(57)【要約】【課題】シリコン基板やガラス基板等の光透過性を有する加工対象物の内部に、レーザ光を集光して、加工対象物の分割が容易に行えるレーザ内部スクライブ方法を提供する。【解決手段】石英ガラス基板１の内部に、開口数が少なくとも０．１３以上の集光レンズＬを透過したＮｄ：ＹＡＧレーザ第３高調波からなるレーザ光ＬＢの集光点５０を合わせて、レーザ光ＬＢを照射し、レーザ光ＬＢに対して石英ガラス基板１を分割予定線に沿って相対移動し、石英ガラス基板１の内部に、多光子吸収による改質領域５１が並設して形成される。【選択図】図５
2007185664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象物の内部に集光レンズを透過したレーザ光の集光点を合わせて照射し、前記レーザ光に対して前記加工対象物を分割予定線に沿って相対移動し、前記加工対象物の内部に多光子吸収による改質領域を形成するレーザ内部スクライブ方法であって、
前記加工対象物の内部に照射される前記レーザ光が、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ第３高調波であることを特徴とするレーザ内部スクライブ方法。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ内部スクライブ方法において、
前記加工対象物の内部に照射される前記レーザ光が、Ｎｄ：ＹＬＦ第３高調波又はＮｄ：ＹＶＯ4第３高調波であることを特徴とするレーザ内部スクライブ方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレーザ内部スクライブ方法において、
前記集光レンズの開口数が少なくとも０．１３以上１．０未満であることを特徴とするレーザ内部スクライブ方法。
【請求項４】
加工対象物の内部に集光レンズを透過したレーザ光の集光点を合わせて照射し、前記レーザ光に対して前記加工対象物を分割予定線に沿って相対移動し、前記加工対象物の内部に多光子吸収による改質領域を形成するレーザ内部スクライブ方法であって、
開口数が少なくとも０．１３以上１．０未満の前記集光レンズを透過した前記レーザ光の集光点が前記分割予定線に沿う前記加工対象物の内部となるように前記集光点の位置を調整する調整工程と、
前記加工対象物の厚さ方向の内部にＮｄ：ＹＡＧレーザ第３高調波からなる前記レーザ光を照射し、前記レーザ光の照射に同期して前記加工対象物が前記レーザ光に対して相対移動し、多数の前記改質領域が前記加工対象物の内部の全域に形成されるレーザ照射・走査工程と、
を備えたことを特徴とするレーザ内部スクライブ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板やガラス基板等の光透過性を有する加工対象物の分割に用いられるレーザ加工方法に関し、特に加工対象物の内部にレーザ光を集光して分割するレーザ内部スクライブ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコン基板やガラス基板等の加工対象物を分割するために、円板状のダイシングソーを備えたダイシング装置によって切断する方法が用いられている。この切断方法は、切断される切断幅が広く不効率であると共に、洗浄水や研削液が使用されるために、濡れによる不具合を伴う電子デバイス等が形成された加工対象物には不向きであった。こうした課題に対応するために、近年は、レーザ光を応用した加工方法が用いられるようになってきた。
例えば、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、加工対象物の分割予定線に沿って加工対象物の内部に多光子吸収による改質領域を形成するレーザ加工方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１９２３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
分割予定線に沿って加工対象物の内部にレーザ光を集光して分割する加工方法、すなわちレーザ内部スクライブ方法は、加工対象物の内部にレーザ光が照射されて形成される改質領域に沿って分割される。こうしたレーザ内部スクライブのレーザ光源としては、フェムト秒レーザ、ＹＡＧレーザ等が用いられる。このうち、ビームの安定性の面等から、基本波あるいは第２高調波のＮｄ：ＹＡＧレーザが広く用いられている。
しかしながら、基本波（波長：１０６４ｎｍ）あるいは第２高調波（５３２ｎｍ）のＮｄ：ＹＡＧレーザは、加工対象物の母材にレーザが吸収され難いため、大きなエネルギが必要であり、加工対象物の表面が溶融する等の表面加工が発生し易い。また、レーザ光の軸上収差が生じ易く、加工対象物の内部で収差を補正する特殊な集光レンズを用いる必要がある。
【０００５】
上記問題を解決するために、本発明では、シリコン基板やガラス基板等の光透過性を有する加工対象物の内部にレーザ光を集光して、加工対象物の分割が容易に行えるレーザ内部スクライブ方法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】
【０００６】
本発明のレーザ内部スクライブ方法は、加工対象物の内部に集光レンズを透過したレーザ光の集光点を合わせて照射し、前記レーザ光に対して前記加工対象物を分割予定線に沿って相対移動し、前記加工対象物の内部に多光子吸収による改質領域を形成するレーザ内部スクライブ方法であって、前記加工対象物の内部に照射される前記レーザ光が、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ第３高調波であることを特徴とする。
【０００７】
このスクライブ方法によれば、加工対象物の内部に集光点を合わせて、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ第３高調波のレーザ光が照射され、レーザ光に対して加工対象物を分割予定線に沿って相対移動することにより、多様な材料からなる加工対象物の内部に、多光子吸収による改質領域が並設して形成される。これにより、曲げ応力または引っ張り応力等の微少の外部応力を加えることで、改質領域を起点として分割予定線に沿った位置で、加工対象物を容易に分離することができる。また、分割予定線に沿った改質領域の幅は、数μｍ程度の微小幅であるため、外形寸法精度の良好な分割が可能となる。
【０００８】
また、本発明のレーザ内部スクライブ方法は、前記加工対象物の内部に照射される前記レーザ光が、Ｎｄ：ＹＬＦ第３高調波又はＮｄ：ＹＶＯ4第３高調波であることを特徴とする。
【０００９】
このスクライブ方法によれば、加工対象物の内部に集光点を合わせて、Ｎｄ：ＹＬＦ第３高調波又はＮｄ：ＹＶＯ4第３高調波のレーザ光が照射され、レーザ光に対して加工対象物を分割予定線に沿って相対移動することにより、多様な材料からなる加工対象物の内部に、多光子吸収による改質領域が並設して形成される。これにより、曲げ応力または引っ張り応力等の微少の外部応力を加えることで、改質領域を起点として分割予定線に沿った位置で、加工対象物を容易に分離することができる。また、分割予定線に沿った改質領域の幅は、数μｍ程度の微小幅であるため、外形寸法精度の良好な分割が可能となる。
【００１０】
また、本発明のレーザ内部スクライブ方法は、前記集光レンズの開口数が少なくとも０．１３以上１．０未満であることを特徴とする。
このスクライブ方法によれば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ第３高調波またはＮｄ：ＹＬＦ第３高調波、もしくはＮｄ：ＹＶＯ4第３高調波を用いることにより、加工対象物の内部に集光点を合わせる集光レンズとして０．１３程度の小さな開口数を用いることができる。これにより、入射面のビーム照射領域が狭く、しかも加工対象物の内部の深い位置まで改質領域を並設して形成することができる。したがって、加工対象物を短時間にレーザ内部スクライブすることができると共に、加工対象物の一方の表面、または両方の表面に配線等の遮光物が形成されている場合であっても、配線等の遮光物を破損することなく、狭い間隔の配線等に対応したレーザ内部スクライブ加工が行える。
【００１１】
また、本発明のレーザ内部スクライブ方法は、加工対象物の内部に集光レンズを透過したレーザ光の集光点を合わせて照射し、前記レーザ光に対して前記加工対象物を分割予定線に沿って相対移動し、前記加工対象物の内部に多光子吸収による改質領域を形成するレーザ内部スクライブ方法であって、開口数が少なくとも０．１３以上１．０未満の前記集光レンズを透過した前記レーザ光の集光点が前記分割予定線に沿う前記加工対象物の内部となるように前記集光点の位置を調整する調整工程と、前記加工対象物の厚さ方向の内部にＮｄ：ＹＡＧレーザ第３高調波からなる前記レーザ光を照射し、前記レーザ光の照射に同期して前記加工対象物が前記レーザ光に対して相対移動し、多数の前記改質領域が前記加工対象物の内部の全域に形成されるレーザ照射・走査工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
このスクライブ方法によれば、開口数が少なくとも０．１３程度以上１．０未満の集光レンズを透過したレーザ光の集光点が、分割予定線に沿う加工対象物の内部となるように集光点の位置を調整する調整工程と、加工対象物の内部にＮｄ：ＹＡＧレーザ第３高調波からなるレーザ光を照射し、レーザ光の照射に同期して加工対象物がレーザ光に対して相対移動するレーザ照射・走査工程とを備えることにより、入射面のビーム照射領域が狭く、しかも加工対象物の内部の深い位置まで、並設された改質領域を形成することができる。これにより、加工対象物を短時間にレーザ内部スクライブすることができる。そして、曲げ応力または引っ張り応力等の微少の外部応力を加えることにより、改質領域を起点として、分割予定線に沿った位置で加工対象物を容易に、良好な寸法精度で分離することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。本実施形態は、加工対象物として石英ガラス基板を例にして説明する。なお、以下に示す各図面においては、説明の便宜のために各構成要素の寸法や比率を実際のものとは異ならせてある。
【００１４】
図１は、レーザ内部スクライブの概要を示す模式図であり、（ａ）は石英ガラス基板の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｃ）は石英ガラス基板内部の全域に多数の改質領域が形成された状態を示す断面図である。図２（ａ）はレーザ内部スクライブされた石英ガラス基板の分離方法を示す断面図であり、図２（ｂ）は分割予定線に沿って分離された石英ガラス基板の状態を示す断面図である。
【００１５】
図１（ａ）において、レーザ内部スクライブは、パルスレーザ光ＬＢ（以後、レーザ光ＬＢと表す）が、加工対象物としての石英ガラス基板１の一方の表面２のＸ軸方向に一直線に延びた分割予定線１０（二点鎖線で示す仮想線）に沿う厚さ方向（Ｚ軸方向）に向かって照射される。
【００１６】
図１（ｂ）に示すように、石英ガラス基板１に向かって照射されたレーザ光ＬＢは、集光レンズＬを透過し、表面２で屈折して内部へ入射し、集光点５０に集光する。集光点５０では、多光子吸収によって改質領域５１が形成される。改質領域５１は、集光点５０における性質（屈折率、透過率、光吸収率、結晶性等）が母材と異なる状態に変態した変質領域である。形成される改質領域５１は、集光点５０を略中心に含んで、照射されたレーザ光ＬＢの光軸方向（石英ガラス基板１の厚さ方向）に５０μｍ程度の長さ、照射されたレーザ光ＬＢの光軸に直交する方向（石英ガラス基板１の表面２，３に沿う方向）に４μｍ程度の幅の領域を有する。
【００１７】
石英ガラス基板１は、レーザ光ＬＢの照射タイミングに同期して、分割予定線１０に沿ってＸ軸方向に相対移動し、表面２，３に沿う石英ガラス基板１の内部に、並設された多数の改質領域５１が形成される。
石英ガラス基板１は、レーザ内部スクライブする石英ガラス基板１の厚みに応じて、表面２方向（Ｚ軸方向）に相対移動すると共に、レーザ光ＬＢの照射タイミングに同期して、分割予定線１０に沿ってＸ軸方向に相対移動し、厚み方向に並設した改質領域５１が形成される。こうした相対移動が複数のパス数、繰り返されて、図１（ｃ）に示すように、石英ガラス基板１の厚み方向の内部の全域に、多数の改質領域５１が形成される。
【００１８】
厚み方向の内部に多数の改質領域５１が形成された石英ガラス基板１は、図２（ａ）に示すように、分割予定線１０に沿う鉛直線１１に対して、比較的小さな曲げ応力Ａ、又は引っ張り応力Ｂ等の外部応力を加えることにより、図２（ｂ）に示すように、石英ガラス基板１は、分割予定線１０に沿って分離される。
【００１９】
レーザ内部スクライブは、レーザ光ＬＢとして可視領域のレーザ光を用いた場合には、レーザ光が石英ガラス基板１の母材である石英に吸収されずに透過してしまうため、石英ガラス基板１を分割するのが困難であるが、パルス幅が極めて小さいナノ秒（１０-9秒）程度からフェムト秒（１０-15秒）程度の範囲のレーザ光ＬＢを、石英ガラス基板１の内部に集光させることにより、極短時間にレーザ光ＬＢのエネルギが石英に集中し、集光されたレーザ光ＬＢの多数の光子が、石英の電子との相互作用で吸収される。いわゆる多光子吸収の現象が生じる。
【００２０】
多光子吸収は、レーザ光ＬＢのエネルギが熱に変換される前に、極短時間に行われ、熱の発生をほとんど伴わない。また、多光子吸収は、レーザ光ＬＢを集光させた石英ガラス基板１の内部のみに作用させることができ、石英ガラス基板１の表面２，３には、影響を及ぼさない。
【００２１】
パルス幅がナノ秒からフェムト秒の範囲のレーザ光ＬＢにおいて、フェムト秒レーザは、安定性に乏しく、しかも加工処理能力が低い（加工速度が遅い）という課題がある。一方、ナノ秒レーザとしての基本波（波長：１０６４ｎｍ）あるいは第２高調波（ＳＨＧ、波長：５３２ｎｍ）のＮｄ：ＹＡＧレーザは、加工対象物の母材にレーザが吸収され難いため、大きなエネルギが必要であり、加工対象物の表面が溶融する等の表面加工が発生し易い。また、レーザ光の軸上収差が生じ易く、加工対象物の内部で収差を補正する特殊な集光レンズを用いる必要がある。したがって、本実施形態のレーザ内部スクライブには、第３高調波（ＴＨＧ、波長：３５５ｎｍ）のＮｄ：ＹＡＧレーザが好ましく用いられる。
【００２２】
次に、レーザ内部スクライブに用いられるレーザ加工装置について説明する。図３は、レーザ加工装置の構成を示すブロック図である。
図３において、レーザ加工装置２０は、加工対象物としての石英ガラス基板１へ向かってレーザ光ＬＢを照射する照射機構部２１と、照射機構部２１を制御するホストコンピュータ２２とを備えている。
【００２３】
照射機構部２１は、レーザ光源２５、ダイクロイックミラー２６、集光レンズＬ、移動機構部２７、撮像部２８を備えている。
【００２４】
レーザ光源２５は、ＬＤ励起Ｎｄ：ＹＡＧ（Ｎｄ：Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）のレーザ媒質からなり、第３高調波（波長：３５５ｎｍ）のＱスイッチパルス発振のレーザ光ＬＢを出射する。
ダイクロイックミラー２６は、レーザ光源２５から射出されたレーザ光ＬＢを集光レンズＬに向かって反射する。
集光レンズＬは、例えば、焦点距離４０ｍｍ、有効口径２７ｍｍ、すなわち開口数０．１３の対物レンズからなり、ダイクロイックミラー２６が反射したレーザ光ＬＢを集光する。
【００２５】
移動機構部２７は、石英ガラス基板１を載置する載置台２９、傾斜装置３０、Ｘ軸移動部３１、Ｙ軸移動部３２、Ｚ軸移動部３３を備えている。
傾斜装置３０、Ｘ軸移動部３１ならびにＹ軸移動部３２、Ｚ軸移動部３３は、それぞれ図示しないサーボモータによって駆動され、石英ガラス基板１を載置した載置台２９を、集光レンズＬに対して相対移動する機能を有する。
【００２６】
傾斜装置３０は、任意方向に傾斜可能な球面受座を備え、載置台２９をレーザ光ＬＢの光軸に対して傾ける機能を有する。Ｘ軸移動部３１は、載置台２９をレーザ光ＬＢの光軸と直交する平面内でＸ軸方向へ相対移動する機能を有する。Ｙ軸移動部３２は、載置台２９をレーザ光ＬＢの光軸と直交する平面内でＹ軸方向へ相対移動する機能を有する。
【００２７】
Ｚ軸移動部３３は、載置台２９をＸ軸およびＹ軸方向に直交するＺ軸方向へ移動して、レーザ光ＬＢの焦点位置を、載置台２９に載置される石英ガラス基板１の厚み方向に相対移動する機能を有する。また、Ｚ軸移動部３３には、Ｘ軸およびＹ軸方向に直交するＺ軸方向の移動位置を検出する位置センサが配設されている。
【００２８】
撮像部２８は、可視光を出射する光源と、ＣＣＤ（Charge Coupled Device：固体撮像素子）を備え（いずれも図示せず）、ダイクロイックミラー２６を挟んだ集光レンズＬと反対側に配置されている。
撮像部２８の光源は、前記集光レンズＬに向かって可視光を出射し、集光レンズＬを透過して焦点を結ぶ。したがって、前記Ｚ軸移動部３３をＺ軸方向に移動して、石英ガラス基板１の一方の面である表面２に焦点を合わせることにより、Ｚ軸移動部３３に配設された位置センサが、焦点位置を検出し、検出した位置情報の信号を後述する制御部３５に出力する。
【００２９】
このように構成された照射機構部２１は、ホストコンピュータ２２に制御される。ホストコンピュータ２２は、制御部３５、表示部４２、入力部４３を備えている。
制御部３５は、撮像部２８が撮像した画像情報を処理する画像処理部３６と、レーザ光源２５の出力やパルス幅、パルス周期を制御するレーザ制御部３７と、移動機構部２７（傾斜装置３０、Ｘ軸移動部３１、Ｙ軸移動部３２およびＺ軸移動部３３）を制御する移動制御部３８とを有している。
【００３０】
また、制御部３５は、入力部４３から入力されたデータなどを一時的に保存するＲＡＭ（Random Access Memory）３９と、画像処理部３６、レーザ制御部３７、移動制御部３８の制御用プログラムなどを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）４０と、ＲＯＭ４０に格納された制御プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）４１とを有している。画像処理部３６、レーザ制御部３７、移動制御部３８、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４０およびＲＡＭ３９は、バス４４を介して相互に接続されている。
【００３１】
入力部４３は、レーザ光ＬＢによるレーザ内部スクライブ加工の際に用いられる各種加工条件等のデータを入力する入力手段である。表示部４２は、レーザ光ＬＢによる加工状態などの情報を表示する表示手段である。
【００３２】
ここで、集光レンズＬの開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）について説明する。
本実施形態における集光レンズＬは、前述のとうり焦点距離４０ｍｍ、有効口径２７ｍｍの対物レンズであり、計算上の開口数は０．１３である。
表１は、開口数０．１３におけるデフォーカス距離、入射面上でのビーム径、石英ガラス基板内部での焦点位置（表中には、内部焦点位置と表す）の計算値を示す。表２は、開口数０．８の場合のデフォーカス距離、入射面上でのビーム径、石英ガラス基板内部の焦点位置の計算値を示す。図４は、表１、表２に基づく入射面上でのビーム径と石英ガラス基板内部での焦点位置の関係をグラフで示す。なお、石英ガラス基板１の屈折率を１．４５とした。
【００３３】
【表１】
2007185664.tif 000003
【００３４】
【表２】
2007185664.tif 000004
【００３５】
デフォーカス距離は、レーザ光源２５から照射され集光レンズＬを透過したレーザ光ＬＢの焦点位置を、石英ガラス基板１の表面２に合わせた位置から表面３側に向かう鉛直方向に移動した距離である。石英ガラス基板１内部の焦点位置は、レーザ光ＬＢの光軸における表面２から焦点位置（集光点５０）までの距離である。
石英ガラス基板１の内部では空気中と屈折率が異なるため、実際に集光レンズＬをデフォーカスした距離よりも、石英ガラス基板１の内部で焦点を結ぶ焦点位置の方が下になる。すなわち、集光レンズＬをデフォーカスした距離よりも、石英ガラス基板１の表面２から内部の焦点位置までの距離が長くなる。
【００３６】
表１において、開口数０．１３の場合には、ワーキングディスタンス（集光レンズＬの最下面から焦点位置までの距離）が７００μｍであるので、例えば、デフォーカス距離をワーキングディスタンスの７００μｍとしたとき、入射面である表面２におけるビーム径は０．１８ｍｍ（１８０μｍ）程度であり、石英ガラス基板１の内部での焦点位置は１０００μｍ（１ｍｍ）を超える。
【００３７】
表２において、開口数０．８の場合には、ワーキングディスタンスが３００μｍであるので、例えば、デフォーカス距離をワーキングディスタンスの３００μｍとしたとき、入射面である表面２におけるビーム径は０．８ｍｍであり、石英ガラス基板１の内部での焦点位置が約６００μｍ程度となり、例えば１ｍｍ程度の厚さの石英ガラス基板１では、底面まで加工することができない。
【００３８】
したがって、本実施形態のレーザ内部スクライブ方法は、開口数を小さくできることで、図４に示すように、入射面（表面２）のビーム照射領域が狭く、しかも石英ガラス基板１の内部の深い位置まで加工することができる。
これにより、石英ガラス基板１の表面２，３の両面に配線等の遮光物が形成されている場合、あるいは、一方の表面に配線等が形成され、他方の表面からレーザ光ＬＢが照射できない構成の場合等において、配線等を破損することなく、狭い間隔の配線等に対応したレーザ内部スクライブ加工を行うことができる。
【００３９】
次に、レーザ加工装置２０を用いた、石英ガラス基板１のレーザ内部スクライブ方法を説明する。
図５（ａ）〜（ｃ）は、レーザ内部スクライブにおける改質領域の形成の態様を示す石英ガラス基板の模式断面図である。
【００４０】
レーザ内部スクライブは、載置台２９に載置された石英ガラス基板１と集光レンズＬとを相対的に位置決めする位置決め工程と、石英ガラス基板１の表面２の厚み方向（Ｚ軸方向）の位置を検出する位置検出工程と、レーザ光ＬＢの集光点５０の位置を石英ガラス基板１内部に調節する集光点位置調節工程と、分割予定線１０に沿ってレーザ光ＬＢを照射し、Ｘ軸移動部３１、Ｙ軸移動部３２、Ｚ軸移動部３３により、石英ガラス基板１の表面２，３に沿う方向および厚み方向に相対移動するレーザ照射・走査工程とによって、分割予定線１０に沿った石英ガラス基板１の内部に、多数の改質領域５１が形成される。
【００４１】
図５（ａ）において、先ず、レーザ内部スクライブされる石英ガラス基板１がレーザ加工装置２０の載置台２９に載置される。石英ガラス基板１のレーザ加工装置２０の載置台２９への載置は、表面３を載置台２９側にして、表面３が載置台２９に接するように載置される。
そして、載置台２９に載置された石英ガラス基板１は、位置決め工程に移行する。
【００４２】
位置決め工程は、石英ガラス基板１の分割予定線１０（図１（ａ）参照）がＸ軸移動部３１のＸ軸移動方向に平行に、且つレーザ光ＬＢの光軸が石英ガラス基板１の分割予定線１０の線上に位置するように、Ｘ軸移動部３１およびＹ軸移動部３２が、移動制御部３８の制御信号に基づいて各サーボモータが駆動され、各移動方向に移動して、石英ガラス基板１と集光レンズＬとが相対的に位置決めされる。
【００４３】
Ｘ軸移動部３１およびＹ軸移動部３２の移動する位置は、撮像部２８が集光レンズＬを介して、石英ガラス基板１の表面２に形成された位置決め用のアライメントマーク等を認識し、制御部３５の画像処理部３６に取り込まれたアライメントマークの画像データに基づいて、制御部３５において移動量が演算されて決められる。
そして、位置決めされた石英ガラス基板１は、位置検出工程に移行する。
【００４４】
位置検出工程は、移動制御部３８の制御信号に基づいてＺ軸移動部３３が集光レンズＬの方向（Ｚ軸方向）に移動して、撮像部２８の光源から出射され集光レンズＬを透過した可視光が、石英ガラス基板１の表面２に焦点を合わせることにより、Ｚ軸移動部３３に配設された位置センサが、表面２の位置を検出する。検出された表面２の位置情報の信号は、制御部３５の画像処理部３６に出力される。
そして、表面２の位置検出された石英ガラス基板１は、集光点位置調節工程に移行する。
【００４５】
集光点位置調節工程は、位置検出工程において位置センサから入力された表面２の位置情報に基づいた移動制御部３８の制御信号により、Ｚ軸移動部３３が−Ｚ軸方向（石英ガラス基板１の表面３に向かう方向）に所定のデフォーカス距離、移動して、集光レンズＬを透過したレーザ光ＬＢの集光点５０の位置が、石英ガラス基板１の内部に調節される。所定のデフォーカス距離を移動したレーザ光ＬＢの集光点５０の位置は、レーザ光ＬＢが照射されて形成される改質領域５１が、石英ガラス基板１の表面３に露出せずに、表面３にできる限り近い位置に設定される。
そして、集光点位置調節が行われた石英ガラス基板１は、レーザ照射・走査工程に移行する。
【００４６】
レーザ照射・走査工程は、石英ガラス基板１の分割予定線１０に沿ってレーザ光ＬＢを照射し、レーザ光ＬＢの照射タイミングに同期して石英ガラス基板１がレーザ光ＬＢ（集光レンズＬ）に対して相対移動し、分割予定線１０に沿う石英ガラス基板１の内部に多数の改質領域５１が形成される。
【００４７】
先ず、集光レンズＬを介して石英ガラス基板１の内部にレーザ光ＬＢが照射される。照射されたレーザ光ＬＢは、集光レンズＬの集光点５０に集光し、多光子吸収によって改質領域５１が形成される（図５（ａ）参照）。
そして、図５（ｂ）に示すように、Ｘ軸移動部３１が、レーザ光ＬＢの照射タイミングに同期しながら、分割予定線１０に沿って−Ｘ軸方向に１パス目の相対移動がされ、１ライン目の多数の改質領域５１が、表面３に沿った石英ガラス基板１の内部に並設して形成される。
【００４８】
そして、１ライン目の改質領域５１が形成された石英ガラス基板１は、図５（ｃ）に示すように、レーザ光ＬＢの照射タイミングに同期しながらＺ軸移動部３３が集光レンズＬに対して−Ｚ軸方向に所定ピッチ相対移動すると共に、Ｘ軸移動部３１がＸ軸方向に２パス目の相対移動がされて、１ライン目に形成された多数の改質領域５１の厚み方向に並設して、２ライン目の多数の改質領域５１が、表面２，３に沿った方向に並設して形成される。
【００４９】
そして、こうした石英ガラス基板１の内部に照射するレーザ光ＬＢの照射タイミングに同期した、Ｚ軸移動部３３およびＸ軸移動部３１の相対移動が、石英ガラス基板１の厚みに応じたパス数、繰り返されて、石英ガラス基板１の分割予定線１０に沿う厚み方向（表面２と表面３との間）の内部の全域に、パス数に対応した複数ラインの改質領域５１が並設して形成される（図１（ｃ）参照）。
【００５０】
なお、石英ガラス基板１が集光レンズＬに対してＺ軸方向に相対移動する所定ピッチは、５０〜１００μｍ程度に設定される。また、石英ガラス基板１の内部に複数ライン形成された改質領域５１は、石英ガラス基板１の表面２に露出せずに、表面２にできる限り近い位置まで形成される。改質領域５１を表面２に近い位置まで形成する際には、位置検出工程において検出され、制御部３５に格納された、石英ガラス基板１の表面２の位置データに基づいて、Ｚ軸移動部３３の移動が制御される。
【００５１】
分割予定線１０に沿う厚み方向の内部の全域に複数ラインの改質領域５１が形成された石英ガラス基板１は、分割予定線１０に沿う厚み方向に対して、比較的小さな曲げ応力Ａ、又は引っ張り応力Ｂ等の外部応力を加えることにより、分割予定線１０に沿って分離（分割）される（図２（ａ），（ｂ）参照）。
分割予定線１０に沿った分離は、石英ガラス基板１の厚み方向の内部に並設して形成された多数の改質領域５１を起点として、容易に分離することができる。また、石英ガラス基板１の分割予定線１０に沿った改質領域５１の幅は、数μｍ程度の微小幅であるため、外形寸法精度の良好な分割が可能である。
【００５２】
以上に説明したレーザ内部スクライブ方法を用いて、実験的に３例の異なる加工条件によりスクライブ加工を行った。
図６は、スクライブ加工された石英ガラス基板の分割面の撮影画像である。撮影画像は、３例の各加工条件でスクライブ加工された石英ガラス基板の分割面の画像を、表形式で示す。なお、何れのスクライブ加工例も、厚さ１０００μｍ（１ｍｍ）の石英ガラス基板１をスクライブ加工した。また、分割面の画像撮影は、金属顕微鏡を用いて行った。
【００５３】
図６において、断面（１００倍）の行に示す撮影画像は、各石英ガラス基板１の分割面を正面から撮影した１００倍の金属顕微鏡撮影画像であり、表面（２００倍）の行に示す撮影画像は、石英ガラス基板１の分割面をレーザ光ＬＢが入射した表面２側から撮影した２００倍の金属顕微鏡撮影画像であり、裏面（２００倍）の行に示す撮影画像は、石英ガラス基板１の分割面をレーザ光ＬＢが入射した表面２の他方の面（表面３）側から撮影した２００倍の金属顕微鏡撮影画像である。
【００５４】
各石英ガラス基板１のレーザ内部スクライブ加工は、以下に示す加工条件で行った。
（スクライブ加工例−１）
＜レーザ＞
・光源：ＬＤ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ第３高調波
・波長：３５５ｎｍ
・レーザ光スポット断面積：３．８×１０-8ｃｍ2
・発振形態：Ｑスイッチパルス
・繰り返し周波数：１０ｋＨｚ
・パルス幅：１４ｎｓｅｃ
・出力：１００μＪ／パルス
・レーザ光品質：ＴＥＭ00
・偏光特性：直線偏光
＜集光用レンズ＞
・焦点距離４０ｍｍ
・有効口径２７ｍｍ
＜その他＞
・載置台のＸ軸方向の相対移動速度：１００ｍｍ／秒
・デフォーカス距離：６００μｍ
・載置台のＺ軸方向の相対移動ピッチとパス数：１００μｍ、５パス
なお、レーザ光品質がＴＥＭ00とは、集光性が高くレーザ光ＬＢの波長程度まで集光可能を意味する。また、デフォーカス距離は、前述のように、集光レンズＬを透過したレーザ光ＬＢの焦点位置を、石英ガラス基板１の表面２に合わせた位置から表面３側に向かう鉛直方向に移動した距離である。
【００５５】
（スクライブ加工例−２）
以下に示す加工条件以外は、スクライブ加工例−１と同様の加工条件で、石英ガラス基板１のレーザ内部スクライブを行った。
レーザの出力：３０μＪ／パルス、デフォーカス距離：６５０μｍ、載置台のＺ軸方向の相対移動ピッチとパス数：５０μｍ、１１パス。
【００５６】
（スクライブ加工例−３）
以下に示す加工条件以外は、スクライブ加工例−１と同様の加工条件で、石英ガラス基板１のレーザ内部スクライブを行った。
レーザの出力：３０μＪ／パルス、レーザの繰り返し周波数：４０ｋＨｚ、デフォーカス距離：６５０μｍ、載置台のＸ軸方向の相対移動速度：４００ｍｍ／秒、載置台のＺ軸方向の相対移動ピッチとパス数：５０μｍ、１１パス。
【００５７】
以上に説明したスクライブ加工例−１〜３においてレーザ内部スクライブ加工された各石英ガラス基板１は、分割予定線１０に沿って容易に分離することができた。
また、図６において、レーザ内部スクライブ加工され、分割された各石英ガラス基板１は、何れのスクライブ加工例（加工条件）であっても、改質領域５１が表面２，３に露出しておらず、しかも、分割面のエッジ部にレーザ加工特有のデブリの付着がなく、シャープな形状に分割されている。
【００５８】
なお、スクライブ加工例−１〜３におけるレーザ内部スクライブ加工の加工条件において、レーザ出力を大きくすることで、１パスにおける改質領域５１の形成領域を増加させ、石英ガラス基板１の厚さ方向の全域を加工するためのパス回数を少なくでき、加工時間を短縮できる。またレーザ出力を小さくすることで、加工時間は増加するが、分割面の品質をより向上することができる。
【００５９】
以上の本実施形態のレーザ内部スクライブ方法によれば、石英ガラス基板１の内部に集光レンズＬを透過したレーザ光ＬＢ（Ｎｄ：ＹＡＧレーザ第３高調波）の集光点５０を合わせて照射し、分割予定線１０に沿って相対移動することにより、石英ガラス基板１の内部に、多光子吸収による改質領域５１が加工対象物の内部に並設して形成される。曲げ応力Ａまたは引っ張り応力Ｂ等の微少の外部応力を加えることで、改質領域５１を起点として分割予定線１０に沿った位置で、石英ガラス基板１を容易に分離することができる。また、分割予定線１０に沿った改質領域５１の幅は、数μｍ程度の微小幅であるため、外形寸法精度の良好な分割が可能となる。
【００６０】
また、レーザ光ＬＢとしてＮｄ：ＹＡＧレーザ第３高調波を用いることにより、石英ガラス基板１の内部に集光点を合わせる集光レンズＬとして０．１３程度の小さな開口数のレンズを用いることができる。これにより、分割予定線１０に沿って相対移動する入射面のビーム照射領域が狭く、しかも改質領域５１を、石英ガラス基板１の内部の深い位置まで並設して形成することができる。したがって、石英ガラス基板１を短時間にレーザ内部スクライブすることができると共に、石英ガラス基板１の一方の表面２上、または表面２，３との両面上に配線等の遮光物が形成されている場合であっても、配線等の遮光物を破損することなく、狭い間隔の配線等に対応したレーザ内部スクライブ加工が行える。
【００６１】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、次のような変形例が例示される。
【００６２】
（変形例１）
レーザ内部スクライブする加工対象物として、石英ガラス基板１を用いた場合で説明したが、レーザ光ＬＢの透過性を有する材料に適用することができる。例えば、石英ガラス基板１の他に、ソーダ石灰ガラス、パイレックス（登録商標）等のホウ珪酸ガラス、ＯＡ−１０等の無アルカリガラス、ネオセラム（登録商標）等の耐熱結晶化ガラス、光学ガラス、水晶等を挙げることができる。
【００６３】
これらの透過性を有する材料の内、パイレックス（登録商標）、ネオセラム（登録商標）、ＯＡ−１０、水晶からなる４種類の基板を、本実施形態のレーザ内部スクライブ方法で実験的にスクライブ加工したスクライブ加工例−４〜７を以下に示す。
図７は、他の透過性を有する材料基板がスクライブ加工された分割面の撮影画像である。撮影画像は、４種類の各基板の分割面を正面から撮影した１００倍、および５００倍の金属顕微鏡撮影画像を、表形式で示す。
【００６４】
（スクライブ加工例−４）
厚さ１ｍｍのパイレックス（登録商標）基板を、以下に示す加工条件以外は、前述のスクライブ加工例−１と同様の加工条件で行った。
レーザの出力：３０μＪ／パルス、デフォーカス距離：６５０μｍ、載置台のＺ軸方向の相対移動ピッチとパス数：５０μｍ、１１パス。
【００６５】
（スクライブ加工例−５）
厚さ１ｍｍのネオセラム（登録商標）基板を、以下に示す加工条件以外は、前述のスクライブ加工例−１と同様の加工条件で行った。
レーザの出力：３０μＪ／パルス、デフォーカス距離：６５０μｍ、載置台のＺ軸方向の相対移動ピッチとパス数：５０μｍ、１１パス。
【００６６】
（スクライブ加工例−６）
厚さ０．７ｍｍのＯＡ−１０基板を、以下に示す加工条件以外は、前述のスクライブ加工例−１と同様の加工条件で行った。
レーザの出力：３０μＪ／パルス、デフォーカス距離：４００μｍ、載置台のＺ軸方向の相対移動ピッチとパス数：５０μｍ、７パス。
【００６７】
（スクライブ加工例−７）
厚さ０．５ｍｍの水晶基板を、以下に示す加工条件以外は、前述のスクライブ加工例−１と同様の加工条件で行った。
レーザの出力：３０μＪ／パルス、デフォーカス距離：４００μｍ、載置台のＺ軸方向の相対移動ピッチとパス数：５０μｍ、４パス。
【００６８】
以上のスクライブ加工例−４〜７に示した各透過性を有する基板は、図７に示すように、石英ガラス基板１に限らず、透過性を有する材料基板であれば、石英ガラス基板１と同様の加工条件で、各基板内部の全域に多数の改質領域５１が並設して形成され、外部応力を加えることで分割予定線に沿って容易に分離することができる。なお、図７に示すネオセラム（登録商標）の１００倍における断面画像において、表面に剥離した状態に見える形状は、撮影時における焦点ズレによるものである。
【００６９】
（変形例２）
レーザ内部スクライブする加工対象物としては、光透過性を有する部材が多層に構成されたものであっても良く、光透過性のガラス、シリコンなどからなる基板を備えた、例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor）ディスプレイ、液晶ディスプレイ、各種半導体、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）デバイスであっても良い。これらは、石英ガラス基板１の場合と同様に分割することができる。
【００７０】
（変形例３）
レーザ内部スクライブする加工対象物が、基板上に互い違いに配列される、あるいは１／２ピッチずらして配置される等、分断された分割予定線１０を含む千鳥配列の場合は、レーザ内部スクライブを行う部分と行わない部分の選択が、レーザ加工装置２０のレーザ制御部３７により、レーザ光源２５から照射されるＱスイッチパルスのＯＮ／ＯＦＦ制御が行われて、スクライブ加工することができる。また、ＱスイッチパルスのＯＮ／ＯＦＦ制御に代えて、電磁シャッタを用いる、あるいはレーザ内部スクライブを行わない部分に、レーザ光ＬＢを遮断する部材等を用いてマスキングする方法であっても良い。
【００７１】
（変形例４）
レーザ光源２５のレーザ媒質として、Ｎｄ：ＹＡＧ第３高調波（ＴＨＧ、波長：３５５ｎｍ）レーザを用いた場合で説明したが、これに限定されず、Ｎｄ：ＹＬＦ第３高調波（ＴＨＧ、波長：３５１ｎｍ）レーザ、あるいは、Ｎｄ：ＹＶＯ4第３高調波（ＴＨＧ、波長：３５５ｎｍ）レーザを用いることができる。何れのレーザ媒質であっても、Ｎｄ：ＹＡＧ第３高調波レーザと同様にレーザ内部スクライブ加工することができる。
【００７２】
（変形例５）
集光レンズＬとして焦点距離４０ｍｍ、有効口径２７ｍｍの対物レンズを用いた場合で説明したがこれに限定されない。計算上の開口数（ＮＡ）が０．１３程度であれば、入射面のビーム照射領域が狭く、しかも石英ガラス基板１の内部の深い位置まで加工することができる。なお、開口数が少なくとも０．１３以上１．０未満であれば、石英ガラス基板１の内部にレーザ内部スクライブ加工を行い、分割予定線１０に沿って容易に分離することができる。
【００７３】
（変形例６）
形成される各改質領域５１が石英ガラス基板１の表面２，３に直交する方向に形成される場合で説明したが、改質領域５１が、石英ガラス基板１の表面２，３に対して斜めに形成されても良い。斜めに形成される改質領域５１は、石英ガラス基板１の内部に照射されるレーザ光ＬＢを、入射する表面２に対して傾けて入射することにより形成される。石英ガラス基板１の内部にレーザ光ＬＢを傾けて入射すると、石英ガラス基板１の内部に形成される改質領域５１が、表面２，３に対して斜めに形成される。
【００７４】
レーザ光ＬＢを石英ガラス基板１の表面２に対して傾けて入射する方法としては、石英ガラス基板１をレーザ光ＬＢの光軸に対して傾ける方法、あるいは、レーザ光ＬＢの光軸を石英ガラス基板１に対して傾ける方法を用いることができる。石英ガラス基板１をレーザ光ＬＢの光軸に対して傾ける方法の場合には、載置台２９に載置された石英ガラス基板１を、照射機構部２１の傾斜装置３０を走査して、所定の傾き角度に傾けることにより形成することができる。
【００７５】
斜めに形成される改質領域５１の傾きは、レーザ光ＬＢの光軸と石英ガラス基板１との相対的な傾き角度によって決定されるので、分割予定線１０に沿って分割した際の石英ガラス基板１の断面における面形状は、この傾き角度によって調節することができる。なお、分割される石英ガラス基板１の表面２，３に対する傾き角度は、±４５°の範囲において適宜、選択することができる。
さらに、斜めに形成される改質領域５１と、石英ガラス基板１の表面２，３に直交する方向に形成される改質領域５１とを組み合わせた場合であっても良い。
【００７６】
（変形例７）
レーザ光ＬＢの照射タイミングに同期しながらＸ軸移動部３１が、石英ガラス基板１の表面２，３に沿った内部に集光レンズＬに対してＸ軸方向に相対移動する方向は、一方からのみでも良いし、往復する場合であっても良い。
【００７７】
（変形例８）
レーザ加工装置２０の照射機構部２１における、石英ガラス基板１とレーザ光ＬＢ（集光レンズＬ）の相対移動は、集光レンズＬ側を固定し、分割される石英ガラス基板１側をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に相対移動が可能に構成した場合で説明したが、石英ガラス基板１側を固定し、レーザ光源２５、ダイクロイックミラー２６および集光レンズＬを一体にして、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動、および傾斜可能な構成としても良い。これにより、レーザ加工装置の設計の自由度が広げられる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】レーザ内部スクライブの概要を示す石英ガラス基板の模式図であり、（ａ）は、平面図。（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線における断面図。（ｃ）は、内部に多数の改質領域が形成された状態を示す断面図。
【図２】（ａ）は、レーザ内部スクライブされた石英ガラス基板の分離方法を示す断面模式図。（ｂ）は、分割予定線に沿って分離された石英ガラス基板の状態を示す断面模式図。
【図３】レーザ加工装置の構成を示すブロック図。
【図４】入射面上でのビーム径と石英ガラス基板内部での焦点位置の関係を示すグラフ。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、レーザ内部スクライブにおける改質領域の形成の態様を示す石英ガラス基板の模式断面図。
【図６】レーザ内部スクライブ加工された石英ガラス基板の分割面の撮影画像。
【図７】他の透過性を有する材料基板のスクライブ加工された分割面の撮影画像。
【符号の説明】
【００７９】
１…加工対象物としての石英ガラス基板、２，３…表面、１０…分割予定線、２０…レーザ加工装置、２１…照射機構部、２２…ホストコンピュータ、２５…レーザ光源、２６…ダイクロイックミラー、２７…移動機構部、２８…撮像部、２９…載置台、３０…傾斜装置、３１…Ｘ軸移動部、３２…Ｙ軸移動部、３３…Ｚ軸移動部、３５…制御部、３６…画像処理部、３７…レーザ制御部、３８…移動制御部、５０…集光点、５１…改質領域、Ａ…曲げ応力、Ｂ…引っ張り応力、Ｌ…集光レンズ、ＬＢ…レーザ光。
【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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