JP4671760B2 - レーザ加工装置における加工範囲設定方法、および加工範囲設定プログラム - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光を用いて微細加工を行う加工装置において加工範囲を設定する方法に関する。

レーザ光を利用した加工技術は、従来より広く用いられている。近年では、サファイアなど硬度が高く、かつ脆性を有する基板材料や、該基板材料上にＧａＮなどのワイドバンドギャップ化合物半導体薄膜により短波長ＬＤ（レーザダイオード）、ＬＥＤ（発光ダイオード）をなどのデバイスを形成したものの切削・加工にも利用されるようになっている。例えば、フォトリソグラフィーなどによって、シリコンやサファイアなどの基板上に同一のデバイスが一度に多数個形成されているような場合、個々のデバイスを切りわける工程に、切断手段としてレーザ光を用いる加工装置を使用することができる（例えば、特許文献１参照。）。また、このようなレーザ加工装置における加工に際して加工範囲を設定するために好適な技術も、広く知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−１１４０７５号公報 特開昭６１−１４３８２０号公報

特許文献１に開示されたようなレーザ加工装置を用いて切断加工する場合、高エネルギーのレーザ光を用いることから、被加工物である基板以外の箇所にレーザ光が照射されることは、極力回避されるのが好ましい。上記のように、同一デバイスが繰り返し形成されているような被加工物を切断するような場合であれば、被加工物における切断位置（あるいは切断間隔）や切断距離などは通常、デバイス設計情報等から既知であり、あらかじめ設定されているので、被加工物を所定位置に正しく配置さえすれば、その設定内容に従って切断加工を自動的に行うことができるので、被加工物外へのレーザ光の照射は、ほぼ回避することが可能である。

しかしながら、現実に被加工物となる基板の中には、一部にカケによる欠落があったりすることが少なくない。こうしたいわば不完全な（不定形な）被加工物に対して、上記のように既知の設定内容に従って切断を実行すると、そうした欠落部分においては、本来は被加工物にレーザ光が照射されるべきにもかかわらず、直接にステージ（被加工物の載置部）にレーザ光が照射されてしまうことになってしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、レーザー加工装置において、被加工物外にレーザ光が照射されることを防ぐことができる加工範囲の設定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、所定の光源から発せられる光ビームを加工手段として加工を行う加工装置において表面に同一形状を有する複数の単位要素の繰り返しパターンが２次元的に形成されてなる被加工物を加工する際に、前記被加工物の加工範囲を設定する方法であって、a)前記繰り返しパターンに形成される複数のストリートのなす方向が前記光ビームの相対走査方向と平行な方向と一致するように、前記被加工物を所定の保持手段によって保持する被加工物保持工程と、b)前記加工範囲の設定における基準位置を設定する基準位置設定工程と、c)前記基準位置と前記複数のストリートのピッチとに基づいて、前記複数のストリートのそれぞれの形成位置を特定するストリート形成位置特定工程と、d)前記被加工物の輪郭の存在位置を検出する輪郭位置検出工程と、e)前記複数のストリートのそれぞれについて、当該ストリートの形成位置と前記輪郭の存在位置とに基づき定まる２つの交点の間の部分を、当該ストリートについての加工範囲として設定する加工範囲設定工程と、を備え、前記基準位置設定工程が、b-1)前記繰り返しパターンにおいて前記基準位置となりうるストリートの交点と前記交点近傍の単位要素との相対位置関係の特定を、当該相対位置関係と等価である、前記繰り返しパターンを対象とするパターンマッチングに用いる参照画像における前記ストリートの交点と前記単位要素の中心位置との相対位置関係を特定することにより行う相対位置関係特定工程と、b-2)前記参照画像を用い、前記繰り返しパターンを対象として前記単位要素に対するパターンマッチングを行うことにより、前記交点近傍の単位要素の位置を特定し、当該交点近傍の単位要素の位置と、前記相対位置関係とに基づいて、前記基準位置の座標を確定する基準位置座標確定工程と、を備えることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の加工範囲設定方法であって、前記被加工物保持工程は、a-1)所定の基準座標面に対して面内回転可能に、前記被加工物を保持する工程と、a-2)前記基準座標面に対して相対的に固定された所定の直交座標系における所定の傾き角度算出指標の座標値に基づいて、前記基準座標面内での前記繰り返しパターンの傾きを補正する工程と、を備えることを特徴とする。

請求項３の発明は、表面に同一形状を有する複数の単位要素の繰り返しパターンが２次元的に形成されてなる被加工物について、所定の基準座標面内で面内回転可能に前記被加工物を所定の保持手段によって保持し、所定の光源から発せられる光ビームを加工手段として前記被加工物の加工を行う加工装置、を制御する制御手段のコンピュータにおいて実行されることにより、前記加工装置において、請求項１または請求項２に記載の加工範囲設定方法を実行させることを特徴とする。

請求項１ないし請求項３の発明によれば、被加工物が例えば一部にカケのあるような不定形のものである場合であっても、被加工物が存在しない範囲にまで光ビームを照射してしまうことがなく、必要な箇所にのみ光ビームを照射して加工を行うことができる。これにより、例えばステージなどの被加工物の保持手段を、光ビームの照射によるダメージから適切に保護することができるとともに、加工時間の短縮も実現される。

＜レーザ加工装置の概要＞
図１は本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置１００の構成を示す図である。レーザ加工装置１００は、レーザ光源１からレーザ光ＬＢを発し、鏡筒２内に備わるハーフミラー３にて反射させた後、該レーザ光をステージ５に載置された被加工物Ｓの被加工部位にて合焦するよう集光レンズ４にて集光し、被加工部位に照射することによって、該被加工部位の加工を行う装置である。レーザ加工装置１００の動作は、コンピュータ６の記憶手段６ｍに記憶されているプログラム１０が当該コンピュータによって実行されることにより、プログラム１０に従って後述する各部の動作が制御されることで実現される。コンピュータ６には、汎用のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を用いることができる。なお、記憶手段６ｍは、例えばメモリや所定のストレージデバイスなどで構成され、後述する加工範囲の設定をはじめとして、レーザ加工装置を動作させるために必要な種々のデータを、記憶する役割を担うものである。

レーザ光源１に用いるレーザの種類は問わないが、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザやＮｄ：ＹＶＯ₄を用いることができる。また、レーザ光源１から発せられるレーザ光ＬＢの波長や出力、パルス幅の調整は、コンピュータ６に接続されたコントローラ７により実現される。コンピュータ６から所定の設定信号がコントローラ７に対し発せられると、コントローラ７は、該設定信号に従って、レーザ光ＬＢの照射条件を設定する。本実施の形態においては、レーザ光ＬＢは１５０ｎｍ〜５３３ｎｍの波長範囲に属する波長を有するが、なかでもＮｄ：ＹＡＧレーザの３倍高調波（波長約３５５ｎｍ）を用いるのが好適な態様である。また、パルス幅は、３０ｎｓｅｃ以上の範囲から選択することができる。すなわち、本実施の形態に係るレーザ加工装置１００は、紫外線繰り返しパルスレーザを用いて加工を行うものである。レーザ光ＬＢは、集光レンズ４によって１μｍ〜５μｍの範囲のビーム径に絞られて照射される。これにより、レーザ光ＬＢの照射におけるピークパワー密度はおおよそ１ＧＷ／ｃｍ²以下となる。

レーザ加工装置１００におけるレーザの合焦は、被加工物Ｓはステージ５に固定し、鏡筒２を高さ方向（ｚ軸方向）に移動させることにより実現される。鏡筒２の移動（高さ調整）は、垂直移動機構Ｍｖと、該垂直移動機構Ｍｖに昇降可能に設けられた鏡筒２とをコンピュータ６に接続された駆動手段８によって駆動することにより実現されている。これにより、垂直移動機構Ｍｖを駆動することによる粗動動作と、垂直移動機構Ｍｖに対し鏡筒２を昇降させることによる微動動作との２段階動作が可能であり、駆動手段８がコンピュータ６からの駆動信号に応答することにより、スピーディかつ高精度の合焦動作が実現される。

図２は、ステージ５の上面側の構造を例示的に示す図である。図２に示すステージ５の上面には、同心円状に複数の吸引溝５１が設けられており、この吸引溝５１の底部には、吸引孔５２が放射状に設けられている。被加工物Ｓをステージ５の上面に載置した状態で、吸引孔５２と配管ＰＬ１およびＰＬ２にて接続された例えば吸引ポンプなどの吸引手段９を動作させることにより、被加工物Ｓに対して吸引溝５１に沿って吸引力が作用し、被加工物Ｓがステージ５に固定される。なお、被加工物Ｓが半導体基板等のように加工後に分割されるようなものの場合、所定のエキスパンドテープを介して固定される。これにより、化合物半導体をサファイア基板にエピタキシャル成長させた被加工物など、反りのある被加工物であっても、反りによる凹凸差がレーザ光ＬＢの焦点位置許容範囲内である数μｍから数十μｍ程度であれば、加工が可能である。

また、ステージ５は、例えば石英、サファイア、窒化ガリウム、水晶など、レーザ光ＬＢの波長に対して実質的に透明な材料で形成される。これにより、被加工物を透過したレーザ光ＬＢや被加工物をはずれて照射されたレーザ光（これらを「余剰レーザ光」と称する）がステージ５の表面で吸収されないので、該余剰レーザ光によってステージ５がダメージを受けることがない。

さらに、ステージ５は、水平移動機構Ｍｈの上に設けられている。水平移動機構Ｍｈは、駆動手段８の作用によりＸＹ２軸方向に水平に駆動される。なお、本実施の形態においては、これらＸ軸およびＹ軸はある機械原点位置を原点とする基準座標として定められる座標軸であり、これら２軸で規定される面を基準座標面と称するものとする。

そのうえ、ステージ５については、基準座標面におけるある特定の位置を原点としてｘｙ座標軸を与えるとともに、ｘ軸正方向を０°の位置として時計回りの向きを角度θの正の向きとすることとする。さらに、上記の回転軸方向をｚ軸とする。すなわち、ｘｙｚ座標系は、基準座標に対して相対的に固定された直交座標系として定められる。

コンピュータ６からの駆動信号に応答して駆動手段８が水平移動機構Ｍｈを駆動することにより、被加工物Ｓのアライメントが実現でき、所定の被加工部位をレーザ光ＬＢの照射位置まで移動させることができる。加工時には、レーザ光ＬＢを被加工物Ｓに対し相対的に走査することができる。

一方、加工を行う際、被加工部位の物質が融解あるいは蒸発した後に再固化ししたり、あるいは固体のまま飛散したりすることで生じる、パーティクル等の加工副産物は、被加工物Ｓの表面や集光レンズ等を汚染する要因となる。そこで、本実施形態に係るレーザ加工装置１００には、こうした加工副産物を除去することを目的とする集塵ヘッド１１が、支持体１１１により支持されて垂直移動機構Ｍｖの最下部に付設されている。

図３は、集塵ヘッド１１を示す図である。図３（ａ）は集塵ヘッド１１および支持体１１１の上面図、図３（ｂ）および（ｃ）は、集塵ヘッド１１の側面図である。集塵ヘッド１１は、平板状かつ中空の構造を有する集塵部１１２と、それぞれが該集塵部１１２の端部かつ上部に設けられ、集塵部１１２の内部と通じた吸気口１１３と排気口１１４とからなる。

集塵部１１２は、被加工物Ｓと鏡筒２の最下部に備わる集光レンズ４との間に位置するように設けられる。そして集塵部１１２には、上面からみた場合に中央部となる位置の上下にそれぞれ、上部開口１１５および下部開口１１６が設けられている（図３（ｂ））。これらの上部開口１１５および下部開口１１６は、その中心がちょうどレーザ光ＬＢの光軸と一致するように設けられているので、集塵ヘッド１１によってレーザ光ＬＢの進路が遮られることはない。また、集塵ヘッド１１は、垂直移動機構Ｍｖに付設されているので、垂直移動機構Ｍｖが上下すると共に、集塵ヘッド１１、つまりは集塵部１１２も上下するが、前述したように鏡筒２は単独で上下動することも可能であるので、集塵部１１２の配置により、レーザ光ＬＢの合焦位置が制限されることもない。

吸気口１１３は、例えばレーザ加工装置１００が設置される工場等のユーティリティとして備わる不活性ガス供給手段１２と、配管ＰＬ３により接続されている。排気口１１４は、例えば排気ポンプ等により実現される排気手段１３と、配管ＰＬ４により接続されている。配管ＰＬ３およびＰＬ４の途中にはそれぞれ、フィルタ１２１および１３１が設けられている。

不活性ガス供給手段１２は、不活性ガス（例えば窒素ガス）を連続的に供給することができるものである。矢印ＡＲ１（図１）のように、不活性ガス供給手段１２から供給される不活性ガスは、集塵ヘッド１１において吸気口１１３から矢印ＡＲ３のように集塵部１１２へ供給され、排気手段１３の排気動作によって、矢印ＡＲ２（図１）およびＡＲ４に示すように、排気口１１４を経て排気される。よって集塵部１１２の内部には、矢印ＡＲ５のように吸気口１１３から排気口１１４へ向けた不活性ガスの流れが生じることになるが、これに伴って、例えば上部開口１１５や下部開口１１６の近傍に引圧が発生するので、付近に存在するパーティクル１１７が、集塵部１１２へと引き込まれて、矢印ＡＲ６のように不活性ガスともども排気口１１４から排出されることになる。このような態様によって、レーザ加工により発生したパーティクル等の加工副産物が、被加工物Ｓの表面や、あるいは集光レンズ４に付着することが防止され、加工効率の低下が防止される。いわば、不活性ガスは、加工の際のアシストガスとして作用することになる。

あるいは、図３（ｃ）に示すように、例えば石英など、レーザ光ＬＢに対し透明な物質を材質とする蓋体板材１１８によって、上部開口１１５を着脱可能に覆う態様をとることにより、集光レンズ４に対するパーティクルの付着を防止する態様をとってもよい。

図１に戻り、レーザ加工装置１００に備わる、被加工物Ｓのアライメントや基準位置の設定、被加工部位の位置決めを行ったり加工中の状況を知るための構成要素について説明する。レーザ加工装置１００には、これらの目的のために、照明光源１４と、該照明光源１４から発せられた照明光ＩＬを反射して被加工物Ｓに照射するために鏡筒２内に設けられたハーフミラー１５と、鏡筒２の上方に設けられ被加工物Ｓの表面を撮像するＣＣＤカメラ１６と、ＣＣＤカメラ１６にて得られるリアルタイムの観察画像（モニタ画像）や記憶手段６ｍに画像データとして記録された画像（記録画像）、さらには種々の処理メニュー等を表示するためのモニタ１７とが備わっている。ＣＣＤカメラ１６とモニタ１７とは、コンピュータ６に接続され、該コンピュータ６によって制御される。これらを備えることにより、被加工物Ｓの表面の状態をモニタ１７にて確認しつつ、被加工物Ｓのアライメントや基準位置の設定、被加工部位の位置決めを行ったり、あるいは加工中の被加工物表面の状況を知ることが可能となっている。

＜レーザ加工装置における加工範囲の設定＞
次に、本実施の形態に係るレーザ加工装置１００において被加工物Ｓを加工する際の、加工範囲の設定方法、特に、被加工物Ｓが板状をなす被加工物Ｓ１であり、その上に同一形状の繰り返しパターンが形成されてなる場合の、切断加工における加工範囲の設定方法について説明する。ここで、被加工物Ｓ１は、ほぼ真円であるか、あるいは、オリエンテーションフラット（オリフラ）を有する単結晶基板のように真円の一部が欠落したような円板状を有してなるものに限られず、本来そうした円板状であるはずであるが、何らかの要因でその一部が欠けているような、いわゆる不定形のものも含む。

図４は、係る加工範囲設定の処理の手順を示す図である。加工範囲設定処理は、コンピュータ６に記憶されているプログラム１０が実行されることにより、レーザ加工装置１００の各部の動作がコンピュータ６によって制御されることによって実現される。

以下、図５に示すような被加工物Ｓ１が、ステージ５上に載置された場合を例に、加工範囲の設定処理を説明する。ここで被加工物Ｓ１は、オリフラＯＦを有してなるが、一部に欠けＳ１ａがある板状の物体である。

＜角度アライメント＞
まず、被加工物Ｓ１の傾きをキャンセルする角度アライメントが行われる（ステップＳ１）。繰り返しパターンにおいて直交する２方向に形成される格子状のいわゆるストリートが、ステージ５の駆動方向（レーザ光ＬＢの相対走査方向）と平行でない場合、被加工物Ｓ１に傾きがあるいうことになる。そして、角度アライメントとは、係る傾きを解消して、ストリートのなす方向をＸ軸およびＹ軸方向と平行なものとするよう、被加工物の配置位置を調整する処理である。

なお、好ましくは、ステージ５上には何らかの位置決め用の目印が設けられており、かかる目印に従って被加工物Ｓ１の載置がなされる限り、被加工物Ｓ１の載置位置や載置の向きはある範囲に制限される。この場合であれば、著しい傾きは生じないものの、しかしながら、このように載置したとしても、厳密には被加工物Ｓ１に傾きが生じ得る。よって、加工位置を正確に決定するためには、係る角度アライメントを行うことが望ましい。

図５においては、被加工物Ｓ１が、水平方向（ｘ軸方向）に対して角度αだけ傾いて載置されているとする。

角度アライメントには、種々の公知の手法を用いることができる。例えば、図５に示すように、被加工物Ｓ１に２つのアライメントマーカーＭ１、Ｍ２を互いにできるだけ離間させてあらかじめ設けておき、ｘｙｚ座標系における２点の座標位置からこれらを通る直線の傾きを算出し、その値に基づいて角度αを算出する、といった態様をとることができる。この場合、好ましくは、アライメントマーカーＭ１、Ｍ２は、これらを通る直線が繰り返しパターンを形成する単位要素の配列方向と平行になるように設けられる。また、被加工物Ｓ１が、欠けＳ１ａを有さずかつオリフラＯＦが形成されておらず真円をなしているとした場合の（幾何学的な）中心（これを仮中心と称する）Ｃを、当該直線が通るようにアライメントマーカーＭ１、Ｍ２を設けるのが、より正確なアライメントの実現に対し好適である。

角度αが求まると、被加工物Ｓ１を、その傾きをうち消す向きに角度αだけ回転させる。これにより、繰り返しパターンの傾きがうち消されて、角度アライメントは終了する。

なお、係る角度アライメントを行うのみであれば、回転中心は被加工物Ｓ１のどこにあっても構わないが、以降の処理の都合上、仮中心もしくはその近傍を回転中心とするのが好ましい。

＜基準位置の設定＞
角度アライメントによって被加工物Ｓ１の傾きがうち消されると、続いて、加工範囲を設定するための基準となる基準位置が定められる（ステップＳ２）。

図６は、角度アライメントがなされた後の被加工物Ｓ１について、仮中心Ｃを観察視野の中心とした場合のその近傍の様子を例示的に示す拡大図である。図６には、被加工物Ｓ１に、単位要素ＥＬによる２次元的な繰り返しパターンと、格子状のストリートＳＴが形成されてなる様子が示されている。なお、仮中心Ｃとなる点は、必ずしも繰り返しパターンの幾何学的な中心と一致している必要はなく、また、ストリートＳＴの交点である必要もない。図６においては、仮中心Ｃがある単位要素ＥＬの上に位置する場合が想定されている。

本実施の形態において、基準位置の設定とは、多数個存在するストリートＳＴの交点のうちの１つを基準位置として定め、その正確な座標値を取得する処理である。通常は、図６のように仮中心Ｃが観察視野の中心にある状態で基準位置を設定するのが好ましい。この場合、仮中心Ｃのごく近傍のストリートＳＴの交点が、基準位置として定められる。

図７は、本実施の形態における基準位置の設定のための処理の流れを示す図である。基準位置の設定は、パターンマッチング処理を利用して行う。ここで、パターンマッチング処理とは、ある対象画像（例えば、繰り返しのパターン画像）のなかから、参照画像（例えば、該繰り返しの１単位分の画像）に表されている画像内容と一致する領域を検出する処理である。なお、パターンマッチング処理には、例えば特許文献２に開示されているような、公知の手法を用いることができる。

図８は、パターンマッチングを利用した基準位置の設定を説明するための図である。本実施の形態においては、まず、パターンマッチングを行う際に用いる参照画像ＲＥＦの画像データが取得される（ステップＳ２０１）。参照画像ＲＥＦは、例えば、図６に示すような角度アライメント後の被加工物Ｓ１の観察画像から、単位要素に相当する領域の画像を抽出することで取得する態様であってもよいし、デバイスの設計データなどから、あらかじめ取得しておく態様であってもよい。なお、パターンマッチングにおいては、参照画像ＲＥＦは、少なくとも単位要素１周期分プラスアルファ程度の範囲の画像であること、および、被加工物Ｓ１に形成されているストリートの交点とこれに最も近い少なくとも１つの単位要素の中心との位置関係、つまりは両者の相対位置座標が、既知のものとして得られる画像であることが必要である。図８（ａ）に示す参照画像ＲＥＦの場合であれば、点Ｑ１が前者すなわちストリートＳＴの交点に対応し、点Ｑ２が後者と対応する点である。換言すれば、

が、ストリートＳＴの交点とこれに最も近い単位要素の中心と結ぶベクトルと一致し、その成分が既知であることが必要である。

次に、パターンマッチングの対象画像として、仮中心Ｃの近傍の領域の画像を、マッチング対象画像ＯＢＪとして取得する（ステップＳ２０２）。マッチング対象画像ＯＢＪは、少なくとも参照画像ＲＥＦと同じ領域サイズを有する画像であればよいが、マッチングの精度確保のためには、マッチング対象画像ＯＢＪと参照画像ＲＥＦとは、等倍率の画像であることが好ましい。

マッチング対象画像ＯＢＪが取得されると、参照画像ＲＥＦとの間で、パターンマッチング処理が行われる（ステップＳ２０３）。具体的には、まず、マッチング対象画像ＯＢＪにおいて、参照画像ＲＥＦと同サイズの仮想的な矩形枠を１画素ずつシフトさせつつ、その都度得られる領域画像と参照画像ＲＥＦとのマッチング度数（用いられたパターンマッチング処理において算出される、参照画像ＲＥＦとマッチング対象画像ＯＢＪとの一致度合を表す所定の度数）を求める。そして、所定のしきい値以上のマッチング度数を有する領域を、参照画像ＲＥＦにて示される単位要素の形状と一致する形状を有する領域、すなわちマッチング領域であると判定する。なお、マッチングの正確さの観点からは、正規化相関を用いたパターンマッチング処理が好ましい。

こうして得られたマッチング領域は、すなわち、被加工物Ｓ１において繰り返しパターンを形成する単位要素の少なくとも一部に他ならない。本実施の形態においては、このようにして得られたマッチング領域を、その矩形枠の中心（対角線の交点）の位置を各領域の存在位置とし、これをマッチング位置と称する。マッチング位置のデータは、記憶手段６ｍに記憶される。通常は、少なくとも１つのマッチング領域が得られる（ステップＳ２０４でＹＥＳ）。なお、マッチング領域が得られない場合は、以降の処理が継続できないので、エラー終了となる（ステップＳ２０４でＮＯ、Ｓ２０６）。

いま、図８（ａ）に示す参照画像ＲＥＦに対して、図８（ｂ）に示すようなマッチング対象画像ＯＢＪがマッチングしたとする。この場合、点Ｑ２とマッチング位置Ｎとが対応し、点Ｑ１とストリートＳＴの交点Ｃ０とが対応することになるので、マッチング対象画像ＯＢＪにおけるストリートの交点Ｃ０が、基準位置として設定される点となる。

図８（ｃ）に示すように、点Ｅを位置ベクトルの原点であるとすると、交点Ｃ０からマッチング位置Ｎへのベクトルが（数１）で表されるベクトルと等価であることから、

が成り立つので、

によって、点Ｃ０の位置が求められる。これにより、基準位置が定まったことになる（ステップＳ２０５）。

図６のようにストリートはｘ軸、ｙ軸方向ともに等間隔に配置（それぞれのピッチをｕｘ、ｕｙとする）されてなることから、基準位置の座標が分かれば、各ストリートの位置、つまりは加工ラインが通る位置が特定される。なお、ピッチｕｘ、ｕｙは、あらかじめ設計データ等から取得される態様であってもよいし、参照画像ＲＥＦから読み取る態様であってもよい。

いま、基準位置を（ｘ０，ｙ０）とし、基準位置よりもｘ軸正方向に位置するストリートの位置が順にｘ＝ｘ１，ｘ２，・・・であり、基準位置よりもｘ軸負方向に位置するストリートの位置が順にｘ＝ｘ１’，ｘ２’，・・・であるとする。同様に、ｙ軸方向についてｙ＝ｙ１，ｙ２，・・・、およびｙ＝ｙ１’，ｙ２’，・・・であるとする。

なお、仮中心Ｃを観察視野の中心としてパターンマッチングを行っていた場合は通常、図８（ｂ）においてもそうであるように、基準位置となる点Ｃ０の近傍に、仮中心Ｃが位置する。この場合、必要であれば、ステージ５の回転中心（観察視野の中心）に基準位置を一致させてもよい。そのためには、交点Ｃ０を現在の位置から仮中心Ｃがある位置（回転中心位置）に並進移動させればよい。すなわち、

なるベクトルで表される距離だけステージ５を移動させることで、これは実現される。

＜輪郭検出と加工範囲の設定＞
加工範囲を定めるための基準位置が検出されると、引き続いて、被加工物Ｓ１の輪郭（外形）を特定するための輪郭検出処理がなされる（ステップＳ３）。輪郭検出処理は、図９に示すような被加工物Ｓ１の外周位置を示すデータ点の集合を得る処理である。いま、被加工物Ｓ１の外周位置を示すデータ点を、Ｓ１（ｘ，ｙ）と表記するものとする。輪郭検出処理には公知のエッジ検出技術などを用いることができるが、ある一のｘ座標値に対して被加工物のＳ１の上下端双方のｙ座標値が求められ、ある一のｙ座標値に対して左右端双方のｘ座標値が求められるのが好ましい。また、データ点のｘｙ両軸方向におけるピッチは、一定である必要はなく、被加工物Ｓ１の局所形状に応じて、適宜に定まる態様が好ましい。さらに、該ピッチは、レーザ光ＬＢのビーム径と同程度以下であることが好ましい。

輪郭検出がなされると、その結果に基づいて被加工物Ｓ１の加工範囲、つまりは１つのカットラインの両端位置が設定されることになる（ステップＳ４）。これはすなわち、被加工物に対して加工を行う場合のレーザ光ＬＢの照射範囲を各加工ラインごとに定めることに相当する。換言すれば、カットラインがなす格子のうち、輪郭検出によって得られた被加工物Ｓ１の輪郭内部に位置する範囲を特定することに相当する。

ｘ軸に直交するカットラインについての加工範囲を定める場合を考えると、例えば、基準位置の座標をＣ０（ｘ０，ｙ０）とし、ｘ軸方向にｘｉだけ離れた位置における加工位置の両端点がＡ１、Ａ２であるとするとき、Ａ１、Ａ２を通るカットラインは、ｘ＝ｘｉなる式にて表される直線であって、両点は該直線と被加工物Ｓ１との交点である。また、図６より
ｘｉ＝ｘ０＋ｍ・ｕｘ （式１）
である（ただし、ｍは自然数）。

ここで、ｘ＝ｘｉなるデータ点が、輪郭検出処理によって上下２点についてともに得られていれば、これらがそれぞれ、Ａ１、Ａ２の座標となり、ｘ＝ｘｉなる位置における加工範囲は、例えばｙ＝ｙｊ１〜ｙ＝ｙｊ２と表されることになる。

輪郭検出処理において得られたデータ点に対応する座標のデータがない場合、Ａ１、Ａ２のｙ座標はそれぞれ、近接する２点の座標データを用いた補間によって求められる。係る場合、実際の被加工物の端点とＡ１あるいはＡ２の位置とには差異があり厳密には一致しないが、ビーム径が係る座標の差異に比して大きい場合、Ａ１とＡ２の２点間にてレーザ光ＬＢを照射するように設定したとしても、実際には両端点ではそのビーム径の分だけ上下方向に拡がってレーザ光ＬＢが照射されるので、実用上は問題がない。

あるいは、補間により求まったＡ１およびＡ２のｙ座標に対し、あらかじめ所定の値だけ、前者をわずかに小さく、後者をわずかに大きくする加減算を行うように設定しておくことで、確実に被加工物の実際の端点までレーザ光ＬＢが照射されるようにする態様であってもよい。

ｙ軸に直交するカットラインについての加工範囲を定める場合も、上記と同様であり、例えばｙ＝ｙｌなる式にて表されるカットラインについて、係る位置における輪郭検出結果に基づいて左右端Ｂ１、Ｂ２のｘ座標が求められることになる。

このような処理を行うことにより、ｘ軸、ｙ軸それぞれに垂直なカットラインについて、その位置と加工すなわちレーザ光ＬＢの照射範囲を示す、
（ｘ１、ｙ１１、ｙ１２）、（ｘ２、ｙ２１、ｙ２２）、（ｘ３、ｙ３１、ｙ３２）・・・・・；
および
（ｙ１、ｘ１１、ｘ１２）、（ｙ２、ｘ２１、ｘ２２）、（ｙ３、ｘ３１、ｘ３２）・・・・・；
なるデータセットが得られ、後段の加工処理に供されることになる。これにより、被加工物Ｓ１に欠けがあるような場合であっても、適切にその形状に応じた加工範囲、つまりはレーザ光ＬＢの照射範囲を定めることができる。

なお、被加工物Ｓ１に設けられた繰り返しパターンの設計データに基づいて、加工位置を特定することも可能であるが、係る場合は、図９に示す被加工物Ｓ１のように、その一部に欠けがあったとしても、これを検知することがないので、本来被加工物が存在しない例えば、Ａ２〜Ａ３の範囲にまで、レーザ光ＬＢが照射されてしまうことになり、好ましくない。

本実施の形態に係る加工範囲の設定方法によれば、このようなことがなく、必要な箇所にのみレーザ光ＬＢが照射されることになるので、ステージ５がレーザビームから適切に保護されるとともに、加工時間の短縮も実現される。

本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置１００の構成を示す図である。 ステージ５の上面側の構造を例示的に示す図である。 集塵ヘッド１１を示す図である。 加工範囲設定の処理の手順を示す図である。 ステージ５上に載置された被加工物Ｓ１を例示する図である。 角度アライメント後の被加工物Ｓ１について、仮中心Ｃ近傍を例示的に示す拡大図である。 基準位置の設定のための処理の流れを示す図である。 パターンマッチングを利用した基準位置の設定を説明するための図である。 輪郭検出および加工範囲設定を説明するための図である。

符号の説明

１ レーザ光源
２ 鏡筒
３ ハーフミラー
４ 集光レンズ
５ ステージ
６ コンピュータ
７ コントローラ
８ 駆動手段
９ 吸引手段
１０ プログラム
１４ 照明光源
１５ ハーフミラー
１６ カメラ
１７ モニタ
１００ レーザ加工装置
Ｃ 仮中心
ＥＬ （繰り返しパターンの）単位要素
ＬＢ レーザ光
Ｍ１、Ｍ２ アライメントマーカー
Ｍｈ 水平移動機構
Ｍｖ 垂直移動機構
Ｎ マッチング位置
ＯＢＪ マッチング対象画像
ＯＦ オリフラ
ＲＥＦ 参照画像
Ｓ、Ｓ１ 被加工物
ＳＴ ストリート
ｕｘ、ｕｙ （単位要素の）ピッチ

Claims (3)

1. 所定の光源から発せられる光ビームを加工手段として加工を行う加工装置において表面に同一形状を有する複数の単位要素の繰り返しパターンが２次元的に形成されてなる被加工物を加工する際に、前記被加工物の加工範囲を設定する方法であって、
   a)前記繰り返しパターンに形成される複数のストリートのなす方向が前記光ビームの相対走査方向と平行な方向と一致するように、前記被加工物を所定の保持手段によって保持する被加工物保持工程と、
   b)前記加工範囲の設定における基準位置を設定する基準位置設定工程と、
   c)前記基準位置と前記複数のストリートのピッチとに基づいて、前記複数のストリートのそれぞれの形成位置を特定するストリート形成位置特定工程と、
   d)前記被加工物の輪郭の存在位置を検出する輪郭位置検出工程と、
   e)前記複数のストリートのそれぞれについて、当該ストリートの形成位置と前記輪郭の存在位置とに基づき定まる２つの交点の間の部分を、当該ストリートについての加工範囲として設定する加工範囲設定工程と、
   を備え、
   前記基準位置設定工程が、
   b-1)前記繰り返しパターンにおいて前記基準位置となりうるストリートの交点と前記交点近傍の単位要素との相対位置関係の特定を、当該相対位置関係と等価である、前記繰り返しパターンを対象とするパターンマッチングに用いる参照画像における前記ストリートの交点と前記単位要素の中心位置との相対位置関係を特定することにより行う相対位置関係特定工程と、
   b-2)前記参照画像を用い、前記繰り返しパターンを対象として前記単位要素に対するパターンマッチングを行うことにより、前記交点近傍の単位要素の位置を特定し、当該交点近傍の単位要素の位置と、前記相対位置関係とに基づいて、前記基準位置の座標を確定する基準位置座標確定工程と、
   を備えることを特徴とする、レーザ加工装置における加工範囲設定方法。
2. 請求項１に記載の加工範囲設定方法であって、
   前記被加工物保持工程は、
   a-1)所定の基準座標面に対して面内回転可能に、前記被加工物を保持する工程と、
   a-2)前記基準座標面に対して相対的に固定された所定の直交座標系における所定の傾き角度算出指標の座標値に基づいて、前記基準座標面内での前記繰り返しパターンの傾きを補正する工程と、
   を備えることを特徴とする、レーザ加工装置における加工範囲設定方法。
3. 表面に同一形状を有する複数の単位要素の繰り返しパターンが２次元的に形成されてなる被加工物について、所定の基準座標面内で面内回転可能に前記被加工物を所定の保持手段によって保持し、所定の光源から発せられる光ビームを加工手段として前記被加工物の加工を行う加工装置、を制御する制御手段のコンピュータにおいて実行されることにより、前記加工装置において、請求項１または請求項２に記載の加工範囲設定方法を実行させることを特徴とする加工範囲設定プログラム。

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