レーザ加工方法、及び、レーザ加工装置
【課題】 良質の加工を高効率で行う。
【解決手段】 （ａ）線状パターン上の少なくとも２つの点の座標を測定して加工目標線を決定する。（ｂ）加工目標線に沿ってレーザビームが走査されるように、複数の入射目標位置を設定する。（ｃ）レーザビームの入射位置、または走査方向前方の線状パターンの位置情報を取得し、取得された位置情報に基づいて、入射目標位置を補正することにより、入射指令値を算出する。（ｄ）現在の入射位置から、算出された入射指令値による入射位置までレーザビームを走査する。
【解決手段】 （ａ）線状パターン上の少なくとも２つの点の座標を測定して加工目標線を決定する。（ｂ）加工目標線に沿ってレーザビームが走査されるように、複数の入射目標位置を設定する。（ｃ）レーザビームの入射位置、または走査方向前方の線状パターンの位置情報を取得し、取得された位置情報に基づいて、入射目標位置を補正することにより、入射指令値を算出する。（ｄ）現在の入射位置から、算出された入射指令値による入射位置までレーザビームを走査する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工対象物にレーザビームを照射して行うレーザ加工方法、及び、レーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、レーザビームを照射して行うパターニング加工の従来技術について説明する。
【０００３】
図５（Ａ）は、パターニング加工の加工対象物であるパネル５０を示す平面図である。パネル５０は、たとえば太陽電池製造の一工程に現れるパネルである。パネル５０には、直線状の凹部５０ｂが縦横に形成されている。
【０００４】
図５（Ｂ）に、図５（Ａ）の５Ｂ−５Ｂ線に沿う断面図を示す。パネル５０は、表面に複数の凹部５０ｂが形成された厚さ０．５ｍｍ〜０．７ｍｍのガラス基板５０ａと、ガラス基板５０ａ表面上に形成された透明導電膜、たとえば厚さ０．１μｍ〜０．２μｍのＩＴＯ(Indium Tin Oxide)膜５０ｃを含んで構成される。ＩＴＯ膜５０ｃは、ガラス基板５０ａの凹部５０ｂ内にも形成される。
【０００５】
太陽電池製造のため、レーザビーム６０を凹部５０ｂ上方からパネル５０に照射し、照射位置のＩＴＯ膜５０ｃの除去加工を行う。本図には、レーザビーム６０の照射により除去されるＩＴＯ膜５０ｃに右下がりの斜線を付して示した。レーザビーム６０は、凹部５０ｂの長さ方向に沿って走査される。この結果、凹部５０ｂ内のＩＴＯ膜５０ｃを、凹部５０ｂの長さ方向に連続的に除去するパターニング加工が行われる。
【０００６】
図５（Ｃ）を参照して、上述のパターニング加工の従来方法について説明する。図５（Ｃ）は、図５（Ａ）において点線で囲んだ領域を拡大した図である。
【０００７】
図５（Ａ）に示す複数の直線状凹部５０ｂのそれぞれの座標は、パネル５０上に画定された座標系によって、ＣＡＤデータで与えられている。そこでまず複数の凹部５０ｂの端点の座標や、縦方向に伸びる凹部５０ｂと横方向に伸びる凹部５０ｂの複数の交点の座標を、パネル５０上に画定された座標系において求める。
【０００８】
次に、パネル５０をレーザパターニング装置のステージ上に載置し、上記端点や交点を撮像して画像処理を行うことで計測し、偏差を求めて、レーザパターニング装置の座標系における実際の交点の座標、たとえば図５（Ｃ）に示した範囲においては交点５０ｘ及び５０ｙの座標を測定する。
【０００９】
そして両交点５０ｘ、５０ｙを結んだ線分（加工目標線５０ｚ）に沿う位置にレーザビームを入射させ、加工目標線５０ｚに沿ってレーザパターニングを行う。
【００１０】
しかしこのレーザパターニング方法では、交点５０ｘ、５０ｙ間の凹部５０ｂが直線状に形成されていない場合などには、高精度でパターニングを行うことができない。
【００１１】
加工対象物を撮影して被加工線を検出し、検出された被加工線に基づいて自動位置合わせを行い、被加工線上にレーザビームを照射して溶接を行うレーザ加工装置の発明が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。自動位置合わせに際しては、レーザビームの焦点位置と、当該焦点位置から最も近い被加工線上の点との間のずれを算出し、両者を一致させる制御を行う。
【００１２】
しかしながら、特許文献１記載の技術では、レーザ加工に要する時間が長くなる場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平９−１４１４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、良質の加工を高効率で行うことのできるレーザ加工装置を提供することである。
【００１５】
また、良質の加工を高効率で行うことのできるレーザ加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一観点によれば、（ａ）線状パターン上の少なくとも２つの点の座標を測定して加工目標線を決定する工程と、（ｂ）前記加工目標線に沿ってレーザビームが走査されるように、複数の入射目標位置を設定する工程と、（ｃ）レーザビームの入射位置、または走査方向前方の前記線状パターンの位置情報を取得し、取得された位置情報に基づいて、前記入射目標位置を補正することにより、入射指令値を算出する工程と、（ｄ）現在の入射位置から、算出された入射指令値による入射位置までレーザビームを走査する工程とを有するレーザ加工方法が提供される。
【００１７】
また、本発明の他の観点によれば、レーザビームを出射するレーザ光源と、加工対象物を保持するステージと、制御装置から与えられる入射指令値に基づいて、前記レーザ光源から出射したレーザビームの入射位置を、現在の入射位置から入射指令値で規定される位置まで移動させるビーム走査器と、レーザビームの入射位置を含む領域、またはレーザビームの入射位置の移動方向前方の領域の、前記加工対象物の表面の像を取得する受光装置とを有し、前記制御装置は、レーザビームを入射させるべき複数の入射目標位置を記憶しており、前記受光装置で得られた像に基づいて前記入射目標位置を補正することにより、入射指令値を算出し、前記ビーム走査器に入射指令値を送信するレーザ加工装置が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、良質の加工を高効率で行うことの可能なレーザ加工装置を提供することができる。
【００１９】
また、良質の加工を高効率で行うことの可能なレーザ加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｅ）は、実施例によるレーザ加工方法について説明するための図である。
【図３】変形例によるレーザ加工装置を示す概略図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、変形例によるレーザ加工装置を用いて行うレーザ加工方法について説明するための図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、レーザビームを照射して行うパターニング加工の従来技術について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。実施例によるレーザ加工装置は、レーザ光源１０、アッテネータ１１、マスク１２、フォーカスレンズ１３、レンズ移動機構１４、ダイクロイックミラー１５、ガルバノスキャナ１６、ＣＣＤカメラ１７、制御装置１８、及び加工テーブル２０を含んで構成される。
【００２２】
レーザ光源１０が、制御装置１８から送られるトリガ信号を受けて、パルスレーザビーム３０を出射する。レーザ光源１０は、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザ発振器、及び非線形光学結晶を含む。パルスレーザビーム３０は、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザの２倍高調波である。
【００２３】
パルスレーザビーム３０は、アッテネータ１１でエネルギを減衰された後、マスク１２に入射する。マスク１２は透光領域と遮光領域とを有し、パルスレーザビーム３０の断面形状を整形する。マスク１２で断面形状を整形されたパルスレーザビーム３０は、フォーカスレンズ１３、ダイクロイックミラー１５を透過してガルバノスキャナ１６に入射する。
【００２４】
ガルバノスキャナ１６は２枚の揺動鏡を含んで構成され、制御装置１８からの制御信号を受けて、パルスレーザビーム３０を２次元方向に走査して出射することができる。パルスレーザビーム３０は、ガルバノスキャナ１６で出射方向を変化されて、加工テーブル２０上に載置されたパネル５０に入射する。
【００２５】
パネル５０は、たとえば図５（Ａ）〜（Ｃ）に示した、太陽電池製造の一工程に現れるパネルである。パネル５０にパルスレーザビーム３０を照射して、ガラス基板５０ａの線状パターン上（凹部５０ｂ内）に形成されたＩＴＯ膜５０ｃを、凹部５０ｂの長さ方向に沿って連続的に除去するパターニング加工を行う。
【００２６】
レンズ移動機構１４は、フォーカスレンズ１３を、パルスレーザビーム３０の光軸方向（進行方向）に移動可能に保持する。レンズ移動機構１４によるフォーカスレンズ１３の移動の制御は、制御装置１８の信号により行われる。フォーカスレンズ１３の移動により、パネル５０上におけるパルスレーザビーム３０の入射位置が変化しても、パルスレーザビーム３０はパネル５０上に焦点を結んで入射する。
【００２７】
パネル５０に入射するパルスレーザビーム３０と逆の経路を進行する光が、ガルバノスキャナ１６を経由してダイクロイックミラー１５で反射され、ＣＣＤカメラ１７で受光される。これによってパルスレーザビーム３０入射位置近傍の像を得ることができる。
【００２８】
加工テーブル２０は、制御装置１８からの制御信号を受けて、パネル５０を図の上下方向（パネル５０の面内方向と交差する方向、たとえばパネル５０の法線方向）に移動させることができる。これによりＣＣＤカメラ１７の焦点合わせを行うことができる。レーザ光源１０の光軸とＣＣＤカメラ１７の光軸は一致している。制御装置１８は、レーザ光源１０とＣＣＤカメラ１７の位置座標のマップをもっており、両者の座標系は一致している。ＣＣＤカメラ１７で撮影された像のデータは、制御装置１８に送信され、レーザパターニング加工の制御に用いられる。
【００２９】
図２（Ａ）〜（Ｅ）を参照して実施例によるレーザ加工方法について説明する。
【００３０】
図２（Ａ）を参照する。パネル５０の直線状凹部５０ｂのそれぞれの座標は、パネル５０上に画定された座標系によってＣＡＤデータで与えられており、それらは制御装置１８の記憶領域に記憶されている。制御装置１８は、まず複数の凹部５０ｂの端点の座標や、縦方向に伸びる凹部５０ｂと横方向に伸びる凹部５０ｂの複数の交点の座標を、パネル５０上に画定された座標系において求め、記憶領域に保存する。またはあらかじめ求められた端点や交点の座標を記憶領域に保存しておいてもよい。
【００３１】
次に、パネル５０を、図１に示したレーザ加工装置の加工テーブル２０上に載置し、上記端点や交点をＣＣＤカメラ１７で撮像して画像処理を行うことで計測し、偏差を求めて、ＣＣＤカメラ１７の座標系における実際の交点の座標、たとえば図２（Ａ）に示した範囲においては交点５０ｘ及び５０ｙの座標を測定する。
【００３２】
制御装置１８は、両交点５０ｘ、５０ｙを結んだ線分を加工目標線５０ｚとして決定する。加工目標線５０ｚは加工開始時に暫定的に定められるレーザパターニングの実施位置である。制御装置１８は、加工目標線５０ｚに沿ってパルスレーザビーム３０が走査されるように、加工目標線５０ｚ上に複数の入射目標位置を設定する。設定された入射目標位置は、制御装置１８の記憶領域に記憶される。
【００３３】
図２（Ａ）には、交点５０ｘ、５０ｙ間の凹部５０ｂが直線的に形成されていない場合を示した。凹部５０ｂが直線的に形成されている場合であれば、凹部５０ｂの幅方向の中心線Ｌと加工目標線５０ｚとは一致する。レーザパターニング加工は、凹部５０ｂの幅方向の中心線Ｌに沿って行うのが望ましい。
【００３４】
図２（Ｂ）に、パルスレーザビーム３０が入射する位置のパネル５０を撮影するＣＣＤカメラ１７の画界を示す。本図に示すのは、図２（Ａ）に一点鎖線で囲んだ領域の画像である。図２（Ｂ）には、画界の中心Ｃｖとパルスレーザビーム３０のビームスポットの中心ＣＬとが一致する場合を示した。パルスレーザビーム３０のビームスポットが入射した部分に加工線５０ｄが形成される。加工線５０ｄは、加工目標線５０ｚに沿ってパルスレーザビーム３０が走査されてパターニングされた部分である。
【００３５】
図２（Ｂ）に示す画像は、ＣＣＤカメラ１７から制御装置１８に送信される。制御装置１８は、凹部５０ｂのパターン及びその幅方向の中心線（中心位置）Ｌを検出する。そして中心線（中心位置）Ｌと画界中心Ｃｖ（ビームスポットの中心ＣＬ、加工線５０ｄ）との幅方向における差ｄを算出する。
【００３６】
図２（Ｃ）を参照する。制御装置１８は、算出された差ｄに基づいてガルバノスキャナ１６に補正された制御信号を送信し、揺動鏡を駆動して、パルスレーザビーム３０のパネル５０上への入射位置を制御する。
【００３７】
ガルバノ目標値は、差ｄに基づく補正が反映可能な段階において、加工目標線５０ｚ上の入射目標位置にパルスレーザビーム３０を入射させるための揺動鏡のミラー角度を示す。現在値は、図２（Ｂ）に示した位置にパルスレーザビーム３０を入射させたときの揺動鏡のミラー角度を示す。制御装置１８は、ガルバノ目標値に、差ｄに対応する補正ミラー角度を加え、現在値を減じて算出した制御信号（指令値）を、ガルバノスキャナ１８に送信する。ガルバノスキャナ１８の駆動により、現在の入射位置（図２（Ｂ）に示したビーム入射位置）から、算出された制御信号（指令値）による入射位置までパルスレーザビーム３０が走査される。
【００３８】
なお、制御信号（指令値）が算出されてから加工を開始する。
【００３９】
このような制御を行うことで、パルスレーザビーム３０の入射位置（ビームスポットの中心ＣＬ、加工線５０ｄ）と、凹部５０ｂの幅方向の中心線（中心位置）Ｌとの差を小さくすることができ、凹部５０ｂの幅方向の中心線（中心位置）Ｌに沿ってレーザパターニング加工を行うことも可能である。
【００４０】
実施例によるレーザ加工方法は、加工中に加工位置周辺を撮像して画像処理を行い、加工位置の補正をリアルタイムに行う。パルスレーザビーム３０のビームスポットの中心ＣＬと、本来加工することが望まれる凹部５０ｂの幅方向の中心線（中心位置）Ｌとの差ｄを検出し、差ｄに基づいてパルスレーザビーム３０の入射位置を修正することで、高精度のレーザパターニング加工を実現することができる。
【００４１】
また、あらかじめ加工対象物を撮影して被加工線を検出する等の準備を要しないため、加工時間を短くすることができ、高効率でレーザパターニング加工を行うことができる。
【００４２】
図２（Ｄ）には、図２（Ｂ）と異なり、画界の中心Ｃｖとパルスレーザビーム３０のビームスポットの中心ＣＬとが一致しない場合を示した。レーザ加工の初期にレーザ光源１０の光軸とＣＣＤカメラ１７の光軸（座標系）が一致しているときでも、キャリブレーションの不足や経時変化などが原因で、両者が不一致となることがある。このような場合にも、凹部５０ｂの幅方向の中心線（中心位置）Ｌとビームスポットの中心ＣＬ（加工線５０ｄ）との幅方向における差ｄを算出して、図２（Ｃ）を参照して説明した制御と同じ制御を行えばよい。
【００４３】
図２（Ｅ）に制御方法の他の例を示した。図２（Ｃ）に示した制御方法と比較した場合、差ｄに対応するミラー角度補正をどの段階で行うかの違いがあるのみである。本図に示す制御例においては、差ｄを現在値から減じることで補正を行う。
【００４４】
図３は、変形例によるレーザ加工装置を示す概略図である。変形例によるレーザ加工装置は、ＣＣＤカメラ１７に代えて、ラインセンサカメラ１９ａ、１９ｂが用いられている点において実施例によるレーザ加工装置と異なる。
【００４５】
パネル５０に入射するパルスレーザビーム３０と逆の経路を進行する光が、ガルバノスキャナ１６を経由してダイクロイックミラー１５で反射され、ハーフミラー２１で二分岐される。二分岐された光の一方は、ラインセンサカメラ１９ａで受光され、他方は折り返しミラー２２で反射された後、ラインセンサカメラ１９ｂで受光される。ラインセンサカメラ１９ａ、１９ｂで得られたデータは、制御装置１８に送信される。
【００４６】
図４（Ａ）〜（Ｃ）を参照し、変形例によるレーザ加工装置を用いて行うレーザ加工方法について説明する。図４（Ａ）〜（Ｃ）においては、ラインセンサカメラ１９ａ、１９ｂの画界をそれぞれ画界２５ａ、２５ｂと示した。
【００４７】
ラインセンサカメラ１９ａは、パネル５０の縦方向（図４（Ａ）、（Ｂ）及び図５（Ａ）の縦方向）に形成された直線状凹部５０ｂ内のＩＴＯ膜５０ｃを除去するパターニング加工に用いる。また、ラインセンサカメラ１９ｂは、パネル５０の横方向（図４（Ａ）、（Ｂ）及び図５（Ａ）の横方向）に形成された直線状凹部５０ｂ内のＩＴＯ膜５０ｃを除去するパターニング加工に用いる。
【００４８】
本レーザ加工方法においては、パルスレーザビーム３０の入射位置（ビームスポットの中心ＣＬの位置）とラインセンサカメラ１９ａ、１９ｂの画界２５ａ、２５ｂの位置をあらかじめ計測しておく。
【００４９】
パルスレーザビーム３０の入射位置（ビームスポットの中心ＣＬの位置）と、ラインセンサカメラ１９ａ、１９ｂの画界２５ａ、２５ｂとの相対的な位置関係は、図４（Ａ）に示すようにパターニング加工の進行方向側にオフセットしていてもよいし、図４（Ｂ）に示すように一致させることも可能である。
【００５０】
図４（Ａ）を参照する。実施例と同様に、凹部５０ｂに、加工目標線５０ｚに沿ってパルスレーザビーム３０を入射させる。パネル５０の縦方向に形成された直線状凹部５０ｂ内に、パルスレーザビーム３０が照射され、ＩＴＯ膜５０ｃが除去されて加工線５０ｄが形成される。前述のように、縦方向にパターニングする際には、ラインセンサカメラ１９ａを用いて得られた画像を利用して加工を行う。
【００５１】
図４（Ｃ）に、ラインセンサカメラ１９ａから制御装置１８に送信された画像情報を基に求められる位置と輝度との関係をグラフにして示す。グラフ横軸の「位置」は、凹部５０ｂの幅方向に沿う位置である。
【００５２】
凹部５０ｂが形成されている位置の輝度は高い。制御装置１８は、高輝度部分の中央位置を凹部５０ｂの幅方向に沿って求め、この位置を凹部５０ｂの幅方向の中心位置Ｌとする。パルスレーザビーム３０の入射位置（ビームスポットの中心ＣＬの位置）は、あらかじめ計測されているため、ビームスポットの中心ＣＬ（加工線５０ｄ）と凹部５０ｂの中心位置Ｌとの幅方向の差ｄが制御装置１８によって求められる。
【００５３】
差ｄが得られた後は、図２（Ｃ）及び（Ｅ）を参照して説明した制御と同様の制御を行って、ラインセンサカメラ１９ａを用いて画像情報を得た位置にパルスレーザビーム３０を入射させる。こうすることで、凹部５０ｂの幅方向の中心線（中心位置）Ｌに沿って高精度のレーザパターニング加工を行うことが可能となる。
【００５４】
変形例によるレーザ加工装置は、ラインセンサカメラを用いているため、差ｄを高速に計測することができる。このため差ｄを反映した補正制御を高速で行うことができる。
【００５５】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５６】
たとえば、実施例においてはＣＣＤカメラを用い、変形例においてはラインセンサカメラを使用したが、両者をともに用いて装置を構成することもできる。
【００５７】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
レーザ加工一般、殊にレーザパターニング加工に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０ レーザ光源
１１ アッテネータ
１２ マスク
１３ フォーカスレンズ
１４ レンズ移動機構
１５ ダイクロイックミラー
１６ ガルバノスキャナ
１７ ＣＣＤカメラ
１８ 制御装置
１９ａ、１９ｂ ラインセンサカメラ
２０ 加工テーブル
２１ ハーフミラー
２２ 折り返しミラー
２５ａ ラインセンサカメラ１９ａの画界
２５ｂ ラインセンサカメラ１９ｂの画界
３０ パルスレーザビーム
５０ パネル
５０ａ ガラス基板
５０ｂ 凹部
５０ｃ ＩＴＯ膜
５０ｄ 加工線
５０ｘ、５０ｙ 交点
５０ｚ 加工目標線
６０ レーザビーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工対象物にレーザビームを照射して行うレーザ加工方法、及び、レーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、レーザビームを照射して行うパターニング加工の従来技術について説明する。
【０００３】
図５（Ａ）は、パターニング加工の加工対象物であるパネル５０を示す平面図である。パネル５０は、たとえば太陽電池製造の一工程に現れるパネルである。パネル５０には、直線状の凹部５０ｂが縦横に形成されている。
【０００４】
図５（Ｂ）に、図５（Ａ）の５Ｂ−５Ｂ線に沿う断面図を示す。パネル５０は、表面に複数の凹部５０ｂが形成された厚さ０．５ｍｍ〜０．７ｍｍのガラス基板５０ａと、ガラス基板５０ａ表面上に形成された透明導電膜、たとえば厚さ０．１μｍ〜０．２μｍのＩＴＯ(Indium Tin Oxide)膜５０ｃを含んで構成される。ＩＴＯ膜５０ｃは、ガラス基板５０ａの凹部５０ｂ内にも形成される。
【０００５】
太陽電池製造のため、レーザビーム６０を凹部５０ｂ上方からパネル５０に照射し、照射位置のＩＴＯ膜５０ｃの除去加工を行う。本図には、レーザビーム６０の照射により除去されるＩＴＯ膜５０ｃに右下がりの斜線を付して示した。レーザビーム６０は、凹部５０ｂの長さ方向に沿って走査される。この結果、凹部５０ｂ内のＩＴＯ膜５０ｃを、凹部５０ｂの長さ方向に連続的に除去するパターニング加工が行われる。
【０００６】
図５（Ｃ）を参照して、上述のパターニング加工の従来方法について説明する。図５（Ｃ）は、図５（Ａ）において点線で囲んだ領域を拡大した図である。
【０００７】
図５（Ａ）に示す複数の直線状凹部５０ｂのそれぞれの座標は、パネル５０上に画定された座標系によって、ＣＡＤデータで与えられている。そこでまず複数の凹部５０ｂの端点の座標や、縦方向に伸びる凹部５０ｂと横方向に伸びる凹部５０ｂの複数の交点の座標を、パネル５０上に画定された座標系において求める。
【０００８】
次に、パネル５０をレーザパターニング装置のステージ上に載置し、上記端点や交点を撮像して画像処理を行うことで計測し、偏差を求めて、レーザパターニング装置の座標系における実際の交点の座標、たとえば図５（Ｃ）に示した範囲においては交点５０ｘ及び５０ｙの座標を測定する。
【０００９】
そして両交点５０ｘ、５０ｙを結んだ線分（加工目標線５０ｚ）に沿う位置にレーザビームを入射させ、加工目標線５０ｚに沿ってレーザパターニングを行う。
【００１０】
しかしこのレーザパターニング方法では、交点５０ｘ、５０ｙ間の凹部５０ｂが直線状に形成されていない場合などには、高精度でパターニングを行うことができない。
【００１１】
加工対象物を撮影して被加工線を検出し、検出された被加工線に基づいて自動位置合わせを行い、被加工線上にレーザビームを照射して溶接を行うレーザ加工装置の発明が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。自動位置合わせに際しては、レーザビームの焦点位置と、当該焦点位置から最も近い被加工線上の点との間のずれを算出し、両者を一致させる制御を行う。
【００１２】
しかしながら、特許文献１記載の技術では、レーザ加工に要する時間が長くなる場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平９−１４１４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、良質の加工を高効率で行うことのできるレーザ加工装置を提供することである。
【００１５】
また、良質の加工を高効率で行うことのできるレーザ加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一観点によれば、（ａ）線状パターン上の少なくとも２つの点の座標を測定して加工目標線を決定する工程と、（ｂ）前記加工目標線に沿ってレーザビームが走査されるように、複数の入射目標位置を設定する工程と、（ｃ）レーザビームの入射位置、または走査方向前方の前記線状パターンの位置情報を取得し、取得された位置情報に基づいて、前記入射目標位置を補正することにより、入射指令値を算出する工程と、（ｄ）現在の入射位置から、算出された入射指令値による入射位置までレーザビームを走査する工程とを有するレーザ加工方法が提供される。
【００１７】
また、本発明の他の観点によれば、レーザビームを出射するレーザ光源と、加工対象物を保持するステージと、制御装置から与えられる入射指令値に基づいて、前記レーザ光源から出射したレーザビームの入射位置を、現在の入射位置から入射指令値で規定される位置まで移動させるビーム走査器と、レーザビームの入射位置を含む領域、またはレーザビームの入射位置の移動方向前方の領域の、前記加工対象物の表面の像を取得する受光装置とを有し、前記制御装置は、レーザビームを入射させるべき複数の入射目標位置を記憶しており、前記受光装置で得られた像に基づいて前記入射目標位置を補正することにより、入射指令値を算出し、前記ビーム走査器に入射指令値を送信するレーザ加工装置が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、良質の加工を高効率で行うことの可能なレーザ加工装置を提供することができる。
【００１９】
また、良質の加工を高効率で行うことの可能なレーザ加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｅ）は、実施例によるレーザ加工方法について説明するための図である。
【図３】変形例によるレーザ加工装置を示す概略図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、変形例によるレーザ加工装置を用いて行うレーザ加工方法について説明するための図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、レーザビームを照射して行うパターニング加工の従来技術について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。実施例によるレーザ加工装置は、レーザ光源１０、アッテネータ１１、マスク１２、フォーカスレンズ１３、レンズ移動機構１４、ダイクロイックミラー１５、ガルバノスキャナ１６、ＣＣＤカメラ１７、制御装置１８、及び加工テーブル２０を含んで構成される。
【００２２】
レーザ光源１０が、制御装置１８から送られるトリガ信号を受けて、パルスレーザビーム３０を出射する。レーザ光源１０は、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザ発振器、及び非線形光学結晶を含む。パルスレーザビーム３０は、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザの２倍高調波である。
【００２３】
パルスレーザビーム３０は、アッテネータ１１でエネルギを減衰された後、マスク１２に入射する。マスク１２は透光領域と遮光領域とを有し、パルスレーザビーム３０の断面形状を整形する。マスク１２で断面形状を整形されたパルスレーザビーム３０は、フォーカスレンズ１３、ダイクロイックミラー１５を透過してガルバノスキャナ１６に入射する。
【００２４】
ガルバノスキャナ１６は２枚の揺動鏡を含んで構成され、制御装置１８からの制御信号を受けて、パルスレーザビーム３０を２次元方向に走査して出射することができる。パルスレーザビーム３０は、ガルバノスキャナ１６で出射方向を変化されて、加工テーブル２０上に載置されたパネル５０に入射する。
【００２５】
パネル５０は、たとえば図５（Ａ）〜（Ｃ）に示した、太陽電池製造の一工程に現れるパネルである。パネル５０にパルスレーザビーム３０を照射して、ガラス基板５０ａの線状パターン上（凹部５０ｂ内）に形成されたＩＴＯ膜５０ｃを、凹部５０ｂの長さ方向に沿って連続的に除去するパターニング加工を行う。
【００２６】
レンズ移動機構１４は、フォーカスレンズ１３を、パルスレーザビーム３０の光軸方向（進行方向）に移動可能に保持する。レンズ移動機構１４によるフォーカスレンズ１３の移動の制御は、制御装置１８の信号により行われる。フォーカスレンズ１３の移動により、パネル５０上におけるパルスレーザビーム３０の入射位置が変化しても、パルスレーザビーム３０はパネル５０上に焦点を結んで入射する。
【００２７】
パネル５０に入射するパルスレーザビーム３０と逆の経路を進行する光が、ガルバノスキャナ１６を経由してダイクロイックミラー１５で反射され、ＣＣＤカメラ１７で受光される。これによってパルスレーザビーム３０入射位置近傍の像を得ることができる。
【００２８】
加工テーブル２０は、制御装置１８からの制御信号を受けて、パネル５０を図の上下方向（パネル５０の面内方向と交差する方向、たとえばパネル５０の法線方向）に移動させることができる。これによりＣＣＤカメラ１７の焦点合わせを行うことができる。レーザ光源１０の光軸とＣＣＤカメラ１７の光軸は一致している。制御装置１８は、レーザ光源１０とＣＣＤカメラ１７の位置座標のマップをもっており、両者の座標系は一致している。ＣＣＤカメラ１７で撮影された像のデータは、制御装置１８に送信され、レーザパターニング加工の制御に用いられる。
【００２９】
図２（Ａ）〜（Ｅ）を参照して実施例によるレーザ加工方法について説明する。
【００３０】
図２（Ａ）を参照する。パネル５０の直線状凹部５０ｂのそれぞれの座標は、パネル５０上に画定された座標系によってＣＡＤデータで与えられており、それらは制御装置１８の記憶領域に記憶されている。制御装置１８は、まず複数の凹部５０ｂの端点の座標や、縦方向に伸びる凹部５０ｂと横方向に伸びる凹部５０ｂの複数の交点の座標を、パネル５０上に画定された座標系において求め、記憶領域に保存する。またはあらかじめ求められた端点や交点の座標を記憶領域に保存しておいてもよい。
【００３１】
次に、パネル５０を、図１に示したレーザ加工装置の加工テーブル２０上に載置し、上記端点や交点をＣＣＤカメラ１７で撮像して画像処理を行うことで計測し、偏差を求めて、ＣＣＤカメラ１７の座標系における実際の交点の座標、たとえば図２（Ａ）に示した範囲においては交点５０ｘ及び５０ｙの座標を測定する。
【００３２】
制御装置１８は、両交点５０ｘ、５０ｙを結んだ線分を加工目標線５０ｚとして決定する。加工目標線５０ｚは加工開始時に暫定的に定められるレーザパターニングの実施位置である。制御装置１８は、加工目標線５０ｚに沿ってパルスレーザビーム３０が走査されるように、加工目標線５０ｚ上に複数の入射目標位置を設定する。設定された入射目標位置は、制御装置１８の記憶領域に記憶される。
【００３３】
図２（Ａ）には、交点５０ｘ、５０ｙ間の凹部５０ｂが直線的に形成されていない場合を示した。凹部５０ｂが直線的に形成されている場合であれば、凹部５０ｂの幅方向の中心線Ｌと加工目標線５０ｚとは一致する。レーザパターニング加工は、凹部５０ｂの幅方向の中心線Ｌに沿って行うのが望ましい。
【００３４】
図２（Ｂ）に、パルスレーザビーム３０が入射する位置のパネル５０を撮影するＣＣＤカメラ１７の画界を示す。本図に示すのは、図２（Ａ）に一点鎖線で囲んだ領域の画像である。図２（Ｂ）には、画界の中心Ｃｖとパルスレーザビーム３０のビームスポットの中心ＣＬとが一致する場合を示した。パルスレーザビーム３０のビームスポットが入射した部分に加工線５０ｄが形成される。加工線５０ｄは、加工目標線５０ｚに沿ってパルスレーザビーム３０が走査されてパターニングされた部分である。
【００３５】
図２（Ｂ）に示す画像は、ＣＣＤカメラ１７から制御装置１８に送信される。制御装置１８は、凹部５０ｂのパターン及びその幅方向の中心線（中心位置）Ｌを検出する。そして中心線（中心位置）Ｌと画界中心Ｃｖ（ビームスポットの中心ＣＬ、加工線５０ｄ）との幅方向における差ｄを算出する。
【００３６】
図２（Ｃ）を参照する。制御装置１８は、算出された差ｄに基づいてガルバノスキャナ１６に補正された制御信号を送信し、揺動鏡を駆動して、パルスレーザビーム３０のパネル５０上への入射位置を制御する。
【００３７】
ガルバノ目標値は、差ｄに基づく補正が反映可能な段階において、加工目標線５０ｚ上の入射目標位置にパルスレーザビーム３０を入射させるための揺動鏡のミラー角度を示す。現在値は、図２（Ｂ）に示した位置にパルスレーザビーム３０を入射させたときの揺動鏡のミラー角度を示す。制御装置１８は、ガルバノ目標値に、差ｄに対応する補正ミラー角度を加え、現在値を減じて算出した制御信号（指令値）を、ガルバノスキャナ１８に送信する。ガルバノスキャナ１８の駆動により、現在の入射位置（図２（Ｂ）に示したビーム入射位置）から、算出された制御信号（指令値）による入射位置までパルスレーザビーム３０が走査される。
【００３８】
なお、制御信号（指令値）が算出されてから加工を開始する。
【００３９】
このような制御を行うことで、パルスレーザビーム３０の入射位置（ビームスポットの中心ＣＬ、加工線５０ｄ）と、凹部５０ｂの幅方向の中心線（中心位置）Ｌとの差を小さくすることができ、凹部５０ｂの幅方向の中心線（中心位置）Ｌに沿ってレーザパターニング加工を行うことも可能である。
【００４０】
実施例によるレーザ加工方法は、加工中に加工位置周辺を撮像して画像処理を行い、加工位置の補正をリアルタイムに行う。パルスレーザビーム３０のビームスポットの中心ＣＬと、本来加工することが望まれる凹部５０ｂの幅方向の中心線（中心位置）Ｌとの差ｄを検出し、差ｄに基づいてパルスレーザビーム３０の入射位置を修正することで、高精度のレーザパターニング加工を実現することができる。
【００４１】
また、あらかじめ加工対象物を撮影して被加工線を検出する等の準備を要しないため、加工時間を短くすることができ、高効率でレーザパターニング加工を行うことができる。
【００４２】
図２（Ｄ）には、図２（Ｂ）と異なり、画界の中心Ｃｖとパルスレーザビーム３０のビームスポットの中心ＣＬとが一致しない場合を示した。レーザ加工の初期にレーザ光源１０の光軸とＣＣＤカメラ１７の光軸（座標系）が一致しているときでも、キャリブレーションの不足や経時変化などが原因で、両者が不一致となることがある。このような場合にも、凹部５０ｂの幅方向の中心線（中心位置）Ｌとビームスポットの中心ＣＬ（加工線５０ｄ）との幅方向における差ｄを算出して、図２（Ｃ）を参照して説明した制御と同じ制御を行えばよい。
【００４３】
図２（Ｅ）に制御方法の他の例を示した。図２（Ｃ）に示した制御方法と比較した場合、差ｄに対応するミラー角度補正をどの段階で行うかの違いがあるのみである。本図に示す制御例においては、差ｄを現在値から減じることで補正を行う。
【００４４】
図３は、変形例によるレーザ加工装置を示す概略図である。変形例によるレーザ加工装置は、ＣＣＤカメラ１７に代えて、ラインセンサカメラ１９ａ、１９ｂが用いられている点において実施例によるレーザ加工装置と異なる。
【００４５】
パネル５０に入射するパルスレーザビーム３０と逆の経路を進行する光が、ガルバノスキャナ１６を経由してダイクロイックミラー１５で反射され、ハーフミラー２１で二分岐される。二分岐された光の一方は、ラインセンサカメラ１９ａで受光され、他方は折り返しミラー２２で反射された後、ラインセンサカメラ１９ｂで受光される。ラインセンサカメラ１９ａ、１９ｂで得られたデータは、制御装置１８に送信される。
【００４６】
図４（Ａ）〜（Ｃ）を参照し、変形例によるレーザ加工装置を用いて行うレーザ加工方法について説明する。図４（Ａ）〜（Ｃ）においては、ラインセンサカメラ１９ａ、１９ｂの画界をそれぞれ画界２５ａ、２５ｂと示した。
【００４７】
ラインセンサカメラ１９ａは、パネル５０の縦方向（図４（Ａ）、（Ｂ）及び図５（Ａ）の縦方向）に形成された直線状凹部５０ｂ内のＩＴＯ膜５０ｃを除去するパターニング加工に用いる。また、ラインセンサカメラ１９ｂは、パネル５０の横方向（図４（Ａ）、（Ｂ）及び図５（Ａ）の横方向）に形成された直線状凹部５０ｂ内のＩＴＯ膜５０ｃを除去するパターニング加工に用いる。
【００４８】
本レーザ加工方法においては、パルスレーザビーム３０の入射位置（ビームスポットの中心ＣＬの位置）とラインセンサカメラ１９ａ、１９ｂの画界２５ａ、２５ｂの位置をあらかじめ計測しておく。
【００４９】
パルスレーザビーム３０の入射位置（ビームスポットの中心ＣＬの位置）と、ラインセンサカメラ１９ａ、１９ｂの画界２５ａ、２５ｂとの相対的な位置関係は、図４（Ａ）に示すようにパターニング加工の進行方向側にオフセットしていてもよいし、図４（Ｂ）に示すように一致させることも可能である。
【００５０】
図４（Ａ）を参照する。実施例と同様に、凹部５０ｂに、加工目標線５０ｚに沿ってパルスレーザビーム３０を入射させる。パネル５０の縦方向に形成された直線状凹部５０ｂ内に、パルスレーザビーム３０が照射され、ＩＴＯ膜５０ｃが除去されて加工線５０ｄが形成される。前述のように、縦方向にパターニングする際には、ラインセンサカメラ１９ａを用いて得られた画像を利用して加工を行う。
【００５１】
図４（Ｃ）に、ラインセンサカメラ１９ａから制御装置１８に送信された画像情報を基に求められる位置と輝度との関係をグラフにして示す。グラフ横軸の「位置」は、凹部５０ｂの幅方向に沿う位置である。
【００５２】
凹部５０ｂが形成されている位置の輝度は高い。制御装置１８は、高輝度部分の中央位置を凹部５０ｂの幅方向に沿って求め、この位置を凹部５０ｂの幅方向の中心位置Ｌとする。パルスレーザビーム３０の入射位置（ビームスポットの中心ＣＬの位置）は、あらかじめ計測されているため、ビームスポットの中心ＣＬ（加工線５０ｄ）と凹部５０ｂの中心位置Ｌとの幅方向の差ｄが制御装置１８によって求められる。
【００５３】
差ｄが得られた後は、図２（Ｃ）及び（Ｅ）を参照して説明した制御と同様の制御を行って、ラインセンサカメラ１９ａを用いて画像情報を得た位置にパルスレーザビーム３０を入射させる。こうすることで、凹部５０ｂの幅方向の中心線（中心位置）Ｌに沿って高精度のレーザパターニング加工を行うことが可能となる。
【００５４】
変形例によるレーザ加工装置は、ラインセンサカメラを用いているため、差ｄを高速に計測することができる。このため差ｄを反映した補正制御を高速で行うことができる。
【００５５】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５６】
たとえば、実施例においてはＣＣＤカメラを用い、変形例においてはラインセンサカメラを使用したが、両者をともに用いて装置を構成することもできる。
【００５７】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
レーザ加工一般、殊にレーザパターニング加工に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０ レーザ光源
１１ アッテネータ
１２ マスク
１３ フォーカスレンズ
１４ レンズ移動機構
１５ ダイクロイックミラー
１６ ガルバノスキャナ
１７ ＣＣＤカメラ
１８ 制御装置
１９ａ、１９ｂ ラインセンサカメラ
２０ 加工テーブル
２１ ハーフミラー
２２ 折り返しミラー
２５ａ ラインセンサカメラ１９ａの画界
２５ｂ ラインセンサカメラ１９ｂの画界
３０ パルスレーザビーム
５０ パネル
５０ａ ガラス基板
５０ｂ 凹部
５０ｃ ＩＴＯ膜
５０ｄ 加工線
５０ｘ、５０ｙ 交点
５０ｚ 加工目標線
６０ レーザビーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）線状パターン上の少なくとも２つの点の座標を測定して加工目標線を決定する工程と、
（ｂ）前記加工目標線に沿ってレーザビームが走査されるように、複数の入射目標位置を設定する工程と、
（ｃ）レーザビームの入射位置、または走査方向前方の前記線状パターンの位置情報を取得し、取得された位置情報に基づいて、前記入射目標位置を補正することにより、入射指令値を算出する工程と、
（ｄ）現在の入射位置から、算出された入射指令値による入射位置までレーザビームを走査する工程と
を有するレーザ加工方法。
【請求項２】
前記工程（ｂ）と（ｃ）とを繰り返す請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記工程（ｃ）で入射指令値が算出されるまでは、前記入射目標位置にレーザビームを入射させる請求項１または２に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記工程（ｃ）における前方は、ガルバノスキャナを経由して見ることのできる視野の範囲にある請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
レーザビームを出射するレーザ光源と、
加工対象物を保持するステージと、
制御装置から与えられる入射指令値に基づいて、前記レーザ光源から出射したレーザビームの入射位置を、現在の入射位置から入射指令値で規定される位置まで移動させるビーム走査器と、
レーザビームの入射位置を含む領域、またはレーザビームの入射位置の移動方向前方の領域の、前記加工対象物の表面の像を取得する受光装置と
を有し、
前記制御装置は、レーザビームを入射させるべき複数の入射目標位置を記憶しており、前記受光装置で得られた像に基づいて前記入射目標位置を補正することにより、入射指令値を算出し、前記ビーム走査器に入射指令値を送信するレーザ加工装置。
【請求項１】
（ａ）線状パターン上の少なくとも２つの点の座標を測定して加工目標線を決定する工程と、
（ｂ）前記加工目標線に沿ってレーザビームが走査されるように、複数の入射目標位置を設定する工程と、
（ｃ）レーザビームの入射位置、または走査方向前方の前記線状パターンの位置情報を取得し、取得された位置情報に基づいて、前記入射目標位置を補正することにより、入射指令値を算出する工程と、
（ｄ）現在の入射位置から、算出された入射指令値による入射位置までレーザビームを走査する工程と
を有するレーザ加工方法。
【請求項２】
前記工程（ｂ）と（ｃ）とを繰り返す請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記工程（ｃ）で入射指令値が算出されるまでは、前記入射目標位置にレーザビームを入射させる請求項１または２に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記工程（ｃ）における前方は、ガルバノスキャナを経由して見ることのできる視野の範囲にある請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
レーザビームを出射するレーザ光源と、
加工対象物を保持するステージと、
制御装置から与えられる入射指令値に基づいて、前記レーザ光源から出射したレーザビームの入射位置を、現在の入射位置から入射指令値で規定される位置まで移動させるビーム走査器と、
レーザビームの入射位置を含む領域、またはレーザビームの入射位置の移動方向前方の領域の、前記加工対象物の表面の像を取得する受光装置と
を有し、
前記制御装置は、レーザビームを入射させるべき複数の入射目標位置を記憶しており、前記受光装置で得られた像に基づいて前記入射目標位置を補正することにより、入射指令値を算出し、前記ビーム走査器に入射指令値を送信するレーザ加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１５８７０４（Ｐ２０１０−１５８７０４Ａ）
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３２７９（Ｐ２００９−３２７９）
【出願日】平成２１年１月９日（２００９．１．９）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月９日（２００９．１．９）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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