加工步骤之后进行框架单元拆卸步骤，从工作台单元138(支承部件138d)拆下框架单元2。具体地说，首先将阀148关闭，断开吸引源150的负压。之后，用搬送单元114等将框架单元2从工作台单元138搬出。搬出的框架单元2再次被收纳在盒110中。
在框架单元拆卸步骤之后进行剥离步骤，将被加工物11从框架单元2的基片6(电极片8)剥离。图8的(A)和图8的(B)是用于对剥离步骤进行说明的立体图。在该剥离步骤中，例如，将保持加工后的被加工物11的框架单元2从盒110中取出，如图8的(A)所示，将粘接带21的表面21a侧粘贴在被加工物11的表面11a侧。
接着，使供电单元18的开关18b成为非导通状态，停止向正电极图案12a和负电极图案12b供电。由此，在被加工物11与电极层12之间起作用的静电力减弱或者消失。在该状态下，例如使框架单元2上下反转，以使粘接带21的背面21b侧朝向下方，从而如图8的(B)所示那样能够将被加工物11从基片6(电极片8)剥离。
如上所述，本实施方式的框架单元2具有环状的框架4、具备包含正电极图案(电极)12a和负电极图案(电极)12b的电极层12的电极片8、以及安装有向正电极图案12a和负电极图案12b供电的电池20并对从电池20向正电极图案12a和负电极图案12b的供电进行控制的供电单元18，利用静电力对被加工物11进行吸附保持，因而与使用粘接材料的粘接带不同，本实施方式的框架单元2能够反复使用。从而，通过使用该框架单元代替粘接带，可将被加工物11的加工中所需的费用抑制得较低。
需要说明的是，本发明并不限于上述实施方式等的记载，可以进行各种变更来实施。例如，在上述实施方式中，对于在被加工物11的内部形成改质层17的情况进行了说明，但在不隔着电极层12而对被加工物11照射激光束的情况下、使环形切削刀具切入到被加工物11中等的情况下，也能够使用本实施方式的框架单元2。
此外，上述实施方式的结构、方法等只要不脱离本发明目的的范围，则可以适当地变更来实施。
符号说明
2 框架单元
4 框架
4a 第1面
4b 第2面
4c 开口
6 基片(树脂片)
6a 第1面
6b 第2面
8 电极片
10 支承片
12 电极层
12a 正电极图案(电极)
12b 负电极图案(电极)
12c 绝缘区域
14 盖片
16a 第1布线
16b 第2布线
18 供电单元
18a 电池支架
18b 开关
20 电池
102 激光加工装置
104 基台
104a 突出部
106 支承结构
106a 支承臂
108 盒升降机
110 盒
112 位置调整单元
114 搬送单元
116 吸附垫
118 移动机构(加工进给机构、分度进给机构)
120 Y轴导轨
122 Y轴移动工作台
124 Y轴滚珠丝杠
126 Y轴脉冲电动机
128 X轴导轨
130 X轴移动工作台
132 X轴滚珠丝杠
134 X轴脉冲电动机
136 工作台底座
138 工作台单元
138a 底壁
138b 侧壁
138c 顶壁
138d 支承部件(支承工作台)
138e 夹具
138f 吸引路
140 激光照射单元
142 摄像单元(照相机)
144 控制单元
146 监视器
148 阀
150 吸引源
152 激光束
11 被加工物
11a 表面
11b 背面
13 分割预定线(间隔道)
15 器件
17 改质层
21 粘接带
21a 表面
21b 背面
Claims (5)
1.一种框架单元，其是在保持被加工物时使用的框架单元，其特征在于，
该框架单元具有：
环状的框架，其具备收纳该被加工物的开口；
电极片，其覆盖该框架的该开口的一部分，具备包含正负电极的电极层；以及
供电单元，其安装有向该电极供电的电池并对从该电池向该电极的供电进行控制，
该框架单元利用静电力对该被加工物进行吸附保持。
2.如权利要求1所述的框架单元，其特征在于，该电极层具备正负电极彼此交错地排列而成的一对梳齿电极。
3.如权利要求1或2所述的框架单元，其特征在于，该电极片设置在外周部被固定于该框架的树脂片上。
4.如权利要求1～3中任一项所述的框架单元，其特征在于，
该电极片构成为相对于该被加工物具有透过性的波长的激光束可透过，
在隔着该电极片对该被加工物照射该激光束时使用该框架单元。
5.一种被加工物的激光加工方法，其是使用权利要求4所述的框架单元的被加工物的加工方法，其特征在于，该加工方法具备下述步骤：
吸附步骤，将该被加工物载置在该框架单元的该电极片上并对该电极供电，利用静电力对该被加工物进行吸附；
框架单元支承步骤，在具有第1面和该第1面相反侧的第2面的板状的支承工作台的该第1面侧对吸附有该被加工物的该框架单元的该电极片侧进行支承，该支承工作台让相对于该被加工物具有透过性的波长的该激光束透过；
激光加工步骤，从该支承工作台的该第2面侧隔着该支承工作台和该电极片向该被加工物照射该激光束，使该被加工物的内部改质，形成改质层；
框架单元拆卸步骤，在实施该激光加工步骤后，从该支承工作台拆下该框架单元；以及
剥离步骤，在该框架单元拆卸步骤后，调整向该电极的供电，将该被加工物从该框架单元的该电极片剥离。
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