(57)【要約】【課題】所望の加工溝を確実に形成可能な加工装置を提供する。【解決手段】基板をステージに固定した状態で、基板表面の薄膜層の一部を除去して溝を形成する加工装置が、パターニングヘッドに保持され、先端に刃先を備えるパターニングツールと、パターニングヘッドを鉛直方向において付勢する付勢手段と、パターニングヘッドの自重をキャンセルする自重キャンセル手段と、加工時に付勢手段がパターニングヘッドに与える鉛直方向の付勢力を基板の局所的な表面形状の違いに応じて設定する付勢力設定手段と、を備え、パターニングヘッドの自重をキャンセルしつつパターニングツールの刃先を薄膜層と接触させた状態で、付勢力設定手段において設定された付勢力に従って付勢手段にパターニングヘッドを付勢させながら、パターニングヘッドを水平面内においてステージに対し相対移動させることによってパターニング加工を行う、ようにした。【選択図】図２
2015003350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜層が形成された基板をステージに固定した状態で、前記薄膜層の一部を除去して前記基板に溝を形成する、パターニング加工を行う加工装置であって、
パターニングヘッドに保持され、先端に刃先を備えるパターニングツールと、
前記パターニングヘッドを鉛直方向において付勢する付勢手段と、
前記パターニングヘッドの自重をキャンセルする自重キャンセル手段と、
前記パターニング加工を行う際に前記付勢手段が前記パターニングヘッドに与える鉛直方向の付勢力を前記基板の局所的な表面形状の違いに応じて局所位置ごとに設定する付勢力設定手段と、
を備え、
前記パターニング加工を、前記自重キャンセル手段によって前記パターニングヘッドの自重をキャンセルしつつ前記パターニングツールの前記刃先を前記薄膜層と接触させた状態で、前記付勢力設定手段において設定された前記付勢力に従って前記付勢手段に前記パターニングヘッドを付勢させながら、前記パターニングヘッドを水平面内において前記ステージに対し少なくとも一軸方向に相対移動させることによって行う、
ことを特徴とする加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載の加工装置であって、
前記基板が固定されてなる前記ステージに対し一軸方向に相対移動することによって前記基板の表面を直線状に走査することにより、前記基板の当該走査軌跡上における前記基板の表面形状を計測する計測手段と、
前記計測手段による計測結果に基づいて、前記基板の前記走査軌跡に沿った表面形状を複数の円弧の連続と近似した場合における前記複数の円弧のそれぞれの曲率半径を算出する曲率半径算出手段と、
をさらに備え、
前記付勢力設定手段は、前記曲率半径算出手段によって算出された前記複数の円弧のそれぞれの前記曲率半径に基づいて、前記付勢力を前記複数の円弧のそれぞれに対応させて設定し、
前記パターニング加工を、前記計測手段の前記走査軌跡に沿って前記パターニングヘッドを移動させながら行う、
ことを特徴とする加工装置。
【請求項３】
請求項２に記載の加工装置であって、
前記計測手段は、前記走査軌跡に沿った複数の計測位置において離散的に前記基板の表面形状を測定し、
前記曲率半径算出手段は、前記複数の計測位置の一部であって隣り合う複数の計測位置における計測結果を用いて、最小二乗法により、前記複数の円弧の前記曲率半径を算出する、
ことを特徴とする加工装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の加工装置であって、
前記付勢手段が前記パターニングヘッドを上方から押圧することにより前記パターニングヘッドを付勢するエアシリンダであり、
前記パターニング加工を、前記付勢力設定手段によって設定された前記付勢力を押圧力として前記エアシリンダによって前記パターニングヘッドを押圧しつつ行う、
ことを特徴とする加工装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の加工装置であって、
前記付勢手段が前記パターニングヘッドに対して鉛直方向に弾性力を作用させるバネであり、
前記パターニング加工を、前記付勢力設定手段によって設定された前記付勢力が前記パターニングヘッドに与えられるように前記バネの長さを調整しつつ行う、
ことを特徴とする加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カルコパイライト系薄膜太陽電池などの製造に用いる加工装置に関し、特に、薄膜層の一部を除去してパターニングを行う加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳｅ２）やＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２）といったカルコパイライト系薄膜太陽電池は、例えば、ソーダガラスなどのガラス基板に、裏面電極となるモリブデン（Ｍｏ）膜をスパッタリングで成膜し、係るモリブデン膜の上に、ＣＩＳもしくはＣＩＧＳからなるｐ型の光吸収層、ＣｄＳからなる高抵抗バッファ層、ＩＴＯなどからなるn型の酸化物透明導電膜（ＴＣＯ）層を、それぞれに適した成膜法で順次に成膜することによって作製される。
【０００３】
ただし、係る製造プロセスの途中において、基板上に形成された複数の太陽電池セル間の絶縁を確保するために、先に形成された薄膜層の一部を直線状に除去して絶縁用の（セル分離用の）加工溝（加工痕）を形成するパターニング加工が行われる。係るパターニング加工には、ガラス基板上に形成されたＭｏ層をパターニングするＰ１工程と、Ｐ１工程の後、Ｍｏ層上に形成されたＣＩＧＳ光吸収層をパターニングするＰ２工程と、Ｐ２工程の後、ＣＩＧＳ光吸収層上に形成されたＴＣＯ層をパターニングするＰ３工程とがある。
【０００４】
このうち、Ｐ１工程はレーザー光により行われるが、Ｐ２、Ｐ３工程はパターニングツールとも称される溝加工ツールによってメカニカルに行われるのが一般的である。係るメカニカルスクライビングにおいては、通常、溝加工ツールの先端部に設けられた刃先を基板に接触させた状態で溝加工ツールを基板に対して水平に相対移動させることにより、溝加工ツールが接触した部分の薄膜層を除去することで、基板に加工溝を形成する。
【０００５】
しかしながら、基板は必ずしも平坦ではなく、多少の反りや撓みを有することがある。それゆえ、単に刃先の高さを一定に保って溝加工ツールを相対移動させるだけでは、刃先と基板との接触が十分ではなく、あるいは刃先が基板に全く接触せず、加工溝を良好に形成できない箇所が生じ得る。そのため、反りや撓みのある基板に対応すべく、あらかじめ基板の凹凸（高さ位置分布）を測定しておき、係る凹凸に従ってツールの高さ位置を違えることにより基板とツールとの高さ方向における相対的な位置関係を一定に保って加工を行う態様が、従来より周知である。
【０００６】
あるいは、加工溝の加工精度を高めるべく、溝加工ツールが基板に与える力が一定に保たれるように制御を行いつつ加工を行う装置もすでに公知である（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された装置においては、溝加工ツールを保持するスクライブヘッドに、溝加工ツールを加圧するエアシリンダが設けられており、刃先が基板を押圧する力が一定となるように、エアシリンダが溝加工ツールに与える力が調整される。これにより、直線的できれいな加工溝が形成されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１５５１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
溝加工ツールにより基板表面に加工溝を形成する場合、理想的には、薄膜層を所望の加工溝の幅で除去するのに最低限必要な力が、基板に対する刃先の相対移動方向において刃先から基板に（より詳細には、刃先と接触する薄膜層に）加わればよい。基板に対し必要以上の力が加わると、溝加工で除去しようとする薄膜層の下のＭｏ層を損傷させたり、溝加工ツールを不必要に摩耗させたりするため好ましくない。また、係る相対移動方向に直交する方向（以下、直交方向）において刃先から基板に作用する力は、直接に加工に利用される力ではないので、加工が確実に実現される限りにおいて、できるだけ小さいことが望ましい。
【０００９】
その一方で、加工溝が形成されるには、その前提として、加工の間、刃先が確実に基板と接触している必要がある。特に、上述のような反りや撓みのある基板を加工する場合、係る接触状態が確実に実現されていないと、加工溝の形成が不十分となったり、加工溝が形成されない場合もある。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、所望の加工溝を確実に形成することができる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】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、薄膜層が形成された基板をステージに固定した状態で、前記薄膜層の一部を除去して前記基板に溝を形成する、パターニング加工を行う加工装置であって、パターニングヘッドに保持され、先端に刃先を備えるパターニングツールと、前記パターニングヘッドを鉛直方向において付勢する付勢手段と、前記パターニングヘッドの自重をキャンセルする自重キャンセル手段と、前記パターニング加工を行う際に前記付勢手段が前記パターニングヘッドに与える鉛直方向の付勢力を前記基板の局所的な表面形状の違いに応じて局所位置ごとに設定する付勢力設定手段と、を備え、前記パターニング加工を、前記自重キャンセル手段によって前記パターニングヘッドの自重をキャンセルしつつ前記パターニングツールの前記刃先を前記薄膜層と接触させた状態で、前記付勢力設定手段において設定された前記付勢力に従って前記付勢手段に前記パターニングヘッドを付勢させながら、前記パターニングヘッドを水平面内において前記ステージに対し少なくとも一軸方向に相対移動させることによって行う、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の加工装置であって、前記基板が固定されてなる前記ステージに対し一軸方向に相対移動することによって前記基板の表面を直線状に走査することにより、前記基板の当該走査軌跡上における前記基板の表面形状を計測する計測手段と、前記計測手段による計測結果に基づいて、前記基板の前記走査軌跡に沿った表面形状を複数の円弧の連続と近似した場合における前記複数の円弧のそれぞれの曲率半径を算出する曲率半径算出手段と、をさらに備え、前記付勢力設定手段は、前記曲率半径算出手段によって算出された前記複数の円弧のそれぞれの前記曲率半径に基づいて、前記付勢力を前記複数の円弧のそれぞれに対応させて設定し、前記パターニング加工を、前記計測手段の前記走査軌跡に沿って前記パターニングヘッドを移動させながら行う、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２に記載の加工装置であって、前記計測手段は、前記走査軌跡に沿った複数の計測位置において離散的に前記基板の表面形状を測定し、前記曲率半径算出手段は、前記複数の計測位置の一部であって隣り合う複数の計測位置における計測結果を用いて、最小二乗法により、前記複数の円弧の前記曲率半径を算出する、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の加工装置であって、前記付勢手段が前記パターニングヘッドを上方から押圧することにより前記パターニングヘッドを付勢するエアシリンダであり、前記パターニング加工を、前記付勢力設定手段によって設定された前記付勢力を押圧力として前記エアシリンダによって前記パターニングヘッドを押圧しつつ行う、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の加工装置であって、前記付勢手段が前記パターニングヘッドに対して鉛直方向に弾性力を作用させるバネであり、前記パターニング加工を、前記付勢力設定手段によって設定された前記付勢力が前記パターニングヘッドに与えられるように前記バネの長さを調整しつつ行う、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１ないし請求項５の発明によれば、基板の表面に凹凸や、反り、撓みなどがあったとしても、パターニングツールの刃先が加工途中で基板から離隔することがないので、基板に所望の加工溝を確実に形成することが出来る。
【００１７】
特に、請求項２の発明によれば、基板表面の高さ位置が変化する箇所であっても、曲率半径が同じである範囲については、同じ付勢力を与えつつ加工を行うことが出来るので、基板の凹凸に応じて刃先の高さ位置を違えるような制御態様での加工に比して、安定的な加工制御が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施の形態に係る加工装置１００の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】加工装置１００に備わるパターニングヘッド８の近傍部分を拡大したＹＺ側面図である。
【図３】加工装置１００に備わるパターニングヘッド８の近傍部分を拡大したＺＸ断面図である。
【図４】加工装置１００の機能的構成を示すブロック図である。
【図５】凹凸を有する基板Ｗをステージ２に固定した場合における、基板ＷのＸ軸方向に沿った断面を模式的に示す図である。
【図６】基板の表面が上に凸の曲線状をなしている部分であって、水平面から角度θだけ傾斜している箇所において、パターニングツール１０（パターニングヘッド８）に作用する力を示す図である。
【図７】基板の表面が下に凸の曲線状をなしている部分であって、水平面から角度θだけ傾斜している箇所において、パターニングツール１０（パターニングヘッド８）に作用する力を示す図である。
【図８】加工溝の形成対象たる基板Ｗの平面図である。
【図９】基板ＷのＸ＝Ｘｉにおける表面形状を表す近似円弧の曲率半径Ｒｑｉを算出する処理の流れを示す図である。
【図１０】加工装置１００における加工処理フローを示す図である。
【図１１】加工装置２００に備わるパターニングヘッド１０８の近傍部分を拡大したＹＺ側面図である。
【図１２】加工装置２００に備わるパターニングヘッド１０８の近傍部分を拡大したＺＸ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜第１の実施の形態＞
＜装置構成と基本動作＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る加工装置１００の構成を概略的に示す斜視図である。図２、図３は、加工装置１００に備わるパターニングヘッド（スクライブヘッド）８の近傍部分を拡大した２つの側面図（ＹＺ側面図およびＺＸ断面図）である。図４は、加工装置１００の機能的構成を示すブロック図である。
【００２０】
本実施の形態に係る加工装置１００は、概略的にいえば、ガラスなどの下地基板上に薄膜層を形成してなる加工対象基板（以下、単に基板とも称する）Ｗの薄膜層を部分的に除去する加工を行う装置である。例えば、加工装置１００は、ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳｅ２）やＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２）といったカルコパイライト系薄膜太陽電池の製造プロセスにおいて、いわゆるＰ２工程に使用することが出来る。
【００２１】
なお、Ｐ２工程までのカルコパイライト系薄膜太陽電池の代表的な製造プロセスは、以下の工程を含んでいる。加工装置１００は、このうちの工程iv)に好適な装置である。
【００２２】
i）ガラス基板の上にＭｏ層を形成する；
ii）複数の太陽電池セル間の絶縁を確保するために、レーザー光の照射によってＭｏ層を直線状に除去することにより複数の直線状の加工溝（Ｐ１ライン）を形成するパターニング加工を行う（Ｐ１工程）；
iii）Ｐ１ラインが形成されたＭｏ層の上にＣＩＧＳ光吸収層を形成する；
iv）Ｐ１ラインから一定距離を保ちつつパターニングツールを移動させてＣＩＧＳ光吸収層を除去することにより、Ｐ１ラインに沿った（Ｐ１ラインの形状に倣った）複数の直線状の加工溝（Ｐ２ライン）を形成するパターニング加工を行う（Ｐ２工程）。
【００２３】
本実施の形態に係る加工装置１００は、基台１の上に、ステージ２と、ヘッド移動機構３とを主として備える。なお、図１においては、詳細を後述するパターニングツール（スクライブツール）１０による加工方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、鉛直方向をＺ軸方向とする右手系のＸＹＺ座標を付している。
【００２４】
ステージ２は、ガラスからなり、その上面に基板Ｗを固定できるようになっている。ステージ２に対する基板Ｗの固定は、ステージ２の上面に設けられた図示しない吸引孔を含む公知の吸引手段２ａ（図４）によって実現される。また、ステージ２は、例えばボールネジ機構やリニアモータ機構などの図１においては図示しない公知の駆動手段２ｂ（図４）によってＸ軸方向に進退自在とされてなる。本実施の形態に係る加工装置１００においては、係るステージ２のＸ軸方向の移動によって、パターニングツール１０によるＸ軸方向への加工が実現される。
【００２５】
ヘッド移動機構３は、Ｙ軸方向およびＺ軸方向におけるパターニングヘッド８の移動を担う部位である。ヘッド移動機構３は、Ｙ軸方向において互いに離間する１対の支柱４（４ａ、４ｂ）と、支柱４ａ、４ｂによって支持されることによってステージ２の上方においてＹ軸方向に延在するガイドバー５と、Ｙ軸方向に移動自在なＹ軸移動部６と、Ｚ軸方向に移動自在なＺ軸粗動部７と、Ｚ軸粗動部７に保持されたパターニングヘッド８とを主として備える。
【００２６】
Ｙ軸移動部６は、概略、ＹＺ平面に平行な板状をなしており、Ｘ軸方向負側の面に設けられた一対の被ガイド部６ａ、６ｂがガイドバー５に設けられた一対のガイド５ａ、５ｂに案内されることによってＹ軸方向に移動自在とされてなる。また、Ｙ軸移動部６は、Ｘ軸方向正側の面に一対のガイドバー６ｃ、６ｄを備える。
【００２７】
Ｚ軸粗動部７は、概略、ＹＺ平面に平行な板状をなしており、そのＸ軸方向負側の面に設けられた一対の被ガイド部７ａ、７ｂが、Ｚ軸方向に延在する態様にてＹ軸移動部６に設けられた一対のガイドバー６ｃ、６ｄに案内されることによってＺ軸方向に移動自在とされてなる。
【００２８】
Ｚ軸方向におけるＺ軸粗動部７の動作はボールネジ機構により実現される。すなわち、Ｚ軸方向に延在させて設けられたボールねじ７ｄがモータ７ｅによって駆動されることで、一対の被ガイド部７ａ、７ｂが一対のガイドバー６ｃ、６ｄによってＺ軸方向に案内される。
【００２９】
なお、図２および図３においては図示を省略するが、同様に、Ｙ軸方向におけるＹ軸移動部６の動作も、モータ６ｅ（図４）を有するボールネジ機構により実現される。
【００３０】
パターニングヘッド８は、概略、ＺＹ平面に平行な矩形状の垂直部８ａとＸＹ平面に平行な矩形状の水平部８ｂとを有しており、かつ、ＹＺ側面視およびＺＸ側面視の双方において、Ｌ字状をなしている。垂直部８ａの下端部分にはパターニングツール１０を保持するツールホルダ８ｈが着脱自在に付設されてなる。
【００３１】
また、垂直部８ａのＸ軸方向負側の面には被ガイド部８ｃが備わっており、被ガイド部８ｃは、Ｚ軸粗動部７に設けられたガイドバー７ｃに案内されるようになっている。これにより、パターニングヘッド８の動作はＺ軸方向に制限されてなる。
【００３２】
一方、水平部８ｂの上方には、最下端部に押圧部９ａを有するエアシリンダ９が設けられており、エアシリンダ９が加圧することで、押圧部９ａがパターニングヘッド８の水平部ｂを上方からＺ軸負方向へと押圧するようになっている。係る態様にて押圧部９ａがパターニングヘッド８を押圧することで、パターニングツール１０が基板Ｗに与える力が調整できるようになっている。エアシリンダ９の加圧状態は、電空レギュレータ１６（図４）によって制御される。
【００３３】
なお、本実施の形態に係る加工装置１００において実現される、エアシリンダ９の押圧部９ａがパターニングヘッド８を押圧する動作は、あくまでパターニングヘッド８を付勢する動作の一態様である。それゆえ、エアシリンダ９は付勢手段の一態様であって、エアシリンダ９がパターニングヘッド８に与える押圧力は、上位概念的にいえば、パターニングヘッド８を付勢する付勢力である。
【００３４】
さらに、水平部８ｂには、Ｚ軸粗動部７との間に自重キャンセルバネ８ｄが設けられている。自重キャンセルバネ８ｄは、Ｚ軸方向に延在する態様にて設けられており、パターニングヘッド８に対しＺ軸正方向に力（弾性力）を加えることで、パターニングツール１０およびツールホルダ８ｈを含めたパターニングヘッド８の自重（Ｚ軸負方向に作用する重力）をキャンセルするようになっている。
【００３５】
パターニングツール１０の一方端側には刃先１０ａが形成されてなる。刃先１０ａはパターニングツール１０の本体部分と一体に形成されている。刃先１０ａの幅は、形成しようとする加工溝の幅によっても異なるが、数μｍ〜数十μｍ程度が好適である。
【００３６】
パターニングツール１０は種々の形状を取り得る。例えば、刃先１０ａに向かうに従って先細となる形状などが好適な一例である。
【００３７】
また、図２においては図示を省略しているが、図３に示すように、ヘッド移動機構３にはさらに、レーザー変位計３０が設けられてなる。レーザー変位計３０は、Ｚ軸粗動部７のＸ軸方向正側の面に付設された保持アーム３０ａに保持されることによって、Ｘ軸方向においてパターニングツール１０よりも前方（正側）となる位置に配置されてなる。レーザー変位計３０は、基板Ｗを載置したステージ２がＸ軸方向を移動する間に、基板Ｗの表面の表面形状変化を、換言すれば、局所的な凹凸（高さ位置）変化を断続的もしくは連続的に計測するために設けられてなる。レーザー変位計３０により取得されたデータ（複数の形状計測位置と当該位置における基板Ｗの高さ位置とのデータセット）は、形状データ１５ｃとして記憶部１５に記憶される（図４）。レーザー変位計３０としては、公知のものを適用可能である。
【００３８】
一方、図４に示すように、加工装置１００は、コントローラ１１と、電空レギュレータ１６と、入力操作部２１と、表示部２２とをさらに備える。
【００３９】
コントローラ１１は、加工装置１００における種々の動作や演算等を担う。コントローラ１１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどのコンピュータハードウェアにより実現される機能的構成要素として、加工制御部１２と、曲率半径算出部１３と、押圧力データ生成部１４とを備える。
【００４０】
またコントローラ１１は、例えばハードディスクなどからなる記憶媒体である記憶部１５を備える。記憶部１５には、加工装置１００を動作させるためのプログラム１５ａと、個々の加工を行う際の加工条件が記述された加工レシピ１５ｂと、基板Ｗの表面形状（高さ位置）のデータである形状データ１５ｃと、加工時にエアシリンダ９の押圧部９ａがパターニングヘッド８を押圧する力である押圧力を記述した押圧力データ１５ｄとが主に記憶される。プログラム１５ａがＣＰＵにおいて実行されることにより、例えば加工制御部１２、曲率半径算出部１３、押圧力データ生成部１４などの機能的構成要素が実現され、これらの各部が機能することによって、加工装置１００の種々の動作が実現される。
【００４１】
ここで、加工制御部１２は、吸引手段２ａによる基板Ｗの吸引固定、駆動手段２ｂによるステージ２の移動、モータ６ｅ、７ｅによるＹ軸移動部６やＺ軸粗動部７の移動、エアシリンダ９によるパターニングヘッド８の押圧動作、レーザー変位計３０による基板Ｗの計測など、基板Ｗに対する加工処理動作全般の制御を担う。
【００４２】
曲率半径算出部１３は、レーザー変位計３０による計測結果を記述してなる形状データ１５ｃに基づいて、基板Ｗの表面の局所的な曲率半径（個々の凹凸部分の曲率半径）を算出する処理を担う。併せて、曲率半径算出部１３は、当該曲率半径を与える円弧の中心の座標を算出する処理をも行う。算出された曲率半径および中心座標は、算出元となった形状データ１５ｃに追記される。すなわち、係る追記後の形状データ１５ｃは、複数の形状計測位置と、当該計測位置における基板Ｗの高さ位置と、当該形状計測位置における基板Ｗの形状を近似的に表現する円弧の曲率半径および中心座標の値とからなるデータセットとなっている。換言すれば、本実施の形態においては、基板Ｗの表面の形状が、微小な円弧の連続として近似的に表現されるようになっているともいえる。さらに言えば、このことは、曲率半径を、基板Ｗの表面形状を表すパラメータとして利用することを意味する。
【００４３】
一方、押圧力データ生成部１４は、曲率半径算出部１３による曲率半径等の算出結果に基づいて、基板Ｗを加工する際に押圧部９ａがパターニングヘッド８に与える押圧力の大きさを記述した押圧力データ１５ｄを生成する処理を担う。押圧力は、Ｘ軸に対する関数として定められる。換言すれば、押圧力は、基板Ｗの局所的な表面形状の違いに応じて局所位置ごとに定められる。より具体的には、押圧力は、Ｘ軸方向における基板Ｗの曲率半径の変化に応じて変化する値として定められる。上述のように、エアシリンダ９がパターニングヘッド８に与える押圧力は、より上位概念的にいえば、パターニングヘッド８を付勢する付勢力であることから、押圧力データ生成部１４は、付勢力設定手段の一態様であるといえる。
【００４４】
そして、電空レギュレータ１６は、押圧部９ａがパターニングヘッド８に与える押圧力を押圧力データ１５ｄに基づいて制御する。
【００４５】
上述のように、電空レギュレータ１６の制御対象たる押圧力は、基板Ｗの曲率半径の変化に応じて変化する値として定められてなるので、本実施の形態に係る加工装置１００においては、パターニングヘッド８が押圧力データ１５ｄに従って押圧される結果として、パターニングツール１０が基板Ｗとの接触を保つためにパターニングツール１０が基板Ｗに与える力が、基板Ｗの曲率半径の変化に応じて調整されるようになっている。
【００４６】
基板Ｗの曲率半径の変化に応じて押圧力を制御することの詳細については後述する。
【００４７】
入力操作部２１は、加工装置１００のオペレータが加工装置１００に対して種々の操作指示やデータを入力するためのインターフェースである。また、表示部２２は、加工装置１００の処理メニューや動作状況などを表示するためのものである。なお、入力操作部２１と表示部２２がタッチパネルなどによって構成されることにより、一体化されていてもよい。
【００４８】
以上のような構成を有する加工装置１００においては、概略、加工レシピ１５ｂの記述内容に基づく加工制御部１２の制御によって、ステージ２に基板Ｗを吸引固定させ、かつ、パターニングツール１０の先端に備わる刃先１０ａを基板Ｗの表面に接触（当接）させた状態で、加工レシピ１５ｂにＸ座標値およびＹ座標値を用いて記述されてなる、加工溝の形成予定位置（形成予定ライン）の情報（形成位置情報）に従って、ステージ２をＸ軸方向に移動させることにより、つまりは、パターニングツール１０を基板Ｗに対して相対的に移動させることにより、当接部分の薄膜層を剥離除去して基板Ｗに対しＸ軸方向に沿った直線状の加工溝を形成することが出来る。
【００４９】
例えば、パターニングヘッド８をＹ軸方向に所定ピッチで移動させる都度、ステージ２をＸ軸方向に移動させることによって、互いに平行かつ真直な直線状の複数の加工溝を形成することが出来る。
【００５０】
なお、形成予定ラインの形状が曲線的である場合には、Ｘ軸方向へのステージ２の移動に、パターニングヘッド８のＹ軸方向への移動が重畳されるようになっていてもよい。
【００５１】
＜基板の凹凸部分の曲率半径と押圧力との関係＞
上述のように、本実施の形態においては、曲率半径を基板Ｗの表面形状を表すパラメータとして利用し、加工溝の形成に際し、パターニングツール１０が基板Ｗとの接触を保つためにパターニングツール１０が基板Ｗに与える力を、基板Ｗの表面形状を表すパラメータである曲率半径の変化に応じて調整するようになっている。その意義と、実際にエアシリンダ９が与える押圧力（付勢力）について説明する。
【００５２】
図５は、凹凸を有する基板Ｗをステージ２に固定した場合における、基板ＷのＸ軸方向に沿った断面を模式的に示す図である。凹凸を有する基板Ｗの表面は、隣接区間と曲率半径が異なる曲線区間がＸ軸に沿って連続しているものと捉えることが出来る。図５においては、それぞれの曲率半径がＲａ〜Ｒｈである区間ｘａ〜区間ｘｈの８区間に区分される様子を例示している。別の見方をすれば、基板Ｗの表面は、Ｘ軸に沿って曲率半径が異なる複数の区間に区分して表現できるともいえる。
【００５３】
基板Ｗの表面形状が係る態様にて表現できることから、加工装置１００においてパターニングツール１０をＸ軸方向に沿って相対移動させることによって基板Ｗの表面の薄膜層を除去する加工は、隣接区間と曲率半径が異なる複数の曲線区間において順次に、当該曲率半径で表される曲線（円弧）に沿ってパターニングツール１０を曲線移動させることで、実現されるものと捉えることができる。図５に示す場合であれば、区間ｘａ〜区間ｘｈのそれぞれにおいて、曲率半径Ｒａ〜Ｒｈで表される円弧に沿ってパターニングツール１０を曲線移動させることになる。
【００５４】
すると、それぞれの区間内におけるパターニングツール１０の移動は、近似的に、円弧上における物体の運動として捉えることができる。円弧を含む曲線軌道上における物体の運動は、物体に対し、曲線軌道（円弧）の接線方向と直交する方向（より詳細には、物体と曲線軌道との接点から当該曲線軌道の曲率半径を与える円の中心へと向かう向き）に向心力が作用する、という条件の下で実現されるので、原理上、係る条件を満たす範囲で出来るだけ小さい力をパターニングツール１０に与えれば、刃先１０ａから基板Ｗに作用する力を最小限に保ちつつ、加工溝を形成することが可能となる。なお、向心力をＦとし、物体の質量をＭ、接線方向の移動速度をＶ、曲線軌道の曲率半径をＲとすると、Ｆ＝ＭＶ２／Ｒである。
【００５５】
なお、実際に基板Ｗの表面から薄膜層を剥離して加工溝を形成するために必要な力は、基板Ｗの表面の接線方向に作用する力であって、向心力Ｆとは異なる。加工溝を形成するために必要な力の大きさは、薄膜層の強度や、パターニングツール１０のサイズおよび形状や、薄膜層とパターニングツール１０の間の摩擦力などに応じて定まる。
【００５６】
図６および図７は、基板Ｗの表面が曲線状をなしている部分であって、水平面から角度θだけ傾斜している箇所において、パターニングツール１０（パターニングヘッド８）に作用する力を示す図である。図６は上に凸となっている箇所の様子を示しており、図７は下に凸となっている箇所の様子を示している。図５に示す場合であれば、区間ｘａ、ｘｃ、ｘｅ、ｘｇが上に凸の場合に該当し、区間ｘｂ、ｘｄ、ｘｆ、ｘｈが下に凸の場合に該当する。なお、通常の加工に供される基板Ｗにおいて、θは最大でもせいぜい１０°＝π／１８程度である。
【００５７】
便宜上、パターニングツール１０を含むパターニングヘッド８については質点と仮定し、図６および図７においてはこれを黒丸で示す。また、パターニングツール１０を含むパターニングヘッド８の質量をｍ、パターニングヘッド８に作用する垂直抗力をＮ、自重キャンセルバネ８ｄがパターニングヘッド８に与える弾性力をＳ、エアシリンダ９がパターニングヘッド８に与える押圧力をＰとする。なお、ツールはＸ軸正方向に速度ｖで基板Ｗに対し相対移動しているものとする。
【００５８】
図６に示す上に凸の区間の場合、向心力Ｆはｍ（ｖｃｏｓθ）２／Ｒと表される。パターニングヘッド８から曲率半径を与える円の中心に向かう向きを正の向きとすると、パターニングツール１０が、基板Ｗの表面上であって、曲率半径Ｒでかつ上に凸の部分を移動しつつ加工を行う場合においては、向心力Ｆとパターニングヘッド８に作用する力との間に、
Ｆ＝ｍ（ｖｃｏｓθ）２／Ｒ＝ｍｇｃｏｓθ＋Ｐｃｏｓθ−Ｓｃｏｓθ−Ｎ
なる式が成り立つ。ただし、上述のように、自重キャンセルバネ８ｄの弾性力Ｓはパターニングヘッド８の自重ｍｇを打ち消すように与えられるので、ｍｇ≒Ｓが成り立つ。それゆえ、実際には、
ｍ（ｖｃｏｓθ）２／Ｒ≒Ｐｃｏｓθ−Ｎ
なる式が成り立てばよいことになる。なお、パターニングヘッド８の被ガイド部８ｃとＺ軸粗動部７に設けられたガイドバー７ｃとの間の摩擦力は無視している。
【００５９】
一方で、実際に加工が行われるには、パターニングツール１０が基板に接触している必要がある。これは、Ｎ≧０を満たすことで実現されるので、
Ｎ＝Ｐｃｏｓθ−ｍ（ｖｃｏｓθ）２／Ｒ≧０
が成り立てばよい。これを変形すると、
Ｐ≧ｍｖ２ｃｏｓθ／Ｒ
となる。ここで、１≧ｃｏｓθであるので、
Ｐ≧ｍｖ２／Ｒ・・・・（１）
なる関係がみたされれば十分となる。
【００６０】
（１）式は、基板Ｗの表面が、曲率半径Ｒの上に凸の曲線となっている箇所において、パターニングツール１０により基板Ｗの表面に加工溝を形成する場合には、エアシリンダ９がパターニングヘッド８に与える押圧力Ｐをｍｖ２／Ｒ以上とすれば、基板Ｗの表面が上に凸の曲線状をなしている箇所において、パターニングツール１０が基板Ｗの表面と接触を保って加工を行えることを示している。
【００６１】
ここで、ｍは加工装置１００に固有の値であり、ｖは加工条件として任意に設定できる値である。また、上述のように、本実施の形態に係る加工装置１００には、レーザー変位計３０および曲率半径算出部１３が備わっており、レーザー変位計３０における基板Ｗの表面形状の計測結果に基づいて、曲率半径算出部１３が凹凸部分の曲率半径を求めるようになっている。それゆえ、（１）式の右辺の値は算出が可能である。
【００６２】
なお、曲率半径Ｒが十分に大きい箇所の場合、曲率半径Ｒとして、実際の値よりも大きな値を与えても（１）式は成立する。また、平坦な箇所の場合、曲率半径Ｒ→∞となるので、ｍｖ２／Ｒ→０となる。それゆえ、曲率半径Ｒの値があるしきい値Ｒｍａｘ以上の箇所、つまりは、一定程度以上の平坦性を有する箇所については、便宜上、曲率半径Ｒの値をＲｍａｘに固定し、押圧力Ｐとして、
Ｐｍｉｎ＝ｍｖ２／Ｒｍａｘ・・・・（２）
なる一定値を用いてもよい。すなわち、上に凸の箇所においては、曲率半径Ｒの値がＲｍａｘよりも小さい、相対的に高低差が大きいところでは、（１）式の右辺の値を求めてこれを押圧力Ｐとするが、曲率半径Ｒの値がＲｍａｘよりも大きい、相対的に高低差が小さいところでは、押圧力Ｐを（２）式で定まる固定値とすればよい。Ｒｍａｘの値を適宜に定めることで、押圧力Ｐを個々の箇所において十分小さな値に保ちつつ、パターニングツール１０が基板Ｗの表面と接触を保って加工を行えることになる。
【００６３】
一方、図７に示す下に凸の区間の場合、パターニングヘッド８から曲率半径を与える円の中心に向かう向きを正の向きとすると、パターニングツール１０が、基板Ｗの表面上であって、曲率半径Ｒでかつ下に凸の部分を移動しつつ加工を行う場合においては、向心力Ｆとパターニングヘッド８に作用する力との間に、
Ｆ＝ｍ（ｖｃｏｓθ）２／Ｒ＝Ｎ−ｍｇｃｏｓθ＋Ｓｃｏｓθ−Ｐｃｏｓθ
なる式が成り立つ。ただし、上に凸の場合と同様、ｍｇ≒Ｓが成り立つので、実際には、
ｍ（ｖｃｏｓθ）２／Ｒ≒Ｎ−Ｐｃｏｓθ
なる式が成り立てばよいことになる。なお、係る場合も、パターニングヘッド８の被ガイド部８ｃとＺ軸粗動部７に設けられたガイドバー７ｃとの間の摩擦力は無視している。
【００６４】
一方で、実際に加工が行われるには、パターニングツール１０が基板に接触している必要がある。これは、Ｎ≧０を満たすことで実現されるので、
Ｎ＝Ｐｃｏｓθ＋ｍ（ｖｃｏｓθ）２／Ｒ≧０
が成り立てばよい。これを変形すると、
Ｐ≧−ｍｖ２ｃｏｓθ／Ｒ・・・・（３）
となるが、ｍｖ２ｃｏｓθ／Ｒ＞０である一方で、仮にＰ＜０とすると押圧部９ａがパターニングヘッド８と離隔してしまうことから、押圧力Ｐはその性質上、常に、
Ｐ≧０・・・・（４）
である。よって、（３）式は常にみたされる。
【００６５】
このことは、下に凸の区間においては、エアシリンダ９からパターニングヘッド８に対し何らかの大きさの押圧力Ｐが作用していれば、パターニングツール１０が基板Ｗの表面と接触を保って加工を行えることを示している。なお、（４）式によると、計算上、押圧力Ｐは０でも良いことになるが、実際には、上記の計算過程で考慮していない、パターニングヘッド８の被ガイド部８ｃとＺ軸粗動部７に設けられたガイドバー７ｃとの間の摩擦力や、基板Ｗの表面に存在する薄膜層の弾性や、装置各部のクリアランスなどを鑑みたうえで、パターニングツール１０が基板Ｗの表面と接触を保つために必要な最小限の力を、押圧力Ｐとして与えるのが好ましい。係る最小限の力をＰｃｏｎｓｔ（＞０）とすると、基板Ｗの表面が上に凸の曲線状をなしている箇所においては、
Ｐ＝Ｐｃｏｎｓｔ（＞０）・・・・（５）
なる押圧力Ｐを与えれば、押圧力Ｐを最小限の値としつつ、パターニングツール１０が基板Ｗの表面と接触を保って加工を行えることになる。
【００６６】
以上を踏まえると、表面に凹凸を有する基板Ｗを加工する場合、上に凸の部分においては（１）または（２）式に従って押圧力Ｐを与え、下に凸の部分においては、（５）式に従って押圧力を与えることで、基板Ｗの表面が凹凸を有する場合であっても、パターニングツール１０と基板Ｗの表面との接触を確実に保ちつつ、基板Ｗに加工溝を形成することが出来る。
【００６７】
＜押圧力の設定＞
次に、曲率半径算出部１３において行われる、基板Ｗの表面における局所的な曲率半径（個々の凹凸部分の曲率半径）を算出する処理と、押圧力データ生成部１４において行われる、係る算出結果を利用した局所位置ごとの押圧力の設定処理、つまりは押圧力データの生成処理について説明する。
【００６８】
図８は、加工溝の形成対象たる基板Ｗの平面図である。いま、Ｙ＝Ｙ１〜Ｙｎの範囲で、Ｙ軸方向において等ピッチにｎ個の直線状の加工溝を形成するものとする。図８には、係る加工溝の形成予定位置を破線Ｌ１〜Ｌｎにて示している。また、それぞれの加工溝は、Ｘ＝Ｘ１〜Ｘｍの範囲で形成するものとする。さらに、レーザー変位計３０が、Ｙ＝Ｙ１〜Ｙｎのｎ箇所の加工溝形成位置のそれぞれにおいて、Ｘ＝Ｘ１〜Ｘｍの範囲で等ピッチで、基板Ｗの表面の高さ位置Ｚ＝Ｚ１〜Ｚｍを計測するものとする。なお、計測位置のピッチは適宜に定められてよいが、ピッチが大きすぎると、円弧による近似が基板Ｗの実際の表面形状を十分に反映しなくなるため好ましくない。一方、ピッチが小さすぎると、以下に説明する押圧力の設定のための演算処理等に時間を要することになるため好ましくない。例えば、１ｍｍ〜１０ｍｍ程度のピッチで計測を行うのが好適である。
【００６９】
図９は、基板ＷのＸ＝Ｘｉ（３≦ｉ≦ｍ−２）における表面形状を表す近似円弧の曲率半径Ｒｑｉを算出する処理の流れを示す図である。
【００７０】
まず、曲率半径算出部１３は、レーザー変位計３０によってあらかじめ計測されてなる、Ｘ＝Ｘｉにおける基板Ｗの表面の高さ位置Ｚ＝Ｚｉと、Ｘ＝Ｘｉ−１における基板Ｗの表面の高さ位置Ｚ＝Ｚｉ−１との差分値ΔＺの絶対値｜ΔＺ｜＝｜Ｚｉ−Ｚｉ−１｜を求める（ステップＳ１）。そして、得られた値が所定のしきい値ｐｚよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２）。係る判定は、Ｘ＝ＸｉとＸ＝Ｘｉ−１との間において、表面形状を円弧として近似する必要がある程度に高さの差があるか否かを知るために行う。なお、しきい値ｐｚは、あらかじめ実験的に求めておく。
【００７１】
｜ΔＺ｜＞ｐｚをみたす場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、曲率半径算出部１３は、Ｘ＝Ｘｉにおける基板Ｗの表面形状を表す近似円弧の曲率半径Ｒｑｉと中心の座標（Ｘｑｉ，Ｚｑｉ）を算出する。
【００７２】
具体的には、Ｘ＝Ｘｉとその前後の５つの計測位置の座標点を用いて、最小二乗法により算出を行う。これらの座標点を、点Ｃ１（Ｘｉ−２，Ｚｉ−２）、点Ｃ２（Ｘｉ−１，Ｚｉ−１）、点Ｃ３（Ｘｉ，Ｚｉ）、点Ｃ４（Ｘｉ＋１，Ｚｉ＋１）、点Ｃ１（Ｘｉ＋２，Ｚｉ＋２）とする（ステップＳ３）。
【００７３】
Ｒｑｉ、Ｘｑｉ、Ｚｑｉの算出は、
ｆ（Ｘ、Ｚ）＝（Ｘ−Ｘｑｉ）２＋（Ｚ−Ｚｑｉ)２−Ｒｑｉ２
とするとき、
ｇ（Ｘ、Ｚ）＝Σｆ（Ｘ、Ｚ）
に点Ｃ１〜点Ｃ５の座標値を代入し、
δｇ／δＲｑｉ＝０
δｇ／δＸｑｉ＝０
δｇ／δＺｑｉ＝０
なる３つの式を連立させることによって行う。
【００７４】
係る算出がなされると、押圧力データ生成部１４が、得られたＺｑｉの値がＺｉ＞Ｚｑｉなる式を見たすか否かを判定する（ステップＳ４）。これは、曲率半径を求めたＸ＝Ｘｉにおける基板Ｗの表面が、上に凸となっているか下に凸となっているかを判定するために行う。
【００７５】
Ｚｉ＞Ｚｑｉをみたす場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、Ｘ＝Ｘｉの位置において基板Ｗの表面は上に凸となっていることになり、係る場合、押圧力データ生成部１４は続いて、Ｒｑｉ≧Ｒｍａｘなる式をみたすか否かを判定する（ステップＳ５）。ここで、Ｒｍａｘは、Ｘ＝Ｘｉにおいて基板Ｗを実質的に平坦とみなすことができる曲率半径の最小値であり、あらかじめ実験的に求められる値である。
【００７６】
Ｒｑｉ≧Ｒｍａｘをみたす場合（ステップＳ５でＹＥＳ）、押圧力データ生成部１４は、Ｘ＝Ｘｉにおける押圧力Ｐｉを、
Ｐｉ＝ｍｖ２／Ｒｍａｘ（＝Ｐｍｉｎ）
なる式により算出する（ステップＳ６）。なお、ｍ、ｖ、Ｒｍａｘはいずれも、加工に先立ってあらかじめ設定される固定値であるので、Ｐｍｉｎの値は、ｍ、ｖ、およびＲｍａｘが設定された時点であらかじめ計算されて記憶部１５に保持されていてもよい。
【００７７】
一方、Ｒｑｉ≧Ｒｍａｘをみたさない場合（ステップＳ５でＮＯ）、押圧力データ生成部１４は、Ｘ＝Ｘｉにおける押圧力Ｐを、
Ｐｉ＝ｍｖ２／Ｒｑｉ
なる式により算出する（ステップＳ７）。
【００７８】
また、｜ΔＺ｜＞ｐｚをみたさない場合（ステップＳ２でＮＯ）、および、Ｚｉ＞Ｚｃｉをみたさない場合（ステップＳ４でＮＯ）、押圧力データ生成部１４は、Ｘ＝Ｘｉにおける押圧力Ｐを、
Ｐｉ＝Ｐｃｏｎｓｔ
なる式により算出する（ステップＳ８）。ここで、Ｐｃｏｎｓｔは、パターニングヘッド８の被ガイド部８ｃとＺ軸粗動部７に設けられたガイドバー７ｃとの間の摩擦力や、基板Ｗの表面に存在する薄膜層の弾性や、装置各部のクリアランスなどを鑑みたうえであらかじめ設定された、パターニングツール１０が基板Ｗの表面と接触を保つために必要な最小限の大きさの力（固定値）である。なお、Ｐｃｏｎｓｔ＝ｍｖ２／Ｒｍａｘ（＝Ｐｍｉｎ）と定められていてもよく、｜ΔＺ｜＞ｐｚをみたさない場合（ステップＳ２でＮＯ）のみ、Ｐｉ＝ｍｖ２／Ｒｍａｘ（＝Ｐｍｉｎ）と設定されてもよい。
【００７９】
以上のような処理を、Ｘ１〜Ｘｍの全てについて行うことで、Ｘ＝Ｘ１〜Ｘｍの間において加工溝を形成する際に、エアシリンダ９がパターニングヘッド８に与える押圧力Ｐｉを、位置Ｘ＝Ｘｉの関数として設定することができる。つまりは、基板Ｗの局所位置ごとに押圧力を設定することができる。得られた処理結果（ＸｉとＰｉのデータセット）は、押圧力データ１５ｄとして記憶部１５に記憶される。記憶された押圧力データ１５ｄは、溝加工時に呼び出され、当該データに従ってエアシリンダ９の動作が制御される。
【００８０】
なお、ｉ≦２やｉ≧ｍ−１については、ステップＳ３の処理が行えないので、この場合は、前者についてはｉ＝３の場合の押圧力Ｐ３と同じとし、後者についてはｉ＝ｍ−２の場合の押圧力Ｐｍ−２と同じすることでもよい。あるいは、いずれの場合も、ＰｃｏｎｓｔもしくはＰｍｉｎを押圧力として定めておいてもよい。
【００８１】
本実施の形態においては、上述のような態様にて基板の局所位置ごとに押圧力を設定することで、基板表面の高さ位置が変化する箇所であっても、曲率半径が同じである範囲については、同じ押圧力を与えつつ加工を行うことが出来る。それゆえ、基板Ｗの凹凸に応じて刃先１０ａの高さ位置を違えるような制御態様での加工に比して、安定的な加工制御が実現される。
【００８２】
＜加工処理フロー＞
最後に、加工装置１００における実際の加工処理フローについて説明する。ここでは、図８に示した基板Ｗを加工する場合を例として、加工処理フローを説明する。すなわち、Ｙ＝Ｙ１〜Ｙｎの範囲で、Ｙ軸方向において等ピッチにｎ個の直線状の加工溝を形成するものとする。かつ、それぞれの加工溝は、Ｘ＝Ｘ１〜Ｘｍの範囲で形成するものとする。
【００８３】
図１０は、加工装置１００における加工処理フローを示す図である。
【００８４】
初めに、基板Ｗを吸引手段２ａによってステージ２の上に固定（ステップＳ１１）し、かつ、パターニングツール１０を含むパターニングヘッド８の質量ｍ、加工速度ｖ、しきい値Ｒｍａｘ、押圧力Ｐｃｏｎｓｔなどを設定することによる加工条件の設定入力（ステップＳ１２）、つまりは加工レシピ１５ｂの作成を行ったうえで、レーザー変位計３０によって、Ｙ１〜Ｙｎにおける加工溝の形成予定位置全て（ｎ箇所）について、Ｘ１〜Ｘｍのｋ箇所を計測位置として基板Ｗの表面の高さ位置を計測する（ステップＳ１３）。
【００８５】
具体的には、Ｙ＝Ｙｉにおいて計測を行う場合であれば、レーザー変位計３０がＹ＝Ｙｉの位置に配置されるように、ヘッド移動機構３のＹ軸移動部６によってパターニングヘッド８を移動させたうえで、ステージ２を移動させ、Ｘ＝Ｘ１〜Ｘｍのｍ箇所で計測を行うようにする。得られた計測値は、形状データ１５ｃとして記憶部１５に記憶される。
【００８６】
なお、この時点では、ヘッド移動機構３のＺ軸粗動部７を上昇させておくことにより、パターニングヘッド８は、パターニングツール１０の刃先１０ａが基板Ｗと接触することのない十分高い高さ位置に配置されてなる。
【００８７】
形状データ１５ｃが得られると、図９に示した手順にて、全ての計測位置における押圧力が設定される（ステップＳ１４）。設定された押圧力の値は、押圧力データ１５ｄとして記憶部１５に記憶される。
【００８８】
押圧力データ１５ｄが得られると、加工が実行可能な状態となる。以下は、Ｙ＝Ｙｉにおける加工を例として説明する。加工は、加工制御部１２からの制御指示に従って行われる。
【００８９】
まず、ヘッド移動機構３のＹ軸移動部６によってパターニングヘッド８をＹ軸方向へと移動させるとともに、Ｘ軸方向においてステージ２を移動させることによって、パターニングツール１０の刃先１０ａを加工溝の形成開始位置の上方位置（Ｙ＝Ｙｉ、Ｘ＝Ｘ１）に配置させる（ステップＳ１５）。
【００９０】
刃先１０ａが加工開始位置に配置されると、Ｚ軸粗動部７が下降することにより、パターニングヘッド８が下降させられる（ステップＳ１６）。刃先１０ａが、Ｙ＝Ｙｉ、Ｘ＝Ｘ１における基板Ｗの表面の高さ位置Ｚ１の近傍位置（基板Ｗよりもわずかに高い位置）に到達すると、Ｚ軸粗動部７は停止し、エアシリンダ９がパターニングヘッド８を押圧力データ１５ｄに記述されてなる押圧力Ｐ１によって押圧することにより、刃先１０ａを基板Ｗの表面に接触させる（ステップＳ１７）。
【００９１】
なお、係る場合においては、確認のため、レーザー変位計３０でＹ＝Ｙｉ、Ｘ＝Ｘ１における基板Ｗの高さ位置をモニターし、あらかじめ計測した値と異なる場合は、加工を中断するようにしておいてもよい。
【００９２】
刃先１０ａが基板と接触すると、エアシリンダ９がパターニングヘッド８に与える押圧力を押圧力データ１５ｄの記述内容に従って制御しつつ、加工レシピ１５ｂに記述された加工速度ｖに従ってステージ２をＸ軸方向に移動させる。係る移動に伴い、刃先１０ａと接触している基板Ｗの表面の薄膜層が刃先１０ａによって剥離除去され、加工溝が形成される。すなわち、加工が実行される（ステップＳ１８）。
【００９３】
なお、基板Ｗの高さの計測位置Ｘ１〜Ｘｍは離散的であるのに対して、パターニングツール１０による加工溝の形成は連続的である。それゆえ、個々の計測位置の間においても所定の押圧力Ｐにてエアシリンダ９がパターニングヘッド８を押圧する必要があるが、例えば、隣り合う計測位置についての押圧力の設定値が同じであれば、それらの計測位置の間においても係る設定値を保って押圧を行えばよい。隣り合う計測位置についての押圧力の設定値が異なる場合には、先の計測位置と後の計測位置との中間位置において、前者について設定された押圧力による押圧状態から、後者について設定された押圧力による押圧状態へと切り替えるようにしてもよいし、先の計測位置から後の計測位置へと刃先１０ａが移動する間において、押圧力を徐々に変化させるようにしてもよい。
【００９４】
また、より詳細にいえば、加工制御部１２からエアシリンダ９に対し制御信号が与えられてから、エアシリンダ９が当該制御信号に従って実際にパターニングヘッド８を押圧するまでの間には、わずかながら応答遅れが生じるので、加工制御部１２からは、係る応答遅れを見越して制御信号が発せられる。
【００９５】
刃先１０ａが加工終了位置であるＸ＝Ｘｍまで到達すると、ステージ２は停止するとともに、Ｚ軸粗動部７が上昇して、刃先１０ａを基板Ｗの表面から離隔させる（ステップＳ１９）。これにより、Ｙ＝Ｙｉにおける加工は終了する。
【００９６】
Ｙ＝Ｙ１〜Ｙｎの全ｎ箇所について同様の態様での加工を繰り返せば、基板Ｗに対する加工が終了する（ステップＳ２０）。
【００９７】
なお、レーザー変位計３０による基板Ｗの高さ位置の計測と、押圧力の設定とは、個々の加工溝の加工を行う度に逐次行うようにしてもよい。すなわち、ある１つの加工溝が形成されたのち、次の加工溝の形成予定位置についての高さ位置の計測と、押圧力の設定のみを行い、当該加工溝の形成を行い、これが終了すると、さらに次の加工溝の形成予定位置の計測を行う、というルーチンで順次に加工溝を形成するようにしてもよい。
【００９８】
以上、説明したように、本実施の形態においては、パターニングツール１０によって基板Ｗに直線状の加工溝を形成するにあたって、まず、基板Ｗの表面の局所的な凹凸形状を円弧の連続として近似する。そして、個々の円弧部分ごとに、パターニングツール１０の刃先１０ａを基板Ｗと接触させるためにパターニングヘッド８を押圧する押圧力を、当該円弧の曲率半径に基づいて刃先１０ａと基板Ｗとが接触状態を保つために必要な出来るだけ小さい力として設定する。加工溝の形成の際には、係る押圧力に従ってパターニングヘッド８を押圧しながらパターニングヘッド８を移動させる。
【００９９】
係る態様にて加工を行うことにより、基板Ｗの表面に凹凸や、反り、撓みなどがあったとしても、刃先１０ａが加工途中で基板Ｗから離隔することがないので、基板Ｗに所望の加工溝を確実に形成することが出来る。また、基板表面の高さ位置が変化する箇所であっても、曲率半径が同じである範囲については、同じ押圧力を与えつつ加工を行うことが出来るので、基板Ｗの凹凸に応じて刃先１０ａの高さ位置を違えるような制御態様での加工に比して、安定的な加工制御が実現される。
【０１００】
＜第２の実施の形態＞
次に、第１の実施の形態に係る加工装置１００においては、エアシリンダ９によってパターニングヘッド８を押圧することで、パターニングヘッド８を付勢し、パターニングツール１０と基板との接触状態を保つようになっていたが、パターニングツール１０と基板との接触状態を保つ目的でパターニングヘッド８を付勢する態様はこれに限られない。本実施の形態においては、第１の実施の形態に係る加工装置１００とは異なる態様にてパターニングヘッド８を付勢する加工装置２００について説明する。ただし、本実施の形態に係る加工装置２００は、パターニングヘッド８と構成が若干相違するパターニングヘッド１０８を用い、かつ、エアシリンダ９に代えてボールネジとバネとの複合機構である付勢機構１０９を備える他は、第１の実施の形態に係る加工装置１００と共通の構成を有するので、それら共通の構成部分についてはその説明を省略する。
【０１０１】
図１１、図１２は、加工装置２００に備わるパターニングヘッド１０８の近傍部分を拡大した２つの側面図（ＹＺ側面図およびＺＸ断面図）である。
【０１０２】
加工装置２００において、パターニングヘッド１０８は、ＺＹ平面に平行な矩形状の垂直部８ａが、加工装置１００に備わるパターニングヘッド８の垂直部８ａよりもＺ軸方向において長尺となっており、水平部８ｂがその途中位置において水平に突出した構成を有する。ただし、自重キャンセルバネ８ｄが水平部８ｂとＺ軸粗動部７との間に取り付けられる点、垂直部８ａの下端部分にパターニングツール１０を保持するツールホルダ８ｈが着脱自在に付設されてなる点、および、垂直部８ａのＸ軸方向負側の面には被ガイド部８ｃが備わっており、被ガイド部８ｃがＺ軸粗動部７に設けられたガイドバー７ｃに案内されるようになっている点は、加工装置１００に備わるパターニングヘッド８と同様である。
【０１０３】
付勢機構１０９は、Ｚ軸粗動部７のＸ軸方向正側の面に設けられてなる。付勢機構１０９においては、モータ１０９ａによってボールねじ１０９ｂが駆動されることで、被ガイド部１０９ｃがＺ軸方向に延在する態様にて設けられたガイドバー１０９ｄにＺ軸方向に案内されるようになっている。被ガイド部１０９ｃのＸ軸方向正側の面にはＸＹ平面に平行な矩形状の水平部１０９ｅが付設されてなる。水平部１０９ｅにおいては、そのＹ軸方向正側の端部が被ガイド部１０９ｃの付設位置となっている一方、Ｙ軸方向負側の端部１０９ｆは、付勢力調整バネ１０９ｇの下端側の取り付け位置となっている。
【０１０４】
付勢力調整バネ１０９ｇは、パターニングヘッド１０８の上端部分８ｅと付勢機構１０９の水平部１０９ｅとの間に、Ｚ軸方向に延在する態様にて設けられてなり、その長さ（伸び）に応じた弾性力をＺ軸方向においてパターニングヘッド１０８に与えるようになっている。付勢力調整バネ１０９ｇの長さは、被ガイド部１０９ｃの高さ位置（より厳密には、ガイドバー１０９ｄに対する相対位置）に応じて違えられるようになっている。
【０１０５】
以上のように、付勢機構１０９においては、付勢力調整バネ１０９ｇがパターニングヘッド１０８に与える弾性力が、パターニングツール１０を基板Ｗと接触させるための付勢力となっている。そして、ボールネジ１０９ｂを動作させて被ガイド部１０９ｃのＺ軸方向における高さ位置を調整して、付勢力調整バネ１０９ｇの長さ（伸び）を変化させることで、係る付勢力を調整可能となっている。これは、より具体的には、加工制御部１２がボールネジ１０９ｂを駆動するモータ１０９ａの動作を制御することによって実現される。
【０１０６】
そして、本実施の形態に係る加工装置２００においては、第１の実施の形態において図９に示す手順の結果としてステップＳ６〜Ｓ８に従って与えられる押圧力Ｐと同等の付勢力が、基板Ｗの表面形状に応じて与えられるように、被ガイド部１０９ｃの位置が設定される。換言すれば、第１の実施の形態においては押圧力Ｐとして設定される、基板Ｗの局所的な曲率半径に応じてパターニングヘッド８に与えるべき力が、本実施の形態においてはそのまま付勢力として適用されるように、被ガイド部１０９ｃのガイドバー１０９ｄに対する相対位置が設定されればよい。なお、係る場合において、被ガイド部１０９ｃの相対位置と、被ガイド部１０９ｃが当該位置にあるときに生じる付勢力との関係は、あらかじめ実験的・経験的に定められる。
【０１０７】
これにより、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様、基板Ｗの表面に凹凸や、反り、撓みなどがあったとしても、刃先１０ａが加工途中で基板Ｗから離隔することがなく、基板Ｗに所望の加工溝を確実に形成することが出来る。また、基板表面の高さ位置が変化する箇所であっても、曲率半径が同じである範囲については、同じ付勢力を与えつつ加工を行うことが出来るので、基板Ｗの凹凸に応じて刃先１０ａの高さ位置を違えるような制御態様での加工に比して、安定的な加工制御が実現される。
【０１０８】
＜変形例＞
上述の実施の形態においては、基板Ｗの表面の局所的な凹凸形状を円弧の連続として近似し、係る近似結果に基づいて、パターニングツールによって加工溝を形成する際にパターニングヘッドに与える付勢力を調整するようにしているが、付勢力を調整する態様はこれに限られない。例えば、Ｘ＝Ｘｉと前後２点との高さ位置の差（Ｚｉ−Ｚｉ−１）および（Ｚｉ＋１−Ｚｉ）について、さらに差分値（Ｚｉ＋１−Ｚｉ）−（Ｚｉ−Ｚｉ−１）を算出し、その値の大小および正負に基づいて、パターニングヘッドに与える付勢力を調整する態様であってもよい。
【０１０９】
また、上述の実施の形態においては、Ｘ＝Ｘｉについての近似円弧の曲率半径Ｒｑｉを、Ｘ＝Ｘｉと前後２箇所の計測位置とにおける基板Ｗの高さの値に基づいて算出しているが、これは必須の態様ではなく、他の計測位置における高さの値を用いて算出する態様であってもよい。例えば、Ｘ＝Ｘｉ−３〜Ｘ＝Ｘｉ＋１の５箇所の高さの値を用いて算出する態様であってもよい。あるいは、より多くの計測位置における高さの値を用いて算出する態様であってもよい。
【０１１０】
また、上述のように、第２の実施形態においては、パターニングヘッド８に与える付勢力を、第１の実施の形態において与えられる押圧力と同様としている。しかしながら、第１の実施の形態の場合はエアシリンダ９の押圧部９ａがパターニングヘッド８を押圧している関係上、Ｐ＜０なる値は取りえないが、第２の実施の形態においてはバネによってパターニングヘッドに対し付勢力を与えていることから、負となる付勢力を与えることが出来る。
【０１１１】
例えば、図９のステップＳ４でＮＯの場合においては、上述の（３）式におけるＰの最小値においてｃｏｓθ＝１（∵θ≦π／１８程度）、Ｒ＝Ｒｑｉとおいた−ｍｖ２／Ｒｑｉなる値を最小値とする力が、パターニングヘッド８に作用することが許容される。これは、０≦Ｐ≦ｍｖ２／Ｒｑｉなる範囲であれば、パターニングヘッド８に対しＺ軸正方向に付勢力を作用させてもよいことを意味している。ただし、実際の加工の際には、上述の実施の形態と同様、付勢機構１０９の各部において生じる摩擦力や、基板Ｗの表面に存在する薄膜層の弾性や、装置各部のクリアランスなどを鑑みる必要がある。
【符号の説明】
【０１１２】
１  基台
２  ステージ
３  ヘッド移動機構
６  Ｙ軸移動部
７  Ｚ軸粗動部
８、１０８  パターニングヘッド
８ｄ  自重キャンセルバネ
８ｈ  ツールホルダ
９  エアシリンダ
９ａ  押圧部
１０  パターニングツール
１０ａ  刃先
１１  コントローラ
３０  レーザー変位計
１００、２００  加工装置
１０９  付勢機構
１０９ｃ  被ガイド部
１０９ｇ  付勢力調整バネ
Ｗ  基板
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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