JPWO2020130054A1 - 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

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 Download PDF

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Abstract

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表面に対向する仮想面に沿って、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、表面から半導体対象物の内部にレーザ光を入射させることにより、仮想面に沿って複数の第１改質スポットを形成する第１工程と、表面から半導体対象物の内部にレーザ光を入射させることにより、複数の第１改質スポットに重ならないように、仮想面に沿って複数の第２改質スポットを形成する第２工程と、を備える。

Description

本開示は、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
上述したような加工方法では、改質領域の形成の仕方が、得られる半導体部材の状態に大きく影響する。
本開示は、好適な半導体部材の取得を可能にするレーザ加工方法、半導体部材製造方法及びレーザ加工装置を提供することを目的とする。
本開示の一側面のレーザ加工方法は、半導体対象物の内部において半導体対象物の表面に対向する仮想面に沿って、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、表面から半導体対象物の内部にレーザ光を入射させることにより、仮想面に沿って複数の第１改質スポットを形成する第１工程と、表面から半導体対象物の内部にレーザ光を入射させることにより、複数の第１改質スポットに重ならないように、仮想面に沿って複数の第２改質スポットを形成する第２工程と、を備える。
このレーザ加工方法では、仮想面に沿って複数の第１改質スポットを形成し、複数の第１改質スポットに重ならないように、仮想面に沿って複数の第２改質スポットを形成する。これにより、複数の第１改質スポット及び複数の第２改質スポットを仮想面に沿って精度良く形成することができ、その結果、仮想面に渡る亀裂を仮想面に沿って精度良く形成することが可能となる。よって、このレーザ加工方法によれば、仮想面に渡る亀裂を境界として半導体対象物から半導体部材を取得することにより、好適な半導体部材の取得が可能となる。
本開示の一側面のレーザ加工方法では、第２工程においては、複数の第１改質スポットからそれぞれ延びる複数の亀裂に重ならないように、仮想面に沿って複数の第２改質スポットを形成してもよい。これによれば、複数の第１改質スポット及び複数の第２改質スポットを仮想面に沿ってより精度良く形成することができ、その結果、仮想面に渡る亀裂を仮想面に沿ってより精度良く形成することが可能となる。
本開示の一側面のレーザ加工方法では、第２工程においては、複数の第２改質スポットを形成した後に、表面から半導体対象物の内部にレーザ光を入射させることにより、複数の第１改質スポット及び複数の第２改質スポットに重ならないように、仮想面に沿って複数の第３改質スポットを形成してもよい。これによれば、仮想面に渡る亀裂を仮想面に沿ってより精度良く形成することが可能となる。
本開示の一側面のレーザ加工方法では、第１工程においては、複数の第１改質スポットからそれぞれ延びる複数の亀裂が互いに繋がらないように、複数の第１改質スポットを形成してもよい。これによれば、複数の第２改質スポットを仮想面に沿ってより精度良く形成することができる。
本開示の一側面のレーザ加工方法では、第１工程においては、パルス発振されたレーザ光の集光点を仮想面に沿って移動させることにより、複数の第１改質スポットとして複数列の第１改質スポットを形成し、第２工程においては、パルス発振されたレーザ光の集光点を複数列の第１改質スポットの列間において仮想面に沿って移動させることにより、複数の第２改質スポットとして複数列の第２改質スポットを形成してもよい。これによれば、複数の第１改質スポット及び複数の第１改質スポットからそれぞれ延びる複数の亀裂に複数の第２改質スポットが重なるのを確実に防止して、複数の第２改質スポットを仮想面に沿ってより精度良く形成することができる。
本開示の一側面のレーザ加工方法では、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、複数の第１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、当該亀裂に重ならないように複数の第２改質スポットを形成することは、複数の第２改質スポットを仮想面に沿って精度良く形成する上で有効である。
本開示の一側面のレーザ加工方法では、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、複数の第１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し、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、当該亀裂に重ならないように複数の第２改質スポットを形成することは、複数の第２改質スポットを仮想面に沿って精度良く形成する上で有効である。更に、レーザ光の照射によって窒化ガリウムが分解されると、複数の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することが可能となる。
本開示の一側面の半導体部材製造方法は、上述したレーザ加工方法が備える第１工程及び第２工程と、仮想面に渡る亀裂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。
この半導体部材製造方法によれば、第１工程及び第２工程によって、仮想面に渡る亀裂を仮想面に沿って精度良く形成することが可能となるため、好適な半導体部材の取得が可能となる。
本開示の一側面の半導体部材製造方法では、仮想面は、表面に対向する方向に並ぶように複数設定されていてもよい。これによれば、１つの半導体対象物から複数の半導体部材の取得が可能となる。
本開示の一側面の半導体部材製造方法では、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。これによれば、複数の好適な半導体ウェハの取得が可能となる。
本開示の一側面の半導体部材製造方法では、仮想面は、表面が延在する方向に並ぶように複数設定されていてもよい。これによれば、１つの半導体対象物から複数の半導体部材の取得が可能となる。
本開示の一側面の半導体部材製造方法では、半導体対象物は、半導体ウェハであり、半導体部材は、半導体デバイスであってもよい。これによれば、複数の好適な半導体デバイスの取得が可能となる。
本開示の一側面のレーザ加工装置は、半導体対象物の内部において半導体対象物の表面に対向する仮想面に沿って、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、表面から半導体対象物の内部にレーザ光を入射させることにより、仮想面に沿って複数の第１改質スポット及び複数の第２改質スポットを形成するレーザ照射ユニットと、を備え、レーザ照射ユニットは、仮想面に沿って複数の第１改質スポットを形成し、複数の第１改質スポットを形成した後に、複数の第１改質スポットに重ならないように、仮想面に沿って複数の第２改質スポットを形成する。
このレーザ加工装置によれば、仮想面に渡る亀裂を仮想面に沿って精度良く形成することが可能となるため、好適な半導体部材の取得が可能となる。
本開示によれば、好適な半導体部材の取得を可能にするレーザ加工方法、半導体部材製造方法及びレーザ加工装置を提供することができる。
図１は、一実施形態のレーザ加工装置の構成図である。 図２は、第１実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の対象物であるＧａＮインゴットの側面図である。 図３は、図２に示されるＧａＮインゴットの平面図である。 図４は、第１実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の一工程におけるＧａＮインゴットの一部分の縦断面図である。 図５は、第１実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の一工程におけるＧａＮインゴットの一部分の横断面図である。 図６は、第１実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の一工程におけるＧａＮインゴットの一部分の縦断面図である。 図７は、第１実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の一工程におけるＧａＮインゴットの一部分の横断面図である。 図８は、第１実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の一工程におけるＧａＮインゴットの一部分の縦断面図である。 図９は、第１実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の一工程におけるＧａＮインゴットの一部分の横断面図である。 図１０は、第１実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の一工程におけるＧａＮインゴットの一部分の縦断面図である。 図１１は、第１実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の一工程におけるＧａＮインゴットの一部分の横断面図である。 図１２は、第１実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の一工程におけるＧａＮインゴットの側面図である。 図１３は、第１実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の一工程におけるＧａＮウェハの側面図である。 図１４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る。 図１５は、図１４に示される剥離面の高さプロファイルである。 図１６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る。 図１７は、図１６に示される剥離面の高さプロファイルである。 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る剥離面の形成原理を説明するための模式図である。 図１９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る剥離面の形成原理を説明するための模式図である。 図２０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る。 図２１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る。 図２２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である。 図２３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る。 図２４は、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。 図２５は、第２実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の対象物であるＧａＮウェハの平面図である。 図２６は、第２実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の一工程におけるＧａＮウェハの一部分の側面図である。 図２７は、第２実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の一工程におけるＧａＮウェハの一部分の側面図である。 図２８は、第２実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の一工程における半導体デバイスの側面図である。 図２９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ＳｉＣウェハの亀裂の画像である。 図３０は、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ＳｉＣウェハの亀裂の画像である。 図３１は、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ＳｉＣウェハの剥離面の画像である。 図３２は、図３１に示される剥離面の高さプロファイルである。 図３３は、変形例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の一工程におけるＧａＮインゴットの平面図である。 図３４は、変形例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の一工程におけるＧａＮインゴットの平面図である。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［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方向といい、第１水平方向に垂直な第２水平方向をＹ方向という。また、鉛直方向をＺ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方向及びＹ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方向に沿って移動させ、対象物１１に対して集光点ＣをＸ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。
［第１実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法］
第１実施形態の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）によって例えば円板状に形成されたＧａＮインゴット（半導体インゴット、半導体対象物）２０である。一例として、ＧａＮインゴット２０の直径は２inであり、ＧａＮインゴット２０の厚さは２ｍｍである。第１実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法は、ＧａＮインゴット２０から複数のＧａＮウェハ（半導体ウェハ、半導体部材）３０を切り出すために実施される。一例として、ＧａＮウェハ３０の直径は２inであり、ＧａＮウェハ３０の厚さは１００μｍである。
まず、上述したレーザ加工装置１が、複数の仮想面１５のそれぞれに沿って複数の改質スポット１３を形成する。複数の仮想面１５のそれぞれは、ＧａＮインゴット２０の内部においてＧａＮインゴット２０の表面２０ａに対向する面であり、表面２０ａに対向する方向に並ぶように設定されている。本実施形態では、複数の仮想面１５のそれぞれは、表面２０ａに平行な面であり、例えば円形状を呈している。複数の仮想面１５のそれぞれは、表面２０ａ側から見た場合に互いに重なるように設定されている。ＧａＮインゴット２０には、複数の仮想面１５のそれぞれを囲むように複数の周縁領域１６が設定されている。つまり、複数の仮想面１５のそれぞれは、ＧａＮインゴット２０の側面２０ｂに至っていない。一例として、隣り合う仮想面１５間の距離は１００μｍであり、周縁領域１６の幅（本実施形態では、仮想面１５の外縁と側面２０ｂとの距離）は３０μｍ以上である。
複数の改質スポット１３の形成は、例えば５３２ｎｍの波長を有するレーザ光Ｌの照射によって、表面２０ａとは反対側から１つの仮想面１５ごとに順次に実施される。複数の改質スポット１３の形成は、複数の仮想面１５のそれぞれにおいて同様であるため、以下、表面２０ａに最も近い仮想面１５に沿った複数の改質スポット１３の形成について、図４〜図１１を参照して詳細に説明する。なお、図５、図７、図９及び図１１において、矢印は、レーザ光Ｌの集光点Ｃ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４及び図５に示されるように、表面２０ａからＧａＮインゴット２０の内部にレーザ光Ｌ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１改質スポット）１３ａを形成する（第１工程）。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、パルス発振されたレーザ光Ｌの集光点Ｃ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を形成する。なお、図４及び図５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（図６〜図１１でも同様）。
本実施形態では、パルス発振されたレーザ光Ｌが、Ｙ方向に並ぶ複数（例えば６つ）の集光点Ｃ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Ｃが、Ｘ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方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離は８μｍであり、レーザ光Ｌのパルスピッチ（すなわち、複数の集光点Ｃの相対的な移動速度を、レーザ光Ｌ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Ｃ当たりのレーザ光Ｌのパルスエネルギー（以下、単に「レーザ光Ｌのパルスエネルギー」という）は、０．３３μＪである。この場合、Ｙ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６及び図７に示されるように、表面２０ａからＧａＮインゴット２０の内部にレーザ光Ｌ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２改質スポット）１３ｂを形成する（第２工程）。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、パルス発振されたレーザ光Ｌの集光点Ｃ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６及び図７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（図８〜図１１でも同様）。
本実施形態では、パルス発振されたレーザ光Ｌが、Ｙ方向に並ぶ複数（例えば６つ）の集光点Ｃ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Ｃが、複数列の改質スポット１３ａの列間の中心において、Ｘ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方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離は８μｍであり、レーザ光Ｌのパルスピッチは１０μｍである。また、レーザ光Ｌのパルスエネルギーは、０．３３μＪである。この場合、Ｙ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８及び図９に示されるように、表面２０ａからＧａＮインゴット２０の内部にレーザ光Ｌ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（第２工程）。更に、レーザ加工装置１が、図１０及び図１１に示されるように、表面２０ａからＧａＮインゴット２０の内部にレーザ光Ｌ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（第２工程）。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、パルス発振されたレーザ光Ｌの集光点Ｃ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８及び図９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（図１０及び図１１でも同様）。また、図１０及び図１１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、パルス発振されたレーザ光Ｌが、Ｙ方向に並ぶ複数（例えば６つ）の集光点Ｃ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Ｃが、複数列の改質スポット１３ａ，１３ｂの列間の中心において、Ｘ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方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離は８μｍであり、レーザ光Ｌのパルスピッチは５μｍである。また、レーザ光Ｌのパルスエネルギーは、０．３３μＪである。この場合、Ｙ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。
続いて、ヒータ等を備える加熱装置が、ＧａＮインゴット２０を加熱し、複数の仮想面１５のそれぞれにおいて、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を互いに繋げることにより、図１２に示されるように、複数の仮想面１５のそれぞれにおいて、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。図１２では、複数の改質スポット１３及び複数の亀裂１４、並びに、亀裂１７が形成される範囲が破線で示されている。なお、加熱以外の方法でＧａＮインゴット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インゴット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インゴット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インゴット２０の側面２０ｂ）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。
続いて、研削装置が、ＧａＮインゴット２０のうち複数の周縁領域１６及び複数の仮想面１５のそれぞれに対応する部分を研削（研磨）することにより、図１３に示されるように、複数の亀裂１７のそれぞれを境界としてＧａＮインゴット２０から複数のＧａＮウェハ３０を取得する（第３工程）。このように、ＧａＮインゴット２０は、複数の仮想面１５のそれぞれ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インゴット２０のうち複数の周縁領域１６に対応する部分を除去してもよい。
以上の工程のうち、複数の仮想面１５のそれぞれに沿って複数の改質スポット１３を形成する工程までが、第１実施形態のレーザ加工方法である。また、以上の工程のうち、複数の亀裂１７のそれぞれを境界としてＧａＮインゴット２０から複数のＧａＮウェハ３０を取得する工程までが、第１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、第１実施形態のレーザ加工方法では、複数の仮想面１５のそれぞれに沿って複数の改質スポット１３ａを形成し、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、複数の仮想面１５のそれぞれに沿って複数の改質スポット１３ｂを形成する。更に、第１実施形態のレーザ加工方法では、複数の改質スポット１３ａ，１３ｂに重ならないように、複数の仮想面１５のそれぞれに沿って複数の改質スポット１３ｃ，１３ｄを形成する。これにより、複数の仮想面１５のそれぞれに沿って複数の改質スポット１３を精度良く形成することができ、その結果、複数の仮想面１５のそれぞれに沿って亀裂１７を精度良く形成することが可能となる。よって、第１実施形態のレーザ加工方法によれば、複数の亀裂１７のそれぞれを境界としてＧａＮインゴット２０から複数のＧａＮウェハ３０を取得することにより、複数の好適なＧａＮウェハ３０の取得が可能となる。
同様に、第１実施形態のレーザ加工方法を実施するレーザ加工装置１によれば、複数の仮想面１５のそれぞれに沿って亀裂１７を精度良く形成することが可能となるため、複数の好適なＧａＮウェハ３０の取得が可能となる。
また、第１実施形態のレーザ加工方法では、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。これにより、複数の改質スポット１３ｂを仮想面１５に沿ってより精度良く形成することができる。
また、第１実施形態のレーザ加工方法では、パルス発振されたレーザ光Ｌの集光点Ｃ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を形成し、パルス発振されたレーザ光Ｌの集光点Ｃ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。これにより、複数の改質スポット１３ａ及び複数の亀裂１４ａに複数の改質スポット１３ｂが重なるのを確実に防止して、複数の改質スポット１３ｂを仮想面１５に沿ってより精度良く形成することができる。
特に、第１実施形態のレーザ加工方法では、ＧａＮインゴット２０の材料に含まれる窒化ガリウムがレーザ光Ｌの照射によって分解されると、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にガリウムが析出し、当該ガリウムによってレーザ光Ｌが吸収され易い状態となる。そのため、当該亀裂１４ａに重ならないように複数の改質スポット１３ｂを形成することは、複数の改質スポット１３ｂを仮想面１５に沿って精度良く形成する上で有効である。
また、第１実施形態のレーザ加工方法では、ＧａＮインゴット２０の材料に含まれる窒化ガリウムがレーザ光Ｌの照射によって分解されると、複数の亀裂１４内に窒素ガスが生じる。そのため、当該窒素ガスの圧力を利用して、亀裂１７を容易に形成することが可能となる。
また、第１実施形態の半導体部材製造方法によれば、第１実施形態のレーザ加工方法に含まれる工程によって、複数の仮想面１５のそれぞれに沿って亀裂１７を精度良く形成することが可能となるため、複数の好適なＧａＮウェハ３０の取得が可能となる。
また、第１実施形態の半導体部材製造方法では、複数の仮想面１５が、ＧａＮインゴット２０の表面２０ａに対向する方向に並ぶように設定されている。これにより、１つのＧａＮインゴット２０から複数のＧａＮウェハ３０の取得が可能となる。
ここで、第１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３０では、ＧａＮウェハ３０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。
図１４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１５の（ａ）及び（ｂ）は、図１４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の波長を有するレーザ光ＬをＧａＮインゴット２０の表面２０ａからＧａＮインゴット２０の内部に入射させ、１つの集光点Ｃを、Ｘ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方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離を１０μｍ、レーザ光Ｌのパルスピッチを１μｍ、レーザ光Ｌのパルスエネルギーを１μＪとした。この場合、図１５の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、ＧａＮウェハ３０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１６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１７の（ａ）及び（ｂ）は、図１６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の波長を有するレーザ光ＬをＧａＮインゴット２０の表面２０ａからＧａＮインゴット２０の内部に入射させ、第１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方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離を６μｍ、レーザ光Ｌのパルスピッチを１０μｍ、レーザ光Ｌ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方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離を６μｍ、レーザ光Ｌのパルスピッチを１０μｍ、レーザ光Ｌ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方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離を６μｍ、レーザ光Ｌのパルスピッチを５μｍ、レーザ光Ｌ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方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離を６μｍ、レーザ光Ｌのパルスピッチを５μｍ、レーザ光Ｌのパルスエネルギーを０．３３μＪとした。この場合、図１７の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、ＧａＮウェハ３０の剥離面に５μｍ程度の凹凸が現れた。
以上の実験結果から、第１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３０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３０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３０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３０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１８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レーザ光Ｌが吸収され易い状態にあるため、集光点Ｃが仮想面１５上に位置していても、改質スポット１３ａに対してレーザ光Ｌ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レーザ光Ｌが吸収され易い状態にあるため、集光点Ｃが仮想面１５上に位置していても、改質スポット１３ｂに対してレーザ光Ｌ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に対してレーザ光Ｌ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に対してレーザ光Ｌの入射側に形成され易くなる。
それに対し、例えば、図１９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レーザ光Ｌ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レーザ光Ｌが吸収され易い状態にあるため、集光点Ｃが仮想面１５上に位置していても、改質スポット１３ａ，１３ｂに対してレーザ光Ｌ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に対してレーザ光Ｌ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、第１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３０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、第１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２０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２０の（ｂ）は、図２０の（ａ）における矩形枠内の拡大画像である。この例では、５３２ｎｍの波長を有するレーザ光ＬをＧａＮインゴット２０の表面２０ａからＧａＮインゴット２０の内部に入射させ、Ｙ方向に並ぶ６つの集光点Ｃを、Ｘ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方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離を６μｍ、レーザ光Ｌのパルスピッチを１μｍ、レーザ光Ｌ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２０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２１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２１の（ｂ）は、図２１の（ａ）における矩形枠内の拡大画像である。この例では、５３２ｎｍの波長を有するレーザ光ＬをＧａＮインゴット２０の表面２０ａからＧａＮインゴット２０の内部に入射させ、Ｙ方向に並ぶ６つの集光点Ｃを、Ｘ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方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離を６μｍ、レーザ光Ｌのパルスピッチを１０μｍ、レーザ光Ｌのパルスエネルギーを０．３３μＪとして、加工領域１及び加工領域２に複数列の改質スポット１３を形成した。続いて、Ｙ方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離を６μｍ、レーザ光Ｌのパルスピッチを１０μｍ、レーザ光Ｌのパルスエネルギーを０．３３μＪとして、加工領域１及び加工領域２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方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離を６μｍ、レーザ光Ｌのパルスピッチを５μｍ、レーザ光Ｌのパルスエネルギーを０．３３μＪとして、加工領域１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２１の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、加工領域１から加工領域２に進展した亀裂が、加工領域２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、第１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、加工領域２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、第１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からレーザ光Ｌ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２２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の波長を有するレーザ光ＬをＧａＮインゴット２０の表面２０ａからＧａＮインゴット２０の内部に入射させ、１つの集光点Ｃを、Ｘ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方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離を２μｍ、レーザ光Ｌのパルスピッチを５μｍ、レーザ光Ｌ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２２に示されるように、改質スポット１３からレーザ光Ｌ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２３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２３の（ａ）は平面視での画像、図２３の（ｂ）は側面視での画像である。この第１実施例では、５３２ｎｍの波長を有するレーザ光ＬをＧａＮインゴット２０の表面２０ａからＧａＮインゴット２０の内部に入射させ、Ｙ方向に並ぶ６つの集光点Ｃを、Ｘ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方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離を８μｍ、レーザ光Ｌのパルスピッチを１０μｍ、レーザ光Ｌ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方向に並ぶ６つの集光点Ｃを先の状態からＹ方向に＋４μｍずらした状態で、Ｙ方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離を８μｍ、レーザ光Ｌのパルスピッチを１０μｍ、レーザ光Ｌ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方向に並ぶ６つの集光点Ｃを先の状態からＹ方向に−４μｍずらした状態で、Ｙ方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離を８μｍ、レーザ光Ｌのパルスピッチを５μｍ、レーザ光Ｌ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方向に並ぶ６つの集光点Ｃを先の状態からＹ方向に＋４μｍずらした状態で、Ｙ方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離を８μｍ、レーザ光Ｌのパルスピッチを５μｍ、レーザ光Ｌ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２３の（ｂ）に示されるように、改質スポット１３からレーザ光Ｌ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２４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２４の（ａ）は平面視での画像、図２４の（ｂ）は側面視での画像である。この第２実施例では、５３２ｎｍの波長を有するレーザ光ＬをＧａＮインゴット２０の表面２０ａからＧａＮインゴット２０の内部に入射させ、第１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方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離を８μｍ、レーザ光Ｌのパルスピッチを１０μｍ、レーザ光Ｌ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方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離を８μｍ、レーザ光Ｌのパルスピッチを１０μｍ、レーザ光Ｌ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方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離を８μｍ、レーザ光Ｌのパルスピッチを５μｍ、レーザ光Ｌ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方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離を８μｍ、レーザ光Ｌのパルスピッチを５μｍ、レーザ光Ｌのパルスエネルギーを０．３μＪとした。この場合、図２４の（ｂ）に示されるように、改質スポット１３からレーザ光Ｌ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２４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２４の（ｃ）は平面視での画像、図２４の（ｄ）は側面視での画像である。この第３実施例では、図２４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方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離を８μｍ、レーザ光Ｌのパルスピッチを５μｍ、レーザ光Ｌ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２４の（ｄ）に示されるように、改質スポット１３からレーザ光Ｌ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からレーザ光Ｌ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。
［第２実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法］
第２実施形態の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２５に示されるように、ＧａＮによって例えば円板状に形成されたＧａＮウェハ（半導体ウェハ、半導体対象物）３０である。一例として、ＧａＮウェハ３０の直径は２inであり、ＧａＮウェハ３０の厚さは１００μｍである。第２実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法は、ＧａＮウェハ３０から複数の半導体デバイス（半導体部材）４０を切り出すために実施される。一例として、半導体デバイス４０のＧａＮ基板部分の外形は１ｍｍ×１ｍｍであり、半導体デバイス４０のＧａＮ基板部分の厚さは数十μｍである。
まず、上述したレーザ加工装置１が、複数の仮想面１５のそれぞれに沿って複数の改質スポット１３を形成する。複数の仮想面１５のそれぞれは、ＧａＮウェハ３０の内部においてＧａＮウェハ３０の表面３０ａに対向する面であり、表面３０ａが延在する方向に並ぶように設定されている。本実施形態では、複数の仮想面１５のそれぞれは、表面３０ａに平行な面であり、例えば矩形状を呈している。複数の仮想面１５のそれぞれは、ＧａＮウェハ３０のオリエンテーションフラット３１に平行な方向及び垂直な方向に２次元状に並ぶように設定されている。ＧａＮウェハ３０には、複数の仮想面１５のそれぞれを囲むように複数の周縁領域１６が設定されている。つまり、複数の仮想面１５のそれぞれは、ＧａＮウェハ３０の側面３０ｂに至っていない。一例として、複数の仮想面１５のそれぞれに対応する周縁領域１６の幅（本実施形態では、隣り合う仮想面１５間の距離の半分）は３０μｍ以上である。
複数の仮想面１５のそれぞれに沿った複数の改質スポット１３の形成は、第１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、実施される。これにより、ＧａＮウェハ３０においては、図２６に示されるように、複数の仮想面１５のそれぞれに沿って、複数の改質スポット１３（すなわち、改質スポット１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）及び複数の亀裂１４（すなわち、亀裂１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）が形成される。図２６では、複数の改質スポット１３及び複数の亀裂１４が形成される範囲が破線で示されている。
続いて、半導体製造装置が、図２７に示されるように、ＧａＮウェハ３０の表面３０ａに複数の機能素子３２を形成する。複数の機能素子３２のそれぞれは、ＧａＮウェハ３０の厚さ方向から見た場合に１つの機能素子３２が１つの仮想面１５に含まれるように、形成される。機能素子３２は、例えば、フォトダイオード等の受光素子、レーザダイオード等の発光素子、メモリ等の回路素子等である。
本実施形態では、表面３０ａに複数の機能素子３２を形成する際に、半導体製造装置が加熱装置として機能する。つまり、表面３０ａに複数の機能素子３２を形成する際に、半導体製造装置が、ＧａＮウェハ３０を加熱し、複数の仮想面１５のそれぞれにおいて、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を互いに繋げることにより、複数の仮想面１５のそれぞれにおいて、亀裂１７（すなわち、仮想面１５に渡る亀裂１７）を形成する。図２７では、複数の改質スポット１３及び複数の亀裂１４、並びに、亀裂１７が形成される範囲が破線で示されている。なお、半導体製造装置とは別の加熱装置が用いられてもよい。また、加熱以外の方法でＧａＮウェハ３０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３０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インゴット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、隣り合う仮想面１５、ＧａＮウェハ３０の側面３０ｂ）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。
続いて、レーザ加工装置が、ＧａＮウェハ３０を機能素子３２ごとに切断すると共に、研削装置が、複数の仮想面１５のそれぞれに対応する部分を研削することにより、図２８に示されるように、複数の亀裂１７のそれぞれを境界としてＧａＮウェハ３０から複数の半導体デバイス４０を取得する（第３工程）。このように、ＧａＮウェハ３０は、複数の仮想面１５のそれぞれに沿って切断される。なお、この工程では、レーザ加工以外の機械加工（例えばブレードダイシング）等によって、ＧａＮウェハ３０を機能素子３２ごとに切断してもよい。
以上の工程のうち、複数の仮想面１５のそれぞれに沿って複数の改質スポット１３を形成する工程までが、第２実施形態のレーザ加工方法である。また、以上の工程のうち、複数の亀裂１７のそれぞれを境界としてＧａＮウェハ３０から複数の半導体デバイス４０を取得する工程までが、第２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、第２実施形態のレーザ加工方法よれば、第１実施形態のレーザ加工方法と同様に、複数の仮想面１５のそれぞれに沿って複数の改質スポット１３を精度良く形成することができ、その結果、複数の仮想面１５のそれぞれに沿って亀裂１７を精度良く形成することが可能となる。よって、第２実施形態のレーザ加工方法によれば、複数の亀裂１７のそれぞれを境界としてＧａＮウェハ３０から複数の半導体デバイス４０を取得することにより、複数の好適な半導体デバイス４０の取得が可能となる。また、複数の半導体デバイス４０を切り出した後のＧａＮウェハ３０を再利用することも可能となる。
同様に、第２実施形態のレーザ加工方法を実施するレーザ加工装置１によれば、複数の仮想面１５のそれぞれに沿って亀裂１７を精度良く形成することが可能となるため、複数の好適な半導体デバイス４０の取得が可能となる。
また、第２実施形態のレーザ加工方法では、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。これにより、複数の改質スポット１３ｂを仮想面１５に沿ってより精度良く形成することができる。
また、第２実施形態のレーザ加工方法では、パルス発振されたレーザ光Ｌの集光点Ｃ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を形成し、パルス発振されたレーザ光Ｌの集光点Ｃ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。これにより、複数の改質スポット１３ａ及び複数の亀裂１４ａに複数の改質スポット１３ｂが重なるのを確実に防止して、複数の改質スポット１３ｂを仮想面１５に沿ってより精度良く形成することができる。
特に、第２実施形態のレーザ加工方法では、ＧａＮウェハ３０の材料に含まれる窒化ガリウムがレーザ光Ｌの照射によって分解されると、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にガリウムが析出し、当該ガリウムによってレーザ光Ｌが吸収され易い状態となる。そのため、当該亀裂１４ａに重ならないように複数の改質スポット１３ｂを形成することは、複数の改質スポット１３ｂを仮想面１５に沿って精度良く形成する上で有効である。
また、第２実施形態のレーザ加工方法では、ＧａＮウェハ３０の材料に含まれる窒化ガリウムがレーザ光Ｌの照射によって分解されると、複数の亀裂１４内に窒素ガスが生じる。そのため、当該窒素ガスの圧力を利用して、亀裂１７を容易に形成することが可能となる。
また、第２実施形態の半導体部材製造方法によれば、第２実施形態のレーザ加工方法に含まれる工程によって、複数の仮想面１５のそれぞれに沿って亀裂１７を精度良く形成することが可能となるため、複数の好適な半導体デバイス４０の取得が可能となる。
また、第２実施形態の半導体部材製造方法では、複数の仮想面１５が、ＧａＮウェハ３０の表面３０ａが延在する方向に並ぶように設定されている。これにより、１つのＧａＮウェハ３０から複数の半導体デバイス４０の取得が可能となる。
［変形例］
本開示は、上述した実施形態に限定されない。例えば、レーザ光Ｌに関する各種数値は、上述したものに限定されない。ただし、亀裂１４が改質スポット１３からレーザ光Ｌの入射側及びその反対側に延びるのを抑制するためには、レーザ光Ｌのパルスエネルギーが０．１μＪ〜１μＪであり且つレーザ光Ｌのパルス幅が２００ｆｓ〜１ｎｓであることが好ましい。
また、本開示の一側面のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法によって加工される半導体対象物は、第１実施形態のＧａＮインゴット２０及び第２実施形態のＧａＮウェハ３０に限定されない。本開示の一側面の半導体部材製造方法によって製造される半導体部材は、第１実施形態のＧａＮウェハ３０及び第２実施形態の半導体デバイス４０に限定されない。１つの半導体対象物に１つの仮想面が設定されてもよい。
一例として、半導体対象物の材料は、ＳｉＣであってもよい。その場合にも、本開示の一側面のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法によれば、次に述べるように、仮想面に渡る亀裂を仮想面に沿って精度良く形成することが可能となる。
図２９の（ａ）及び（ｂ）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ＳｉＣウェハの亀裂の画像（側面視での画像）であり、図２９の（ｂ）は、図２９の（ａ）における矩形枠内の拡大画像である。この比較例では、５３２ｎｍの波長を有するレーザ光をＳｉＣウェハの表面からＳｉＣウェハの内部に入射させ、Ｙ方向に並ぶ６つの集光点を、Ｘ方向に沿って仮想面上を相対的に移動させることにより、仮想面に沿って複数の改質スポットを形成した。このとき、Ｙ方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離を２μｍ、レーザ光のパルスピッチを１５μｍ、レーザ光のパルスエネルギーを４μＪとした。この場合、図２９の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、仮想面に対して４°〜５°傾斜する方向に延びる亀裂が発生した。
図３０の（ａ）及び（ｂ）は、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ＳｉＣウェハの亀裂の画像（側面視での画像）であり、図３０の（ｂ）は、図３０の（ａ）における矩形枠内の拡大画像である。この実施例では、５３２ｎｍの波長を有するレーザ光をＳｉＣウェハの表面からＳｉＣウェハの内部に入射させ、第１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、仮想面に沿って複数の改質スポットを形成した。複数の改質スポット１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄのそれぞれに相当する複数の改質スポットを形成する際には、Ｙ方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離を８μｍ、レーザ光Ｌのパルスピッチを１５μｍ、レーザ光Ｌのパルスエネルギーを４μＪとした。この場合、図３０の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、仮想面に対して４°〜５°傾斜する方向に延びる亀裂の発生が抑制された。図３１は、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ＳｉＣウェハの剥離面の画像であり、図３２の（ａ）及び（ｂ）は、図３１に示される剥離面の高さプロファイルである。この場合、ＳｉＣウェハの剥離面に現れる凹凸は２μｍ程度に抑えられた。
以上の実験結果から、半導体対象物の材料がＳｉＣである場合にも、本開示の一側面のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法によれば、仮想面に渡る亀裂が仮想面に沿って精度良く形成されることが分かった。なお、上述した比較例及び実施例で用いたＳｉＣウェハは、４±０．５°のオフ角を有する４Ｈ−ＳｉＣウェハであり、レーザ光の集光点を移動させた方向は、ｍ軸方向である。
また、複数の改質スポット１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの形成の仕方は、上述したものに限定されない。複数の改質スポット１３ａ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が互いに繋がるように形成されてもよい。また、複数の改質スポット１３ｂは、複数の改質スポット１３ａに重ならないように形成されればよい。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に複数の改質スポット１３ｂが重なったとしても、複数の改質スポット１３ｂが複数の改質スポット１３ａに重ならなければ、複数の改質スポット１３ａ，１３ｂが仮想面１５に沿って精度良く形成される。また、複数の改質スポット１３ｃ，１３ｄの形成の仕方は任意であり、複数の改質スポット１３ｃ，１３ｄは、形成されなくてもよい。また、図３３に示されるように、例えばＧａＮインゴット２０を回転させることにより、径方向に並んだ複数の集光点を相対的に回転させて（一点鎖線の矢印）、複数列の改質スポット１３を形成し、更に、図３４に示されるように、複数列の改質スポット１３の列間に複数の集光点のそれぞれを位置させた状態で、径方向に並んだ複数の集光点を相対的に回転させて（一点鎖線の矢印）、複数列の改質スポット１３を形成してもよい。
また、第１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、複数の改質スポット１３の形成は、表面２０ａとは反対側から複数の仮想面１５ごとに順次に実施されてもよい。また、第１実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法では、複数の改質スポット１３の形成が表面２０ａ側の１つ又は複数の仮想面１５に沿って実施され、１つ又は複数のＧａＮウェハ３０が切り出された後に、ＧａＮインゴット２０の表面２０ａが研削され、再び、複数の改質スポット１３の形成が表面２０ａ側の１つ又は複数の仮想面１５に沿って実施されてもよい。
また、第１実施形態及び第２実施形態のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法では、周縁領域１６が形成されなくてもよい。第１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周縁領域１６を形成しない場合には、複数の仮想面１５のそれぞれに沿って複数の改質スポット１３を形成した後に、例えば、ＧａＮインゴット２０に対してエッチングを施すことにより、複数のＧａＮウェハ３０を取得することも可能である。
また、レーザ加工装置１は、上述した構成を有するものに限定されない。例えば、レーザ加工装置１は、空間光変調器４を備えていなくてもよい。
また、上述した実施形態における各構成には、上述した材料及び形状に限定されず、様々な材料及び形状を適用することができる。また、上述した一の実施形態又は変形例における各構成は、他の実施形態又は変形例における各構成に任意に適用することができる。
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）、１３…改質スポット、１３ａ…改質スポット（第１改質スポット）、１３ｂ…改質スポット（第２改質スポット）、１３ｃ，１３ｄ…改質スポット（第３改質スポット）、１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ…亀裂、１５…仮想面、１７…仮想面に渡る亀裂、２０…ＧａＮインゴット（半導体インゴット、半導体対象物）、２０ａ…表面、３０…ＧａＮウェハ（半導体ウェハ、半導体部材、半導体対象物）、３０ａ…表面、４０…半導体デバイス（半導体部材）、Ｌ…レーザ光。

Claims (13)

  1. 半導体対象物の内部において前記半導体対象物の表面に対向する仮想面に沿って、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、
    前記表面から前記半導体対象物の内部にレーザ光を入射させることにより、前記仮想面に沿って複数の第１改質スポットを形成する第１工程と、
    前記表面から前記半導体対象物の内部にレーザ光を入射させることにより、前記複数の第１改質スポットに重ならないように、前記仮想面に沿って複数の第２改質スポットを形成する第２工程と、を備える、レーザ加工方法。
  2. 前記第２工程においては、前記複数の第１改質スポットからそれぞれ延びる複数の亀裂に重ならないように、前記仮想面に沿って前記複数の第２改質スポットを形成する、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、前記複数の第２改質スポットを形成した後に、前記表面から前記半導体対象物の内部にレーザ光を入射させることにより、前記複数の第１改質スポット及び前記複数の第２改質スポットに重ならないように、前記仮想面に沿って複数の第３改質スポットを形成する、請求項１又は２に記載のレーザ加工方法。
  4. 前記第１工程においては、前記複数の第１改質スポットからそれぞれ延びる複数の亀裂が互いに繋がらないように、前記複数の第１改質スポットを形成する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
  5. 前記第１工程においては、パルス発振された前記レーザ光の集光点を前記仮想面に沿って移動させることにより、前記複数の第１改質スポットとして複数列の第１改質スポットを形成し、
    前記第２工程においては、パルス発振された前記レーザ光の集光点を前記複数列の第１改質スポットの列間において前記仮想面に沿って移動させることにより、前記複数の第２改質スポットとして複数列の第２改質スポットを形成する、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、ガリウムを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
  7. 前記半導体対象物の材料は、窒化ガリウムを含む、請求項６に記載のレーザ加工方法。
  8. 請求項１〜７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、
    前記仮想面に渡る亀裂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。
  9. 前記仮想面は、前記表面に対向する方向に並ぶように複数設定されている、請求項８に記載の半導体部材製造方法。
  10. 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９に記載の半導体部材製造方法。
  11. 前記仮想面は、前記表面が延在する方向に並ぶように複数設定されている、請求項８に記載の半導体部材製造方法。
  12. 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、半導体デバイスである、請求項１１に記載の半導体部材製造方法。
  13. 半導体対象物の内部において前記半導体対象物の表面に対向する仮想面に沿って、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、
    前記表面から前記半導体対象物の内部にレーザ光を入射させることにより、前記仮想面に沿って複数の第１改質スポット及び複数の第２改質スポットを形成するレーザ照射ユニットと、を備え、
    前記レーザ照射ユニットは、前記仮想面に沿って前記複数の第１改質スポットを形成し、前記複数の第１改質スポットを形成した後に、前記複数の第１改質スポットに重ならないように、前記仮想面に沿って前記複数の第２改質スポットを形成する、レーザ加工装置。
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