JP2017056489A - 光加工装置及び光加工物の生産方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工対象物に対する光照射位置を光走査手段によって移動させる光加工装置において、比較的大きな加工対象物に対しても加工処理しやすくすることを課題とする。【解決手段】光源１１と、前記光源による光を走査する光走査手段２１と、前記光走査手段によって走査された光を加工対象物３５へ向けて集光させる集光手段２２とを有する光加工装置において、前記集光手段は、前記加工対象物に対して移動する移動手段２５に搭載され、前記光源は、前記移動手段に非搭載であることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、光加工装置及び光加工物の生産方法に関するものである。

従来、光源からのレーザ光（加工光）を光走査手段により走査し、走査されたレーザ光をワーク（加工対象物）へ集光させて加工する光加工装置が知られている。

例えば、特許文献１には、光源からのレーザビーム（加工光）をガルバノミラー（光走査手段）により２次元方向へ走査してワークに照射し、ワーク上のＩＴＯ薄膜をパターニング加工したり、金属薄板からなるワーク自体を切削加工したりするレーザ加工装置が開示されている。このレーザ加工装置において、ワークはロール状に巻かれた状態でワーク供給部に保持されており、そのワーク供給部からワークを引き出してワークの被加工部分をレーザ加工装置の加工領域（ワークに対するレーザ光の走査範囲）へ移動させ、その被加工部分を加工処理する。加工処理後、ワークを更に引き出して次の被加工部分をレーザ加工装置の加工領域へ移動させ、当該次の被加工部分を加工処理する。

特許文献１によれば、従来の光加工装置と比較して、ワークに対する光照射位置を光走査手段によって移動させる方が高速移動できるため、生産性を高めることができるとされている。ここでいう従来の光加工装置とは、加工対象物へのレーザ光の光軸を固定した状態で、その光軸（Ｚ軸）に対して直交するＸ軸及びＹ軸のそれぞれの方向へ載置台を移動させることにより、加工対象物に対する光照射位置を移動させて加工処理を行うものである。

ところが、ワークに対する光照射位置を光走査手段によって移動させる光加工装置は、その加工光の走査範囲を広くすることが難しい。そのため、大きな加工対象物に対して加工処理を行うことが困難である。

上述した課題を解決するために、本発明は、光源と、前記光源による光を走査する光走査手段と、前記光走査手段によって走査された光を加工対象物へ向けて集光させる集光手段とを有する光加工装置において、前記集光手段は、前記加工対象物に対して移動する移動手段に搭載され、前記光源は、前記移動手段に非搭載であることを特徴とする。

本発明によれば、加工対象物に対する光照射位置を光走査手段によって移動させる光加工装置において、比較的大きな加工対象物に対しても加工処理しやすいという優れた効果が奏される。

実施形態１におけるレーザパターニング装置の主要部の構成を示す模式図である。 同レーザパターニング装置におけるレーザ発振器の一構成例を示す模式図である。 同レーザパターニング装置における光走査手段の一変形例を示す模式図である。 同レーザパターニング装置におけるワーク搬送部の一構成例を示す模式図である。 同レーザパターニング装置におけるワーク搬送部の他の構成を示す模式図である。 同レーザパターニング装置におけるキャリッジが主走査方向の異なる位置にそれぞれ位置するときのレーザ光の光路を示す説明図である。 ガルバノスキャナがキャリッジに非搭載である変形例において、キャリッジが主走査方向の異なる位置にそれぞれ位置するときのレーザ光の光路を示す説明図である。 実施形態１のレーザパターニング装置によるパターニング加工処理の一例を示すフローチャートである。 ワーク上の被加工領域を１２個のピースに分割して順次加工処理を行う場合の加工順序を示す説明図である。 ピース（被加工部分）間で連続すべき配線パターンの一例を示す説明図である。 実施形態２のレーザパターニング装置によるパターニング加工処理の一例を示すフローチャートである。 レーザパターニング装置における他の構成例を示す模式図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明に係る光加工装置をレーザパターニング装置に適用した一実施形態（以下、本実施形態を「実施形態１」という。）について説明する。
本実施形態１のレーザパターニング装置における加工対象物は、基材上にＩＴＯ薄膜が形成されたワークであり、このワーク上のＩＴＯ薄膜にレーザ光（加工光）を照射して部分的にＩＴＯ薄膜を除去することにより、ＩＴＯ薄膜をパターニング加工するものである。ただし、本発明に係る光加工装置は、本実施形態１に係るレーザパターニング装置に限定されるものではなく、他のパターニング加工を行う装置、切削加工などの他の加工処理を行う装置、非レーザ光を加工光として用いて加工する装置などにも、適用可能である。

図１は、本実施形態１におけるレーザパターニング装置の主要部の構成を示す模式図である。
本実施形態１のレーザパターニング装置は、レーザ出力部１と、レーザ走査部２と、ワーク搬送部３と、制御部４とを備えている。
レーザ出力部１は、光源としてのレーザ発振器１１と、レーザ発振器１１から出力される加工光としてのレーザ光Ｌのビーム径を拡大するビームエキスパンダ１２とを有する。
レーザ走査部２は、レーザ光Ｌを反射するＸ軸方向走査用とＹ軸方向走査用の２つのガルバノミラー２１ａをステッピングモータ２１ｂで回動させてＸ軸方向及びＹ軸方向にレーザ光Ｌを走査させる光走査手段としてのガルバノスキャナ２１と、ガルバノスキャナ２１で走査されたレーザ光Ｌをワーク３５の表面（被加工面）又は基材とＩＴＯ膜との界面等のワーク内部（ワーク表面から所定深さだけオフセットした箇所）に集光させる集光手段としてのｆθレンズ２２とを有する。
ワーク搬送部３は、ワーク３５を副走査方向（Ｙ軸方向）に移動させる搬送ローラ対３２を備え、搬送ローラ対３２で挟持したワーク３５を副走査方向（Ｙ軸方向）へ搬送する。

レーザ出力部１のレーザ発振器１１は、レーザドライバ部１０によって制御される。具体的には、レーザドライバ部１０は、レーザ走査部２のガルバノスキャナ２１の走査動作に連動してレーザ発振器１１の発光を制御する。レーザ発振器１１には、例えば、基材への熱影響によるダメージが少ない１００［ｎｓ］以下のパルス発振によるパルスファイバレーザを用いることができるが、他の光源を用いてもよい。

図２は、本実施形態１のレーザ発振器１１の一構成例を示す模式図である。
本実施形態１のレーザ発振器１１は、ＭＯＰＡ（Ｍａｓｔｅｒ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）と呼ばれるパルスファイバレーザである。このレーザ発振器１１は、シードＬＤ７４をパルスジェネレータ７３でパルス発振させてシード光を生成し、光ファイバアンプで複数段階に増幅するパルスエンジン部７０と、パルスエンジン部７０から出力されるレーザ光Ｌを導光する出力ファイバ７１と、平行光束化手段としてのコリメート光学系８３により略平行光束としてレーザ光Ｌを出射する出力ヘッド部７２とから構成されている。本実施形態１では、出力ヘッド部７２のみがレーザ出力部１に設けられる。

パルスエンジン部７０は、光ファイバ７８、励起ＬＤ７６及びカプラ７７を有するプリアンプ部と、光ファイバ８２、励起ＬＤ８０及びカプラ８１を有するメインアンプ部とから構成される。光ファイバには、コアに希土類元素をドープしたダブルクラッド構造のものが用いられ、励起ＬＤ７６からの励起光の吸収によりファイバの出力端、入射端に設置されるミラー間で反射を繰り返しレーザ発振に至る。図２中符号７５は、逆方向の光を遮断するアイソレータであり、図２中符号７９は、ＡＳＥ光を除去するバンドパスフィルタである。

本実施形態１では、シードＬＤ７４の波長を近赤外の１０６４［ｎｍ］としているが、第２高調波である５３２［ｎｍ］、第３高調波である３５５［ｎｍ］をはじめとして、ワーク材質に応じて好適な波長を選択できる。なお、レーザ発振器１１には、イットリウム・バナデート結晶からなるレーザ媒質に励起光を照射することでレーザ発振を生じさせるＹＶＯ_４レーザ等の固体レーザを用いてもよい。

レーザ走査部２のガルバノスキャナ２１は、Ｘ軸方向走査用とＹ軸方向走査用の各ガルバノミラー２１ａをそれぞれ回動させる各ステッピングモータ２１ｂがガルバノスキャナ制御部２０によって制御される。ガルバノスキャナ制御部２０は、加工パターンを構成する線分要素データ（線分始点座標と線分終点座標）に応じて、ガルバノミラー２１ａの反射面に対する傾斜角度（反射面に入射してくるレーザ光の光軸に対する反射面の傾斜角度）がＸ軸方向に対応する方向あるいはＹ軸方向に対応する方向へ変化するように、各ステッピングモータ２１ｂを制御する。これにより、線分要素の始点及び終点のＸ−Ｙ座標に対応して、各ガルバノミラー２１ａを走査開始傾斜角度から走査終了傾斜角度まで回動させることができる。

なお、本実施形態１では、光走査手段として、Ｘ軸方向走査とＹ軸方向走査のいずれもガルバノスキャナによって構成しているが、これに限らず、広く公知の光走査手段を用いることができる。また、Ｘ軸方向走査用の光走査手段とＹ軸方向走査用の光走査手段は、異なる構成の光走査手段であってもよい。例えば、図３に示すように、Ｙ軸方向走査用の走査手段にはガルバノスキャナ２１を用い、Ｘ軸方向走査用の走査手段にはポリゴンミラー９１ａをモータ９１ｂで回転させるポリゴンスキャナ９１を用いてもよい。Ｘ軸方向の光走査制御は、図３に示すように、ポリゴンミラー９１ａで反射したレーザ光Ｌをレンズ９２を介して光学センサ９３で受光する受光タイミングに基づいて行うことができる。

レーザ走査部２は、主走査方向（Ｘ軸方向）に移動可能なキャリッジ２５上に搭載されている。キャリッジ２５は、駆動プーリ２７ａ及び従動プーリ２７ｂに掛け渡されているタイミングベルト２７上に取り付けられている。駆動プーリ２７ａに接続されているステッピングモータ２６を駆動させることで、タイミングベルト２７が移動し、主走査方向に延びるリニアガイド２９（図４参照）に沿ってタイミングベルト２７上のキャリッジ２５が主走査方向（Ｘ軸方向）へ移動する。キャリッジ２５の主走査方向位置は、リニアエンコーダ２８からの出力信号（アドレス信号）に基づいて検出することができる。ステッピングモータ２６は、主走査制御部２４によって制御される。

なお、本実施形態１では、レーザ走査部２を搭載するキャリッジ２５の移動手段として、タイミングベルトを利用した移動手段を採用しているが、これに限られず、リニアステージ等の直線移動可能な手段でも代用できるし、２次元方向へ移動させる移動手段を利用してもよい。

ワーク搬送部３は、駆動ローラ３２ａと従動ローラ３２ｂとからなる搬送ローラ対３２を備え、駆動ローラ３２ａは、タイミングベルト３１ａを介してステッピングモータ３１によって駆動される。ステッピングモータ３１は、副走査制御部３０によって制御され、搬送ローラ対３２で挟持したワーク３５を副走査方向（Ｙ軸方向）における目標送り位置へ移動させることができる。これにより、レーザ走査部２から照射されるレーザ光Ｌの走査範囲である加工領域３６へワーク上の被加工部分を順次送り込む。

具体的には、ワーク搬送部３は、ワーク３５の主走査方向両端付近におけるワーク表面に形成されているアライメントマーク３７を撮像するモニタカメラ３３，３４を備えている。副走査制御部３０は、ステッピングモータ３１によってワーク３５を微小量ずつワーク送り方向Ｂ（副走査方向）へステップ送りしながら、モニタカメラ３３，３４から出力される画像データを順次取り込む。そして、パターンマッチング処理等によりアライメントマーク３７を検出して、目標送り位置までのワーク移動量を演算し、その演算結果に基づいてステッピングモータ３１を制御して、ワーク３５の副走査方向位置を目標送り位置まで移動させる。

図４は、ワーク搬送部３の一構成例を示す模式図である。
本実施形態１におけるワーク３５は、スプール軸５１上にロール状に巻かれており、そこから引き出されたワーク部分が入口ガイド板５２に沿って搬送ローラ対３２のニップに挟持され、搬送ローラ対３２の駆動によって巻き出されて加工テーブル５３上にセットされる。加工テーブル５３には無数の細孔が形成されており、加工テーブル５３の裏面に形成された空洞部５７の空気をポンプ５８が吸い出すことにより、ワーク３５を加工テーブル５３の表面に吸着させ、加工領域３６におけるワーク３５の平面性を確保している。加工後のワークは、カッター５４を主走査方向へ移動させることにより所定サイズごとに裁断され、トレイ５５に排出される。

なお、本実施形態１では、スプール軸５１上に巻かれたロールからワークを巻き出し、加工後のワークをカットシートとして排出するロールｔｏシート方式を採用しているが、図５に示すように、加工後のワークをロール状に巻き取るロールｔｏロール方式でも同様である。

図５に示す例では、加工後のワークは、その表面に付着した加工塵を一対のクリーンローラ６４によって取り除いた後、巻取軸６７に巻き取られる。クリーンローラ６４に吸着した加工塵は、粘着ローラ６５に転写されて回収される。また、図５に示す例では、加工後のワーク表面を擦れ等の傷から保護するために、加工後のワーク３５の表裏にラミネートフィルムを貼り合せてから巻取軸６７に巻き取る。ラミネートフィルムは、ラミネートロール６６から巻き出され、加工後のワークと一緒に巻取軸６７に巻き込まれる。

制御部４は、本レーザパターニング装置の全体を統括して管理、制御する制御ＰＣ４０を備えている。制御ＰＣ４０は、レーザドライバ部１０、ガルバノスキャナ制御部２０、主走査制御部２４、副走査制御部３０等に接続されており、各々のステータスを管理したり、加工シーケンスを制御したりする。

レーザ出力部１のビームエキスパンダ１２は、複数枚からなるレンズで構成され、レーザ光路上においてレーザ走査部２のｆθレンズ２２に最も近いレンズ３９の位置がレーザ光の光軸方向へ移動可能に構成されている。レンズ３９の位置を移動させることにより、レーザ走査部２を搭載したキャリッジが後述するように主走査方向の各停止目標位置に停止したときの集光距離が揃うように微調整することができる。すなわち、ビームエキスパンダ１２は、ガルバノスキャナ２１に入射するレーザ光Ｌが平行光束となるように微調整するフォーカシング機能を備える。
また、主走査方向の各停止目標位置に応じてレンズ３９の位置を個別に移動調整するアクチュエータを備え、集光距離を各停止目標位置毎に可変することにより、被加工面に対するキャリッジの移動方向の平行度がわずかにずれている場合であってもｆθレンズ２２の結像位置を精度よく合わせることができる。

本実施形態１において、ワーク３５に対するレーザ光Ｌの走査範囲である加工領域３６のＸ軸方向及びＹ軸方向における各最大長Ｌは、ｆθレンズ２２の焦点距離をｆとすると、それぞれのガルバノミラー２１ａの最大傾斜角度θ（例えば±２０°）を用いて、下記の式（１）より得られる。
Ｌ ＝ ｆ × θ ・・・（１）
この式（１）に示すように、加工領域３６の広さは、ガルバノスキャナ２１の走査範囲（ガルバノミラー２１ａの最大傾斜角度）によって制限されることになる。ここで、ガルバノスキャナ２１の走査範囲が広がるほど、ワーク３５上での適切な集光が困難となるため、加工領域３６内における加工の均一性を維持することが難しくなる。そのため、ガルバノスキャナ２１の走査範囲すなわちガルバノミラー２１ａの最大傾斜角度θを広げるにも限界がある。したがって、ガルバノスキャナ２１の走査範囲（ガルバノミラー２１ａの最大傾斜角度θ）を広げて加工領域３６の広さを拡げることには限界がある。

一方、前記式（１）によれば、ｆθレンズ２２の焦点距離ｆを長くすれば、加工領域３６の広さを拡げることができる。しかしながら、この焦点距離ｆを長くするほど、ワーク３５からｆθレンズ２２を遠ざけて配置する必要があり、本レーザパターニング装置が大型化してしまうという問題が生じる。

加えて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向における各加工分解能σは、ステッピングモータ２１ｂのパルス数をＰとすると、下記の式（２）より得られる。
σ ＝ ｆ × （２π／Ｐ） ・・・（２）
この式（２）に示すように、ｆθレンズ２２の焦点距離ｆを長くするほど、加工分解能σが低くなる。よって、高い加工分解能σによる高精細な加工の実現と、より広い加工領域の実現とは、トレードオフの関係にある。したがって、加工分解能σを考慮すると、焦点距離ｆを長くして加工領域３６の広さを拡げることにも限界がある。

他方、ワーク３５を、ワーク搬送部３により副走査方向（Ｙ軸方向）へ移動させるだけでなく、主走査方向（Ｘ軸方向）にも移動させる移動機構を設ける方法も考えられる。この方法であれば、加工領域３６に対してワーク３５の被加工部分を主走査方向に順次入れ替えながら、各被加工部分に対して加工処理を行うことができるので、加工領域３６を超える主走査方向長さをもったワークに対しても加工処理が行うことが可能である。

しかしながら、ワークを副走査方向（Ｙ軸方向）だけでなく主走査方向（Ｘ軸方向）にも移動させる移動機構を設けることは、本レーザパターニング装置の大型化を招く。特に、本実施形態１では、副走査方向におけるワーク長さが加工領域３６を超えるほどの長さをもった大きなワーク３５であるため、このような大きなワーク３５を更に主走査方向（Ｘ軸方向）にも移動させるためには大型の移動機構を必要とする。しかも、このような大きなワーク３５は重量も大きいため、慣性力が大きく、高速な移動が実現困難であり、生産性が低いという問題も生じる。

そこで、本実施形態１においては、主走査方向（Ｘ軸方向）について、ワーク３５を移動させるのではなく、レーザ光Ｌの走査範囲を主走査方向へ移動させる構成を採用している。詳しくは、キャリッジ２５上にレーザ走査部２を搭載し、レーザ走査部２を主走査方向へ移動可能に構成している。これにより、主走査方向（Ｘ軸方向）へワーク３５を移動させることなく、ガルバノスキャナ２１によって走査されたレーザ光Ｌがワーク表面を走査する範囲すなわち加工領域３６をワーク３５に対して主走査方向へ相対移動させることができる。これにより、ワーク３５の被加工部分を加工領域３６へ順次移動させて加工処理を行うことができ、主走査方向（Ｘ軸方向）における加工領域３６の幅が狭くても、その幅を超える大きなワーク３５に対して加工処理を行うことができる。

その結果、加工領域３６を無理に拡げることなく、加工領域３６を超える大きなワーク３５に対して加工処理を行うことができることで、高い加工分解能σを維持できるので、大きなワーク３５に対して高精細な加工を実現することができる。しかも、主走査方向（Ｘ軸方向）へ移動する移動手段としてのキャリッジ２５に搭載される搭載物は、本実施形態１では、実質的には、レーザ走査部２のみ、すなわち、ガルバノスキャナ２１とｆθレンズ２２のみである。この搭載物の重量は、ワーク３５に比べて遙かに軽量であることから、キャリッジ２５の主走査方向への高速移動が実現でき、高い生産性を得ることができる。

なお、キャリッジ２５に搭載される搭載物は、少なくとも集光手段としてのｆθレンズ２２が搭載されていればよい。したがって、最軽量の構成は、ｆθレンズ２２のみをキャリッジ２５に搭載した構成である。一方、ワーク３５に対して軽量な部品であれば、ｆθレンズ２２とともに他の部品も一緒にキャリッジ２５に搭載してもよい。例えば、本実施形態１のようにガルバノスキャナ２１等の光走査手段をキャリッジに搭載してもよいし、レーザ出力部１の一部又は全部をキャリッジに搭載してもよい。

また、本実施形態１において、主走査方向へ移動するキャリッジ２５に入射するレーザ光Ｌの光路、すなわち、レーザ出力部１から出力されたレーザ光Ｌの光路は、Ｘ軸方向に平行である。そのため、図６に示すように、キャリッジ２５が主走査方向（Ｘ軸方向）のどの位置に移動しても、レーザ出力部１から出力されたレーザ光Ｌはキャリッジ２５の同じ箇所から入射する。よって、キャリッジ２５が主走査方向（Ｘ軸方向）に移動しても、キャリッジ２５に入射後のレーザ光Ｌの光路は同じであり、主走査方向の互いに異なる加工領域３６−１，３６−２で加工処理を行う場合でも同じ加工処理を実現できる。

ただし、本実施形態１では、キャリッジ２５が移動すると、キャリッジ２５に入射するまでのレーザ光Ｌの光路長が変化することになる。そのため、キャリッジ２５に入射するレーザ光Ｌが非平行収束であると、キャリッジ２５の主走査方向位置によって、ワーク３５に照射されるレーザ光Ｌの焦点が変化し、ワーク３５上におけるレーザ光Ｌのスポット径が変化するなど、加工精度に影響が出てしまう。

本実施形態１では、レーザ発振器１１から出力されるレーザ光Ｌは略平行光束であり、２つの反射ミラー１４，１５を介してビームエキスパンダ１２から射出されて、反射ミラー１６によって反射されてレーザ出力部１から出力されるレーザ光Ｌも略平行光束である。したがって、キャリッジ２５に入射するレーザ光Ｌが略平行収束であれば、キャリッジ２５が移動して主走査方向位置が変わっても、ワーク３５に照射されるレーザ光Ｌの焦点が実質的に変化せず、ワーク３５上におけるレーザ光Ｌのスポット径が変化するなどの影響が出ない。よって、主走査方向の互いに異なる加工領域３６−１，３６−２で加工処理を行う場合でも、焦点調整などの作業を行うことなく、同じ加工精度で加工処理を行うことができ、より高い生産性を実現できる。

ただし、レーザ走査部２のほかにレーザ出力部１の全部もキャリッジ２５上に搭載する構成とすれば、すなわち、レーザ発振器１１等の光源自体をキャリッジ２５上に搭載する構成とすれば、キャリッジ２５を移動しても、ワーク３５に照射されるレーザ光Ｌの焦点が変化するようなことはない。しかしながら、キャリッジ２５上の搭載物の重量が大きくなることから、キャリッジ２５の高速移動の実現が難しくなる点を考慮する必要がある。特に、光源は、通常、他の部品よりも重量が大きいため、光源をキャリッジ２５上に非搭載とすることにより、キャリッジ２５の慣性力を効果的に小さくできるので、キャリッジ２５の高速移動を実現でき、高い生産性を実現できる。

一方、キャリッジ２５上の搭載物の重量をより軽量化するため、図７に示すように、ガルバノスキャナ２１等の光走査手段をキャリッジ２５に非搭載とする構成も考えられる。図７に示す構成では、レーザ出力部１’から出力したレーザ光Ｌを、固定配置されているレーザ走査部２’のガルバノスキャナ２１によって、Ｘ軸方向に対応する方向及びＹ軸方向に対応する方向へ走査する。このようにして走査されるレーザ光Ｌは、コリメータレンズ６１等の平行光束化手段によって、Ｘ軸方向に平行な平行光束となるように平行光束化されて、レーザ走査部２’から出力される。レーザ走査部２’から出力された略平行光束である走査後のレーザ光Ｌは、キャリッジ２５に対してＸ軸方向から入射し、キャリッジ２５上の反射ミラー１６’で反射して集光手段としてのｆθレンズ２２に案内され、ワーク３５に集光される。

図７に示すような構成であっても、キャリッジ２５に入射するレーザ光Ｌが略平行収束であるため、キャリッジ２５が移動して主走査方向位置が変わっても、ワーク３５に照射されるレーザ光Ｌの焦点が実質的に変化せず、ワーク３５上におけるレーザ光Ｌのスポット径が変化するなどの影響が出ない。よって、主走査方向の互いに異なる加工領域３６−１，３６−２で加工処理を行う場合でも、焦点調整などの作業を行うことなく、同じ加工精度で加工処理を行うことができ、より高い生産性を実現できる。

図８は、本実施形態１のレーザパターニング装置によるパターニング加工処理の一例を示すフローチャートである。
まず、制御ＰＣ４０からの制御命令に従い、副走査制御部３０がステッピングモータ３１を制御して、ワーク３５を副走査方向に沿ってワーク搬送方向Ｂへ移動させる（Ｓ１）。そして、ワーク３５の表面に形成されているアライメントマーク３７がモニタカメラ３３，３４の撮像領域へ移動すると、モニタカメラ３３，３４の画像データからアライメントマーク３７が検出される（Ｓ２）。制御ＰＣ４０は、アライメントマーク３７の検出結果から目標送り位置までのワーク移動量を演算し、その演算結果に基づいて副走査制御部３０にステッピングモータ３１を制御させる。これにより、副走査方向へ移動するワーク３５は目標送り位置で停止する。

その後、制御ＰＣ４０は、ポンプ５８を稼働させて加工テーブル５３の裏面に形成された空洞部５７の空気を吸い出し、加工テーブル５３の表面にワーク３５を吸着させて、ワーク３５の位置が容易に動かないようにホールドする（Ｓ３）。そして、制御ＰＣ４０は、ワーク３５上の被加工部分を特定するための被加工部分番号Ｎをゼロにセットした後（Ｓ４）、主走査制御部２４によりステッピングモータ２６を制御して、待機ポジションに待機しているキャリッジ２５を主走査方向に沿ってキャリッジ送り方向Ａ（レーザ出力部１から離れる向き）へ移動させ、所定のホームポジションで停止させるキャリッジ位置のイニシャライズ処理を行う（Ｓ５）。

このイニシャライズ処理において、制御ＰＣ４０は、ホームポジションで停止したキャリッジ２５の主走査方向位置をリニアエンコーダ２８からのアドレス信号に基づいて取得する。具体的には、リニアエンコーダ２８からのアドレス信号に基づき、制御ＰＣ４０が管理しているホームポジションと実際に停止したキャリッジ２５の位置との差分を検出し、この差分をオフセット値として、その後のキャリッジ２５の主走査方向位置制御に用いる。

次に、制御ＰＣ４０は、ワーク３５の被加工部分番号Ｎを１にセットする（Ｓ６）。その後、制御ＰＣ４０は、主走査制御部２４によりステッピングモータ２６を制御して、ホームポジションに位置しているキャリッジ２５をキャリッジ送り方向Ａへ移動させ、最初に加工処理が行われるワーク３５上の第一被加工部分Ｎ＝１を加工処理するための第一加工位置で停止させる（Ｓ７）。

ここで、本実施形態１では、位置精度５μｍ以下の高い加工分解能を実現するために、ガルバノスキャナ２１によって走査されるワーク上のレーザ光走査範囲すなわち加工領域３６のサイズを１５０［ｍｍ］×１５０［ｍｍ］に設定してある。そのため、被加工領域が例えば４５０［ｍｍ］（主走査方向）×６００［ｍｍ］（副走査方向）であるワーク３５に対して加工処理を行う場合、当該被加工領域を、主走査方向へ３ピースに分割し、副走査方向へ４ピースに分割する。そして、これらの１２個のピース（被加工部分Ｎ＝１〜１２）を順次加工処理することで、被加工領域全体の加工処理を行う。

つまり、キャリッジ２５を、ホームポジションから、第一加工位置、第二加工位置、第三加工位置に順次移動及び停止させ、各加工位置においてワーク３５上の対応する被加工部分の加工処理を行い、第三加工位置での加工処理が終了したら、ホームポジションに戻るという動作を繰り返す（Ｓ６〜Ｓ９）。一方、副走査方向については、キャリッジ２５が第三加工位置へ移動して加工処理を終了した後（Ｓ９のＹｅｓ）、次に第一加工位置での加工処理を開始するまでに、制御ＰＣ４０は、副走査制御部３０によりステッピングモータ３１を制御して、ワーク３５をワーク搬送方向Ｂへ１５０［ｍｍ］だけ移動させ（Ｓ１１）、ワーク３５をホールドする（Ｓ１２）。そして、再び、キャリッジ２５を第一加工位置、第二加工位置、第三加工位置に順次移動させて加工処理を行う（Ｓ５〜Ｓ９）。このような動作を４回繰り返したら（Ｓ１０のＹｅｓ）、４５０［ｍｍ］×６００［ｍｍ］の被加工領域全体の加工処理が完了する。被加工領域全体の加工処理が終了したら、ワーク３５はカッター５４により裁断され（Ｓ１３）、トレイ５５に排出される。

上記動作のなかで、キャリッジ２５がホームポジションに戻る際には各加工位置での停止および加工を行わず、キャリッジ送り方向Ａへの移動の際にのみ各加工位置での停止および加工を行う理由は、停止の際のキャリッジ２５の姿勢のズレの影響を一定にするためである。このように一方向への移動の際にのみキャリッジ２５の停止を行うことで、キャリッジの停止位置（加工位置）での姿勢のズレの影響を一定にして安定的な加工を行うことができる。

本実施形態１のようにロール状に巻き取れたワーク３５を加工する場合には、キャリッジ２５を第一加工位置、第二加工位置、第三加工位置に順次移動させて加工処理を行った後にワーク３５をワーク搬送方向Ｂへ１５０［ｍｍ］だけ移動させるという動作をロールエンドまで繰り返し行えばよい（Ｓ１４）。

図９は、ワーク上の被加工領域を１２個のピースに分割して順次加工処理を行う場合の加工順序を示す説明図である。
図９において、各被加工部分３６−１〜３６−２４に図示されている数字が加工順序を示している。

ワーク上における被加工部分がそれぞれ独立したものであれば、キャリッジ２５の各加工位置は、それぞれの加工領域３６が離間するような位置であってもよい。しかしながら、被加工部分が独立したものではなく、複数の被加工部分によって１つの加工対象となる場合には、キャリッジ２５の各加工位置を、それぞれの加工領域３６が隣接又は部分的に重複するような位置とする必要がある。特に、本実施形態１のように被加工部分間で配線パターンを連続させるようなパターニング加工を行う場合には、被加工部分間で連続すべき配線パターンがズレて不連続になることを避けることが必要になる。

本実施形態１において、キャリッジ２５は往復移動に伴って移動方向（主走査方向）に直交する軸回りの姿勢誤差、いわゆるピッチング誤差によって、主走査方向の加工位置がキャリッジ２５の停止のたびにずれることがある。また、ワーク３５の副走査方向位置も誤差が生じるおそれがある。このような誤差が生じたまま加工処理を行うと、被加工部分間で連続すべき配線パターンがズレて不連続になるおそれがある。

そのため、本実施形態１では、１２個のピース（被加工部分）間に数十［μｍ］程度のオーバーラップ領域を設け、隣り合う被加工部分が互いに部分的に重複するように、各ピース（被加工部分）を設定している。このようなオーバーラップ領域を設けることで、多少の誤差が生じても、配線パターンが不連続になることを抑制できる。

更に、本実施形態１では、図１に示すように、キャリッジ２５上にモニタカメラ２３を配備し、ピース（被加工部分）間のオーバーラップ領域における加工後のパターンを観察できるようになっている。本実施形態１では、モニタカメラ２３によりオーバーラップ領域における加工後のパターンを撮像し、その撮像画像データと目標加工データとを比較して目標加工位置に対する加工後パターンのズレを検出する。この検出結果を利用し、その加工後のパターンに連続させるパターンを含む被加工部分を加工するときのＸ−Ｙ座標オフセット値を微調整する。このような微調整により、キャリッジ２５の停止目標位置ズレに加え、キャリッジ２５の姿勢誤差に伴う加工位置ズレも補正され、高い加工精度を実現することができる。

図１０は、ピース（被加工部分）間で連続すべき配線パターンの一例を示す説明図である。
図１０には、被加工部分番号Ｎ＝１，Ｎ＝２，Ｎ＝４の各ピースに跨る配線パターンが例示されている。図１０中の斜線で示す領域はオーバーラップ領域であり、図１０中の破線は目標加工データに基づく理想の加工位置を示し、図１０中の実線は被加工部分番号Ｎ＝１のピース（被加工部分）を加工処理した後の実際の配線パターンである。

図１０に示すように、ピースＮ＝１に対して主走査方向（Ｘ軸方向）に隣り合うピースＮ＝２及びこれに対して主走査方向（Ｘ軸方向）に隣り合うピースＮ＝３については、Ｙ軸座標のオフセットを設定し、ワーク３５の副走査方向位置を補正する。一方、ピースＮ＝１に対して副走査方向（Ｙ軸方向）に隣り合うピースＮ＝４及びこれに並ぶピースＮ＝７，１０については、Ｘ軸座標のオフセットを設定し、キャリッジ２５の主走査方向位置を補正する。これらのオフセット値は予め制御ＰＣ４０のメモリに書き込んでおき、各ピースの加工処理時に読み出して、加工データの座標原点をオフセットさせる。

なお、主走査方向に配列されるピース、言い換えれば、同一キャリッジ送りによって加工されるピースは、リニアガイド２９の真直度により直進性が担保されるため、Ｙ軸座標のオフセットは一律となる。一方、副走査方向に配列されるピースについては、上述したようにキャリッジ２５の姿勢によってズレが発生するため、副走査方向に隣接するピース加工後のパターンをモニタカメラ２３により撮像し、その撮像画像に基づいて新たに得たオフセット値で、メモリに書き込まれているＸ軸座標のオフセットを最新値に更新するのが好ましい。

本実施形態１の説明では、ワーク３５上の各被加工部分をレーザ光Ｌの走査によってパターニング加工する際、ワーク３５及びキャリッジ２５は停止した状態で加工処理が行われる例である。ただし、副走査方向へ移動中のワーク３５に対して加工処理を行うことも可能であり、また、キャリッジ２５を主走査方向へ移動しながらワーク３５に対して加工処理を行うことも可能である。
また、本実施形態１の説明では、光走査手段が二次元走査する手段であったが、一次元走査する手段であってよい。

また、本実施形態１は、主走査方向（Ｘ軸方向）について、ワーク３５と加工領域（ワーク３５に対するレーザ光Ｌの走査範囲）とを相対移動させる相対移動手段として、キャリッジ２５を主走査方向へ移動させて加工領域を移動させる手段を用いているが、ワーク３５を主走査方向へ移動させる手段を用いてもよい。

〔実施形態２〕
次に、本発明に係る光加工装置をレーザパターニング装置に適用した他の実施形態（以下、本実施形態を「実施形態２」という。）について説明する。
以下の説明では、上述した実施形態１との共通部分についての説明は省略する。

本実施形態２のレーザパターニング装置における加工対象物は、基材上にＩＴＯ薄膜および銀ペーストが形成されたワークであり、このワーク上のＩＴＯ薄膜および銀ペーストにレーザ光（加工光）を照射して部分的にＩＴＯ薄膜および銀ペーストを除去することにより、ＩＴＯ薄膜および銀ペーストをパターニング加工するものである。レーザ発振器１１には、例えば、基材への熱影響によるダメージが少ない１００［ｐｓ］以下のパルス発振によるパルスファイバレーザ（ピコ秒ファイバレーザ）を用いるが、他の光源を用いてもよい。本実施形態２のコリメータレンズ６１はカップリングレンズで構成される。

図８は、本実施形態のレーザパターニング装置によるパターニング加工処理の一例を示すフローチャートである。
ここで、本実施形態２においては、ワーク３５上に形成されたＩＴＯ薄膜と銀ペーストという異なる２つの材料をレーザ光Ｌによってそれぞれパターニング加工する。ＩＴＯ薄膜と銀ペーストとでは、その材料の違いによって、適した加工条件（レーザ光Ｌの光量、レーザ光Ｌの波長、レーザ光Ｌの照射時間など）が異なっている。そこで、本実施形態２では、主走査方向の３ピースについて、まずＩＴＯ膜のパターニング加工をＩＴＯ膜用の加工条件で実施した後、その加工条件を銀ペースト用の加工条件へ切り替え、再度同じ３ピースについて、今度は銀ペーストのパターニング加工を実施する。このとき、ＩＴＯ膜用の加工条件と銀ペースト用の加工条件とは、異なる加工条件に設定される。そして、主走査方向の３ピース（Ｎ＝１〜３）についてＩＴＯ膜および銀ペーストの双方に対するパターニング加工が終了したら、ワーク３５がワーク搬送方向Ｂへ搬送されて、再度、主走査方向の３ピース（Ｎ＝４〜６）への加工が開始される。

つまり、キャリッジ２５を、ホームポジションから、第一加工位置、第二加工位置、第三加工位置に順次移動させ（Ｓ６，Ｓ７）、各加工位置においてワーク３５上の対応するＩＴＯ膜の被加工部分の加工処理を行い（Ｓ８）、第三加工位置での加工処理が終了したら（Ｓ９のＹｅｓ）、ホームポジションに戻る。そして、今度は、銀ペーストについての加工を行うために（Ｓ１０のＮｏ）、ワーク３５上の被加工部分を特定するための被加工部分番号ＮをＮ−３にセットする（Ｓ１１）。その後、再び、キャリッジ２５を、ホームポジションから、第一加工位置、第二加工位置、第三加工位置に順次移動させ（Ｓ６，Ｓ７）、各加工位置においてワーク３５上の対応する銀ペーストの被加工部分の加工処理を行い（Ｓ８）、第三加工位置での加工処理が終了したら（Ｓ９のＹｅｓ）、ホームポジションに戻る。

一方、副走査方向については、キャリッジ２５が第三加工位置へ移動して銀ペーストの加工処理までを終了した後（Ｓ１０のＹｅｓ）、次に第一加工位置での加工処理を開始するまでに、制御ＰＣ４０は、副走査制御部３０によりステッピングモータ３１を制御して、ワーク３５をワーク搬送方向Ｂへ１５０［ｍｍ］だけ移動させ（Ｓ１３）、ワーク３５をホールドする（Ｓ１４）。そして、再び、キャリッジ２５を第一加工位置、第二加工位置、第三加工位置に順次移動させてＩＴＯ膜及び銀ペーストの加工処理を順次行う（Ｓ５〜Ｓ１１）。

このようにして主走査方向及び副走査方向への移動を行いながら、１２個のピース（被加工部分Ｎ＝１〜１２）に対する加工処理を終了したら（Ｓ１２のＹｅｓ）、４５０［ｍｍ］×６００［ｍｍ］の被加工領域全体の加工処理が完了する。被加工領域全体の加工処理が終了したら、ワーク３５はカッター５４により裁断され（Ｓ１５）、トレイ５５に排出される。本実施形態２のようにロール状に巻き取れたワーク３５を加工する場合には、キャリッジ２５を第一加工位置、第二加工位置、第三加工位置に順次移動させてＩＴＯ膜及び銀ペーストの加工処理を行った後にワーク３５をワーク搬送方向Ｂへ１５０［ｍｍ］だけ移動させるという動作をロールエンドまで繰り返し行えばよい（Ｓ１６）。

本実施形態２によれば、ＩＴＯ膜と銀ペーストという互いに適した加工条件が異なる材料からなる各種加工箇所に対し、同じ光源（レーザ発振器１１）を用いて、それぞれに適した加工条件での加工を実現することができる。よって、加工箇所ごとに異なる加工装置を用いて加工する必要があった従来構成と比較して、ワークを別装置へ転載するなどの手間が必要なくなり、加工時間を短縮することができる。

本実施形態２において、ＩＴＯ膜用の加工条件と銀ペースト用の加工条件とで異なるのは、同一ピースに対する加工回数（同一箇所に対するレーザ光Ｌの照射回数）である。これは、ＩＴＯ膜のパターニング加工よりも、銀ペーストのパターニング加工の方が、より多くの加工エネルギーが必要なため、銀ペースト時の加工回数をＩＴＯ膜加工時よりも増やしたものである。具体的には、本実施形態２では、ＩＴＯ膜加工時の加工回数が１回であるのに対し、銀ペースト加工時の加工回数は二回に設定した。

なお、本実施形態２では、瞬間的に１Ｍ［Ｗ］以上の高いピークパワーを発生させるピコ秒ファイバレーザを用いることで、アブレーション加工を実現している。そのため、光吸収性の低い材料に対しても加工光（レーザ光Ｌ）の波長に依存しない光加工が可能であるため、ＩＴＯ膜と銀ペーストという光吸収性の異なる材料に対する加工において、レーザ光Ｌの波長（加工条件）を変更せずに、それぞれ適した加工条件を実現できている。また、ピコ秒ファイバレーザのように、パルス幅が比較的短いレーザ光Ｌ（繰り返し周波数が比較的高いレーザ光Ｌ）を用いることで、ワーク上での熱拡散が低減され、加工箇所に隣接する非加工箇所への熱影響（例えば、膜剥がれ等）を抑制することもできる。

ただし、パルス幅が比較的長い加工光（パルスレーザ光の場合には繰り返し周波数が比較的低いもの）によって加工を行ってもよく、この場合には、必要に応じて、ＩＴＯ膜用加工時と銀ペースト加工時とで、照射する加工光の波長（加工条件）を異ならせるようにしてもよい。具体的には、例えば、波長ごとの光源を搭載しておき、光路切り替え手段を用いるなどしてワークに照射される加工光を出射する光源を切り替えることにより、ＩＴＯ膜用加工時と銀ペースト加工時とで、照射する加工光の波長を異ならせる。

また、ＩＴＯ膜用加工時と銀ペースト加工時とで、レーザ光Ｌの単位時間当たりのエネルギー（加工条件）を異ならせるようにしてもよい。具体的には、本実施形態２のようにパルス発振によってレーザ光を出射するパルスレーザを光源として用いる場合には、１パルス当たりのエネルギー（加工条件）を異ならせるようにしてもよい。１パルス当たりのエネルギー（加工条件）を変更する方法としては、シードＬＤ７４への駆動電流を変更したり、パルスエンジン部７０での増幅率を変更したりするなど、光源出力を変更する方法が挙げられる。また、光源から出射させる加工光の波長（周波数）を変更する方法でも、１パルス当たりのエネルギー（加工条件）を異ならせることができる。

１パルス当たりのエネルギーを高くするほど、また、レーザ光Ｌの繰り返し周波数を高くするほど（パルス周期を短くするほど）、加工箇所（ワーク上におけるレーザ光Ｌの照射位置）に隣接する非加工箇所や基材へのレーザＬによるダメージが大きくなる。１パルス当たりのエネルギーもレーザ光Ｌの繰り返し周波数も、それぞれ、加工閾値以上であって、非加工箇所や基材へのレーザＬによるダメージを許容範囲内に収めることができる上限値以下で設定する必要がある。この加工閾値や上限値は、ＩＴＯ膜と銀ペーストとで異なるので、１パルス当たりのエネルギーやレーザ光Ｌの繰り返し周波数の設定可能範囲がＩＴＯ膜と銀ペーストとで重複していない場合や、その重複範囲が非常に狭い場合には、ＩＴＯ膜と銀ペーストとで、１パルス当たりのエネルギーやレーザ光Ｌの繰り返し周波数（加工条件）を異ならせる必要がある。

本実施形態２では、レーザ発振器１１のシードＬＤ７４から出力されるシード光のパルス幅を１０［ｐｓ］以上９００［ｐｓ］以下の範囲内で可変とし、パルスエンジン部７０におけるプリアンプ部の励起ＬＤ７６の出力を適正化する制御を行う。これにより、ＩＴＯ膜加工時と銀ペースト加工時とで、１パルス当たりのエネルギーやレーザ光Ｌの繰り返し周波数を異ならせ、それぞれの加工時に適したレーザ光Ｌで加工ができるようにしている。

以上のように、本実施形態２において、ＩＴＯ膜加工時と銀ペースト加工時とで異なる加工条件は、同一ピースに対する加工回数（同一箇所に対するレーザ光Ｌの照射回数）、ワークに照射されるレーザ光Ｌの１パルス当たりのエネルギー、及び、レーザ光Ｌの繰り返し周波数であるが、適した加工条件が異なるワーク３５上の各種加工箇所に対して加工を行うときに異ならせる加工条件は、これに限られない。例えば、加工回数、１パルス当たりのエネルギー、繰り返し周波数のうちの１つの加工条件を異ならせたり、これらのうちの２つの加工条件を異ならせたりしてもよい。あるいは、これに代えて又はこれとともに、ここに挙げられた加工条件以外の加工条件を異ならせるようにしてもよい。

特に、同一ピースに対する加工回数（同一箇所に対するレーザ光Ｌの照射回数）だけを異ならせる構成によれば、レーザ光Ｌに関する加工条件を変更する構成が不要となり、簡素な構成で、それぞれの加工箇所に適した加工条件での加工を実現できる。

また、１パルス当たりのエネルギー、繰り返し周波数など、レーザ光Ｌに関する加工条件を変更する場合、本実施形態２のように、制御ＰＣ４０の記憶部に、ＩＴＯ膜および銀ペーストの各々の加工条件（すなわちレーザ光Ｌの制御条件）を事前に記憶しておき、加工時には、制御ＰＣ４０は、記憶部から読み出した各々の加工条件に従って、レーザドライバ部１０を制御し、ＩＴＯ膜加工時と銀ペースト加工時とで、使用するレーザ光Ｌが異なるものとなるように制御する。このとき、記憶部に記憶される各加工条件は、制御ＰＣ４０がネットワークを介して取得する更新情報に従って更新できるようにしてもよい。この場合、適した加工条件が異なる加工箇所をもつ様々なワークに対して、それぞれの加工箇所に対応する好適な加工条件を柔軟に設定できる。

また、本実施形態２においては、主走査方向３つのピースに対してＩＴＯ膜の加工処理を行った後、同じ３つのピースに対して銀ペーストの加工処理を行い、その後、ワーク３５を副走査方向へ移動させて主走査方向３つのピースに対してＩＴＯ膜及び銀ペーストの加工処理を繰り返すという構成をとっているが、これに限られない。

例えば、主走査方向３つのピースのうちの１つのピース（第一加工位置）に対し、ＩＴＯ膜の加工処理後に銀ペーストの加工処理を行い、その後、主走査方向の次のピース（第二加工位置）においてＩＴＯ膜の加工処理及び銀ペーストの加工処理を順次行い、同様に、主走査方向の次のピース（第三加工位置）においてＩＴＯ膜の加工処理及び銀ペーストの加工処理を順次行うというような構成でも良い。この構成では、各加工位置におけるキャリッジ２５の静止位置精度が加工精度に影響してくるが、キャリッジ２５の静止回数を少なくできるので、全体として加工精度を良くすることが可能である。

また、例えば、被加工領域全体（１２個のピース）に対してＩＴＯ膜の加工処理を行った後に、その被加工領域全体（１２個のピース）に対して銀ペーストの加工処理を行うという構成であってもよい。ただし、この構成では、ワーク３５の搬送回数が多くなり、ワーク３５の副走査方向における位置精度が安定しなかったり、ワーク３５を傷めやすくなったりするデメリットが考えられる。

また、本実施形態２においては、ＩＴＯ膜および銀ペーストが加工対象である例であったが、これに限られるものではなく、例えば銅ペーストなどの他の材料が加工対象に含まれる場合でも、同様に適用可能である。
なお、本実施形態２においては、ワーク搬送部３でワークを副走査方向へ移動させる構成を備えているが、この構成は必ずしも必要なく、ワークを移動させない構成であってもよい。

また、レーザ光Ｌによるワーク３５上の加工箇所を変更する加工箇所変更手段は、レーザ走査部２による走査によってワーク３５上の加工箇所を変更する手段、キャリッジ２５の移動によってワーク３５上の加工箇所を変更する手段、ワーク搬送部３によるワーク３５の移動によってワーク３５上の加工箇所を変更する手段、あるいは、これらの手段を組み合わせた手段など、レーザ光Ｌによるワーク３５上の加工箇所を変更するものであればよい。

また、本実施形態２では、ＩＴＯ薄膜と銀ペーストという材料が異なる加工箇所については、それぞれ異なる加工条件によりレーザ光Ｌによる加工を実施する例であったが、このように材料の違いによって適した加工条件が異なる場合に限らず、同じ材料であっても厚みが異なる等により適した加工条件が異なる場合でも、同様である。

本実施形態１、２では、光走査手段を用いてレーザ光（加工光）を走査してレーザパターニング処理を実施する例であるが、光走査手段を用いず、図１２に示すように、キャリッジを主走査方向及び副走査方向へ移動させる移動機構を用い、移動機構によりレーザ光照射位置を変更しながらワーク３５上の被加工部分をレーザパターニング処理する構成であってもよい。

具体的には、図１２に示す構成では、レーザ走査部２は、主走査方向（Ｘ軸方向）に移動可能な主走査直動ステージ２７’上に搭載されたキャリッジ２５に支持される。直動ステージ２７’は、副走査方向（Ｙ軸方向）に移動可能な副走査直動ステージ２１’上に搭載されている。レーザ出力部１からのレーザ光Ｌは、レーザ出力部１に固定した反射ミラー１６から、主走査直動ステージ２７’上の反射ミラー１７で反射され、キャリッジ２５上のレーザ走査部２に固定した反射ミラー１８により集光レンズ２２’に入射される。なお、図中符号１９は、レーザ光Ｌの結像位置での強度分布やスポット形状を変換する回折光学素子であり、トップハット分布や矩形形状等を任意に設定することができ、例えば、薄膜太陽電池フィルムの有機膜等の加工に使用する。

このような構成により、主走査直動ステージ２７’及び副走査直動ステージ２１’を制御することで、レーザ走査部２の集光レンズ２２’から射出されるレーザ光Ｌを二次元平面内で移動（走査）することができる。ガルバノスキャナ等の光走査手段を用いる構成では、キャリッジ２５を、第一停止位置、第二停止位置、第三停止位置に順次移動、停止させ、それぞれの位置でレーザパターニング処理を実施する必要がある。このようにレーザ加工処理を断続的に実施する必要があったため、処理時間が比較的長くなる。これに対し、図１２に示す構成であれば、レーザ光走査範囲が、ガルバノスキャナ等の光走査手段を用いて走査する場合よりも広いため、第一停止位置、第二停止位置、第三停止位置の各位置で実施していたレーザパターニング処理を、一度のレーザ加工処理で連続的に実施できる。すなわち、例えば４５０［ｍｍ］（主走査方向）×６００［ｍｍ］（副走査方向）のワーク３５に対して加工処理を行う場合、当該加工対象の全体を主走査方向へ分割する必要なく加工処理できる。

また、図１２に示す構成であれば、副走査方向についても、レーザ光走査範囲がガルバノスキャナ等の光走査手段を用いて走査する場合よりも広くできるので、例えば４５０［ｍｍ］（主走査方向）×６００［ｍｍ］（副走査方向）のワーク３５に対して加工処理を行う場合、当該加工対象の全体を副走査方向へ分割する分割数を少なくできる。このような構造を用いてワークを副走査方向へ分割した加工を行うことにより、長尺の加工を行うことができ、生産性の向上も実現することができる。なお、ここでいうワークを副走査方向へ分割した加工とは、移動機構により主走査方向および副走査方向にわたる加工を行った後に、ワークを搬送して再度移動機構により主走査方向および副走査方向にわたる加工を行うような加工であって、実施形態１において記載したピースに分割して行う加工と同様に、搬送の前後でワークの被加工部の少なくとも一部がつながるように加工することをいう。すなわち、ワーク搬送部３は、当該加工対象の全体を副走査方向に分割した領域ごとに順次、キャリッジ２５の移動範囲に重なるように、ワークを搬送する。

以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
レーザ光Ｌ等の加工光を出射するレーザ発振器１１等の光源と、前記光源からの加工光を走査するガルバノスキャナ２１等の光走査手段と、前記光走査手段によって走査された加工光をワーク３５等の加工対象物へ集光させるｆθレンズ２２等の集光手段とを有するレーザパターニング装置等の光加工装置において、少なくとも前記集光手段を搭載して、前記加工対象物の被加工面に対して平行な方向に移動するキャリッジ２５等の移動手段と、前記移動手段の移動を制御する主走査制御部２４及び制御ＰＣ４０等の移動制御手段とを有することを特徴とする。
本態様によれば、光走査手段によって走査された加工光を加工対象物へ集光させる集光手段が、移動手段により加工対象物の被加工面に対して平行な方向に移動することができる。そのため、光走査手段によって走査された加工光が加工対象物上の被加工面を走査する範囲すなわち加工領域３６を、加工対象物を動かすことなく、加工対象物に対して相対移動させることができる。これにより、加工対象物上の別の被加工部分に対して本光加工装置の加工領域を順次移動させて加工処理を行うことで、加工領域を超えるような比較的大きな加工対象物に対して加工処理しやすくなる。
しかも、本態様において、加工領域と加工対象物とを相対移動させる相対移動手段は、少なくとも集光手段を搭載して移動する移動手段である。この移動手段であれば、その搭載物が加工対象物よりも軽量なものであるため、加工対象物を動かす移動手段を用いる場合よりも、慣性力が小さく、高速な移動を実現でき、高い生産性を実現できる。
なお、本態様は、加工対象物を特定の方向（本実施形態では副走査方向）へ動かす移動機構を併用する構成を排除するものではない。この構成であっても、当該特定の方向とは異なる方向については、加工対象物を動かす移動機構を用いずに加工領域を加工対象物に対して相対移動させることができる。よって、当該特定の方向とは異なる方向については、加工領域を加工対象物に対して高速に相対移動させることができ、その方向について加工領域を超えるような比較的大きな加工対象物に対して高い生産性をもって加工処理を行うことができる。

（態様Ｂ）
前記態様Ａにおいて、前記光走査手段も前記移動手段に搭載されていることを特徴とする。
仮に光走査手段が移動手段に非搭載である場合には、加工対象物の被加工面に対して平行移動する移動手段に対して、光走査手段によって走査された後の加工光を入射させることになる。このような構成において、移動手段がどの位置に移動しても、加工対象物に照射される加工光の焦点を維持して加工精度を安定させるためには、走査された後の加工光を平行光束化することが必要である。走査される後の加工光を平行光束化することは、光走査手段に入射する走査前の加工光を平行光束化することよりも構成が複雑化する。本態様のように、光走査手段が移動手段に搭載されていれば、走査された後の加工光を平行光束化する必要がないため、簡易な構成を実現可能である。

（態様Ｃ）
前記態様Ｂにおいて、加工光を平行光束化するコリメート光学系８３等の平行光束化手段を有し、前記平行光束化手段は、前記移動手段に非搭載であり、前記移動手段は、当該移動手段に入射する平行光束化後の加工光の光軸に平行な方向へ移動することを特徴とする。
これによれば、移動手段の移動方向が当該移動手段に入射する平行光束化後の加工光の光軸と平行であるため、移動手段がどの位置に移動しても、加工対象物に照射される加工光の焦点が実質的に変化せず、加工対象物上における加工光のスポット径が変化するなどの影響を抑えることができる。よって、移動手段をどの位置に移動させて加工処理する場合でも、焦点調整などの作業を行うことなく、同じ加工精度で加工処理を行うことができ、より高い生産性を実現できる。

（態様Ｄ）
前記態様Ａにおいて、前記光走査手段によって走査された加工光を平行光束化するコリメータレンズ６１等の平行光束化手段を有し、前記光走査手段及び前記平行光束化手段は、前記移動手段に非搭載であり、前記移動手段は、前記平行光束化手段により平行光束化された加工光の光軸に平行な方向へ移動することを特徴とする。
本態様では、光走査手段が移動手段に非搭載であるため、光走査手段が移動手段に搭載されている構成よりも、移動手段の搭載物の重量が軽量になり、慣性力がより小さく、高速な移動を実現できるので、高い生産性を実現できる。また、移動手段の移動方向が当該移動手段に入射する平行光束化後の加工光の光軸と平行であるため、移動手段がどの位置に移動しても、加工対象物に照射される加工光の焦点が実質的に変化せず、加工対象物上における加工光のスポット径が変化するなどの影響を抑えることができる。よって、移動手段をどの位置に移動させて加工処理する場合でも、焦点調整などの作業を行うことなく、同じ加工精度で加工処理を行うことができ、より高い生産性を実現できる。

（態様Ｅ）
前記態様Ａ〜Ｄのいずれかの態様において、前記集光手段による加工光の集光距離を調整するビームエキスパンダ１２等の調整手段を有することを特徴とする。
これによれば、移動手段の移動によって前記集光手段による加工光の集光距離にズレが生じる場合でも、調整手段により集光距離を調整できるので、移動手段がどの位置に移動しても安定した加工精度を実現することが容易になる。

（態様Ｆ）
前記態様Ａ〜Ｅのいずれかの態様において、前記移動手段は、前記加工対象物の被加工面上における加工光の走査方向に対して平行に移動することを特徴とする。
これによれば、光走査手段の走査範囲が狭くても、その走査範囲を超えるような比較的大きな加工対象物を加工処理できる。

（態様Ｇ）
前記態様Ａ〜Ｆのいずれかの態様において、前記移動手段の移動が停止した状態で前記加工対象物の被加工面上を加工光が走査することを特徴とする。
これによれば、より高精細な加工処理を実現できる。

（態様Ｈ）
前記態様Ｇにおいて、前記移動制御手段は、前記移動手段を複数の停止位置でそれぞれ停止させた状態で前記加工対象物の被加工面上を加工光が走査するときの各光走査領域が、該移動手段の移動方向に隣り合うように、又は、該移動手段の移動方向に一部重複するように、該移動手段の停止位置を制御することを特徴とする。
これによれば、移動手段の移動方向において加工対象物上の各被加工部分間で連続する加工を施すことが可能である。これにより、移動手段の移動方向において、加工対象物の各被加工部分が独立したものではなく、複数の被加工部分によって１つの加工対象となるような加工対象物の加工処理を行うことが可能となる。

（態様Ｉ）
前記態様Ｇ又はＨにおいて、前記移動手段は、所定の移動経路を往復移動するものであり、前記移動制御手段は、前記移動手段を往路方向又は復路方向のいずれか一方の方向に移動させて、前記複数の停止位置のそれぞれに該移動手段を停止させることを特徴とする。
これによれば、移動手段の移動時に生じる位置誤差を片寄せして、位置誤差が一定になるようにすることができ、当該位置誤差の補正等の対応が容易である。

（態様Ｊ）
前記態様Ａ〜Ｉのいずれかの態様において、前記移動手段の移動方向に対して直交する方向へ前記加工対象物を搬送させるワーク搬送部３等の搬送手段と、前記加工対象物の被加工面上を加工光が走査するときの各光走査領域が、前記搬送手段による加工対象物搬送方向に隣り合うように、又は、該搬送手段による加工対象物搬送方向に一部重複するように、該搬送手段の停止位置を制御する副走査制御部３０及び制御ＰＣ４０等の搬送制御手段とを有することを特徴とする。
これによれば、加工対象物搬送方向において加工対象物上の各被加工部分間で連続する加工を施すことが可能である。これにより、加工対象物搬送方向において、加工対象物の各被加工部分が独立したものではなく、複数の被加工部分によって１つの加工対象となるような加工対象物の加工処理を行うことが可能となる。

（態様Ｋ）
前記態様Ａ〜Ｊのいずれかの態様において、前記光走査手段は、前記光源からの加工光を二次元方向に走査することを特徴とする。
これによれば、より生産性の高い加工処理を実現することができる。

（態様Ｌ）
レーザ光Ｌ等の加工光を出射するレーザ発振器１１等の光源と、前記光源からの加工光を走査するガルバノスキャナ２１等の光走査手段と、前記光走査手段によって走査された加工光をワーク３５等の加工対象物へ集光させるｆθレンズ２２等の集光手段とを有するレーザパターニング装置等の光加工装置において、少なくとも前記集光手段を搭載して、前記加工対象物の被加工面に対して平行な方向に移動するキャリッジ２５等の移動手段と、前記移動手段の移動を制御する主走査制御部２４及び制御ＰＣ４０等の移動制御手段とを有し、前記加工対象物の被加工面上における加工光の走査方向は、少なくとも前記移動手段の移動方向を含む直交する２方向であることを特徴とする。
これによれば、より生産性の高い加工処理を実現することができる。

（態様Ｍ）
前記態様Ｌにおいて、前記２方向のうち少なくとも一方の走査方向へ加工光を走査する光走査手段も前記移動手段に搭載されていることを特徴とする。
仮に光走査手段が移動手段に非搭載である場合には、加工対象物の被加工面に対して平行移動する移動手段に対して、光走査手段によって走査された後の加工光を入射させることになる。このような構成において、移動手段がどの位置に移動しても、加工対象物に照射される加工光の焦点を維持して加工精度を安定させるためには、走査された後の加工光を平行光束化することが必要である。走査される後の加工光を平行光束化することは、光走査手段に入射する走査前の加工光を平行光束化することよりも構成が複雑化する。本態様のように、光走査手段が移動手段に搭載されていれば、走査された後の加工光を平行光束化する必要がないため、簡易な構成を実現可能である。

（態様Ｎ）
加工光を出射する光源と、前記光源からの加工光を走査する光走査手段と、前記加工対象物上における前記光走査手段による加工光の走査方向に対して交差する方向に前記加工対象物を搬送する搬送手段とを有する光加工装置において、前記加工対象物に対する加工光の走査範囲と該加工対象物とを、他方に対して前記走査方向に相対移動させる相対移動手段を有することを特徴とする。
本態様においても、加工対象物に対する加工光の走査範囲すなわち加工領域３６と加工対象物とを、加工対象物に対する加工光の走査方向に相対移動させることができる。これにより、加工対象物上の別の被加工部分に対して本光加工装置の加工領域を順次移動させて加工処理を行うことで、加工領域を超えるような比較的大きな加工対象物に対して加工処理しやすくなる。

（態様Ｏ）
レーザ光Ｌ等の加工光を出射するレーザ発振器１１等の光源と、前記加工光によるワーク３５等の加工対象物上の加工箇所を変更するガルバノスキャナ２１、キャリッジ２５、搬送部３等の加工箇所変更手段とを有する光加工装置において、加工対象物の加工箇所に応じて、同一箇所に対するレーザ光Ｌの照射回数、ワーク３５に照射されるレーザ光Ｌの単位時間当たりのエネルギー、レーザ光Ｌの繰り返し周波数等の加工条件を変更する制御ＰＣ４０、レーザドライバ部１０、主走査制御部２４等の加工条件変更手段を有することを特徴とする。
本態様によれば、加工対象物の加工箇所ごとに異なる加工条件で加工を行うことができる。よって、適した加工条件が互いに異なる加工箇所が加工対象物上に存在する場合でも、加工対象物を別装置へ転載するなどの手間を要することなく、その加工対象物上の各加工箇所を、それぞれ適した加工条件で加工することができる。よって、適した加工条件が互いに異なる加工箇所ごとに異なる光加工装置を用いて加工する必要があった従来構成と比較して、手間が少なく、加工時間を短縮することができる。

（態様Ｐ）
前記態様Ｏにおいて、前記光源を制御する制御ＰＣ４０、レーザドライバ部１０等の光源制御手段を有し、前記加工条件は、前記光源制御手段による光源制御条件（ワーク３５に照射されるレーザ光Ｌの単位時間当たりのエネルギー、レーザ光Ｌの繰り返し周波数等）を含むことを特徴とする。

これによれば、適した加工光の特性条件が互いに異なる加工対象物上の各種加工箇所をそれぞれ好適に加工することができる。

（態様Ｑ）
前記態様Ｐにおいて、前記光源制御条件は、加工対象物に照射される加工光の単位時間当たりのエネルギーを含むことを特徴とする。

これによれば、適した加工光の単位時間当たりのエネルギーが互いに異なる加工対象物上の各種加工箇所をそれぞれ好適に加工することができる。

（態様Ｒ）
前記態様Ｐ又はＱにおいて、前記光源は、所定の繰り返し周波数で加工光を断続的に出射するパルスファイバレーザ等であり、前記光源制御条件は、前記所定の繰り返し周波数を含むことを特徴とする。

これによれば、適した加工光の繰り返し周波数が互いに異なる加工対象物上の各種加工箇所をそれぞれ好適に加工することができる。

（態様Ｓ）
前記態様Ｏ〜Ｒのいずれかの態様において、前記加工条件は、加工光の照射回数を含むことを特徴とする。
これによれば、同一箇所に対するレーザ光Ｌの適した照射回数が互いに異なる加工対象物上の各種加工箇所をそれぞれ好適に加工することができる。また、加工光の特性を変更せずに加工条件を変えることができるので、簡易な構成を実現できる。

（態様Ｔ）
前記態様Ｏ〜Ｓのいずれかの態様において、前記加工箇所変更手段は、前記光源からの加工光を走査するガルバノスキャナ２１等の光走査手段を含むことを特徴とする。
これによれば、高速かつ高精度な加工を実現できる。

（態様Ｕ）
前記態様Ｔにおいて、主走査方向等の所定方向に複数回の移動と停止を繰り返すキャリッジ２５等の移動手段を有し、前記光走査手段は、前記移動手段に搭載され、前記移動手段の停止中に前記加工光を走査することを特徴とする。
これによれば、比較的大きな加工対象物に対しても、光走査手段で走査した加工光によって加工処理を行うことができる。

（態様Ｖ）
前記態様Ｏ〜Ｕのいずれかの態様において、前記加工箇所変更手段は、前記加工対象物に向けて加工光を照射する光照射位置と加工対象物とを相対移動させるキャリッジ２５、搬送部３、ＸＹテーブル等の相対移動手段を含むことを特徴とする。
これによれば、より加工時間の短い加工の実現が容易である。

１ レーザ出力部
２ レーザ走査部
３ ワーク搬送部
４ 制御部
１０ レーザドライバ部
１１ レーザ発振器
１２ ビームエキスパンダ
１４，１５，１６ 反射ミラー
２０ ガルバノスキャナ制御部
２１ ガルバノスキャナ
２１ａ ガルバノミラー
２１ｂ ステッピングモータ
２２ ｆθレンズ
２３ モニタカメラ
２４ 主走査制御部
２５ キャリッジ
２６ ステッピングモータ
２８ リニアエンコーダ
２９ リニアガイド
３０ 副走査制御部
３１ ステッピングモータ
３２ 搬送ローラ対
３３，３４ モニタカメラ
３５ ワーク
３６ 加工領域
３７ アライメントマーク
５１ スプール軸
５２ 入口ガイド板
５３ 加工テーブル
５４ カッター
５５ トレイ
５７ 空洞部
５８ ポンプ
６１ コリメータレンズ
６７ 巻取軸
９１ ポリゴンスキャナ
９１ａ ポリゴンミラー
９１ｂ モータ

特開２００３−２０５３８４号公報

Claims (20)

1. 光源と、
   前記光源による光を走査する光走査手段と、
   前記光走査手段によって走査された光を加工対象物へ向けて集光させる集光手段とを有する光加工装置において、
   前記集光手段は、前記加工対象物に対して移動する移動手段に搭載され、
   前記光源は、前記移動手段に非搭載である
   ことを特徴とする光加工装置。
2. 請求項１に記載の光加工装置において、
   前記光走査手段は、前記移動手段に搭載されている
   ことを特徴とする光加工装置。
3. 請求項１または２に記載の光加工装置であって、
   前記移動手段に対して前記加工対象物を相対移動させるように搬送する搬送手段を有する
   ことを特徴とする光加工装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光加工装置において、
   前記移動手段は、第一の方向に移動し、
   前記搬送手段は、前記第一の方向と交わる第二の方向に、前記加工対象物を相対移動させる
   ことを特徴とする光加工装置。
5. 請求項４に記載の光加工装置において、
   前記移動手段は、第一の軸に沿う方向にのみ移動し、
   前記搬送手段は、前記第一の軸と直交する第二の軸に沿う方向にのみ、前記加工対象物を相対移動させる
   ことを特徴とする光加工装置。
6. 請求項４または５に記載の光加工装置において、
   前記光源による光を平行光束化する平行光束化手段を有し、
   前記移動手段へ入射する光は、前記移動手段へ入射する前に平行光束化され、前記移動手段が移動する方向に沿う方向から前記移動手段へ入射する
   ことを特徴とする光加工装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光加工装置において、
   前記移動手段は、少なくとも２以上の停止位置で停止し、
   前記光走査手段は、前記移動手段が停止している状態において前記光源による光を走査する
   ことを特徴とする光加工装置。
8. 請求項７に記載の光加工装置において、
   前記移動手段は、往復移動し、往復移動における一方向の移動のときにのみ前記停止位置で停止する
   ことを特徴とする光加工装置。
9. 請求項７または８に記載の光加工装置において、
   前記移動手段は、隣接する各停止位置における前記加工対象物上の光の走査の範囲が互いに重なるような停止位置で停止する
   ことを特徴とする光加工装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光加工装置において、
    前記光走査手段は、前記光源による光を２次元走査する
    ことを特徴とする光加工装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光加工装置において、
    前記集光手段の集光距離を調整する調整手段を有する
    ことを特徴とする光加工装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光加工装置において、
    前記光走査手段が走査する箇所に応じて、前記光源の光の単位時間あたりのエネルギー、前記光源の光の繰り返し周波数、前記光源の光の照射回数のうち少なくとも１つを変更する
    ことを特徴とする光加工装置。
13. 光源と、前記光源による光を走査する光走査手段と、前記光走査手段によって走査された光を加工対象物へ集光させる集光手段とを有する光加工装置を用いて前記加工対象物を加工することによる光加工物の生産方法において、
    前記光源を移動手段に搭載しない状態で、前記集光手段を前記移動手段に搭載して前記加工対象物に対して移動させ、前記加工対象物を加工する
    ことを特徴とする光加工物の生産方法。
14. 光源と、
    前記光源からの光を加工対象物へ向けて集光させる集光手段と、
    前記集光手段を搭載し、前記加工対象物に対して第一の方向および前記第一の方向と交わる第二の方向に移動する移動手段と、
    前記移動手段に対して前記加工対象物を前記第二の方向に相対移動させるように搬送する搬送手段を有し、
    前記移動手段の移動範囲は、前記加工対象物における被加工部を前記第二の方向に分割した領域である
    ことを特徴とする光加工装置。
15. 請求項１４に記載の光加工装置において、
    前記光源は、前記移動手段に非搭載である
    ことを特徴とする光加工装置。
16. 請求項１４または１５に記載の光加工装置であって、
    前記搬送手段は、前記第二の方向に分割した領域が前記移動手段の移動範囲に重なるように、順次、前記加工対象物を搬送する
    ことを特徴とする光加工装置。
17. 請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の光加工装置において、
    前記光源による光を平行光束化する平行光束化手段を有し、
    前記移動手段へ入射する光は、前記移動手段へ入射する前に平行光束化され、前記移動手段が移動する方向に沿う方向から前記移動手段へ入射する
    ことを特徴とする光加工装置。
18. 請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載の光加工装置において、
    前記集光手段の集光距離を調整する調整手段を有する
    ことを特徴とする光加工装置。
19. 請求項１４乃至１８のいずれか１項に記載の光加工装置において、
    前記集光手段が集光する箇所に応じて、前記光源の光の単位時間あたりのエネルギー、前記光源の光の繰り返し周波数、前記光源の光の照射回数のうち少なくとも１つを変更する
    ことを特徴とする光加工装置。
20. 光源と、前記光源からの光を加工対象物へ向けて集光させる集光手段と、前記集光手段を搭載し、前記加工対象物に対して第一の方向および前記第一の方向と交わる第二の方向に移動する移動手段と、前記移動手段に対して前記加工対象物を前記第二の方向に相対移動させるように搬送する搬送手段と、を有する光加工装置を用いて前記加工対象物を加工することによる光加工物の生産方法において、
    前記移動手段の移動範囲は、前記加工対象物における被加工部を前記第二の方向に分割した領域である
    ことを特徴とする光加工物の生産方法。

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