CN114641846B - 工件分离装置及工件分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种工件分离装置及工件分离方法,所述工件分离装置对层叠体的整体均匀地照射点状的激光,从而有效地从工件剥离支承体。本发明的工件分离装置的特征在于,具备:保持部件,装卸自如地保持工件和支承体中的任一方;激光照射部,透过保持在保持部件上的层叠体的支承体和工件中的另一方,向分离层照射激光;及控制部,对激光照射部进行动作控制,其中,激光照射部具有使点状的激光沿着层叠体移动的激光扫描器,从激光扫描器向层叠体照射的激光的区域中,分离层的照射面整体被分割为在与激光照射部的光照射方向交叉的两个方向中的任一个方向上呈细长的带状的多个照射区域,并且从激光扫描器对进行该分割所得到的各照射区域的照射是以点状的激光的一部分在与光照射方向交叉的平面上重叠的方式排列的排列照射,控制部以如下方式进行控制:通过激光扫描器的动作,对多个照射区域中的一个照射区域进行排列照射,在多个照射区域中的一个照射区域的整体被排列照射无间隙地填满后,对下一个照射区域的进行排列照射,之后对各照射区域分别以同样的方式重复排列照射,最终对多个照射区域全部进行排列照射。
Description
技术领域
本发明涉及一种工件分离装置及使用工件分离装置的工件分离方法,所述工件分离装置在如WLP(wafer level packaging(晶圆级封装))、PLP(panel level packaging(面板级封装))、或厚度极其薄的(极薄)半导体晶圆的处理工序等的成为产品的工件的制造过程中,用于将临时保持在支承体上的工件从支承体剥离。
背景技术
以往,作为这种工件分离装置及工件分离方法,有一种激光剥离方法,透过基板对在基板上形成结晶层而成的工件照射脉冲激光,以一边时刻改变对工件的脉冲激光的照射区域,一边使相互邻接的照射区域的端部在照射区域的移动方向上重叠,并且相互邻接的照射区域的端部在与移动方向正交的方向上重叠的方式进行照射,在基板与结晶层的界面将结晶层从基板上剥离(例如,参考专利文献1)。
工件被分割为相当于脉冲激光的1次照射(1个脉冲)的尺寸的照射区域,针对各照射区域的从激光光学系统对工件的脉冲激光的照射方法中,对于各照射区域,通过工件的搬送使照射区域的端部(边缘部)重叠在各照射区域上,分别各照射一次脉冲激光。
由激光光源产生的脉冲激光通过激光光学系统投影到工件上,通过基板照射到基板与结晶层(GaN系化合物的材料层)的界面上。在基板与材料层的界面上,通过照射脉冲激光,材料层与基板的界面附近的GaN被分解,材料层可从基板上剥离。
并且,作为其他工件分离装置,有一种剥离装置,该剥离装置在将复合基板吸引保持在保持部件上的状态下,使激光光线照射机构动作,从复合基板的外延基板侧对缓冲层照射激光光线,破坏缓冲层,然后使外延基板剥离机构工作,将外延基板从光学元件层剥离(例如,参考专利文献2)。
激光光线照射机构具备:脉冲激光光线振荡机构;扫描器,使脉冲激光光线的光轴在X轴方向及Y轴方向上偏转;及聚光器,由像侧远心物镜构成,该像侧远心物镜使通过扫描器而光轴偏转的脉冲激光光线会聚并照射到由保持台保持的复合基板上。若脉冲激光光线振荡机构工作,则扫描器在X轴方向及Y轴方向上摆动,使脉冲激光光线的光点从聚光器呈漩涡状照射到缓冲层的整个面上。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2012-024783号公报
专利文献2:日本特开2013-179237号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
但是,在专利文献1中记载的技术中,由于相当于脉冲激光的1次照射的各照射区域的尺寸大,所以不能使从激光光学系统照射到各照射区域的脉冲激光充分集中。由此,照射到各照射区域的脉冲激光的能量量(能量密度)有时达不到使结晶层(GaN系化合物的材料层)的整个面均匀分解的水平。
因此,容易局部地产生激光对层叠体的分离层的照射不均,在分离层中激光输出不足的部位或未照射部位局部地引起剥离不良,相反,激光输出过强的部位会对形成在搭载于基板的芯片的电路基板上的器件造成损伤,或者由于激光的过度照射而产生煤烟等问题。
在专利文献2中记载的技术中,由于通过扫描器的摆动,脉冲激光光线以螺旋状照射,所以在外延基板及缓冲层的整体形状为矩形的情况下,容易产生未照射部位而不适合,存在不能有效地剥离矩形的整个面的问题。
用于解决技术课题的手段
为了解决这种课题,本发明所涉及的工件分离装置,其通过对包含电路基板的工件隔着分离层与支承体层叠的层叠体的激光照射并随之发生的所述分离层的改性,从所述工件剥离所述支承体,其特征在于,具备:保持部件,装卸自如地保持所述工件和所述支承体中的任一方;激光照射部,透过保持在所述保持部件上的所述层叠体的所述支承体和所述工件中的另一方,向所述分离层照射激光;及控制部,对所述激光照射部进行动作控制,
其中,所述激光照射部具有使点状的所述激光沿着所述层叠体移动的激光扫描器,从所述激光扫描器向所述层叠体照射的所述激光的区域中,所述分离层的照射面整体被分割为在与所述激光照射部的光照射方向交叉的两个方向中的任一个方向上呈细长的带状的多个照射区域,并且从所述激光扫描器对进行该分割所得到的各照射区域的照射是以所述点状的所述激光的一部分在与所述光照射方向交叉的平面上重叠的方式排列的排列照射,所述控制部以如下方式进行控制:通过所述激光扫描器的动作,对被分割成所述带状的多个照射区域中的一个照射区域进行所述排列照射,在所述多个照射区域中的一个所述照射区域的整体被所述排列照射无间隙地填满后,对下一个照射区域进行所述排列照射,之后对所述各照射区域分别以同样的方式重复所述排列照射,最终对所述多个照射区域的全部进行排列照射。
并且,为了解决这种课题,本发明所涉及的工件分离方法,其通过对包含电路基板的工件隔着分离层与支承体层叠的层叠体的激光照射并随之发生的所述分离层的改性,从所述工件剥离所述支承体,其特征在于,包括:保持工序,装卸自如地保持所述工件和所述支承体中的任一方;激光照射工序,从激光照射部透过保持在所述保持部件上的所述层叠体的所述支承体和所述工件中的另一方,向所述分离层照射所述激光;及相对移动工序,使从所述激光照射部对保持在所述保持部件上的所述层叠体的所述支承体及所述分离层的激光照射位置至少在与所述激光照射部的激光照射方向交叉的方向上相对移动,其中,所述激光照射部具有使点状的所述激光沿着所述层叠体移动的激光扫描器,在所述激光照射工序中,从所述激光扫描器向所述层叠体照射的所述激光的区域中,所述分离层的照射面整体被分割为在与所述激光照射部的光照射方向交叉的两个方向中的任一个方向上呈细长的带状的多个照射区域,并且从所述激光扫描器对进行该分割所得到的各照射区域的照射是以所述点状的所述激光的一部分在与所述光照射方向交叉的平面上重叠的方式排列的排列照射,在所述相对移动工序中,通过所述激光扫描器的动作,对被分割成所述带状的多个照射区域中的一个照射区域进行所述排列照射,在所述多个照射区域中的一个所述照射区域的整体被所述排列照射无间隙地填满后,对下一个照射区域进行所述排列照射,之后对所述各照射区域分别以同样的方式重复所述排列照射,最终对所述多个照射区域的全部进行排列照射。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的工件分离装置的整体结构的说明图,图1的(a)是主视图,图1的(b)是图1的(a)的横剖俯视图。
图2是表示分离层的照射区域的说明图,图2的(a)、图2的(b)是表示多个照射区域的尺寸差异的立体图,图2的(c)、图2的(d)是表示针对多个照射区域的照射顺序的差异的立体图。
图3是表示工件分离方法的说明图,图3的(a)~图3的(d)是表示来自激光照射部的激光照射过程的局部切口立体图。
图4是表示层叠体的变形例的说明图,图4的(a)~图4的(d)是表示来自激光照射部的激光照射过程的局部切口立体图。
图5是表示本发明的实施方式所涉及的工件分离装置的变形例的说明图,图5的(a)是主视图,图5的(b)是图5的(a)的横剖俯视图。
图6是表示激光照射部的变形例的说明图,是表示来自扫描器的激光照射过程的局部切口放大立体图。
图7是表示激光照射部的变形例的说明图,是表示来自扫描器的激光照射过程的局部切口放大立体图。
图8是将多个照射区域的边界局部放大的俯视图。
图9是表示保持有翘曲的层叠体时的动作状态的说明图,图9的(a)、图9的(b)是表示从激光照射部对多个照射区域的激光照射过程的放大主视图。
图10是表示本发明的实施方式所涉及的工件分离装置的变形例的说明图,图10的(a)是主视图,图10的(b)是其横剖俯视图。
图11是表示保持有翘曲的层叠体时的工作状态的说明图,图11的(a)、图11的(b)是表示从激光照射部对多个照射区域的激光照射过程的放大主视图。
图12是表示有翘曲的层叠体的照射状态的说明图,图12的(a)是局部放大了主要部分的主视图,图12的(b)是其示意图。
具体实施方式
以下,根据附图对本发明的实施方式进行详细说明。
本发明的实施方式所涉及的工件分离装置A及工件分离方法如图1~图12所示,是激光剥离装置及激光剥离方法,对于隔着分离层3与支承体2层叠包括电路基板(未图示)的工件1而成的层叠体S,通过向透过工件1、支承体2的分离层3照射激光L,分离层3通过激光L的吸收改性(改质)成能够剥离,从工件1剥离支承体2。用于制造WLP(wafer levelpackaging:晶圆级封装)或PLP(panel level packaging:面板级封装)之类的半导体封装体等,或厚度极薄的半导体晶圆(以下,称为“极薄晶圆”)的处理工序。
详细而言,本发明的实施方式所涉及的工件分离装置A作为主要构成要件,具备:保持部件10,设置成拆卸自如地保持层叠体S;及光学系统20的激光照射部22,设置成向层叠体S的分离层3照射激光光源21的激光L。
进一步地,优选具备如下构成要件:驱动部30,设置成使从激光照射部22对支承体2及分离层3的激光照射位置P相对移动;测长部40,设置成可测量从激光照射部22到支承体2及分离层3的照射面的间隔;及控制部50,设置成对激光照射部22及驱动部30、测长部40等进行动作控制。
另外,如图1~图12所示,层叠体S通常在上下方向上载置于保持部件10,从激光照射部22向保持部件10上的层叠体S向下方照射激光L。以下,将层叠体S相对于保持部件10的保持方向、从激光照射部22向层叠体S的激光L的照射方向(光照射方向)称为“Z方向”。以下,将与激光L的照射方向(Z方向)交叉的两个方向称为“XY方向”。
工件1由包括电路基板的可搬送的基板等构成,由硅等材料形成为薄板状,所述电路基板在被贴合于后述的支承体2的层叠状态下,被提供了电路形成处理和薄化处理等半导体工艺。
工件1的整体形状包括矩形(包括长方形及正方形的角为直角的四边形)的面板形状、圆形的晶圆形状等。
工件1的厚度例如也包括被薄化为15~3,000μm的矩形、圆形的基板。特别是在工件1的厚度为数十μm左右那样极其薄的(以下称为“极薄”)面板形状、晶圆形状的情况下,能够将工件1的整个面粘合在切割带等带状保持用粘贴片上进行支承,或也能够通过将工件1粘贴在用切割框架等那样的四边形框状或圆形框状(环状)的保持框架加强了外周部的带状的保持用粘合片上来进行支承。
支承体2被称为支承基板或载体基板,其具有通过在工件1的薄化工序、各种处理工序、输送工序等中支承工件1而防止工件1的破损或变形等所需的强度。因此,支承体2由硬质的刚性材料形成为尺寸与工件1对应的矩形或圆形。
工件1或支承件2中的一个或两个由具有特定波长的激光L透射的玻璃或合成树脂等透明或半透明的刚性材料形成。作为支承体2的具体例,在图示例子的情况下,使用透射特定波长的激光L的透明或半透明的玻璃板、陶瓷板、丙烯酸类树脂制的板等,将其厚度例如设定为300~3,000μm。
分离层3是如下所述的层:吸收经由工件1或支承体2照射的激光L,会变质成粘接力降低,在受到少量外力时失去粘接性而剥离,或变质成能够破坏。
作为分离层3的材料,优选使用具有例如聚酰亚胺树脂等那样的粘接性、工件1和支承体2能够在不夹装由粘接剂构成的粘接层的情况下贴合的材料。进一步地,在剥离工件1与支承体2之后,也可以层叠能够容易清洗除去的其他层。并且,在分离层3由不具有粘接性的材料构成的情况下,需要在分离层3和工件1之间设置由粘接剂构成的粘接层(未图示),通过粘接层粘接分离层3和工件1。
作为层叠体S,主要使用如下所述的层叠体:在矩形的情况下一边为500mm以上、在圆形的情况下直径为200mm或300mm以上等,XY方向的整体尺寸较大,但是使Z方向的厚度变薄。
作为层叠体S的一例,在图1~图3或图5~图11所示的情况下,使用面板形状(大致正方形)的层叠体S,其将成为工件1的矩形(大致正方形)的基板和成为支承体2的矩形(大致正方形)的支承基板(载体基板)用分离层3贴合而成。
作为层叠体S的另一例,在图4所示的情况下,使用晶圆形状的层叠体S,其将成为工件1的圆形晶圆和成为支承体2的圆形支承基板(载体基板)用分离层3贴合而成。
在这些图示例子中,通过将层叠体S配置成支承体2侧与后述的激光照射部22相对,将剥离用的激光L设定为透过支承体2照射到分离层3上。
进一步地,作为层叠体S的另一例,如图9的(a)、图9的(b)、图11的(a)、图11的(b)所示,包括四层结构等,其具有:工件1,用扇出型PLP技术等制造;密封体,在工件1的表面搭载有多个半导体元件Sc并且用树脂等密封材料Sr密封;分离层3,层叠在密封体的表面上;及支承体2,隔着分离层3层叠。另外,除此之外虽未图示,但如上所述,在分离层3由不具有粘接性的材料构成的情况下,也包括层叠结构,其在分离层3与成为工件1侧的多个半导体元件Sc和密封材料Sr之间,设置有由粘接剂构成的粘接层(未图示)。该层叠结构中,分离层3和成为工件1侧的多个半导体元件Sc或密封材料Sr通过粘接层装卸自如地粘接。
并且,具备这种多个半导体元件Sc的密封体,在最终通过切割等在XY方向上切断后,通过经由再布线层等安装电极取出部等最终工序,制造作为最终产品的多个电子部件。
保持部件10由不会因金属等刚体而弯曲(挠曲)变形的厚度的平台等构成,形成为比层叠体S的外形尺寸大且壁厚的大致矩形或圆形等平板状,在与层叠体S在Z方向上相对的保持面上,设置有工件1的保持卡盘11。
保持卡盘11通过与工件1接触来保持工件1不可移动且装卸自如,形成于与层叠体S在Z方向上相对的保持面的整体或一部分。
作为保持卡盘11的具体例,优选使用通过吸引引起的差压来吸附保持工件1的吸附卡盘。特别是在吸附卡盘中,优选使用多孔卡盘,其通过由多孔质材料构成的吸附面差压吸附工件1。在多孔卡盘的情况下,由于工件1的整体不会部分挠曲而能够进行差压吸附,因此能够维持均匀的保持状态。
并且,作为保持卡盘11的另一例,也可以代替吸附卡盘使用粘合卡盘或静电卡盘,或者在吸附卡盘、粘合卡盘、静电卡盘中组合多个来使用。
另外,作为保持部件10的另一例,虽未图示,但是也包括代替平板状的保持面由多个支承销经由工件1将层叠体S的整体进行固定(不可移动且装卸自如地保持)的结构、及蜂窝的平台结构。在工件1被销固定的结构的情况下,优选构成为能够利用多个支承销的一部分或者全部的前端吸附固定工件1。
激光照射部22作为光学系统20的一部分而设置,用于将激光L从激光振荡器等激光光源21向目标激光照射位置P引导,并配置成与保持在保持部件10上的层叠体S在Z方向上相对。激光照射部22具有扫描(扫描)功能,其将由光学系统20引导的激光L沿着层叠体S在XY方向上移动。由此,由光学系统20引导的激光L透过层叠体S的工件1或支承体2照射到分离层3的整个面上。
作为从激光照射部22向层叠体S照射的激光L,优选使用透过工件1或支承体2且分离层3能够吸收的波长的激光。
详细而言,在激光L之中,与投影形状为线(狭缝)状的激光L相比,优选容易得到高输出的激光的光点(点)状的激光L。与连续振荡的激光(连续波激光)相比,为了抑制由吸收在分离层3内的激光能量引起的热的影响,并且向分离层3内提供高能量,优选进行脉冲振荡的激光(脉冲激光)L。
即,优选激光照射部22上以如下方式构成:设置有激光扫描构件(激光扫描器)22a,其用于使由激光光源21产生的点状等激光L的光轴(主轴)L1移动,通过激光扫描器22a使激光L相对于层叠体S在XY方向上扫描(扫描)。因此,仅通过激光扫描器22A也能够使激光L相对于层叠体S的分离层3相对移动。
作为激光照射部22,如图1、图3~图12所示,优选具有:激光扫描器22a,其使由激光光源21产生的点状的激光L的光轴L1沿着层叠体S移动;及透镜22b,其将来自激光扫描器22a的激光L向分离层3引导。
作为激光扫描器22a,优选使用旋转自如地设置的多边形扫描器22a1、电扫描器22a2等,在与从激光扫描器22a向分离层3的激光照射方向(Z方向)交叉的XY方向的任一方向、或者在XY方向的双方向上扫描。
透镜22b具有会聚来自激光扫描器22a的激光L的功能,优选使用与多边形扫描器22a1、电扫描器22a2等组合使用的fθ透镜。fθ透镜能够使扫描速度在透镜的中心部或其周边部恒定,并且使焦点置于一个平面上。
进一步地,作为透镜22b,优选使用远心系透镜22b1及非远心系透镜22b2,远心系透镜22b1能够使主光线L2与穿过透镜中心垂直于透镜面的光轴L1平行配置,非远心系透镜22b2能够使主光线L2相对于光轴L1配置成各种角度。
特别是在非远心系透镜22b2的情况下,优选主要使用激光L的照射稳定的透镜中心部(透镜中央及其周边部分),而不使用激光L的照射不稳定的透镜外周端部。
作为光学系统20及激光照射部22的具体例,在图1的(a)、图5的(a)、图10的(a)等所示的情况下,首先,通过使在成为激光光源21的激光振荡器中产生的激光L通过光束扩展器23来调整光束直径。接着,通过转向镜等反射镜24、25来改变激光L的方向,并引导至成为激光照射部22的激光扫描器22a。最后,超短脉冲激光L从激光扫描器22a通过透镜22b,依次照射并扫描保持于保持部件10上的层叠体S的目标位置。
作为激光扫描器22a及透镜22b的一例,在如图1的(a)、图3的(a)~图3的(d)、图4的(a)~图4的(d)及图9的(a)、图9的(b)所示的情况下,使用多边形扫描器22a1作为激光扫描器22a,多边形扫描器22a1具有在被旋转驱动的筒体的周围配置成正N边形的反射镜部。作为透镜22b,使用远心系统透镜(远心系统fθ透镜)22b1。
向多边形扫描部22a1入射的激光L碰到反射镜部而反射,通过透镜22b被变更为向层叠体S大致垂直或规定角度的光路。多边形扫描器22a1的镜部的旋转驱动的扫描方向仅为XY方向中的任意一方。在图示例中,使激光L在与相对于正N边形的镜部的激光入射方向(X方向)平行的直线方向上仅向一方移动规定宽度。另外,作为除此以外的例子虽未图示,但是可以使激光L双向往复运动。
作为激光扫描器22a的另一例,在如图5所示的情况下,使用电扫描器22a2作为激光扫描器22a,电扫描器22a2具有旋转驱动的反射镜(电反射镜)。作为透镜22b,使用远心系统透镜(远心系统fθ透镜)22b1。
基于电扫描器22a2的反射镜的旋转驱动的扫描方向为XY方向的仅任意一方。在图示例中,使激光L在与激光入射方向(X方向)平行的直线方向双向上往复移动规定宽度。另外,作为除此以外的例子虽未图示,也可以使激光L仅向一方移动。
在如图6所示的情况下,是多边形扫描器22a1和电扫描器22a2的组合,使用了远心系透镜(远心系fθ透镜)22b1。多边形扫描器22a1的镜部的旋转驱动和电扫描器22a2的反射镜的旋转驱动的扫描方向为XY方向的两个方向。
进一步地,作为激光扫描器22a的另一例,在如图7所示的情况下,是多个电扫描器22a2,使用远心系透镜(远心系fθ透镜)22b1。多个电扫描器22a2的反射镜的旋转驱动的扫描方向为XY方向的两个方向。
并且,作为激光扫描器22a及透镜22b的另一例,在图10的(a)及图11的(a)、图11的(b)所示的情况下,使用多边形扫描器22a1作为激光扫描器22a,使用非远心系透镜(非远心系fθ透镜)22b2作为透镜22b。
另外,作为除此之外的变形例虽未图示,但也可以使用与多边形扫描器22a1和电扫描器22a2不同的结构的扫描器作为激光扫描器22a,在XY方向的任一方向上或XY方向的双方向上进行扫描等变更。
除此以外,也可以将从成为激光光源21的激光振荡器作为激光而进行脉冲振荡的高斯光束的光束轮廓变更为大致四边形的平顶光束。大致四边形的平顶光束与日本特开2012-024783号的[0017]段及图4、图5中所记载的“形成为大致梯形形状的激光L1、L2的截面上沿周向平缓地扩展的边缘部LE”不同,是指沿周向扩展的边缘部的倾斜角度大致垂直(无限接近垂直)的光束。
即,激光照射部22也可以具有变换用光学部件(未图示),其用于将从激光光源21(激光振荡器)作为激光L进行脉冲振荡的点状的高斯光束,变更为边缘部的倾斜角度大致垂直的点状的平顶光束(未图示)。由此,与日本特开2012-024783号的“大致梯形形状的激光L1、L2的边缘部LE”相比,在相邻的平顶光束的边缘部中分解阈值以下的重叠面积(激光重叠区域)变窄。
变换用光学部件使用由非球面透镜构成的光束整形器、由衍射光学元件(DOE:Diffraction Optical Element)构成的光束整形器等。
作为由非球面透镜构成的光束整形器的具体例,可以举出强度变换透镜与相位补偿透镜的组合等。
作为由衍射光学元件(DOE)构成的光束整形器的具体例,可以举出DOE和聚光透镜(fθ透镜)的组合等。
特别是在使用衍射光学元件(DOE)的情况下,可以将平顶光束的截面形状(均匀强度分布形状)从圆形或大致圆形变更为矩形(包括正方形及长方形在内的角为直角的四边形)。即,对分离层3的激光照射形状可以变更为矩形。
但是,激光L能够对层叠体S照射的范围有限,在比较大的面积的层叠体S中,激光照射部22难以对分离层3的整体一次照射完激光L。
并且,为了可靠地从工件1剥离支承体2,需要利用从激光照射部22照射到分离层3的激光L的能量量(能量密度),使分离层3的整个面均匀地分解并变质到能够剥离的程度。分解变质所需的能量量也会根据分离层3的材质而不同。
在这种情况下,可以考虑例如如日本特开2012-024783号公报所记载的那样,将分离层3的整体分割为多个区域,从激光照射部22对这些分割区域各照射1次(1次照射)激光L。
但是,在将分离层3整体分割为多个照射区域的程度下,各照射区域的尺寸过大,不能使激光L充分集中到各照射区域,照射到各照射区域的激光L的能量量(能量密度)有时达不到使分离层3的整个面均匀地分解的水平。根据分离层3的材质,无法将各照射区域的整个面均匀地分解并变质到能够剥离的程度而发生剥离不均。
因此,为了解决这样的课题,在本发明的实施方式所涉及的工件分离装置A及工件分离方法中,如图1~图12所示,将层叠体S(分离层3)的整体分割为多个照射区域,并且从激光照射部22的激光扫描器22A对多个照射区域排列照射点状的激光L。
即,从激光照射部22的激光扫描器22a向保持在保持部件10上的层叠体S的分离层3照射的激光L的区域,如图2的(a)、图2的(b)等所示,将分离层3的照射面整体分割为多个照射区域R,并且从激光扫描器22a对多个照射区域R的每个照射区域R(每个单位照射区域)排列照射点状的激光L。
详细而言,多个照射区域R被分割成比层叠体S的分离层3的整体面积小的面积,使进行分割所得到的各照射区域R的形状为矩形。特别优选将各照射区域R的形状如图所示,设为在XY方向的任一方向上呈长条的带状(除了正方形以外的矩形:包括长方形的角为直角的四边形)。多个照射区域R的分割方向(排列方向)排列在与基于激光扫描器22a的激光L(光轴L1)的移动方向、后述的基于驱动部30的相对的移动方向相同的X方向或Y方向上。在图示例中,将分离层3的整体在X方向上以规定间隔(等间隔)进行分割,多个照射区域R的长边配置成沿Y方向延伸,并且多个照射区域R的短边配置成沿X方向延伸。多个照射区域R的尺寸如图2的(a)、图2的(b)等所示,优选设定为能够通过后述控制部50调整。
关于从激光照射部22对多个照射区域R激光照射激光L的顺序,也设定为能够通过后述控制部50调整,如图2的(c)、图2的(d)、图3的(a)~图3的(d)或图4的(a)~图4的(d)等所示,优选以任意设定的顺序从激光照射部22对各照射区域R的整个面分别照射激光L。
作为基于激光扫描器22a的激光照射的具体例,在如图1的(a)、图1的(b)、图10的(a)、图10的(b)等所示的情况下,通过多边形扫描器22a1的动作,通过成为透镜22b的远心系透镜22b1(远心系统fθ透镜)或非远心系透镜(非远心系统fθ透镜)22b2照射点状的激光L,使其向多个照射区域R在X方向上以规定宽度依次分别仅向一方移动或向双方往复移动。
在如图5所示的情况下,通过电扫描器22a2的动作,通过成为透镜22b的远心系透镜(远心系统fθ透镜)22b1照射点状的激光L,使其向多个照射区域R在X方向上以规定宽度依次分别向双方往复移动或者仅向一方移动。
在图6所示的情况下,通过多边形扫描器22a1和电扫描器的动作,通过成为透镜22b的远心系透镜(远心系统fθ透镜)照射点状的激光L,使其向多个照射区域R在X方向上以规定宽度依次分别向双方往复移动或仅向一方移动,并且以同样的方式在Y方向上移动。
在图7所示的情况下,通过多个电扫描器22a2的动作,通过成为透镜22b的远心系统透镜(远心系统fθ透镜)22b1照射点状的激光L,使其向多个照射区域R在X方向上以规定宽度依次分别向双方往复移动或仅向一方移动,并且以同样的方式在Y方向上移动。
另外,在图示例中,作为进行分割所得到的多个照射区域R的形状,将分离层3的整体分割为遍及Y方向全长的带状。并且,作为其他例子虽未图示,但也可以沿Y方向分割为多个,并将多个照射区域R的形状变更为大致正方形。
如图1的(a)、图3的(a)~图3的(d)或图4的(a)~图4的(d)、图9的(a)、图9的(b)所示,从激光照射部22的激光扫描器22a向层叠体S照射的激光L的照射角度优选设定为相对于保持在保持部件10上的层叠体S的支承体2或分离层3大致垂直。
这里所说的“大致垂直”不仅指相对于支承体2和分离层3的表面成90度,而且还包括从90度增减几度的情况。
并且,作为其他例子,如图10的(a)、图11的(a)、图11的(b)所示,也能够将激光L对保持在保持部件10上的层叠体S的支承体2或分离层3照射的照射角度设定为规定角度。
对于从激光照射部22的激光扫描器22a对层叠体S的分离层3中的多个照射区域R照射的点状的激光L,各激光L的光束形状(截面形状)为圆形、大致圆形或矩形等。
在图8所示的情况下,成为与高斯光束的截面形状相同的圆形。
并且,作为其他例子虽未图示,但也可以变更为矩形(正方形或长方形)。
进一步地,如图8所示,优选对各照射区域R的每一个区域,使激光L通过后述的驱动部30在X方向及Y方向上排列并依次分别进行排列照射,以使各激光L的一部分相互重叠。在该情况下,多个照射区域R中的一个照射区域R的整体被多个点状的激光L无间隙地填满。在一个照射区域R的整体被多个点状的激光L填满后,以同样的方式重复进行使点状的激光L对下一个照射区域R进行排列照射。最终对多个照射区域R的全部进行排列照射。
除此以外,隔着多个照射区域R的边界Ra而排列照射的点状的激光L如图8所示,优选使配置在边界Ra的相反侧的点状的激光L以各自的端部彼此相互接触的方式排列照射。多个照射区域R的隔着边界Ra而排列照射的点状的激光L的间隔Rb优选设定为小于激光L的光束直径d。
多个照射区域R的边界Ra是指,在沿X方向及Y方向排列的相邻的照射区域R1、R2、R3、R4之间形成的边界线。边界Ra的间隔Rb是指,在隔着边界Ra而排列照射的点状的激光L中,光束中心Ro之间的距离。由此,照射区域R1、R2、R3、R4的整体被多个点状的激光L全部填满,并且在照射区域R1、R2、R3、R4的边界Ra中,也被多个点状的激光L填满。
在图示例的情况下,将隔着边界Ra而排列照射的点状激光L的间隔Rb设定为,与排列照射到照射区域R1、R2、R3、R4的点状激光L的间隔沿X方向或Y方向分别相同尺寸,各激光L的一部分以同样的方式重叠。
并且,作为其他例子虽未图示,但可以将隔着边界Ra排列照射的点状的激光L的间隔Rb设定为与排列照射在照射区域R1、R2、R3、R4上的点状激光L的间隔不同等,也可以变更为图示例以外的设定。
进一步地,关于从激光照射部22的激光扫描器22a向层叠体S照射的点状激光L,各激光L的光束形状(截面形状)根据激光L对层叠体S的照射角度而从圆形变形为椭圆形。
即,在激光L从激光扫描器22a通过透镜22b照射到层叠体S的状态下,在点状的激光L对层叠体S的照射角度大致垂直(约90度)的情况下,如图8所示,各激光L的光束形状为圆形,同时各激光L的光束直径d全部相等。
与此相对,若从激光扫描器22a通过透镜22b照射到层叠体S上的点状激光L倾斜,则对层叠体S的照射角度小于大致垂直(约90度),从激光扫描器22a到层叠体S的激光照射距离发生变化。在该倾斜了的情况下,各激光L的光束形状为椭圆形,同时各激光L的光束直径d发生变化。点状的激光L的光束形状比起光束形状不稳定的椭圆形,更优选为圆形。
其理由为,在从激光扫描器22a对层叠体S的照射角度倾斜而小于大致垂直(约90度)的情况下,或者在有翘曲的层叠体S的情况下,因从激光扫描器22a到层叠体S的激光照射距离发生变化,导致激光L的光束直径d发生变化。由于从激光扫描器22a对层叠体S的照射能量本身不变,所以当光束直径d变化时,激光L的能量密度也与光束直径d的平方成反比地变化。
即,例如如日本特开2012-024783号公报所记载那样,当向分割尺寸比较大的照射区域的整体从激光扫描器22a扫描激光L时,激光扫描器22a随着扫描而摆动的角度变宽,在照射区域的中央和端部照射能量密度发生变化,有可能产生剥离不均。
与此相对,通过将伴随激光扫描器22a向分割尺寸比较小的照射区域扫描振动的角度紧凑地限制,照射能量密度变得均匀,能够防止剥离不均的产生。
驱动部30为以如下方式构成的光轴相对移动机构:通过使保持部件10和激光照射部22(激光扫描器22a)中的任一方、或保持部件10及激光照射部22(激光扫描器22a)的双方移动,从激光扫描器22a照射的激光L对保持在保持部件10上的层叠体S的支承体2及分离层3,至少在与激光照射部22的激光L的照射方向(Z方向)交叉的两个方向(XY方向)上相对移动。
基于驱动部30的相对移动方向并不仅限定于XY方向,根据需要还包括Z方向。
作为驱动部30的光轴相对移动机构主要有使保持部件10及层叠体S移动的工件侧移动型和使激光扫描器22a移动的光轴侧移动型。
工件侧移动型的情况如图1的(a)、图1的(b)、图5的(a)、图5的(b)、图10的(a)、图10的(b)等所示,在保持部件10上设置有驱动部30,通过驱动部30使保持部件10在X方向、Y方向、Z方向上移动,而使激光扫描器22a的激光照射位置P在XY方向、Z方向上移动。作为该情况下的驱动部30,使用XY载台、XY工作台等,且具有由马达轴等构成的Y轴移动机构31及X轴移动机构32。进一步地,优选根据需要设置使保持部件10在Z方向上移动的Z轴移动机构33。
Y轴移动机构31及X轴移动机构32、Z轴移动机构33由后述的控制部50动作控制,通过激光扫描器22a的动作激光L在X方向上进行扫描(扫描),除此以外,还使保持部件10及层叠体S在XY方向或Z方向上移动。
Y轴移动机构31通过该动作,使在层叠体S的分离层3中被分割为在Y方向上长的带状等的多个照射区域R,在Y方向上只以规定长度(照射区域R的一列量)依次分别仅向一方移动或向双方往复移动。
X轴移动机构32通过该动作,使在层叠体S的分离层3中被分割为在X方向上短的带状等的多个照射区域R,在X方向上只以规定宽度(照射区域R的一列量)依次分别仅向一方移动或向双方往复移动。
Z轴移动机构33通过该动作,使多个照射区域R在Z方向上以规定高度依次分别仅向一方移动或向双方往复移动。
作为工件侧移动型的具体例,如图1的(a)、图1的(b)、图10的(a)、图10的(b)所示的情况下,与基于多边形扫描器22a1的动作的激光L在X方向上的扫描(扫描)联动,通过Y轴移动机构31的动作,使在Y方向上长的带状的各照射区域R依次只移动各照射区域R的Y方向尺寸。在对一个照射区域R的扫描完成后,通过X轴移动机构32的动作,使在X方向上短的带状的各照射区域R依次只移动各照射区域R的X方向尺寸,之后重复上述动作。
在图示例中,仅在Y轴移动机构31的单向移动时进行多边形扫描器22a1的扫描。即,每当Y轴移动机构31针对一个照射区域R的动作完成时,停止基于多边形扫描器22A1的扫描,进行向下一个照射区域R的基于X轴移动机构32的在X方向上的移动和基于Y轴移动机构31的在Y方向上的反向移动。在这些动作结束之后,再次开始基于多边形扫描器22a1的扫描。
在图5的(a)、(b)所示的情况下,与电扫描器22a2的动作引起的激光L在X方向上的扫描(扫描)联动,通过Y轴移动机构31的动作,使在Y方向上长的带状的各照射区域R依次只移动各照射区域R的Y方向尺寸。在对一个照射区域R的扫描完成后,通过X轴移动机构32的动作,使在X方向上短的带状的各照射区域R依次只移动各照射区域R的X方向尺寸,之后重复上述动作。
在图示例中,在Y轴移动机构31的双向移动时进行电扫描器22a2的扫描。即,在图示例中,每当Y轴移动机构31针对一个照射区域R的动作完成时,可不停止电扫描器22a2的扫描,而进行向下一个照射区域R的基于X轴移动机构32的在X方向上的移动和基于Y轴移动机构31的在Y方向上的反向移动。由此,与图1的(a)、图1的(b)、图10的(a)、图10的(b)所示者相比,图5的(a)、图5的(b)所示的可以实现扫描的高速化。
并且,作为其他例子虽未图示,但可以进行以下变更:仅在Y轴移动机构31的单向移动时进行电扫描器22a2的扫描;在Y轴移动机构31的双向移动时进行多边形扫描器22a1的扫描等。
并且,在光轴侧移动型的情况下,如图6或图7所示,构成为:在光学系统20的一部分上设置有驱动部30,能够使保持部件10不移动而使激光照射部22的激光照射位置P在XY方向或Z方向上移动。
作为该情况下的驱动部30,具有由多边形扫描器22a1、电扫描器22a2等构成的XY轴移动机构34。
进一步地,在根据需要在Z方向上相对移动的情况下,虽未图示,但在保持部件10上设置Z轴移动机构33,或者通过驱动部30使激光照射部22(激光扫描器22a)在Z方向上移动。
测长部40由测定从激光照射部22到保持于保持部件10的层叠体S的支承体2、分离层3的照射面的照射距离的非接触式的位移计、位移传感器等构成,配置成与保持于保持部件10的层叠体S在Z方向上相对。
作为测长部40的具体例子,在如图1的(a)、图1的(b)及图9的(a)、图9的(b)、图5的(a)、图5的(b)、图10的(a)、图10的(b)及图11的(a)、图11的(b)所示的情况下,在激光照射部22(激光扫描器22a)中设置作为测长部40的激光位移计,测定从激光照射部22(激光扫描器22a)到分离层3的照射面在Z方向上的长度,并将该测定值输出到后述的控制部50。
并且,作为其他例子虽未图示,但是作为测长部40,也可以使用除了激光位移计以外的位移计或位移传感器。
控制部50是分别与保持部件10的保持卡盘11的驱动源、光学系统20、激光光源21及激光照射部22、成为驱动部30的光轴移动机构、及测长部40电连接的控制器。
进一步地,除此之外,控制部50还是与以下机构电连接的控制器,其包括:用于将分离前的层叠体S向保持部件10输送的搬入机构(未图示)、仅保持并剥离激光照射后的支承体2的剥离机构(未图示)、用于将剥离后的层叠体S(工件1)从保持部件10搬送的搬出机构(未图示)等。
作为控制部50的控制器根据在该控制电路(未图示)中预先设定的程序,在预先设定的定时依次分别进行动作控制。即,控制部50不仅进行以从激光光源21照射到激光照射位置P的激光L的开/关控制为首的工件分离装置A的整体动作控制,除此以外,还进行激光L的各种参数的设定等各种设定。
通过控制部50,光学系统20的激光照射部22(激光扫描器22a)或驱动部30对将保持在保持部件10上的层叠体S的支承体2及分离层3分割而成的多个照射区域R,进行从激光扫描器22a对每个照射区域R的激光L的照射,并且以使激光L的照射角度与支承体2或分离层3的表面大致垂直或成为规定角度的方式进行控制。
除此以外,成为控制部50的控制器具有触摸面板等输入机构51和显示部(未图示)等,并构成为可通过输入机构51的动作,设定激光扫描器22a的扫描距离、多个照射区域R的尺寸、从激光扫描器22a对多个照射区域R的激光L的照射顺序等。
在控制部50中设定的从激光照射部22向多个照射区域R的激光L的照射顺序,如图2的(a)、图2的(b)所示,对沿X方向及Y方向排列的多个照射区域R,与基于驱动部30在XY方向上的相对移动相关联地进行“连续照射”或“不连续照射”,最终对多个照射区域R的全部进行照射。另外,在附图中以浓淡表示有无照射,将照射前的照射区域R表示得较淡,将照射后的照射区域R表示得较浓。
作为“连续照射”,在如图2的(c)所示的情况下,对于从配置在层叠体S一侧的带状照射区域R开始,沿X方向排列的多列量,以连续的顺序照射先前(之前)照射的照射区域R和下一个照射的照射区域R,每当一列的照射结束后,其他列也以同样的方式连续照射。
作为“不连续照射”,在如图2的(d)所示的情况下,对于沿X方向排列的一列量,以隔离的顺序照射先前(之前)照射的照射区域R和下一个照射的照射区域R,每当一列的照射结束后,其他列也以同样的方式连续照射,除此以外,以与“连续照射”同样的方式进行照射。在图示例中,控制成在X方向上每隔一个照射,照射完成的照射区域R彼此不在X方向上相邻。
并且,作为其他例子虽未图示,除了对在多个照射区域R中沿Y方向排列的一列量进行“连续照射”或“不连续的照射”、在“不连续照射”中每隔多个(两个)进行照射等图示例以外,还可以变更照射顺序。
然后,对将设定在控制部50的控制电路中的程序作为工件分离装置A的工件分离方法进行说明。
本发明的实施方式所涉及的使用工件分离装置A的工件分离方法作为主要工序包括:保持工序,在保持部件10上装卸自如地保持层叠体S工件1或支承体2中的任意一方;及激光照射工序,透过保持在保持部件10上的层叠体S的支承体2和工件1中的另一方,从激光照射部22向分离层3照射激光L。
进一步地,作为激光照射工序的后续工序,优选包括:相对移动工序,使从激光照射部22对保持在保持部件10上的层叠体S的支承体2及分离层3的激光照射位置P相对移动;及分离工序,从层叠体S的工件1剥离支承体2。
另外,作为分离工序的后工序,优选包括:清洗工序,用清洗液除去从分离层3分离的工件1上残留的分离层3的残渣;及切断工序,用切割方式等切断清洗工序后工件1。
在保持工序中,通过由搬送机械臂等构成的搬入机构(未图示)的动作,将分离前的层叠体S向保持部件10搬入,在保持部件10的保持面上,分离前的层叠体S被保持卡盘11不能移动地保持在规定位置。
在激光照射工序中,通过光学系统20及激光照射部22的动作,激光L向保持于保持部件10的层叠体S透过支承体2或工件1而照射分离层3。
在相对移动工序中,通过驱动部30或激光照射部22(激光扫描器22a)的动作,保持于保持部件10上的层叠体S与激光扫描器22a在XY方向或Z方向上相对移动。
在图1~图5及图9~图11所示的情况下,通过驱动部30(Y轴移动机构31及X轴移动机构32、Z轴移动机构33)的动作,使保持在保持部件10上的层叠体S的支承体2以及分离层3相对于激光扫描器22a向XY方向相对移动。并且,在图6或图7所示的情况下,通过设置在光学系统20的一部分的驱动部30(XY轴移动机构34)的动作,使激光扫描器22a相对于保持在保持部件10上的层叠体S的支承体2及分离层3在XY方向上相对移动。由此,对于被分割为比支承体2及分离层3的照射面整体小的多个照射区域R,从激光扫描器22a逐一对各照射区域R排列照射点状的激光L。与此同时,从激光扫描器22a对每个照射区域R排列照射的点状激光L的照射角度被保持为大致垂直或规定角度。最终,激光L照射到多个照射区域R的全部上。
由此,激光L均匀地照射到每个单位照射区域R上。因此,最终在分离层3的整个面上不产生照射不均地照射激光L,分离层3的整个面改性成能够剥离工件1和支承体2。
在分离工序中,通过对激光照射后的层叠体S保持并剥离支承体2的剥离机构(未图示)的动作,使支承体2从保持在保持部件10上的层叠体S的工件1剥离并分离。
在分离工序之后,通过由搬送机械臂等构成的搬入机构(未图示)的动作,将分离后的工件1从保持部件10的保持面拆下并搬出。
之后重复上述工序。
并且,如图9的(a)、图9的(b)、图11的(a)、图11的(b)所示,在有翘曲的层叠体S的情况下,从激光扫描器22a逐一对多个照射区域R排列照射点状的激光L时,基于测长部40的测定值对Z轴移动机构33进行动作控制,以使从激光扫描器22a到多个照射区域R的照射距离大致恒定。
具体而言,作为控制例,在从激光扫描器22a照射激光之前的时刻,通过测长部40测定与激光扫描器22a在Z方向上相对的各照射区域R的代表点来检测测定值,并基于该测定值使Z轴移动机构33进行动作控制,以使与进行各照射区域R的激光照射的时刻一致。即,通过Z轴移动机构33的动作控制,使保持部件10在Z方向上移动,来调整从激光扫描器22a到多个照射区域R的照射距离。
并且,作为其他例子,也可以一边反馈由测长部40测量的测量值,一边进行Z轴移动机构33的动作控制,而使保持部件10在Z方向上移动。
由此,可进行调整,以使保持在保持部件10上的有翘曲的层叠体S的分离层3与激光扫描器22a的照射距离大致恒定。
进一步地,在有翘曲层叠体S的情况下,如图12的(a)、图12的(b)所示,由于从激光扫描器22a到层叠体S的激光照射距离F根据层叠体S的翘曲形状而变化,所以有时会在多个照射区域R的边界Ra产生不照射激光L的“未照射部位Lu”、激光L重叠照射的“重复照射部位Lo”。
详细而言,在激光照射部22的透镜22b为非远心系透镜22b2的情况下,激光L的主光线L2相对于层叠体S的分离层3的入射角倾斜。在图12的(a)、图12的(b)所示的例子中,向无翘曲的层叠体S(双点划线)和在Z方向上翘曲变形为大致S字状的层叠体S(实线),从非远心系透镜22b2逐一对多个照射区域R排列照射激光L。
对于无翘曲的层叠体S(双点划线),由于各照射区域R的边界Ra中从分离层3到非远心系透镜22b2的激光照射距离不变化,因此不产生未照射部位Lu和重复照射部位Lo。
与此相对,对于翘曲变形的层叠体S(实线),在各照射区域R的边界Ra中分离层3向非远心系透镜22b2凹陷的部位,到非远心系透镜22b2激光照射距离变长,因此由于来自相邻的照射区域R的激光L的重叠而产生重复照射部位Lo。但是,通过实验可知,分离层3的重复照射部位Lo通过使用振荡波长为紫外线区域(UV)等的短的激光作为激光L,因此仅在分离层3的表面被吸收,其影响也小。
与此相反,在各照射区域R的边界Ra中分离层3向非远心系透镜22b2突出的部位,由于到非远心系透镜22b2的激光照射距离变短,因此产生未照射部位Lu。特别是有翘曲的层叠体S在将隔着多个照射区域R的边界Ra而照射的激光L的间隔Rb设定为小于激光L的光束直径d的情况下,容易产生未照射部位Lu。
在分离层3的未照射部位Lu中,由于在剥离中不发生充分的改性(变质)反应,所以产生部分的剥离不良。
为了防止因这样的层叠体S的翘曲而引起的部分剥离不良,需要将隔着多个照射区域R的边界Ra而排列照射的点状的激光L的间隔Rb设定为小于激光L的光束直径d。
除此以外,在将多个照射区域R的短边侧长度设为Rs、将假设的层叠体S的翘曲量设为D、将从激光扫描器22a到分离层3的激光照射距离设为F时,隔着多个照射区域R的边界Ra相邻的照射区域R彼此的重叠部位的宽度尺寸W优选设定为Rs*D/(2*F)以上。
其理由为,可以根据图12的(b)的示意图导出以下公式。
F:D/2=Rs:W
根据该公式可以导出以下公式。
F*W=Rs*D/2
根据该公式可以导出以下公式。
W=Rs*D/(2*F)
即,在有翘曲层叠体S的情况下,通过将隔着多个照射区域R边界Ra相邻的照射区域R彼此重叠的部位的宽度尺寸W设定为Rs*D/(2*F)以上,即使因分离层3的翘曲变形而产生凹陷的部位,由于隔着边界Ra而相邻的照射区域R彼此重叠,因此不会产生未照射部位Lu。
根据这样的本发明的实施方式所涉及的工件分离装置A及工件分离方法,从激光照射部22的激光扫描器22a,激光L透过保持在保持部件10上的层叠体S的支承体2或工件1照射到分离层3。通过激光扫描器22a的动作,针对将分离层3的照射面整体分割为带状所得到的多个照射区域R,从激光扫描器22a逐一对各照射区域R(每个单位照射区域)分别排列照射点状的激光L。
由此,激光L均匀地照射每个单位照射区域R。最终,激光L在多个照射区域R的全部上不产生照射不均地照射,分离层3的整个面改性为能够剥离工件1和支承体2。
因此,能够对层叠体S的整体均匀地照射点状的激光L,从而有效地从工件1剥离支承体2。
其结果,与针对层叠体的分离层容易局部地产生激光的照射不均的现有技术相比,即使工件1变薄而变大(大面积),也能够透过支承体2或工件1向分离层3的大面积整体均匀地照射激光L,而不发生部分剥离不良,并且激光L的输出不会变得过强,从而不会对形成在工件1的电路基板上的器件产生损伤,也不会因部分的过度照射而引起煤烟的产生。
并且,与通过扫描器的摆动以螺旋状照射脉冲激光光线的现有技术相比,能够在层叠体S上不产生未照射部位而有效地剥离。
因此,能够实现支承体2从工件1的高精度的分离,实现高性能且清洁的产品的制造。
特别优选具备驱动部30,使从激光照射部22对保持在保持部件10上的层叠体S的支承体2及分离层3的激光照射位置P至少在两个方向(XY方向)上相对移动,控制部50以如下方式进行控制:通过激光扫描器22a及驱动部30的动作,使从激光照射部件22对多个照射区域R中的一个照射区域R的激光L的照射在两个方向(XY方向)上排列。
在该情况下,通过基于激光扫描器22a及驱动部30在两个方向(XY方向)上的移动,对于将分离层3的照射面整体分割为带状的多个照射区域R,从激光扫描器22a逐一对各照射区域R(每个单位照射区域)分别排列照射点状的激光L。
由此,激光L均匀地照射每个单位照射区域R。最终,激光L在多个照射区域R的全部上不产生照射不均地照射,分离层3的整个面改性为能够剥离工件1和支承体2。
因此,能够使点状激光L对分离层3的整体的照射高速化,从而更有效地从工件1剥离支承体2。
其结果,能够在短时间内实现支承体2从工件1的高精度的分离,实现制造成本的降低。
并且,优选激光照射部22具有透镜22b,该透镜22b将来自激光扫描器22a的激光L向分离层3引导;透镜22b是主光线L2与透镜22b的光轴L1平行配置的远心系透镜22b1,或者是主光线L2相对于光轴L1配置成规定角度的非远心系透镜22b2。
在图1的(a)、图9的(a)、图9的(b)等所示的远心系统透镜22b1的情况下,由于对层叠体S的照射角度大致垂直,因此激光L的光束形状(截面形状)不是椭圆形,因此能够在分离层3的整个面上排列作为激光L的圆形的光束形状。
因此,能够利用激光L进行分离层3的更均匀的剥离。
其结果,即使工件1为大型(大面积),也能够进行更高品质的激光剥离。
进一步地,在分离层3是根据激光L的入射角度而激光L的吸收率有大不相同的角度依赖性的构成材料的情况下有效。
并且,在图10的(a)、图11的(a)、图11的(b)所示的非远心系统透镜22b2的情况下,即使从激光扫描器22a到分离层3的照射距离发生一些变化,也能够得到大致圆形的光束形状,即使由于翘曲而分离层3的位置在激光L的照射方向上变化,激光L的光束形状(截面形状)也难以变化。特别是在多个照射区域R的尺寸比较小时,激光L的光束形状不成为椭圆,能够进行稳定的剥离。
因此,即使是有翘曲的分离层3,也能够均匀地照射激光L,从而可靠地从工件1剥离支承体2。
因此,能够实现支承体2从有翘曲的工件1的高精度的分离,实现高性能且清洁的产品的制造。
进一步地,如图1的(a)、图1的(b)、图10的(a)、图10的(b)等所示,优选驱动部30具有Y轴移动机构31及X轴移动机构32,使保持部件10相对于激光照射部22在与激光照射部22的激光照射方向(Z方向)交叉的两个方向(XY方向)上相对移动。
在该情况下,通过Y轴移动机构31及X轴移动机构32的动作,保持在保持部件10上的层叠体S在与激光照射方向(Z方向)交叉的两个方向(XY方向)上移动,即使包括激光照射部22在内的光学系统20不移动,也能够对分离层3的整个面照射激光L。
因此,通过用简单的结构对层叠体S的分离层3进行均匀的激光L的照射,从而能够容易地从工件1剥离支承体2。
其结果,能够简化装置整体的结构,以实现制造成本的降低。
并且,如图8所示,隔着多个照射区域R的边界Ra而照射的激光L的间隔Rb优选设定为小于激光L的光束直径d。
在该情况下,边界Ra的相反侧的激光L以各自的端部彼此相互接触的方式照射。因此,不会发生激光L的部分照射不足。
因此,即使在多个照射区域R的边界Ra也能够防止部分剥离不良的发生。
其结果,能够在多个照射区域R的整体上均匀地剥离,实现高性能的产品的制造。
并且,优选如图2的(d)所示,优选控制部50以如下方式进行控制:作为从激光照射部22向多个照射区域R的激光L的照射顺序,按照将先前照射的照射区域R和下一照射区域R隔开的顺序进行照射。
在该情况下,通过按照将先前照射的照射区域R和下一个照射区域R隔开的顺序进行照射,尽管在相邻的照射区域R中分别释放应力,但是由于各个应力微小,因此影响小。
因此,能够在照射过程中,翘曲引起的内部应力不局部释放而全面剥离。
其结果,能够防止在与还未照射的照射区域R的界面产生裂纹、对形成在工件1的电路基板上的器件造成损伤,还能够完全防止层叠体S的破裂,实现成品率的提高。
特别是在分离层3的层叠面整体被分割为在分离层3的两端连续的长方形的多个照射区域R的情况下,与正方形相比能够缩短产距时间,并且能够容易释放在激光L的照射部位和未照射部位之间产生的应力。因此,能够可靠地防止:因激光L的照射条件、用于工件1和分离层3的粘接部位等的材料的条件而产生的作用于剥离方向的应力引起的工件1的龟裂;及在利用激光L反应的工件1和分离层3的粘接部位,即使因激光L的照射条件或粘接材料的条件而产生煤的情况下,由于煤烟流向已经剥离的部位而产生的工件1的龟裂。进一步地,通过将分割为长方形的多个照射区域R形成为宽度窄的带状,能够将应力的产生抑制得更微小,进一步防止工件1的龟裂的产生。
又进一步地,优选如图9的(a)、图9的(b)、图11的(a)、图11的(b)所示,在从激光照射部22逐一对多个照射区域R照射激光L时,控制部50基于测长部40的测定值对Z轴移动机构33进行动作控制,以使从激光照射部22到多个照射区域R的照射距离大致恒定。
在该情况下,可以进行调整,使保持在保持部件10上的有翘曲的层叠体S的分离层3与激光照射部22的照射距离大致恒定。
因此,即使是有翘曲的层叠体S,也进行均匀的激光L的照射,从而能够容易地从工件1剥离支承体2。
其结果,即使是有翘曲的层叠体S,激光L也透过支承体2或工件1均匀地照射分离层3的整个面,因此不会产生部分的剥离不良,并且激光L的输出不会变得过强,不会对形成在工件1的电路基板上的器件造成损伤,也不会因部分的过度照射而产生煤烟。
因此,能够实现支承体2从有翘曲的工件1的高精度的分离,实现高性能且清洁的产品的制造。
另一方面,在从激光照射部22作为激光L的点状的平顶光束透过保持在保持部件10上的层叠体S的支承体2或工件1照射到分离层3上的情况下,针对将分离层3的照射面整体分割而成的多个照射区域R,从激光照射部22逐一对各照射区域R(每个单位照射区域)分别排列照射平顶光束。
由此,平顶光束均匀地照射每个单位照射区域R。最终,平顶光束不产生照射不均地照射到所有多个照射区域R,分离层3的整个面改性成能够将工件1与支承体2剥离。
因此,能够对层叠体S的整体均匀地照射点状的平顶光束,从而有效地从工件1剥离支承体2。
其结果,与日本特开2012-024783号“大致梯形形状的激光L1、L2的边缘部LE”相比,由于在相邻的平顶光束的边缘部中分解阈值以下的重叠区域(重叠区域)变窄,因此平顶光束的输出不会变得过强,能够进一步减少对工件1的电路基板的器件的损伤、部分过照射导致的煤烟的产生。
因此,能够实现支承体2从工件1的高精度的分离,实现高性能且清洁的产品的制造。
并且,优选将隔着多个照射区域R的边界Ra而相邻的照射区域R彼此重叠的部位的宽度尺寸W设定为Rs*D/(2*F)以上。
在该情况下,即使层叠体S的分离层3翘曲变形,由于隔着边界Ra而相邻的照射区域R彼此重叠,因此不会产生未照射部位Lu。
因此,能够防止有翘曲的层叠体S的分离层3中的部分剥离不良。
其结果,能够可靠地剥离有翘曲的层叠体S,防止其部分破坏,实现成品率的提高。
进一步地,变换用光学部件优选为将从激光照射部22对分离层3的激光照射形状变更为矩形的衍射光学元件。
在该情况下,平顶光束对分离层3的激光照射形状成为矩形。
因此,能够进一步减小相邻的平顶光束重叠的区域(重叠区域)。
其结果,与从激光照射部22对分离层3的激光照射形状为圆形的情况相比,由于照射能量变少而不接触过剩的照射能量,因此能够进一步减少对工件1的电路基板的器件的损伤、部分过度照射引起的煤烟的产生,从而实现产距的高速化。
另外,在上述实施方式中,工件1和支承体2用由具有粘接性材料构成的分离层3贴合,但不限于此,在使用由不具有粘接性的材料构成的分离层3的情况下,也可以在分离层3和工件1之间设置由粘接剂构成的粘接层(未图示),通过粘接层粘接分离层3和工件1。
进一步地,在图示例中,示出了通过成为驱动部30的光轴相对移动机构主要使层叠体S侧移动的工件侧移动型,但不限于此,也可以采用激光照射部22通过仅设置在光学系统20的一部分上的驱动部30而移动的光轴侧移动型。
作为其具体例子,通过作为光学系统20的一部分使激光照射部22的激光扫描器22a(多边形扫描器22a1或电扫描器22a2)等在Z方向上移动,在同一照射区域R内的照射中,能够使保持部件10不移动而使来自激光扫描器22a的激光照射位置P在Z方向上移动。
符号说明
A-工件分离装置,S-层压板,1-工件,2-支持,3-分离层,10-保持部件,20-光学系统,22-激光照射部,22a-激光扫描器,22b-透镜,30-驱动部,50-控制部,L-激光,L1-光轴,P-激光照射位置,R-照射区域。
Claims (5)
1.一种工件分离装置,其通过对包含电路基板的工件隔着分离层与支承体层叠的层叠体的激光照射并随之发生的所述分离层的改性,从所述工件剥离所述支承体,其特征在于,具备:
保持部件,装卸自如地保持所述工件和所述支承体中的任一方;
激光照射部,透过保持在所述保持部件上的所述层叠体的所述支承体和所述工件中的另一方,向所述分离层照射所述激光;及
控制部,对所述激光照射部进行动作控制,
其中,所述激光照射部具有使点状的所述激光沿着所述层叠体移动的激光扫描器,
从所述激光扫描器向所述层叠体照射的所述激光的区域中,所述分离层的照射面整体被分割为在与所述激光照射部的光照射方向交叉的两个方向中的任一个方向上呈细长的带状的多个照射区域,并且从所述激光扫描器对进行该分割所得到的各照射区域的照射是以所述点状的所述激光的一部分在与所述光照射方向交叉的平面上重叠的方式排列的排列照射,
所述控制部以如下方式进行控制:通过所述激光扫描器的动作,对被分割成所述带状的多个照射区域中的一个照射区域进行所述排列照射,在所述多个照射区域中的一个所述照射区域的整体被所述排列照射无间隙地填满后,对下一个照射区域进行所述排列照射,之后对所述各照射区域分别以同样的方式重复所述排列照射,最终对所述多个照射区域的全部进行排列照射,
将隔着所述多个照射区域的边界而相邻的照射区域彼此重叠的部位的宽度尺寸设定为Rs*D/(2*F)以上,
在此,Rs为所述多个照射区域的短边侧长度,D为假定的所述层叠体的翘曲量,F为从所述激光照射部到所述分离层的激光照射距离。
2.根据权利要求1所述的工件分离装置,其特征在于,具备:
驱动部,该驱动部使从所述激光照射部对保持在所述保持部件上的所述层叠体的所述支承体及所述分离层的激光照射位置至少在所述两个方向上相对移动,
所述控制部以如下方式进行控制:通过所述激光扫描器及所述驱动部的动作,使从所述激光照射部对所述多个照射区域中的一个照射区域的所述激光的照射进行所述排列照射。
3.根据权利要求1或2所述的工件分离装置,其特征在于,
所述激光照射部具有变换用光学部件,所述变换用光学部件将作为所述点状的激光进行脉冲振荡的高斯光束变更为边缘部的倾斜角度大致垂直的点状的平顶光束,
从所述激光照射部对所述多个照射区域中的一个照射区域的照射是以所述点状的平顶光束的一部分在与所述光照射方向交叉的平面上重叠的方式排列的排列照射。
4.根据权利要求3所述的工件分离装置,其特征在于,
所述变换用光学部件为将从所述激光照射部对所述分离层的激光照射形状变更为矩形的衍射光学元件。
5.一种工件分离方法,其通过对包含电路基板的工件隔着分离层与支承体层叠的层叠体的激光照射并随之发生的所述分离层的改性,从所述工件剥离所述支承体,其特征在于,包括:
保持工序,将所述工件和所述支承体中的任一方装卸自如地保持于保持部件;
激光照射工序,从激光照射部透过保持在所述保持部件上的所述层叠体的所述支承体和所述工件中的另一方,向所述分离层照射所述激光;及
相对移动工序,使从所述激光照射部对保持在所述保持部件上的所述层叠体的所述支承体及所述分离层的激光照射位置至少在与所述激光照射部的激光照射方向交叉的方向上相对移动,
其中,所述激光照射部具有使点状的所述激光沿着所述层叠体移动的激光扫描器,
在所述激光照射工序中,从所述激光扫描器向所述层叠体照射的所述激光的区域中,所述分离层的照射面整体被分割为在与所述激光照射部的光照射方向交叉的两个方向中的任一个方向上呈细长的带状的多个照射区域,并且从所述激光扫描器对进行该分割所得到的各照射区域的照射是以所述点状的所述激光的一部分在与所述光照射方向交叉的平面上重叠的方式排列的排列照射,
在所述相对移动工序中,通过所述激光扫描器的动作,对被分割成所述带状的多个照射区域中的一个照射区域进行所述排列照射,在所述多个照射区域中的一个所述照射区域的整体被所述排列照射无间隙地填满后,对下一个照射区域进行所述排列照射,之后对所述各照射区域分别以同样的方式重复所述排列照射,最终对所述多个照射区域的全部进行排列照射,
将隔着所述多个照射区域的边界而相邻的照射区域彼此重叠的部位的宽度尺寸设定为Rs*D/(2*F)以上,
在此,Rs为所述多个照射区域的短边侧长度,D为假定的所述层叠体的翘曲量,F为从所述激光照射部到所述分离层的激光照射距离。
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