(57)【要約】【課題】単結晶部材の被照射面を損傷させることなく単結晶部材内部に効率良く加工層を形成することができる内部加工層形成単結晶部材の製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】集光レンズＣを介してレーザ光Ｂを単結晶部材１０の被照射面２０ｔから照射することで、単結晶部材１０の内部に加工層を形成してなる内部加工層形成単結晶部材を製造する。集光レンズＣは、単結晶部材内部に複数の集光点Ｄを形成する主集光系８５と、主集光系８５にレーザ光を入射させる副集光系８２と、からなる。主集光系８５に、単結晶部材１０の収差補正機能を備えさせ、副集光系８２に、複数のシリンドリカルレンズ７９が並列に配置されてなるシリンドリカルレンズ配列体８０を設ける。そして、集光レンズＣにパルス状のレーザ光Ｂを通過させて、単結晶部材１０の内部に複数の集光点Ｄを形成しつつ加工層を形成する。【選択図】図５
2014019120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を集光するレーザ集光手段を介してレーザ光を単結晶部材の被照射面から照射することで、前記単結晶部材内部に加工層を形成してなる内部加工層形成単結晶部材とする内部加工層形成単結晶部材の製造方法であって、
前記レーザ集光手段は、前記単結晶部材の内部に複数の集光点を形成する主集光系と、前記主集光系にレーザ光を入射させる副集光系と、からなり、
前記主集光系に、前記単結晶部材の収差補正機能を備えさせ、
前記副集光系に、複数のシリンドリカルレンズが一体または別体に並列に配置されてなるシリンドリカルレンズ配列体を設け、
前記単結晶部材として、レーザ光を照射する第１面と、前記第１面に平行な第２面と、を有する部材を用い、
前記レーザ集光手段と前記単結晶部材とを相対的に移動させつつ前記レーザ集光手段にパルス状のレーザ光を通過させて、前記単結晶部材内部に複数の集光点を形成しつつ前記加工層を形成することを特徴とする内部加工層形成単結晶部材の製造方法。
【請求項２】
前記集光点を、前記第１面と前記第２面との中間位置である中間面よりも第２面側に形成することを特徴とする請求項１記載の内部加工層形成単結晶部材の製造方法。
【請求項３】
前記移動をさせる際、前記シリンドリカルレンズ配列体のシリンドリカルレンズ長手方向に沿って移動させることを特徴とする請求項２記載の内部加工層形成単結晶部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶部材の被照射側の表面から単結晶部材内部にレーザ光を集光することで、単結晶部材内部に加工層を形成する内部加工層形成単結晶部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、単結晶のシリコン（Ｓｉ）ウエハに代表される半導体ウエハを製造する場合には、石英るつぼ内に溶融されたシリコン融液から凝固した円柱形のインゴットを適切な長さのブロックに切断して、その周縁部を目標の直径になるよう研削し、その後、ブロック化されたインゴットをワイヤソーによりウエハ形にスライスして半導体ウエハを製造するようにしている。なお、この明細書中においては、別記する場合を除いてウエハのことを適宜に基板と称する。
【０００３】
このようにして製造された半導体ウエハは、前工程で回路パターンの形成等、各種の処理が順次施されて後工程に供され、この後工程で裏面がバックグラインド処理されて薄片化が図られることにより、厚さが約７５０μｍから１００μｍ以下、例えば７５μｍや５０μｍ程度に調整される。
【０００４】
従来における半導体ウエハは、以上のように製造され、インゴットがワイヤソーにより切断され、しかも、切断の際にワイヤソーの太さ以上の切り代が必要となるので、厚さ０．１ｍｍ以下の薄い半導体ウエハを製造することが非常に困難であり、製品率も向上しないという問題がある。
【０００５】
また近年、次世代の半導体として、硬度が大きく、熱伝導率も高いシリコンカーバイド（ＳｉＣ）が注目されているが、ＳｉＣの場合には、Ｓｉよりも硬度が大きい関係上、インゴットをワイヤソーにより容易にスライスすることができず、また、バックグラインドによる基板の薄層化も容易ではない。
【０００６】
一方、集光レンズでレーザ光の集光点をインゴットの内部に合わせ、そのレーザ光でインゴットを相対的に走査することにより、インゴットの内部に多光子吸収による面状の加工層（内部加工層）を形成し、この加工層を剥離面としてインゴットの一部を基板として剥離する基板製造方法および基板製造装置が開示されている。
【０００７】
例えば特許文献１には、レーザ光の多光子吸収を利用し、シリコンインゴット内部に加工層を形成しシリコンインゴットから静電チャックを利用してウエハを剥離する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５‐２７７１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、このようにして基板を製造するにあたり、インゴット内部に加工層を形成する際の加工速度を上げることが、特に量産の観点で好ましい。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑み、単結晶部材の被照射面を損傷させることなく単結晶部材内部に効率良く加工層を形成することができる内部加工層形成単結晶部材の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための本発明の一態様によれば、レーザ光を集光するレーザ集光手段を介してレーザ光を単結晶部材の被照射面から照射することで、前記単結晶部材内部に加工層を形成してなる内部加工層形成単結晶部材とする内部加工層形成単結晶部材の製造方法であって、前記レーザ集光手段は、前記単結晶部材の内部に複数の集光点を形成する主集光系と、前記主集光系にレーザ光を入射させる副集光系と、からなり、前記主集光系に、前記単結晶部材の収差補正機能を備えさせ、前記副集光系に、複数のシリンドリカルレンズが一体または別体に並列に配置されてなるシリンドリカルレンズ配列体を設け、前記単結晶部材として、レーザ光を照射する第１面と、前記第１面に平行な第２面と、を有する部材を用い、前記レーザ集光手段と前記単結晶部材とを相対的に移動させつつ前記レーザ集光手段にパルス状のレーザ光を通過させて、前記単結晶部材内部に複数の集光点を形成しつつ前記加工層を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、単結晶部材の被照射面を損傷させることなく単結晶部材内部に効率良く加工層を形成することができる内部加工層形成単結晶部材の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る内部加工層形成単結晶部材の製造方法を説明する模式的鳥瞰図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る内部加工層形成単結晶部材の製造方法を説明する模式的側面断面図である。
【図３】本発明の一実施形態で製造した内部加工層形成単結晶部材の模式的側面断面図である。
【図４】本発明の一実施形態の一例で、内部加工層形成単結晶部材の製造方法を説明する側面図である。
【図５】本発明の一実施形態の一例で、集光レンズから出射したレーザ光によって単結晶部材に加工層を形成することを説明する側面図である。
【図６】本発明の一実施形態で用いる副集光系に設けられたシリンドリカルレンズ配列体の平面斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る内部加工層形成単結晶部材の製造方法で、加工層から剥離させるためにシリコンウエハの両面に金属板を貼り付けたことを説明する側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１５】
また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態という）で、レーザ集光手段により単結晶部材１０の被照射面（被照射側の表面）からレーザ光を集光して内部に加工層２１を形成していくことを説明する模式的鳥瞰図であり、図２は、レーザ光の照射により単結晶部材１０の内部に加工層２１を形成して内部加工層形成単結晶部材２０を形成することを説明する模式的断面図である。図３は、本実施形態で製造された内部加工層形成単結晶部材２０の模式的断面構造である。
【００１７】
本実施形態で製造する内部加工層形成単結晶部材２０は、パルス状のレーザ光Ｂの被照射面２０ｔからレーザ光Ｂを集光することで、この被照射面２０ｔと離間しかつこの被照射面２０ｔと平行に延在する加工層２１と、その加工層２１に対して単結晶部材内部を挟む上下方向の位置に非加工層２２とを有する。
【００１８】
内部加工層形成単結晶部材２０を製造して単結晶基板を得るには、レーザ集光手段として例えば集光レンズＣにより、単結晶部材１０の被照射面２０ｔに、調整したレーザ光Ｂを照射して単結晶部材１０内部にレーザ光Ｂを集光しつつ、集光レンズＣと単結晶部材１０とを相対的に移動させて、単結晶部材１０内部に、被照射面２０ｔと平行に延在する加工層２１を形成した内部加工層形成単結晶部材２０を製造する。
【００１９】
その際、本実施形態では、集光レンズＣを介して複数本のレーザ光を単結晶部材１０の被照射面２０ｔから照射して、複数の集光点Ｄを同時に形成していくことで加工層２１を形成する。単結晶部材１０としては、レーザ光Ｂを照射する被照射面２０ｔ（第１面）と、被照射面２０ｔに平行であって被照射面２０ｔに照射したレーザ光Ｂが通過する光出射面２０ｓ（第２面）と、を有する部材を用いる。
【００２０】
加工層２１を形成して内部加工層形成単結晶部材１０を製造した後、レーザ光Ｂの走査方向に対し垂直および平行な断面方向に加工層２１から劈開させ、それぞれの方向における加工層を露出させる。
【００２１】
次にこの露出面（加工層露出面）をラッピング加工およびポリシング加工により研磨加工する。研磨加工は例えばラッピング・ポリシング装置を利用して行うことができる。ラッピングでは研磨剤として粒径が１μｍから数１０μｍの遊離砥粒を潤滑剤に混ぜたスラリーをラップ定盤と上記の加工層露出面との間に入れ加工する。このときの遊離砥粒としてはコロイダルシリカ、アルミナ、微粒ダイヤモンド、酸化セリウムなどが利用できる。ポリシング加工では粒径１μｍ以下の微細な研磨剤が使用され、研磨パッドを定盤に貼りつけて加工層露出面を研磨加工する。
【００２２】
（実施形態の具体的な一例）
以下、本実施形態の具体的な一例（以下、本一例という）について説明する。図４は本一例におけるレーザ加工装置の一例の全体図であり、本一例のレーザ加工装置は、レーザ発振器７１、ズームエキスパンダー７２、アパーチャーマスク７３、集光レンズＣおよびＸＹステージ７４を備えている。レーザ発振器７１からのレーザビームの径をズームエキスパンダー７２で任意の径まで拡大させる、その後反射ミラー（図示せず）により光路調整を行い、集光レンズＣの入射瞳径に対して同径もしくは大きい径を有するビーム径に調整する。ここで、アパーチャーマスク７３は、ビーム周辺部の不均一パワー部分を除くためのものであり、均一パワービーム状態を維持して集光レンズＣに入射するために集光レンズＣの近傍に配置する。さらに、アパーチャーマスク７３の開口径はアパーチャーマスク７３通過後のビームが回折光とならないように調整する。つまり、この開口径がビーム径よりも大きすぎると不均一パワー部分を除けず、逆に開口径が小さ過ぎると、回折ビームとなってしまい均一パワービームにはならない。
【００２３】
図５は、本一例で、集光レンズＣから出射したレーザ光によって単結晶部材１０に加工層２１（図３参照）を形成することを説明する側面図である。図６は、集光レンズＣを構成するシリンドリカルレンズ配列体８０の斜視図である。集光レンズＣは、アパーチャーマスク７３を通過したレーザ光が入射する副集光系８２と、副集光系８２から出射したレーザ光が入射し、単結晶部材１０に向けてレーザ光を照射する主集光系８５と、からなる。  
副集光系８２は、複数のシリンドリカルレンズ７９が一体に並列に配置されてなるシリンドリカルレンズ配列体８０と、シリンドリカルレンズ配列体８０からの光を通過させるシリンドリカル凸レンズ８３とを有している。この構成により、各シリンドリカルレンズ７９に入射したレーザ光は、集光点を形成した後にシリンドリカル凸レンズ８３に入射し、照射面が細長状の平行ビームとなって主集光系８５に入射するようにされている。なお、各シリンドリカルレンズ７９が別体となっていて並列に配列された構成であってもよい。
【００２４】
主集光系８５は、収差を補正する補正環８８付きの対物レンズ８６を備えており、収差補正が可能となっている。そして、副集光系８２から入射した複数本のレーザ光（分岐レーザ光）を単結晶部材１０に向けて照射する構成になっている。
【００２５】
集光レンズＣでは、主集光系８５からのレーザ光を単結晶部材１０に照射する際、凸レンズ機能により集光して単結晶部材内部で集光点を形成し、かつ、単結晶部材１０の被照射面２０ｔ（図５では上面）に損傷を与えないように、被照射面２０ｔにおける各レーザ光のエネルギー密度が調整されている。
【００２６】
なお、図５では、副集光系８２に入射した１本のレーザ光が副集光系８２から５本のレーザ光に分岐して出射するように描いているが、レーザ光の分岐本数を特に限定するものではなく、レーザ光の出力、シリンドリカルレンズ７９の形状などにより分岐本数を適宜変更することが可能である。
【００２７】
レーザ光を照射する単結晶部材１０のサイズは、特に限定されるものではないが、例えばφ３００ｍｍの厚いシリコンウエハＥからなり、レーザ光Ｂが照射される被照射面Ｅｔが予め平坦化されていることが好ましい。
【００２８】
レーザ光Ｂは、シリコンウエハ等の単結晶部材１０の周面ではなく、上記の被照射面２０ｔに集光レンズＣを介して照射される。このレーザ光Ｂは単結晶部材１０がシリコンの場合は、例えばパルス幅が１μｓ以下のパルスレーザ光からなり、９００ｎｍ以上の波長、好ましくは１０００ｎｍ以上の波長が選択され、ＹＡＧレーザ等が好適に使用される。
【００２９】
（作用、効果）
以下、本一例で内部加工層形成単結晶部材１０を製造することについて説明する。本一例では、単結晶部材１０をＸＹステージ上に載置し、真空チャック、静電チャックなどでこの単結晶部材１０を保持する。そして、ＸＹステージで単結晶部材１０をＸ方向やＹ方向に移動させることで、集光レンズＣと単結晶部材１０とを、単結晶部材１０の被照射面２０ｔに水平に、シリンドリカルレンズ７９に沿って相対的に移動させながらレーザ光Ｂを照射することで、単結晶部材１０の内部に集光したレーザ光Ｂによって加工層２１を形成する。
【００３０】
その際、副集光系８２に入射したレーザ光Ｂが複数本の分岐レーザ光となって主集光系８５に入射する。この結果、主集光系８５の対物レンズ８６から出射したレーザ光は、被照射面２０ｔで分岐レーザ光となって入射して、単結晶部材１０の内部で複数の集光点Ｄを形成する。
【００３１】
また、本実施形態では、単結晶部材１０の被照射面２０ｔと被照射面２０ｔに平行な光出射面２０ｓとの中間位置である中間面２０ｍよりも光出射面２０ｓ側に、各分岐レーザ光の集光点Ｄを形成する。集光点Ｄの基板深さ方向位置を調整するにあたり、シリコンの単結晶部材（単結晶基板）１０の厚さや屈折率を考慮して集光レンズＣの補正環８８を適宜調整することが、簡素な構成で簡易に調整する観点で有効である。
【００３２】
ここで、補正環８８についてやや詳細に説明する。大気中で、収差なく集光する対物レンズで集光されるレーザ光Ｂでは、外周部の光ほど例えば平凸レンズで大きく曲げることで、シリコンのような屈折率の大きな素材で形成された単結晶部材１０の内部に集光することが可能になる。すなわち、レーザ光Ｂは内周側から外周側に移るに従い、対物レンズ８６に近い位置で集光するように、対物レンズ８６を設定する。このような設定は、補正環付き対物レンズ８６では、補正環８８を、集光点Ｄの位置に形成される加工層２１の深さより大きく設定することで達成することができる。なお、補正環８８を用いないで、主集光系８５および副集光系８２の単結晶部材１０からの距離を調整することによっても、集光点Ｄの基板深さ方向位置を調整することが可能である。
【００３３】
加工層２１が形成された結果、加工層２１を挟んでレーザ光Ｂの照射方向とその反対側にそれぞれ非加工層２２が存在する。形成する加工層２１の寸法、密度などは、剥離し易くする観点で、単結晶部材１０の材質などを考慮して設定することが好ましい。なお、加工層２１と非加工層２２との境界２３については、レーザ光Ｂによる加工層２１を横断するようにレーザ光Ｂに平行および垂直な方向（すなわちレーザ光Ｂの走査方向ＡＡ’に垂直および平行な方向）に内部加工層形成単結晶部材２０をへき開し、断面を上記したように研磨加工およびエッチング処理後に走査電子顕微鏡もしくは共焦点顕微鏡などで観察することにより確認できる。
【００３４】
このように加工層２１を形成した内部加工層形成単結晶部材２０は、加工層２１から分断させた新たな単結晶部材を創成することができる。これは、加工層２１と非加工層２２との剥離により行い、本一例では、先ず、内部加工層形成単結晶部材２０の側面に加工層２１を露出させる。露出させるには、例えば、非加工層２２の所定の結晶面に沿ってへき開すると、非加工層２２によって加工層２１が挟まれた構造のものが得られる。なお、非加工層２２の表面はレーザ光Ｂの被照射面２０ｔである。加工層２１が既に露出している場合や、加工層２１の周縁と内部加工層形成単結晶部材２０の側壁との距離が十分に短い場合には、この露出をさせる作業を省略することが可能である。
【００３５】
その後、図７に示すように、内部加工層形成単結晶部材２０の非加工層２２の表面である被照射面２０ｔに、金属製基板６１ａ、６１ｂを接着剤６３ａ、６３ｂで内部加工層形成単結晶部材２０を挟持するように接着固定する。金属製基板６１ａ、６１ｂとしては、例えば、ＳＵＳ製の板を用いる。接着剤６３ａ、６３ｂとしては、例えば、アクリル系２液モノマー成分からなる接着剤を用いる。この場合、未硬化モノマーおよび硬化反応物が非水溶性であると、水中で剥離した際に露出した剥離面（例えばシリコンウェハの剥離面）が汚染されることを防止できる。この接着剤６３ａ、６３ｂの接着強度は、非加工層２３が加工層２２から分断されて剥離するのに必要な力よりも強ければよい。接着剤６３ａ、６３ｂの接着強度に応じ、形成する加工層２１の寸法、密度を調整してもよい。接着剤６３ａ、６３ｂの塗布厚みは、硬化前で０．１〜１ｍｍが好ましく、０．１５〜０．３５ｍｍがより好ましい。仮固定用接着剤の塗布厚みが過度に大きい場合、完全硬化となるまでに長時間を必要とする上、分断時に接着剤の凝集破壊が起こりやすくなる。また、塗布厚みが過度に小さい場合、分断した単結晶部材の水中剥離に長時間を必要とする。
【００３６】
接着した際に金属製基板６１ａと金属製基板６１ｂとの平行度が十分に得られない場合には、１枚以上の補助板を使用して必要な平行度を得てもよい。
【００３７】
また、金属製基板６１ａ、６１ｂをそれぞれ接着剤６３ａ、６３ｂで内部加工層形成単結晶部材２０の上下面に接着する際、片面ずつ接着してもよいし、両面同時に接着してもよい。
【００３８】
厳密に塗布厚みを制御したい場合には、一方の片面に金属製基板を接着させて接着剤が硬化した後、もう一方の片面に金属製基板を接着することが好ましい。このように片面ずつ接着する場合、接着剤を塗布する面が内部加工層形成単結晶部材２０の上面であっても下面であってもよい。その際、内部加工層形成単結晶部材２０の非接着面に接着剤が付着して硬化することを抑制するために、樹脂フィルムをカバーレイヤーとして用いてもよい。
【００３９】
金属製基板６１ａ、６１ｂとしては、平行度および平坦度が得られるのであれば、装置固定用の抜き穴等の機械加工を行っていても構わない。接着する金属製基板６１ａ、６１ｂは水中での剥離工程を経るため、シリコンウエハの汚染抑制目的では不動態層を形成するものであることが好ましく、水中剥離のタクトタイム短縮目的では形成する酸化層（酸化皮膜層）が薄い方が好ましい。
【００４０】
分断、剥離後に金属製基板６１ａ、６１ｂからの水中剥離を行うため、接着前の金属製基板６１ａ、６１ｂについては、通常行われる金属の脱脂処理を行うことが好ましい。接着剤と金属製基板との接着力（接着剤６３ａと金属製基板６１ａとの接着力、および、接着剤６３ｂと金属製基板６１ｂとの接着力）を高めるには、化学的方法または機械的方法で金属表面の酸化層を落として活性な金属面を出すとともに、アンカー効果を得やすい表面構造にするのが好ましい。上記の化学的方法とは、具体的には薬品を用いた酸洗浄や脱脂処理などがある。上記の機械的方法とは、具体的にはサンドブラスト、ショットブラストなどが挙げられるが、サンドペーパーで金属製基板６１ａ、６１ｂの表面を傷つける方法が最も簡便であり、その粒度は＃８０〜２０００が好ましく、金属製基板６１ａ、６１ｂの表面ダメージを考慮すると＃１５０〜８００がより好ましい。
【００４１】
金属製基板６１ａ、６１ｂの接着後、金属製基板６１ａと金属製基板６１ｂとに互いに離れる方向の力Ｆをそれぞれ加えると加工層２１と非加工層２２で分断、剥離される。このとき、上記したようにレーザ光Ｂが均一パワーを有するものであると、加工層２１と非加工層２２との間には、連続する境界２３が形成されるため、加工層２１と非加工層２２とでの剥離が可能となる。一方、ガウシアンビームであると加工層２１の形成状態にクラックや加工状態の異なる加工層が作り出されて、連続した境界が形成されにくい。その結果、加工層２１の全面での剥離ができなかったり、単結晶部材の結晶方位に沿って劈開したりしてしまい、新たな単結晶部材の創成ができない。
【００４２】
加工層２１で剥離させるために金属製基板６１ａ、６１ｂに力を加える手法は、特に限定しない。例えば、内部加工層形成単結晶部材２０の側壁をエッチングして加工層２１に溝を形成し、この溝に楔状圧入材（例えばカッター刃）を圧入することで力を発生させてもよい。また、内部加工層形成単結晶部材２０に角方向から力を加えて、上方向の力成分と下方向の力成分とを発生させてもよい。さらには、金属製基板６１ａ、６１ｂをチャックにより挟持して、上下方向に適当な速度で引張ることにより剥離させることも可能である。
【００４３】
また、単結晶部材１０はシリコンウエハに限定されるものではなく、シリコンウエハのインゴット、単結晶のサファイア、ＳｉＣなどのインゴットやこれから切り出したウェハ、あるいはこの表面に他の結晶（ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＰなど）を成長させたエピタキシャルウェハなどを適用可能である。また、単結晶部材１０の面方位は（１００）に限らず、他の面方位とすることも可能である。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態では、加工層２１を形成する際、レーザ光Ｂの集光点を同時に複数形成しながら加工層２１を形成している。従って、加工層２１の形成速度を従来に比べて大幅に速くすることができる。そして、集光レンズＣには複数本のレーザ光ではなく１本のレーザ光を入射させ、集光レンズＣの副集光系８２でレーザ光Ｂを複数本に分岐して、主集光系８５に入射させることでこれを達成している。従って、レーザ発振器７１を複数台設ける必要はなく、装置構成を簡素にできる。
【００４５】
また、中間面２０ｍ（第１面）よりも光出射面２０ｓ（第２面）側に集光点Ｄを形成している。すなわち、中間面２０ｍよりも被照射面２０ｔから遠い単結晶部材部分に集光点Ｄを形成しているので、中間面２０ｍよりも被照射面２０ｔに近い単結晶部材部分に集光点Ｄを形成する場合に比べ、被照射面２０ｔでのレーザ光のエネルギー密度を低減させることができる。従って、高い出力のレーザ光Ｂを照射しても、被照射面２０ｔがレーザ光によって加工されてしまうことを充分に回避し易い。
【００４６】
更に、副集光系８２がシリンドリカルレンズ配列体８０とシリンドリカル凸レンズ８５とを備えており、副集光系８２に入射したレーザ光Ｂが複数本の分岐レーザ光となって主集光系８５に入射する。この結果、主集光系８５の対物レンズ８６から出射したレーザ光は、被照射面２０ｔで分岐レーザ光となって入射し、単結晶部材１０の内部で複数の集光点を形成する。従って、高い出力のレーザ光Ｂを副集光系８２に入射させても、分岐されたレーザ光に出力が分配されるため被照射面２０ｔがレーザ光によって加工されてしまうことを更に防止することができる。
【００４７】
また、主集光系８５が補正環８８を有しており、レーザ光Ｂの収差補正をすることができる。これにより、補正環８８を適宜調整することで単結晶部材１０内部に形成する集光点の位置、形状を調整することができ、簡素な構成で簡易に調整する観点で有効である。しかも、このように収差補正することで加工層２１の厚みを抑えることができ、単結晶部材１０から多数枚の単結晶基板が得られるので、製品率を向上させることができる。
【００４８】
また、本実施形態では、加工層２１を形成する際、レーザ光Ｂの走査方向を、シリンドリカルレンズ配列体８０のシリンドリカルレンズ長手方向Ｕに沿った方向となるように、単結晶部材１０を保持するＸＹステージ７４を移動させる。これにより、ＸＹステージ７４の移動速度をさほど上げる必要がない。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明により薄い単結晶基板を効率良く形成することができることから、薄く切り出された単結晶基板は、Ｓｉ基板（シリコン基板）であれば、太陽電池に応用可能であり、また、ＧａＮ系半導体デバイスなどのサファイア基板などであれば、発光ダイオード、レーザダイオードなどに応用可能であり、ＳｉＣなどであれば、ＳｉＣ系パワーデバイスなどに応用可能であり、透明エレクトロニクス分野、照明分野、ハイブリッド／電気自動車分野など幅広い分野において適用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  単結晶部材
２０  内部加工層形成単結晶部材
２０ｍ  中間面
２０ｔ  被照射面（第１面）
２０ｓ  光出射面（第２面）
２１  加工層
２２  非加工層
２３  境界
７９  シリンドリカルレンズ（シリンドリカルレンズ、主集光系）
８０  シリンドリカルレンズアレイ（主集光系、シリンドリカル配列体）
８２  副集光系
８３  シリンドリカル凸レンズ（主集光系）
８５  主集光系
８６  対物レンズ（副集光系）
８８  補正環（主集光系）
Ｂ  レーザ光
Ｃ  集光レンズ（レーザ集光手段、集光レンズ）
Ｄ  集光点
Ｕ  長手方向
【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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