JP7405365B2 - レーザ加工方法、半導体部材製造方法、及び、レーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工方法、半導体部材製造方法、及び、レーザ加工装置に関する。

半導体インゴット等の半導体対象物にレーザ光を照射することにより、半導体対象物の内部に改質領域を形成し、改質領域から延びる亀裂を進展させることにより、半導体対象物から半導体ウェハ等の半導体部材を切り出す加工方法が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２０１７－１８３６００号公報 特開２０１７－０５７１０３号公報

上述した加工方法では、半導体対象物のレーザ光入射面に交差する方向からみて、半導体対象物と同形状の半導体部材を切り出している。これに対して、今後、例えば半導体ウェハから半導体チップを切り出す場合のように、元の半導体対象物よりも小さな単位（すなわち、半導体対象物と異なる形状）で半導体部材を切り出すことが要求され得る。

本発明は、半導体対象物と異なる形状の半導体部材を半導体対象物から取得可能なレーザ加工方法、半導体部材製造方法、及び、レーザ加工装置を提供することを目的とする。

本発明に係るレーザ加工方法は、半導体対象物の内部において半導体対象物の第１表面に対向する仮想面と、第１表面に沿って延びるラインと、に沿って半導体対象物を切断するためのレーザ加工方法であって、ラインに沿って半導体対象物に第１レーザ光を照射することにより、第１表面に交差する第１方向からみてラインに沿って線状に延びる改質領域を形成する第１工程と、第１工程の後に、第１表面から半導体対象物に第２レーザ光を入射させると共に、第２レーザ光の集光点を、第１方向からみて改質領域を通るように仮想面内に移動させることによって、仮想面内に面状に並ぶ複数の改質スポットを形成する第２工程と、を備え、第１工程においては、第１表面に沿った第２方向からみて、少なくとも第１表面から仮想面に渡って改質領域を形成する。

この方法では、第２工程において、第２レーザ光を半導体対象物の第１表面から半導体対象物に入射させ、第２レーザ光の集光点を、半導体対象物の第１表面に対向する仮想面内に移動させ、当該仮想面内に面状に並ぶ複数の改質スポットを形成する。したがって、この改質スポットから延びて仮想面に渡る亀裂を境界として、半導体対象物の切断が可能である。特に、この方法では、第２工程に先立って、第１工程において、半導体対象物の第１表面に沿ったラインに沿って第１レーザ光を照射することにより、当該ラインに沿って線状に改質領域を形成する。この改質領域は、少なくとも半導体対象物の第１表面から仮想面に渡って形成される。したがって、第２工程の後には、仮想面に渡る亀裂を境界とした切断に加えて、改質領域を境界とした切断が可能となる。よって、この方法によれば、元の半導体対象物と異なる形状（より小さな単位）での半導体部材を取得可能である。

なお、第２レーザ光の集光点が、第１方向からみて改質領域を通過する際には、改質領域が第２レーザ光の集光状態に影響を与える結果、改質スポットが形成されにくい。このため、改質領域の周りには、改質スポットが形成されていない領域が形成されやすい。この領域は、改質スポットから延びる亀裂の進展を妨げる機能を有する。よって、この方法によれば、改質領域を境界に切断されて得られる部材の切断面に、改質スポットから延びる亀裂が達することを抑制できる。

本発明に係るレーザ加工方法においては、仮想面は、第１方向に並ぶように複数設定されており、第１工程においては、少なくとも、第１表面から、第１表面から最も離れた仮想面に渡って改質領域を形成してもよい。この場合、第１方向に並ぶ複数の仮想面（仮想面に渡る亀裂）を境界として半導体対象物が切断されることにより、複数の半導体部材が取得可能となる。

本発明に係るレーザ加工方法においては、半導体対象物は、第１表面の反対側の面であって、仮想面に対向する第２表面を有し、第１工程においては、第１表面から第２表面に渡って改質領域を形成してもよい。この場合、半導体対象物の第１表面側の部分に加えて、半導体対象物の第２表面側の部分も改質領域を境界として切断されることにより、複数の半導体部材が取得可能となる。

本発明に係るレーザ加工方法においては、第２工程において、第１方向からみて半導体対象物の周縁を含み、改質スポットが形成されていない周縁領域を形成してもよい。この場合、周縁領域によって、改質スポットから延びる亀裂が半導体対象物の外縁に達することを抑制できる。

本発明に係るレーザ加工方法においては、第２工程において、第２レーザ光の集光点を、第１方向からみて半導体対象物の外部から周縁を通って半導体対象物の内部に至るように移動させることにより、周縁領域を形成してもよい。このように、第２レーザ光の集光点を、半導体対象物の外部から周縁を通って内部に移動させることにより、周縁での集光状態の変化（集光の阻害）を利用して、改質スポットが形成されていない周縁領域を容易に形成できる。

本発明に係るレーザ加工方法においては、半導体対象物の材料は、ガリウムを含んでもよい。この場合、レーザ光の照射によって、複数の改質スポットからそれぞれ延びる複数の亀裂にガリウムが析出すると、当該ガリウムによってレーザ光が吸収され易い状態となる。そのため、より小さな出力により仮想面に渡る亀裂を形成することが可能となる。

本発明に係るレーザ加工方法においては、半導体対象物の材料は、窒化ガリウムを含んでもよい。この場合、レーザ光の照射によって窒化ガリウムが分解されると、亀裂内に窒素ガスが生じる。そのため、当該窒素ガスの圧力（内圧）を利用して、仮想面に渡る亀裂を容易に形成可能となる。

本発明に係る半導体部材製造方法は、上記のレーザ加工方法が備える第１工程及び第２工程と、第２工程の後に、改質スポットから延びて仮想面に渡る亀裂と、改質領域と、を境界として半導体対象物から半導体部材を取得する第３工程と、を備える。この製造方法では、上述したレーザ加工方法の第１工程及び第２工程を実施する。したがって、同様の理由から、元の半導体対象物と異なる形状（より小さな単位）での半導体部材の取得が可能である。

本発明に係る半導体部材製造方法においては、半導体対象物は、半導体インゴットであり、半導体部材は、半導体ウェハであってもよい。この場合、半導体インゴットと異なる形状の半導体ウェハを取得可能である。

本発明に係る半導体製造方法においては、半導体対象物は、半導体ウェハであり、半導体部材は、半導体チップであってもよい。この場合、半導体ウェハと異なる形状の半導体チップを取得可能である。

本発明に係るレーザ加工装置は、半導体対象物の内部において半導体対象物の第１表面に対向する仮想面と、第１表面に沿って延びるラインと、に沿って半導体対象物を切断するためのレーザ加工装置であって、半導体対象物を支持するステージと、ステージに支持された半導体対象物にレーザ光を照射するためのレーザ照射ユニットと、少なくともレーザ照射ユニットの制御を行う制御部と、を備え、制御部は、ラインに沿って半導体対象物に第１レーザ光を照射することにより、第１表面に交差する第１方向からみてラインに沿って線状に延びる改質領域を形成する第１処理と、第１処理の後に、第１表面から半導体対象物に第２レーザ光を入射させると共に、第２レーザ光の集光点を、第１方向からみて改質領域を通るように仮想面内に移動させることによって、仮想面内に面状に並ぶ複数の改質スポットを形成する第２処理と、を実行し、第１処理においては、第１表面に沿った第２方向からみて、少なくとも第１表面から仮想面に渡って改質領域を形成する。

この装置では、第２処理において、第２レーザ光を半導体対象物の第１表面から半導体対象物に入射させ、第２レーザ光の集光点を、半導体対象物の第１表面に対向する仮想面内に移動させ、当該仮想面内に面状に並ぶ複数の改質スポットを形成する。したがって、この改質スポットから延びて仮想面に渡る亀裂を境界として、半導体対象物の切断が可能である。特に、この装置では、第２処理に先立って、第１処理において、半導体対象物の第１表面に沿ったラインに沿って第１レーザ光を照射することにより、当該ラインに沿って線状に改質領域を形成する。この改質領域は、少なくとも半導体対象物の第１表面から仮想面に渡って形成される。したがって、第２処理の後には、仮想面に渡る亀裂を境界とした切断に加えて、改質領域を境界とした切断が可能となる。よって、この装置によれば、元の半導体対象物と異なる形状（より小さな単位）での半導体部材の取得が可能である。

なお、第２レーザ光の集光点が、第１方向からみて改質領域を通過する際には、改質領域が第２レーザ光の集光に影響を与える結果、改質スポットが形成されにくい。このため、改質領域の周りには、改質スポットが形成されていない領域が形成されやすい。この領域は、改質スポットから延びる亀裂の進展を妨げる機能を有する。よって、この装置によれば、改質領域を境界に切断されて得られる部材の切断面に、改質スポットから延びる亀裂が達することを抑制できる。

本発明によれば、半導体対象物と異なる形状の半導体部材を半導体対象物から取得可能なレーザ加工方法、半導体部材製造方法、及び、レーザ加工装置を提供することができる。

一実施形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。 図１に示された対象物としてのＧａＮウェハを示す平面図である。 図２に示されたＧａＮウェハの断面図である。 レーザ加工方法及び半導体部材製造方法の主要な工程を示す図である。 レーザ加工方法及び半導体部材製造方法の主要な工程を示す図である。 レーザ加工方法及び半導体部材製造方法の主要な工程を示す図である。 レーザ加工方法及び半導体部材製造方法の主要な工程を示す図である。 レーザ加工方法及び半導体部材製造方法の主要な工程を示す図である。 レーザ加工方法及び半導体部材製造方法の主要な工程を示す図である。 レーザ加工方法及び半導体部材製造方法の主要な工程を示す図である。 レーザ加工方法及び半導体部材製造方法の主要な工程を示す図である。 レーザ加工方法及び半導体部材製造方法の主要な工程を示す図である。 レーザ加工方法及び半導体部材製造方法の主要な工程を示す図である。 レーザ加工方法及び半導体部材製造方法の主要な工程を示す図である。 レーザ加工方法及び半導体部材製造方法の主要な工程を示す図である。 仮想面に渡る亀裂が形成された状態を示すＧａＮウェハの平面図（写真）である。 半導体部材製造方法の主要な工程を示す図である。 一例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法によって形成されたＧａＮウェハの剥離面の画像である。 図１８に示される剥離面の高さプロファイルである。 他の例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法によって形成されたＧａＮウェハの剥離面の画像である。 図２０に示される剥離面の高さプロファイルである。 一例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法による剥離面の形成原理を説明するための模式図である。 他の例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法による剥離面の形成原理を説明するための模式図である。 一例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の途中で形成された亀裂の画像である。 他の例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の途中で形成された亀裂の画像である。 比較例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法によって形成された改質スポット及び亀裂の画像である。 第１実施例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法によって形成された改質スポット及び亀裂の画像である。 第２実施例及び第３実施例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法によって形成された改質スポット及び亀裂の画像である。 変形例を示す図である。 変形例を示す図である。

以下、一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図の説明において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。また、各図には、Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸によって規定される直交座標系を示す場合がある。
［レーザ加工装置の構成］

図１に示されるように、レーザ加工装置１は、ステージ２と、光源３と、空間光変調器４と、集光レンズ５と、制御部６と、を備えている。レーザ加工装置１は、対象物１１にレーザ光Ｌを照射することにより、対象物１１に改質領域１２を形成する装置である。以下、第１水平方向をＸ軸方向といい、第１水平方向に垂直な第２水平方向をＹ軸方向という。また、鉛直方向をＺ軸方向という。

ステージ２は、例えば対象物１１に貼り付けられたフィルムを吸着することにより、対象物１１を支持する。本実施形態では、ステージ２は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに沿って移動可能である。また、ステージ２は、Ｚ軸方向に平行な軸線を中心線として回転可能である。

光源３は、例えばパルス発振方式によって、対象物１１に対して透過性を有するレーザ光Ｌを出力する。空間光変調器４は、光源３から出力されたレーザ光Ｌを変調する。空間光変調器４は、例えば反射型液晶（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal on Silicon）の空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）である。集光レンズ５は、空間光変調器４によって変調されたレーザ光Ｌを集光する。本実施形態では、空間光変調器４及び集光レンズ５は、レーザ照射ユニットとして、Ｚ軸方向に沿って移動可能である。

ステージ２に支持された対象物１１の内部にレーザ光Ｌが集光されると、レーザ光Ｌの集光点Ｃに対応する部分においてレーザ光Ｌが特に吸収され、対象物１１の内部に改質領域１２が形成される。改質領域１２は、密度、屈折率、機械的強度、その他の物理的特性が周囲の非改質領域とは異なる領域である。改質領域１２としては、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等がある。

一例として、ステージ２をＸ軸方向に沿って移動させ、対象物１１に対して集光点ＣをＸ軸方向に沿って相対的に移動させると、複数の改質スポット１３がＸ軸方向に沿って１列に並ぶように形成される。１つの改質スポット１３は、１パルスのレーザ光Ｌの照射によって形成される。１列の改質領域１２は、１列に並んだ複数の改質スポット１３の集合である。隣り合う改質スポット１３は、対象物１１に対する集光点Ｃの相対的な移動速度及びレーザ光Ｌの繰り返し周波数によって、互いに繋がる場合も、互いに離れる場合もある。

制御部６は、ステージ２、光源３、空間光変調器４及び集光レンズ５（すなわちレーザ照射ユニット）を制御する。制御部６は、プロセッサ、メモリ、ストレージ及び通信デバイス等を含むコンピュータ装置として構成されている。制御部６では、メモリ等に読み込まれたソフトウェア（プログラム）が、プロセッサによって実行され、メモリ及びストレージにおけるデータの読み出し及び書き込み、並びに、通信デバイスによる通信が、プロセッサによって制御される。これにより、制御部６は、各種機能を実現する。
［レーザ加工方法及び半導体部材製造方法の一実施形態］

本実施形態に係るレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の対象物１１は、図２及び図３に示されるように、窒化ガリウム（ＧａＮ）によって例えば矩形板状に形成されたＧａＮウェハ（半導体ウェハ、半導体対象物）２０である。ＧａＮウェハ２０のサイズは、例えば５０ｍｍ×５０ｍｍ程度である（一例として、ＧａＮウェハ２０が円板状である場合には、φ２ｉｎｃｈ程度）。

ＧａＮウェハ２０は、第１表面２０ａと、第１表面２０ａの反対側の第２表面２０ｂと、を有している。ここでは、第１表面２０ａと第２表面２０ｂとは、互に平行である。また、ＧａＮウェハ２０には、仮想面１５及びラインＡ１，Ａ２が設定される。仮想面１５は、ＧａＮウェハ２０の内部においてＧａＮウェハ２０の第１表面２０ａ及び第２表面２０ｂに対向する面である。ここでは、仮想面１５は、第１表面２０ａに平行な面であり、例えば矩形状を呈している。ラインＡ１は、第１表面２０ａに沿った仮想的な線である。ラインＡ２は、第１表面２０ａに沿うと共にラインＡ１に交差（直交）する線である。

また、ＧａＮウェハ２０には、第１表面２０ａに交差（直交）する第１方向（ここではＺ軸方向）からみて仮想面１５を囲うように、後述する周縁領域１６に対応する部分が設定されている。つまり、仮想面１５は、Ｚ軸方向からみてＧａＮウェハ２０の外縁に至っていない。周縁領域１６は、Ｚ軸方向からみて例えば矩形環状である。周縁領域１６の幅（ここでは、Ｚ軸方向からみたときの仮想面１５の外縁とＧａＮウェハ２０の外縁との距離）は、例えば３０μｍ以上である。

本実施形態に係るレーザ加工方法、及び、半導体部材製造方法は、ＧａＮウェハ２０を、仮想面１５及びラインＡ１，Ａ２に沿って切断することにより、ＧａＮウェハ２０から複数のチップ（半導体チップ、半導体部材）３０Ａを切り出すために実施される。チップ３０Ａに対応する部分は、ＧａＮウェハ２０のうちの、第１表面２０ａに沿った第２方向（ここではＸ軸方向又はＹ軸方向）からみて仮想面１５を境界とし、Ｚ軸方向からみてラインＡ１，Ａ２を境界とする部分である。ここでは、１つのＧａＮウェハ２０に対して８つのチップ３０Ａとなる部分が設定される。チップ３０Ａのサイズは、例えば２５ｍｍ×２５ｍｍ程度である。

このレーザ加工方法及び半導体部材製造方法では、まず、図４、図５、及び図６に示されるように、上述したレーザ加工装置１が、ラインＡ１，Ａ２に沿ってＧａＮウェハ２０に第１レーザ光Ｌ１（例えば５３２ｎｍの波長を有する）を照射することにより、Ｚ軸方向からみてラインＡ１，Ａ２に沿って線状に延びる改質領域Ｍ１，Ｍ２（加工痕）を形成する（第１工程）。第１工程について、より具体的に説明する。

第１工程では、まず、対象物１１としてのＧａＮウェハ２０を、ステージ２に配置する。このとき、一例として第１表面２０ａがレーザ照射ユニット（集光レンズ５）側に向くようにする。続いて、レーザ加工装置１が、第１レーザ光Ｌ１の集光点Ｃ１が、ＧａＮウェハ２０の内部に位置するようにステージ２等を制御する。そして、レーザ加工装置１が、Ｚ軸方向からみて第１レーザ光Ｌ１の集光点Ｃ１がラインＡ１に沿って（ラインＡ１上を）相対移動するように、ステージ２及びレーザ照射ユニットを制御する。ここでは、一例として、ラインＡ１がＸ軸方向に沿うようにされており、レーザ照射ユニットが第１レーザ光Ｌ１をＧａＮウェハ２０に照射している状態で、ステージ２がＸ軸方向に沿って移動させられることにより、集光点Ｃ１がラインＡ１に沿って移動させられる。

この第１レーザ光Ｌ１のラインＡ１に沿った照射を、Ｚ軸方向について第１表面２０ａからより離れた位置（すなわち、ＧａＮウェハ２０のより深い加工位置）から、Ｚ軸方向について第１表面２０ａにより近い位置（すなわち、ＧａＮウェハ２０のより浅い加工位置）に至るまで繰り返し実施する。このとき、集光点Ｃ１が、Ｚ軸方向について第１表面２０ａ及び第２表面２０ｂに位置する場合があってもよい。これにより、Ｘ軸方向又はＹ軸方向からみて、第１表面２０ａから第２表面２０ｂに渡る改質領域Ｍ１が形成される。

続いて、第１工程では、第１レーザ光Ｌ１の集光点Ｃ１がＧａＮウェハ２０の内部に位置させられた状態において、レーザ加工装置１が、Ｚ軸方向からみて集光点Ｃ１がラインＡ２に沿って（ラインＡ２上を）相対移動するように、ステージ２及びレーザ照射ユニットを制御する。ここでは、一例として、ステージ２の回転によって、ラインＡ２がＸ軸方向に沿うようにＧａＮウェハ２０の配置が変更されており、その状態において、レーザ照射ユニットが第１レーザ光Ｌ１をＧａＮウェハ２０に照射しつつ、ステージ２がＸ軸方向に沿って移動させられることにより、集光点Ｃ１がラインＡ２に沿って移動させられる。

この第１レーザ光Ｌ１のラインＡ２に沿った照射を、Ｚ軸方向について第１表面２０ａからより離れた位置（すなわち、ＧａＮウェハ２０のより深い加工位置）から、Ｚ軸方向について第１表面２０ａにより近い位置（すなわち、ＧａＮウェハ２０のより浅い加工位置）に至るまで繰り返し実施する。このとき、集光点Ｃ１が、Ｚ軸方向について第１表面２０ａ及び第２表面２０ｂに位置する場合があってもよい。これにより、Ｘ軸方向又はＹ軸方向からみて、第１表面２０ａから第２表面２０ｂに渡る改質領域Ｍ２が形成される。図６は、第１工程の後の状態を示す。

以上の第１工程は、レーザ加工装置１の制御部６の制御のもとで行われる。すなわち、制御部６は、ラインＡ１，Ａ２に沿ってＧａＮウェハ２０に第１レーザ光Ｌ１を照射することにより、第１表面２０ａにＺ軸方向からみてラインＡ１，Ａ２に沿って線状に延びる改質領域Ｍ１，Ｍ２を形成する第１処理を実行する。特に、第１処理においては、第１表面２０ａに沿ったＸ軸方向又はＹ軸方向からみて、少なくとも第１表面２０ａから仮想面１５に渡って改質領域Ｍ１，Ｍ２を形成する。

なお、ここでの改質領域Ｍ１，Ｍ２は、複数の改質スポットに加えて、改質スポットから延びる亀裂を含む。したがって、改質領域Ｍ１，Ｍ２が、ある第１位置から別の第２位置に渡って形成されるといった場合には、第１位置と第２位置との間に改質スポットが連続的に形成される場合もあるし、第１位置と第２位置との間に亀裂と改質スポットとが交互に形成される場合もある。後者の場合には、さらには、１つの改質スポットから延びる亀裂と、当該一の改質スポットの隣の別の改質スポットから延びる亀裂とが、互いに繋がっていない場合もあり得る。したがって、第１位置又は第２位置に存在するのは、改質スポットの場合もあるし、亀裂の場合もあるし、亀裂間の部分である場合もある。

なお、後述する周縁領域１６には、改質領域Ｍ１，Ｍ２（少なくとも改質スポット）を形成しない（改質スポットから延びる亀裂は形成される場合がある）。すなわち、第１工程では、Ｚ軸方向からみて仮想面１５とラインＡ１，Ａ２とが重なる部分でのみ改質領域Ｍ１，Ｍ２の形成を行う。そのための方法としては、ＧａＮウェハ２０の周縁（エッジ）を覆うようなマスクを用いる方法や、集光点Ｃ１がＧａＮウェハ２０の周縁を通る際に第１レーザ光Ｌ１をオフとする方法を用いてもよい。或いは、第１レーザ光Ｌ１をオンとしたまま、集光点Ｃ１をＧａＮウェハ２０の外部から周縁を通ってＧａＮウェハ２０の内部に至るように移動させることにより、ＧａＮウェハ２０の周縁において第１レーザ光Ｌ１の集光状態が変化する（集光が阻害される）ことを利用して、改質領域Ｍ１，Ｍ２が形成されない周縁領域１６を形成してもよい。

本実施形態に係るレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の続く工程では、仮想面１５に沿って、例えば５３２ｎｍの波長を有する第２レーザ光Ｌ２をＧａＮウェハ２０に照射し、複数の改質スポットを形成する（第２工程）。

この第２工程について、図７～１４について詳細に説明する。なお、以下では、矢印は、第２レーザ光Ｌ２の集光点Ｃ２の軌跡を示している。また、後述する改質スポット１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを包括して改質スポット１３といい、後述する亀裂１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを包括して亀裂１４という場合がある。

まず、レーザ加工装置１が、図７及び図８に示されるように、第１表面２０ａからＧａＮウェハ２０の内部に第２レーザ光Ｌ２を入射させることにより、仮想面１５に沿って（例えば、仮想面１５の全体に沿って２次元に並ぶように）複数の改質スポット１３ａを形成する。このとき、レーザ加工装置１は、複数の改質スポット１３ａからそれぞれ延びる複数の亀裂１４ａが互いに繋がらないように、複数の改質スポット１３ａを形成する。また、レーザ加工装置１は、パルス発振された第２レーザ光Ｌ２の集光点Ｃ２を仮想面１５に沿って移動させることにより、複数列の改質スポット１３ａ（第１改質スポット）を形成する。なお、図７及び図８では、改質スポット１３ａが白抜き（ハッチングなし）で示されており、亀裂１４ａが延びる範囲が破線で示されている（他の図でも同様）。

本実施形態では、パルス発振された第２レーザ光Ｌ２が、Ｙ軸方向に並ぶ複数（例えば６つ）の集光点Ｃ２に集光されるように、空間光変調器４によって変調される。そして、複数の集光点Ｃ２が、Ｘ軸方向に沿って仮想面１５上を相対的に移動させられる。一例として、Ｙ軸方向において隣り合う集光点Ｃ２間の距離は８μｍであり、第２レーザ光Ｌ２のパルスピッチ（すなわち、複数の集光点Ｃ２の相対的な移動速度を、第２レーザ光Ｌ２の繰り返し周波数で除した値）は１０μｍである。また、１つの集光点Ｃ２当たりの第２レーザ光Ｌ２のパルスエネルギー（以下、単に「第２レーザ光Ｌ２のパルスエネルギー」という）は、０．３３μＪである。この場合、Ｙ軸方向において隣り合う改質スポット１３ａの中心間距離は８μｍとなり、Ｘ軸方向において隣り合う改質スポット１３ａの中心間距離は１０μｍとなる。また、複数の改質スポット１３ａからそれぞれ延びる複数の亀裂１４ａは互いに繋がらない。

続いて、レーザ加工装置１が、図９及び図１０に示されるように、第１表面２０ａからＧａＮウェハ２０の内部に第２レーザ光Ｌ２を入射させることにより、仮想面１５に沿って（例えば、仮想面１５の全体に沿って２次元に並ぶように）複数の改質スポット１３ｂ（第２改質スポット）を形成する。このとき、レーザ加工装置１は、複数の改質スポット１３ａ及び複数の亀裂１４ａに重ならないように、複数の改質スポット１３ｂを形成する。また、レーザ加工装置１は、パルス発振された第２レーザ光Ｌ２の集光点Ｃ２を複数列の改質スポット１３ａの列間において仮想面１５に沿って移動させることにより、複数列の改質スポット１３ｂを形成する。この工程では、複数の改質スポット１３ｂからそれぞれ延びる複数の亀裂１４ｂが、複数の亀裂１４ａに繋がってもよい。なお、図９及び図１０では、改質スポット１３ｂがドットハッチングで示されており、亀裂１４ｂが延びる範囲が破線で示されている（他の図でも同様）。

本実施形態では、パルス発振された第２レーザ光Ｌ２が、Ｙ軸方向に並ぶ複数（例えば６つ）の集光点Ｃ２に集光されるように、空間光変調器４によって変調される。そして、複数の集光点Ｃ２が、複数列の改質スポット１３ａの列間の中心において、Ｘ軸方向に沿って仮想面１５上を相対的に移動させられる。一例として、Ｙ軸方向において隣り合う集光点Ｃ２間の距離は８μｍであり、第２レーザ光Ｌ２のパルスピッチは１０μｍである。また、第２レーザ光Ｌ２のパルスエネルギーは、０．３３μＪである。この場合、Ｙ軸方向において隣り合う改質スポット１３ｂの中心間距離は８μｍとなり、Ｘ軸方向において隣り合う改質スポット１３ｂの中心間距離は１０μｍとなる。

続いて、レーザ加工装置１が、図１１及び図１２に示されるように、第１表面２０ａからＧａＮウェハ２０の内部に第２レーザ光Ｌ２を入射させることにより、仮想面１５に沿って（例えば、仮想面１５の全体に沿って２次元に並ぶように）複数の改質スポット（第３改質スポット）１３ｃを形成する。更に、レーザ加工装置１が、図１３及び図１４に示されるように、第１表面２０ａからＧａＮウェハ２０の内部に第２レーザ光Ｌ２を入射させることにより、仮想面１５に沿って（例えば、仮想面１５の全体に沿って２次元に並ぶように）複数の改質スポット（第３改質スポット）１３ｄを形成する。このとき、レーザ加工装置１は、複数の改質スポット１３ａ，１３ｂに重ならないように、複数の改質スポット１３ｃ，１３ｄを形成する。

また、レーザ加工装置１は、パルス発振された第２レーザ光Ｌ２の集光点Ｃ２を複数列の改質スポット１３ａ，１３ｂの列間において仮想面１５に沿って移動させることにより、複数列の改質スポット１３ｃ，１３ｄを形成する。この工程では、複数の改質スポット１３ｃ，１３ｄからそれぞれ延びる複数の亀裂１４ｃ，１４ｄが、複数の亀裂１４ａ，１４ｂに繋がってもよい。なお、図１１及び図１２では、改質スポット１３ｃが実線ハッチングで示されており、亀裂１４ｃが延びる範囲が破線で示されている（他の図でも同様）。また、図１３及び図１４では、改質スポット１３ｄが実線ハッチング（改質スポット１３ｃの実線ハッチングとは逆に傾斜する実線ハッチング）で示されており、亀裂１４ｄが延びる範囲が破線で示されている。

本実施形態では、パルス発振された第２レーザ光Ｌ２が、Ｙ軸方向に並ぶ複数（例えば６つ）の集光点Ｃ２に集光されるように、空間光変調器４によって変調される。そして、複数の集光点Ｃ２が、複数列の改質スポット１３ａ，１３ｂの列間の中心において、Ｘ軸方向に沿って仮想面１５上を相対的に移動させられる。一例として、Ｙ軸方向において隣り合う集光点Ｃ２間の距離は８μｍであり、第２レーザ光Ｌ２のパルスピッチは５μｍである。また、第２レーザ光Ｌ２のパルスエネルギーは、０．３３μＪである。この場合、Ｙ軸方向において隣り合う改質スポット１３ｃの中心間距離は８μｍとなり、Ｘ軸方向において隣り合う改質スポット１３ｃの中心間距離は５μｍとなる。また、Ｙ軸方向において隣り合う改質スポット１３ｄの中心間距離は８μｍとなり、Ｘ軸方向において隣り合う改質スポット１３ｄの中心間距離は５μｍとなる。

この第２工程では、以上のように、第１表面２０ａからＧａＮウェハ２０に第２レーザ光Ｌ２を入射させると共に、第２レーザ光Ｌ２の集光点Ｃ２を、仮想面１５内に移動させることによって、仮想面１５内に面状に並ぶ複数の改質スポット１３を形成する。なお、第２工程においては、第２レーザ光Ｌ２の集光点Ｃ２を、Ｚ軸方向からみて改質領域Ｍ１，Ｍ２を通るように仮想面１５内に移動させる。

以上の第２工程は、レーザ加工装置１の制御部６の制御のもとで行われる。すなわち、ここでは、制御部６は、第１処理の後に、第１表面２０ａからＧａＮウェハ２０に第２レーザ光Ｌ２を入射させると共に、第２レーザ光Ｌ２の集光点Ｃ２を、Ｚ軸方向からみて改質領域Ｍ１，Ｍ２を通るように仮想面１５内に移動させることによって、仮想面１５内に面状に並ぶ複数の改質スポット１３を形成する第２処理を実行する。

また、この第２工程では、改質スポット１３が形成されていない（改質スポットから延びる亀裂は形成される場合がある）周縁領域１６を形成する。そのために、本実施形態では、第２レーザ光Ｌ２をオンとしたまま、集光点Ｃ２をＧａＮウェハ２０の外部からＧａＮウェハ２０周縁（エッジ）を通ってＧａＮウェハ２０の内部に至るように移動させることにより、ＧａＮウェハ２０の周縁（エッジ）において第２レーザ光Ｌ２の集光状態が変化する（集光が阻害される）ことを利用して、改質スポット１３が形成されていない周縁領域１６を形成する。ただし、ＧａＮウェハ２０の周縁を覆うようなマスクを用いる方法や、集光点Ｃ２がＧａＮウェハ２０の周縁を通る際に第２レーザ光Ｌ２をオフとする方法により、改質スポット１３が形成されていない周縁領域１６を形成してもよい。

ここで、第１工程における第１レーザ光Ｌ１の照射と、第２工程における第２レーザ光Ｌ２の照射とでは、要求される改質領域及び亀裂の態様が異なることから、照射条件も異なる場合がある。すなわち、第１工程では、ＧａＮウェハ２０を縦に（第１表面２０ａに直交する面で）切断するために、改質領域及び亀裂（改質層）を縦方向（第１表面２０ａに直交する方向（Ｚ軸方向））に延ばす必要がある。このため、第１工程では、縦長の改質領域（溶融・高内圧領域）及び亀裂を形成すると共に、当該縦長の改質領域及び亀裂を縦方向に整列させるように、第１レーザ光Ｌ１を照射する。

そして、内圧の高まりによる応力分布によって隣接する亀裂を引張させて縦方向に伸展させる。これにより、ＧａＮウェハ２０を縦に切断可能とする。このとき、第１レーザ光Ｌ１のパルス幅は、第２レーザ光Ｌ２のパルス幅と比較して相対的に長くされ、第１レーザ光Ｌ１のパルスエネルギー及びパルスピッチは、第２レーザ光Ｌ２のパルスエネルギー及びパルスピッチと比較して相対的に大きくされ得る。一例として、第１レーザ光Ｌ１の出力は１０μＪ～２０μＪ、パルスピッチは１０μｍであり、相対的に高出力で疎の加工とする。

一方で、第２工程では、ＧａＮウェハ２０を横に（第１表面２０ａに平行な面（仮想面１５）で）切断するために、改質領域及び亀裂を横方向（第１表面２０ａに平行な方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向））に延ばす必要がある。このため、第２工程では、点状の改質領域（溶融・高内圧領域）及び亀裂を形成すると共に、横方向に改質領域及び亀裂を整列させるように、第２レーザ光Ｌ２を照射する。

そして、内圧の高まりによる応力分布によって、改質領域のそれぞれから延びる亀裂を横方向に伸展・連結させ、横亀裂を形成する。これにより、ＧａＮウェハ２０を横に切断可能とする。このとき、第２レーザ光Ｌ２のパルス幅は、第１レーザ光Ｌ１のパルス幅と比較して相対的に短くされ、第２レーザ光Ｌ２のパルスエネルギー及びパルスピッチは、第１レーザ光Ｌ１のパルスエネルギー及びパルスピッチと比較して相対的に小さくされ得る。一例として、第２レーザ光Ｌ２の出力は、１．５μＪ～２μＪ、パルスピッチは１μｍであり、相対的に低出力で密の加工とする。この例では、第２レーザ光Ｌ２の出力及びパルスピッチが、第１レーザ光Ｌ１の出力及びパルスピッチの１／１０程度とされる。

本実施形態に係るレーザ加工方法、及び半導体部材製造方法では、引き続いて、ヒータ等を備える加熱装置が、ＧａＮウェハ２０を加熱し、複数の改質スポット１３からそれぞれ延びる複数の亀裂１４を互いに繋げることにより、図１５に示されるように、仮想面１５に渡る亀裂１７（以下、単に「亀裂１７」という）を形成する。なお、加熱以外の方法でＧａＮウェハ２０に何らかの力を作用させることにより、複数の亀裂１４を互いに繋げて亀裂１７を形成してもよい。また、仮想面１５に沿って複数の改質スポット１３を形成することにより、複数の亀裂１４を互いに繋げて亀裂１７を形成してもよい。

ここで、ＧａＮウェハ２０においては、複数の改質スポット１３からそれぞれ延びる複数の亀裂１４内に窒素ガスが生じている。そのため、ＧａＮウェハ２０を加熱して窒素ガスを膨張させることにより、窒素ガスの圧力（内圧）を利用して亀裂１７を形成することができる。しかも、周縁領域１６によって、当該周縁領域１６が囲む仮想面１５の外部（例えば、ＧａＮウェハ２０の外縁（側面））への複数の亀裂１４の進展が阻まれるため、複数の亀裂１４内に生じた窒素ガスが仮想面１５の外部に逃げるのを抑制することができる。つまり、周縁領域１６は、改質スポット１３を含まない非改質領域であって、当該周縁領域１６が囲む仮想面１５に亀裂１７が形成される際に、当該周縁領域１６が囲む仮想面１５の外部への複数の亀裂１４の進展を阻む領域である。そのために、周縁領域１６の幅を３０μｍ以上とすることが好ましい。

図１６は、仮想面に渡る亀裂が形成された状態を示すＧａＮウェハの平面図（写真）である。仮想面１５に渡る亀裂１７には、第２レーザ光Ｌ２の照射でガリウム（析出物）が析出されている。これにより、図１６に示されるように、亀裂１７が他の部分よりも暗い（観察光の透過率が減少した）部分として観察される。ここでは、ＧａＮウェハ２０におけるチップ３０Ａのそれぞれに対応する部分に、仮想面１５に渡る亀裂１７が形成されていることが理解される。

なお、周縁領域１６を形成する際に、ＧａＮウェハ２０の周縁での集光状態の変化を利用すれば、周縁領域１６に対して、改質スポット１３から延びる亀裂がわずかに含まれ得る。これにより、周縁領域１６に対して、チップ３０Ａの外縁（ＧａＮウェハ２０の外縁）に亀裂１７が至る部分１６ａが形成される。当該部分１６ａは、亀裂１７内に生じた窒素ガスのガス抜きの機能を有する。これにより、ＧａＮウェハ２０のチップ３０Ａに対応する部分のそれぞれにおいて、内圧の過剰な上昇が抑制され得る。

本実施形態に係るレーザ加工方法、及び半導体部材製造方法では、引き続いて、図１５及び図１７に示されるように、研削装置が、ＧａＮウェハ２０の周縁領域１６に対応する部分を研削（研磨）することにより、亀裂１７及び改質領域Ｍ１，Ｍ２のそれぞれを境界としてＧａＮウェハ２０から複数のチップ３０Ａを取得する（第３工程）。このように、ＧａＮウェハ２０は、仮想面１５及びラインＡ１，Ａ２に沿って切断される。なお、この工程では、研削以外の機械加工、レーザ加工等によって、ＧａＮウェハ２０の周縁領域１６に対応する部分を除去してもよい。

以上の工程のうち、仮想面１５に沿って複数の改質スポット１３を形成する工程までが本実施形態に係るレーザ加工方法である。また、以上の工程のうち、亀裂１７及び改質領域Ｍ１，Ｍ２を境界としてＧａＮウェハ２０から複数のチップ３０Ａを取得する工程までが、本実施形態の半導体部材製造方法である。

以上説明したように、本実施形態に係るレーザ加工方法では、第２工程において、第２レーザ光Ｌ２をＧａＮウェハ２０の第１表面２０ａからＧａＮウェハ２０に入射させ、第２レーザ光Ｌ２の集光点Ｃ２を、ＧａＮウェハ２０の第１表面２０ａに対向する仮想面１５内に移動させ、当該仮想面１５内に面状に並ぶ複数の改質スポット１３を形成する。したがって、この改質スポット１３から延びて仮想面１５に渡る亀裂１７を境界として、ＧａＮウェハ２０の切断が可能である。

特に、本実施形態に係るレーザ加工方法では、第２工程に先立って、第１工程において、ＧａＮウェハ２０の第１表面２０ａに沿ったラインＡ１，Ａ２に沿って第１レーザ光Ｌ１を照射することにより、当該ラインＡ１，Ａ２に沿って線状に改質領域Ｍ１，Ｍ２を形成する。この改質領域Ｍ１，Ｍ２は、少なくともＧａＮウェハ２０の第１表面２０ａから仮想面１５に渡って形成される。したがって、第２工程の後に、仮想面１５に渡る亀裂１７を境界とした切断に加えて、改質領域Ｍ１，Ｍ２を境界とした切断が可能となる。よって、この方法によれば、元のＧａＮウェハ２０と異なる形状（より小さな単位）でのチップ３０Ａを取得可能である。

なお、第２レーザ光Ｌ２の集光点Ｃ２が、Ｚ軸方向からみて改質領域Ｍ１，Ｍ２を通過する際には、改質領域Ｍ１，Ｍ２が第２レーザ光Ｌ２の集光状態に影響を与える結果、改質スポット１３が形成されにくい。このため、改質領域Ｍ１，Ｍ２の周りには、改質スポット１３が形成されていない領域が形成されやすい。この領域は、改質スポットから延びる亀裂の進展を妨げる機能を有する。よって、本実施形態に係るレーザ加工方法方によれば、改質領域Ｍ１，Ｍ２を境界に切断されて得られる部材の切断面に、改質スポットから延びる亀裂が達することを抑制できる。

また、本実施形態に係るレーザ加工方法においては、ＧａＮウェハ２０は、第１表面２０ａの反対側の面であって、仮想面１５に対向する第２表面２０ｂを有している。そして、第１工程においては、第１表面２０ａから第２表面２０ｂに渡って改質領域Ｍ１，Ｍ２を形成する。このため、ＧａＮウェハ２０の第１表面２０ａ側の部分に加えて、ＧａＮウェハ２０の第２表面２０ｂ側の部分も改質領域Ｍ１，Ｍ２を境界として切断されることにより、複数のチップ３０Ａが取得可能となる。

また、本実施形態に係るレーザ加工方法においては、第２工程において、Ｚ軸方向からみてＧａＮウェハ２０の周縁を含み、改質スポット１３が形成されていない周縁領域１６を形成する。このため、周縁領域１６によって、改質スポット１３から延びる亀裂がＧａＮウェハ２０の外縁に達することを抑制できる。

また、本実施形態に係るレーザ加工方法においては、第２工程において、第２レーザ光Ｌ２の集光点Ｃ２を、Ｚ軸方向からみてＧａＮウェハ２０の外部から周縁を通ってＧａＮウェハ２０の内部に至るように移動させることにより、周縁領域１６を形成する。このように、第２レーザ光Ｌ２の集光点Ｃ２を、ＧａＮウェハ２０の外部から周縁を通って内部に移動させることにより、周縁での集光状態の変化（集光の阻害）を利用して、改質スポット１３が形成されていない周縁領域１６を容易に形成できる。

また、本実施形態に係るレーザ加工方法においては、対象物１１の材料は、ガリウムを含んでいる。このため、第２レーザ光Ｌ２の照射によって、複数の改質スポット１３からそれぞれ延びる複数の亀裂１４にガリウムが析出すると、当該ガリウムによって第２レーザ光Ｌ２が吸収され易い状態となる。そのため、より小さな出力により仮想面１５に渡る亀裂１７を形成することが可能となる。

さらに、本実施形態に係るレーザ加工方法においては、対象物１１の材料は、窒化ガリウムを含んでいる。このため、第２レーザ光Ｌ２の照射によって窒化ガリウムが分解されると、亀裂１４内に窒素ガスが生じる。そのため、当該窒素ガスの圧力（内圧）を利用して、仮想面１５に渡る亀裂１７を容易に形成可能となる。

なお、本実施形態に係る半導体部材製造方法は、上記のレーザ加工方法が備える第１工程及び第２工程と、第２工程の後に、仮想面１５に渡る亀裂１７と、改質領域Ｍ１，Ｍ２と、を境界としてＧａＮウェハ２０からチップ３０Ａを取得する第３工程と、を備える。したがって、同様の理由から、元のＧａＮウェハ２０と異なる形状（より小さな単位）でのチップ３０Ａの取得が可能である。

さらに、本実施形態に係るレーザ加工装置１では、第２処理において、第２レーザ光Ｌ２をＧａＮウェハ２０の第１表面２０ａからＧａＮウェハ２０に入射させ、第２レーザ光Ｌ２の集光点Ｃ２を、ＧａＮウェハ２０の第１表面２０ａに対向する仮想面１５内に移動させ、当該仮想面１５内に面状に並ぶ複数の改質スポット１３を形成する。したがって、この改質スポット１３から延びて仮想面１５に渡る亀裂１７を境界として、ＧａＮウェハ２０の切断が可能である。特に、レーザ加工装置１では、第２処理に先立って、第１処理において、ＧａＮウェハ２０の第１表面２０ａに沿ったラインＡ１，Ａ２に沿って第１レーザ光Ｌ１を照射することにより、当該ラインＡ１，Ａ２に沿って線状に改質領域Ｍ１，Ｍ２を形成する。この改質領域Ｍ１，Ｍ２は、第１表面２０ａから第２表面２０ｂに渡って形成される。したがって、第２処理の後には、仮想面１５に渡る亀裂１７を境界とした切断に加えて、改質領域Ｍ１，Ｍ２を境界とした切断が可能となる。よって、レーザ加工装置１によれば、元のＧａＮウェハ２０と異なる形状（より小さな単位）でのＧａＮウェハ２０の取得が可能である。

ここで、本実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法によってＧａＮウェハを形成した場合に、ＧａＮウェハの剥離面に現れる凹凸が小さくなることを示す実験結果について説明する。なお、以下の説明では、対象物１１としてＧａＮインゴットを用い、ＧａＮインゴットの仮想面に沿った剥離によってＧａＮウェハを形成した場合について説明するが、ＧａＮウェハ２０の仮想面１５に沿った剥離によってチップ３０Ａを形成する場合も同様である。

図１８は、一例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法によって形成されたＧａＮウェハの剥離面の画像であり、図１９の（ａ）及び（ｂ）は、図１８に示される剥離面の高さプロファイルである。この例では、５３２ｎｍの波長を有する第２レーザ光Ｌ２をＧａＮインゴットの第１表面２０ａからＧａＮインゴットの内部に入射させ、１つの集光点Ｃ２を、Ｘ軸方向に沿って仮想面１５上を相対的に移動させることにより、仮想面１５に沿って複数の改質スポット１３を形成した。このとき、Ｙ軸方向において隣り合う集光点Ｃ２間の距離を１０μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスピッチを１μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスエネルギーを１μＪとした。この場合、図１９の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、ＧａＮウェハの剥離面（亀裂１７によって形成された面）に２５μｍ程度の凹凸が現れた。

図２０は、他の例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法によって形成されたＧａＮウェハの剥離面の画像であり、図２１の（ａ）及び（ｂ）は、図２０に示される剥離面の高さプロファイルである。この例では、５３２ｎｍの波長を有する第２レーザ光Ｌ２をＧａＮインゴットの第１表面２０ａからＧａＮインゴットの内部に入射させ、本実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の第１工程及び第２工程と同様に、仮想面１５に沿って複数の改質スポット１３を形成した。

複数の改質スポット１３ａを形成する際には、Ｙ軸方向において隣り合う集光点Ｃ２間の距離を６μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスピッチを１０μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスエネルギーを０．３３μＪとした。複数の改質スポット１３ｂを形成する際には、Ｙ軸方向において隣り合う集光点Ｃ２間の距離を６μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスピッチを１０μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスエネルギーを０．３３μＪとした。複数の改質スポット１３ｃを形成する際には、Ｙ軸方向において隣り合う集光点Ｃ２間の距離を６μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスピッチを５μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスエネルギーを０．３３μＪとした。複数の改質スポット１３ｄを形成する際には、Ｙ軸方向において隣り合う集光点Ｃ２間の距離を６μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスピッチを５μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスエネルギーを０．３３μＪとした。この場合、図２１の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、ＧａＮウェハの剥離面に５μｍ程度の凹凸が現れた。

以上の実験結果から、本実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法によって形成されたＧａＮウェハでは、ＧａＮウェハの剥離面に現れる凹凸が小さくなること、すなわち、仮想面１５に沿って亀裂１７が精度良く形成されることが分かった。なお、ＧａＮウェハの剥離面に現れる凹凸が小さくなると、当該剥離面を平坦化するための研削量が少なくて済む。したがって、ＧａＮウェハの剥離面に現れる凹凸が小さくなることは、材料の利用効率的にも生産効率的にも有利である。

次に、ＧａＮウェハの剥離面に凹凸が現れる原理について説明する。

例えば、図２２に示されるように、仮想面１５に沿って複数の改質スポット１３ａを形成し、改質スポット１３ｂがその一方の側の改質スポット１３ａから延びる亀裂１４ａに重なるように、仮想面１５に沿って複数の改質スポット１３ｂを形成する。この場合には、複数の亀裂１４ａに析出したガリウムによって第２レーザ光Ｌ２が吸収され易い状態にあるため、集光点Ｃ２が仮想面１５上に位置していても、改質スポット１３ａに対して第２レーザ光Ｌ２の入射側に改質スポット１３ｂが形成され易くなる。

続いて、改質スポット１３ｃがその一方の側の改質スポット１３ｂから延びる亀裂１４ｂに重なるように、仮想面１５に沿って複数の改質スポット１３ｃを形成する。この場合にも、複数の亀裂１４ｂに析出したガリウムによって第２レーザ光Ｌ２が吸収され易い状態にあるため、集光点Ｃ２が仮想面１５上に位置していても、改質スポット１３ｂに対して第２レーザ光Ｌ２の入射側に改質スポット１３ｃが形成され易くなる。このように、この例では、複数の改質スポット１３ｂが複数の改質スポット１３ａに対して第２レーザ光Ｌ２の入射側に形成され、更に、複数の改質スポット１３ｃが複数の改質スポット１３ｂに対して第２レーザ光Ｌ２の入射側に形成され易くなる。

それに対し、例えば、図２３に示されるように、仮想面１５に沿って複数の改質スポット１３ａを形成し、改質スポット１３ｂがその両側の改質スポット１３ａから延びる亀裂１４ａに重ならないように、仮想面１５に沿って複数の改質スポット１３ｂを形成する。この場合には、複数の亀裂１４ａに析出したガリウムによって第２レーザ光Ｌ２が吸収され易い状態にあるものの、改質スポット１３ｂが亀裂１４ａに重ならないため、改質スポット１３ｂも、改質スポット１３ａと同様に仮想面１５上に形成される。

続いて、改質スポット１３ｃがその両側の改質スポット１３ａ，１３ｂのそれぞれから延びる亀裂１４ａ，１４ｂに重なるように、仮想面１５に沿って複数の改質スポット１３ｃを形成する。更に、改質スポット１３ｄがその両側の改質スポット１３ａ，１３ｂのそれぞれから延びる亀裂１４ａ，１４ｂに重なるように、仮想面１５に沿って複数の改質スポット１３ｄを形成する。これらの場合には、複数の亀裂１４ａ，１４ｂに析出したガリウムによって第２レーザ光Ｌ２が吸収され易い状態にあるため、集光点Ｃ２が仮想面１５上に位置していても、改質スポット１３ａ，１３ｂに対して第２レーザ光Ｌ２の入射側に改質スポット１３ｃ，１３ｄが形成され易くなる。このように、この例では、複数の改質スポット１３ｃ，１３ｄが複数の改質スポット１３ａ，１３ｂに対して第２レーザ光Ｌ２の入射側に形成され易くなるだけである。

以上の原理から、本実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法においては、複数の改質スポット１３ａ及び複数の改質スポット１３ａからそれぞれ延びる複数の亀裂１４ａに重ならないように、複数の改質スポット１３ｂを形成することが、ＧａＮウェハの剥離面に現れる凹凸を小さくする上で極めて重要であることが分かる。

次に、本実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法においては、仮想面１５に沿って亀裂１７が精度良く進展することを示す実験結果について説明する。

図２４の（ａ）及び（ｂ）は、一例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の途中で形成された亀裂の画像であり、図２４の（ｂ）は、図２４の（ａ）における矩形枠内の拡大画像である。この例では、５３２ｎｍの波長を有する第２レーザ光Ｌ２をＧａＮインゴットの第１表面２０ａからＧａＮインゴットの内部に入射させ、Ｙ軸方向に並ぶ６つの集光点Ｃ２を、Ｘ軸方向に沿って仮想面１５上を相対的に移動させることにより、仮想面１５に沿って複数の改質スポット１３を形成した。このとき、Ｙ軸方向において隣り合う集光点Ｃ２間の距離を６μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスピッチを１μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスエネルギーを１．３３μＪとした。そして、レーザ加工を仮想面１５の途中で停止させた。この場合、図２４の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、加工領域から未加工領域に進展した亀裂が、未加工領域において仮想面１５から大きく外れた。

図２５の（ａ）及び（ｂ）は、他の例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の途中で形成された亀裂の画像であり、図２５の（ｂ）は、図２５の（ａ）における矩形枠内の拡大画像である。この例では、５３２ｎｍの波長を有する第２レーザ光Ｌ２をＧａＮインゴットの第１表面２０ａからＧａＮインゴットの内部に入射させ、Ｙ軸方向に並ぶ６つの集光点Ｃ２を、Ｘ軸方向に沿って仮想面１５上を相対的に移動させることにより、仮想面１５に沿って複数の改質スポット１３を形成した。具体的には、まず、Ｙ軸方向において隣り合う集光点Ｃ２間の距離を６μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスピッチを１０μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスエネルギーを０．３３μＪとして、第１加工領域及び第２加工領域に複数列の改質スポット１３を形成した。

続いて、Ｙ軸方向において隣り合う集光点Ｃ２間の距離を６μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスピッチを１０μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスエネルギーを０．３３μＪとして、第１加工領域及び第２加工領域に、既に形成された複数列の改質スポット１３の列間の中心にそれぞれの列が位置するように複数列の改質スポット１３を形成した。続いて、Ｙ軸方向において隣り合う集光点Ｃ２間の距離を６μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスピッチを５μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスエネルギーを０．３３μＪとして、第１加工領域のみに、既に形成された複数列の改質スポット１３の列間の中心にそれぞれの列が位置するように複数列の改質スポット１３を形成した。この場合、図２５の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、第１加工領域から第２加工領域に進展した亀裂が、第２加工領域において仮想面１５から大きく外れなかった。

以上の実験結果から、本実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法においては、仮想面１５に沿って亀裂１７が精度良く進展することが分かった。これは、第２加工領域に先に形成された複数の改質スポット１３が、亀裂が進展する際にガイドになったためと想定される。

次に、本実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法においては、改質スポット１３から第２レーザ光Ｌ２の入射側及びその反対側に延びる亀裂１４の延び量が抑制されることを示す実験結果について説明する。

図２６は、比較例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法によって形成された改質スポット及び亀裂の画像（側面視での画像）である。この比較例では、５３２ｎｍの波長を有する第２レーザ光Ｌ２をＧａＮインゴットの第１表面２０ａからＧａＮインゴットの内部に入射させ、１つの集光点Ｃ２を、Ｘ軸方向に沿って仮想面１５上を相対的に移動させることにより、仮想面１５に沿って複数の改質スポット１３を形成した。具体的には、Ｙ軸方向において隣り合う集光点Ｃ２間の距離を２μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスピッチを５μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスエネルギーを０．３μＪとして、仮想面１５に沿って複数の改質スポット１３を形成した。この場合、図２６に示されるように、改質スポット１３から第２レーザ光Ｌ２の入射側及びその反対側に延びる亀裂１４の延び量が１００μｍ程度となった。

図２７は、第１実施例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法によって形成された改質スポット及び亀裂の画像であり、図２７の（ａ）は平面視での画像、図２７の（ｂ）は側面視での画像である。この第１実施例では、５３２ｎｍの波長を有する第２レーザ光Ｌ２をＧａＮインゴットの第１表面２０ａからＧａＮインゴットの内部に入射させ、Ｙ軸方向に並ぶ６つの集光点Ｃ２を、Ｘ軸方向に沿って仮想面１５上を相対的に移動させることにより、仮想面１５に沿って複数の改質スポット１３を形成した。具体的には、まず、Ｙ軸方向において隣り合う集光点Ｃ２間の距離を８μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスピッチを１０μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスエネルギーを０．３μＪとして、仮想面１５に沿って複数の改質スポット１３ａを形成した。

続いて、Ｙ軸方向に並ぶ６つの集光点Ｃ２を先の状態からＹ軸方向に＋４μｍずらした状態で、Ｙ軸方向において隣り合う集光点Ｃ２間の距離を８μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスピッチを１０μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスエネルギーを０．３μＪとして、仮想面１５に沿って複数の改質スポット１３ｂを形成した。続いて、Ｙ軸方向に並ぶ６つの集光点Ｃ２を先の状態からＹ軸方向に－４μｍずらした状態で、Ｙ軸方向において隣り合う集光点Ｃ２間の距離を８μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスピッチを５μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスエネルギーを０．３μＪとして、仮想面１５に沿って複数の改質スポット１３を形成した。

続いて、Ｙ軸方向に並ぶ６つの集光点Ｃ２を先の状態からＹ軸方向に＋４μｍずらした状態で、Ｙ軸方向において隣り合う集光点Ｃ２間の距離を８μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスピッチを５μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスエネルギーを０．３μＪとして、仮想面１５に沿って複数の改質スポット１３を形成した。これにより、１回目に形成した改質スポット１３ａと３回目に形成した改質スポット１３とが互いに重なり、２回目に形成した改質スポット１３ｂと４回目に形成した改質スポット１３とが互いに重なっていると想定される。この場合、図２７の（ｂ）に示されるように、改質スポット１３から第２レーザ光Ｌ２の入射側及びその反対側に延びる亀裂１４の延び量が７０μｍ程度となった。

図２８の（ａ）及び（ｂ）は、第２実施例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法によって形成された改質スポット及び亀裂の画像であり、図２８の（ａ）は平面視での画像、図２８の（ｂ）は側面視での画像である。この第２実施例では、５３２ｎｍの波長を有する第２レーザ光Ｌ２をＧａＮインゴットの第１表面２０ａからＧａＮインゴットの内部に入射させ、本実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の第１工程及び第２工程と同様に、仮想面１５に沿って複数の改質スポット１３を形成した。複数の改質スポット１３ａを形成する際には、Ｙ軸方向において隣り合う集光点Ｃ２間の距離を８μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスピッチを１０μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスエネルギーを０．３μＪとした。

複数の改質スポット１３ｂを形成する際には、Ｙ軸方向において隣り合う集光点Ｃ２間の距離を８μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスピッチを１０μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスエネルギーを０．３μＪとした。複数の改質スポット１３ｃを形成する際には、Ｙ軸方向において隣り合う集光点Ｃ２間の距離を８μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスピッチを５μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスエネルギーを０．３μＪとした。複数の改質スポット１３ｄを形成する際には、Ｙ軸方向において隣り合う集光点Ｃ２間の距離を８μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスピッチを５μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスエネルギーを０．３μＪとした。この場合、図２８の（ｂ）に示されるように、改質スポット１３から第２レーザ光Ｌ２の入射側及びその反対側に延びる亀裂１４の延び量が５０μｍ程度となった。

図２８の（ｃ）及び（ｄ）は、第３実施例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法によって形成された改質スポット及び亀裂の画像であり、図２８の（ｃ）は平面視での画像、図２８の（ｄ）は側面視での画像である。この第３実施例では、図２８の（ａ）及び（ｂ）に示される状態にある仮想面１５（すなわち、複数列の改質スポット１３が既に形成された仮想面１５）に沿って、更に、複数の改質スポット１３を形成した。

具体的には、まず、Ｙ軸方向において隣り合う集光点Ｃ２間の距離を８μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスピッチを５μｍ、第２レーザ光Ｌ２のパルスエネルギーを０．１μＪとして、既に形成された複数列の改質スポット１３の列間の中心にそれぞれの列が位置するように複数列の改質スポット１３を形成した。この場合、図２８の（ｄ）に示されるように、改質スポット１３から第２レーザ光Ｌ２の入射側及びその反対側に延びる亀裂１４の延び量が６０μｍ程度となった。

以上の実験結果から、仮想面１５に沿って既に形成された複数の改質スポット１３ａ及び複数の亀裂１４ａに重ならないように、仮想面１５に沿って複数の改質スポット１３ｂを形成すれば（第１実施例、第２実施例及び第３実施例）、改質スポット１３から第２レーザ光Ｌ２の入射側及びその反対側に延びる亀裂１４の延び量が抑制されることが分かった。なお、仮想面１５に沿って更に複数の改質スポット１３を形成する場合には、仮想面１５に沿って既に形成された複数の改質スポット１３ａ，１３ｂに重ならないように、仮想面１５に沿って複数の改質スポット１３を形成すれば（第２実施例及び第３実施例）、仮想面１５に渡る亀裂を形成し易くなる。

以上の実施形態は、本発明に係るレーザ加工方法、半導体部材製造方法、及び、レーザ加工装置の一形態を説明したものである。したがって、上述したレーザ加工方法、半導体部材製造方法、及び、レーザ加工装置は、任意に変形され得る。以下、変形例について説明する。

上記実施形態においては、第１工程にて、Ｚ軸方向からみてＧａＮウェハ２０の第１表面２０ａから第２表面２０ｂに渡る改質領域Ｍ１，Ｍ２を形成した。しかしながら、図２９に示されるように、第１工程では、Ｚ軸方向からみて第１表面２０ａから仮想面１５に渡るように改質領域Ｍ１，Ｍ２を形成してもよい。この場合には、Ｚ軸方向からみて仮想面１５と第２表面２０ｂとの間には、改質領域Ｍ１，Ｍ２が介在していない（形成されていない）。このため、このような改質領域Ｍ１，Ｍ２と亀裂１７とを境界にＧａＮウェハ２０を切断することにより、図３０に示されるように、複数のチップ３０Ａと単一のチップ３０Ｂとを取得できる。チップ３０Ｂは、Ｚ軸方向からみてＧａＮウェハ２０と同形状である。すなわち、この場合には、ＧａＮウェハ２０から互に異なる形状のチップ３０Ａ及びチップ３０Ｂが取得可能である。

また、上記実施形態においては、ＧａＮウェハ２０に対して単一の仮想面１５を設定した。しかしながら、仮想面１５は、Ｚ軸方向に並ぶように複数設定されてもよい。この場合には、第１工程において、少なくとも、ＧａＮウェハ２０の第１表面２０ａから、第１表面２０ａから最も離れた仮想面１５に渡って改質領域Ｍ１，Ｍ２を形成する。これにより、Ｚ軸方向に並ぶ複数の仮想面１５（仮想面１５に渡る亀裂１７）を境界としてＧａＮウェハ２０が切断されることにより、より多くのチップ３０Ａ等が取得可能となる。

また、上記実施形態においては、対象物１１として、ＧａＮウェハ２０を例示した。しかしながら、対象物１１は、例えばＧａＮインゴット（半導体インゴット）やその他の任意の半導体対象物とされ得る。対象物１１がＧａＮインゴットである場合には、例えば、半導体部材としてＧａＮウェハを取得できる。この場合、ＧａＮインゴットと異なる形状のＧａＮウェハを取得できる。

また、上記実施形態においては、改質領域Ｍ１，Ｍ２を形成する基準（切断の基準）として、ラインＡ１と、当該ラインＡ１に交差するラインＡ２とを設定するようにした。しかしながら、要求される半導体部材（チップ３０Ａ，３０Ｂ）の形状や取得数に応じて、ラインＡ１，Ａ２を任意の形状や相対関係で設定し得るし、一対のラインＡ１，Ａ２に限らず、単一のラインや３つ以上のラインを設定してもよい。

１…レーザ加工装置、２…ステージ、４…空間光変調器（レーザ照射ユニット）、５…集光レンズ（レーザ照射ユニット）、６…制御部、１１…対象物（半導体対象物）、１３…改質スポット、１５…仮想面、１６…周縁領域、１７…亀裂、２０…ＧａＮウェハ（半導体ウェハ、半導体対象物）、２０ａ…第１表面、２０ｂ…第２表面、３０Ａ，３０Ｂ…チップ（半導体チップ、半導体部材）、Ａ１，Ａ２…ライン、Ｃ，Ｃ１，Ｃ２…集光点、Ｌ…レーザ光、Ｌ１…第１レーザ光、Ｌ２…第２レーザ光、Ｍ１，Ｍ２…改質領域。

Claims (10)

1. 半導体対象物の内部において前記半導体対象物の第１表面に対向する仮想面と、前記第１表面に沿って延びるラインと、に沿って前記半導体対象物を切断するためのレーザ加工方法であって、
   前記ラインに沿って前記半導体対象物に第１レーザ光を照射することにより、前記第１表面に交差する第１方向からみて前記ラインに沿って線状に延びる改質領域を形成する第１工程と、
   前記第１工程の後に、前記第１表面から前記半導体対象物に第２レーザ光を入射させると共に、前記第２レーザ光の集光点を、前記第１方向からみて前記改質領域を通るように前記仮想面内に移動させることによって、前記仮想面内に面状に並ぶ複数の改質スポットを形成する第２工程と、
   を備え、
   前記第１工程においては、前記第１表面に沿った第２方向からみて、少なくとも前記第１表面から前記仮想面に渡って前記改質領域を形成し、
   前記仮想面は、前記第１方向に並ぶように複数設定されており、
   前記第１工程においては、少なくとも、前記第１表面から、前記第１表面から最も離れた前記仮想面に渡って前記改質領域を形成する、
   レーザ加工方法。
2. 前記半導体対象物は、前記第１表面の反対側の面であって、前記仮想面に対向する第２表面を有し、
   前記第１工程においては、前記第１表面から前記第２表面に渡って前記改質領域を形成する、
   請求項１に記載のレーザ加工方法。
3. 前記第２工程においては、前記第１方向からみて前記半導体対象物の周縁を含み、前記改質スポットが形成されていない周縁領域を形成する、
   請求項１又は２に記載のレーザ加工方法。
4. 前記第２工程においては、前記第２レーザ光の集光点を、前記第１方向からみて前記半導体対象物の外部から前記周縁を通って前記半導体対象物の内部に至るように移動させることにより、前記周縁領域を形成する、
   請求項３に記載のレーザ加工方法。
5. 前記半導体対象物の材料は、ガリウムを含む、
   請求項１～４のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
6. 前記半導体対象物の材料は、窒化ガリウムを含む、
   請求項５に記載のレーザ加工方法。
7. 請求項１～６のいずれか一項に記載のレーザ加工方法が備える前記第１工程及び前記第２工程と、
   前記第２工程の後に、前記改質スポットから延びて前記仮想面に渡る亀裂と、前記改質領域と、を境界として前記半導体対象物から半導体部材を取得する第３工程と、
   を備える半導体部材製造方法。
8. 前記半導体対象物は、半導体インゴットであり、
   前記半導体部材は、半導体ウェハである、
   請求項７に記載の半導体部材製造方法。
9. 前記半導体対象物は、半導体ウェハであり、
   前記半導体部材は、半導体チップである、
   請求項７に記載の半導体部材製造方法。
10. 半導体対象物の内部において前記半導体対象物の第１表面に対向する仮想面と、前記第１表面に沿って延びるラインと、に沿って前記半導体対象物を切断するためのレーザ加工装置であって、
    前記半導体対象物を支持するステージと、
    前記ステージに支持された前記半導体対象物にレーザ光を照射するためのレーザ照射ユニットと、
    少なくとも前記レーザ照射ユニットの制御を行う制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記ラインに沿って前記半導体対象物に第１レーザ光を照射することにより、前記第１表面に交差する第１方向からみて前記ラインに沿って線状に延びる改質領域を形成する第１処理と、
    前記第１処理の後に、前記第１表面から前記半導体対象物に第２レーザ光を入射させると共に、前記第２レーザ光の集光点を、前記第１方向からみて前記改質領域を通るように前記仮想面内に移動させることによって、前記仮想面内に面状に並ぶ複数の改質スポットを形成する第２処理と、
    を実行し、
    前記第１処理においては、前記第１表面に沿った第２方向からみて、少なくとも前記第１表面から前記仮想面に渡って前記改質領域を形成し、
    前記仮想面は、前記第１方向に並ぶように複数設定されており、
    前記第１処理においては、少なくとも、前記第１表面から、前記第１表面から最も離れた前記仮想面に渡って前記改質領域を形成する、
    レーザ加工装置。

Images