WO2019244742A1 - ワーク分離装置及びワーク分離方法 - Google Patents

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WO2019244742A1
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laser
irradiation
separation layer
work
support
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義和 大谷
恭平 富岡
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信越エンジニアリング株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a workpiece to be a product such as a wafer level packaging (WLP), panel level packaging (PLP), or a semiconductor wafer having a very small thickness (ultra thin).
  • WLP wafer level packaging
  • PLP panel level packaging
  • semiconductor wafer having a very small thickness (ultra thin).
  • the present invention relates to a work separation device used for separating a temporarily held work from a support, and a work separation method using the work separation device.
  • a substrate and a support that transmits light are laminated from a laminate obtained by laminating through a separation layer that is transformed by absorbing light.
  • There is a support separation method for separating and a support separation apparatus for executing the support separation method for example, see Patent Document 1).
  • the support separation method includes a light irradiation step of irradiating the separation layer with light through the support while holding the laminate by suction, a separation step of separating the support from the laminate after the light irradiation step, And carrying out the separated substrate from the support separating apparatus.
  • the support separating device includes a holding table for holding the laminate, and a laser irradiation unit as a light irradiation unit, and the holding table includes a holding surface including an adsorption unit for adsorbing the stack. And a pressing portion for pressing the stacked body toward the holding table.
  • a laser beam corresponding to a wavelength that can be absorbed by the separation layer is used. Adjusted accordingly.
  • the substrate processing method for processing the substrate separated from the laminate by the support separation method the residue of the separation layer containing the adhesive remaining on the substrate is removed with a cleaning liquid while suction-holding the substrate separated from the laminate. And a dicing step of dicing while holding the isolated substrate after the cleaning step by suction.
  • Patent Document 1 does not describe a detailed control method for irradiating the laminated body with laser light. For this reason, if scanning is performed in a state where the energy of the pulsed laser beam emitted from the laser irradiation section toward the separation layer is more than the amount necessary to separate the separation layer, over-irradiation is performed on a part of the separation layer. Then, the irradiation heat may cause a partial rise in temperature and generate heat. As a result, there is a problem that a portion of the separation layer where the laser energy is too high is scorched, soot is generated, and a device formed on a circuit board of a chip mounted on the substrate is damaged.
  • a work separation device includes a work including a circuit board and a support that transmits laser light, which are separated by a separation layer that is releasably transformed by absorption of the laser light.
  • the holding member for detachably holding the work, and the support of the stacked body held by the holding member are directed toward the separation layer through the support, and pulse oscillation is performed as the laser light.
  • a work separation method is directed to a separation layer in which a work including a circuit board and a support that transmits laser light are releasably transformed by absorption of the laser light. And a holding step of detachably holding the work on a holding member, and irradiating the separation layer with the laser through the support of the stack held by the holding member.
  • a laser irradiation step of irradiating the laser light from a portion wherein the laser irradiation step irradiates a Gaussian beam pulse-oscillated as the laser light from the laser irradiation section, and the center of the adjacent Gaussian beam The interval between them is set to be less than three times the standard deviation when the relationship between the beam diameter and the irradiation intensity in the beam profile of the Gaussian beam is regarded as a normal distribution. And it features.
  • (A) is a beam profile when a Gaussian beam is pulsed as laser light
  • (b) is a beam profile when the Gaussian beam is changed to a pseudo top hat.
  • (A) is a beam profile of twice the standard deviation
  • (b) is a beam profile of 2.5 times the standard deviation
  • (c) is a beam profile of three times the standard deviation. is there.
  • a work separation apparatus A and a work separation method include a work 1 including a circuit board (not shown) and a support 2 that transmits laser light L.
  • the laser light L is applied to the separation layer 3 passing through the support 2 from the workpiece 1 to the support 1 for the stacked body S, which is stacked via the separation layer 3 which is degraded to be detachable by absorption of the laser light L. 2 and an apparatus for removing the same.
  • the work separating apparatus A is directed to the separation layer 3 through the holding member 10 provided to detachably hold the work 1 of the stacked body S and the support 2.
  • a laser irradiation unit 22 of an optical system 20 provided to emit a laser beam L from a laser light source 21 is provided as a main component.
  • a driving unit 30 provided so as to relatively move the laser irradiation position P from the laser irradiation unit 22 to the support 2 and the separation layer 3 in at least two directions intersecting the light irradiation direction from the laser irradiation unit 22.
  • the operation of the length measuring unit 40 provided to measure the distance from the laser irradiation unit 22 to the irradiation surface of the support 2 and the separation layer 3 and the operation of the laser irradiation unit 22, the driving unit 30, the length measuring unit 40, and the like are controlled.
  • a control unit 50 provided as described above. As shown in FIGS.
  • the stack S is usually placed on the holding member 10 in the up-down direction, and the laser irradiation unit 22 emits the laser light toward the stack S on the holding member 10.
  • L is irradiated downward.
  • the direction in which the stacked body S is held by the holding member 10 and the direction in which the laser beam L is emitted from the laser irradiation unit 22 toward the stacked body S are hereinafter referred to as the “Z direction”.
  • Two directions that intersect with the irradiation direction (Z direction) of the laser beam L, which is the relative movement direction by the drive unit 30, are hereinafter referred to as “XY directions”.
  • the work 1 includes a rectangular (panel-shaped) substrate or a circular substrate that is conveyed and includes a circuit board on which a semiconductor process such as a circuit forming process or a thinning process is provided in a laminated state attached to a support 2 described later. It is a wafer or the like, and is formed in a thin plate shape using a material such as silicon. As a specific example of the work 1, for example, a substrate or a wafer thinned to a thickness of 15 to 3,000 ⁇ m is used.
  • the entire surface of the work 1 can be adhered to a tape-like holding adhesive sheet such as a dicing tape to support the dicing. It is also possible to support by attaching the work 1 to a tape-like holding adhesive sheet whose outer peripheral portion is reinforced by a ring-like holding frame such as a frame.
  • the support 2 is called a support substrate or a carrier substrate having a necessary strength so as to prevent the work 1 from being damaged or deformed by supporting the work 1 in a thinning process or a transporting process of the work 1. It is.
  • the support 2 is formed of a transparent or translucent rigid material such as glass or synthetic resin through which a laser beam L of a specific wavelength passes.
  • a transparent or translucent glass plate, a ceramic plate, a plate made of acrylic resin, or the like having a thickness of, for example, 300 to 3,000 ⁇ m is used.
  • the separation layer 3 is deteriorated by absorbing the laser beam L radiated through the support 2 so as to reduce the adhesive strength, and loses adhesiveness when subjected to a slight external force, and peels or breaks. It is a layer that is altered so that it can be used.
  • a material of the separation layer 3 a material having an adhesive property such as a polyimide resin or the like and capable of bonding the work 1 and the support 2 without interposing an adhesive layer made of an adhesive is used. Is preferred. Further, after the work 1 and the support 2 are separated, another layer that can be easily washed and removed can be laminated.
  • an adhesive layer (not shown) made of an adhesive is provided between the separation layer 3 and the support 2, and the separation layer 3 is separated from the separation layer 3 by the adhesive layer. The support 2 needs to be bonded.
  • the laminate S is formed in a panel shape or a circular shape having a large size in the X and Y directions but a small thickness in the Z direction (a quadrilateral having a right angle including a rectangle and a square).
  • a panel-shaped laminate in which a rectangular substrate as a work 1 and a rectangular support substrate (carrier substrate) as a support 2 are bonded with a separation layer 3.
  • the case of S is shown.
  • a circular laminate S in which a circular wafer as the work 1 and a circular support substrate (carrier substrate) as the support 2 are bonded with the separation layer 3 is shown.
  • a tape-shaped outer frame is reinforced with a ring-shaped holding frame (dicing tape).
  • a laminate S in a form in which the work 1 is attached to a holding adhesive sheet (dicing tape) is also included.
  • a sealed body manufactured by fan-out type PLP technology in which a plurality of semiconductor elements are mounted on the work 1 and sealed with a sealing material such as resin,
  • a panel-type laminate in which the support 2 and the support 2 are laminated via the separation layer 3 is included.
  • a sealed body provided with a plurality of semiconductor elements is a final product after finally being cut in the XY directions by dicing or the like, and then undergoing a final step of attaching an electrode extraction portion via a rewiring layer or the like.
  • a plurality of electronic components are manufactured.
  • the holding member 10 is formed of a platen or the like having a thickness that is not deformed (bent) by a rigid body such as a metal and is formed in a flat plate shape such as a substantially rectangular or circular shape having a thickness larger than the outer dimensions of the stacked body S and A holding chuck 11 for the work 1 is provided on a holding surface facing the stacked body S in the Z direction.
  • the holding chuck 11 is configured to hold the work 1 immovably and detachably by contact with the work 1, and is formed on the whole or a part of a holding surface facing the stacked body S in the Z direction.
  • the holding chuck 11 it is preferable to use a suction chuck in which the work 1 is suction-held by a pressure difference caused by suction.
  • a suction chuck in which the work 1 is suction-held by a pressure difference caused by suction.
  • a porous chuck in which the workpiece 1 is suctioned at a differential pressure by a suction surface made of a porous material.
  • the entire work 1 can be suctioned with a differential pressure without being partially bent, so that a uniform holding state can be maintained.
  • an adhesive chuck or an electrostatic chuck may be used instead of the suction chuck, or a combination of a plurality of suction chucks, adhesive chucks, or electrostatic chucks may be used.
  • the entire stacked body S is fixed (non-movable and detachably held) via the work 1 by a plurality of support pins instead of the flat holding surface. Structure is included. In this case, it is preferable that the work 1 is configured to be able to be suction-fixed at a part or all of the tips of the plurality of support pins.
  • the laser irradiation unit 22 is provided as a part of the optical system 20 that guides the laser light L from the laser light source 21 toward the target laser irradiation position P, and faces the stacked body S held by the holding member 10 in the Z direction.
  • the laser irradiation unit 22 By arranging the laser irradiation unit 22 so as to perform scanning (sweeping) on the stacked body S, the laser light L guided by the optical system 20 passes through the support 2 of the stacked body S and separates the separated layer. 3 is applied to the entire surface.
  • a pulsed laser light having a wavelength that can pass through the support 2 and can be absorbed by the separation layer 3 and that is pulse-oscillated is used.
  • a spot (dot) -shaped laser beam from which a high-power laser beam can be easily obtained is preferable to a laser beam having a projected shape of a line (slit).
  • continuous oscillation laser light continuous wave laser is not preferable because it is easily affected by heat due to the laser energy absorbed in the separation layer 3.
  • a Gaussian beam such as a beam profile shown in FIGS. 4A and 5A to 5C is used. Pulse oscillation is performed, and an interval D between centers of adjacent Gaussian beams can be set to a desired oscillation timing by a control unit 50 described later.
  • the vertical axis represents the irradiation intensity (beam intensity) W of the laser beam (pulse laser beam) L
  • the horizontal axis represents the beam intensity.
  • the axis indicates the interval (distance) between the positions (laser irradiation position P) of the pulsed Gaussian beam light irradiated on the separation layer 3.
  • the Gaussian beam is an electromagnetic wave that has been conventionally and generally used that does not need to perform optical conversion such as a beam profiler and can be used as it is.
  • the beam profile of the Gaussian beam is changed to a substantially square pseudo top hat by changing the shape of the laser beam by using a diffractive optical element (DOE). Accordingly, there is a method of irradiating a beam having a substantially uniform irradiation intensity.
  • DOE diffractive optical element
  • the Gaussian beam shown in FIG. 4A has a slight deviation in the oscillation timing of beam irradiation, and the center of adjacent Gaussian beams is ,
  • the irradiation intensity (pulse power) does not greatly differ in a portion where adjacent Gaussian beams overlap, and irradiation is performed in a substantially uniform state at any laser irradiation position P.
  • the pseudo top hat of FIG. 4B when the distance D between the centers of the adjacent Gaussian beams is slightly displaced, an extremely large irradiation intensity (pulse) is obtained in a portion where the adjacent pseudo top hat beams overlap. Power) is generated, and the laser irradiation position P corresponding to the overlapped portion may be partially heated to generate heat.
  • a laser beam L generated by a laser oscillator serving as a laser light source 21 of the laser beam L is passed through a beam expander 23.
  • the beam diameter is adjusted, and the direction of the laser beam L is changed by reflecting mirrors 24 and 25 such as steering mirrors.
  • the laser beam L is guided to a laser scanner serving as a laser irradiating unit 22, and becomes an ultrashort pulse laser beam L. Irradiation is performed toward the target position of the stacked body S held at 10. As shown in FIG.
  • the laser irradiation unit (laser scanner) 22 has a polygon scanner 22a rotatably provided and a lens 22b such as an f ⁇ lens.
  • the polygon scanner 22a has a mirror portion arranged in a regular N-gon around the rotatably driven cylinder, and the incident laser light L is reflected by the rotatably driven mirror portion and reflected by the lens 22b with respect to the stacked body S. By converting the light into a substantially vertical optical path, the stack S is scanned (swept). In the scanning by the rotation driving of the polygon scanner 22a, the laser beam L is moved by a predetermined width in a linear direction parallel to the laser incident direction (X direction) to the regular N-sided mirror.
  • a polygon scanner 22a and a galvano scanner are combined, or a reflecting mirror (galvano mirror) is moved by a galvano scanner instead of the polygon scanner 22a as the laser irradiation unit 22, so that the X direction and the Y direction are changed. It is possible to make a change such as moving in a direction by a predetermined width.
  • the arrangement, area, order, and the like of the irradiation points of the laser light L irradiated from the laser irradiation unit 22 toward the support 2 and the separation layer 3 of the stacked body S held by the holding member 10 are controlled by the control unit 50 described later. Is done. As shown in FIGS. 6A to 6D, the irradiation point arrangement of the laser light L by the control unit 50 is such that the laser light L pulse-oscillated from the laser irradiation unit 22 is applied along the irradiation surface of the separation layer 3.
  • the laser beam is intermittently irradiated a plurality of times at predetermined intervals in the linear direction, and the pulse laser beams L applied to the plurality of laser irradiation positions P are partially overlapped and continuous.
  • the “linear direction” is a scanning direction of the laser irradiation unit (laser scanner) 22, in the illustrated example, a scanning direction (X direction) by rotational driving of the polygon scanner 22 a, and a predetermined interval in the scanning direction (X direction).
  • the irradiation area of the laser beam L by the control unit 50 divides the entire irradiation surface of the support 2 and the separation layer 3 into a plurality of irradiation areas R, as shown in FIG. It is preferable to irradiate the laser beam L from the laser irradiation unit 22 to each of the plurality of irradiation regions R for each irradiation region R (for each unit irradiation region). More specifically, the plurality of irradiation regions R are divided so as to have an area smaller than the entire area of the support 2 and the separation layer 3, and each of the divided irradiation regions R is formed into a rectangular shape such as a square (square shape). ) Is preferable.
  • the division direction (arrangement direction) of the plurality of irradiation regions R is arranged in the same X direction and Y direction as the relative movement direction by the drive unit 30 described later, and the size of the plurality of irradiation regions R is determined by the control unit 50 described later. Is preferably set to be adjustable.
  • the order of irradiating the plurality of irradiation regions R with the laser light L from the laser irradiation unit 22 is to irradiate the laser light L from the laser irradiation unit 22 to the entire surface of each irradiation region R in an arbitrarily set order. Is preferred.
  • the irradiation angle of the laser beam L emitted from the laser irradiating section 22 toward the stacked body S is, as shown in FIG. 1A, FIG. 2 and FIG. 3, the stacked body held by the holding member 10. It is preferable to set it substantially perpendicular to the S support 2 and the separation layer 3.
  • the term “substantially perpendicular” as used herein is not limited to 90 degrees with respect to the surface of the support 2 or the separation layer 3, but also includes a case where the angle is increased or decreased from 90 degrees by several degrees.
  • the driving unit 30 moves the laser beam L emitted from the laser irradiation unit 22 by moving either the holding member 10 or the laser irradiation unit 22 or both the holding member 10 and the laser irradiation unit 22 so that the holding member 10
  • the optical axis relative movement mechanism is configured to relatively move in the XY direction or the Z direction with respect to the support 2 and the separation layer 3 of the stacked body S held in the above.
  • the optical axis relative movement mechanism serving as the driving unit 30 includes a work side movement type that mainly moves the stacked body S and an optical axis side movement type that mainly moves the laser irradiation unit 22. In the case of the work side movement type, as shown in FIGS.
  • the driving unit 30 is provided on the holding member 10, and the driving unit 30 moves the holding member 10 in the X direction, the Y direction, and the Z direction.
  • the laser irradiation position P from the laser irradiation unit 22 is moved in the XY direction or the Z direction.
  • the driving unit 30 an XY stage, an XY table, or the like is used, and has a Y-axis moving mechanism 31 including a motor shaft and the like, and an X-axis moving mechanism 32. Further, it is preferable to provide a Z-axis moving mechanism 33 for moving the holding member 10 in the Z direction as needed. In the case shown in FIGS.
  • the holding member 10 in addition to scanning (sweep) of the laser beam L in the X direction by rotating the polygon scanner 22a, the holding member 10 is moved in the XY direction and Z direction. Moving in the direction.
  • the driving unit 30 is provided only in a part of the optical system 20, and the laser irradiation position P from the laser irradiation unit 22 is moved in the XY direction or Z without moving the holding member 10. It is configured to move in the direction.
  • the holding member 10 when the relative movement is performed in the Z direction, the holding member 10 is provided with a Z-axis moving mechanism 33, or the laser irradiation unit (laser scanner) 22 is moved in the Z direction by the driving unit 30.
  • the length measuring unit 40 includes a non-contact type displacement meter or a displacement sensor that measures an irradiation distance from the laser irradiation unit 22 to the irradiation surface of the support 2 or the separation layer 3 of the stacked body S held by the holding member 10. And is disposed so as to face the stacked body S held by the holding member 10 in the Z direction.
  • a laser displacement meter serving as the length measuring unit 40 is provided in the laser irradiating unit (laser scanner) 22. It is preferable to measure the length in the Z direction up to the irradiation surface of the separation layer 3 and output the measured value to the control unit 50 described later.
  • a displacement meter or a displacement sensor other than the laser displacement meter can be used as the length measuring unit 40.
  • the control unit 50 includes a driving source for the holding chuck 11 of the holding member 10, an optical system 20, a laser light source 21 and a laser irradiation unit 22 for laser light L, an optical axis moving mechanism serving as the driving unit 30, and a length measuring unit 40. Is a controller that is electrically connected to each. Further, the control unit 50 also holds a loading mechanism (not shown) for transporting the stacked body S before separation toward the holding member 10 and holds only the support 2 from the stacked body S after light irradiation. The controller is also a controller that is electrically connected to a peeling mechanism (not shown) for separating and a carrying-out mechanism (not shown) for transporting the laminated body S (work 1) from the holding member 10 after peeling.
  • the controller serving as the control unit 50 sequentially controls the operation at preset timings according to a program preset in a control circuit (not shown). That is, the control unit 50 not only performs the overall operation control of the work separation apparatus A including the ON / OFF control of the laser light L emitted from the laser light source 21 to the laser irradiation position P, but also performs an additional control. Various settings such as setting of various parameters of the laser beam L are also performed.
  • the control unit 50 causes the laser irradiation unit 22 and the drive unit 30 of the optical system 20 to irradiate the plurality of irradiation regions R obtained by dividing the support 2 and the separation layer 3 of the stacked body S held by the holding member 10.
  • the irradiation of the laser beam L from the section 22 is performed for each irradiation region R, and the irradiation angle of the laser beam L is controlled so as to be substantially perpendicular to the surface of the support 2 or the separation layer 3.
  • the controller serving as the control unit 50 includes an input unit 51 such as a touch panel, a display unit (not shown), and the like.
  • the scanning distance of the laser irradiation unit 22 and a plurality of irradiation regions R And the order of irradiation of the laser light L from the laser irradiation unit 22 to the plurality of irradiation regions R can be set.
  • the interval between the laser beams (Gaussian beams) L that are pulse-oscillated from the laser irradiation unit 22 set by the control unit 50 is determined by an experiment described later.
  • the relationship between the beam diameter and the irradiation intensity in the beam profile is regarded as a normal distribution, it is set to less than three times the standard deviation ⁇ .
  • the Y direction perpendicular to the X direction scanned (swept) by the laser irradiation unit 22 of the optical system 20 is adjacent in the X direction by the palace control of the laser light source 21 and the rotation control of the polygon scanner 22a.
  • the distance D1 between the centers of the Gaussian beams is determined.
  • the distance D2 between the centers of the Gaussian beams adjacent in the Y direction is determined by the palace control of the laser light source 21 and the relative movement control of the holding member 10 by the driving unit 30.
  • the distance D1 between the centers of the Gaussian beams adjacent in the X direction is shown in FIG. 5A
  • the laser irradiation position P of the pulse laser beam (Gaussian beam) L oscillated from the laser irradiation unit 22 is displaced in the same scanning direction (X direction) at a distance of 2.5 times the standard deviation ⁇ . I do.
  • the disturbance of the irradiation intensity (beam intensity) synthesized by the adjacent Gaussian beams is almost eliminated.
  • FIG. 5A when the relationship between the beam diameter and the irradiation intensity in the beam profile of the Gaussian beam is regarded as a normal distribution, It is set to twice the deviation ⁇ . Therefore, the laser irradiation position P of the pulse laser beam (Gaussian beam) L oscillated from the laser irradiation unit 22 is displaced in the same scanning direction (X direction) at a distance of 2.5 times the standard deviation ⁇ . I do. Thereby, the disturbance of the irradiation intensity (beam intensity
  • the distance D1 between the centers of the Gaussian beams adjacent in the X direction is set to 2.5 times the standard deviation ⁇ . Thereby, disturbance of the irradiation intensity (beam intensity) synthesized by the adjacent Gaussian beams is suppressed to within about 90% of the irradiation intensity.
  • the distance D1 between the centers of the Gaussian beams adjacent in the X direction is set to three times the standard deviation ⁇ . As a result, the irradiation intensity combined by the adjacent Gaussian beams violently disturbs.
  • the integrated energy of the irradiated pulsed laser light L becomes non-uniform in the plane of the separation layer 3, and in a part which is partially over-irradiated, the temperature may rise and scorch, soot may be generated. is there.
  • the support 2 may not be able to be separated from the work 1 of the stacked body S in a separation step described later. From the above experimental results, it has been found that the preferable interval D1 between the centers of the adjacent Gaussian beams is less than three times the standard deviation ⁇ , specifically, about 2.5 times or less.
  • the term “within approximately 2.5 times” is not limited to within 2.5 times, but also includes a slight increase from 2.5 times.
  • the distance D2 between adjacent Gaussian beams in the Y direction similarly to the distance D1 between adjacent Gaussian beams in the X direction, the relationship between the beam diameter and the irradiation intensity in the beam profile of the Gaussian beam is normally distributed. Is set to less than three times the standard deviation ⁇ . Also in this case, the experimental result has revealed that the preferable distance D2 between the centers of the adjacent Gaussian beams is less than three times the standard deviation ⁇ , specifically, about 2.5 times or less. The term “within about 2.5 times” is not limited to within 2.5 times, but also includes a slight increase from 2.5 times. Furthermore, the distance D2 between adjacent Gaussian beams in the Y direction is preferably the same as the distance D1 between adjacent Gaussian beams in the X direction.
  • the irradiation point arrangement of the pulse laser light L (Gaussian beam) that is intermittently irradiated a plurality of times from the laser irradiation unit 22 set by the control unit 50, that is, in the scanning direction (X direction) by the rotational driving of the polygon scanner 22a.
  • the scanning interval and the number of scans are set such that the irradiation point of the pulse laser beam L by the rotational driving of the polygon scanner 22a slightly shifts in the scanning direction (X direction).
  • the scanning is performed a number of times, and a part of each pulsed laser beam L is set to overlap and be connected linearly.
  • each pulsed laser beam L (Gaussian beam)
  • the outer peripheral portions L1 having low irradiation intensity (beam intensity) overlap the central portions L2 having high irradiation intensity are separated from each other, and an intermediate portion L3 therebetween.
  • the plurality of pulsed laser beams L are controlled so as to be linearly continuous.
  • FIGS. 6A to 6D as specific examples of the irradiation point arrangement, a plurality (four) of pulse laser beams L having the same beam diameter are scanned so that only the outer peripheral portion L1 overlaps.
  • the intermediate portions L3 are continuously connected to each other.
  • the scan interval and the number of scans can be changed to settings other than those shown in the figure.
  • the work separating method using the work separating apparatus A includes a holding step of detachably holding the work 1 of the stacked body S on the holding member 10 and a holding step of the stacked body S held by the holding member 10.
  • a relative movement step of relatively moving the laser irradiation position P from the laser beam 22 by the driving unit 30 or the laser irradiation unit (laser scanner) 22 and a separation step of separating the support 2 from the work 1 of the stacked body S Included as main process. Further, as a post-step of the separation step, a cleaning step of removing the residue of the separation layer 3 remaining on the work 1 separated from the separation layer 3 with a cleaning liquid, and while holding the work 1 after the cleaning step with the holding member 10. And a separating step of cutting by dicing or the like.
  • the residue of the separation layer 3 also includes an adhesive for bonding the work 1 and the support 2.
  • the stack S before separation is carried toward the holding member 10 by the operation of a loading mechanism (not shown) including a transfer robot, and the stacked body S before separation is held at a predetermined position on the holding surface of the holding member 10. S is held immovably by the holding chuck 11.
  • the optical system 20 and the laser irradiation unit 22 were operated, and the laser beam L was oscillated as a laser beam L toward the separation layer 3 through the support 2 toward the stacked body S held by the holding member 10. Irradiate a Gaussian beam.
  • the relative movement step as shown in FIGS.
  • the stack S held by the holding member 10 and the laser irradiation unit 22 are relatively moved in the X and Y directions by the operation of the drive unit 30.
  • the laser beam L is radiated from the laser irradiating section 22 to each of the plurality of irradiation regions R, which are divided smaller than the entire irradiation surface of the support 2 and the separation layer 3. .
  • the irradiation angle of the laser light L irradiated from the laser irradiation unit 22 for each irradiation region R is held so as to be substantially vertical.
  • all of the plurality of irradiation regions R are irradiated with the laser beam L.
  • the laser light L is evenly and uniformly applied to each unit irradiation region R. Therefore, the entire surface of the separation layer 3 is finally irradiated with the laser beam L without causing irradiation unevenness, and the entire surface of the separation layer 3 is transformed so that the work 1 and the support 2 can be separated.
  • the support 2 is separated from the work 1 of the laminate S held by the holding member 10 by the operation of a peeling mechanism (not shown) that holds and separates the support 2 from the laminate S after light irradiation. And separated.
  • the work 1 after separation is removed from the holding surface of the holding member 10 and carried out by the operation of a loading mechanism (not shown) including a transfer robot or the like. Thereafter, the above steps are repeated.
  • the separation layer 3 of the stacked body S can be uniformly irradiated with the pulse laser beam L.
  • the irradiation energy is applied to the separation layer 3 as compared with the conventional method in which the part is scorched and soot is easily generated. Since heat generation due to laser irradiation is minimized without giving excessively, scorching and soot generation due to excessive irradiation of laser beam L can be prevented, and highly accurate laser peeling in a clean environment can be realized. it can.
  • a Gaussian beam generally used conventionally can be used as it is and can be uniformly irradiated without performing optical conversion such as a beam profiler, the life of the optical system 20 is not shortened. 20 can be formed, and the structure of the entire apparatus can be simplified. Also, as shown in FIG. 4A, laser irradiation is performed as shown in FIG. 4A as compared with the conventional one in which the beam profile of the Gaussian beam is changed to a pseudo top hat by using a diffractive optical element (DOE) as shown in FIG.
  • DOE diffractive optical element
  • the laser beam L pulsed from the laser irradiation unit 22 by the control unit 50 is applied to the separation layer 3 of the stacked body S held by the holding member 10.
  • irradiation is performed intermittently a plurality of times at a predetermined interval in a linear direction (X direction) along the irradiation surface of the separation layer 3, and the laser beams L applied to the plurality of laser irradiation positions P are combined in the linear direction (X direction). It is preferable to control so as to partially overlap each other in the direction (i.
  • scanning is performed a plurality of times while slightly shifting the irradiation point of the pulse laser beam L by the laser irradiation unit (laser scanner) 22 in the scanning direction (X direction) of the laser irradiation unit (laser scanner) 22.
  • This makes it possible to set the pulse laser beams L so that some of them overlap with each other and are connected linearly. Therefore, local heat generation along the same line of the separation layer 3 can be suppressed.
  • scorch or soot generation due to excessive irradiation of the laser beam L is reliably prevented, and highly accurate laser peeling can be realized in a cleaner environment. Therefore, a higher quality product can be manufactured, and the yield can be further improved.
  • a separation step of separating the support 2 from the stacked body S after the laser irradiation step, and a residue of the separation layer 3 remaining on the work 1 separated from the stacked body S with a cleaning liquid It is preferable to include a washing step for removing.
  • a washing step for removing In this case, in the cleaning step performed after the laser peeling, even if the residue of the separation layer 3 remaining on the work 1 is removed with the cleaning liquid, foreign substances such as soot do not enter the cleaning liquid. Therefore, it is possible to completely prevent the contamination of the cleaning liquid due to the entry of foreign matter such as soot. As a result, the service life of the cleaning liquid is prolonged, and dust can be prevented from re-adhering to the work 1 from the cleaning liquid, so that a higher quality product can be manufactured and the yield can be further improved.
  • the work 1 and the support 2 are bonded to each other with the separation layer 3 made of an adhesive material.
  • the present invention is not limited thereto, and the work 1 is made of a material having no adhesive property.
  • an adhesive layer (not shown) made of an adhesive is provided between the separating layer 3 and the support 2 as disclosed in JP-A-2018-006487. May be used to bond the separation layer 3 and the support 2.
  • the work side movement type in which the stack S side is mainly moved by the optical axis relative movement mechanism serving as the drive unit 30 is shown, but the invention is not limited thereto, and is provided only in a part of the optical system 20.
  • An optical axis side movement type in which the laser irradiation unit 22 is moved by the driving unit 30 may be adopted.
  • a galvano scanner for moving a reflecting mirror (galvanometer mirror) is provided as a scanning (sweep) unit of the light (laser light) L. Due to the operation of the galvano scanner serving as the driving unit 30, the holding member 10 does not move, and the reflecting mirror (galvanomirror) serving as the laser irradiating unit 22 is moved instead of the polygon scanner 22a. Can be moved in the XY directions.

Abstract

積層体の分離層に対してパルスレーザ光を均一に照射する。　回路基板を含むワークと、レーザ光を透過する支持体とが、レーザ光の吸収で剥離可能に変質する分離層を介して積層される積層体において、ワークを着脱自在に保持する保持部材と、保持部材に保持された積層体の支持体を透して分離層に向け、レーザ光としてパルス発振されるガウシャンビームを照射するレーザ照射部と、レーザ照射部を作動制御する制御部と、を備え、制御部は、レーザ照射部からパルス発振されるレーザ光において、隣り合うガウシャンビームの中心同士の間隔が、ガウシャンビームのビームプロファイルにおけるビーム径と照射強度の関係を正規分布とみなしたときに標準偏差の３倍未満に制御されることを特徴とするワーク分離装置。

Description

ワーク分離装置及びワーク分離方法
　本発明は、ＷＬＰ（wafer level packaging）やＰＬＰ（panel level packaging）、又は厚さが極めて薄い（極薄）半導体ウエハの処理工程などのような、製品となるワークの製造過程において、支持体に仮止め保持されたワークを支持体から剥離するために用いられるワーク分離装置、及び、ワーク分離装置を用いたワーク分離方法に関する。
　従来、この種のワーク分離装置及びワーク分離方法として、基板と、光を透過する支持体とを、光を吸収することにより変質する分離層を介して積層してなる積層体から、支持体を分離する支持体分離方法、及び、支持体分離方法を実行するための支持体分離装置がある（例えば、特許文献１参照）。
　支持体分離方法は、積層体を吸引保持しながら支持体を介して分離層に光を照射する光照射工程と、光照射工程後の積層体から支持体を分離する分離工程と、支持体が分離された後の基板を支持体分離装置から搬出する搬送工程と、を包含している。
　支持体分離装置は、積層体を保持するための保持台と、光照射部としてのレーザ照射部とを備えており、保持台が積層体を吸着するための吸着部を備えた保持面と、保持台に向かって積層体を押圧する押圧部と、を有している。レーザ照射部が分離層に照射する光としては、分離層が吸収可能な波長に応じたレーザ光を用い、そのレーザ出力、パルス周波数が分離層の種類、厚さおよび基板の種類等の条件に応じて調整される。
　さらに支持体分離方法によって積層体から分離した基板を処理する基板処理方法は、積層体から分離した基板を吸引保持しながら基板に残留している接着剤が含まれる分離層の残渣を洗浄液で除去する洗浄工程と、洗浄工程後の単離された基板を吸引保持しながらダイシングするダイシング工程と、を包含している。
特開２０１８－００６４８７号公報
　ところで、積層体の分離層に対してレーザ光の照射強度を均一化することが容易ではなく、分離層に対してレーザ光を均一に照射して分離（剥離）させることが非常に困難であった。
　しかし乍ら、特許文献１に記載のものには、積層体に対するレーザ光の照射について詳しい制御方法が記載されていない。
　このため、レーザ照射部から分離層に向けて照射されるパルスレーザ光のエネルギーが分離層を分離させるのに必要な量よりも過剰な状態で走査すると、分離層の一部に対して過照射となり、その照射熱によって部分的に温度上昇して発熱するおそれがある。
　これにより、分離層においてレーザエネルギーの強過ぎた部位は、焼け焦げて煤が発生するとともに、基板に搭載されたチップの回路基板に形成されているデバイスにダメージを起こすなどの問題があった。
　このような課題を解決するために本発明に係るワーク分離装置は、回路基板を含むワークと、レーザ光を透過する支持体とが、前記レーザ光の吸収で剥離可能に変質する分離層を介して積層される積層体において、前記ワークを着脱自在に保持する保持部材と、前記保持部材に保持された前記積層体の前記支持体を透して前記分離層に向け、前記レーザ光としてパルス発振されるガウシャンビームを照射するレーザ照射部と、前記レーザ照射部を作動制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記レーザ照射部からパルス発振される前記レーザ光において、隣り合う前記ガウシャンビームの中心同士の間隔が、前記ガウシャンビームのビームプロファイルにおけるビーム径と照射強度の関係を正規分布とみなしたときに標準偏差の３倍未満に制御されることを特徴とする。
　また、このような課題を解決するために本発明に係るワーク分離方法は、回路基板を含むワークと、レーザ光を透過する支持体とが、前記レーザ光の吸収で剥離可能に変質する分離層を介して積層される積層体において、前記ワークを保持部材に着脱自在に保持する保持工程と、前記保持部材に保持された前記積層体の前記支持体を透して前記分離層に向けレーザ照射部から前記レーザ光を照射するレーザ照射工程と、を含み、前記レーザ照射工程では、前記レーザ照射部から前記レーザ光としてパルス発振されるガウシャンビームを照射し、隣り合う前記ガウシャンビームの中心同士の間隔が、前記ガウシャンビームのビームプロファイルにおけるビーム径と照射強度の関係を正規分布とみなしたときに標準偏差の３倍未満に設定することを特徴とする。
本発明の実施形態に係るワーク分離装置の全体構成を示す説明図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が同横断平面図である。 ワーク分離方法を示す説明図であり、（ａ）～（ｄ）がレーザ照射部からの光照射過程を示す一部切欠斜視図である。 積層体の変形例を示す説明図であり、（ａ）～（ｄ）がレーザ照射部からの光照射過程を示す一部切欠斜視図である。 パルスレーザ光のビームプロファイルであり、（ａ）がレーザ光としてガウシャンビームをパルス発振した場合のビームプロファイル、（ｂ）がガウシャンビームを疑似トップハットに変更した場合のビームプロファイルである。 パルスレーザ光のビームプロファイルであり、（ａ）が標準偏差の２倍のビームプロファイル、（ｂ）が標準偏差の２．５倍のビームプロファイル、（ｃ）が標準偏差の３倍のビームプロファイルである。 パルスレーザ光の照射点配置を示す説明図（下段がビームプロファイル、上段が平面図）であり、（ａ）が照射１回目の説明図、（ｂ）が照射２回目の説明図、（ｃ）が照射３回目の説明図、（ｄ）が照射４回目の説明図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
　本発明の実施形態に係るワーク分離装置Ａ及びワーク分離方法は、図１～図６に示すように、回路基板（図示しない）を含むワーク１と、レーザ光Ｌを透過する支持体２とが、レーザ光Ｌの吸収で剥離可能に変質する分離層３を介して積層されてなる積層体Ｓに対し、支持体２を透した分離層３へのレーザ光Ｌの照射によりワーク１から支持体２を剥離させる装置と方法である。ＷＬＰ（wafer level packaging）やＰＬＰ（panel level packaging）のような半導体パッケージなどを製造することや、厚さが極めて薄い半導体ウエハ（以下「極薄ウエハ」という）の処理工程のために用いられる。
　詳しく説明すると、本発明の実施形態に係るワーク分離装置Ａは、積層体Ｓのワーク１を着脱自在に保持するように設けられる保持部材１０と、支持体２を透して分離層３に向けレーザ光源２１からのレーザ光Ｌを照射するように設けられる光学系２０のレーザ照射部２２と、を主要な構成要素として備えている。さらに、支持体２及び分離層３に対するレーザ照射部２２からのレーザ照射位置Ｐを少なくともレーザ照射部２２からの光照射方向と交差する二方向へ相対的に移動させるように設けられる駆動部３０と、レーザ照射部２２から支持体２及び分離層３の照射面までの間隔を測定するように設けられる測長部４０と、レーザ照射部２２及び駆動部３０や測長部４０などを作動制御するように設けられる制御部５０と、を備えることが好ましい。
　なお、図１～図６に示されるように、保持部材１０に対して積層体Ｓは通常、上下方向へ載置され、保持部材１０上の積層体Ｓに向けてレーザ照射部２２からレーザ光Ｌが下方向へ照射される。保持部材１０に対する積層体Ｓの保持方向や、レーザ照射部２２から積層体Ｓに向かうレーザ光Ｌの照射方向を以下「Ｚ方向」という。駆動部３０による相対的な移動方向であるレーザ光Ｌの照射方向（Ｚ方向）と交差する二方向を以下「ＸＹ方向」という。
　ワーク１は、後述する支持体２に貼り合わされた積層状態で、回路形成処理や薄化処理などの半導体プロセスが供された回路基板を含むとともに搬送される矩形（パネル形状）の基板や円形のウエハなどであり、シリコンなどの材料で薄板状に形成される。ワーク１の具体例としては、例えば１５～３，０００μｍの厚さに薄化された基板やウエハが用いられる。特に極薄ウエハなどのようにワーク１の厚みが数十μｍ程度の場合には、ダイシングテープなどのようなテープ状の保持用粘着シートにワーク１の全面を貼り付けてサポートすることや、ダイシングフレームなどのようなリング状の保持フレームで外周部が補強されたテープ状の保持用粘着シートに対しワーク１を貼り付けることでサポートすることも可能である。
　支持体２は、ワーク１の薄化工程や搬送工程などでワーク１を支持することにより、ワーク１の破損や変形などが防止されるように必要な強度を有するサポート基板やキャリア基板と呼ばれるものである。支持体２は、特定の波長のレーザ光Ｌが透過するガラスや合成樹脂などの透明又は半透明な剛性材料で形成される。支持体２の具体例としては、厚みが例えば３００～３，０００μｍの透明又は半透明のガラス板やセラミック板やアクリル系樹脂製の板などが用いられる。
　分離層３は、支持体２を介して照射されたレーザ光Ｌを吸収することにより、接着力を低下させるように変質して、僅かな外力を受けると接着性を失い剥離するか、又は破壊し得るように変質する層である。
　分離層３の材料としては、例えばポリイミド樹脂などのような接着性を有しており、ワーク１と支持体２とが接着剤からなる接着層を介装することなく貼り合わせ可能な材料を用いることが好ましい。さらにワーク１と支持体２の剥離後において、容易に洗浄除去できる別の層を積層することも可能である。また分離層３が接着性を有していない材料からなる場合には、分離層３と支持体２の間に接着剤からなる接着層（図示しない）を設けて、接着層により分離層３と支持体２を接着する必要がある。
　積層体Ｓは、ＸＹ方向のサイズが大型であるもののＺ方向の厚みが薄い矩形（長方形及び正方形を含む角が直角の四辺形）のパネル形状や円形状に形成される。
　図１（ａ）（ｂ）及び図２に示される例では、ワーク１として矩形の基板と、支持体２として矩形のサポート基板（キャリア基板）を分離層３で貼り合わせたパネル形状の積層体Ｓの場合を示している。
　図３に示される例では、ワーク１として円形のウエハと、支持体２として円形のサポート基板（キャリア基板）を分離層３で貼り合わせた円形状の積層体Ｓの場合を示している。
　また、その他の例として図示しないが、特に極薄ウエハなどのようにワーク１の厚みが数十μｍ程度の場合には、リング状の保持フレーム（ダイシングテープ）で外周部を補強したテープ状の保持用粘着シート（ダイシングテープ）に対しワーク１が貼り付けられた形態になった積層体Ｓも含まれる。
　積層体Ｓの具体例としては、図示しないがファンアウト型ＰＬＰ技術で製造される、ワーク１に複数の半導体素子が搭載され樹脂などの封止材で封止した封止体と、パネル形状の支持体２とが分離層３を介して積層されるパネル型積層体などが含まれる。複数の半導体素子を備えた封止体は、最終的にダイシングなどでＸＹ方向へ切断した後に、再配線層などを介して電極取り出し部を取り付けるなどの最終工程を経ることにより、最終製品である複数の電子部品が製造される。
　保持部材１０は、金属などの剛体で歪み（撓み）変形しない厚さの定盤などからなり、積層体Ｓの外形寸法よりも大きくて肉厚な略矩形又は円形などの平板状に形成され、積層体ＳとＺ方向へ対向する保持面には、ワーク１の保持チャック１１が設けられる。
　保持チャック１１は、ワーク１と接触によりワーク１を移動不能で且つ着脱自在に保持するものであり、積層体ＳとＺ方向へ対向する保持面の全体又は一部に形成される。
　保持チャック１１の具体例としては、吸引による差圧でワーク１が吸着保持される吸着チャックを用いることが好ましい。特に吸着チャックの中でも、多孔質材からなる吸着面によってワーク１が差圧吸着されるポーラスチャックを用いることが好ましい。ポーラスチャックの場合には、ワーク１の全体が部分的に撓むことなく差圧吸着可能となるため、均一な保持状態を維持することができる。
　また、保持チャック１１の他の例としては、吸着チャックに代えて粘着チャックや静電チャックを用いることや、吸着チャック，粘着チャック，静電チャックの中から複数を組み合わせて用いることも可能である。
　なお、保持部材１０の他の例として図示しないが、平板状の保持面に代えて複数の支持ピンによりワーク１を介して積層体Ｓの全体が固定（移動不能で且つ着脱自在に保持）される構造も含まれる。この場合には、複数の支持ピンの一部又は全部の先端でワーク１を吸着固定可能に構成することが好ましい。
　レーザ照射部２２は、レーザ光源２１からレーザ光Ｌを目標となるレーザ照射位置Ｐに向けて導く光学系２０の一部として設けられ、保持部材１０に保持された積層体ＳとＺ方向へ対向するようにレーザ照射部２２を配置して、積層体Ｓの上を走査（掃引）することにより、光学系２０で導かれたレーザ光Ｌが積層体Ｓの支持体２を透過して分離層３の全面に照射される。
　レーザ照射部２２から積層体Ｓに向け照射するレーザ光Ｌとしては、支持体２を透過し且つ分離層３が吸収可能な波長であり、且つパルス発振されるパルスレーザ光が用いられる。パルスレーザ光Ｌの中でも、投影形状がライン（スリット）状のレーザ光よりは、高出力なレーザ光が容易に得られるスポット（点）状のレーザ光が好ましい。
　これに対し、連続発振されるレーザ光（連続波レーザ）は、分離層３内に吸収されたレーザエネルギーによる熱の影響を受け易いために好ましくない。
　これに加え、レーザ照射部２２から照射するレーザ光（パルスレーザ光）Ｌとしては、図４（ａ）や図５（ａ）～（ｃ）に示されるビームプロファイルのように、ガウシャンビームをパルス発振し、隣り合うガウシャンビームの中心同士の間隔Ｄを、後述する制御部５０により所望の発振タイミングに設定可能にしている。なお、図４（ａ）（ｂ）及び図５（ａ）～（ｃ）に示されるビームプロファイルにおいて、縦軸はレーザ光（パルスレーザ光）Ｌの照射強度（ビーム強度）Ｗを示し、横軸はパルス発振されるガウシャンビーム光の分離層３に照射した位置（レーザ照射位置Ｐ）の間隔（距離）を示している。
　ガウシャンビームは、ビームプロファイラなどの光学的な変換を行う必要がなく、そのまま利用して照射可能な従来から一般的に用いられる電磁波である。
　またその他には、図４（ｂ）に示されるビームプロファイルように、回折光学素子（ＤＯＥ）の使用によるレーザビームの形状変更で、ガウシャンビームのビームプロファイルを略四角形の疑似トップハットに変更することにより、略均一な照射強度のビームを照射させる方法がある。
　これらガウシャンビームのビームプロファイルと、疑似トップハットのビームプロファイルを比較すると、図４（ａ）のガウシャンビームは、ビーム照射の発振タイミングに僅かなズレが生じ、隣り合うガウシャンビームの中心同士の間隔Ｄがズレる事となっても、隣り合うガウシャンビームが重なり合った部分において照射強度（パルスパワー）が大きく異なることはなく、いずれのレーザ照射位置Ｐでも略均一な状態で照射される。
　これに対して図４（ｂ）の疑似トップハットは、隣り合うガウシャンビームの中心同士の間隔Ｄが僅かでもズレると、隣り合う疑似トップハットビームが重なり合った部分では極端に大きな照射強度（パルスパワー）が発生して、この重なり合った部分に該当するレーザ照射位置Ｐでは部分的に温度上昇して発熱するおそれがある。
　光学系２０及びレーザ照射部２２の具体例として図１（ａ）に示される場合には、レーザ光Ｌのレーザ光源２１となるレーザ発振器で発生されたレーザ光Ｌを、ビームエキスパンダ２３に通してビーム径が調整され、ステアリングミラーなどの反射鏡２４，２５でレーザ光Ｌの向きを変え、レーザ照射部２２となるレーザスキャナに導かれ、超短パルスのレーザ光Ｌとなって、保持部材１０に保持された積層体Ｓの目標位置に向け照射している。
　レーザ照射部（レーザスキャナ）２２は、図１（ａ）などに示されるように、回転自在に設けられるポリゴンスキャナ２２ａと、ｆθレンズなどからなるレンズ２２ｂと、を有する。ポリゴンスキャナ２２ａは、回転駆動する筒体の周囲に正Ｎ角形に配置されたミラー部を有し、入射したレーザ光Ｌが回転駆動するミラー部に当たって反射し、レンズ２２ｂで積層体Ｓに対して略垂直な光路に変換することにより、積層体Ｓに対して走査（掃引）するように構成されている。ポリゴンスキャナ２２ａの回転駆動による走査は、正Ｎ角形のミラー部に対するレーザ入射方向（Ｘ方向）と平行な直線方向へ所定幅だけレーザ光Ｌを移動させている。
　また、その他の例として図示しないが、ポリゴンスキャナ２２ａとガルバノスキャナなどを組み合わせることや、レーザ照射部２２としてポリゴンスキャナ２２ａに代え、ガルバノスキャナにより反射鏡（ガルバノミラー）を動かして、Ｘ方向とＹ方向へそれぞれ所定幅だけ移動させるなどの変更が可能である。
　保持部材１０に保持された積層体Ｓの支持体２及び分離層３に向けてレーザ照射部２２から照射されるレーザ光Ｌの照射点配置や領域や順序などは、後述する制御部５０によって制御される。
　制御部５０によるレーザ光Ｌの照射点配置は、図６（ａ）～（ｄ）に示されるように、レーザ照射部２２からパルス発振されるレーザ光Ｌを、分離層３の照射面に沿った直線方向へ所定間隔で間欠的に複数回照射し、これら複数のレーザ照射位置Ｐに照射されたパルスレーザ光Ｌ同士を部分的に重ねて連続させることが好ましい。ここでいう「直線方向」とは、レーザ照射部（レーザスキャナ）２２の走査方向、図示例ではポリゴンスキャナ２２ａの回転駆動による走査方向（Ｘ方向）であり、走査方向（Ｘ方向）へ所定間隔をおいて間欠的に照射されたパルスレーザ光Ｌの一部同士が重なって直線状に連続させることが好ましい。
　制御部５０によるレーザ光Ｌの照射領域は、図１（ｂ）や図２及び図３に示されるように、支持体２及び分離層３の照射面全体を複数の照射領域Ｒに分割し、複数の照射領域Ｒに対してレーザ照射部２２からレーザ光Ｌを各照射領域Ｒ毎（単位照射領域毎）に照射することが好ましい。
　詳しく説明すると、複数の照射領域Ｒは、支持体２及び分離層３の全体面積よりも小さい面積となるように分割され、分割された各照射領域Ｒの形状を正方形などの矩形形状（四角形状）とすることが好ましい。複数の照射領域Ｒの分割方向（配列方向）は、後述する駆動部３０による相対的な移動方向と同じＸ方向及びＹ方向に配列し、複数の照射領域Ｒのサイズは、後述する制御部５０によって調整可能に設定することが好ましい。
　複数の照射領域Ｒに対してレーザ照射部２２からレーザ光Ｌを光照射する順序は、任意に設定された順序でレーザ照射部２２からレーザ光Ｌを各照射領域Ｒの全面にそれぞれ照射することが好ましい。
　さらに、レーザ照射部２２から積層体Ｓに向けて照射されるレーザ光Ｌの照射角度は、図１（ａ）や図２及び図３に示されるように、保持部材１０に保持された積層体Ｓの支持体２や分離層３に対して略垂直に設定することが好ましい。ここでいう「略垂直」とは、支持体２や分離層３の表面に対して９０度のみに限らず、これに加えて、９０度から数度増減するものも含まれる。
　駆動部３０は、保持部材１０又はレーザ照射部２２のいずれか一方か若しくは保持部材１０及びレーザ照射部２２の両方を移動することにより、レーザ照射部２２から照射したレーザ光Ｌが、保持部材１０に保持した積層体Ｓの支持体２及び分離層３に対してＸＹ方向やＺ方向へ相対的に移動するように構成した光軸相対移動機構である。
　駆動部３０となる光軸相対移動機構には、主に積層体Ｓを動かすワーク側移動タイプと、レーザ照射部２２を動かす光軸側移動タイプがある。
　ワーク側移動タイプの場合は、図１（ａ）（ｂ）に示されるように、保持部材１０に駆動部３０が設けられ、駆動部３０で保持部材１０をＸ方向及びＹ方向やＺ方向へ動かすことにより、レーザ照射部２２からのレーザ照射位置ＰをＸＹ方向やＺ方向へ移動させる。この場合の駆動部３０としては、ＸＹステージやＸＹテーブルなどが用いられ、モータ軸などからなるＹ軸移動機構３１及びＸ軸移動機構３２を有している。さらに必要に応じて保持部材１０をＺ方向へ動かすＺ軸移動機構３３を設けることが好ましい。
　駆動部３０の具体例として図１～図６に示される場合には、ポリゴンスキャナ２２ａの回転駆動によるレーザ光ＬのＸ方向への走査（掃引）に加えて、保持部材１０をＸＹ方向やＺ方向へ動かしている。
　また光軸側移動タイプの場合は、図示しないが光学系２０の一部のみに駆動部３０を設けて、保持部材１０が動かずにレーザ照射部２２からのレーザ照射位置ＰをＸＹ方向やＺ方向へ移動させるように構成される。この場合においてＺ方向へ相対移動させる場合には、保持部材１０にＺ軸移動機構３３を設けるか、或いはレーザ照射部（レーザスキャナ）２２を駆動部３０によってＺ方向へ動かす。
　測長部４０は、レーザ照射部２２から保持部材１０に保持された積層体Ｓの支持体２や分離層３の照射面までの照射距離を測定する非接触式の変位計や変位センサなどからなり、保持部材１０に保持された積層体ＳとＺ方向へ対向するように配置される。
　測長部４０の具体例として図１（ａ）に示される場合には、レーザ照射部（レーザスキャナ）２２に測長部４０となるレーザ変位計を設け、レーザ照射部（レーザスキャナ）２２から分離層３の照射面までＺ方向への長さを測定し、この測定値を後述する制御部５０へ出力することが好ましい。
　また、その他の例として図示しないが、測長部４０としてレーザ変位計以外の変位計や変位センサを用いることも可能である。
　制御部５０は、保持部材１０の保持チャック１１の駆動源と、光学系２０，レーザ光Ｌのレーザ光源２１及びレーザ照射部２２と、駆動部３０となる光軸移動機構と、測長部４０にそれぞれ電気的に接続するコントローラーである。
　さらに制御部５０は、それ以外にも分離前の積層体Ｓを保持部材１０に向けて搬送するための搬入機構（図示しない），光照射後の積層体Ｓから支持体２のみを保持して引き離す剥離機構（図示しない），剥離後の積層体Ｓ（ワーク１）を保持部材１０から搬送するための搬出機構（図示しない）などにも電気的に接続するコントローラーでもある。
　制御部５０となるコントローラーは、その制御回路（図示しない）に予め設定されたプログラムに従って、予め設定されたタイミングで順次それぞれ作動制御している。すなわち制御部５０は、レーザ光源２１からレーザ照射位置Ｐに照射されるレーザ光ＬのＯＮ／ＯＦＦ制御を始めとするワーク分離装置Ａの全体的な作動制御を行うだけでなく、これに加えてレーザ光Ｌの各種パラメーターの設定などの各種設定も行っている。
　制御部５０によって光学系２０のレーザ照射部２２や駆動部３０は、保持部材１０に保持された積層体Ｓの支持体２及び分離層３を分割した複数の照射領域Ｒに対して、レーザ照射部２２からのレーザ光Ｌの照射を各照射領域Ｒ毎に行い、且つレーザ光Ｌの照射角度が支持体２や分離層３の表面と略垂直になるように制御している。
　これに加えて制御部５０となるコントローラーは、タッチパネルなどの入力手段５１や表示部（図示しない）などを有し、入力手段５１の操作によりレーザ照射部２２の走査距離や、複数の照射領域Ｒのサイズや、複数の照射領域Ｒに対するレーザ照射部２２からのレーザ光Ｌの照射順序などが設定可能に構成されている。
　制御部５０により設定されるレーザ照射部２２からパルス発振されるレーザ光（ガウシャンビーム）Ｌの間隔、すなわち隣り合うガウシャンビームの中心同士の間隔Ｄは、後述する実験によって、ガウシャンビームのビームプロファイルにおけるビーム径と照射強度の関係を正規分布とみなしたときに標準偏差σの３倍未満に設定している。
　光学系２０のレーザ照射部２２により走査（掃引）されるＸ方向と垂直なＹ方向について図示例の場合には、レーザ光源２１のパレス制御と、ポリゴンスキャナ２２ａの回転制御によってＸ方向へ隣り合うガウシャンビームの中心同士の間隔Ｄ１が決められる。Ｙ方向へ隣り合うガウシャンビームの中心同士の間隔Ｄ２は、レーザ光源２１のパレス制御と、駆動部３０による保持部材１０の相対的な移動制御でが決められる。
　Ｘ方向へ隣り合うガウシャンビームの中心同士の間隔Ｄ１として図５（ａ）に示される場合には、ガウシャンビームのビームプロファイルにおけるビーム径と照射強度の関係を正規分布とみなしたときに標準偏差σの２倍に設定している。このため、レーザ照射部２２からパルス発振されるパルスレーザ光（ガウシャンビーム）Ｌのレーザ照射位置Ｐが、標準偏差σの２．５倍の距離で同一の走査方向（Ｘ方向）へ位置ズレする。これにより、隣り合うガウシャンビームで合成された照射強度（ビーム強度）の擾乱がほとんど無くなる。
　図５（ｂ）に示される場合には、Ｘ方向へ隣り合うガウシャンビームの中心同士の間隔Ｄ１を標準偏差σの２．５倍に設定している。これにより、隣り合うガウシャンビームで合成された照射強度（ビーム強度）の擾乱が、照射強度の約９０パーセント以内に抑えられる。
　これに対し、図５（ｃ）に示される場合には、Ｘ方向へ隣り合うガウシャンビームの中心同士の間隔Ｄ１を標準偏差σの３倍に設定している。これにより、隣り合うガウシャンビームで合成された照射強度が激しく擾乱する。このため、照射されたパルスレーザ光Ｌの積算エネルギーが、分離層３の面内で不均一になり、部分的に過照射となった部位では、温度上昇して焼け焦げ、煤が発生するおそれがある。一方、照射不足となった部位では、その後の後述する分離工程において、積層体Ｓのワーク１から支持体２を剥離できないおそれがある。
　上記の実験結果によって、隣り合うガウシャンビームの中心同士の好ましい間隔Ｄ１は、標準偏差σの３倍未満、詳しくは約２．５倍以内であることが判明した。
　ここでいう「約２．５倍以内」とは、２．５倍以内のみに限らず、これに加えて、２．５倍よりも僅かに増えるものも含まれる。
　また、Ｙ方向の隣り合うガウシャンビーム同士の間隔Ｄ２においても、Ｘ方向の隣り合うガウシャンビーム同士の間隔Ｄ１と同様に、ガウシャンビームのビームプロファイルにおけるビーム径と照射強度の関係を正規分布とみなしたときに標準偏差σの３倍未満に設定している。
　この場合も、実験結果によって、隣り合うガウシャンビームの中心同士の好ましい間隔Ｄ２は、標準偏差σの３倍未満、詳しくは約２．５倍以内であることが判明した。
　ここでいう「約２．５倍以内」も、２．５倍以内のみに限らず、これに加えて、２．５倍よりも僅かに増えるものも含まれる。
　さらに、Ｙ方向の隣り合うガウシャンビーム同士の間隔Ｄ２は、Ｘ方向の隣り合うガウシャンビーム同士の間隔Ｄ１と同じであることが好ましい。
　さらに制御部５０により設定されるレーザ照射部２２から複数回の間欠照射されるパルスレーザ光Ｌ（ガウシャンビーム）の照射点配置、すなわちポリゴンスキャナ２２ａの回転駆動による走査方向（Ｘ方向）への走査間隔と走査回数は、図６（ａ）～（ｄ）に示されるように、ポリゴンスキャナ２２ａの回転駆動によるパルスレーザ光Ｌの照射点を走査方向（Ｘ方向）へ僅かにズラしながら複数回の走査が行われて、各パルスレーザ光Ｌの一部同士を重ねて直線状に繋がるように設定している。
　詳しく説明すると、各パルスレーザ光Ｌ（ガウシャンビーム）において、照射強度（ビーム強度）が低い外周部Ｌ１同士は重なるものの、照射強度が高い中心部Ｌ２同士は離隔して、その間の中間部Ｌ３同士を接触させることにより、複数のパルスレーザ光Ｌが直線状に連続するように制御している。
　照射点配置の具体例として図６（ａ）～（ｄ）に示される場合には、同じビーム径を有する複数（４つ）のパルスレーザ光Ｌを、その外周部Ｌ１のみが重なるように走査方向（Ｘ方向）へ複数（４つ）並べることで、中間部Ｌ３同士が接触するように連続させている。
　また、その他の例として図示しないが、走査間隔と走査回数を図示例以外の設定に変更することも可能である。
　そして、制御部５０の制御回路に設定されたプログラムを、ワーク分離装置Ａによるワーク分離方法として説明する。
　本発明の実施形態に係るワーク分離装置Ａを用いたワーク分離方法は、保持部材１０に積層体Ｓのワーク１を着脱自在に保持する保持工程と、保持部材１０に保持された積層体Ｓの支持体２を透して分離層３に向けレーザ照射部２２からレーザ光Ｌを照射するレーザ照射工程と、保持部材１０に保持された積層体Ｓの支持体２及び分離層３に対するレーザ照射部２２からのレーザ照射位置Ｐを、駆動部３０やレーザ照射部（レーザスキャナ）２２により相対的に移動させる相対移動工程と、積層体Ｓのワーク１から支持体２を剥離する分離工程と、を主要な工程として含んでいる。
　さらに、分離工程の後工程として、分離層３から分離したワーク１に残留している分離層３の残渣を洗浄液で除去する洗浄工程と、洗浄工程後のワーク１を保持部材１０で保持しながらダイシングなどで切断する切り離し工程と、を含むことが好ましい。
　分離層３の残渣には、ワーク１と支持体２を接着する接着剤なども含まれる。
　保持工程では、搬送ロボットなどからなる搬入機構（図示しない）の作動により、分離前の積層体Ｓを保持部材１０へ向けて搬入し、保持部材１０の保持面において所定位置に分離前の積層体Ｓが保持チャック１１で移動不能に保持される。
　レーザ照射工程では、光学系２０及びレーザ照射部２２の作動により、保持部材１０に保持された積層体Ｓに向け支持体２を透して分離層３に向け、レーザ光Ｌとしてパルス発振されたガウシャンビームを照射する。
　相対移動工程では、図１～図４に示されるように、駆動部３０の作動により、保持部材１０に保持された積層体Ｓとレーザ照射部２２をＸＹ方向へ相対的に移動する。
　その際において好ましくは、支持体２及び分離層３の照射面全体よりも小さく分割された複数の照射領域Ｒに対し、レーザ照射部２２からレーザ光Ｌを各照射領域Ｒ毎に照射している。これと同時に、レーザ照射部２２から各照射領域Ｒ毎に照射されるレーザ光Ｌの照射角度は略垂直になるように保持されている。最終的には複数の照射領域Ｒのすべてにレーザ光Ｌが照射される。
　これによって、レーザ光Ｌが単位照射領域Ｒ毎に満遍なく均一に照射される。このため、最終的には分離層３の全面に亘ってレーザ光Ｌが照射ムラを生じることなく照射され、分離層３の全面がワーク１と支持体２を剥離可能に変質する。
　分離工程では、光照射後の積層体Ｓに対し支持体２を保持して離す剥離機構（図示しない）の作動により、保持部材１０に保持された積層体Ｓのワーク１から支持体２を剥離して分離される。
　分離工程の後は、搬送ロボットなどからなる搬入機構（図示しない）の作動により、分離後のワーク１が保持部材１０の保持面から取り外されて搬出される。
　それ以降は上述した工程が繰り返される。
　このような本発明の実施形態に係るワーク分離装置Ａ及びワーク分離方法によると、保持部材１０に保持した積層体Ｓに向けて、レーザ照射部２２からパルス発振されるレーザ光Ｌで隣り合うガウシャンビーム同士の間隔Ｄを、標準偏差σの３倍未満にずらして照射する。
　これにより、隣り合うガウシャンビームで合成された照射強度（ビーム強度）の擾乱が、図５（ａ）（ｂ）に示されるように、照射強度の約９０パーセント以内に抑えられる。　このため、照射されたパルスレーザ光Ｌの積算エネルギーが、分離層３の面内で略均一になる。
　したがって、積層体Ｓの分離層３に対してパルスレーザ光Ｌを均一に照射することができる。
　その結果、パルスレーザ光のエネルギーが分離層を分離させるのに必要な量よりも過剰な状態で走査すると部分的に焼け焦げて煤が発生し易い従来のものに比べ、分離層３に照射エネルギーを過大に与えることがなく、レーザ照射に伴う発熱が最小限に抑えられるため、レーザ光Ｌの過照射による焼け焦げや煤の発生を防止でき、クリーンな環境で高精度なレーザ剥離が実現することができる。
　これにより、ワーク１の回路基板に形成されているデバイスにダメージを与えることを防止でき、高品質な製品を製造できて歩留まりの向上が図れる。
　さらに、ビームプロファイラなどの光学的な変換を行うことなく、従来から一般的に用いられるガウシャンビームをそのまま利用して均一に照射できるため、光学系２０の寿命が短くならず、シンプルな光学系２０が形成できて、装置全体の構造を簡素化が図れる。
　また、図４（ｂ）に示すような回折光学素子（ＤＯＥ）の使用によりガウシャンビームのビームプロファイルを疑似トップハットに変更した従来のものに比べ、図４（ａ）に示すようにレーザ照射位置Ｐが若干位置ズレしても、極端なパルスパワーが発生することがないため、いずれのレーザ照射位置Ｐでも略均一な状態で照射できて、レーザ光Ｌの過照射による焼け焦げや煤の発生などの不具合を低減化できる。
　特に、図６（ａ）～（ｄ）に示されるように、制御部５０によりレーザ照射部２２からパルス発振されるレーザ光Ｌを、保持部材１０に保持された積層体Ｓの分離層３に対して、分離層３の照射面に沿った直線方向（Ｘ方向）へ所定間隔で間欠的に複数回照射し、これら複数のレーザ照射位置Ｐに照射されたレーザ光Ｌ同士を直線方向（Ｘ方向）へ互いに部分的に重ねて連続させるように制御することが好ましい。
　この場合には、レーザ照射部（レーザスキャナ）２２によるパルスレーザ光Ｌの照射点を、レーザ照射部（レーザスキャナ）２２の走査方向（Ｘ方向）へ僅かにズラしながら複数回の走査を行うことにより、各パルスレーザ光Ｌの一部同士が重なって直線状に繋がるように設定可能になる。
　したがって、分離層３の同一ライン上に沿って局部的な発熱を抑えることができる。
　その結果、レーザ光Ｌの過照射による焼け焦げや煤の発生を確実に防いで、よりクリーンな環境で高精度なレーザ剥離が実現することができる。
　このため、より高品質な製品を製造できて更なる歩留まりの向上が図れる。
　さらに、レーザ照射工程の後工程として、レーザ照射工程後の積層体Ｓから支持体２を分離する分離工程と、積層体Ｓから分離したワーク１に残留している分離層３の残渣を洗浄液で除去する洗浄工程を含むことが好ましい。
　この場合には、レーザ剥離後に行われる洗浄工程において、ワーク１に残留した分離層３の残渣を洗浄液で除去しても、煤のような異物が洗浄液に混入しない。
　したがって、煤のような異物の混入による洗浄液の汚染を完全に防止することができる。
　その結果、洗浄液の使用寿命が延び、更に洗浄液からゴミがワーク１に再付着することも防止できて、より高品質な製品を製造できて更なる歩留まりの向上が図れる。
　なお、前示の実施形態では、ワーク１と支持体２とが接着性を有する材料からなる分離層３で貼り合わせているが、これに限定されず、接着性を有していない材料からなる分離層３を用いた場合には、特開２０１８－００６４８７号公報に開示されるように、分離層３と支持体２の間に接着剤からなる接着層（図示しない）を設けて、接着層により分離層３と支持体２を接着してもよい。
　さらに図示例では、駆動部３０となる光軸相対移動機構により主に積層体Ｓ側を移動させるワーク側移動タイプを示したが、これに限定されず、光学系２０の一部のみに設けた駆動部３０によりレーザ照射部２２が動く光軸側移動タイプを採用してもよい。
　この場合には、レーザ照射部２２としてポリゴンスキャナ２２ａに代え、反射鏡（ガルバノミラー）を動かすガルバノスキャナが、光（レーザ光）Ｌの走査（掃引）手段として設けられる。駆動部３０となるガルバノスキャナの作動より、保持部材１０が動かずにレーザ照射部２２となる反射鏡（ガルバノミラー）をポリゴンスキャナ２２ａの代わりに動かして、レーザ照射部２２からのレーザ照射位置ＰをＸＹ方向へ移動させることが可能になる。
　Ａ　ワーク分離装置　　　　　　　　　　Ｓ　積層体
　１　ワーク　　　　　　　　　　　　　　２　支持体
　３　分離層　　　　　　　　　　　　　　１０　保持部材
　２０　光学系　　　　　　　　　　　　　２２　レーザ照射部
　５０　制御部　　　　　　　　　　　　　Ｌ　レーザ光
　Ｐ　レーザ照射位置　　　　　　　　　　Ｄ　間隔
　σ　標準偏差

Claims (4)

  1. 　回路基板を含むワークと、レーザ光を透過する支持体とが、前記レーザ光の吸収で剥離可能に変質する分離層を介して積層される積層体において、前記ワークを着脱自在に保持する保持部材と、
    　前記保持部材に保持された前記積層体の前記支持体を透して前記分離層に向け、前記レーザ光としてパルス発振されるガウシャンビームを照射するレーザ照射部と、
    　前記レーザ照射部を作動制御する制御部と、を備え、
    　前記制御部は、前記レーザ照射部からパルス発振される前記レーザ光において、隣り合う前記ガウシャンビームの中心同士の間隔が、前記ガウシャンビームのビームプロファイルにおけるビーム径と照射強度の関係を正規分布とみなしたときに標準偏差の３倍未満に制御されることを特徴とするワーク分離装置。
  2. 　前記制御部により前記レーザ照射部からパルス発振される前記レーザ光を、前記保持部材に保持された前記積層体の前記分離層に対して、前記分離層の照射面に沿った直線方向へ所定間隔で間欠的に複数回照射し、これら複数のレーザ照射位置に照射された前記レーザ光同士が前記直線方向へ互いに部分的に重なって連続するように制御されることを特徴とする請求項１記載のワーク分離装置。
  3. 　回路基板を含むワークと、レーザ光を透過する支持体とが、前記レーザ光の吸収で剥離可能に変質する分離層を介して積層される積層体において、前記ワークを保持部材に着脱自在に保持する保持工程と、
    　前記保持部材に保持された前記積層体の前記支持体を透して前記分離層に向けレーザ照射部から前記レーザ光を照射するレーザ照射工程と、を含み、
    　前記レーザ照射工程では、前記レーザ照射部から前記レーザ光としてパルス発振されるガウシャンビームを照射し、隣り合う前記ガウシャンビームの中心同士の間隔が、前記ガウシャンビームのビームプロファイルにおけるビーム径と照射強度の関係を正規分布とみなしたときに標準偏差の３倍未満に設定することを特徴とするワーク分離方法。
  4. 　前記レーザ照射工程の後工程として、レーザ照射工程後の前記積層体から前記支持体を分離する分離工程と、前記積層体から分離した前記ワークに残留している前記分離層の残渣を洗浄液で除去する洗浄工程を含むことを特徴とする請求項３記載のワーク分離方法。
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