KR102357807B1 - 프레임 유닛 및 피가공물의 레이저 가공 방법 - Google Patents

프레임 유닛 및 피가공물의 레이저 가공 방법 Download PDF

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Abstract

(과제) 점착 테이프 대신에 사용함으로써 피가공물의 가공에 필요로 하는 비용을 낮게 억제할 수 있는 프레임 유닛을 제공한다.
(해결 수단) 피가공물을 유지할 때에 사용되는 프레임 유닛으로서, 피가공물이 수용되는 개구를 구비하는 환상의 프레임과, 프레임의 개구의 일부를 덮고, 정부의 전극을 포함하는 전극층을 구비하는 전극 시트와, 전극에 급전하는 전지가 장착되어, 전지로부터 전극에 대한 급전을 제어하는 급전 유닛을 포함하고, 피가공물을 정전기의 힘으로 흡착하여 유지한다.

Description

프레임 유닛 및 피가공물의 레이저 가공 방법{FRAME UNIT AND LASER MACHINING METHOD OF WORKPIECE}
본 발명은, 피가공물을 유지하기 위해 사용되는 프레임 유닛, 및 이 프레임 유닛을 사용하는 피가공물의 레이저 가공 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼나 광 디바이스 웨이퍼, 패키지 기판 등을 복수의 칩으로 분할 할 때에는, 먼저, 이들 피가공물을 척 테이블 등으로 유지한다. 그 후, 피가공물에 설정된 분할 예정 라인 (스트리트) 을 따라 레이저 빔을 조사하거나, 회전시킨 환상의 절삭 블레이드를 절입시키거나 함으로써, 피가공물을 복수의 칩으로 분할할 수 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
이와 같은 방법으로 피가공물을 분할하기 전에는, 피가공물보다 직경이 큰 점착 테이프 (다이싱 테이프) 의 중앙 부분을 피가공물에 첩부하고, 또, 이 점착 테이프의 외주 부분에 피가공물을 둘러싸는 환상의 프레임을 고정시킨다. 이로써, 척 테이블에 대해 피가공물이 직접적으로 닿아 흠집이 생기는 것을 방지할 수 있다. 또한, 피가공물을 분할하여 얻어지는 칩의 분산을 방지하여, 용이하게 반송할 수 있게 된다 (예를 들어, 특허문헌 2 참조).
일본 공개특허공보 2012-84720호 일본 공개특허공보 평9-27543호
그런데, 상기 서술한 방법에서는, 사용 후의 점착 테이프를 재이용할 수 없으므로, 피가공물의 가공에 필요로 하는 비용이 높아지기 쉽다. 특히, 점착재가 피가공물에 잘 잔류하지 않는 고성능인 점착 테이프는 가격도 비싸기 때문에, 그러한 점착 테이프를 사용하면, 피가공물의 가공에 필요로 하는 비용도 높아진다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 점착 테이프 대신에 사용함으로써 피가공물의 가공에 필요로 하는 비용을 낮게 억제할 수 있는 프레임 유닛, 및 이 프레임 유닛을 사용하는 피가공물의 레이저 가공 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 피가공물을 유지할 때에 사용되는 프레임 유닛으로서, 그 피가공물이 수용되는 개구를 구비하는 환상의 프레임과, 그 프레임의 그 개구의 일부를 덮고, 정부 (正負) 의 전극을 포함하는 전극층을 구비하는 전극 시트와, 그 전극에 급전하는 전지가 장착되고, 그 전지로부터 그 전극에 대한 급전을 제어하는 급전 유닛을 갖고, 그 피가공물을 정전기의 힘으로 흡착하여 유지하는 프레임 유닛이 제공된다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 그 전극층은, 정부의 전극을 서로 다르게 정렬시켜 이루어지는 1 쌍의 빗살 전극을 구비하는 경우가 있다. 또, 그 전극 시트는, 외주부가 그 프레임에 고정되는 수지 시트에 형성되어 있어도 된다. 또한, 그 전극 시트는, 그 피가공물에 대해 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔을 투과시키도록 구성되어, 그 전극 시트를 통하여 그 피가공물에 그 레이저 빔을 조사할 때에 이 프레임 유닛이 사용되어도 된다.
본 발명의 다른 일 양태에 의하면, 상기 서술한 프레임 유닛을 사용하는 피가공물의 가공 방법으로서, 그 프레임 유닛의 그 전극 시트에 그 피가공물을 얹고, 그 전극에 급전하여 그 피가공물을 정전기의 힘으로 흡착하는 흡착 스텝과, 제 1 면과 그 제 1 면과는 반대측의 제 2 면을 갖고 그 피가공물에 대해 투과성을 갖는 파장의 그 레이저 빔을 투과시키는 판상의 지지 테이블의 그 제 1 면측에서, 그 피가공물을 흡착한 그 프레임 유닛의 그 전극 시트측을 지지하는 프레임 유닛 지지 스텝과, 그 지지 테이블의 그 제 2 면측으로부터, 그 지지 테이블 및 그 전극 시트를 통하여 그 피가공물에 그 레이저 빔을 조사하고, 그 피가공물의 내부를 개질하여 개질층을 형성하는 레이저 가공 스텝과, 그 레이저 가공 스텝을 실시한 후에, 그 지지 테이블로부터 그 프레임 유닛을 분리 (取外) 하는 프레임 유닛 분리 스텝과, 그 프레임 유닛 분리 스텝 후에, 그 전극에 대한 급전을 조정하여, 그 피가공물을 그 프레임 유닛의 그 전극 시트로부터 박리하는 박리 스텝을 구비하는 피가공물의 레이저 가공 방법이 제공된다.
본 발명의 일 양태에 관련된 프레임 유닛은, 환상의 프레임과, 정부의 전극을 포함하는 전극층을 구비하는 전극 시트와, 전극에 급전하는 전지가 장착되어, 전지로부터 전극에 대한 급전을 제어하는 급전 유닛을 갖고, 피가공물을 정전기의 힘으로 흡착하여 유지하므로, 점착재를 사용하는 점착 테이프와는 달리, 반복 사용할 수 있다. 따라서, 이 프레임 유닛을 점착 테이프 대신에 사용함으로써, 피가공물의 가공에 필요로 하는 비용을 낮게 억제할 수 있다.
도 1 은, 프레임 유닛의 구성예를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 2 는, 프레임 유닛의 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 3 은, 프레임 유닛의 일부를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 4 는, 프레임 유닛의 일부를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 5 는, 흡착 스텝에 대해 설명하기 위한 사시도이다.
도 6 은, 레이저 가공 장치의 구성예를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 7 은, 프레임 유닛 지지 스텝 및 레이저 가공 스텝에 대해 설명하기 위한 단면도이다.
도 8(A) 및 도 8(B) 는, 박리 스텝에 대해 설명하기 위한 사시도이다.
첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 일 양태에 관련된 실시형태에 대해 설명한다. 도 1 은, 본 실시형태에 관련된 프레임 유닛 (2) 의 구성예를 모식적으로 나타내는 사시도이고, 도 2 는, 프레임 유닛 (2) 의 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 프레임 유닛 (2) 은, 알루미늄 등의 재료로 이루어지는 환상의 프레임 (4) 을 구비하고 있다. 프레임 (4) 의 중앙 부분에는, 이 프레임 (4) 을 제 1 면 (4a) 으로부터 제 2 면 (4b) 으로 관통하는 개구 (4c) 가 형성되어 있다. 개구 (4c) 의 형상은, 예를 들어, 제 1 면 (4a) 측 (또는 제 2 면 (4b) 측) 에서 보아 대체로 원형이다. 또한, 프레임 (4) 의 재질, 형상, 크기 등에 특별한 제한은 없다.
프레임 (4) 의 제 2 면 (4b) 에는, 폴리에틸렌 (PE) 이나 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 등의 재료로 이루어지는 필름상의 베이스 시트 (수지 시트) (6) 가, 개구 (4c) 를 덮도록 고정되어 있다. 구체적으로는, 원형의 베이스 시트 (6) 의 제 1 면 (6a) 측의 외주 부분이, 프레임 (4) 의 제 2 면 (4b) 에 첩부되어 있다.
베이스 시트 (6) 는, 피가공물 (11) (도 5 등 참조) 을 보호할 수 있을 정도의 유연성과, 후술하는 정전기의 힘을 저해하지 않을 정도의 절연성을 가지고 있다. 단, 베이스 시트 (6) 의 재질, 형상, 두께, 크기 등에 특별한 제한은 없다. 피가공물 (11) 은, 이 베이스 시트 (6) 의 제 1 면 (6a) 측에서 유지된다. 한편, 베이스 시트 (6) 의 제 2 면 (6b) 측의 중앙 부분에는, 전극 시트 (8) 가 형성되어 있다.
도 3 은, 전극 시트 (8) 의 구성예를 모식적으로 나타내는 평면도이고, 도 4 는, 전극 시트 (8) 의 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 전극 시트 (8) 는, 예를 들어, 베이스 시트 (6) 와 동일한 재료로 대체로 원형으로 형성된 지지 시트 (10) 를 포함하고 있다. 지지 시트 (10) 의 직경은, 개구 (4c) 의 직경보다 작고, 피가공물 (11) 의 직경보다 크다. 단, 지지 시트 (10) 의 재질, 형상, 두께, 크기 등에 특별한 제한은 없다.
지지 시트 (10) 의 일방의 면 (예를 들어, 베이스 시트 (6) 측의 면) 에는, 전극층 (12) 이 배치되어 있다. 이 전극층 (12) 은, 예를 들어, 도전성의 재료로 지지 시트 (10) 의 일방의 면에 형성된 도전재층을, 정의 전극 패턴 (전극) (12a) 과 부의 전극 패턴 (전극) (12b) 으로 분리함으로써 얻어진다. 도전재층을 형성하는 도전성의 재료로는, 예를 들어, 산화인듐주석 (Indium Tin Oxide : ITO) 등의 가시역에서 투명한 재료를 들 수 있다.
이 경우에는, 예를 들어, 임의의 분리 예정 라인을 따라 레이저 빔을 조사하고, 어블레이션시키는 방법으로, 도전재층을 정의 전극 패턴 (12a) 과 부의 전극 패턴 (12b) 으로 분리하면 된다. 요컨대, 도전재층에 흡수되기 쉬운 파장의 레이저 빔을 분리 예정 라인을 따라 조사하고, 이 도전재층이 제거된 절연 영역 (12c) 을 형성한다.
이로써, 절연 영역 (12c) 에 의해 분리된 정의 전극 패턴 (12a) 과 부의 전극 패턴 (12b) 이 얻어진다. 이 방법에서는, 도전재층의 분리 예정 라인을 따라 레이저 빔을 조사하기만 하면 되므로, 마스크를 사용하는 에칭 등의 방법에 비해 가공에 필요로 하는 시간을 단축하기 쉽다.
물론, 에칭 등의 방법으로 도전재층을 정의 전극 패턴 (12a) 과 부의 전극 패턴 (12b) 으로 분리해도 된다. 또, 스크린 인쇄나 잉크젯 등의 방법으로, 정의 전극 패턴 (12a) 과 부의 전극 패턴 (12b) 으로 분리된 상태의 전극층 (12) 을 형성할 수도 있다.
정의 전극 패턴 (12a) 및 부의 전극 패턴 (12b) 의 형상은, 예를 들어, 정의 전극과 부의 전극을 서로 다르게 정렬시켜 이루어지는 1 쌍의 빗살상으로 하면 된다. 이와 같은 빗살상의 전극 (빗살 전극) 에서는, 정의 전극과 부의 전극이 높은 밀도로 배치되므로, 예를 들어, 전극과 피가공물 (11) 사이에서 작용하는 그래디언트력 등으로 불리는 정전기의 힘도 강해진다. 요컨대, 피가공물 (11) 을 강한 힘으로 유지할 수 있게 된다.
단, 정의 전극 패턴 (12a) 및 부의 전극 패턴 (12b) 의 형상 등에 특별한 제한은 없다. 예를 들어, 정의 전극 패턴 (12a) 및 부의 전극 패턴 (12b) 을 원 등으로 구성해도 된다. 또한, 도 3 에 나타내는 바와 같은 절연 영역 (12c) 을 레이저 빔에 의한 어블레이션으로 형성할 때에는, 일필서 (一筆書) 의 요령으로 레이저 빔을 조사하면, 가공에 필요로 하는 시간을 더욱 단축할 수 있다.
이와 같이 구성되는 전극 시트 (8) 는, 예를 들어, 접착력이 있는 커버 시트 (14) 에 의해, 전극층 (12) 측이 베이스 시트 (6) 의 제 2 면 (6b) 측에 밀착하도록 배치된다. 이로써, 지지 시트 (10) 측을 제 2 면 (6b) 측에 밀착시키는 경우에 비해, 전극층 (12) 으로부터 발생하는 전계를 제 1 면 (6a) 측의 피가공물 (11) 에 효율적으로 작용시킬 수 있다.
커버 시트 (14) 는, 예를 들어, 베이스 시트 (6) 와 동일한 재료로 형성되는 원형의 기재 시트와, 기재 시트의 일방의 면에 형성되는 풀층 (접착재층) 을 포함한다. 여기서, 커버 시트 (14) (기재 시트) 의 직경은, 전극 시트 (8) (지지 시트 (10)) 의 직경보다 크다. 단, 커버 시트 (14) 의 재질, 형상, 두께, 크기, 구조 등에 특별한 제한은 없다.
또한, 본 실시형태에서는, 산화인듐주석 등의 가시역에서 투명한 재료를 사용하여 전극층 (12) 을 형성하지만, 전극층 (12) 의 재질은, 프레임 유닛 (2) 의 용도 등에 따라 변경된다. 예를 들어, 전극층 (12) 을 통하여 피가공물 (11) 에 레이저 빔을 조사한다면, 이 레이저 빔을 투과시키는 재료로 전극층 (12) 을 형성할 필요가 있다. 이 경우에는, 베이스 시트 (6) 나 지지 시트 (10), 커버 시트 (14) 에도, 레이저 빔을 투과시키는 재료가 사용된다.
한편, 전극층 (12) 을 통하지 않고 피가공물 (11) 에 레이저 빔을 조사하는 경우나, 환상의 절삭 블레이드를 피가공물 (11) 에 절입시키는 경우 등에는, 반드시 투명한 재료를 사용하여 전극층 (12) 을 형성하지 않아도 된다. 이 경우에는, 베이스 시트 (6) 나 지지 시트 (10), 커버 시트 (14) 에도, 투명한 재료를 사용할 필요는 없다.
베이스 시트 (6) 의 제 2 면 (6b) 측에는, 정의 전극 패턴 (12a) 에 접속되는 제 1 배선 (16a) 과, 부의 전극 패턴 (12b) 에 접속되는 제 2 배선 (16b) 이 배치되어 있다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 프레임 (4) 의 제 1 면 (4a) 측에는, 급전 유닛 (18) 이 형성되어 있고, 제 1 배선 (16a) 및 제 2 배선 (16b) 은, 예를 들어, 프레임 (4) 을 돌아서 들어가도록 하여 급전 유닛 (18) 에 접속된다.
급전 유닛 (18) 은, 상기 서술한 정의 전극 패턴 (12a) 및 부의 전극 패턴 (12b) 에 대한 급전에 사용되는 전지 (20) 를 수용하기 위한 전지 홀더 (18a) 를 구비하고 있다. 또, 전지 홀더 (18a) 에 인접하는 위치에는, 정의 전극 패턴 (12a) 및 부의 전극 패턴 (12b) 에 대한 급전과 비급전을 전환하기 위한 스위치 (18b) 가 형성되어 있다.
예를 들어, 스위치 (18b) 를 도통 상태 (온 상태) 로 하면, 전지 홀더 (18a) 에 수용되어 있는 전지 (20) 의 전력이, 제 1 배선 (16a) 및 제 2 배선 (16b) 을 통하여 정의 전극 패턴 (12a) 및 부의 전극 패턴 (12b) 으로 공급된다. 한편, 스위치 (18b) 를 비도통 상태 (오프 상태) 로 하면, 정의 전극 패턴 (12a) 및 부의 전극 패턴 (12b) 에 대한 급전은 정지된다.
또한, 본 실시형태에서는, 급전 유닛 (18) 을 프레임 (4) 의 제 1 면 (4a) 측에 배치하고 있지만, 급전 유닛 (18) 의 배치 등에 특별한 제한은 없다. 적어도, 이 급전 유닛 (18) 은, 프레임 유닛 (2) 을 사용 (예를 들어, 지지) 할 때에 방해가 되지 않는 위치에 배치되어 있으면 된다. 예를 들어, 프레임 (4) 의 개구 (4c) 내에 급전 유닛 (18) 을 배치할 수도 있다. 또, 전지 (20) 는, 버튼형 전지 (코인형 전지) 와 같은 1 차 전지여도 되고, 충전에 의해 반복 사용 가능한 2 차 전지여도 된다.
다음으로, 상기 서술한 바와 같은 프레임 유닛 (2) 을 사용하는 피가공물의 레이저 가공 방법에 대해 설명한다. 본 실시형태에 관련된 피가공물의 레이저 가공 방법에서는, 먼저, 피가공물 (11) 을 프레임 유닛 (2) 으로 흡착하는 흡착 스텝을 실시한다. 도 5 는, 흡착 스텝에 대해 설명하기 위한 사시도이다.
본 실시형태에서 가공되는 피가공물 (11) 은, 예를 들어, 실리콘 (Si) 등의 재료로 이루어지는 원반상의 웨이퍼이다. 이 피가공물 (11) 의 표면 (11a) 측은, 격자상으로 설정된 분할 예정 라인 (스트리트) (13) 에 의해 복수의 영역으로 구획되어 있고, 각 영역에는, IC (Integrated Circuit), MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) 등의 디바이스 (15) 가 형성되어 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 실리콘 등의 재료로 이루어지는 원반상의 웨이퍼를 피가공물 (11) 로 하고 있지만, 피가공물 (11) 의 재질, 형상, 구조, 크기 등에 제한은 없다. 그 밖의 반도체, 세라믹스, 수지, 금속 등의 재료로 이루어지는 피가공물 (11) 을 사용할 수도 있다. 마찬가지로, 디바이스 (15) 의 종류, 수량, 형상, 구조, 크기, 배치 등에도 제한은 없다.
흡착 스텝에서는, 먼저, 피가공물 (11) 의 이면 (11b) 측과 베이스 시트 (6) 의 제 1 면 (6a) 측이 접촉하도록, 피가공물 (11) 을 베이스 시트 (6) 에 얹는다. 보다 구체적으로는, 피가공물 (11) 을 베이스 시트 (6) 의 전극 시트 (8) 에 대응하는 영역 (중앙 부분) 에 얹는다. 다음으로, 급전 유닛 (18) 의 스위치 (18b) 를 도통 상태로 하여, 전지 (20) 의 전력을 정의 전극 패턴 (12a) 과 부의 전극 패턴 (12b) 에 공급한다.
이로써, 정의 전극 패턴 (12a) 및 부의 전극 패턴 (12b) 의 둘레에 전계가 발생하고, 그 효과로서, 피가공물 (11) 과 전극층 (12) 사이에 정전기의 힘이 작용한다. 이 정전기의 힘에 의해, 피가공물 (11) 은, 프레임 유닛 (2) 에 흡착, 유지된다. 또한, 피가공물 (11) 과 전극층 (12) 사이에 작용하는 정전기의 힘에는, 쿨롬력, 존슨·라벡력, 그래디언트력 등이 있다.
흡착 스텝 후에는, 피가공물 (11) 을 흡착한 상태의 프레임 유닛 (2) 을 지지하는 프레임 유닛 지지 스텝을 실시한다. 도 6 은, 프레임 유닛 지지 스텝 등에서 사용되는 레이저 가공 장치 (102) 의 구성예를 모식적으로 나타내는 사시도이고, 도 7 은, 프레임 유닛 지지 스텝 등에 대해 설명하기 위한 단면도이다. 또한, 도 6 및 도 7 에서는, 레이저 가공 장치 (102) 의 일부의 구성 요소를 기능 블록 등으로 나타내고 있다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 레이저 가공 장치 (102) 는, 각 구성 요소를 지지하는 기대 (104) 를 구비하고 있다. 기대 (104) 의 후단부에는, Z 축 방향 (연직 방향) 으로 연장되는 지지 구조 (106) 가 형성되어 있다. 지지 구조 (106) 로부터 떨어진 기대 (4) 의 전방의 모서리부에는, 상방으로 돌출한 돌출부 (104a) 가 형성되어 있다.
돌출부 (104a) 의 내부에는 공간이 형성되어 있고, 이 공간에는, 승강 기구 (도시 생략) 에 의해 승강하는 카세트 엘리베이터 (108) 가 형성되어 있다. 카세트 엘리베이터 (108) 의 상면에는, 복수의 피가공물 (11) 을 수용하기 위한 카세트 (110) 가 얹어진다. 또한, 피가공물 (11) 은, 상기 서술한 흡착 스텝 후에, 프레임 유닛 (2) 에 흡착, 유지된 상태에서 카세트 (110) 에 수용된다.
돌출부 (104a) 에 인접하는 위치에는, 피가공물 (11) 을 유지하는 프레임 유닛 (2) 의 대략적인 위치를 조정하기 위한 위치 조정 유닛 (112) 이 배치되어 있다. 위치 조정 유닛 (112) 은, 예를 들어, Y 축 방향 (할출 (割出) 이송 방향) 과 평행한 상태를 유지하면서 접근, 이격되는 1 쌍의 가이드 레일을 포함한다. 각 가이드 레일은, 프레임 (23) 을 지지하는 지지면과, 지지면에 수직인 측면을 갖고 있다.
예를 들어, 카세트 (110) 로부터 반출된 프레임 유닛 (2) 을 위치 조정 유닛 (112) 의 가이드 레일에 얹고, 이 가이드 레일에 의해 프레임 유닛 (2) 을 X 축 방향 (가공 이송 방향) 에 끼움으로써, 프레임 유닛 (2) 을 소정의 위치에 맞출 수 있다. 위치 조정 유닛 (112) 의 근방에는, 프레임 유닛 (2) (피가공물 (11)) 을 반송하기 위한 반송 유닛 (114) 이 배치되어 있다. 반송 유닛 (114) 은, 프레임 유닛 (2) 중의 프레임 (4) 을 흡착하는 흡착 패드 (116) 를 구비하고 있다.
기대 (4) 의 중앙에는, 이동 기구 (가공 이송 기구, 할출 이송 기구) (118) 가 형성되어 있다. 이동 기구 (118) 는, 기대 (4) 의 상면에 배치되어 Y 축 방향과 평행한 1 쌍의 Y 축 가이드 레일 (120) 을 구비하고 있다. Y 축 가이드 레일 (120) 에는, Y 축 이동 테이블 (122) 이 슬라이드 가능하게 장착되어 있다.
Y 축 이동 테이블 (122) 의 이면측 (하면측) 에는, 너트부 (도시 생략) 가 형성되어 있고, 이 너트부에는, Y 축 가이드 레일 (120) 과 평행한 Y 축 볼 나사 (124) 가 나사 결합되어 있다. Y 축 볼 나사 (124) 의 일단부에는, Y 축 펄스 모터 (126) 가 연결되어 있다. Y 축 펄스 모터 (126) 에 의해 Y 축 볼 나사 (124) 를 회전시키면, Y 축 이동 테이블 (122) 은, Y 축 가이드 레일 (120) 을 따라 Y 축 방향으로 이동한다.
Y 축 이동 테이블 (122) 의 표면 (상면) 에는, X 축 방향과 평행한 1 쌍의 X 축 가이드 레일 (128) 이 형성되어 있다. X 축 가이드 레일 (128) 에는, X 축 이동 테이블 (130) 이 슬라이드 가능하게 장착되어 있다.
X 축 이동 테이블 (130) 의 이면측 (하면측) 에는, 너트부 (도시 생략) 가 형성되어 있고, 이 너트부에는, X 축 가이드 레일 (128) 과 평행한 X 축 볼 나사 (132) 가 나사 결합되어 있다. X 축 볼 나사 (132) 의 일단부에는, X 축 펄스 모터 (134) 가 연결되어 있다. X 축 펄스 모터 (134) 에 의해 X 축 볼 나사 (132) 를 회전시키면, X 축 이동 테이블 (130) 은, X 축 가이드 레일 (128) 을 따라 X 축 방향으로 이동한다.
X 축 이동 테이블 (130) 의 표면측 (상면측) 에는, 테이블 베이스 (136) 가 형성되어 있다. 테이블 베이스 (136) 의 상부에는, 프레임 유닛 (2) 을 지지하기 위한 테이블 유닛 (138) 이 배치되어 있다. 이 테이블 유닛 (138) 은, 테이블 베이스 (136) 를 통하여 모터 등의 회전 구동원 (도시 생략) 에 연결되어 있고, Z 축 방향 (연직 방향) 과 대체로 평행한 회전축의 둘레로 회전한다.
또, 테이블 유닛 (138) 및 테이블 베이스 (136) 는, 상기 서술한 이동 기구 (118) 에 의해 X 축 방향 및 Y 축 방향으로 이동한다 (가공 이송, 할출 이송). 테이블 유닛 (138) 의 상세에 대해서는, 후술한다.
지지 구조 (106) 에는, 전방 (테이블 유닛 (138) 측) 으로 돌출되는 지지 아암 (106a) 이 형성되어 있고, 이 지지 아암 (106a) 의 선단부에는, 하방을 향하여 레이저 빔을 조사하기 위한 레이저 조사 유닛 (140) 이 배치되어 있다. 또, 레이저 조사 유닛 (140) 에 인접하는 위치에는, 피가공물 (11) 등을 촬상하기 위한 촬상 유닛 (카메라) (142) 이 형성되어 있다.
레이저 조사 유닛 (140) 은, 피가공물 (11) 에 대해 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔을 펄스 발진하는 레이저 발진기 (도시 생략) 를 구비하고 있다. 예를 들어, 피가공물 (11) 이 실리콘 등의 반도체 재료로 이루어지는 웨이퍼인 경우에는, Nd : YAG 등의 레이저 매질을 사용하여 파장이 1000 ㎚ 이상 (예를 들어, 1064 ㎚) 인 레이저 빔을 펄스 발진하는 레이저 발진기 등을 사용하면 된다.
또, 레이저 조사 유닛 (140) 은, 레이저 발진기로부터 펄스 발진된 레이저 빔을 집광하는 집광기를 구비하고 있고, 프레임 유닛 (2) 을 통하여 테이블 유닛 (138) 에 지지되는 피가공물 (11) 의 내부에 이 레이저 빔을 조사, 집광한다. 예를 들어, 레이저 조사 유닛 (140) 으로 레이저 빔을 조사하면서, 테이블 유닛 (138) 을 X 축 방향으로 이동시킴으로써, 피가공물 (11) 의 내부를 X 축 방향을 따라 개질할 수 있다.
피가공물 (11) 을 가공한 후에는, 예를 들어, 반송 유닛 (114) 에 의해 프레임 유닛 (2) 을 카세트 (110) 에 다시 수용한다. 카세트 엘리베이터 (108), 위치 조정 유닛 (112), 반송 유닛 (114), 이동 기구 (118), 테이블 유닛 (138), 레이저 조사 유닛 (140), 촬상 유닛 (142) 등의 구성 요소는, 각각, 제어 유닛 (144) 에 접속되어 있다.
이 제어 유닛 (144) 은, 피가공물 (11) 의 가공에 필요한 일련의 공정에 맞추어, 상기 서술한 각 구성 요소를 제어한다. 또, 제어 유닛 (144) 에는, 사용자 인터페이스가 되는 터치 패널식의 모니터 (146) 가 접속되어 있다.
도 7 에 나타내는 바와 같이, 테이블 유닛 (138) 은, 예를 들어, 바닥벽 (138a) 과, 바닥벽 (138a) 의 외주 부분에 형성된 측벽 (138b) 과, 측벽 (138b) 의 상단에 접속된 천정벽 (138c) 을 갖는 상자상으로 형성되어 있다. 측벽 (138b) 의 일부에는, 개구가 형성되어 있고, 피가공물 (11) 을 흡착한 상태의 프레임 유닛 (2) 은, 이 개구를 통하여 테이블 유닛 (138) 의 내부로 반입된다.
천정벽 (138c) 의 중앙 부분에는, 천정벽 (138c) 을 상하로 관통하는 원형의 개구가 형성되어 있다. 이 개구에는, 레이저 조사 유닛 (140) 으로부터 방사되는 레이저 빔을 투과시키는 재료로 형성된 판상의 지지 부재 (지지 테이블) (138d) 가 끼워넣어져 있다.
즉, 지지 부재 (138d) 는, 피가공물 (11) 에 대해 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔을 투과시킨다. 또한, 도 7 에서는, 설명의 편의상, 지지 부재 (138d) 의 해칭을 생략하고 있다. 이 지지 부재 (138d) (개구) 의 직경은, 피가공물 (11) 의 직경보다 크다. 그 때문에, 지지 부재 (138d) 에 의해 피가공물 (11) 의 전체면을 지지할 수 있다.
천정벽 (138c) 의 하면측에는, 프레임 유닛 (2) 의 프레임 (4) 을 고정시키기 위한 클램프 (138e) 가 형성되어 있다. 또, 이 클램프 (138e) 에 근접하는 천정벽 (138c) 의 하면에는, 흡인로 (138f) 의 일단측이 개구되어 있다. 흡인로 (138f) 의 타단측은, 밸브 (148) 등을 통하여 흡인원 (150) 에 접속되어 있다.
프레임 유닛 지지 스텝에서는, 먼저, 피가공물 (11) 을 흡착한 상태의 프레임 유닛 (2) 을 카세트 (110) 로부터 반출하고, 테이블 유닛 (138) 내에 반입한다. 구체적으로는, 지지 부재 (138d) 의 하면 (제 1 면) 에 베이스 시트 (6) 의 제 2 면 (6b) 측 (전극 시트 (8) 측, 커버 시트 (14) 측) 이 밀착하도록 프레임 (4) 을 클램프 (138e) 로 고정시킨다.
그리고, 이 상태에서 밸브 (148) 를 열어, 흡인원 (150) 의 부압을 작용시킨다. 이로써, 프레임 유닛 (2) 을 지지 부재 (138d) 의 하면측에서 지지할 수 있다. 이와 같이, 피가공물 (11) 은, 표면 (11a) 측이 하방으로 노출된 상태에서 프레임 유닛 (2) 을 통하여 테이블 유닛 (138) 에 유지된다.
프레임 유닛 지지 스텝 후에는, 지지 부재 (138d) 의 상면 (제 2 면) 측으로부터 레이저 빔을 조사하여 피가공물 (11) 을 가공하는 레이저 가공 스텝을 실시한다. 레이저 가공 스텝은, 계속해서 레이저 가공 장치 (102) 를 사용하여 실시된다. 구체적으로는, 먼저, 테이블 유닛 (138) 을 회전시켜, 가공의 대상이 되는 분할 예정 라인 (13) 이 신장되는 방향을 레이저 가공 장치 (12) 의 X 축 방향에 맞춘다.
다음으로, 테이블 유닛 (138) 을 이동시켜, 예를 들어, 대상이 되는 분할 예정 라인 (13) 의 연장선 상에 레이저 조사 유닛 (140) 의 위치를 맞춘다. 그리고, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 레이저 조사 유닛 (140) 으로부터 피가공물 (11) 을 향하여 레이저 빔 (152) 을 조사하면서, 테이블 유닛 (138) 을 X 축 방향으로 이동시킨다.
여기서, 레이저 빔 (152) 의 조사 조건 (가공 조건) 은, 피가공물 (11) 의 내부를 다광자 흡수에 의해 개질할 수 있는 범위에서 조정된다. 구체적으로는, 예를 들어, 레이저 빔 (152) 을 피가공물 (11) 의 내부에 집광시킨다. 다른 조건은, 예를 들어, 다음과 같다.
레이저 빔의 파장 : 1000 ㎚ 이상
레이저 빔의 출력 : 1 W
레이저 빔의 반복 주파수 : 80 ㎑
테이블 유닛 (138) 의 이동 속도 : 800 ㎚/s
상기 서술한 바와 같이, 테이블 유닛 (138) 의 지지 부재 (138d) 는, 레이저 빔 (152) 을 투과시키는 재료로 형성되어 있다. 또, 프레임 유닛 (2) 의 베이스 시트 (6), 지지 시트 (10), 전극층 (12), 및 커버 시트 (14) 도, 레이저 빔 (152) 을 투과시키는 재료로 형성되어 있다.
따라서, 지지 부재 (138d) 및 프레임 유닛 (2) 을 통하여 레이저 빔 (152) 을 피가공물 (11) 의 내부에 조사하여, 분할 예정 라인 (13) 을 따른 개질층 (17) 을 형성할 수 있다. 이와 같은 동작을 반복하여, 예를 들어, 모든 분할 예정 라인 (13) 을 따라 개질층 (17) 이 형성되면, 레이저 가공 스텝은 종료된다.
레이저 가공 스텝 후에는, 테이블 유닛 (138) (지지 부재 (138d)) 으로부터 프레임 유닛 (2) 을 분리하는 프레임 유닛 분리 스텝을 실시한다. 구체적으로는, 먼저, 밸브 (148) 를 닫아, 흡인원 (150) 의 부압을 차단한다. 그리고, 반송 유닛 (114) 등에 의해 프레임 유닛 (2) 을 테이블 유닛 (138) 으로부터 반출한다. 반출된 프레임 유닛 (2) 은, 카세트 (110) 에 다시 수용된다.
프레임 유닛 분리 스텝 후에는, 피가공물 (11) 을 프레임 유닛 (2) 의 베이스 시트 (6) (전극 시트 (8)) 로부터 박리하는 박리 스텝을 실시한다. 도 8(A) 및 도 8(B) 는, 박리 스텝에 대해 설명하기 위한 사시도이다. 이 박리 스텝에서는, 예를 들어, 가공 후의 피가공물 (11) 을 유지하는 프레임 유닛 (2) 을 카세트 (110) 로부터 꺼내고, 도 8(A) 에 나타내는 바와 같이, 피가공물 (11) 의 표면 (11a) 측에 점착 테이프 (21) 의 표면 (21a) 측을 첩부한다.
다음으로, 급전 유닛 (18) 의 스위치 (18b) 를 비도통 상태로 하여, 정의 전극 패턴 (12a) 및 부의 전극 패턴 (12b) 에 대한 급전을 정지시킨다. 이로써, 피가공물 (11) 과 전극층 (12) 사이에 작용하는 정전기의 힘이 약해지거나, 또는 잃는다. 이 상태에서, 예를 들어, 점착 테이프 (21) 의 이면 (21b) 측이 하방을 향하도록 프레임 유닛 (2) 을 상하로 반전시킴으로써, 도 8(B) 에 나타내는 바와 같이, 피가공물 (11) 을 베이스 시트 (6) (전극 시트 (8)) 로부터 박리할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태에 관련된 프레임 유닛 (2) 은, 환상의 프레임 (4) 과, 정의 전극 패턴 (전극) (12a) 과 부의 전극 패턴 (전극) (12b) 을 포함하는 전극층 (12) 을 구비하는 전극 시트 (8) 와, 정의 전극 패턴 (12a) 및 부의 전극 패턴 (12b) 에 급전하는 전지 (20) 가 장착되어, 전지 (20) 로부터 정의 전극 패턴 (12a) 및 부의 전극 패턴 (12b) 에 대한 급전을 제어하는 급전 유닛 (18) 을 갖고, 피가공물 (11) 을 정전기의 힘으로 흡착하여 유지하므로, 점착재를 사용하는 점착 테이프와는 달리, 반복 사용할 수 있다. 따라서, 이 프레임 유닛을 점착 테이프 대신에 사용함으로써, 피가공물 (11) 의 가공에 필요로 하는 비용을 낮게 억제할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 실시형태 등의 기재에 제한되지 않고 여러 가지 변경하여 실시 가능하다. 예를 들어, 상기 실시형태에서는, 피가공물 (11) 의 내부에 개질층 (17) 을 형성하는 경우에 대해 설명하고 있지만, 전극층 (12) 을 통하지 않고 피가공물 (11) 에 레이저 빔을 조사하는 경우나, 환상의 절삭 블레이드를 피가공물 (11) 에 절입시키는 경우 등에도, 본 실시형태의 프레임 유닛 (2) 을 사용할 수 있다.
그 외, 상기 실시형태에 관련된 구조, 방법 등은, 본 발명의 목적의 범위를 일탈하지 않는 한 적절히 변경하여 실시할 수 있다.
2 : 프레임 유닛
4 : 프레임
4a : 제 1 면
4b : 제 2 면
4c : 개구
6 : 베이스 시트 (수지 시트)
6a : 제 1 면
6b : 제 2 면
8 : 전극 시트
10 : 지지 시트
12 : 전극층
12a : 정의 전극 패턴 (전극)
12b : 부의 전극 패턴 (전극)
12c : 절연 영역
14 : 커버 시트
16a : 제 1 배선
16b : 제 2 배선
18 : 급전 유닛
18a : 전지 홀더
18b : 스위치
20 : 전지
102 : 레이저 가공 장치
104 : 기대
104a : 돌출부
106 : 지지 구조
106a : 지지 아암
108 : 카세트 엘리베이터
110 : 카세트
112 : 위치 조정 유닛
114 : 반송 유닛
116 : 흡착 패드
118 : 이동 기구 (가공 이송 기구, 할출 이송 기구)
120 : Y 축 가이드 레일
122 : Y 축 이동 테이블
124 : Y 축 볼 나사
126 : Y 축 펄스 모터
128 : X 축 가이드 레일
130 : X 축 이동 테이블
132 : X 축 볼 나사
134 : X 축 펄스 모터
136 : 테이블 베이스
138 : 테이블 유닛
138a : 바닥벽
138b : 측벽
138c : 천정벽
138d : 지지 부재 (지지 테이블)
138e : 클램프
138f : 흡인로
140 : 레이저 조사 유닛
142 : 촬상 유닛 (카메라)
144 : 제어 유닛
146 : 모니터
148 : 밸브
150 : 흡인원
152 : 레이저 빔
11 : 피가공물
11a : 표면
11b : 이면
13 : 분할 예정 라인 (스트리트)
15 : 디바이스
17 : 개질층
21 : 점착 테이프
21a : 표면
21b : 이면

Claims (5)

  1. 피가공물을 유지할 때에 사용되는 프레임 유닛으로서,
    그 피가공물이 수용되는 개구를 구비하는 환상의 프레임과,
    그 프레임의 그 개구의 일부를 덮고, 정부 (正負) 의 전극을 포함하는 전극층을 구비하는 전극 시트와,
    그 전극에 급전하는 전지가 장착되고, 그 전지로부터 그 전극에 대한 급전을 제어하는 급전 유닛을 갖고,
    그 피가공물을 정전기의 힘으로 흡착하여 유지하고,
    그 전극 시트는, 그 피가공물에 대해 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔을 투과시키도록 구성되어,
    그 전극 시트를 통하여 그 피가공물에 그 레이저 빔을 조사할 때에 사용되는 것을 특징으로 하는 프레임 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    그 전극층은, 정부의 전극을 서로 다르게 정렬시켜 이루어지는 1 쌍의 빗살 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 프레임 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서,
    그 전극 시트는, 외주부가 그 프레임에 고정되는 수지 시트에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 프레임 유닛.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 기재된 프레임 유닛을 사용하는 피가공물의 레이저 가공 방법으로서,
    그 프레임 유닛의 그 전극 시트에 그 피가공물을 얹고, 그 전극에 급전하여 그 피가공물을 정전기의 힘으로 흡착하는 흡착 스텝과,
    제 1 면과 그 제 1 면과는 반대측의 제 2 면을 갖고 그 피가공물에 대해 투과성을 갖는 파장의 그 레이저 빔을 투과시키는 판상의 지지 테이블의 그 제 1 면측에서, 그 피가공물을 흡착한 그 프레임 유닛의 그 전극 시트측을 지지하는 프레임 유닛 지지 스텝과,
    그 지지 테이블의 그 제 2 면측으로부터, 그 지지 테이블 및 그 전극 시트를 통하여 그 피가공물에 그 레이저 빔을 조사하고, 그 피가공물의 내부를 개질하여 개질층을 형성하는 레이저 가공 스텝과,
    그 레이저 가공 스텝을 실시한 후에, 그 지지 테이블로부터 그 프레임 유닛을 분리 (取外) 하는 프레임 유닛 분리 스텝과,
    그 프레임 유닛 분리 스텝 후에, 그 전극에 대한 급전을 조정하여, 그 피가공물을 그 프레임 유닛의 그 전극 시트로부터 박리하는 박리 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 피가공물의 레이저 가공 방법.
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