(57)【要約】【課題】単結晶部材に形成した加工層から剥離させることで比較的大きくて薄い単結晶基板を形成するにあたり、加工時間の短縮化を図るとともに応力を負荷せずに剥離可能であり、剥離面の平坦性を確保することができる内部加工層形成単結晶部材およびその製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】内部加工層形成単結晶部材は、単結晶部材内部に形成された加工層と、加工層の両面側にそれぞれ隣接する非加工層と、を備える。加工層には、レーザ光の集光によって形成された変質部２１ｃが配列され、各変質部２１ｃは、回折光学素子で分割されてなる複数のレーザ光がそれぞれ集光したことによる複数の加工痕２１ｓからなる。そして、加工層から応力を負荷せずに剥離可能となっている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームスプリッタの機能を有する回折光学素子が設けられた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しつつ、前記単結晶部材と前記レーザ集光手段とを相対的に移動させることで、前記単結晶部材内部に形成された加工層と、
前記加工層の両面側にそれぞれ隣接する非加工部と、
を備え、
前記加工層には、レーザ光の集光によって形成された変質部が配列され、
各変質部は、前記回折光学素子で分割されてなる複数のレーザ光がそれぞれ集光したことによる複数の加工痕からなることを特徴とする内部加工層形成単結晶部材。
【請求項２】
各変質部では、前記加工痕が一方向に連なってい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。
【請求項３】
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しつつ、前記単結晶部材と前記レーザ集光手段とを相対的に移動させることで、前記単結晶部材内部に加工層を形成して前記単結晶部材を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に、ビームスプリッタの機能を有する回折光学素子を設け、
該回折光学素子で分割された複数のレーザ光を前記単結晶部材に照射してそれぞれ前記単結晶部材内部に集光することで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４】
前記回折光学素子で分割された複数のレーザ光を集光する集光器を用いて前記単結晶部材内部に集光することを特徴とする請求項３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した内部加工層形成単結晶部材およびそ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。
【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（ウエハ）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改質層（加工層）を形成し、この改質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ことが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−１６７７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、単結晶部材内部に改質層を形成する場合、１つのレーザパルスで１点（１つ）の加工痕を形成している。このため、その加工間隔である加工ピッチは、加工進行方向へのステージ移動速度とパルス周波数で決まる。また、この加工ピッチと、オフセット方向（加工進行方向に直交する方向）の間隔である加工オフセットと、によって、単結晶部材内部に形成される加工痕の数（加工数）が決まる。
【００１０】
仮に、加工ピッチを１μｍ、加工オフセットを２μｍとすると、１００ｍｍ角（一辺が１００ｍｍの正方形）の領域を加工するには５０億パルスのレーザ光を照射する必要がある。この場合、パルス周波数を１００ｋＨｚとするとステージ移動速度は１００ｍｍ／ｓとなり、５０００秒、すなわち１４時間という長大な加工時間が必要となる。
【００１１】
また、仮に、加工ピッチと加工オフセットとを広げて剥離可能な条件を見い出したとしても、隣り合う加工痕の間の領域ではレーザ光による加工（改質）がなされていない。このため、例えば単結晶部材の厚み方向の位置によって剥離する高さ位置が異なり、剥離することが困難であったり、剥離できても剥離面の平坦性が低下することが考えられる。
【００１２】
一方、単結晶部材を形成した内部加工層から分断させて新たな単結晶部材を創成することができる。この分断方法としては、内部加工層を形成した単結晶部材を、接着剤を用いて金属板で挟持して固定した後、金属板を互いに離れる方向の力を加えることにより剥離する方法、単結晶基板の側面から応力を印加してクラックを伝搬させて剥離する方法などが例示されている。しかしながら、こうした従来の方法により加工層から単結晶部材を分断させる方法においては、単結晶部材に応力が負荷あるいは印加されることによって単結晶部材の非加工層領域に衝撃や変形などが生じ、欠陥や転移などを発生させる可能性が高い。その結果、分断され創成された単結晶部材の品質劣化につながり、実使用上の不具合が生じる。さらに、これらの分断方法が求められる内部加工層結晶部材は、内部加工層が応力を負荷あるいは印加させないと分離できない状態であることを示唆している。従って、応力を負荷あるいは印加させなくても、形成した内部加工層から単結晶部材を分断および分離可能な加工層の形成方法が求められる。
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑み、シリコンの単結晶部材に形成した加工層から剥離させることで比較的大きくて薄いシリコンの単結晶基板を形成するにあたり、応力を負荷せずに剥離可能であり、剥離面の平坦性を確保しつつ加工時間の短縮化を図ることができる内部加工層形成単結晶部材およびそ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】
【００１４】
上記課題を解決するための本発明の一態様によれば、ビームスプリッタの機能を有する回折光学素子が設けられた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しつつ、前記単結晶部材と前記レーザ集光手段とを相対的に移動させることで、前記単結晶部材内部に形成された加工層と、前記加工層の両面側にそれぞれ隣接する非加工部と、を備え、前記加工層には、レーザ光の集光によって形成された変質部が配列され、各変質部は、前記回折光学素子で分割されてなる複数のレーザ光がそれぞれ集光したことによる複数の加工痕からなる内部加工層形成単結晶部材が提供される。
【００１５】
本発明の別の態様によれば、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しつつ、前記単結晶部材と前記レーザ集光手段とを相対的に移動させることで、前記単結晶部材内部に加工層を形成して前記単結晶部材を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に、ビームスプリッタの機能を有する回折光学素子を設け、該回折光学素子で分割された複数のレーザ光を前記単結晶部材に照射してそれぞれ前記単結晶部材内部に集光することで前記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が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、単結晶部材に形成した加工層から剥離させることで比較的大きくて薄い単結晶基板を形成するにあたり、応力を負荷せずに剥離可能であり、剥離面の平坦性を確保しつつ加工時間の短縮化を図ることができる内部加工層形成単結晶部材およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態で内部加工層形成単結晶部材を製造することを説明する模式的な鳥瞰図である。
【図２】第１実施形態で内部加工層形成単結晶部材を製造することを説明する模式的な側面断面図である。
【図３】第１実施形態の内部加工層形成単結晶部材の模式的な側面断面図である。
【図４】第１実施形態で、内部加工層形成単結晶部材を製造することを説明する側面図である。
【図５】図５（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、第１実施形態で、集光器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模式的な平面断面図および模式的な側面断面図である。
【図６】図６（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、第２実施形態で、集光器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模式的な平面断面図および模式的な側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。以下の説明では、すでに説明したものと同一または類似の構成要素には同一または類似の符号を付し、その詳細な説明を適宜省略している。また、図面は模式的なものであり、寸法比など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、具体的な寸法比など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。
【００１９】
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例示であって、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はない。この発明の実施の形態は、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。
【００２０】
［第１実施形態］
まず、第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態で、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る。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の断面構造を説明する模式的側面断面図である。図４は、本実施形態で、内部加工層形成単結晶部材を製造することを説明する側面図であり、本実施形態におけるレーザ加工装置の一例の全体図も示している。図５（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本実施形態で、集光器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模式的平面図および模式的側面断面図である。
【００２１】
（概要説明）
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を単結晶部材１０の被照射面２０ｔから集光することで、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の両面側に隣接する非加工層２２とを有する。
【００２２】
加工層２１には、レーザ光Ｂの集光によって形成された変質部２１ｃ（図５参照）が規則的に配列されている。各変質部２１ｃは、ビームスプリッタの機能を有する回折光学素子（ＤＯＥ、Diffractive Optics Element）７２で分割されてなる複数のレーザ光ＢＤがそれぞれ集光したことによる複数の加工痕２１ｓ（図５参照）からなる。ここで、ビームスプリッタの機能を有する回折光学素子７２で分割されてなる複数のレーザ光ＢＤでは、各ビームのパワーが均一であるが、少なくとも、各ビームパワーの平均値に対してのばらつきが±０．５％以内であることが好ましい。
【００２３】
さらに、上記した変質層２１ｃは複数の加工痕２１ｓが一方向に連なった状態で形成されていることが、加工後の剥離工程において応力を負荷せずに分断あるいは剥離可能とする点で好ましい。本発明において、応力を負荷せずに単結晶部材を分断あるいは剥離可能とするというとは、内部加工層形成後に自ら分断あるいは剥離できる状態であり、剥離荷重は１０Ｎ/ｃｍ2以下であることをいう。
【００２４】
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器（組レンズ）７８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、集光器７８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。
【００２５】
その際、本実施形態では、レーザ集光手段に回折光学素子７２を設け、ビームスプリッタ７２で分割された複数のレーザ光ＢＤを、集光器７８を介して単結晶部材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を形成していく。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。
【００２６】
（詳細説明）
以下、本実施形態をより詳細に説明する。本実施形態では、図４に示すように、レーザ加工装置は、レーザ発振器７１、回折光学素子７２、凸レンズ７４、集光器７８を順次備え、また、ＸＹステージ８０を備えている。集光器７８は複数のレンズが組み合わされた組レンズとなっており、集光性能が高くされている。
【００２７】
本実施形態では、レーザ発振器７１からのレーザ光Ｂは、回折光学素子７２を通過することによって複数のレーザ光ＢＤに分割される。そして、この複数のレーザ光ＢＤは凸レンズ７４、集光器７８を順次通過し、単結晶部材１０内部でレーザ光が集光されるようになっている。この構成により、回折光学素子７２で分割された複数のレーザ光ＢＤを集光する集光レンズ群８２が、凸レンズ７４および集光器７８によって形成されている。
【００２８】
本実施形では、回折光学素子７２は、１本のレーザ光が入射すると、同一平面内を進み、かつ、隣り合うレーザ光同士のなす角度が均等となるような複数のレーザ光に分割して出射するようになっている。本実施形態では、この同一平面は、レーザ光の走査方向Ｓに直交する平面となっているが、直交していなくてもよい。
【００２９】
レーザ光を照射する単結晶部材１０のサイズは、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。
【００３０】
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に集光器７８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。
【００３１】
（作用、効果）
以下、本実施形態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。本実施形態では、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、レーザ集光手段（回折光学素子７２、凸レンズ７４、および、集光器７８）と単結晶部材１０とを、単結晶部材１０の被照射面２０ｔに平行に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。
【００３２】
その際、回折光学素子７２に入射したレーザ光Ｂは複数のレーザ光ＢＤ（分岐レーザ光）となって凸レンズ７４を通過し、更に、集光器７８を通過する。集光器７８から出射した複数のレーザ光は、被照射面２０ｔでは集光せずに単結晶部材１０の内部で集光して複数の集光点を形成する。この結果、図５に示すように、変質部２１ｃがレーザ走査方向に一列に規則的に形成されていく。
【００３３】
本実施形態では、この変質部２１ｃは、複数の加工痕２１ｓが一方向に連なった擬似ライン状のものであり、この一方向は、レーザ光の走査方向Ｓ（加工進行方向）に直交する方向となっているが、直交していなくてもよい。複数のレーザ光ＢＤは、例えば、２０本のレーザ光であり、この場合、複数の加工痕２１ｓの個数は２０個となる。
【００３４】
また、本実施形態では、加工痕２１ｓのピッチｋ（隣り合うレーザ光ＢＤの照射中心同士の間隔）は、加工痕２１ｓが連なるように１μｍ以下（例えば０．５μｍ）にされている。ピッチｋは、分割された複数の各レーザ光のパワーなどに応じて決定することが好ましい。
【００３５】
変質部２１ｃを一列に形成した後、単結晶部材１０とレーザ集光手段とを、レーザ走査方向に直交するオフセット方向に相対的に移動させ、同様に変質部２１ｃを一列に形成していく。オフセット間隔ｗは、例えば、１４μｍであり、加工層２１の両側の非加工層２２が剥離可能である限り自由に変更することが可能である。
【００３６】
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が加工層２１に隣接して存在する。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。
【００３７】
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との剥離により行うが、このとき上記の加工痕２１ｓおよび変質層２１ｃによって、応力を負荷せずに分離可能とすることができる。
【００３８】
また、剥離しやすくするために、剥離を行なう前に内部加工層形成単結晶部材２０の側面に加工層２１を露出させても良い。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。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。
【００３９】
本実施形態では、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。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。
【００４０】
剥離後、この剥離面（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。
【００４１】
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、１本のレーザ光Ｂを回折光学素子７２で分割して複数のレーザ光ＢＤにし、単結晶部材１０内部でこの複数のレーザ光ＢＤを集光させることで、複数の加工痕２１ｓが連なってなる変質部２１ｃを順次形成している。従って、１本のレーザ光Ｂを単結晶部材１０に入射させて１つの集光点を形成する従来例に比べ、加工層２１の形成速度を格段に速くすることができる。例えば、本実施形態で加工痕２１ｃのピッチｋを０．５μｍにすると、回折光学素子７２でレーザ光Ｂを２０本に分割する場合には、変質部２１ｃの長さｄが約１０μｍとなり、この加工幅で走査方向Ｓに変質部２１ｃを規則的に順次形成していくことができる。従って、一例として、従来では２μｍであったオフセット間隔ｗを１４μｍにまで広げることができ、加工に必要な時間は従来の１／７となる。なお、変質部２１ｃの長さｄとは、図５に示すように、変質部２１ｃの両端部に位置する加工痕２１ｓ同士の中心線間の距離のことである。
【００４２】
また、回折光学素子７２で１本のレーザ光Ｂを複数のレーザ光ＢＤに分割しているので、複数の集光点を単結晶部材１０内部に形成するにあたってレーザ発振器７１を複数台設ける必要がないので、装置構成を簡素にできる。
【００４３】
また、回折光学素子７２はビームスプリッタの機能を有する。これにより、簡単な構造で複数のレーザ光（例えば３〜１００本のレーザ光）に容易に分割することができ、しかも、各レーザ光の強度分布を均一にすることができる。その上、変質部２１ｃを構成する複数の加工痕２１ｓは同時に形成される。従って、加工痕が形成された後に更に加工痕が形成されてレーザ光の散乱などが生じることは回避されており、加工痕２１ｓのサイズが安定する。よって、非加工層２２の剥離面（加工層２１からの剥離面）の平坦性が向上する。なお、レーザ光の出力、回折光学素子７２の構造などに応じてレーザ光の分岐本数を適宜変更することが好ましい。
【００４４】
更に、変質部２１ｃは、複数の加工痕２１ｓが一方向に連なってなるものであり、この一方向はレーザ光の走査方向Ｓである。従って、剥離面がより平坦面になり易い。ここで、平坦面とは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１における算術平均粗さＲａで示され、このＲａが５．０μｍ以下、より好ましくは３μｍ以下であることが、単結晶部材の後加工を容易にする点で好ましい。
【００４５】
また、集光器７８は組レンズで構成されており、高い集光性能で単結晶部材１０の内部で集光する。従って、加工精度が大きく向上する。
【００４６】
なお、本実施形態では、単結晶部材１０としてシリコンウエハＥを例に挙げて説明したが、単結晶部材１０がインゴット状であって、加工層２１を形成してレーザ光照射側の非加工層２２を剥がすことを順次繰り返してもよく、単結晶部材１０の寸法は特に限定しない。
【００４７】
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。単結晶部材１０が例えばシリコンカーバイド（ＳｉＣ）である場合、シリコンである場合に比べて割れ易いので、複数のレーザ光ＢＤの１本あたりのビームパワーを小さくすることが好ましい。
【００４８】
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を形成してもよい。集光点Ｄの基板深さ方向位置を調整するにあたり、集光器７８に補正環（図示せず）を設け、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この補正環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好ましい。
【００４９】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態では、レーザ光をビーム状に分割する回折光学素子７２に代えて、レーザ光をライン状にする回折光学素子（ＤＯＥ、図示せず）を用いる。
【００５０】
図６（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本実施形態で、集光器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模式的平面図および模式的側面断面図である。本実施形態では、回折光学素子を通過したレーザ光が単結晶部材内部に集光することで変質部９１がレーザ走査方向に一列に形成されていく。
【００５１】
この変質部９１は、一本のライン状となっている。本実施形態では、この一方向は、レーザ光の走査方向Ｓに直交する方向となっているが、直交していなくてもよい。
【００５２】
変質部９１を一列に形成した後、単結晶部材１０とレーザ集光手段（ＤＯＥ、凸レンズ７４、および、集光器７８）とを、レーザ光の走査方向Ｓに直交するオフセット方向に相対的に移動させ、同様に変質部９１を一列に形成していく。オフセット間隔ｗは、例えば、１４μｍであり、変質部９１が形成された加工層の両側の非加工層を剥離可能にすることを考慮してオフセット間隔ｗを設定することができる。
【００５３】
本実施形態により、第１実施形態と同様、１本のレーザ光Ｂを単結晶部材１０に入射させて１つの集光点を形成する従来例に比べ、加工層の形成速度を格段に速くすることができる。
【００５４】
また、レーザ光Ｂは単結晶部材１０内部でライン状に集光するので、第１実施形態に比べ、加工痕のピッチを考慮する必要がない。
【００５５】
＜実験例＞
本発明者は、以下の条件で実験を行い、得られた内部加工層形成単結晶部材の評価を行った。
【００５６】
加工試料  ：  単結晶Ｐ型シリコンウエハ
１）厚さ：  ６２５μｍ
２）大きさ  ：  φ１５０ｍｍ
３）結晶方位  ：（１００）
レーザ発振器  ：  ＹＡＧパルスレーザ発振器
１）波長：１０６４ｎｍ
２）モード  ：  シングルモード
３）パルス幅  ：  １２０ｎｍ
ビームスプリッタ
１）  分岐ビーム数  ：  ６
加工条件  １）分岐ビーム加工ピッチ  ｐ：  ２．０μｍ
ｋ：  ２．０μｍ
２）加工オフセット  ｗ：  ８．０μｍ
３）分岐ビームパワー  :  表１に示すパワー
【表１】
2015074002.tif 000003
【００５７】
加工手順および評価  ：  
１）分岐ビームの焦点を試料ウエハ表面となるように集光器の高さ位置を調整する。
２）次に、その位置から集光器高さを試料ウエハ方向に８０μｍ加工させ、分岐ビーム焦点を試料ウエハ内部に移動する。
３）上記加工条件で、φ１５０ｍｍウエハ内部の１００ｍｍ×１００ｍｍの部分にレーザを照射した。
４）この試料を２個作成した。
５）１個の試料を使用して、レーザ照射部分の１辺をダイシングにより切り出し、加工層を露出させ、５０箇所の加工層の位置の差を共焦点レーザ顕微鏡（機種名：ＯＬＳ−４０００  オリンパス（株）製）により測定したところ、３μｍ以下であった。なお、加工層位置の測定結果を表２に示す。表２では、ウエハのレーザ照射面側の表面を基準にした測定結果を示している。
６）残りの１試料からレーザ照射領域部分を、ダイシングにより切り出した。その切り出したウエハは、切り出した状態で応力を負荷させることなく加工層で２枚に分断、剥離することができた。
７）剥離したウエハの表面粗さを非接触三次元測定装置（ＰＦ−６０：三鷹光器（株）製）で測定した結果、表面粗さＲａ＝２．８μｍであった。
【表２】
2015074002.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００５８】
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、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】
【００５９】
１０  単結晶部材
２０  内部加工層形成単結晶部材
２０ｔ  被照射面
２１  加工層
２１ｃ  変質部
２１ｓ  加工痕
２２  非加工層（非加工部）
７２  回折光学素子（ビームスプリッタ、レーザ集光手段）
７４  凸レンズ（凸レンズ、レーザ集光手段）
７８  集光器
８２  集光レンズ群
９１  変質部
Ｂ  レーザ光
ＢＤ  レーザ光
【図１】
2015074002.tif 000005
【図２】
2015074002.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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