KR102463165B1 - 워크 분리 장치 및 워크 분리 방법 - Google Patents

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Abstract

적층체의 전체에 스폿상의 레이저광을 균일하게 조사하여 워크로부터 지지체를 효율적으로 박리한다. 워크 또는 지지체 중 어느 일방을 착탈 가능하게 지지하는 지지 부재와, 지지 부재로 지지된 적층체의 지지체 또는 워크 중 타방을 투과하여 분리층을 향하여 레이저광을 조사하는 레이저 조사부와, 레이저 조사부를 작동 제어하는 제어부를 구비하며, 레이저 조사부는, 스폿상의 레이저광을 적층체를 따라 움직이게 하는 레이저 스캐너를 갖고, 적층체를 향하여 레이저 스캐너로부터 조사되는 레이저광의 영역은, 분리층의 조사면 전체가, 레이저 조사부로부터의 광조사 방향과 교차하는 두 방향 중 어느 일방으로 장척의 띠상이 되는 복수의 조사 영역으로 분할됨과 함께, 이 분할된 각 조사 영역에 대한 레이저 스캐너로부터의 조사가, 광조사 방향과 교차하는 평면 상에서 스폿상의 레이저광의 일부가 겹쳐지도록 나열된 정렬 조사이며, 제어부는, 복수의 조사 영역 중 하나의 조사 영역에 대하여, 레이저 스캐너의 작동에 의하여 정렬 조사가 행해지고, 복수의 조사 영역 중 하나의 조사 영역의 전체가 정렬 조사로 간극없이 완전히 메워진 후에, 다음의 조사 영역에 대한 정렬 조사가 행해지며, 그 이후는 각 조사 영역마다 각각 정렬 조사를 동일하게 반복하여, 최종적으로 복수의 조사 영역의 전부가 정렬 조사되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 워크 분리 장치.

Description

워크 분리 장치 및 워크 분리 방법
본 발명은, WLP(wafer level packaging)나 PLP(panel level packaging), 또는 두께가 매우 얇은(극박) 반도체 웨이퍼의 처리 공정 등과 같은, 제품이 되는 워크의 제조 과정에 있어서, 지지체에 가고정 지지된 워크를 지지체로부터 박리하기 위하여 이용되는 워크 분리 장치, 및, 워크 분리 장치를 이용한 워크 분리 방법에 관한 것이다.
종래, 이 종류의 워크 분리 장치 및 워크 분리 방법으로서, 기판 상에 결정층이 형성되어 이루어지는 워크에 대하여, 기판을 통과하여 펄스 레이저광을 조사하고, 워크로의 펄스 레이저광의 조사 영역을 시시각각 변경하면서, 조사 영역의 이동 방향으로 서로 인접하는 조사 영역의 단부(端部)가 중첩되도록, 또한, 이동 방향에 직교하는 방향으로 서로 인접하는 조사 영역의 단부가 중첩되도록 조사하여, 기판과 결정층의 계면에서 결정층을 기판으로부터 박리하는 레이저 리프트 오프 방법이 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
워크는, 펄스 레이저광의 1숏(1펄스)에 상당하는 사이즈의 조사 영역으로 분할되고, 각 조사 영역에 대한 레이저 광학계로부터 워크로의 펄스 레이저광의 조사 방법은, 워크의 반송에 의하여 각 조사 영역에 대하여, 조사 영역의 단부(에지부)를 중첩시키면서, 각각 1회씩 펄스 레이저광을 조사하고 있다.
레이저원에서 발생한 펄스 레이저광은, 레이저 광학계를 통과하여 워크 상에 투영되고, 기판을 통하여 기판과 결정층(GaN계 화합물의 재료층)의 계면에 조사된다. 기판과 재료층의 계면에서는, 펄스 레이저광이 조사됨으로써, 재료층의 기판과의 계면 부근의 GaN이 분해되어 재료층이 기판으로부터 박리된다.
또, 그 외의 워크 분리 장치로서는, 지지 수단에 복합 기판을 흡인 지지한 상태에서 레이저 광선 조사 수단을 작동하여 복합 기판의 에피택시 기판 측으로부터 버퍼층에 레이저 광선을 조사하여 버퍼층을 파괴하고, 그 후 에피택시 기판 박리 수단을 작동하여 에피택시 기판을 광디바이스층으로부터 박리하는 리프트 오프 장치가 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).
레이저 광선 조사 수단은, 펄스 레이저 광선 발진 수단과, 펄스 레이저 광선의 광축을 X축 방향 및 Y축 방향으로 편향하는 스캐너와, 스캐너에 의하여 광축이 편향된 펄스 레이저 광선을 집광(集光)하여 지지 테이블로 지지된 복합 기판에 조사하는 상측(像側) 텔레센트릭 대물 렌즈로 구성된 집광기를 구비하고 있다. 펄스 레이저 광선 발진 수단이 작동하면, 스캐너를 X축 방향 및 Y축 방향으로 요동하여, 집광기로부터 펄스 레이저 광선의 스폿이 스파이럴상이 되도록 하여 버퍼층의 전체면에 조사된다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2012-024783호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 2013-179237호
그러나, 특허문헌 1에 기재된 것에서는, 펄스 레이저광의 1숏에 상당하는 각 조사 영역의 사이즈가 크기 때문에, 레이저 광학계로부터 각 조사 영역에 조사되는 펄스 레이저광을 충분히 집중시킬 수 없다. 이로써, 각 조사 영역에 조사한 펄스 레이저광의 에너지양(에너지 밀도)이, 결정층(GaN계 화합물의 재료층)의 전체면을 균일하게 분해시키는 레벨까지 도달하지 않는 경우가 있었다.
이 때문에, 적층체의 분리층에 대한 레이저광의 조사 불균일이 부분적으로 발생하기 쉬워져, 분리층에 있어서 레이저 출력이 부족한 부위나 미조사 부위가 부분적으로 박리 불량을 일으키는 경우나, 반대로 레이저 출력이 과도하게 강한 부위는 기판에 탑재된 칩의 회로 기판에 형성되어 있는 디바이스에 대미지를 일으키는 경우나, 레이저광의 과조사에 의한 그을음의 발생을 일으키는 등의 문제가 있었다.
특허문헌 2에 기재된 것에서는, 스캐너의 요동에 의하여 펄스 레이저 광선이 스파이럴상으로 조사되기 때문에, 에피택시 기판 및 버퍼층의 전체 형상이 사각형인 경우에는 미조사 부위가 발생하기 쉬워 부적합하고, 사각형의 전체면을 효율적으로 박리할 수 없다고 하는 문제가 있었다.
이와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 관한 워크 분리 장치는, 회로 기판을 포함하는 워크가 지지체와 분리층을 개재하여 적층되는 적층체에 대하여, 레이저광의 조사에 따른 상기 분리층의 변성에 의하여 상기 워크로부터 상기 지지체를 박리하는 워크 분리 장치로서, 상기 워크 또는 상기 지지체 중 어느 일방을 착탈 가능하게 지지하는 지지 부재와, 상기 지지 부재로 지지된 상기 적층체의 상기 지지체 또는 상기 워크 중 타방을 투과하여 상기 분리층을 향하여 상기 레이저광을 조사하는 레이저 조사부와, 상기 레이저 조사부를 작동 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 레이저 조사부는, 스폿상의 상기 레이저광을 상기 적층체를 따라 움직이게 하는 레이저 스캐너를 가지며, 상기 적층체를 향하여 상기 레이저 스캐너로부터 조사되는 상기 레이저광의 영역은, 상기 분리층의 조사면 전체가, 상기 레이저 조사부로부터의 광조사 방향과 교차하는 두 방향 중 어느 일방으로 장척의 띠상이 되는 복수의 조사 영역으로 분할됨과 함께, 이 분할된 각 조사 영역에 대한 상기 레이저 스캐너로부터의 조사가, 상기 광조사 방향과 교차하는 평면 상에서 상기 스폿상의 상기 레이저광의 일부가 겹쳐지도록 나열된 정렬 조사이고, 상기 제어부는, 상기 띠상으로 분할된 복수의 조사 영역 중 하나의 조사 영역에 대하여, 상기 레이저 스캐너의 작동에 의하여 상기 정렬 조사가 행해지며, 상기 복수의 조사 영역 중 하나의 상기 조사 영역의 전체가 상기 정렬 조사로 간극없이 완전히 메워진 후에, 다음의 조사 영역에 대한 상기 정렬 조사가 행해지고, 그 이후는 상기 각 조사 영역마다 각각 상기 정렬 조사를 동일하게 반복하여, 최종적으로 상기 복수의 조사 영역의 전부가 정렬 조사되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
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또, 이와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 관한 워크 분리 방법은, 회로 기판을 포함하는 워크가 지지체와 분리층을 개재하여 적층되는 적층체에 대하여, 레이저광의 조사에 따른 상기 분리층의 변성에 의하여 상기 워크로부터 상기 지지체를 박리하는 워크 분리 방법으로서, 상기 워크 또는 상기 지지체 중 어느 일방을 지지 부재에 착탈 가능하게 지지하는 지지 공정과, 상기 지지 부재로 지지된 상기 적층체의 상기 지지체 또는 상기 워크 중 타방을 투과하여 상기 분리층을 향하여 레이저 조사부로부터 상기 레이저광을 조사하는 레이저 조사 공정과, 상기 지지 부재로 지지된 상기 적층체의 상기 지지체 및 상기 분리층에 대한 상기 레이저 조사부로부터의 레이저 조사 위치를, 적어도 상기 레이저 조사부로부터의 레이저 조사 방향과 교차하는 방향으로 상대적으로 이동시키는 상대 이동 공정을 포함하고, 상기 레이저 조사부는, 스폿상의 상기 레이저광을 상기 적층체를 따라 움직이게 하는 레이저 스캐너를 가지며, 상기 레이저 조사 공정에서는, 상기 적층체를 향하여 상기 레이저 스캐너로부터 조사되는 상기 레이저광의 영역은, 상기 분리층의 조사면 전체가, 상기 레이저 조사부로부터의 광조사 방향과 교차하는 두 방향 중 어느 일방으로 장척의 띠상이 되는 복수의 조사 영역으로 분할됨과 함께, 이 분할된 각 조사 영역에 대한 상기 레이저 스캐너로부터의 조사가, 상기 광조사 방향과 교차하는 평면 상에서 상기 스폿상의 상기 레이저광의 일부가 겹쳐지도록 나열된 정렬 조사이고, 상기 상대 이동 공정에서는, 상기 띠상으로 분할된 복수의 조사 영역 중 하나의 조사 영역에 대하여, 상기 레이저 스캐너의 작동에 의하여 상기 정렬 조사가 행해지며, 상기 복수의 조사 영역 중 하나의 상기 조사 영역의 전체가 상기 정렬 조사로 간극없이 완전히 메워진 후에, 다음의 조사 영역에 대한 상기 정렬 조사가 행해지고, 그 이후는 상기 각 조사 영역마다 각각 상기 정렬 조사를 동일하게 반복하여, 최종적으로 상기 복수의 조사 영역의 전부가 정렬 조사되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 워크 분리 장치의 전체 구성을 나타내는 설명도이며, (a)가 정면도, (b)가 동 횡단 평면도이다.
도 2는 분리층의 조사 영역을 나타내는 설명도이며, (a), (b)가 복수의 조사 영역의 사이즈 차이를 나타내는 사시도이며, (c), (d)가 복수의 조사 영역에 대한 조사 순서의 차이를 나타내는 사시도이다.
도 3은 워크 분리 방법을 나타내는 설명도이며, (a)~(d)가 레이저 조사부로부터의 레이저 조사 과정을 나타내는 일부 절결 사시도이다.
도 4는 적층체의 변형예를 나타내는 설명도이며, (a)~(d)가 레이저 조사부로부터의 레이저 조사 과정을 나타내는 일부 절결 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 관한 워크 분리 장치의 변형예를 나타내는 설명도이며, (a)가 정면도, (b)가 동 횡단 평면도이다.
도 6은 레이저 조사부의 변형예를 나타내는 설명도이며, 스캐너로부터의 레이저 조사 과정을 나타내는 일부 절결 확대 사시도이다.
도 7은 레이저 조사부의 변형예를 나타내는 설명도이며, 스캐너로부터의 레이저 조사 과정을 나타내는 일부 절결 확대 사시도이다.
도 8은 복수의 조사 영역의 경계선을 부분 확대한 평면도이다.
도 9는 휨이 있는 적층체를 지지한 경우의 작동 상태를 나타내는 설명도이며, (a), (b)가 복수의 조사 영역에 대한 레이저 조사부로부터의 레이저 조사 과정을 나타내는 확대 정면도이다.
도 10은 본 발명의 실시형태에 관한 워크 분리 장치의 변형예를 나타내는 설명도이며, (a)가 정면도, (b)가 동 횡단 평면도이다.
도 11은 휨이 있는 적층체를 지지한 경우의 작동 상태를 나타내는 설명도이며, (a), (b)가 복수의 조사 영역에 대한 레이저 조사부로부터의 레이저 조사 과정을 나타내는 확대 정면도이다.
도 12는 휨이 있는 적층체의 조사 상태를 나타내는 설명도이며, (a)가 요부(要部)를 부분 확대한 정면도, (b)가 동 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 근거하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시형태에 관한 워크 분리 장치(A) 및 워크 분리 방법은, 도 1~도 12에 나타내는 바와 같이, 회로 기판(도시하지 않음)을 포함하는 워크(1)가 지지체(2)와 분리층(3)을 개재하여 적층되어 이루어지는 적층체(S)에 대하여, 워크(1)나 지지체(2)를 투과한 분리층(3)으로의 레이저광(L)의 조사에 의하여, 레이저광(L)의 흡수로 분리층(3)이 박리 가능하게 변성(변질)되어, 워크(1)로부터 지지체(2)를 박리시키는 레이저 리프트 오프 장치와 레이저 리프트 오프 방법이다. WLP(wafer level packaging)나 PLP(panel level packaging)와 같은 반도체 패키지 등을 제조하는 경우나, 두께가 매우 얇은 반도체 웨이퍼(이하 "극박 웨이퍼"라고 함)의 처리 공정을 위하여 이용된다.
상세하게 설명하면, 본 발명의 실시형태에 관한 워크 분리 장치(A)는, 적층체(S)를 착탈 가능하게 지지하도록 마련되는 지지 부재(10)와, 적층체(S)의 분리층(3)을 향하여 레이저 광원(21)으로부터의 레이저광(L)을 조사하도록 마련되는 광학계(20)의 레이저 조사부(22)를 주요한 구성 요소로서 구비하고 있다.
또한, 지지체(2) 및 분리층(3)에 대한 레이저 조사부(22)로부터의 레이저 조사 위치(P)를 상대적으로 이동시키도록 마련되는 구동부(30)와, 레이저 조사부(22)부터 지지체(2) 및 분리층(3)의 조사면까지의 간격을 측정하도록 마련되는 측장부(40)와, 레이저 조사부(22) 및 구동부(30)나 측장부(40) 등을 작동 제어하도록 마련되는 제어부(50)를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 도 1~도 12에 나타나는 바와 같이, 지지 부재(10)에 대하여 적층체(S)는 통상, 상하 방향으로 재치되고, 지지 부재(10) 상의 적층체(S)를 향하여 레이저 조사부(22)로부터 레이저광(L)이 하방향으로 조사된다. 지지 부재(10)에 대한 적층체(S)의 지지 방향이나, 레이저 조사부(22)로부터 적층체(S)를 향하는 레이저광(L)의 조사 방향(광조사 방향)을 이하 "Z 방향"이라고 한다. 레이저광(L)의 조사 방향(Z 방향)과 교차하는 두 방향을 이하 "XY 방향"이라고 한다.
워크(1)는, 후술하는 지지체(2)에 첩합된 적층 상태에서, 회로 형성 처리나 박화 처리 등의 반도체 프로세스가 제공된 회로 기판을 포함하는 반송 가능한 기판 등으로 이루어지고, 실리콘 등의 재료로 박판상으로 형성된다.
워크(1)의 전체 형상은, 사각형(직사각형 및 정사각형을 포함하는 각이 직각인 사변형)의 패널 형상이나, 원형의 웨이퍼 형상 등이 포함된다.
워크(1)의 두께는, 예를 들면 15~3,000μm로 박화된 사각형이나 원형의 기판도 포함된다. 특히 워크(1)의 두께가 수십 μm 정도 등과 같이 매우 얇은(이하 "극박"이라고 한다) 패널 형상이나 웨이퍼 형상의 경우에는, 다이싱 테이프 등과 같은 테이프상의 지지용 점착 시트에 워크(1)의 전체면을 첩부하여 서포트하는 것이나, 다이싱 프레임 등과 같은 사각 프레임상이나 원형 프레임상(링상)의 지지 프레임으로 외주부가 보강된 테이프상의 지지용 점착 시트에 대하여 워크(1)를 첩부함으로써 서포트하는 것도 가능하다.
지지체(2)는, 워크(1)의 박화 공정이나 각종 처리 공정이나 반송 공정 등에서 워크(1)를 지지함으로써, 워크(1)의 파손이나 변형 등이 방지되도록 필요한 강도를 갖는 서포트 기판이나 캐리어 기판으로 불리는 것이다. 이 때문에, 지지체(2)는, 경질인 강성 재료이며, 워크(1)에 대응한 사이즈의 사각형이나 원형으로 형성된다.
워크(1) 또는 지지체(2) 중 어느 일방 혹은 양방은, 특정 파장의 레이저광(L)이 투과하는 유리나 합성 수지 등의 투명 또는 반투명인 강성 재료로 형성된다. 지지체(2)의 구체예로서 도시예의 경우에는, 특정 파장의 레이저광(L)이 투과하는 투명 또는 반투명인 유리판이나 세라믹판이나 아크릴계 수지제의 판 등이 이용되고, 그 두께를 예를 들면 300~3,000μm로 설정하고 있다.
분리층(3)은, 워크(1) 또는 지지체(2)를 개재하여 조사된 레이저광(L)을 흡수함으로써, 접착력을 저하시키도록 변질되고, 미세한 외력을 받으면 접착성을 잃어 박리하거나, 또는 파괴할 수 있도록 변질되는 층이다.
분리층(3)의 재료로서는, 예를 들면 폴리이미드 수지 등과 같은 접착성을 갖고 있고, 워크(1)와 지지체(2)가 접착제로 이루어지는 접착층을 장착하지 않고 첩합 가능한 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 또한 워크(1)와 지지체(2)의 박리 후에 있어서, 용이하게 세정 제거할 수 있는 다른 층을 적층하는 것도 가능하다. 또 분리층(3)이 접착성을 갖고 있지 않은 재료로 이루어지는 경우에는, 분리층(3)과 워크(1)의 사이에 접착제로 이루어지는 접착층(도시하지 않음)을 마련하여, 접착층에 따라 분리층(3)과 워크(1)를 접착할 필요가 있다.
적층체(S)로서는, 사각형의 경우에 한 변이 500mm 이상, 원형의 경우에 직경이 200mm나 300mm 이상 등, XY 방향의 전체 사이즈가 대형이지만, Z 방향의 두께를 박화한 것이 주로 이용된다.
적층체(S)의 일례로서 도 1~도 3이나 도 5~도 11에 나타나는 경우에는, 워크(1)가 되는 사각형(대략 정사각형)의 기판과, 지지체(2)가 되는 사각형(대략 정사각형)의 서포트 기판(캐리어 기판)을 분리층(3)으로 첩합한 패널 형상(대략 정사각형)의 적층체(S)를 이용하고 있다.
적층체(S)의 다른 예로서 도 4에 나타나는 경우에는, 워크(1)가 되는 원형의 웨이퍼와, 지지체(2)가 되는 원형의 서포트 기판(캐리어 기판)을 분리층(3)으로 첩합한 웨이퍼 형상의 적층체(S)를 이용하고 있다.
이들의 도시예에서는, 적층체(S)를 지지체(2) 측이 후술하는 레이저 조사부(22)와 대향하도록 배치함으로써, 박리용의 레이저광(L)이 지지체(2)를 투과하여 분리층(3)에 조사되는 설정으로 하고 있다.
또한 적층체(S)의 다른 예로서 도 9(a), (b)나 도 11(a), (b)에 나타나는 바와 같이, 팬 아웃형 PLP 기술 등으로 제조되는 워크(1)와, 워크(1)의 표면에 복수의 반도체 소자(Sc)가 탑재됨과 함께 수지 등의 밀봉재(Sr)로 밀봉한 밀봉체와, 밀봉체의 표면에 적층되는 분리층(3)과, 분리층(3)을 사이에 두고 적층되는 지지체(2)를 갖는 4층 구조 등이 포함된다. 또한, 그 외에 도시하지 않지만, 상술한 바와 같이 분리층(3)이 접착성을 갖지 않는 재료로 이루어지는 경우에는, 분리층(3)과 워크(1) 측이 되는 복수의 반도체 소자(Sc)나 밀봉재(Sr)의 사이에 접착제로 이루어지는 접착층(도시하지 않음)을 마련한 적층 구조도 포함된다. 이 적층 구조는, 분리층(3)과, 워크(1) 측이 되는 복수의 반도체 소자(Sc)나 밀봉재(Sr)가 접착층에서 착탈 가능하게 접착된다.
또, 이와 같은 복수의 반도체 소자(Sc)를 구비한 밀봉체는, 최종적으로 다이싱 등으로 XY 방향으로 절단된 후에, 재배선층 등을 개재하여 전극 취출부를 장착하는 등의 최종 공정을 거침으로써, 최종 제품인 복수의 전자 부품이 제조된다.
지지 부재(10)는, 금속 등의 강체(剛體)로 왜곡(휨) 변형되지 않는 두께의 정반(定盤) 등으로 이루어지며, 적층체(S)의 외형 치수보다 크고 두꺼운 대략 사각형 또는 원형 등의 평판상으로 형성되며, 적층체(S)와 Z 방향으로 대향하는 지지면에는, 워크(1)의 지지 척(11)이 마련된다.
지지 척(11)은, 워크(1)와 접촉에 의하여 워크(1)를 이동 불가능하게 또한 착탈 가능하게 지지하는 것이며, 적층체(S)와 Z 방향으로 대향하는 지지면의 전체 또는 일부에 형성된다.
지지 척(11)의 구체예로서는, 흡인에 의한 차압으로 워크(1)가 흡착 지지되는 흡착 척을 이용하는 것이 바람직하다. 특히 흡착 척 중에서도, 다공질재로 이루어지는 흡착면에 의하여 워크(1)가 차압 흡착되는 포러스 척을 이용하는 것이 바람직하다. 포러스 척의 경우에는, 워크(1)의 전체가 부분적으로 휘지 않고 차압 흡착 가능해지기 때문에, 균일한 지지 상태를 지지할 수 있다.
또, 지지 척(11)의 다른 예로서는, 흡착 척 대신에 점착 척이나 정전 척을 이용하는 것이나, 흡착 척, 점착 척, 정전 척 중에서 복수를 조합하여 이용하는 것도 가능하다.
또한, 지지 부재(10)의 다른 예로서 도시하지 않지만, 평판상의 지지면 대신에 복수의 지지핀에 의하여 워크(1)를 개재하여 적층체(S)의 전체가 고정(이동 불가능하게 또한 착탈 가능하게 지지)되는 구조나, 허니콤에 의한 정반 구조도 포함된다. 핀에 의하여 워크(1)가 고정되는 구조의 경우에는, 복수의 지지핀의 일부 또는 전부의 선단으로 워크(1)를 흡착 고정할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
레이저 조사부(22)는, 레이저 발진기 등의 레이저 광원(21)으로부터 레이저광(L)을 목표가 되는 레이저 조사 위치(P)를 향하여 유도하는 광학계(20)의 일부로서 마련되고, 지지 부재(10)로 지지된 적층체(S)와 Z 방향으로 대향하도록 배치하고 있다. 레이저 조사부(22)는, 광학계(20)로 유도된 레이저광(L)을 적층체(S)를 따라 XY 방향으로 이동시키는 주사(소인(掃引)) 기능을 갖는다. 이로써, 광학계(20)로 유도된 레이저광(L)이 적층체(S)의 워크(1) 또는 지지체(2)를 투과하여 분리층(3)의 전체면에 조사된다.
레이저 조사부(22)로부터 적층체(S)를 향하여 조사하는 레이저광(L)으로서는, 워크(1) 또는 지지체(2)를 투과하고 또한 분리층(3)이 흡수 가능한 파장의 레이저를 이용하는 것이 바람직하다.
상세하게 설명하면 레이저광(L) 중에서도, 투영 형상이 라인(슬릿)상인 레이저광(L)보다는, 고출력인 레이저가 용이하게 얻어지는 스폿(점)상인 레이저광(L)이 바람직하다. 연속 발진되는 레이저(연속파 레이저)보다는, 분리층(3) 내에 흡수된 레이저 에너지에 의한 열의 영향이 억제되고, 또한 고에너지를 분리층(3) 내에 부여하기 때문에, 펄스 발진되는 레이저광(펄스 레이저광)(L)이 바람직하다.
즉, 레이저 조사부(22)에는, 레이저 광원(21)에서 발생된 스폿상 등의 레이저광(L)의 광축(주축)(L1)을 움직이게 하기 위한 레이저 소인 수단(레이저 스캐너)(22a)이 마련되고, 레이저 스캐너(22a)에 의하여 적층체(S)에 대하여 레이저광(L)을 XY 방향으로 주사(소인)시키도록 구성하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 레이저 스캐너(22a)만으로도, 적층체(S)의 분리층(3)에 대하여 레이저광(L)을 상대적으로 이동시키는 것이 가능해진다.
레이저 조사부(22)로서는, 도 1이나 도 3~도 12에 나타나는 바와 같이, 레이저 광원(21)에서 발생된 스폿상의 레이저광(L)의 광축(L1)을 적층체(S)를 따라 움직이게 하는 레이저 스캐너(22a)와, 레이저 스캐너(22a)로부터의 레이저광(L)을 분리층(3)을 향하여 유도하는 렌즈(22b)를 갖는 것이 바람직하다.
레이저 스캐너(22a)로서는, 회전 가능하게 마련되는 폴리곤 스캐너(22a1)나 갈바노 스캐너(22a2) 등이 이용되고, 레이저 스캐너(22a)로부터 분리층(3)을 향하는 레이저 조사 방향(Z 방향)과 교차하는 XY 방향 중 어느 일방, 또는 XY 방향의 양방으로 소인시키는 것이 바람직하다.
렌즈(22b)는, 레이저 스캐너(22a)로부터의 레이저광(L)을 집광하는 기능을 갖고 있고, 폴리곤 스캐너(22a1)나 갈바노 스캐너(22a2) 등과 조합하여 사용되는 fθ 렌즈를 이용하는 것이 바람직하다. fθ 렌즈는, 렌즈의 중심부나 그 주변부에서 주사 속도를 일정하게 하고, 또한 하나의 평면 상에 초점을 두는 것이 가능해진다.
또한 렌즈(22b)로서는, 렌즈 중심을 통과하여 렌즈면에 수직인 광축(L1)에 대하여 주광선(L2)이 평행하게 배치 가능한 텔레센트릭계 렌즈(22b1)나, 광축(L1)에 대하여 주광선(L2)이 다양한 각도로 배치 가능한 비텔레센트릭계 렌즈(22b2)를 이용하는 것이 바람직하다.
특히 비텔레센트릭계 렌즈(22b2)의 경우에는, 레이저광(L)의 조사가 안정된 렌즈 중심부(렌즈 중앙과 그 주변 부분)를 주로 사용하고, 레이저광(L)의 조사가 불안정한 렌즈 외주 단부는 사용하지 않는 것이 바람직하다.
광학계(20) 및 레이저 조사부(22)의 구체예로서 도 1(a)나 도 5(a)나 도 10(a) 등에 나타나는 경우에는, 먼저 레이저 광원(21)이 되는 레이저 발진기에서 발생된 레이저광(L)을, 빔 익스팬더(23)에 통과시킴으로써 빔 직경이 조정된다. 이에 계속해서 스티어링 미러 등의 반사경(24, 25)으로 레이저광(L)의 방향을 변경하여, 레이저 조사부(22)가 되는 레이저 스캐너(22a)에 유도된다. 마지막으로 레이저 스캐너(22a)로부터 초단(超短) 펄스의 레이저광(L)이 렌즈(22b)를 통과하여, 지지 부재(10)로 지지한 적층체(S)의 목표 위치에 대하여, 순차 조사되어 소인한다.
레이저 스캐너(22a) 및 렌즈(22b)의 일례로서 도 1(a), 도 3(a)~(d), 도 4(a)~(d) 및 도 9(a), (b)에 나타나는 경우에는, 레이저 스캐너(22a)로서 폴리곤 스캐너(22a1)를 이용하고, 폴리곤 스캐너(22a1)는 회전 구동하는 통체의 주위에 정N각형으로 배치된 미러부를 갖고 있다. 렌즈(22b)로서는, 텔레센트릭계 렌즈(텔레센트릭계 fθ 렌즈)(22b1)를 이용하고 있다.
폴리곤 스캐너(22a1)를 향하여 입사한 레이저광(L)은, 미러부에 닿아 반사하며, 렌즈(22b)를 통과하여 적층체(S)를 향하여 대략 수직 또는 소정 각도의 광로(光路)로 변환된다. 폴리곤 스캐너(22a1)의 미러부의 회전 구동에 의한 소인 방향은, XY 방향 중 어느 일방만이다. 도시예에서는, 정N각형의 미러부에 대한 레이저 입사 방향(X 방향)과 평행인 직선 방향으로 소정 폭만큼 레이저광(L)을 일방으로만 이동시키고 있다. 또한, 그 이외의 예로서 도시하지 않지만, 레이저광(L)을 쌍방으로 왕복 이동시키는 것도 가능하다.
레이저 스캐너(22a)의 다른 예로서 도 5에 나타나는 경우에는, 레이저 스캐너(22a)로서 갈바노 스캐너(22a2)를 이용하고, 갈바노 스캐너(22a2)는 회전 구동하는 반사경(갈바노 미러)을 갖고 있다. 렌즈(22b)로서는, 텔레센트릭계 렌즈(텔레센트릭계 fθ 렌즈)(22b1)를 이용하고 있다.
갈바노 스캐너(22a2)의 반사경의 회전 구동에 의한 소인 방향은, XY 방향의 어느 일방만이다. 도시예에서는, 레이저 입사 방향(X 방향)과 평행인 직선 방향으로 소정 폭만큼 레이저광(L)을 쌍방으로 왕복 이동시키고 있다. 또한, 그 이외의 예로서 도시하지 않지만, 레이저광(L)을 일방으로만 이동시키는 것도 가능하다.
도 6에 나타나는 경우에는, 폴리곤 스캐너(22a1)와 갈바노 스캐너(22a2)의 조합이며, 텔레센트릭계 렌즈(텔레센트릭계 fθ 렌즈)(22b1)를 이용하고 있다. 폴리곤 스캐너(22a1)의 미러부의 회전 구동과, 갈바노 스캐너(22a2)의 반사경의 회전 구동에 의한 소인 방향은, XY 방향의 양방이다.
또한, 레이저 스캐너(22a)의 다른 예로서 도 7에 나타나는 경우에는, 복수의 갈바노 스캐너(22a2)이며, 텔레센트릭계 렌즈(텔레센트릭계 fθ 렌즈)(22b1)를 이용하고 있다. 복수의 갈바노 스캐너(22a2)의 반사경의 회전 구동에 의한 소인 방향은, XY 방향의 양방이다.
또 레이저 스캐너(22a) 및 렌즈(22b)의 다른 예로서 도 10(a) 및 도 11(a), (b)에 나타나는 경우에는, 레이저 스캐너(22a)로서 폴리곤 스캐너(22a1)를 이용하고, 렌즈(22b)로서 비텔레센트릭계 렌즈(비텔레센트릭계 fθ 렌즈)(22b2)를 이용하고 있다.
또한, 그 이외의 변형예로서 도시하지 않지만, 레이저 스캐너(22a)로서 폴리곤 스캐너(22a1)나 갈바노 스캐너(22a2)와는 다른 구조의 것을 이용하고, XY 방향 중 어느 일방 또는 XY 방향의 양방으로 소인하는 등의 변경도 가능하다.
이에 더하여, 레이저 광원(21)이 되는 레이저 발진기로부터 레이저광으로서 펄스 발진되는 가우시안 빔의 빔 프로파일을 대략 사각형의 톱햇 빔으로 변경하는 것도 가능하다. 대략 사각형의 톱햇 빔은, 일본 공개특허공보 2012-024783호의 단락[0017] 및 도 4나 도 5에 기재되는 "대략 사다리꼴 형상으로 형성된 레이저광(L1, L2)의 단면(斷面)에 있어서의 둘레 방향으로 완만하게 넓어지는 에지부(LE)"와는 상이하고, 둘레 방향으로 넓어지는 에지부의 경사 각도가 대략 수직(실질적으로 수직에 가깝다)인 것을 말한다.
즉, 레이저 조사부(22)는, 레이저 광원(21)(레이저 발진기)으로부터 레이저광(L)으로서 펄스 발진되는 스폿상의 가우시안 빔을, 에지부의 경사 각도가 대략 수직인 스폿상의 톱햇 빔으로 변경하기 위한 변환용 광학 부품(도시하지 않음)을 갖는 것도 가능하다. 이로써, 일본 공개특허공보 2012-024783호의 "대략 사다리꼴 형상의 레이저광(L1, L2)의 에지부(LE)"에 비하여, 인접하는 톱햇 빔의 에지부에 있어서 분해 임곗값 이하의 겹쳐지는 면적(레이저 중첩 영역)이 좁아진다.
변환용 광학 부품은, 비구면 렌즈로 이루어지는 빔 셰이퍼나, 회절 광학 소자(DOE: Diffraction Optical Element)로 이루어지는 빔 셰이퍼 등이 이용된다.
비구면 렌즈로 이루어지는 빔 셰이퍼의 구체예로서는, 강도 변환 렌즈와 위상 보상 렌즈의 조합 등을 들 수 있다.
회절 광학 소자(DOE)로 이루어지는 빔 셰이퍼의 구체예로서는, DOE와 집광 렌즈(fθ 렌즈)의 조합 등을 들 수 있다.
특히 회절 광학 소자(DOE)를 이용한 경우에는, 톱햇 빔의 단면 형상(균일 강도 분포 형상)을 원형이나 대략 원형으로부터 사각형(정사각형 및 직사각형을 포함하는 각이 직각인 사변형)으로 변경하는 것이 가능해진다. 즉, 분리층(3)에 대한 레이저 조사 형상이 사각형으로 변경 가능해진다.
그런데, 적층체(S)에 대하여 레이저광(L)이 조사 가능한 범위에는 한계가 있으며, 비교적 큰 면적의 적층체(S)에서는, 분리층(3)의 전체에 걸쳐 레이저 조사부(22)로부터의 레이저광(L)을 한 번에 조사하는 것이 곤란하다.
또 워크(1)로부터 지지체(2)를 확실하게 박리하기 위해서는, 레이저 조사부(22)로부터 분리층(3)에 조사한 레이저광(L)의 에너지양(에너지 밀도)에 따라, 분리층(3)의 전체면을 균일하게 분해하여 박리 가능한 정도까지 변질시킬 필요가 있다. 분리층(3)의 재질에 따라서도 분해 변질에 필요한 에너지양이 상이하다.
이와 같은 상황하에서 예를 들면 일본 공개특허공보 2012-024783호에 기재되는 바와 같이, 분리층(3)의 전체를 복수의 영역으로 분할하고, 이들 분할 영역에 대하여 레이저 조사부(22)로부터 레이저광(L)을 1회(1숏)씩 조사하는 것이 생각된다.
그러나, 분리층(3)의 전체를 복수의 조사 영역으로 분할한 정도로는, 각 조사 영역의 사이즈가 과도하게 커, 각 조사 영역에 대하여 레이저광(L)을 충분히 집중시킬 수 없어, 각 조사 영역에 조사한 레이저광(L)의 에너지양(에너지 밀도)이, 분리층(3)의 전체면을 균일하게 분해시키는 레벨까지 도달하지 않는 경우가 있었다. 분리층(3)의 재질에 따라서는, 각 조사 영역의 전체면을 균일하게 분해하여 박리 가능한 정도까지 변질할 수 없어, 박리 불균일이 발생했다.
따라서, 이와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시형태에 관한 워크 분리 장치(A) 및 워크 분리 방법에서는, 도 1~도 12에 나타나는 바와 같이, 적층체(S)(분리층(3))의 전체를 복수의 조사 영역으로 분할함과 함께, 복수의 조사 영역에 대하여 레이저 조사부(22)의 레이저 스캐너(22a)로부터 스폿상의 레이저광(L)을 정렬 조사하고 있다.
즉, 지지 부재(10)로 지지된 적층체(S)의 분리층(3)을 향하여 레이저 조사부(22)의 레이저 스캐너(22a)로부터 조사되는 레이저광(L)의 영역은, 도 2(a), (b) 등에 나타나는 바와 같이, 분리층(3)의 조사면 전체를 복수의 조사 영역(R)으로 분할하고, 복수의 조사 영역(R)에 대하여 레이저 스캐너(22a)로부터 스폿상의 레이저광(L)을 각 조사 영역(R)마다(단위 조사 영역마다) 각각 정렬 조사한다.
상세하게 설명하면, 복수의 조사 영역(R)은, 적층체(S)의 분리층(3)의 전체 면적보다 작은 면적이 되도록 분할되고, 분할된 각 조사 영역(R)의 형상을 사각 형상으로 하고 있다. 특히 각 조사 영역(R)의 형상을 도시되는 바와 같이, XY 방향의 어느 일방으로 장척의 띠상(정사각형을 제외한 사각형: 직사각형을 포함하는 각이 직각인 사변형)으로 하는 것이 바람직하다. 복수의 조사 영역(R)의 분할 방향(배열 방향)은, 레이저 스캐너(22a)에 의한 레이저광(L)(광축(L1))의 이동 방향이나, 후술하는 구동부(30)에 의한 상대적인 이동 방향과 동일한 X 방향이나 Y 방향으로 배열된다. 도시예에서는 분리층(3)의 전체를 X 방향으로 소정 간격(등간격)으로 분할하여, 복수의 조사 영역(R)의 장변이 Y 방향으로 뻗도록 배치함과 함께, 복수의 조사 영역(R)의 단변이 X 방향으로 뻗도록 배치하고 있다. 복수의 조사 영역(R)의 사이즈는, 도 2(a), (b) 등에 나타나는 바와 같이, 후술하는 제어부(50)에 의하여 조정 가능하게 설정하는 것이 바람직하다.
복수의 조사 영역(R)에 대하여 레이저 조사부(22)로부터 레이저광(L)을 레이저 조사하는 순서에 대해서도, 후술하는 제어부(50)에 의하여 조정 가능하게 설정하고, 도 2(c), (d)나 도 3(a)~(d) 또는 도 4(a)~(d) 등에 나타나는 바와 같이, 임의로 설정된 순서로 레이저 조사부(22)로부터 레이저광(L)을 각 조사 영역(R)의 전체면에 각각 조사하는 것이 바람직하다.
레이저 스캐너(22a)에 의한 레이저 조사의 구체예로서 도 1(a), (b)나 도 10(a), (b) 등에 나타나는 경우에는, 폴리곤 스캐너(22a1)의 작동에 의하여, 렌즈(22b)가 되는 텔레센트릭계 렌즈(텔레센트릭계 fθ 렌즈)(22b1) 또는 비텔레센트릭계 렌즈(비텔레센트릭계 fθ 렌즈)(22b2)를 통과하여 스폿상의 레이저광(L)이, 복수의 조사 영역(R)을 향하여 X 방향으로 소정 폭만큼 순차 각각 일방으로만 이동 또는 쌍방으로 왕복 이동하도록 조사하고 있다.
도 5에 나타나는 경우에는, 갈바노 스캐너(22a2)의 작동에 의하여, 렌즈(22b)가 되는 텔레센트릭계 렌즈(텔레센트릭계 fθ 렌즈)(22b1)를 통과하여 스폿상의 레이저광(L)이, 복수의 조사 영역(R)을 향하여 X 방향으로 소정 폭만큼 순차 각각 쌍방으로 왕복 이동 또는 일방으로만 이동하도록 조사하고 있다.
도 6에 나타나는 경우에는, 폴리곤 스캐너(22a1)와 갈바노 스캐너(22a2)의 작동에 의하여, 렌즈(22b)가 되는 텔레센트릭계 렌즈(텔레센트릭계 fθ 렌즈)(22b1)를 통과하여 스폿상의 레이저광(L)이, 복수의 조사 영역(R)을 향하여 X 방향으로 소정 폭만큼 순차 각각 쌍방으로 왕복 이동 또는 일방으로만 이동함과 함께, Y 방향으로도 동일하게 이동하도록 조사하고 있다.
도 7에 나타나는 경우에는, 복수의 갈바노 스캐너(22a2)의 작동에 의하여, 렌즈(22b)가 되는 텔레센트릭계 렌즈(텔레센트릭계 fθ 렌즈)(22b1)를 통과하여 스폿상의 레이저광(L)이, 복수의 조사 영역(R)을 향하여 X 방향으로 소정 폭만큼 순차 각각 쌍방으로 왕복 이동 또는 일방으로만 이동함과 함께, Y 방향으로도 동일하게 이동하도록 조사하고 있다.
또한, 도시예에서는, 분할된 복수의 조사 영역(R)의 형상으로서 분리층(3)의 전체를 Y 방향 전체 길이에 걸치는 띠상으로 분할하고 있다. 또, 그 외의 예로서 도시하지 않지만, Y 방향으로도 복수로 분할하여 복수의 조사 영역(R)의 형상을 대략 정사각형으로 변경하는 것도 가능하다.
레이저 조사부(22)의 레이저 스캐너(22)로부터 적층체(S)를 향하여 조사되는 레이저광(L)의 조사 각도는, 도 1(a), 도 3(a)~(d) 또는 도 4(a)~(d), 도 9(a), (b)에 나타나는 바와 같이, 지지 부재(10)로 지지된 적층체(S)의 지지체(2)나 분리층(3)에 대하여 대략 수직으로 설정하는 것이 바람직하다.
여기에서 말하는 "대략 수직"이란, 지지체(2)나 분리층(3)의 표면에 대하여 90도에만 한정되지 않고, 이에 더하여 90도부터 수 도 증감되는 것도 포함된다.
또, 그 외의 예로서 도 10(a), 도 11(a), (b)에 나타나는 바와 같이, 지지 부재(10)로 지지된 적층체(S)의 지지체(2)나 분리층(3)에 대하여, 레이저광(L)의 조사 각도를 소정 각도로 설정하는 것도 가능하다.
적층체(S)의 분리층(3)에 있어서의 복수의 조사 영역(R)에 대하여 레이저 조사부(22)의 레이저 스캐너(22a)로부터 조사되는 스폿상의 레이저광(L)은, 각 레이저광(L)의 빔 형상(단면 형상)이 원형이나 대략 원형 또는 사각형 등이다.
도 8에 나타나는 경우에는, 가우시안 빔의 단면 형상과 동일한 원형이 되어 있다.
또 그 외의 예로서 도시하지 않지만, 사각형(정사각형이나 직사각형)으로 변경하는 것도 가능하다.
또한 도 8에 나타나는 바와 같이, 각 조사 영역(R)마다에 대하여 레이저광(L)을, 각 레이저광(L)의 일부가 겹쳐지도록 후술하는 구동부(30)로 X 방향 및 Y 방향으로 나열하여 순차 각각 정렬 조사시키는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 복수의 조사 영역(R) 중 하나의 조사 영역(R)의 전체가, 다수의 스폿상의 레이저광(L)으로 간극없이 완전히 메워진다. 하나의 조사 영역(R)의 전체가 다수의 스폿상의 레이저광(L)으로 완전히 메워진 후는, 다음의 조사 영역(R)에 대한 스폿상의 레이저광(L)의 정렬 조사가 동일하게 반복하여 행해진다. 최종적으로는 복수의 조사 영역(R)의 전부가 정렬 조사된다.
이에 더하여, 복수의 조사 영역(R)의 경계선(Ra)을 사이에 두고 정렬 조사되는 스폿상의 레이저광(L)은, 도 8에 나타나는 바와 같이, 경계선(Ra)의 반대 측에 배치되는 스폿상의 레이저광(L)을 각각의 단부끼리가 서로 접하도록 정렬 조사시키는 것이 바람직하다. 복수의 조사 영역(R)의 경계선(Ra)을 사이에 두고 정렬 조사되는 스폿상의 레이저광(L)의 간격(Rb)은, 레이저광(L)의 빔 직경(d)보다 작게 설정하는 것이 바람직하다.
복수의 조사 영역(R)의 경계선(Ra)이란, X 방향 및 Y 방향으로 배열된 인접하는 조사 영역(R1, R2, R3, R4)의 사이에 형성되는 경계선이다. 경계선(Ra)의 간격(Rb)이란, 경계선(Ra)을 사이에 두고 정렬 조사되는 스폿상의 레이저광(L)에 있어서 빔 중심(Ro)의 사이에 걸치는 거리를 말한다. 이로써, 조사 영역(R1, R2, R3, R4)의 전체가 전부 다수의 스폿상의 레이저광(L)으로 완전히 메워짐과 함께, 조사 영역(R1, R2, R3, R4)의 경계선(Ra)에 있어서도, 다수의 스폿상의 레이저광(L)으로 완전히 메워진다.
도시예의 경우에는, 경계선(Ra)을 사이에 두고 정렬 조사되는 스폿상의 레이저광(L)의 간격(Rb)을, 조사 영역(R1, R2, R3, R4)에 정렬 조사되는 스폿상의 레이저광(L)의 간격과, X 방향이나 Y 방향으로 각각 동 치수로, 각 레이저광(L)의 일부가 동일하게 겹쳐지도록 설정하고 있다.
또, 그 외의 예로서 도시하지 않지만, 경계선(Ra)을 사이에 두고 정렬 조사되는 스폿상의 레이저광(L)의 간격(Rb)을, 조사 영역(R1, R2, R3, R4)에 정렬 조사되는 스폿상의 레이저광(L)의 간격과 상이하도록 설정하는 등, 도시예 이외의 설정으로 변경하는 것도 가능하다.
또한, 레이저 조사부(22)의 레이저 스캐너(22a)로부터 적층체(S)를 향하여 조사되는 스폿상의 레이저광(L)은, 적층체(S)에 대한 레이저광(L)의 조사 각도에 따라 각 레이저광(L)의 빔 형상(단면 형상)이 원형으로부터 타원형으로 변형된다.
즉, 레이저 스캐너(22a)로부터 렌즈(22b)를 통과하여 레이저광(L)이 적층체(S)에 조사되는 상태에 있어서, 적층체(S)에 대한 스폿상의 레이저광(L)의 조사 각도가 대략 수직(약 90도)인 경우에는, 도 8에 나타나는 바와 같이, 각 레이저광(L)의 빔 형상이 원형이 됨과 동시에, 각 레이저광(L)의 빔 직경(d)이 모두 동등해진다.
이에 대하여, 레이저 스캐너(22a)로부터 렌즈(22b)를 통과하여 적층체(S)에 조사한 스폿상의 레이저광(L)이 경사지면, 적층체(S)에 대한 조사 각도가 대략 수직(약 90도) 미만이 되어, 레이저 스캐너(22a)부터 적층체(S)까지 레이저 조사 거리가 변화한다. 이 경사진 경우에는, 각 레이저광(L)의 빔 형상이 타원형이 됨과 동시에, 각 레이저광(L)의 빔 직경(d)이 변화한다. 스폿상의 레이저광(L)의 빔 형상은, 빔 형상이 불안정한 타원형보다 원형이 바람직하다.
그 이유는, 레이저 스캐너(22a)로부터의 적층체(S)에 대한 조사 각도가 경사져 대략 수직(약 90도) 미만이 된 경우나, 휨이 있는 적층체(S)의 경우에는, 레이저 스캐너(22a)부터 적층체(S)까지의 레이저 조사 거리의 변화에 의하여, 레이저광(L)의 빔 직경(d)이 변화해 버린다. 레이저 스캐너(22a)로부터 적층체(S)로의 조사 에너지 자체는 변경되지 않기 때문에, 빔 직경(d)이 변화하면, 빔 직경(d)의 2승에 반비례하여, 레이저광(L)의 에너지 밀도도 변화한다.
즉, 예를 들면 일본 공개특허공보 2012-024783호에 기재되는 바와 같이, 분할 사이즈가 비교적 큰 조사 영역의 전체를 향하여, 레이저 스캐너(22a)로부터 레이저광(L)을 소인시키면, 소인에 따른 레이저 스캐너(22a)의 흔들림 각도가 넓어지고, 조사 영역의 중앙과 단부에서는 조사 에너지 밀도가 변경되어, 박리 불균일이 발생할 가능성이 있다.
이에 대하여, 분할 사이즈가 비교적 작은 조사 영역을 향하여 레이저 스캐너(22a)의 소인에 따른 흔들림 각도를 콤팩트하게 제한함으로써, 조사 에너지 밀도가 균일해져 박리 불균일의 발생 방지가 가능해진다.
구동부(30)는, 지지 부재(10) 또는 레이저 조사부(22)(레이저 스캐너(22a)) 중 어느 일방이나 혹은 지지 부재(10) 및 레이저 조사부(22)(레이저 스캐너(22a))의 양방을 이동함으로써, 레이저 스캐너(22a)로부터 조사한 레이저광(L)이, 지지 부재(10)로 지지한 적층체(S)의 지지체(2) 및 분리층(3)에 대하여, 적어도 레이저 조사부(22)로부터의 레이저광(L)의 조사 방향(Z 방향)과 교차하는 두 방향(XY 방향)으로 상대적으로 이동하도록 구성한 광축 상대 이동 기구이다.
구동부(30)에 의한 상대적인 이동 방향은, XY 방향에만 한정되지 않고, 필요에 따라 Z 방향도 포함된다.
구동부(30)가 되는 광축 상대 이동 기구에는, 주로 지지 부재(10) 및 적층체(S)를 움직이게 하는 워크 측 이동 타입과, 레이저 스캐너(22a)를 움직이게 하는 광축 측 이동 타입이 있다.
워크 측 이동 타입의 경우는, 도 1(a), (b)나 도 5(a), (b)나 도 10(a), (b) 등에 나타나는 바와 같이, 지지 부재(10)에 구동부(30)가 마련되고, 구동부(30)에서 지지 부재(10)를 X 방향 및 Y 방향이나 Z 방향으로 움직이게 함으로써, 레이저 스캐너(22a)로부터의 레이저 조사 위치(P)를 XY 방향이나 Z 방향으로 이동시킨다. 이 경우의 구동부(30)로서는, XY 스테이지나 XY 테이블 등이 이용되고, 모터축 등으로 이루어지는 Y축 이동 기구(31) 및 X축 이동 기구(32)를 갖고 있다. 또한 필요에 따라 지지 부재(10)를 Z 방향으로 움직이게 하는 Z축 이동 기구(33)를 마련하는 것이 바람직하다.
Y축 이동 기구(31) 및 X축 이동 기구(32), Z축 이동 기구(33)는, 후술하는 제어부(50)에 의하여 작동 제어되고, 레이저 스캐너(22a)의 작동에 의한 레이저광(L)의 X 방향으로의 주사(소인)에 더하여, 지지 부재(10) 및 적층체(S)를 XY 방향이나 Z 방향으로 움직이게 하고 있다.
Y축 이동 기구(31)는, 그 작동에 의하여, 적층체(S)의 분리층(3)에 있어서 Y 방향으로 긴 띠상 등으로 분할한 복수의 조사 영역(R)을, Y 방향으로 소정 길이(조사 영역(R)의 일렬분)만큼 순차 각각 일방으로만 이동 또는 쌍방으로 왕복 이동시킨다.
X축 이동 기구(32)는, 그 작동에 의하여, 적층체(S)의 분리층(3)에 있어서 X 방향으로 짧은 띠상 등으로 분할한 복수의 조사 영역(R)을, X 방향으로 소정 폭(조사 영역(R)의 일렬분)만큼 순차 각각 일방으로만 이동 또는 쌍방으로 왕복 이동시킨다.
Z축 이동 기구(33)는, 그 작동에 의하여 복수의 조사 영역(R)을, Z 방향으로 소정 높이만큼 순차 각각 일방으로만 이동 또는 쌍방으로 왕복 이동시킨다.
워크 측 이동 타입의 구체예로서 도 1(a), (b)나 도 10(a), (b)에 나타나는 경우에는, 폴리곤 스캐너(22a1)의 작동에 의한 레이저광(L)의 X 방향으로의 주사(소인)와 연동하고, Y축 이동 기구(31)의 작동으로 Y 방향으로 긴 띠상의 각 조사 영역(R)을, 각 조사 영역(R)의 Y 방향 치수만큼 순차 이동시키고 있다. 하나의 조사 영역(R)에 대한 주사가 완료된 후는, X축 이동 기구(32)의 작동으로 X 방향으로 짧은 띠상의 각 조사 영역(R)을, 각 조사 영역(R)의 X 방향 치수만큼 순차 이동시키고, 그 이후는 상술한 작동을 반복하고 있다.
도시예에서는, Y축 이동 기구(31)의 한 방향 이동 시에만 폴리곤 스캐너(22a1)의 주사를 행하고 있다. 즉, 하나의 조사 영역(R)에 대한 Y축 이동 기구(31)의 작동이 완료될 때마다, 폴리곤 스캐너(22a1)에 의한 주사를 정지시키고, 다음의 조사 영역(R)을 향하는 X축 이동 기구(32)에 의한 X 방향으로의 이동과, Y축 이동 기구(31)에 의한 Y 방향으로의 역방향 이동이 행해진다. 이들의 작동이 종료되고 나서, 폴리곤 스캐너(22a1)에 의한 주사를 다시 개시하고 있다.
도 5(a), (b)에 나타나는 경우에는, 갈바노 스캐너(22a2)의 작동에 의한 레이저광(L)의 X 방향으로의 주사(소인)와 연동하여, Y축 이동 기구(31)의 작동으로 Y 방향으로 긴 띠상의 각 조사 영역(R)을, 각 조사 영역(R)의 Y 방향 치수만큼 순차 이동시키고 있다. 하나의 조사 영역(R)에 대한 주사가 완료된 후는, X축 이동 기구(32)의 작동으로 X 방향으로 짧은 띠상의 각 조사 영역(R)을, 각 조사 영역(R)의 X 방향 치수만큼 순차 이동시키고, 그 이후는 상술한 작동을 반복하고 있다.
도시예에서는, Y축 이동 기구(31)의 쌍방향 이동 시에 갈바노 스캐너(22a2)의 주사를 행하고 있다. 즉, 도시예에서는, 하나의 조사 영역(R)에 대한 Y축 이동 기구(31)의 작동이 완료될 때마다, 갈바노 스캐너(22a2)에 의한 주사를 정지시키지 않고, 다음의 조사 영역(R)을 향하는 X축 이동 기구(32)에 의한 X 방향으로의 이동과, Y축 이동 기구(31)에 의한 Y 방향으로의 역방향 이동이 행해진다. 이로써, 도 5(a), (b)에 나타난 것은, 도 1(a), (b)나 도 10(a), (b)에 나타난 것에 비하여, 주사의 고속화가 도모된다.
또, 그 외의 예로서 도시하지 않지만, Y축 이동 기구(31)의 한 방향 이동 시에만 갈바노 스캐너(22a2)의 주사를 행하는 것이나, Y축 이동 기구(31)의 쌍방향 이동 시에 폴리곤 스캐너(22a1)의 주사를 행하는 등의 변경이 가능하다.
또 광축 측 이동 타입의 경우는, 도 6이나 도 7에 나타나는 바와 같이, 광학계(20)의 일부에 구동부(30)를 마련하며, 지지 부재(10)가 움직이게 하지 않고 레이저 조사부(22)로부터의 레이저 조사 위치(P)를 XY 방향이나 Z 방향으로 이동시키도록 구성된다.
이 경우의 구동부(30)로서는, 폴리곤 스캐너(22a1)나 갈바노 스캐너(22a2) 등으로 이루어지는 XY축 이동 기구(34)를 갖고 있다.
또한 필요에 따라 Z 방향으로 상대 이동시키는 경우에는, 도시하지 않지만 지지 부재(10)에 Z축 이동 기구(33)를 마련하거나, 혹은 레이저 조사부(22)(레이저 스캐너(22a))를 구동부(30)에 의하여 Z 방향으로 움직이게 한다.
측장부(40)는, 레이저 조사부(22)부터 지지 부재(10)로 지지된 적층체(S)의 지지체(2)나 분리층(3)의 조사면까지의 조사 거리를 측정하는 비접촉식의 변위계나 변위 센서 등으로 이루어지고, 지지 부재(10)로 지지된 적층체(S)와 Z 방향으로 대향하도록 배치된다.
측장부(40)의 구체예로서 도 1(a), (b) 및 도 9(a), (b)나 도 5(a), (b)나 도 10(a), (b) 및 도 11(a), (b) 등에 나타나는 경우에는, 레이저 조사부(22)(레이저 스캐너(22a))에 측장부(40)가 되는 레이저 변위계를 마련하고, 레이저 조사부(22)(레이저 스캐너(22a))부터 분리층(3)의 조사면까지 Z 방향으로의 길이를 측정하여, 이 측정값을 후술하는 제어부(50)로 출력하고 있다.
또, 그 외의 예로서 도시하지 않지만, 측장부(40)로서 레이저 변위계 이외의 변위계나 변위 센서를 이용하는 것도 가능하다.
제어부(50)는, 지지 부재(10)의 지지 척(11)의 구동원과, 광학계(20), 레이저 광원(21) 및 레이저 조사부(22)와, 구동부(30)가 되는 광축 이동 기구와, 측장부(40)에 각각 전기적으로 접속하는 컨트롤러이다.
또한 제어부(50)는, 그 이외에도 분리 전의 적층체(S)를 지지 부재(10)를 향하여 반송하기 위한 반입 기구(도시하지 않음), 레이저 조사 후의 적층체(S)로부터 지지체(2)만을 지지하여 떼어내는 박리 기구(도시하지 않음), 박리 후의 적층체(S)(워크(1))를 지지 부재(10)로부터 반송하기 위한 반출 기구(도시하지 않음) 등에도 전기적으로 접속하는 컨트롤러이기도 하다.
제어부(50)가 되는 컨트롤러는, 그 제어 회로(도시하지 않음)에 미리 설정된 프로그램에 따라, 미리 설정된 타이밍에 순차 각각 작동 제어하고 있다. 즉 제어부(50)는, 레이저 광원(21)으로부터 레이저 조사 위치(P)에 조사되는 레이저광(L)의 ON/OFF 제어를 비롯한 워크 분리 장치(A)의 전체적인 작동 제어를 행할 뿐만 아니라, 이에 더하여 레이저광(L)의 각종 파라미터의 설정 등의 각종 설정도 행하고 있다.
제어부(50)에 의하여 광학계(20)의 레이저 조사부(22)(레이저 스캐너(22a))나 구동부(30)는, 지지 부재(10)로 지지된 적층체(S)의 지지체(2) 및 분리층(3)을 분할한 복수의 조사 영역(R)에 대하여, 레이저 스캐너(22a)로부터의 레이저광(L)의 조사를 각 조사 영역(R)마다 행하고, 또한 레이저광(L)의 조사 각도가 지지체(2)나 분리층(3)의 표면과 대략 수직 또는 소정 각도가 되도록 제어하고 있다.
이에 더하여 제어부(50)가 되는 컨트롤러는, 터치 패널 등의 입력 수단(51)이나 표시부(도시하지 않음) 등을 갖고, 입력 수단(51)의 조작에 의하여 레이저 스캐너(22a)의 주사 거리나, 복수의 조사 영역(R)의 사이즈나, 복수의 조사 영역(R)에 대한 레이저 스캐너(22a)로부터의 레이저광(L)의 조사 순서 등이 설정 가능하게 구성되어 있다.
제어부(50)에 설정되는 레이저 조사부(22)로부터 복수의 조사 영역(R)으로의 레이저광(L)의 조사 순서는, 도 2(a), (b)에 나타나는 바와 같이, X 방향 및 Y 방향으로 배열한 복수의 조사 영역(R)에 대하여, 구동부(30)에 의한 XY 방향으로의 상대적인 이동과 연계하여, "연속적인 조사" 또는 "불연속적인 조사"를 행하고, 최종적으로는 복수의 조사 영역(R)의 전부를 조사한다. 또한, 도면에 있어서 조사의 유무가 농담(濃淡)으로 나타나며, 조사 전의 조사 영역(R)을 희미하게 표시하고, 조사 후의 조사 영역(R)을 진하게 표시하고 있다.
"연속적인 조사"로서 도 2(c)에 나타나는 경우에는, 적층체(S)의 일측에 배치된 띠상의 조사 영역(R)으로부터 X 방향으로 나열된 복수열분, 앞(직전)에 조사한 조사 영역(R)과 다음에 조사되는 조사 영역(R)이 연속하는 순번으로 조사하고, 일렬분의 조사가 종료될 때마다 다른 열도 동일하게 연속 조사하고 있다.
"불연속적인 조사"로서 도 2(d)에 나타나는 경우에는, X 방향으로 나열된 일렬분을 앞(직전)에 조사한 조사 영역(R)과 다음에 조사되는 조사 영역(R)이 이격(離隔)하는 순번으로 조사하고, 일렬분의 조사가 종료된 후에 다른 열도 동일하게 연속 조사하는 것 이외에는 "연속적인 조사"와 동일하도록 조사하고 있다. 도시예에서는, X 방향으로 1개 넘어갈 때마다 조사하고, 조사가 완료된 조사 영역(R)끼리가 X 방향으로 인접하지 않도록 제어하고 있다.
또, 그 외의 예로서 도시하지 않지만, 복수의 조사 영역(R)에 있어서 Y 방향으로 나열된 일렬분에 "연속적인 조사" 또는 "불연속적인 조사"를 행하는 것이나, "불연속적인 조사"에 있어서 복수(2개) 넘어갈 때마다 조사하는 등의 도시예 이외에 조사 순서를 변경하는 것이 가능하다.
그리고, 제어부(50)의 제어 회로에 설정된 프로그램을, 워크 분리 장치(A)에 의한 워크 분리 방법으로서 설명한다.
본 발명의 실시형태에 관한 워크 분리 장치(A)를 이용한 워크 분리 방법은, 지지 부재(10)에 적층체(S)의 워크(1) 또는 지지체(2) 중 어느 일방을 착탈 가능하게 지지하는 지지 공정과, 지지 부재(10)로 지지된 적층체(S)의 지지체(2) 또는 워크(1) 중 타방을 투과하여 분리층(3)을 향하여 레이저 조사부(22)로부터 레이저광(L)을 조사하는 레이저 조사 공정을 주요한 공정으로서 포함하고 있다.
또한, 레이저 조사 공정의 후공정으로서, 지지 부재(10)로 지지된 적층체(S)의 지지체(2) 및 분리층(3)에 대한 레이저 조사부(22)로부터의 레이저 조사 위치(P)를 상대적으로 이동시키는 상대 이동 공정과, 적층체(S)의 워크(1)로부터 지지체(2)를 박리하는 분리 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
또, 분리 공정의 후공정으로서, 분리층(3)으로부터 분리한 워크(1)에 잔류하고 있는 분리층(3)의 잔사를 세정액으로 제거하는 세정 공정과, 세정 공정 후의 워크(1)를 다이싱 등으로 절단하는 분리 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
지지 공정에서는, 반송 로봇 등으로 이루어지는 반입 기구(도시하지 않음)의 작동에 의하여, 분리 전의 적층체(S)를 지지 부재(10)를 향하게 하여 반입하고, 지지 부재(10)의 지지면에 있어서 소정 위치에 분리 전의 적층체(S)가 지지 척(11)으로 이동 불가능하게 지지된다.
레이저 조사 공정에서는, 광학계(20) 및 레이저 조사부(22)의 작동에 의하여, 지지 부재(10)로 지지된 적층체(S)를 향하여 레이저광(L)이, 지지체(2) 또는 워크(1)를 투과하여 분리층(3)에 조사된다.
상대 이동 공정에서는, 구동부(30)나 레이저 조사부(22)(레이저 스캐너(22a))의 작동에 의하여, 지지 부재(10)로 지지한 적층체(S)와 레이저 스캐너(22a)가 XY 방향이나 Z 방향으로 상대적으로 이동된다.
도 1~도 5 및 도 9~도 11에 나타나는 경우에는, 구동부(30)(Y축 이동 기구(31) 및 X축 이동 기구(32), Z축 이동 기구(33))의 작동에 의하여, 레이저 스캐너(22a)에 대하여, 지지 부재(10)로 지지된 적층체(S)의 지지체(2) 및 분리층(3)을 XY 방향으로 상대적으로 이동시키고 있다. 또 도 6이나 도 7에 나타나는 경우에는, 광학계(20)의 일부에 마련된 구동부(30)(XY축 이동 기구(34))의 작동에 의하여, 지지 부재(10)로 지지된 적층체(S)의 지지체(2) 및 분리층(3)에 대하여, 레이저 스캐너(22a)를 XY 방향으로 상대적으로 이동시키고 있다. 이로써, 지지체(2) 및 분리층(3)의 조사면 전체보다 작게 분할된 복수의 조사 영역(R)에 대하여, 레이저 스캐너(22a)로부터 스폿상의 레이저광(L)을 각 조사 영역(R)마다 정렬 조사하고 있다. 이와 동시에, 레이저 스캐너(22a)로부터 각 조사 영역(R)마다 정렬 조사되는 스폿상의 레이저광(L)의 조사 각도는, 대략 수직 또는 소정 각도가 되도록 지지되어 있다. 최종적으로는 복수의 조사 영역(R)의 전부에 레이저광(L)이 조사된다.
이로써, 레이저광(L)이 단위 조사 영역(R)마다 모두 균일하게 조사된다. 이 때문에, 최종적으로는 분리층(3)의 전체면에 걸쳐 레이저광(L)이 조사 불균일을 발생하지 않고 조사되어, 분리층(3)의 전체면이 워크(1)와 지지체(2)를 박리 가능하게 변질된다.
분리 공정에서는, 레이저 조사 후의 적층체(S)에 대하여 지지체(2)를 지지하여 떼어내는 박리 기구(도시하지 않음)의 작동에 의하여, 지지 부재(10)로 지지된 적층체(S)의 워크(1)로부터 지지체(2)를 박리하여 분리된다.
분리 공정 후는, 반송 로봇 등으로 이루어지는 반입 기구(도시하지 않음)의 작동에 의하여, 분리 후의 워크(1)가 지지 부재(10)의 지지면으로부터 분리되어 반출된다.
그 이후는 상술한 공정이 반복된다.
또 도 9(a), (b)나 도 11(a), (b)에 나타나는 바와 같이, 휨이 있는 적층체(S)의 경우에는, 레이저 스캐너(22a)로부터 스폿상의 레이저광(L)을 복수의 조사 영역(R)마다 정렬 조사할 때에, 레이저 스캐너(22a)부터 복수의 조사 영역(R)까지의 조사 거리가 대략 일정해지도록, 측장부(40)에 의한 측정값에 근거하여 Z축 이동 기구(33)를 작동 제어한다.
구체적으로 제어예로서는, 레이저 스캐너(22a)로부터 레이저 조사 전의 시점에서, 레이저 스캐너(22a)와 Z 방향으로 대향하는 각 조사 영역(R)의 대표점을 측장부(40)에 의하여 측정하여 측정값을 검출하고, 이 측정값에 근거하여 각 조사 영역(R)의 레이저 조사를 행하는 타이밍과 맞도록 Z축 이동 기구(33)가 작동 제어된다. 즉, Z축 이동 기구(33)의 작동 제어에 의하여, 지지 부재(10)를 Z 방향으로 이동시켜, 레이저 스캐너(22a)부터 복수의 조사 영역(R)까지의 조사 거리가 조정된다.
또, 그 외의 예로서, 측장부(40)에서 측정한 측정값을 피드백하면서, Z축 이동 기구(33)를 작동 제어함으로써, 지지 부재(10)를 Z 방향으로 이동시키는 것도 가능하다.
이로써, 지지 부재(10)로 지지한 휨이 있는 적층체(S)의 분리층(3)과 레이저 스캐너(22a)의 조사 거리가 대략 일정해지도록 조정 가능해진다.
또한 휨이 있는 적층체(S)의 경우에는, 도 12(a), (b)에 나타나는 바와 같이, 레이저 스캐너(22a)부터 적층체(S)까지의 레이저 조사 거리(F)가, 적층체(S)의 휨 형상에 의하여 변화하기 때문에, 복수의 조사 영역(R)의 경계선(Ra)에 있어서 레이저광(L)이 조사되지 않는 "미조사 부위(Lu)"나, 레이저광(L)이 겹쳐져 조사되는 "중복 조사 부위(Lo)"를 발생하는 경우가 있다.
상세하게 설명하면, 레이저 조사부(22)의 렌즈(22b)가 비텔레센트릭계 렌즈(22b2)인 경우에는, 적층체(S)의 분리층(3)에 대한 레이저광(L)의 주광선(L2)의 입사각이 비스듬해진다. 도 12(a), (b)에 나타나는 예에서는, 휨이 없는 적층체(S)(2점 쇄선)와, Z 방향으로 대략 S자상으로 휨 변형한 적층체(S)(실선)를 향하여, 비텔레센트릭계 렌즈(22b2)로부터 레이저광(L)을 복수의 조사 영역(R)마다 정렬 조사하고 있다.
휨이 없는 적층체(S)(2점 쇄선)는, 각 조사 영역(R)의 경계선(Ra)에 있어서의 분리층(3)부터 비텔레센트릭계 렌즈(22b2)까지의 레이저 조사 거리가 변화하지 않기 때문에, 미조사 부위(Lu)나 중복 조사 부위(Lo)가 발생하지 않는다.
이에 대하여 휨 변형한 적층체(S)(실선)는, 각 조사 영역(R)의 경계선(Ra)에 있어서 분리층(3)이 비텔레센트릭계 렌즈(22b2)를 향하여 오목한 개소에서는, 비텔레센트릭계 렌즈(22b2)까지의 레이저 조사 거리가 길어지기 때문에, 인접하는 조사 영역(R)으로부터의 레이저광(L)의 겹쳐짐으로 중복 조사 부위(Lo)가 발생한다. 단, 분리층(3)의 중복 조사 부위(Lo)는, 레이저광(L)으로서 발진 파장이 자외선 영역(UV) 등의 짧은 것을 이용함으로써, 분리층(3)의 표면으로밖에 흡수되지 않고, 그 영향도 적은 것을 실험에 의하여 알 수 있었다.
이것과 반대로 각 조사 영역(R)의 경계선(Ra)에 있어서 분리층(3)이 비텔레센트릭계 렌즈(22b2)를 향하여 돌출된 개소에서는, 비텔레센트릭계 렌즈(22b2)까지의 레이저 조사 거리가 짧아지기 때문에, 미조사 부위(Lu)가 발생한다. 특히 휨이 있는 적층체(S)는, 복수의 조사 영역(R)의 경계선(Ra)을 사이에 두고 조사되는 레이저광(L)의 간격(Rb)을, 레이저광(L)의 빔 직경(d)보다 작게 설정한 경우에, 미조사 부위(Lu)가 발생하기 쉽다.
분리층(3)의 미조사 부위(Lu)에서는, 박리에 충분한 변성(변질) 반응이 일어나지 않기 때문에, 부분적인 박리 불량을 발생시켜 버린다.
이와 같은 적층체(S)의 휨에 의한 부분적인 박리 불량을 방지하기 위해서는, 복수의 조사 영역(R)의 경계선(Ra)을 사이에 두고 정렬 조사되는 스폿상의 레이저광(L)의 간격(Rb)은, 레이저광(L)의 빔 직경(d)보다 작게 설정할 필요가 있다.
이에 더하여, 복수의 조사 영역(R)의 경계선(Ra)을 사이에 두고 인접하는 조사 영역(R)끼리가 겹쳐지는 부위의 폭 치수(W)는, 복수의 조사 영역(R)의 단변 측 길이를 Rs로 하며, 상정되는 적층체(S)의 휨량을 D로 하고, 레이저 스캐너(22a)부터 분리층(3)까지의 레이저 조사 거리를 F로 했을 때, Rs*D/(2*F) 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.
그 이유는, 도 12(b)의 모식도로부터, 다음의 식을 도출할 수 있다.
F: D/2=Rs:W
이 식으로부터 다음의 식을 도출할 수 있다.
F*W=Rs*D/2
이 식으로부터 다음의 식을 도출할 수 있다.
W=Rs*D/(2*F)
즉, 휨이 있는 적층체(S)의 경우에는, 복수의 조사 영역(R)의 경계선(Ra)을 사이에 두고 인접하는 조사 영역(R)끼리가 겹쳐지는 부위의 폭 치수(W)를, Rs*D/(2*F) 이상으로 설정함으로써, 분리층(3)의 휨 변형에 의하여 오목한 개소가 발생해도, 경계선(Ra)을 사이에 두고 인접하는 조사 영역(R)끼리가 겹쳐지기 때문에, 미조사 부위(Lu)가 발생하지 않는다.
이와 같은 본 발명의 실시형태에 관한 워크 분리 장치(A) 및 워크 분리 방법에 의하면, 레이저 조사부(22)의 레이저 스캐너(22a)로부터 레이저광(L)이, 지지 부재(10)로 지지한 적층체(S)의 지지체(2) 또는 워크(1)를 투과하여 분리층(3)에 조사된다. 레이저 스캐너(22a)의 작동에 의하여, 분리층(3)의 조사면 전체를 띠상으로 분할한 복수의 조사 영역(R)에 대하여, 레이저 스캐너(22a)로부터 스폿상의 레이저광(L)이 각 조사 영역(R)마다(단위 조사 영역마다) 각각 정렬 조사된다.
이로써, 레이저광(L)이 단위 조사 영역(R)마다 모두 조사된다. 최종적으로는 복수의 조사 영역(R)의 전부에 레이저광(L)이 조사 불균일을 발생하지 않고 조사되어, 분리층(3)의 전체면이 워크(1)와 지지체(2)를 박리 가능하게 변질된다.
따라서, 적층체(S)의 전체에 스폿상의 레이저광(L)을 균일하게 조사하여 워크(1)로부터 지지체(2)를 효율적으로 박리할 수 있다.
그 결과, 적층체의 분리층에 대하여 레이저광의 조사 불균일이 부분적으로 발생하기 쉬운 종래의 것에 비하여, 워크(1)가 얇고 대형(대면적)이 되어도 지지체(2) 또는 워크(1)를 투과하여 분리층(3)의 대면적인 전체에 레이저광(L)을 균일하게 조사할 수 있어, 부분적인 박리 불량이 발생하지 않음과 함께, 레이저광(L)의 출력이 과도하게 강해지지 않아, 워크(1)의 회로 기판에 형성되어 있는 디바이스에 대미지를 일으키는 경우나, 부분적인 과조사에 의하여 그을음의 발생을 일으키는 경우도 없다.
또 스캐너의 요동에 의하여 펄스 레이저 광선이 스파이럴상으로 조사되는 종래의 것에 비하여, 적층체(S)에 미조사 부위가 발생하지 않아 효율적으로 박리할 수 있다.
이 때문에, 워크(1)로부터의 지지체(2)의 고정밀한 분리를 실현할 수 있어, 고성능이며 또한 클린한 제품의 제조가 도모된다.
특히, 지지 부재(10)로 지지된 적층체(S)의 지지체(2) 및 분리층(3)에 대한 레이저 조사부(22)로부터의 레이저 조사 위치(P)를, 적어도 두 방향(XY 방향)으로 상대적으로 이동시키는 구동부(30)를 구비하고, 제어부(50)는, 복수의 조사 영역(R) 중 하나의 조사 영역(R)에 대한 레이저 조사부(22)로부터의 레이저광(L)의 조사를, 레이저 스캐너(22a) 및 구동부(30)의 작동에 의하여, 두 방향(XY 방향)으로 나열하도록 제어하는 것이 바람직하다.
이 경우에는, 레이저 스캐너(22a) 및 구동부(30)에 의한 두 방향(XY 방향)의 이동에 따라, 분리층(3)의 조사면 전체를 띠상으로 분할한 복수의 조사 영역(R)에 대하여, 레이저 스캐너(22a)로부터 스폿상의 레이저광(L)이 각 조사 영역(R)마다(단위 조사 영역마다) 각각 정렬 조사된다.
이로써, 레이저광(L)이 단위 조사 영역(R)마다 모두 조사된다. 최종적으로는 복수의 조사 영역(R)의 전부에 레이저광(L)이 조사 불균일을 발생하지 않고 조사되어, 분리층(3)의 전체면이 워크(1)와 지지체(2)를 박리 가능하게 변질된다.
따라서, 분리층(3)의 전체에 대한 스폿상의 레이저광(L)의 조사를 고속화하여 워크(1)로부터 지지체(2)를 보다 효율적으로 박리할 수 있다.
그 결과, 워크(1)로부터의 지지체(2)의 고정밀한 분리를 단시간에 실현할 수 있어, 제조 비용의 저감화가 도모된다.
또, 레이저 조사부(22)는, 레이저 스캐너(22a)로부터의 레이저광(L)을 분리층(3)을 향하여 유도하는 렌즈(22b)를 갖고, 렌즈(22b)는, 렌즈(22b)의 광축(L1)에 대하여 주광선(L2)이 평행하게 배치되는 텔레센트릭계 렌즈(22b1)이거나, 또는 광축(L1)에 대하여 주광선(L2)이 소정 각도로 배치되는 비텔레센트릭계 렌즈(22b2)인 것이 바람직하다.
도 1(a)나 도 9(a), (b) 등에 나타나는 텔레센트릭계 렌즈(22b1)의 경우에는, 적층체(S)에 대한 조사 각도가 대략 수직이 되기 때문에, 레이저광(L)의 빔 형상(단면 형상)이 타원형이 되지 않고, 분리층(3)의 전체면에 걸쳐 레이저광(L)으로서 원형의 빔 형상을 나열하는 것이 가능해진다.
따라서, 레이저광(L)에 의한 분리층(3)의 보다 균일한 박리를 행할 수 있다.
그 결과, 워크(1)가 대형(대면적)이어도, 보다 품질이 높은 레이저 박리를 행할 수 있다.
또한, 분리층(3)이, 레이저광(L)의 입사 각도에 의하여 레이저광(L)의 흡수율이 크게 상이한 각도 의존성이 있는 구성 재료인 경우에는 유효하다.
또 도 10(a)나 도 11(a), (b)에 나타나는 비텔레센트릭계 렌즈(22b2)의 경우에는, 레이저 스캐너(22a)부터 분리층(3)까지의 조사 거리가 다소 변화해도 대략 원형의 빔 형상이 얻어지고, 휨때문에 분리층(3)의 위치가 레이저광(L)의 조사 방향으로 변화해도 레이저광(L)의 빔 형상(단면 형상)이 변화하기 어렵다. 특히 복수의 조사 영역(R)의 사이즈가 비교적 작을 때에는, 레이저광(L)의 빔 형상이 타원이 되지 않아, 안정된 박리가 가능해진다.
따라서, 휨이 있는 분리층(3)이어도 레이저광(L)을 균일하게 조사하여 워크(1)로부터 지지체(2)를 확실하게 박리할 수 있다.
이 때문에, 휨이 있는 워크(1)로부터의 지지체(2)의 고정밀한 분리를 실현할 수 있어, 고성능이며 또한 클린한 제품의 제조가 도모된다.
또한, 도 1(a), (b)나 도 10(a), (b) 등에 나타나는 바와 같이 구동부(30)가, 레이저 조사부(22)에 대하여 지지 부재(10)를 레이저 조사부(22)로부터의 레이저 조사 방향(Z 방향)과 교차하는 두 방향(XY 방향)으로 상대적으로 움직이게 하는 Y축 이동 기구(31) 및 X축 이동 기구(32)를 갖는 것이 바람직하다.
이 경우에는, Y축 이동 기구(31) 및 X축 이동 기구(32)의 작동에 의하여, 지지 부재(10)로 지지한 적층체(S)가, 레이저 조사 방향(Z 방향)과 교차하는 두 방향(XY 방향)으로 움직여, 레이저 조사부(22)를 포함하는 광학계(20)가 움직이지 않아도, 분리층(3)의 전체면에 걸쳐 레이저광(L)이 조사 가능해진다.
따라서, 간단한 구조로 적층체(S)의 분리층(3)에 균일한 레이저광(L)의 조사를 행하여 워크(1)로부터 지지체(2)를 용이하게 박리할 수 있다.
그 결과, 장치 전체의 구조를 간소화할 수 있어 제조 비용의 저감화가 도모된다.
또, 도 8에 나타나는 바와 같이, 복수의 조사 영역(R)의 경계선(Ra)을 사이에 두고 조사되는 레이저광(L)의 간격(Rb)은, 레이저광(L)의 빔 직경(d)보다 작게 설정하는 것이 바람직하다.
이 경우에는, 경계선(Ra)의 반대 측의 레이저광(L)이 각각의 단부끼리를 서로 접하도록 조사된다. 이 때문에, 레이저광(L)의 부분적인 조사 부족이 발생하지 않는다.
따라서, 복수의 조사 영역(R)의 경계선(Ra)에서도 부분적인 박리 불량의 발생을 방지할 수 있다.
그 결과, 복수의 조사 영역(R)의 전체에 걸쳐 균일하게 박리할 수 있어, 고성능인 제품의 제조가 도모된다.
또, 도 2(d)에 나타나는 바와 같이 제어부(50)가, 레이저 조사부(22)로부터 복수의 조사 영역(R)으로의 레이저광(L)의 조사 순서로서, 앞서 조사한 조사 영역(R)과 다음의 조사 영역(R)이 이격하는 순번으로 조사되도록 제어하는 것이 바람직하다.
이 경우에는, 앞서 조사한 조사 영역(R)과 다음의 조사 영역(R)을 이격하는 순번으로 조사함으로써, 인접하는 조사 영역(R)에 있어서 개별적으로 응력이 해방되지만, 각각의 응력은 미소하기 때문에 영향이 작다.
따라서, 조사 도중에 있어서 휨에 의한 내부의 응력이 국부적으로 해방되지 않고 전체면 박리할 수 있다.
그 결과, 아직 조사되지 않은 조사 영역(R)과의 계면에서 크랙이 발생하는 것이나, 워크(1)의 회로 기판에 형성되어 있는 디바이스에 대미지를 주는 것을 방지할 수 있고, 적층체(S)의 균열도 완전하게 방지할 수 있어, 수율의 향상이 도모된다.
특히 분리층(3)의 적층면 전체가 복수의 조사 영역(R)으로서 분리층(3)의 양단에 걸쳐 연속하는 직사각형으로 분할된 경우에는, 정사각형에 비하여 택타임을 단축화할 수 있음과 함께, 레이저광(L)의 조사 부위와 미조사 부위의 사이에 발생하는 응력을 용이하게 개방할 수 있다. 이 때문에, 레이저광(L)의 조사 조건이나, 워크(1)와 분리층(3)의 접착 부위 등에 사용되는 재료의 조건에 의하여 발생하는 박리 방향으로 작용하는 응력에 의한 워크(1)의 균열, 및 레이저광(L)에 의하여 반응하는 워크(1)와 분리층(3)의 접착 부위에, 레이저광(L)의 조사 조건이나 접착 재료의 조건에 의하여 만약 그을음이 발생한 경우에서도, 그을음이 이미 박리한 개소에 흐름으로써 발생하는 워크(1)의 균열을 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 직사각형으로 분할된 복수의 조사 영역(R)을 폭이 좁은 띠상으로 함으로써, 보다 응력의 발생을 미소한 것으로 억제하여, 워크(1)의 균열 발생을 보다 방지할 수 있다.
또 추가로, 도 9(a), (b)나 도 11(a), (b)에 나타나는 바와 같이 제어부(50)가, 레이저 조사부(22)로부터 레이저광(L)을 복수의 조사 영역(R)마다 조사할 때에, 레이저 조사부(22)부터 복수의 조사 영역(R)까지의 조사 거리가 대략 일정해지도록, 측장부(40)에 의한 측정값에 근거하여 Z축 이동 기구(33)를 작동 제어하는 것이 바람직하다.
이 경우에는, 지지 부재(10)로 지지한 휨이 있는 적층체(S)의 분리층(3)과 레이저 조사부(22)의 조사 거리가 대략 일정해지도록 조정 가능해진다.
따라서, 휨이 있는 적층체(S)여도 균일한 레이저광(L)의 조사를 행하여 워크(1)로부터 지지체(2)를 용이하게 박리할 수 있다.
그 결과, 휨이 있는 적층체(S)이더라도 지지체(2) 또는 워크(1)를 투과하여 분리층(3)의 전체면에 레이저광(L)이 균일하게 닿기 때문에, 부분적인 박리 불량이 발생하지 않음과 함께, 레이저광(L)의 출력이 과도하게 강해지지 않아, 워크(1)의 회로 기판에 형성되어 있는 디바이스에 대미지를 일으키는 경우나, 부분적인 과조사에 의하여 그을음의 발생을 일으키는 경우도 없다.
이 때문에, 휨이 있는 워크(1)로부터의 지지체(2)의 고정밀한 분리를 실현할 수 있어, 고성능이며 또한 클린한 제품의 제조가 도모된다.
한편, 레이저 조사부(22)로부터 레이저광(L)으로서 스폿상의 톱햇 빔이, 지지 부재(10)로 지지한 적층체(S)의 지지체(2) 또는 워크(1)를 투과하여 분리층(3)에 조사되는 경우에는, 분리층(3)의 조사면 전체를 분할한 복수의 조사 영역(R)에 대하여, 레이저 조사부(22)로부터 톱햇 빔이 각 조사 영역(R)마다(단위 조사 영역마다) 각각 정렬 조사된다.
이로써, 톱햇 빔이 단위 조사 영역(R)마다 모두 조사된다. 최종적으로는 복수의 조사 영역(R)의 전부에 톱햇 빔이 조사 불균일을 발생하지 않고 조사되어, 분리층(3)의 전체면이 워크(1)와 지지체(2)를 박리 가능하게 변질된다.
따라서, 적층체(S)의 전체에 스폿상의 톱햇 빔을 균일하게 조사하여 워크(1)로부터 지지체(2)를 효율적으로 박리할 수 있다.
그 결과, 일본 공개특허공보 2012-024783호의 "대략 사다리꼴 형상의 레이저광(L1, L2)의 에지부(LE)"에 비하여, 인접하는 톱햇 빔의 에지부에 있어서 분해 임곗값 이하의 겹쳐지는 영역(중첩 영역)이 좁아지기 때문에, 톱햇 빔의 출력이 너무 강해지지 않고, 워크(1)의 회로 기판의 디바이스에 대한 대미지나, 부분적인 과조사에 의한 그을음의 발생을 보다 감소시킬 수 있다.
이 때문에, 워크(1)로부터의 지지체(2)의 고정밀한 분리를 실현할 수 있어, 고성능이며 또한 클린한 제품의 제조가 도모된다.
또, 복수의 조사 영역(R)의 경계선(Ra)을 사이에 두고 인접하는 조사 영역(R)끼리가 겹쳐지는 부위의 폭 치수(W)를 Rs*D/(2*F) 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.
이 경우에는, 적층체(S)의 분리층(3)이 휨 변형해도, 경계선(Ra)을 사이에 두고 인접하는 조사 영역(R)끼리가 겹쳐지기 때문에, 미조사 부위(Lu)가 발생하지 않는다.
따라서, 휨이 있는 적층체(S)의 분리층(3)에 있어서의 부분적인 박리 불량을 방지할 수 있다.
그 결과, 휨이 있는 적층체(S)를 확실히 박리할 수 있고, 그 부분적인 파괴를 방지하여 수율의 향상이 도모된다.
또한, 변환용 광학 부품이, 분리층(3)에 대한 레이저 조사부(22)로부터의 레이저 조사 형상을 사각형으로 변경하는 회절 광학 소자인 것이 바람직하다.
이 경우에는, 분리층(3)에 대한 톱햇 빔의 레이저 조사 형상이 사각형이 된다.
따라서, 인접하는 톱햇 빔이 겹쳐지는 영역(중첩 영역)을 보다 작게 할 수 있다.
그 결과, 분리층(3)에 대한 레이저 조사부(22)로부터의 레이저 조사 형상이 원형의 것에 비하여, 조사 에너지가 적어져 과잉인 조사 에너지를 닿게 하지 않기 때문에, 워크(1)의 회로 기판의 디바이스에 대한 대미지나, 부분적인 과조사에 의한 그을음의 발생을 더 감소할 수 있어, 택트의 고속화도 도모된다.
또한, 상술한 실시형태에서는, 워크(1)와 지지체(2)가 접착성을 갖는 재료로 이루어지는 분리층(3)으로 첩합하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 접착성을 갖고 있지 않은 재료로 이루어지는 분리층(3)을 이용한 경우에는, 분리층(3)과 워크(1)의 사이에 접착제로 이루어지는 접착층(도시하지 않음)을 마련하여, 접착층에 의하여 분리층(3)과 워크(1)를 접착해도 된다.
또한 도시예에서는, 구동부(30)가 되는 광축 상대 이동 기구에 의하여 주로 적층체(S) 측을 이동시키는 워크 측 이동 타입을 나타냈지만, 이것에 한정되지 않고, 광학계(20)의 일부에만 마련한 구동부(30)에 의하여 레이저 조사부(22)가 움직이는 광축 측 이동 타입을 채용해도 된다.
그 구체예로서는, 광학계(20)의 일부로서 레이저 조사부(22)의 레이저 스캐너(22a)(폴리곤 스캐너(22a1)나 갈바노 스캐너(22a2)) 등을 Z 방향으로 움직이게 함으로써, 동일한 조사 영역(R) 내에서의 조사에 있어서는, 지지 부재(10)가 움직이지 않고 레이저 스캐너(22a)로부터의 레이저 조사 위치(P)를 Z 방향으로 이동시키는 것도 가능하다.
A 워크 분리 장치 S 적층체
1 워크 2 지지체
3 분리층 10 지지 부재
20 광학계 22 레이저 조사부
22a 레이저 스캐너 22b 렌즈
30 구동부 50 제어부
L 레이저광 L1 광축
P 레이저 조사 위치 R 조사 영역

Claims (7)

  1. 회로 기판을 포함하는 워크가 지지체와 분리층을 개재하여 적층되는 적층체에 대하여, 레이저광의 조사에 따른 상기 분리층의 변성에 의하여 상기 워크로부터 상기 지지체를 박리하는 워크 분리 장치로서,
    상기 워크 또는 상기 지지체 중 어느 일방을 착탈 가능하게 지지하는 지지 부재와,
    상기 지지 부재로 지지된 상기 적층체의 상기 지지체 또는 상기 워크 중 타방을 투과하여 상기 분리층을 향하여 상기 레이저광을 조사하는 레이저 조사부와,
    상기 레이저 조사부를 작동 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 레이저 조사부는, 스폿상의 상기 레이저광을 상기 적층체를 따라 움직이게 하는 레이저 스캐너를 가지며,
    상기 적층체를 향하여 상기 레이저 스캐너로부터 조사되는 상기 레이저광의 영역은, 상기 분리층의 조사면 전체가, 상기 레이저 조사부로부터의 광조사 방향과 교차하는 두 방향 중 어느 일방으로 장척의 띠상이 되는 복수의 조사 영역으로 분할됨과 함께, 이 분할된 각 조사 영역에 대한 상기 레이저 스캐너로부터의 조사가, 상기 광조사 방향과 교차하는 평면 상에서 상기 스폿상의 상기 레이저광의 일부가 겹쳐지도록 나열된 정렬 조사이고,
    상기 제어부는, 상기 띠상으로 분할된 복수의 조사 영역 중 하나의 조사 영역에 대하여, 상기 레이저 스캐너의 작동에 의하여 상기 정렬 조사가 행해지며, 상기 복수의 조사 영역 중 하나의 상기 조사 영역의 전체가 상기 정렬 조사로 간극없이 완전히 메워진 후에, 다음의 조사 영역에 대한 상기 정렬 조사가 행해지고, 그 이후는 상기 각 조사 영역마다 각각 상기 정렬 조사를 동일하게 반복하여, 최종적으로 상기 복수의 조사 영역의 전부가 정렬 조사되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 워크 분리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지 부재로 지지된 상기 적층체의 상기 지지체 및 상기 분리층에 대한 상기 레이저 조사부로부터의 레이저 조사 위치를, 적어도 상기 두 방향으로 상대적으로 이동시키는 구동부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 복수의 조사 영역 중 하나의 조사 영역에 대한 상기 레이저 조사부로부터의 상기 레이저광의 조사를, 상기 레이저 스캐너 및 상기 구동부의 작동에 의하여 상기 정렬 조사가 행해지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 워크 분리 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 레이저 조사부는, 상기 스폿상의 레이저광으로서 펄스 발진되는 가우시안 빔을 톱햇 빔으로 변경하는 변환용 광학 부품을 갖고,
    상기 복수의 조사 영역 중 하나의 조사 영역에 대한 상기 레이저 조사부로부터의 조사가, 상기 광조사 방향과 교차하는 평면 상에서 상기 톱햇 빔의 일부가 겹쳐지도록 나열된 정렬 조사인 것을 특징으로 하는 워크 분리 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 조사 영역의 경계선을 사이에 두고 인접하는 조사 영역끼리가 겹쳐지는 부위의 폭 치수를
    Rs*D/(2*F) 이상으로 설정하는 것을 특징으로 하는 워크 분리 장치.
    여기에서, Rs는, 상기 복수의 조사 영역의 단변 측 길이, D는, 상정되는 상기 적층체의 휨량, F는, 상기 레이저 조사부부터 상기 분리층까지의 레이저 조사 거리이다.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수의 조사 영역의 경계선을 사이에 두고 인접하는 조사 영역끼리가 겹쳐지는 부위의 폭 치수를
    Rs*D/(2*F) 이상으로 설정하는 것을 특징으로 하는 워크 분리 장치.
    여기에서, Rs는, 상기 복수의 조사 영역의 단변 측 길이, D는, 상정되는 상기 적층체의 휨량, F는, 상기 레이저 조사부부터 상기 분리층까지의 레이저 조사 거리이다.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 변환용 광학 부품이, 상기 분리층에 대한 상기 레이저 조사부로부터의 레이저 조사 형상을 사각형으로 변경하는 회절 광학 소자인 것을 특징으로 하는 워크 분리 장치.
  7. 회로 기판을 포함하는 워크가 지지체와 분리층을 개재하여 적층되는 적층체에 대하여, 레이저광의 조사에 따른 상기 분리층의 변성에 의하여 상기 워크로부터 상기 지지체를 박리하는 워크 분리 방법으로서,
    상기 워크 또는 상기 지지체 중 어느 일방을 지지 부재에 착탈 가능하게 지지하는 지지 공정과,
    상기 지지 부재로 지지된 상기 적층체의 상기 지지체 또는 상기 워크 중 타방을 투과하여 상기 분리층을 향하여 레이저 조사부로부터 상기 레이저광을 조사하는 레이저 조사 공정과,
    상기 지지 부재로 지지된 상기 적층체의 상기 지지체 및 상기 분리층에 대한 상기 레이저 조사부로부터의 레이저 조사 위치를, 적어도 상기 레이저 조사부로부터의 레이저 조사 방향과 교차하는 방향으로 상대적으로 이동시키는 상대 이동 공정을 포함하고,
    상기 레이저 조사부는, 스폿상의 상기 레이저광을 상기 적층체를 따라 움직이게 하는 레이저 스캐너를 가지며,
    상기 레이저 조사 공정에서는, 상기 적층체를 향하여 상기 레이저 스캐너로부터 조사되는 상기 레이저광의 영역은, 상기 분리층의 조사면 전체가, 상기 레이저 조사부로부터의 광조사 방향과 교차하는 두 방향 중 어느 일방으로 장척의 띠상이 되는 복수의 조사 영역으로 분할됨과 함께, 이 분할된 각 조사 영역에 대한 상기 레이저 스캐너로부터의 조사가, 상기 광조사 방향과 교차하는 평면상에서 상기 스폿상의 상기 레이저광의 일부가 겹쳐지도록 나열된 정렬 조사이고,
    상기 상대 이동 공정에서는, 상기 띠상으로 분할된 복수의 조사 영역 중 하나의 조사 영역에 대하여, 상기 레이저 스캐너의 작동에 의하여 상기 정렬 조사가 행해지며, 상기 복수의 조사 영역 중 하나의 상기 조사 영역의 전체가 상기 정렬 조사로 간극없이 완전히 메워진 후에, 다음의 조사 영역에 대한 상기 정렬 조사가 행해지고, 그 이후는 상기 각 조사 영역마다 각각 상기 정렬 조사를 동일하게 반복하여, 최종적으로 상기 복수의 조사 영역의 전부가 정렬 조사되는 것을 특징으로 하는 워크 분리 방법.
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