JP2017221969A - レーザリフトオフ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】装置の小型化が可能で、メンテナンスの煩雑さを解消することができ、複数の固体レーザを用いること無く、所望の出力パワーの紫外光をワークに照射する。【解決手段】レーザリフトオフ装置1は、単一の固体レーザ20を備えるレーザ光源部2と、レーザ光源部2から出射されるレーザ光を複数のビームに分割するビーム分割光学系3と、ビーム分割光学系3によって分割された各ビームが入射し、ビームの出力パワーを増幅する光増幅部4と、光増幅部4から出射したビームの波長変換を行う非線形波長変換部5と、非線形波長変換部5から出射したビームを線状にビーム成形してワークに照射するビーム成形部6とを備える。【選択図】図1
Description
本発明は、レーザリフトオフ装置に関するものである。
回路基板などの製造方法において、支持基板上の表面に形成された材料層を、支持基板の裏面側からレーザ光を照射することより剥離するレーザリフトオフ技術が知られている。レーザリフトオフは、基板と材料層との界面に材料層のみが吸収する波長の高強度レーザパルスを基板側から照射することで、界面の材料層を分解温度以上に昇温させ、材料層を基板から剥離するものである。
レーザリフトオフ装置は、パルスレーザを発生するレーザ光源と、レーザ光を所定の形状に成形するレーザ光学系、ワークを支持して搬送するワーク搬送機構などを備えている。レーザ光源としては、紫外光を出射する光源として、出力パワーが所望の値に制御されたKrFエキシマレーザが一般に用いられている(下記特許文献1参照)。
従来のレーザリフトオフ装置は、KrFエキシマレーザなどのガスレーザを光源として用いることで高強度の紫外光レーザパルスを出力しているが、装置の大型化とメンテナンスの煩雑さが大きな問題になっている。
これに対して、安価な固体レーザを用い、非線形波長変換によって紫外光を得ることが、各種のレーザ関連技術で行われており、固体レーザを用いて、出力光を非線形波長変換した紫外光を所定の形状に成形してワークに照射するレーザリフトオフ装置が検討されている。しかしながら、このようなレーザリフトオフ装置は、非線形波長変換の変換効率で出力パワーが減少することから、所望の出力パワーを得るためには、固体レーザを複数個配列して同時照射することが必要になり、これを実現するためには、起動時に複数の固体レーザを同期して発振させる難しい制御が必要になる。
本発明は、このような事情に対処するために提案されたものであり、装置の小型化が可能で、メンテナンスの煩雑さを解消することができ、複数の固体レーザを用いること無く、所望の出力パワーの紫外光をワークに照射することができるレーザリフトオフ装置を得ることを課題としている。
このような課題を解決するために、本発明によるレーザリフトオフ装置は、以下の構成を具備するものである。
単一の固体レーザを備えるレーザ光源部と、前記レーザ光源部から出射されるレーザ光を複数のビームに分割するビーム分割光学系と、前記ビーム分割光学系によって分割された各ビームが入射し、前記ビームの出力パワーを増幅する光増幅部と、前記光増幅部から出射したビームの波長変換を行う非線形波長変換部と、前記非線形波長変換部から出射したビームを線状にビーム成形してワークに照射するビーム成形部とを備えることを特徴とするレーザリフトオフ装置。
単一の固体レーザを備えるレーザ光源部と、前記レーザ光源部から出射されるレーザ光を複数のビームに分割するビーム分割光学系と、前記ビーム分割光学系によって分割された各ビームが入射し、前記ビームの出力パワーを増幅する光増幅部と、前記光増幅部から出射したビームの波長変換を行う非線形波長変換部と、前記非線形波長変換部から出射したビームを線状にビーム成形してワークに照射するビーム成形部とを備えることを特徴とするレーザリフトオフ装置。
このような特徴を有するレーザリフトオフ装置は、レーザ光源部は単一の固体レーザを備えるので、複数の固体レーザを同期発振させる煩雑さを解消することができる。また、分割されたビームは、光増幅部で出力パワーの増幅がなされ、その後、非線形波長変換部で波長変換がなされるので、波長変換時の出力パワーの減少を補い所望の出力パワーを有する紫外光を得ることができる。これにより、本発明のレーザリフトオフ装置は、装置の小型化が可能で、メンテナンスの煩雑さを解消することができ、複数の固体レーザを用いること無く、所望の出力パワーの紫外光をワークに照射することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。
図1に示すように、レーザリフトオフ装置1は、レーザ光源部2と、ビーム分割光学系3と、光増幅部4と、非線形波長変換部5と、ビーム成形部6とを備えている。レーザ光源部2は、単一の固体レーザ20を備えている。固体レーザ20としては、YAGレーザ、ファイバレーザなどを用いることができる。YAGレーザの発振波長は、例えば1064nm(赤外光)であり、ファイバレーザの発振波長は、Ybドープ光ファイバを用いる場合、915nm励起光で、1030〜1070nm(赤外光)である。
ビーム分割光学系3は、レーザ光源部2から出射されるレーザ光Lsを複数のビームL1〜L6に分割する。レーザ光Lsの分割には、ミラー3Aとハーフミラー3Bを用いることができる。ここで、レーザ光源部2から出射されるレーザ光Lsが、50Hz、1.0J/pのパルスレーザ光である場合には、図示のように6分割されたビームL1〜L6は、出力パワーが均等に分割され、それぞれ0.17J/p、50Hzのパルスレーザ光になる。図示の例では、6分割しているが、分割数は特に限定されない。
光増幅部4は、ビーム分割光学系3によって分割された各ビームL1〜L6が入射し、ビームL1〜L6の出力パワーをそれぞれ増幅する光増幅器40を備える。例えば、各ビームL1〜L6のパワーが0.17J/pの場合には、光増幅部4によって、それぞれのビームが0.6J/p程度に増幅されることが好ましい。光増幅器40としては、例えば、ファイバレーザ増幅器を用いることができる。
非線形波長変換部5は、光増幅部4から出射したビームの波長変換を行う。この非線形波長変換部5は、赤外光のビームL1〜L6が紫外光に波長変換される非線形波長変換素子50を備える。非線形波長変換素子50としては、第2高調波生成素子、第3高調波生成素子、第4高調波生成素子などが、レーザ光源部2から出射されるレーザ光Lsの波長とワークに照射するレーザ光Ltの波長との関係で、適宜選択される。ここで、非線形波長変換部5を通過するビームは、変換効率に応じて出力パワーが低下することになる。この低下を見込んで、光増幅部4では、ビームL1〜L6の出力パワーを予め増幅しておく。
ビーム成形部6は、非線形波長変換部5から出射したビームを線状にビーム成形してワークWに照射する。具体的には、ミラー6A等の光路変換素子を用いて、所定間隔の並列ビームを形成し、各ビームをビームエキスパンダ6Bで拡径した後、シリンドリカルレンズ6Cで一方向に集光して、線状ビームLtを形成する。
図2は、レーザリフトオフ装置の駆動部の構成例を示している。駆動部7は、制御ユニット7A、同期バルス発生器7B、発振器用電源7C、増幅器用電源7Dを備えている。制御ユニット7Aは、同期パルス発生器7Bから同期パルスを出力させ、出力した同期パルスが発振器用電源7Cと増幅器用電源7Dに入力される。制御ユニット7Aは、同期パルスに応じて、発振器用電源7Cと増幅器用電源7Dを動作制御する。なお、図2に示した例では、レーザ光源部2は、YAGレーザを備えており、非線形波長変換部5は、YAGレーザの発振波長1064nmを、355nmの波長に変換するための第2高調波生成素子51と第3高調波生成素子52を備えている。
図3に示すように、レーザリフトオフ装置1は、ワーク支持枠10に装備され、ワークWに対して線状にビーム成形されたレーザ光Ltを照射する。ワーク支持枠10は、ワークWを支持して一定方向に移動(走査)するワーク移動機構(ワークステージ)11を備えている。ワーク移動機構11は、ワークWを支持するステージ11Aを備え、ワークWが載置されたステージ11Aを一方向(図示X方向)に移動させる。レーザリフトオフ装置1が出射する線状ビームのレーザ光Ltは、図示Y方向に延びる幅を有しており、その幅がワークWのY方向の幅と同等の長さを有している。
レーザ光Ltは、ワークWの裏面から照射される。ワークWは、例えばガラス基板であり、その上に剥離対象となる材料層(薄膜の回路基板など)が積層されている。ステージ11AをX方向に移動させることで、線状ビームのレーザ光LtがワークWの全面に照射される。ここでは、レーザリフトオフ装置1をワーク支持枠10に装備して、ワークWが載置されたステージ11Aを移動させる構成例を示しているが、これに限らず、ワークWを固定して、レーザリフトオフ装置1或いはレーザ光Ltを移動(走査)することで、ワークWの全面にレーザ光Ltを照射するようにしてもよい。
このようなレーザリフトオフ装置1によると、大型でメンテナンスが煩雑なガスレーザを用いないので、装置のコンパクト化とメンテナンスの簡素化が可能になる。単一の固定レーザを用いるので、複数の固体レーザを用いる場合の起動時の同期発振が不要になり、簡易な起動が可能になる。
固体レーザ20の発振波長を波長変換して紫外光をワークに照射するに際して、均等出力パワーに分割した分割ビームを光増幅部4で増幅するので、増幅度合いを均一制御することで、強度ムラの無い線状ビームを得ることができる。また、ビーム成形部6の光学系を適宜選択することで、ワークWの幅に応じて線状ビームの幅を適宜調整することができる。
このような本発明の実施形態によると、装置の小型化が可能で、メンテナンスの煩雑さを解消することができ、複数の固体レーザを用いること無く、所望の出力パワーの紫外光をワークに照射することができるレーザリフトオフ装置1を得ることができる。
図4は、レーザリフトオフ装置1の他の構成例を示している。この例では、レーザ光源部2(固体レーザ20)から出射してビーム分割光学系3によって分割され光増幅部4(複数の光増幅器40)にそれぞれ入射するまでのレーザ光の各光路長を同一距離としている。図4においては、各光路長が、Lin1=Lin2=Lin3=Lin4=Lin5=Lin6となっている。
また、非線形波長変換部5(複数の非線形波長変換素子50)からそれぞれ出射して、ビーム成形部6にて幅Lyの線状ビームに成形されるレーザ光の各光路長を同一距離としている。すなわち、複数のビームエキスパンダ6Bと1つのシリンドリカルレンズ6Cを通過してワークに照射されるレーザ光の光路長が一致している場合には、非線形波長変換部5から出射してビームエキスパンダ6Bに入射するまでのレーザ光の光路長を同一距離にしている。
このように分割されるレーザ光の光路長を同一距離にすることで、レーザリフトオフ装置1の処理品質を向上させることができる。レーザリフトオフ装置1で使用するレーザ光源部2は、波長約355nm、パルス幅約10ns程度の固体レーザが用いられる。単体のレーザ光源部2からレーザ光を分割してワークに照射すると、光速度で勘案して、分割されたレーザ光の各光路に1mの距離差が生じた場合には、約3msの時間差が発生し、パルス幅の30%に相当する時間差が生じることになる。この時間差によりワークのリフトオフ条件に違いが生じる。また、レーザ光源部2から出射されるレーザ光は、一定の拡がり角度を有しているので、レーザ光源部2からの距離が異なると、同じ光学系でビーム成形されるビームの大きさも異なることになり、光増幅部4での光増幅率や被処理面での照射均一度に差異が生じて、リフトオフ条件に違いが生じることになる。前述したように分割されるレーザ光の光路長の同一距離にすることで、このようなリフトオフ条件の違いを無くすことができる。
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。
1:レーザリフトオフ装置,2:レーザ光源部,20:固体レーザ,
3:ビーム分割光学系,3A:ミラー,3B:ハーフミラー,
4:光増幅部,40:光増幅器,
5:非線形波長変換部,50:非線形波長変換素子,6:ビーム成形部,
6A:ミラー,6B:ビームエキスパンダ,6C:シリンドリカルレンズ,
7:駆動部,7A:制御ユニット,7B:同期バルス発生器,
7C:発振器用電源,7D:増幅器用電源,
10:ワーク支持枠,11:ワーク移動機構(ワークステージ),
11A:ステージ
3:ビーム分割光学系,3A:ミラー,3B:ハーフミラー,
4:光増幅部,40:光増幅器,
5:非線形波長変換部,50:非線形波長変換素子,6:ビーム成形部,
6A:ミラー,6B:ビームエキスパンダ,6C:シリンドリカルレンズ,
7:駆動部,7A:制御ユニット,7B:同期バルス発生器,
7C:発振器用電源,7D:増幅器用電源,
10:ワーク支持枠,11:ワーク移動機構(ワークステージ),
11A:ステージ
Claims (4)
- 単一の固体レーザを備えるレーザ光源部と、
前記レーザ光源部から出射されるレーザ光を複数のビームに分割するビーム分割光学系と、
前記ビーム分割光学系によって分割された各ビームが入射し、前記ビームの出力パワーを増幅する光増幅部と、
前記光増幅部から出射したビームの波長変換を行う非線形波長変換部と、
前記非線形波長変換部から出射したビームを線状にビーム成形してワークに照射するビーム成形部とを備えることを特徴とするレーザリフトオフ装置。 - 前記固体レーザは、YAGレーザであり、前記非線形波長変換部は、第2高調波生成素子と第3高調波生成素子を備えることを特徴とする請求項1記載のレーザリフトオフ装置。
- 前記光増幅部は、ファイバレーザ増幅器を備えることを特徴とする請求項1又は2記載のレーザリフトオフ装置。
- 前記レーザ光源部から出射して前記ビーム分割光学系によって分割され前記光増幅部にそれぞれ入射するまでのレーザ光の各光路長を同一距離とし、
前記非線形波長変換部からそれぞれ出射して前記ビーム成形部にてビーム成形されるレーザ光の各光路長を同一距離とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載のレーザリフトオフ装置。
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