(57)【要約】      （修正有）【課題】矩形シートの加工エリアの変形状態を均等に保ちつつ矩形シートを保持する、矩形シートの保持方法及び保持装置を提供する。【解決手段】矩形シート２０１を加工するレーザ加工装置において、大きさが矩形シート中心から矩形シート外周部２０１ｃの荷重点までの距離と比例関係となるような引張力を、矩形シート中心から放射上に矩形シート外周部に連続的に付加して矩形シートを保持する。【選択図】図２Ａ
2013230480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形シートにレーザ光を照射して加工する際に、前記矩形シートを載置する加工ステージと、前記加工ステージ上に載置された前記矩形シートの外周部を前記加工ステージに対して固定する固定装置と、前記加工ステージの、前記固定装置で固定される前記矩形シートの前記外周部の内側に対応する位置に配置されて、吸引により前記矩形シートの前記外周部の内側の部分を引き込む吸着溝と、前記吸着溝を吸引する吸引装置と、前記吸着溝の内側の壁面で形成する形状は矩形形状で、前記吸着溝は、前記加工ステージの中心から前記吸着溝の内側の壁面の位置までの距離に比例した大きさの溝幅で構成している加工装置で使用する矩形シートの保持方法において、
最初に、前記矩形シートを前記加工ステージの上に載置し、
次に、前記固定装置で、前記加工ステージ上の前記矩形シートの前記外周部を前記加工ステージに対して固定し、
次に、前記吸引装置により前記吸着溝を吸引して、前記矩形シートに付加する引張力の方向を前記矩形シートの前記中心から放射状とし、かつ、前記引張力の大きさを、前記溝幅に比例して大きくなるよう連続的に変化させる、矩形シートの保持方法。
【請求項２】
矩形シートにレーザ光を照射して加工する際に、前記矩形シートを載置する加工ステージと、
前記加工ステージ上に載置された前記矩形シートの外周部を前記加工ステージに対して固定する固定装置とを備え、
前記加工ステージは、前記固定装置で固定される前記矩形シートの前記外周部の内側に対応する位置に配置されて、吸引により前記矩形シートの前記外周部の内側の部分を引き込む第１吸着溝を有するとともに、前記第１吸着溝の内周の壁面で形成する形状は矩形形状で、前記第１吸着溝は、前記加工ステージの中心から前記第１吸着溝の内側の壁面の位置までの距離に比例した大きさの溝幅で構成している一方、
さらに、前記第１吸着溝を吸引する第１吸引装置と、
前記固定装置と前記第１吸引装置との動作をそれぞれ制御して、前記吸引装置により前記吸着溝を吸引して、前記固定装置で前記加工ステージに固定された前記矩形シートに引張力を付加する制御装置とを備える、矩形シートの保持装置。
【請求項３】
前記第１吸着溝は大略矩形形状に形成され、
前記第１吸引装置は、前記第１吸着溝の前記大略矩形形状の各辺又は矩形の各角部に少なくとも１つ配置されている吸気孔に接続されている請求項２に記載の矩形シートの保持装置。
【請求項４】
前記第１吸着溝は大略矩形形状に形成され、前記第１吸着溝の各角部をＲ形状とする請求項２または３に記載の矩形シートの保持装置。
【請求項５】
前記固定装置が、前記加工ステージの、前記固定装置で固定される前記矩形シートの前記外周部に対応する位置に配置されて、吸引により前記矩形シートの前記外周部を引き込む第２吸着溝と、前記第２吸着溝を吸引する第２吸引装置とで構成されている請求項２に記載の矩形シートの保持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工対象物をレーザ等で加工する場合、加工対象物である矩形シートを加工ステージで吸着保持する、矩形シートの保持方法及び保持装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
機械加工に要求される加工精度は、ミクロンオーダからナノオーダへと微細化が進んでいる。これに伴って、切削加工又は塑性加工等の旧来からある機械加工技術の他に、レーザ加工についての技術開発が進展している。一般的なレーザ加工装置の構成は、加工対象を保持する加工ステージと、加工対象を移載する搬送ユニットと、レーザ発信器と、レーザ光の分岐・方向転換・走査・ビーム成形等を行う光学ユニットとで構成されている。
【０００３】
加工対象が、局所多層基板に使用されるフィルム等の矩形シートの場合、矩形シートのレーザ照射面の裏面が加工ステージ等に接触していると、矩形シートの加工ステージとの接触面に焦げ又は材料の融解等が発生し、加工品質が低下する。そこで、加工ステージの加工エリアを中空とし、矩形シートの下面での接触を無くした状態で矩形シートを保持することが求められる。
【０００４】
従来の矩形シートの保持方法としては、特許文献１に記載のような矩形シートの四つの辺と四つの角とをチャックして引張保持する方法がある。又は、特許文献２に記載のように、矩形シートの周囲を加工ステージに設けた溝でエア吸着する方法がある。
【０００５】
図１１は、特許文献１に記載された方法を示す図である。矩形シートを加工ステージ上に位置決めした後、矩形シートの四つの角をメカニカルチャック２３Ａにて保持し、各メカニカルチャック２３Ａに取り付けたアクチュエータ２４Ａで対角方向に張力を与えた後に、矩形シートの四つの辺の複数箇所をメカニカルチャック２３Ｂにて保持し、各メカニカルチャック２３Ｂに取り付けたアクチュエータ２４Ｂで、それぞれの辺に対して直角方向に張力を与える方法が開示されている。
【０００６】
図１２は特許文献２に記載された方法を示す図である。フィルムなどの薄板を、溝の幅が各辺中央部よりも角部近傍の方が狭く形成されている複数の吸着溝６と、吸着溝６の内部に設けた吸引孔７とで構成された載置面８に載置する。そして、外側の溝から、順次、薄板を吸着することで、レーザ加工に適した薄板の保持を可能にする方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３１１３３６号公報
【特許文献２】特開２００１−１０５２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記特許文献１に記載の矩形シートをチャックして引張保持する方法の場合、矩形シートへの引張力はチャック位置にのみ加えられる。このため、チャックされている箇所と、チャックされていない箇所とでの、矩形シートの伸び量のばらつきが発生する。
【０００９】
特許文献２に記載の矩形シートをエア吸着する場合、吸着溝６の辺中央部の溝幅が角部よりも広い。このため、矩形シートの角部での引張力が不足し、伸び量が均一でなくなる。
【００１０】
そのため、穴加工の場合においては、矩形シートの引張方向による穴径・真円度・穴端面での加工品質バラツキ等の加工誤差が生じる。また、パターニング加工又はスクライビング加工においては、加工線幅あるいは溝幅の加工誤差、又は、加工線端面の加工品質のばらつきが生じる。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、矩形シートの加工エリアの変形状態を均等に保ちつつ矩形シートを保持する、矩形シートの保持方法及び保持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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１３】
本発明の第１態様によれば、矩形シートにレーザ光を照射して加工する際に、前記矩形シートを載置する加工ステージと、前記加工ステージ上に載置された前記矩形シートの外周部を前記加工ステージに対して固定する固定装置と、前記加工ステージの、前記固定装置で固定される前記矩形シートの前記外周部の内側に対応する位置に配置されて、吸引により前記矩形シートの前記外周部の内側の部分を引き込む吸着溝と、前記吸着溝を吸引する吸引装置と、前記吸着溝の内側の壁面で形成する形状は矩形形状で、前記吸着溝は、前記加工ステージの中心から前記吸着溝の内側の壁面の位置までの距離に比例した大きさの溝幅で構成している加工装置で使用する矩形シートの保持方法において、
最初に、前記矩形シートを前記加工ステージの上に載置し、
次に、前記固定装置で、前記加工ステージ上の前記矩形シートの前記外周部を前記加工ステージに対して固定し、
次に、前記吸引装置により前記吸着溝を吸引して、前記矩形シートに付加する引張力の方向を前記矩形シートの前記中心から放射状とし、かつ、前記引張力の大きさを、前記溝幅に比例して大きくなるよう連続的に変化させる、矩形シートの保持方法を提供する。
【００１４】
本発明の第２態様によれば、矩形シートにレーザ光を照射して加工する際に、前記矩形シートを載置する加工ステージと、
前記加工ステージ上に載置された前記矩形シートの外周部を前記加工ステージに対して固定する固定装置とを備え、
前記加工ステージは、前記固定装置で固定される前記矩形シートの前記外周部の内側に対応する位置に配置されて、吸引により前記矩形シートの前記外周部の内側の部分を引き込む第１吸着溝を有するとともに、前記第１吸着溝の内周の壁面で形成する形状は矩形形状で、前記第１吸着溝は、前記加工ステージの中心から前記第１吸着溝の内側の壁面の位置までの距離に比例した大きさの溝幅で構成している一方、
さらに、前記第１吸着溝を吸引する第１吸引装置と、
前記固定装置と前記第１吸引装置との動作をそれぞれ制御して、前記吸引装置により前記吸着溝を吸引して、前記固定装置で前記加工ステージに固定された前記矩形シートに引張力を付加する制御装置とを備える、矩形シートの保持装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明の矩形シートの保持方法及び保持装置によれば、矩形シートに対する引張力の方向は中心から放射状で、引張力は矩形シートの中心からの距離に比例した大きさにすることができる。この結果、矩形シート中心を基準として矩形シートが相似形に変形するため、矩形シート内での加工位置誤差を低減し、加工品質ばらつき（例えば、レーザ穴加工時の穴径又は真円度又は穴端面での加工品質ばらつき、レーザパターニング又はレーザスクライビング加工時の加工線幅と溝幅と加工品質とのばらつき）等を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態におけるレーザ加工装置の外観透視図
【図２Ａ】本発明の第１実施形態における加工ステージと矩形シートとの詳細を示す平面図
【図２Ｂ】本発明の第１実施形態における加工ステージの詳細を示す、図２ＡのＩＩ−ＩＩ線の断面図
【図３】本発明の第１実施形態における加工ステージと搬送ユニットの断面図
【図４Ａ】本発明の第１実施形態における加工ステージと搬送ユニットの動作図
【図４Ｂ】本発明の第１実施形態における加工ステージと搬送ユニットの動作図
【図４Ｃ】本発明の第１実施形態における加工ステージと搬送ユニットの動作図
【図４Ｄ】本発明の第１実施形態における加工ステージと搬送ユニットの動作図
【図４Ｅ】本発明の第１実施形態における加工ステージと搬送ユニットの動作図
【図５】本発明の第１実施形態における矩形シートに対する引張力の概念図
【図６】本発明の第１実施形態における、矩形シートの角度θにおける引張力のベクトルを説明するための矩形シートと加工ステージとの説明図
【図７Ａ】本発明の第１実施形態における、吸着内溝の溝幅が広い場合の溝幅と発生する引張力を示す概念図
【図７Ｂ】本発明の第１実施形態における、吸着内溝の溝幅が狭い場合の溝幅と発生する引張力を示す概念図
【図８】本発明の第１実施形態における加工ステージの別例を示す図
【図９】本発明の第１実施形態における矩形シート平面度の改善効果を示す図
【図１０Ａ】本発明の第１実施形態における矩形シートの外周を固定する別例を示す図
【図１０Ｂ】本発明の第１実施形態における矩形シートの外周を固定する別例であって、図１０Ａの中央断面図
【図１１】特許文献１に記載された従来の矩形シート保持装置を示す図
【図１２】特許文献２に記載された従来の矩形シート保持装置を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における、矩形シートの保持方法を実施可能な矩形シートの保持装置の一例としてのレーザ加工装置１００の外観図を示す。
【００１８】
レーザ加工装置１００は、加工ステージ１０１と、搬送ユニット１０２と、レーザ発信器１０３と、光学ユニット１０４と、待機ステージ１０５とを有している。
【００１９】
加工ステージ１０１は、大略直方体形状の部材であって、加工対象物の一例である矩形シート２０１を載置して吸着保持する。矩形シート２０１のより具体的な例としては、基板などが例示できる。加工ステージ１０１は、加工ステージ駆動装置１０１Ｄにより、矩形シート２０１をＸ軸方向とＹ軸方向とθ軸方向とにそれぞれ独立して移動可能である。
【００２０】
搬送ユニット１０２は、矩形枠状部材であって、矩形シート２０１を移載する。搬送ユニット１０２は、搬送ユニット駆動装置１０２Ｄにより、矩形シート２０１をＸ軸方向及びＺ軸方向にそれぞれ独立して移動可能である。
【００２１】
光学ユニット１０４は、加工ステージ１０１の上方に配置されたレーザ発信器１０３から出射されたレーザ光１０６の分岐と、方向転換と、走査と、ビーム成形と等を行う。
【００２２】
待機ステージ１０５は、大略直方体形状の部材であって、矩形シート２０１の加工前後に矩形シート２０１を載置して待機させる。
【００２３】
各駆動装置は、例えば、回転軸を正逆回転可能なモータと、回転軸に連結されて正逆回転するネジ軸と、ネジ軸に螺合されたナット部材とで構成され、モータとネジ軸とが配置される部材に対して、ナット部材を有する部材が相対的に移動する構成となっている。
【００２４】
前記構成にかかるレーザ加工装置１００によれば、以下のように、矩形シートの保持方法を実施することができる。
【００２５】
まず、待機ステージ１０５上に載置された矩形シート２０１は、搬送ユニット１０２によって、待機ステージ１０５から加工ステージ１０１へ吸着して移載される。
【００２６】
次に、矩形シート２０１上のアライメントマークなどを、図示しない認識カメラなどの認識装置で認識して、認識結果を基に加工ステージ１０１の加工ステージ駆動装置１０１Ｄを駆動してアライメントした後、レーザ周波数とパルス幅とパワーと等の所定条件を設定したレーザ発信器１０３からレーザ光１０６を出射させる。出射させられたレーザ光１０６は、光学系ユニット１０４を経由し、加工ステージ１０１上の矩形シート２０１上へ照射し、矩形シート２０１のレーザ加工を行う。
【００２７】
矩形シート２０１のレーザ加工中、矩形シート２０１を保持した加工ステージ１０１をＸ、Ｙ、又は、θ方向へ加工ステージ駆動装置１０１Ｄでそれぞれ独立して移動させるか、走査する光学ユニット１０４の光学ユニット調整装置１０４Ｄでレーザ光１０６をＸ、又は、Ｙ方向にそれぞれ独立して移動させることで、矩形シート２０１とレーザ光１０６との相対位置決めを行い、穴加工、パターニング加工、あるいは、スクライビング加工を行う。
【００２８】
加工終了後、搬送ユニット駆動装置１０２Ｄの駆動により、搬送ユニット１０２によって、矩形シート２０１が加工ステージ１０１から待機ステージ１０５へ移載される。
【００２９】
図２Ａ及び図２Ｂは、加工ステージ１０１の詳細図を示している。加工ステージ１０１上に矩形シート２０１が載置された際の平面図及び図２Ａの横方向の中心線ＩＩ−ＩＩでの断面図を示す。加工ステージ１０１は、四角形枠状の吸着内溝２０２と、吸着内溝２０２の外側に四角形枠状の吸着外溝２０３と、中空部２０４とを備えている。吸着内溝２０２は吸着溝の一例として機能する。
【００３０】
中空部２０４は、平面図において、加工ステージ１０１の中央に凹部として配置されて、四角形例えば正方形の平面形状をなす。中空部２０４は、矩形シート２０１の中央部すなわち四角形状の加工領域２０１ａの下面に位置している。
【００３１】
吸着内溝２０２は、平面図において、中空部２０４の外側に、中空部２０４とは独立して、所定間隔離れて大略四角形枠状例えば大略正方形枠状に配置されており、矩形シート２０１の内周部２０１ｂの下面に位置している。詳細には、吸着内溝２０２の平面形状は、溝内側の壁面で形成される形状は矩形であるが、溝外側の壁面で形成される形状は各辺の中央部での溝幅が最も小さく、角部に向かうほど溝幅が広がる形状となっている。言い換えれば、吸着内溝２０２の平面形状は、各辺の中央部での溝幅を上辺とし、各辺の端部での溝幅を下辺とし、溝内側の溝壁面を上辺に対して直交する側辺とし、溝外側の溝壁面を上辺及び下辺に対して斜めに配置された斜辺として形成される、大略台形を８個組み合わせた大略四角形枠形状をなしている。
【００３２】
吸着外溝２０３は、平面図において、吸着内溝２０２の外側に、吸着内溝２０２とは独立して、所定間隔離れて四角形枠状例えば正方形枠状に配置されており、矩形シート２０１の四角形枠状の外周部２０１ｃの下面に位置している。吸着外溝２０３は、溝内側の壁面及び外側の壁面でそれぞれ形成される形状は共に矩形（四角形）であり、溝幅は一定幅である。
【００３３】
吸着内溝２０２及び吸着外溝２０３の各辺中央部の４箇所には、それぞれ、内側吸気孔２０５と外側吸気孔２０６とが配置されて、それぞれ、吸着内溝２０２及び吸着外溝２０３に接続されている。内側吸気孔２０５は、吸着内溝吸引装置２０２Ｓに接続されて、吸着内溝吸引装置２０２Ｓにより、内側吸気孔２０５を介して、吸着内溝２０２内を吸引可能としている。外側吸気孔２０６は、吸着外溝吸引装置２０３Ｓに接続されて、吸着外溝吸引装置２０３Ｓにより、外側吸気孔２０６を介して、吸着外溝２０３内を吸引可能としている。なお、吸着外溝吸引装置２０３Ｓと外側吸気孔２０６と吸着外溝２０３とは、固定装置の一例として機能している。吸着内溝吸引装置２０２Ｓは第１吸引装置の一例として機能する。吸着外溝吸引装置２０３Ｓは第２吸引装置の一例として機能する。
【００３４】
吸着外溝吸引装置２０３Ｓにより、外側吸気孔２０６より吸着外溝２０３内を吸引して加工ステージ１０１に載置された矩形シート２０１の外周部２０１ｃを吸着し引き込むことで、矩形シート２０１を加工ステージ１０１に対して吸着固定する。吸着内溝２０２は、吸着内溝吸引装置２０２Ｓにより、内側吸気孔２０５より吸着内溝２０２内を吸引して吸着内溝２０２内に主に矩形シート２０１の四角形枠状の内周部２０１ｂを引き込むことで、矩形シート２０１に対して矩形シート２０１の中心から外側方向に引張力を連続的に矩形シート２０１の４辺に付加する。
【００３５】
図３は、加工ステージ１０１と搬送ユニット１０２との断面図を示す。搬送ユニット１０２の下面には、多数の吸着プレート吸着孔３０２を全面又は外周部に有する吸着プレート３０１が固定されている。搬送ユニット１０２の中央には吸着プレート吸気孔３０３が配置され、多数の吸着プレート吸着孔３０２と吸引通路３０５を介して接続されている。吸着プレート吸気孔３０３は搬送ユニット吸引装置１０２Ｓにも接続されている。よって、搬送ユニット吸引装置１０２Ｓの吸引動作により、吸着プレート吸気孔３０３から吸引し、吸引通路３０５を介して、複数の吸着プレート吸着孔３０２で、矩形シート２０１の全面を吸着することができる。待機ステージ１０５で矩形シート２０１を吸着した搬送ユニット１０２は、搬送ユニット駆動装置１０２Ｄの駆動により、待機ステージ１０５から加工ステージ１０１の上に移動する。
【００３６】
制御装置９０は、加工ステージ駆動装置１０１Ｄと、搬送ユニット駆動装置１０２Ｄと、光学ユニット調整装置１０４Ｄと、レーザ発信器１０３と、吸着内溝吸引装置２０２Ｓと、吸着外溝吸引装置２０３Ｓと、搬送ユニット吸引装置１０２Ｓとに接続されて、それぞれの動作を制御して、本実施形態の保持方法を実施可能とする。
【００３７】
図４Ａ〜図４Ｅは、加工ステージ１０１と搬送ユニット１０２との動作図であり、図４Ａから図４Ｅは、搬送ユニット１０２から加工ステージ１０１へ矩形シート２０１を搬送して吸着保持する動作について示している。
【００３８】
図４Ａで、加工ステージ１０１の上方から搬送ユニット１０２を下降させ、図示しないフローティング機構により、加工ステージ１０１に対し矩形シート２０１を密着させる。
【００３９】
この時点では、加工ステージ１０１の吸着内溝２０２の内側吸気孔２０５及び吸着外溝２０３の外側吸気孔２０６は吸引しておらず、吸着内溝吸引装置２０２Ｓ及び吸着外溝吸引装置２０３Ｓは共にＯＦＦの状態である。搬送ユニット吸引装置１０２Ｓは駆動されており、吸着プレート３０１の吸気孔３０２は吸引を維持している。
【００４０】
次いで、図４Ｂでは、吸着外溝吸引装置２０３Ｓを駆動して吸着外溝２０３の外側吸気孔２０６より吸引し、吸着外溝２０３によって矩形シート２０１の外周部２０１ｃを吸着固定する。これは、次に吸着内溝２０２で矩形シート２０１を吸着した際に、矩形シート２０１の矩形中心部２０１ａから矩形シート２０１を引き込むために矩形シート２０１の外周部２０１ｃを固定するためである。
【００４１】
次いで、図４Ｃで、吸着プレート吸気孔３０３の吸引を行なう搬送ユニット吸引装置１０２Ｓの駆動をＯＦＦにして、吸着プレート吸気孔３０３を大気開放し、搬送ユニット１０２側の矩形シート２０１の吸着を終える。
【００４２】
次いで、図４Ｄで、吸着内溝吸引装置２０２Ｓにより吸着内溝２０２の内側吸気孔２０５を吸引して、吸着内溝２０２によって、矩形シート２０１の内周部２０１ｂを吸着内溝２０２に引き込む。これにより、吸着内溝２０２は、矩形シート２０１に対して、矩形シート２０１の外周部２０１ｃの四辺より引張力をそれぞれ付加し、矩形シート２０１を保持する。吸着外溝２０３により矩形シート２０１の最外周部を吸着固定した状態で、吸着内溝２０２により矩形シート２０１の内周部２０１ｂを引き込むため、矩形シート２０１の全面には、中心から放射状に引張力を付加することができる。
【００４３】
最後に、図４Ｅで、搬送ユニット駆動装置１０２Ｄの駆動により、搬送ユニット１０２を加工ステージ１０１の上方に向けて上昇して退避させ、加工ステージ１０１上に固定された矩形シート２０１上の、図示しないアライメントマークなどを、図示しない認識カメラにて撮像する。そして、この撮像結果を基に、加工ステージ駆動装置１０１Ｄを駆動して、加工ステージ１０１をそのＸ軸方向とＹ軸方向とθ軸方向とにそれぞれ独立して移動してアライメントを行った後、矩形シート２０１の上面からレーザ１０６を矩形シート２０１に照射して、所定の加工を行う。
【００４４】
図５は、矩形シート２０１に対する引張力の概念図である。ここでは、矩形シート２０１が全面で均等に伸びるような引張力Ｆ（θ）の理想的な付加状態を示している。
【００４５】
引張力Ｆ（θ）は、矩形シート２０１の外周部２０１ｃに、矩形シート２０１の中心（矩形シート中心）５０１から放射状に連続的に付加し、かつその大きさを矩形シート中心５０１から引張力の作用点である矩形シート２０１の外周部２０１ｃまでの距離に比例した大きさとすることで、矩形シート２０１は、フックの法則により、当初の無負荷状態から相似を維持して伸ばすことができ、矩形シート２０１は、面内が均一な伸びとなる。
【００４６】
矩形シート２０１の弾性率がどの方向に対しても均等であるとし、Ｘ方向からの角度をθとする。また、外周部２０１ｃに加える引張力をＦ（θ）とし、矩形シート中心５０１と外周部２０１ｃの距離をＬ（θ）とする。すると、次の（式１）が成り立つ。
【００４７】
Ｆ（θ）  ＝  ｋ  ×  Ｌ（θ）          ・・・・・（式１）
θ  ：  Ｘ方向をからの角度
Ｆ（θ）  ：  シート外周部２０１ｃに付加される引張力
ｋ  ：  矩形シート２０１の弾性率に比例定数を乗じたもの
Ｌ（θ）：  矩形シート中心５０１と外周部２０１ｃの距離
図６は、矩形シート２０１の角度θにおける引張力のベクトルを説明するための矩形シート２０１と加工ステージ１０１との説明図である。図６において、矩形シート２０１の矩形加工領域２０１ａに、図５に記した均等変形を生じさせる引張力を発生させるための、加工ステージ１０１の吸着内溝２０２の溝幅Ｇ（θ）を示している。
【００４８】
吸着内溝２０２の平面形状は、溝内側の壁面で形成される形状は矩形である。溝外側の壁面で形成される形状は、各辺の中央部での溝幅が最も小さく、角部２０１ｄに向かうほど溝幅が広がる形状となっている。吸着内溝２０２の溝幅Ｇ（θ）は、角度θの場合のＡ−Ａ断面（図６の右下側の断面図を参照。）における溝幅、と定義する。
【００４９】
図７Ａ及び図７Ｂは、吸着内溝２０２の溝幅と、吸着内溝２０２で発生する引張力とを示す概念図である。図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ、吸着内溝２０２の幅と、矩形シート２０１の、吸着内溝２０２の内側端面（壁面）に対応する位置で矩形シート２０１に付加される引張力との関係を示す図である。図７Ａは吸着内溝２０２の溝幅が広い場合の、及び、図７Ｂは吸着内溝２０２の溝幅が狭い場合の、矩形シート２０１が内側吸気孔２０５の吸引により、吸着内溝２０２に引き込まれるイメージをそれぞれ示す。吸着溝２０２内の吸引力が同一の場合、矩形シート２０１を吸着内溝２０２に引き込む力７０１は、吸着内溝２０２の溝幅Ｇ（θ）に比例して大きくなる。この比例係数をｐとすると
Ｆ（θ）  ＝  ｐ  ×  Ｇ（θ）          ・・・・・（式２）
の関係がある。
【００５０】
（式１）および（式２）より、
ｋ  ×Ｌ（θ）    ＝  ｐ  ×  Ｇ（θ）
ここで、ｋ／ｐ  を新たな比例係数ｍとおくと、
Ｇ（θ）  ＝  ｍ  ×  Ｌ（θ）          ・・・・・（式３）
となり、吸着内溝２０２の溝幅Ｇ（θ）を、矩形シート中心５０１から吸着内溝２０２の内側端面（壁面）間の距離Ｌ（θ）に比例させて変化させている。尚、矩形シート中心５０１は、矩形シート２０１の中心位置として説明してきたが、矩形シート中心５０１は、加工ステージ１０１の中心位置とも一致している。
【００５１】
かかる構成によれば、吸着内溝２０２の溝幅Ｇ（θ）を、矩形シート中心５０１から吸着内溝２０２の内周までの距離Ｌ（θ）に比例させ、矩形シート２０１に付加する引張力Ｆ（θ）も溝幅Ｇ（θ）に比例させるように構成している。このように構成することで、矩形シート２０１を相似変形させながら、加工ステージ１０１で矩形シート２０１を保持することが可能となる。このため、矩形シート２０１内での加工位置誤差を低減し、レーザ穴加工時の穴径又は真円度又は穴端面での加工品質のバラツキ、又は、レーザパターニング又はレーザスクライビング加工時の加工線幅又は溝幅又は加工品質のバラツキ等を抑制することができる。
【００５２】
なお、図８は、加工ステージ１０１の別の例を示す図であり、吸着溝２０２の各角部２０２ＲにＲ形状を持たせた図である。
【００５３】
実際の矩形シート２０１の吸着では、シート厚さ又は製法に由来する弾性率の不均衡、又は、矩形シート２０１を加工ステージ１０１に位置決めしたときの誤差などから、特に、角部２０１Ｒでの力の方向と矩形シート２０１の対角方向とに誤差が出やすく、局部的なシワ又はひずみを引き起こす要因となる。これを避けるために、矩形シート２０１の４つの角部にはＲ形状を施し、引張力方向の急激な変化点を無くすことで、吸着溝２０２の各角部２０２Ｒにおける矩形シート２０１の伸び量のバラツキがより低減することができる。また、（式２）の仮定として吸着内溝２０２内の吸引力が同一の場合としたが、吸着内溝２０２Ｒの角部をＲ形状にすることで、圧力損失を低減し、圧力の安定化を図ることができる。
【００５４】
また、吸着内溝２０２の内側端面（壁面）で形成される形状は、矩形シート２０１の引込みを円滑にするため、溝端面を直角形状ではなく、面取り又はＲ形状にすると良い。
【００５５】
第１実施形態に基づき、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート、ヤング率２４０００Ｎ／ｍｍ２）で形成された４００ｍｍ角の矩形シートを、各辺の中央部での溝幅を１ｍｍ、各角部での溝幅を１．５ｍｍ、溝深さを１ｍｍとした加工ステージ１０１で、吸着圧−５０ＭＰａで吸着した場合、直径１００μｍの穴のピッチ精度が１０μｍ以下で加工することが可能であった。
【００５６】
さらに、図９は矩形シート平面度の改善効果を示す図であり、溝幅を一律に１ｍｍとした場合と、上述の第１実施形態に基づき、各辺の中央部での溝幅を１ｍｍ、各角部での溝幅を１．５ｍｍとした場合で、矩形シートのＺ軸方向への変位を比較したグラフである。焦点深度が０．５ｍｍの場合、溝幅一律の場合は矩形シート中心５０１から約９０ｍｍの位置までしか加工できないのに対し、本発明の前記実施形態の加工ステージでは約１２０ｍｍまで加工することができ、加工シートの平面度が向上し加工エリアが広げる効果がある。
【００５７】
尚、吸着外溝２０３の代わりに、固定装置の別の例として、図１０Ａ及び図１０Ｂの矩形シート２０１の外周部２０１ｃをメカニカルな固定チャック装置１００１を設けた場合においても同様の効果を得ることができる。固定チャック装置１００１は、一対の第１固定チャック部材１００１ａと、一対の第２固定チャック部材１００１ｂと、固定チャック駆動装置１００１Ｄとで構成されている。第２固定チャック部材１００１ｂは第１固定チャック部材１００１ａより短く構成されている。一対の第１固定チャック部材１００１ａと一対の第２固定チャック部材１００１ｂとで矩形シート２０１の外周部２０１ｃをすべて覆うことが可能で、かつ、加工ステージ１０１に対して矩形シート２０１の外周部２０１ｃを保持又は保持解除可能に配置されている。固定チャック駆動装置１００１Ｄの駆動により、一対の第１固定チャック部材１００１ａと一対の第２固定チャック部材１００１ｂとは加工ステージ１０１に対して接近又は遠ざかるように、図１０Ｂにおける上下方向に移動可能となっている。よって、固定チャック駆動装置１００１Ｄの駆動により、一対の第１固定チャック部材１００１ａと一対の第２固定チャック部材１００１ｂとが加工ステージ１０１に対して接近して、矩形シート２０１の外周部２０１ｃを加工ステージ１０１に対して挟持して保持することができる。なお、固定チャック駆動装置１００１Ｄの駆動は制御装置９０で制御される。
【００５８】
上記実施形態によれば、矩形シート２０１を加工するレーザ加工装置１００において、大きさが矩形シート中心５０１から矩形シート外周部２０１ｃの荷重点までの距離と比例関係となるような引張力を、矩形シート中心５０１から放射上に矩形シート外周部２０１ｃに連続的に付加して矩形シート２０１を保持し、矩形シート２０１を均等に変形することで加工位置誤差を抑制することができる。
【００５９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、吸気孔２０５は、前記吸着溝を構成する矩形の各辺に少なくとも１つ配置する代わりに、矩形の各角部に少なくとも１つ灰ちするようにしてもよい。
【００６０】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の矩形シート状加工対象の保持方法及び装置は、矩形シート状の基板などの矩形シート状加工対象物を固定する方法及び装置として、レーザ加工装置のワーク保持部の他、矩形シート状加工対象物を所定の平面度で保持が必要な、たとえばシートへのプリント工程、薄板へのマスク加工等の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００６２】
９０  制御装置
１００  レーザ加工装置
１０１  加工ステージ
１０１Ｄ  加工ステージ駆動装置
１０２  搬送ユニット
１０２Ｄ  搬送ユニット駆動装置
１０２Ｓ  搬送ユニット吸引装置
１０３  レーザ発振器
１０４  光学系
１０４Ｄ  光学系調整装置
１０５  待機ステージ
１０６  レーザ光軸
２０１  矩形シート
２０１ａ  矩形シートの中央部
２０１ｂ  矩形シートの内周部
２０１ｃ  矩形シートの外周部
２０１ｄ  矩形シートの角部
２０２  吸着内溝
２０２Ｓ  吸着内溝吸引装置
２０３  吸着外溝
２０３Ｓ  吸着外溝吸引装置
２０４  中空部
２０５  内側吸気孔
２０６  外側吸気孔
３０１  吸着プレート
３０２  吸着プレート吸着孔
３０３  吸着プレート吸気孔
３０５  吸引通路
５０１  矩形シート中心
７０１  矩形シートを溝に引き込む力
１００１  固定チャック装置
１００１ａ  第１固定チャック部材
１００１ｂ  第２固定チャック部材
１００１Ｄ  固定チャック駆動装置
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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