(57)【要約】【課題】本発明は、本発明は、モールドの残留厚さをモニタしながらレーザ加工を行うことにより、ＩＣにダメージを与えない最小厚さまでモールドをレーザ加工できるレーザ加工装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のレーザ加工装置は、レーザ光の反射率の異なる複数の材料からなる複合材料を加工対象物としてレーザ加工する装置において、加工対象物の加工を行うための加工用レーザ光と加工対象物へ照射されるとともに加工用レーザ光よりも出力の小さな計測用レーザ光とを出射するレーザ光出射手段と、加工対象物で反射された計測用レーザ光の反射光量を測定するための反射光量測定手段と、該反射光量に基づいて制御する制御手段を備えることを特徴としている。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光の反射率の異なる複数の材料からなる複合材料を加工対象物としてレーザ加工する装置において、上記加工対象物の加工を行うための加工用レーザ光と上記加工対象物へ照射されるとともに上記加工用レーザ光よりも出力の小さな計測用レーザ光とを出射するレーザ光出射手段と、上記加工対象物で反射された上記計測用レーザ光の反射光量を測定するための反射光量測定手段と、該反射光量に基づいて制御する制御手段とを備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記加工用レーザ光と前記計測用レーザ光とを出射するレーザ光出射手段を共通のものとし、上記レーザ光出射手段から出射された上記計測用レーザ光の出射光量を測定するための出射光量測定手段を備え、前記出射光量測定手段で測定される前記出射光量に基づいて、前記反射光量測定手段で測定される前記反射光量を補正する光量補正手段を備えることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記反射光量測定手段で測定される前記反射光量の変化に基づいて、前記加工対象物の加工状態を検知する加工状態検知手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記反射光量測定手段は、前記加工対象物で反射された前記計測用レーザ光の反射光の一部が通過する孔部が形成される遮蔽部材と、上記孔部を通過する上記反射光の光量を測定する受光素子とを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記反射光量測定手段は、前記加工用レーザ光が照射される前記加工対象物を撮影可能な撮像素子であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記計測用レーザ光を加工対象物の表面領域に照射し、前記反射光量測定手段で測定される反射光量に基づいて加工が必要とされる位置を検出し、該検出結果に基づいて加工用レーザを照射することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置、特に、ＩＣモールド樹脂およびプリント基板等のレーザ光の反射率の異なる複数の材料からなる複合材料を加工対象物としてレーザ加工するレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、加工対象物（以下「ワーク」ともいう。）に対して加工用レーザ光で除去加工等の微細なレーザ加工を行うレーザ加工装置が利用されている。この種のレーザ加工装置として、加工用レーザ光を出射する加工用レーザ光源に加え、加工用レーザ光の焦点とワークとの位置合せを行うため、加工用レーザ光と波長の異なる計測用レーザ光を出射する計測用レーザ光源を有するレーザ加工装置が知られている（たとえば、特許文献１および２参照）。
【０００３】
特許文献１に記載のレーザ加工装置では、ワークで反射された計測用レーザ光は、ピンホールマスクを介してフォトディテクタに入射する。また、特許文献２に記載のレーザ加工装置では、計測用レーザ光源から出射されワークで反射された計測用レーザ光は、ＣＣＤカメラに入射する。そして、ＣＣＤカメラでの撮影結果やフォトディテクタでの受光量に基づいて、計測用レーザ光の焦点とワークとの位置合せが行われる。なお、特許文献１および２に記載のレーザ加工装置では、加工用レーザ光源からワークまでの光路の一部と、計測用レーザ光源からワークまでの光路の一部とが共通になっている。
【０００４】
また、金属材料のレーザ加工の加工状態判断方法であって、加工用の第１次レーザ光を照射した後に、前記第１次レーザ光よりもエネルギー密度の低い第２次レーザ光を加工部に照射して、前記第２次レーザ光の反射光を計測することにより加工状態を判定するレーザ加工の加工状態判断方法において、前記第２次レーザ光の反射光を第１の所定時間計測して、この後に前記第２次レーザ光の反射光を第２の所定時間計測することにより加工状態を判定するレーザ加工の加工状態判断方法が知られている（たとえば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００２−３２１０８０号公報
【特許文献２】特開２００５−１６１３８７号公報
【特許文献３】特開２００５−１３１６４５号公報
【０００５】
しかしながら、特許文献１および２に記載のレーザ加工装置では、基本的にZ方向の位置情報のみ計測可能であり、モールド厚の計測はできない。
【０００６】
また、特許文献３記載のレーザ加工の加工状態判断方法では、加工対象物の高さ、位置情報の計測ができない。計測に散乱，反射光強度を用いる場合、加工用レーザ出力の時間変化が原因で安定した強度測定ができない。特に出力を弱める場合、このばらつきは大きくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
トランジスタ、ダイオード、抵抗、キャパシタなどの数多くの超小型素子を一つの基板上に一体的に作り込み、相互に電気的に接続または絶縁して作成したＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）の故障解析のためにプラスチックモールドを除去し、開封する必要がある。
開封には薬液、ドライエッチング等が用いられているが、薬液では廃液処理や装置腐食の問題があり、また、ドライエッチングでは加工速度が遅いという問題がある。
もし、レーザ加工によりプラスチックモールドを除去可能であれば、薬液を用いず、高速に開封処理可能である。しかし、レーザ加工は熱加工であるために、モールド除去と同時にＩＣを傷つけてしまう恐れがある。また、ＩＣサンプルが傾いて設置されている場合、あるいは、チップが傾いてモールド内に存在している場合には、ワーク位置、あるいは、チップ位置の計測は必須である。
【０００８】
そこで、本発明は、モールドの残留厚さをモニタしながらレーザ加工を行うことにより、ＩＣにダメージを与えない最小厚さまでモールドをレーザ加工できるレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明のレーザ加工装置は、レーザ光の反射率の異なる複数の材料からなる複合材料を加工対象物としてレーザ加工する装置において、加工対象物の加工を行うための加工用レーザ光と加工対象物へ照射されるとともに加工用レーザ光よりも出力の小さな計測用レーザ光とを出射するレーザ光出射手段と、加工対象物で反射された計測用レーザ光の反射光量を測定するための反射光量測定手段と、該反射光量に基づいて制御する制御手段とを備えることを特徴としている。
【００１０】
本発明のレーザ加工装置では、トランジスタ、ダイオード、抵抗、キャパシタなどのＩＣチップとこれを覆うところのプラスチックモールドとのレーザ光の反射率が異なり、プラスチックモールド厚が小さくなるとＩＣチップが現れ、プラスチックモールド表面に照射したレーザの反射率が変化するため、加工対象物で反射された計測用レーザ光の反射光量を測定していれば、モールドの厚さを測定することができる。
したがって、ＩＣチップを損傷させることなく、プラスチックモールドを高速に開封処理可能である。また、ＩＣサンプルが傾いて設置されている場合、あるいは、チップが傾いてモールド内に存在している場合でも、ＩＣチップを損傷させることがない。
さらに、前記モールドの最小厚さで薬液、ドライエッチングを用いる必要がある場合においても、従来工法に比べ飛躍的な薬液使用料の減少、加工時間の短縮が可能である。
【００１１】
また、上記目的を達成するため、本発明のレーザ加工装置は、加工用レーザ光と計測用レーザ光とを出射するレーザ光出射手段を共通のものとし、レーザ光出射手段から出射された計測用レーザ光の出射光量を測定するための出射光量測定手段を備え、出射光量測定手段で測定される出射光量に基づいて、反射光量測定手段で測定される反射光量を補正する光量補正手段を備えることを特徴としている。
【００１２】
本発明のレーザ加工装置では、加工用レーザ光と計測用レーザ光とが共通のレーザ光出射手段から出射されているため、加工用レーザ光の焦点と計測用レーザ光の焦点とを一致させることが可能になる。また、本発明のレーザ加工装置は、計測用レーザ光の出射光量を測定するための出射光量測定手段を備えているため、計測用レーザ光の出力が変動し、出射光量が変動する場合であっても、変動後の出射光量を測定できる。したがって、共通のレーザ光出射手段から出力の小さな計測用レーザ光が出射されるために、計測用レーザ光の出射光量が変動する場合であっても、出射光量の変動を考慮して反射光量を補正できる。その結果、加工用レーザ光の焦点と一致させることが可能な計測用レーザ光の焦点の光軸方向の位置を高精度で検出でき、検出された計測用レーザ光の焦点に基づいて、加工用レーザ光の焦点と加工対象物との位置合せを高精度で行うことが可能になる。
【００１３】
本発明において、レーザ加工装置は、反射光量測定手段で測定される反射光量の変化に基づいて、加工対象物の加工状態を検知する加工状態検知手段を備えることが好ましい。このように構成すると、加工対象物の加工状態を検知する加工状態検知手段で検知された加工状態に基づいて、加工用レーザ光の加工対象物への照射を的確に制御することができる。
【００１４】
本発明において、レーザ加工装置は、反射光量測定手段は、加工対象物で反射された計測用レーザ光の反射光の一部が通過する孔部が形成される遮蔽部材と、孔部を通過する反射光の光量を測定する受光素子とを備えることが好ましい。
このように構成すると、孔部を微小孔にするとともに、反射光が結像する位置（合焦位置）に孔部が位置するように遮蔽部材を配置することで、出力が安定しにくい焦点外の余分な反射光を除去することが可能になる。その結果、受光素子によって、反射光量をより精度良く測定できる。
【００１５】
本発明において、レーザ加工装置は、反射光量測定手段は、加工用レーザ光が照射される加工対象物を撮影可能な撮像素子であることが好ましい。このように構成すると、加工対象物に照射される加工用レーザ光の光軸に直交する方向での加工対象物の位置検出が可能になる。
【００１６】
また、上記目的を達成するため、本発明のレーザ加工装置は、計測用レーザ光を加工対象物の表面領域に照射し、反射光量測定手段で測定される反射光量に基づいて加工が必要とされる位置を検出し、該検出結果に基づいて加工用レーザを照射することを特徴としている。
このように構成すると、開封処理が必要であると判断された個所にのみ、加工用レーザを照射することができ、迅速・的確にプラスチックモールドの開封処理を行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）ＩＣチップを損傷させることなく、プラスチックモールドを高速に開封処理可能である。また、ＩＣサンプルが傾いて設置されている場合、あるいは、チップが傾いてモールド内に存在している場合でも、ＩＣチップを損傷させることがない。
さらに、前記モールドの最小厚さで薬液、ドライエッチングを用いる必要がある場合においても、従来工法に比べ飛躍的な薬液使用料の減少、加工時間の短縮が可能である。
【００１８】
（２）加工用レーザ光と計測用レーザ光とを出射するレーザ光出射手段を共通のものとし、計測用レーザ光の出射光量を測定するための出射光量測定手段を備え、出射光量測定手段で測定される出射光量に基づいて、反射光量測定手段で測定される反射光量を補正する光量補正手段を備えることにより、加工用レーザ光の焦点と計測用レーザ光の焦点とを一致させることが可能になり、また、計測用レーザ光の出射光量が変動する場合であっても、出射光量の変動を考慮して反射光量を補正できる。その結果、加工用レーザ光の焦点と一致させることが可能な計測用レーザ光の焦点の光軸方向の位置を高精度で検出でき、検出された計測用レーザ光の焦点に基づいて、加工用レーザ光の焦点と加工対象物との位置合せを高精度で行うことが可能になる。  
（３）反射光量測定手段で測定される反射光量に基づいて、加工対象物の加工量（または加工状態）を検知する加工量検知手段（または加工状態検知手段）を備えることにより、加工用レーザ光の加工対象物への照射を的確に行うことができる。
（４）加工対象物で反射された計測用レーザ光の反射光の一部が通過する孔部が形成される遮蔽部材と、孔部を通過する反射光の光量を測定する受光素子とを備えることにより、出力が安定しにくい焦点外の余分な反射光を除去することが可能になる。その結果、受光素子によって、反射光量をより精度良く測定できる。
（５）反射光量測定手段を、加工用レーザ光が照射される加工対象物を撮影可能な撮像素子とすることにより、加工対象物に照射される加工用レーザ光の光軸に直交する方向での加工対象物の位置検出が可能になる。
【００１９】
（６）計測用レーザ光を加工対象物の表面領域に照射し、反射光量測定手段で測定される反射光量に基づいて加工が必要とされる位置を検出し、該検出結果に基づいて加工用レーザを照射することにより、開封処理が必要であると判断された個所にのみ、加工用レーザを照射することができ、迅速・的確にプラスチックモールドの開封処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
（レーザ加工装置の概略構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかるレーザ加工装置１の概略構成を模式的に示す図である。図２は、図１に示すワーク２がＸ方向で計測用レーザ光の焦点Ｆから外れた位置にあるときの状態を示す図である。
【００２２】
本形態のレーザ加工装置１は、所定の加工対象物（以下「ワーク」ということがある。）２に対して除去加工や接合加工等の微細なレーザ加工を行うレーザ微細加工装置である。特に、本形態のレーザ加工装置１は、卓上への設置が可能な軽量かつ小型の加工装置である。このレーザ加工装置１は、図１に示すように、ワーク２の加工を行うための加工用レーザ光および加工用レーザ光の焦点とワーク２との位置合せ等を行うための計測用レーザ光を出射するレーザ光出射手段としてのレーザ光源３と、レーザ光源３から出射された計測用レーザ光の出射光量を測定するための出射光量測定手段としての第１受光素子４と、ワーク２で反射された計測用レーザ光の反射光量を測定するための反射光量測定手段としての第２受光素子５および遮蔽部材６と、計測用レーザ光の反射光を用いてワーク２を撮影可能な撮像素子７と、レーザ光源３から出射された加工用レーザ光や計測用レーザ光の光路を形成するための光学系８とを備えている。
なお、加工用レーザ光および計測用レーザ光の光源を、それぞれ別個の専用光源とし、これらの光源を同軸に配置してもよい。その場合には、計測用レーザ光の出射光量を測定するための出射光量測定手段としての第１受光素子４を省略することができる。
また、レーザ加工装置１は、加工用レーザ光および計測用レーザ光の光軸方向で、レーザ光源３に対して、ワーク２よりも離れた位置に配置され、計測用レーザ光を反射する反射板９と、ワーク２を移動可能に保持する移動機構１０と、レーザ加工装置１の各種の制御を行う制御部１１とを備えている。
【００２３】
なお、以下では、加工用レーザ光および計測用レーザ光をまとめて表す場合には「レーザ光」と表記する。また、以下では、図１の左右方向をＸ方向、紙面垂直方向をＹ方向、上下方向（すなわち、ワーク２に照射されるレーザ光の光軸方向）をＺ方向と表記する。
また、本形態では、ワーク２に照射されるレーザ光の光軸方向を加工表面に対して垂直にしているが、角度をつけ斜めに照射しても実施可能である。
【００２４】
光学系８は、凹レンズ１４および凸レンズ１５を有するビームエキスパンダー１６と、凹レンズ１４と凸レンズ１５との間に配置された第１ビームサンプラー１７と、撮像素子７と第１ビームサンプラー１７との間に配置された第２ビームサンプラー１８と、ワーク２の配置位置とビームエキスパンダー１６との間に配置された対物レンズ１９とを備えている。
【００２５】
ビームエキスパンダー１６では、凹レンズ１４がレーザ光源３側に配置され、凸レンズ１５が対物レンズ１９側に配置されている。このビームエキスパンダー１６は、レーザ光源３から出射されるレーザ光の径を拡大する。第１ビームサンプラー１７は、レーザ光源３から出射され、凹レンズ１４を透過したレーザ光の大半を凸レンズ１５に向かって透過させるとともに、その一部を第１受光素子４に向かって反射する。また、第１ビームサンプラー１７は、ワーク２や反射板９で反射された計測用レーザ光の一部を撮像素子７に向かって反射する。第２ビームサンプラー１８は、第１ビームサンプラー１７で反射され撮像素子７へ向かう計測用レーザ光の一部を第２受光素子５に向かって反射する。対物レンズ１９は、凸レンズ１５を透過したレーザ光をワーク２に集光する。
【００２６】
レーザ光源３は、たとえばファイバーレーザであり、上述のように、加工用レーザ光と計測用レーザ光とを出力する。計測用レーザ光の出力は、加工用レーザ光の出力よりも非常に小さくなっている。たとえば、計測用レーザ光の出力は、加工用レーザ光の出力の２０分の１程度である。また、本形態のレーザ光源３は、ワーク２の適切な加工を行うため、出力の安定した加工用レーザ光を出射する。  その一方で、レーザ光源３の特性上、加工用レーザ光よりも出力の非常に小さな計測用レーザ光のレーザ光源３からの出力は安定しない。すなわち、レーザ光源３から出射される計測用レーザ光の出力は、経時的に変動する。また、本形態では、加工用レーザ光の波長と計測用レーザ光の波長とがほぼ等しくなっており、加工用レーザ光の焦点位置と計測用レーザ光の焦点位置とはほぼ一致する。
なお、加工用レーザ光および計測用レーザ光の光源を、それぞれ別個の専用光源とした場合は、計測用レーザ光の出力は安定したものとなる。
【００２７】
第１受光素子４および第２受光素子５は、フォトダイオードやフォトトランジスタ等の素子で構成されている。第１受光素子４は、その受光量を電気量に変換することで、レーザ光源３から出射された計測用レーザ光の出射光量を測定する。  また、第２受光素子５は、その受光量を電気量に変換することで、ワーク２で反射された計測用レーザ光の反射光量を測定する。
【００２８】
遮蔽部材６には、第２ビームサンプラー１８で反射された計測用レーザ光が通過する孔部としての微小孔（ピンホール）６ａが形成されている。本形態では、ワーク２（具体的には、たとえば、図１のおけるワーク２の上面２ａ）が計測用レーザ光の焦点Ｆの位置にあるときに、ワーク２の反射光が結像する位置（合焦位置）が微小孔６ａの形成位置となるように、遮蔽部材６が配置されている。すなわち、本形態の第２受光素子５は、出力が安定しにくい焦点外の余分な反射光を除去する共焦点効果を利用して、ワーク２で反射された計測用レーザ光の反射光量を測定する。
【００２９】
撮像素子７は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサである。この撮像素子７は、ワーク２が計測用レーザ光の焦点Ｆの位置にあるときに、ワーク２の反射光が結像する位置が撮像素子７の受光面となるように配置されている。
【００３０】
反射板９は、図２に示すように、ワーク２が、Ｚ方向に直交する方向で計測用レーザ光の焦点Ｆから外れた位置にあるときに、計測用レーザ光を反射する。この反射板９は、後述のように、ワーク２のＸ、Ｙ方向（Ｚ方向に直交する方向）の端部を検出するために用いられる。本形態の反射板９は、セラミック部材や金属部材で形成されている。また、反射板９の反射面（図１の上面）９ａは、入射された計測用レーザ光を乱反射させる乱反射面（粗面）となっている。すなわち、反射面９ａには、粗面加工が施されている。なお、反射面９ａは、鏡面であっても良い。
【００３１】
移動機構１０は、ワーク２を保持する保持部２１と、保持部２１を駆動する駆動部２２とを備えている。駆動部２２は、保持部２１をＸ、Ｙ、Ｚ方向の３軸方向へ駆動する。
【００３２】
制御部１１には、レーザ光源３と第１受光素子４と第２受光素子５と撮像素子７と移動機構１０とが接続されている。制御部１１は、上述のように、レーザ加工装置１の各種の制御を行う。たとえば、制御部１１は、レーザ光源３に対して、レーザ光の出射指令、または、停止指令を出力する。また、制御部１１は、後述のように、第１受光素子４で測定された出射光量と第２受光素子５で測定された反射光量とに基づいて（専用の計測用レーザ光源を設けている場合は第２受光素子５で測定された反射光量に基づいて）、計測用レーザ光の焦点ＦのＺ方向位置を特定し、移動機構１０を駆動させて焦点Ｆの位置までワーク２を移動する。また、制御部１１は、上記反射光量の変化に基づいて加工対象物の加工状態を検知しする加工状態検知手段を備え、加工状態に応じてレーザ光の停止指令等の制御を行う。
【００３３】
（計測用レーザ光の焦点のＺ方向位置の検出原理）
図３は、図１に示すワーク２のＺ方向の位置と、第２受光素子５で測定される反射光量との関係を示すグラフである。
【００３４】
本形態では、第１受光素子４で測定された計測用レーザ光の出射光量と、第２受光素子５で測定された計測用レーザ光の反射光量とに基づいて、計測用レーザ光の焦点ＦのＺ方向位置が検出される。以下、本形態の計測用レーザ光の焦点のＺ方向位置の検出原理を説明する。
【００３５】
レーザ光源３から出射される計測用レーザ光の出力が一定である場合には、第２受光素子５で測定される計測用レーザ光の反射光量と、ワーク２のＺ方向位置との関係は、図３の実線で示すグラフＧのように略正規分布状になる。すなわち、Ｚ方向で、ワーク２が計測用レーザ光の焦点Ｆの位置にあるときには、第２受光素子５で測定される反射光量は極大値Ｌとなり、ワーク２が焦点Ｆから対物レンズ１９側または反射板９側に向かって離れるにしたがって、第２受光素子５で測定される反射光量は小さくなる。
【００３６】
したがって、計測用レーザ光の出力が一定である場合には、移動機構１０でＺ方向にワーク２を移動させながら、第２受光素子５で計測用レーザ光の反射光量を測定して、極大点Ｍを特定し、極大点Ｍに対応するワーク２のＺ方向位置を測定することで、計測用レーザ光の焦点ＦのＺ方向位置が検出される。
【００３７】
しかしながら、上述のように、本形態のレーザ光源３から出射される計測用レーザ光の出力は安定せず、経時的に変動する。そのため、第２受光素子５で測定される反射光量とワーク２のＺ方向位置との関係は略正規分布状にはならず、たとえば、図３の二点鎖線で示すグラフＧ１０のように変動する。したがって、第２受光素子５で測定される反射光量をそのまま用いて、計測用レーザ光の焦点ＦのＺ方向位置を検出すると、計測用レーザ光の焦点ＦのＺ方向位置の検出精度が低下する。
【００３８】
そこで、本形態では、第１受光素子４で測定された計測用レーザ光の出射光量に基づいて、第２受光素子５で測定された反射光量を補正した補正光量が算出される。すなわち、第１受光素子４によって、計測用レーザ光の現状の出力を把握し、第２受光素子５で測定された反射光量から出力の変動分をキャンセルした補正光量が算出される。そして、この補正光量に基づいて計測用レーザ光の焦点ＦのＺ方向位置が検出される。
【００３９】
具体的には、第１受光素子４で測定される出射光量と計測用レーザ光の出力との関係（第１受光素子４の特性）、および、第２受光素子５で測定される反射光量と計測用レーザ光の出力との関係（第２受光素子５の特性）を予め求め、これらの関係から計測用レーザ光の出力の変動分をキャンセルした補正光量が算出される。たとえば、第１受光素子４の特性と第２受光素子５の特性とが同じであれば、補正光量は下記のように算出される。
（補正光量）＝（第２受光素子５での反射光量）／（第１受光素子４での出射光量）
そして、ワーク２のＺ方向位置との関係で、この補正光量が極大となる点を特定し、この極大点に対応するワーク２のＺ方向位置を測定することで、計測用レーザ光の焦点ＦのＺ方向位置が検出される。
【００４０】
本形態では、補正光量の算出は制御部１１で行われる。すなわち、制御部１１は、第１受光素子４で測定される出射光量に基づいて、第２受光素子５で測定される反射光量を補正して、補正光量を算出する光量補正手段となっている。また、計測用レーザ光の焦点Ｆの位置の検出も制御部１１で行われている。
なお、加工用レーザ光および計測用レーザ光の光源を、それぞれ別個の専用光源とした場合は、計測用レーザ光の出力は安定したものとなるので、計測用レーザ光の出射光量に基づいて、第２受光素子５で測定された反射光量を補正する必要はない。
【００４１】
（ワークのＸ、Ｙ方向端部の検出原理）
図４は、図１に示す反射板９で計測用レーザ光が反射されたときに撮像素子７で撮影される映像の一例を示す図である。
【００４２】
本形態では、反射板９で反射された計測用レーザ光を用いて、ワーク２のＸ、Ｙ方向の端部が検出される。以下、直方体状のワーク２のＸ方向端部２ｂ（図２参照）が検出される場合を例に、本形態のワーク２のＸ、Ｙ方向端部の検出原理を説明する。
【００４３】
ワーク２のＸ方向端部２ｂの検出前に、まず、上述の方法で計測用レーザ光の焦点ＦのＺ方向位置が検出され、ワーク２と焦点Ｆとの位置合せが行われる。すなわち、図１に示すように、Ｚ方向で、ワーク２の上面２ａと焦点Ｆとの位置合せが行われる。この状態で、撮像素子７によって撮影された映像上に、焦点Ｆに対応する焦点対応点Ｆ１が設定される（図４参照）。その後、図２に示すように、移動機構１０によってワーク２がＸ方向へ移動され、Ｘ方向で焦点Ｆから外れた位置に配置される。
【００４４】
ワーク２がＸ方向で焦点Ｆから外れると、撮像素子７によってたとえば、図４に示す映像が撮影される。すなわち、反射板９で乱反射された計測用レーザ光の一部がワーク２によって遮られるため、撮像素子７によって撮影された映像上の、ワーク２に対応するワーク対応エリア２１が暗くなり、その他のエリアは明るくなる。また、Ｚ方向で、ワーク２の上面２ａと焦点Ｆとの位置合せが行われているため、ワーク２のＸ方向端部２ｂに対応する端部対応線２１１は、撮像素子７によって撮影された映像上で明確に特定される。すなわち、ワーク２のＸ方向端部２ｂが検出される。
【００４５】
端部対応線２１１が明確に特定されると、端部対応線２１１と焦点対応点Ｆ１とのＸ方向の距離Ｘ１が算出される。すなわち、Ｘ方向端部２ｂと焦点Ｆとの距離が算出される。また、Ｘ方向端部２ｂとワーク２の加工部位と距離は予め、設計上でわかっているため、焦点Ｆとワーク２の加工部位までのＸ方向の距離が算出される。同様に、ワーク２のＹ方向の端部も検出され、焦点Ｆとワーク２の加工部位までのＹ方向の距離が算出される。また、焦点Ｆとワーク２の加工部位までの距離の算出は、制御部１１で行われている。なお、反射板９の反射面９ａが鏡面である場合には、端部対応線２１１が撮像素子７によって撮影された映像上に現れるように、反射面９ａの傾きを調整する必要がある。
【００４６】
（ワークの高さ計測）
図５は、図１に示すレーザ加工装置１でのワーク２の高さ計測の手順を示すフローチャートである。以上のように構成されたレーザ加工装置１では、以下のように、ワーク２の高さ計測を行う。
【００４７】
まず、移動機構１０によって、ワーク２をＸ、Ｙ方向へ移動させて、レーザ光源３から出射されるレーザ光が照射される位置にワーク２を配置する（ステップＳ１）。その後、レーザ光源３から計測用レーザ光を出射し（ステップＳ２）、第１受光素子４で出射光量を測定するとともに、第２受光素子５で反射光量を測定する（ステップＳ３）。
【００４８】
その後、第１受光素子４で測定された出射光量と第２受光素子５で測定された反射光量とから、補正光量を算出して記憶する（ステップＳ４）。その後、ワーク２をＺ方向の所定範囲に配置して、各配置位置で出射光量および反射光量を測定したか否かを判断する（ステップＳ５）。具体的には、ステップＳ５では、Ｚ方向で計測用レーザ光の焦点Ｆの位置を含む所定範囲にワーク２を配置して、各配置位置で出射光量および反射光量を測定したか否かを判断する。所定範囲で測定が行われていない場合には、ステップＳ３へ戻る。
【００４９】
一方、所定範囲で出射光量および反射光量を測定している場合には、ステップＳ４で算出、記憶された補正光量から計測用レーザ光の焦点ＦのＺ方向位置を検出する（ステップＳ７）。具体的には、ワーク２の各位置に対応する補正光量から近似曲線を作成し、ワーク２のＺ方向位置との関係で補正光量が極大となる点を特定して、焦点ＦのＺ方向位置を検出する。このときの計測用レーザ光の焦点ＦのＺ方向位置がそのＹ、Ｙ方向におけるワーク２の高さを表している。
【００５０】
その後、移動機構１０でワーク２をＸ、Ｙ方向へ移動させ、各Ｘ、Ｙ方向におけるワーク２の高さを計測する（ステップ８）。Ｘ、Ｙ方向のある領域についてワーク２の高さを検出したら、加工が必要と判断された位置にフラグを立て、加工位置を特定する（ステップＳ９）。ワーク２の加工位置の特定後には、特定された加工位置にレーザ光源３から加工用レーザ光を出射してワーク２のレーザ加工を行う。また、加工用レーザ光に計測用レーザ光を混入し、規定の反射・散乱光量まで操作を繰り返してもよい。
【００５１】
なお、本形態では、ステップＳ２は、レーザ光源３から計測用レーザ光を出射する計測用レーザ光出射ステップであり、ステップＳ３は、出射された計測用レーザ光の特性の１つである出射光量を測定する出射光特性測定ステップおよびワーク２で反射された計測用レーザ光の特性の１つである反射光量を測定する反射光特性測定ステップであり、ステップＳ４は、ステップＳ３での測定結果に基づいて第２受光素子５で測定された反射光量を補正する反射光特性補正ステップであり、ステップＳ７は、ステップＳ４で補正された補正光量に基づいて、計測用レーザ光の焦点Ｆの位置を検出する焦点検出ステップである。
【００５２】
上記したワーク高さの計測には、ワーク２のＸＹＺ位置計測工程が含まれているが、加工対象であるワークの加工に厳密な精度が要求されない場合、例えば、事前にワークの形状・構造が既知で、あらかじめ設定した加工位置および加工量を加工すればよいような場合には、ＸＹＺ位置計測工程（上記のＳ３〜Ｓ７）を省略して以下の要領でワークの焦点位置を決定することができる。
（１）図５におけるＳ２の後、ワークの形状・寸法から算出して加工が可能な位置にワークを設置する。
（２）加工の進行に伴う加工深さ変化に起因する照射レーザスポット変化が残留加工厚の測定に致命的な影響を及ぼさない光学系（焦点距離の長い集光レンズ等を配置）を用いる。
（３）ワークの形状・寸法から事前にワークの加工位置および加工量を決定し、加工の進行に伴い残留加工厚の測定に致命的な影響を与えない範囲で適宜Ｚ方向にワークを移動させる。
【００５３】
（加工対象であるワークの概要）
図６は、加工対象物であるワークとして、例えば、ＩＣを示したもので、（Ａ）は、レーザ加工前のワークの断面の状態を、（Ｂ）は、レーザ加工途中のワークの断面状態を、（Ｃ）は、レーザ加工によりプラスチックモールドが開封されたワークの断面状態を示している。
図６（Ａ）に示すように、ＩＣ３０は、概略、トランジスタ、ダイオード、抵抗、キャパシタなどのＩＣチップ３１、ＩＣチップを相互に電気的に接続する配線部材３２、および、ＩＣチップ３１を覆うプラスチックモールド３３から構成されている。
ＹＡＧレーザ(波長１０６４ｎｍ）、ＣＯ２レーザ(波長１０．６４μｍ)はＩＣのモールド材料、基板用樹脂材料に吸収されるため型番マーキング等に多く利用されている。
一方、配線材料である銅、アルミの反射率を図７に示すと、ＹＡＧレーザでは銅、アルミ共に８０％以上、ＣＯ２レーザでは９５％以上と非常に高い反射率である。また、シリコン等からなるＩＣチップ３１もモールド材料にくらべてこれらのレーザ光をよく反射する。
なお、本発明の加工対象であるワークとしては、図６に示した多層複合材料に限らず、例えば、セラミックなどバルク材を混入した複合材料にも適用可能である。
【００５４】
（レーザ加工）
今、図６（Ａ）に示すＩＣ３０について、故障解析のため、ＩＣチップ３１の上方から開封するにあたり、ＩＣ３０の上面３４からレーザ加工を施すと、図６（Ｂ）および図６（Ｃ）に示すように、プラスチックモールド３３が漸次除去されてＩＣチップ３１が露出、あるいは、それに近い状態までプラスチックモールド３３の被覆が薄くなる。
図８に示すように、プラスチックモールド３３の厚が大きい場合、照射された計測用レーザ光は、プラスチックモールド３３に吸収され、比較的小さい光量の反射・散乱光が生ずる。加工が進行するとプラスチックモールド３３からの反射・散乱光に加えプラスチックモールド３３を透過したレーザがチップ３１表面で反射・散乱される。これにより第２受光素子で受光する計測光量は増加する。プラスチックモールド３３が無くなると反射率が比較的高いチップ３１表面での反射・散乱光のみが計測されるため、計測光量は最大値を取る。この計測光量の変化を制御部１１の加工状態検知手段でモニタすることで加工状態を把握することができる。
プラスチックモールド３３の除去を、図６（Ｃ）のように完全に行う場合は図８のＣで示す反射光量になるまで、また、図６（Ｂ）のように一部のプラスチックモールドを残す場合は図８（Ｂ）で示す反射光量になるまで、レーザ加工を行う。
今、ＸＹ方向の所定位置に置いてレーザ加工を行うと、プラスチックモールド３３は順次除去されＺ方向の高さが小さくなるが、新しい加工面にレーザの焦点が位置するように制御部１１からの指令に基づき移動機構１０がＩＣ３０を順次Ｚ方向に移動する。  プラスチックモールド３３のＺ方向の除去割合が所定値に達すると、制御部１１の指令に基づきレーザ照射は停止される。プラスチックモールド３３の除去面積がレーザ光の照射面積に比べて広くＸＹ方向の他の位置のレーザ加工が必要な場合は、制御部１１からの指令に基づき移動機構１０がＩＣ３０を所定のＸＹ方向およびＺ方向に移動し、続いて、レーザ照射が開始され、同様に加工を行う。    
【００５５】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、ＩＣチップを損傷させることなく、プラスチックモールドを高速に開封処理可能である。また、ＩＣサンプルが傾いて設置されている場合、あるいは、チップが傾いてモールド内に存在している場合でも、ＩＣチップを損傷させることがない。
さらに、前記モールドの最小厚さで薬液、ドライエッチングを用いる必要がある場合においても、従来工法に比べ飛躍的な薬液使用料の減少、加工時間の短縮が可能である。
【００５６】
また、本形態では、ワーク２に対して除去加工が行われる場合に、レーザ加工の途中で、除去加工部位の加工量を測定できる。すなわち、まず、加工前の除去加工部位が焦点Ｆと一致するときのワーク２のＺ方向位置を特定し、記憶する。また、除去加工途中のワーク２に対して、ステップＳ２からステップＳ７までの処理を行い、加工中の除去加工部位が焦点Ｆと一致するときのワーク２のＺ方向位置を特定する。そして、それぞれ特定されたＺ方向位置の差から、除去加工部位の加工量を算出する。このように、本形態では、加工用レーザ光が出射されるレーザ光源３から計測用レーザ光が出射されるため、加工途中のワーク２をＸ、Ｙ方向へずらすことなく、除去加工部位の加工量を測定できる。
【００５７】
さらに、本形態では、波長がほぼ等しい加工用レーザ光と計測用レーザ光とが共通のレーザ光源３から出射されている。そのため、加工用レーザ光の焦点と計測用レーザ光の焦点とがほぼ一致する。また、本形態では、第１受光素子４によって、レーザ光源３から出射された計測用レーザ光の出射光量を測定できる。そのため、計測用レーザ光の出力が変動し、出射光量が変動する場合であっても、変動後の出射光量を測定できる。したがって、共通のレーザ光源３から出力の安定しない計測用レーザ光が出射され、計測用レーザ光の出射光量が変動する場合であっても、出射光量の変動を考慮して反射光量を補正した補正光量を算出できる。その結果、補正光量に基づいて、計測用レーザ光の焦点のＺ方向位置を高精度で検出できる。したがって、検出された計測用レーザ光の焦点に基づいて、加工用レーザ光の焦点とワーク２との位置合せを高精度で行うことができる。
なお、加工用レーザ光および計測用レーザ光の光源を、それぞれ別個の専用光源とした場合は、計測用レーザ光の出力は安定したものとなるので、計測用レーザ光の出射光量に基づいて、第２受光素子５で測定された反射光量を補正する必要はない。
【００５８】
本形態では、第２受光素子５は、共焦点効果を利用して、ワーク２で反射された計測用レーザ光の反射光量を測定している。そのため、出力が安定しにくい焦点外の余分な反射光を除去することができ、第２受光素子５によって、反射光量を精度良く測定できる。
【００５９】
（他の実施の形態）
上述した形態では、ワーク２で反射された計測用レーザ光の反射光量は、第２受光素子５で測定されているが、計測用レーザ光の反射光量は、撮像素子７で測定されても良い。
また、計測用レーザ光の反射光量は、第２受光素子５と撮像素子７との両者で測定されても良い。ここで、撮像素子７に入射する反射光は、図９の実線で示すように、反射光の中心部が一番明るく、中心部から離れるにしたがって次第に暗くなる。そして、撮像素子７で撮影される反射光の映像において、所定の閾値ｔ以上の明るさを有する領域が反射光のスポットとして特定され、特定されたスポットの明るさの総和が撮像素子７で測定される計測用レーザ光の反射光量となる。  また、第２受光素子５で反射光量が測定される場合と同様に、移動機構１０でＺ方向にワーク２を移動させながら、撮像素子７で計測用レーザ光の反射光量を測定して、ワーク２のＺ方向位置との関係で、反射光量の極大点を特定することで、計測用レーザ光の焦点ＦのＺ方向位置の検出が可能である。
【００６０】
この場合にも、計測用レーザ光の出力が経時的に変動すると、ワーク２のＺ方向の位置が一定であっても、撮像素子７で測定される反射光量は変動する。たとえば、図９の二点鎖線で示すように、計測用レーザ光の出力が低下すると、撮像素子７に入射する反射光の明るさも低下して、スポットが小さくなり、その結果、測定される反射光量も低下する。そのため、上述した形態と同様に、第１受光素子４での測定結果から、出射光量の変動を考慮して撮像素子７で測定される反射光量を補正することで、計測用レーザ光の焦点ＦのＺ方向位置を高精度で検出できる。なお、撮像素子７のみで反射光量を測定する場合には、図１０に示すように、第２受光素子５、遮蔽部材６および第２ビームサンプラー１８が不要となるため、レーザ加工装置１の構成を簡素化できる。また、第２受光素子５のみで反射光量を測定する場合には、撮像素子７を省略することも可能である。
【００６１】
上述した形態では、レーザ加工装置１は反射板９を備えているが、図１１に示すように、反射板９を設けずに、移動機構５０にワーク２が載置されても良い。この場合には、ワーク２のＸ、Ｙ方向端部の検出は、以下のように行えば良い。すなわち、まず、図１１に示すように、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向で、ワーク２が計測用レーザ光の焦点Ｆの位置に配置され、レーザ光源３から所定の基準出力で計測用レーザ光が出射されたときの基準反射光量を第２受光素子５または撮像素子７で測定する。そして、ワーク２をＸ方向またはＹ方向へ移動させながら、第２受光素子５または撮像素子７で測定される反射光量が基準反射光量に対してある割合（たとえば、基準反射光量の５０％）になったときにワーク２のＸ方向またはＹ方向の端部が検出されたと判断する。この場合にも、レーザ光源３から出射される計測用レーザ光の出力が経時的に変動すると、ワーク２の位置が一定であっても、第２受光素子５または撮像素子７で測定される反射光量は変動するが、第１受光素子４での測定結果から、出射光量の変動を考慮して反射光量を補正することで、ワーク２のＸ、Ｙ方向の端部を精度良く検出することが可能になる。その結果、Ｘ、Ｙ方向でワーク２の加工部位と、加工用レーザ光の焦点位置とを精度良く位置合せすることが可能になる。
【００６２】
上述した形態では、移動機構１０でＺ方向にワーク２を移動させながら、補正光量を算出して、焦点Ｆの位置を検出するとともにワーク２の位置合せを行っている。この他にもたとえば、レーザ光源３から所定の基準出力で計測用レーザ光を出射した状態でワーク２をＺ方向に移動させ、ワーク２のＺ方向位置と反射光量との関係を予め把握するとともに、この把握された関係に基づいて、第２受光素子５または撮像素子７で測定される反射光量から、ワーク２と焦点Ｆとの位置合せを行っても良い。この場合には、予め把握された関係に基づいて、反射光量からワーク２のＺ方向位置を検出することも可能になる。
【００６３】
上述した形態では、第１受光素子４で計測用レーザ光の出射光量が測定され、第２受光素子５で計測用レーザ光の反射光量が測定されている。また、測定された出射光量に基づいて、計測用レーザ光の出力の変動分をキャンセルした補正光量が算出されている。この他にもたとえば、出射光量に代えて、計測用レーザ光の出力、強度あるいは所定の光学系を介して形成されるスポットの大きさ等の計測用レーザ光の出力の変動を検出できる他の特性を測定し、これらの特性に基づいて、計測用レーザ光の出力の変動分をキャンセルした補正光量が算出されても良い。また、撮像素子７で検出されるスポットの大きさから計測用レーザ光の焦点Ｆの位置を検出するとともに、レーザ光源３から出射される計測用レーザ光の特性に基づいて、撮像素子７で検出されるスポットの大きさを補正しても良い。
【００６４】
なお、加工用レーザ光の出力が非常に大きく、第１ビームサンプラー１７で反射された加工用レーザ光によって、第１受光素子４が破壊されるおそれがある場合、あるいは、ワーク２等で反射された加工用レーザ光によって、第２受光素子５や撮像素子７が破壊されるおそれがある場合には、第１ビームサンプラー１７と第１受光素子４との間や、第１ビームサンプラー１７と第２ビームサンプラー１８との間に、シャッタ、減光用フィルムあるいは、減光を目的としたビームサンプラーを配置することが好ましい。
【００６５】
図１２は、レーザ光のＸ、Ｙ方向のスキャニングにガルバノスキャナ４０を、また、Ｚ方向に移動可能な移動機構５０を複合して用いたレーザ加工装置を示したものである。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態のレーザ加工装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図２】図１に示すワークがＸ方向で計測用レーザ光の焦点から外れた位置にあるときの状態を示す図である。
【図３】図１に示すワークのＺ方向の位置と、第２受光素子で測定される反射光量との関係を示すグラフである。
【図４】図１に示す反射板で計測用レーザ光が反射されたときに撮像素子で撮影される映像の一例を示す図である。
【図５】図１に示すレーザ加工装置でのワークの高さ計測の手順を示すフローチャート。
【図６】加工対象物であるワークとして、ＩＣを示したもので、（Ａ）は、レーザ加工前のワークの断面の状態を、（Ｂ）は、レーザ加工途中のワークの断面状態を、（Ｃ）は、レーザ加工によりプラスチックモールドが開封されたワークの断面状態を示している。
【図７】ＹＡＧレーザ、および、ＣＯ２レーザに対する銅、アルミの反射率を示す図である。
【図８】図６の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のそれぞれの状態における計測用レーザ光の反射光量を示すものである。
【図９】図１に示すワークで反射された反射光の明るさと反射光の中心部からの距離との関係を示す図である。
【図１０】本発明の他の形態にかかるレーザ加工装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図１１】本発明の他の形態にかかる移動機構の概略構成を模式的に示す図である。
【図１２】本発明のさらに他の形態にかかるレーザ加工装置の概略構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  レーザ加工装置
２  ワーク（加工対象物）
３  レーザ光源（レーザ光出射手段）
４  第１受光素子（出射光特性測定手段、出射光量測定手段）
５  第２受光素子（反射光特性測定手段の一部、反射光量測定手段の一部、受光素子）
６  遮蔽部材（反射光特性測定手段の一部、反射光量測定手段の一部）
６ａ  微小孔（孔部）
７  撮像素子（反射光特性測定手段、反射光量測定手段）
８  光学系
９  反射板
１０  移動機構
１１  制御部（制御手段））
１４  凹レンズ
１５  凸レンズ
１６  ビームエキスパンダー
１７  第１ビームサンプラー
１８  第２ビームサンプラー
１９  対物レンズ
２１  保持部
２２  駆動部
３０  ＩＣ
３１  ＩＣチップ
３２   配線部材
３３   プラスチックモールド
３４   ＩＣの上面
４０   ガルバノスキャナ
５０   移動機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008290117.tif 000009
【図８】
2008290117.tif 000010
【図９】
2008290117.tif 000011
【図１０】
2008290117.tif 000012
【図１１】
2008290117.tif 000013
【図１２】
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