(57)【要約】【課題】、好適な半導体部材の取得を可能とするレーザ加工装置を提供する。【解決手段】レーザ加工装置１Ａは、ガリウムを含むＧａＮウェハ３０を支持するステージ２Ａと、ステージ２Ａに支持されたＧａＮウェハ３０にレーザ光Ｌを照射する照射部４５と、ＧａＮウェハ３０の透過率を測定する測定部５０と、照射部４５及び測定部５０を制御する制御部と、を備える。制御部６は、改質スポット１３と析出領域Ｒとを形成する第１照射処理と、ＧａＮウェハ３０の透過率を測定する測定処理と、を実行する。【選択図】図３５
2020102522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガリウムを含む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半導体対象物にレーザ光を照射する照射部と、
前記半導体対象物の透過率を測定する測定部と、
前記照射部及び前記測定部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記照射部の制御により、前記半導体対象物の表面から前記半導体対象物の内部にレーザ光を照射することにより、前記半導体対象物の内部において前記表面に対向する仮想面に沿って、複数の改質スポットと前記複数の改質スポットにおいて析出されたガリウムを含む析出領域とを形成する第１照射処理と、
前記第１照射処理の後に、前記測定部の制御により、前記半導体対象物の透過率を測定する測定処理と、
前記測定処理の後に、前記照射部の制御により、前記測定処理において測定された前記半導体対象物の透過率に応じた照射条件によって、前記表面から前記半導体対象物の内部にレーザ光を照射する第２照射処理と、
を実行する、
レーザ加工装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記第２照射処理においては、前記測定処理において測定された前記半導体対象物の透過率が基準値以下である場合に、前記表面から前記半導体対象物の内部にレーザ光を照射することにより前記析出領域を拡大するように、前記照射部を制御する、
請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第２照射処理においては、前記測定処理において測定された前記半導体対象物の透過率が基準値以下である場合に、前記仮想面におけるエネルギーが前記半導体対象物の加工閾値を下回るように、前記表面から前記半導体対象物の内部にレーザ光を照射することにより前記析出領域を拡大するように、前記照射部を制御する、
請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記第２照射処理においては、前記測定処理において測定された前記半導体対象物の透過率が基準値以下である場合に、前記表面に交差する方向からみて集光点が前記改質スポットに重ならないように、且つ、前記仮想面におけるエネルギーが前記半導体対象物の加工閾値を下回るように、前記表面から前記半導体対象物の内部にレーザ光を照射することにより前記析出領域を拡大するように、前記照射部を制御する、
請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記第２照射処理においては、前記測定処理において測定された前記半導体対象物の透過率が基準値よりも高い場合に、前記仮想面におけるエネルギーが前記半導体対象物の加工閾値以上となる照射条件によって、前記表面から前記半導体対象物の内部にレーザ光を照射するように、前記照射部を制御する、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記第１照射処理の前に、前記照射部の制御により、照射条件を変化させながらレーザ光を前記半導体対象物の内部に照射すると共に、前記測定部の制御により、照射条件ごとに前記半導体対象物の透過率を測定することによって、照射条件と透過率との関係を取得する取得処理を実行し、
前記制御部は、前記第１照射処理においては、照射条件と透過率との前記関係に基づいて、前記第１照射処理の後の前記半導体対象物の透過率が基準値となるような照射条件によって、前記半導体対象物の内部にレーザ光を照射して前記複数の改質スポットを形成するように、前記照射部を制御する、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記ステージは、前記測定処理に用いる測定光を透過する透過部を含み、
前記測定部は、前記ステージに支持された前記半導体対象物に向けて前記測定光を照射する光源と、前記半導体対象物及び前記透過部を透過した前記測定光を検出する光検出器と、を有し、前記光検出器の検出結果に基づいて前記半導体対象物の透過率を測定する、
請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
ガリウムを含む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半導体対象物にレーザ光を照射する照射部と、
前記半導体対象物の透過率を測定する測定部と、
前記照射部及び前記測定部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記照射部の制御により、前記半導体対象物の表面から前記半導体対象物の内部にレーザ光を照射することにより、前記半導体対象物の内部において前記表面に対向する仮想面に沿って、複数の改質スポットと前記複数の改質スポットにおいて析出されたガリウムを含む析出領域とを形成する第１照射処理と、
前記第１照射処理の後に、前記測定部の制御により、前記半導体対象物の透過率を測定する測定処理と、
を実行する、
レーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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って、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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１８３６００号公報
【特許文献２】特開２０１７−０５７１０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
本発明は、好適な半導体部材の取得を可能とするレーザ加工方法、及び、半導体部材製造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】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を進めることにより、次のような第１の知見を得た。すなわち、ガリウムを含む半導体対象物にレーザ光を照射して改質スポットを形成すると、当該改質スポットにおいてガリウムが析出される結果、半導体対象物の全体の透過率が変化し、その後のレーザ加工に適した照射条件が変化する。より具体的には、改質スポットの形成量が大きくなるほどガリウムの析出範囲も拡大し、半導体対象物の透過率が低くなる（レーザ光の吸収が大きくなる）ため、その後のレーザ加工に適したエネルギーが低下する。したがって、ガリウムを含む半導体対象物のレーザ加工に際しては、改質スポットを形成した後に半導体対象物の透過率を測定し、その透過率に応じた照射条件によってその後のレーザ光の照射を行うことにより、好適な半導体部材の取得が可能となる。本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
【０００７】
すなわち、本発明に係るレーザ加工装置は、ガリウムを含む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照射部と、半導体対象物の透過率を測定する測定部と、照射部及び測定部を制御する制御部と、を備え、制御部は、照射部の制御により、半導体対象物の表面から半導体対象物の内部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おいて表面に対向する仮想面に沿って、複数の改質スポットと複数の改質スポットにおいて析出されたガリウムを含む析出領域とを形成する第１照射処理と、第１照射処理の後に、測定部の制御により、半導体対象物の透過率を測定する測定処理と、測定処理の後に、照射部の制御により、測定処理において測定された半導体対象物の透過率に応じた照射条件によって、表面から半導体対象物の内部にレーザ光を照射する第２照射処理と、を実行する、レーザ加工装置。
【０００８】
このレーザ加工装置は、半導体対象物にレーザ光を照射する照射部と、半導体対象物の透過率を測定する測定部と、少なくともそれらを制御する制御部と、を備えている。制御部は、まず、照射部を制御することにより、半導体対象物の内部にレーザ光を照射することにより、複数の改質スポットとガリウムを含む析出領域とを形成する。続いて、制御部は、測定部を制御することにより、半導体対象物の透過率を測定する。そして、制御部は、照射部を制御することにより、先に測定された透過率に応じた照射条件によって、半導体対象物の内部にレーザ光を照射する。この結果、上記の知見のとおり、適切なエネルギーでのレーザ加工により好適な半導体部材の取得が可能となる。
【０００９】
本発明に係るレーザ加工装置においては、制御部は、第２照射処理においては、測定処理において測定された半導体対象物の透過率が基準値以下である場合に、表面から半導体対象物の内部にレーザ光を照射することにより析出領域を拡大するように、照射部を制御してもよい。このように、レーザ光の照射によって、析出領域を拡大してもよい。
【００１０】
ここで、本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を進めるなかで、次のような問題点を見出した。すなわち、レーザ光の照射によって半導体対象物の内部の仮想面に沿って改質スポットを形成すると共に、当該改質スポットから延びる亀裂を進展させて半導体対象物から半導体部材を切り出す場合を検討すると、切り出された面の凹凸を減らすためには、レーザ光の仮想面でのエネルギーを低減することが有効である一方で、レーザ光の仮想面でのエネルギーが低すぎると、改質スポット及び亀裂を生じさせることができなくなる。
【００１１】
本発明者は、このような問題点に着目し、さらなる検討を進めることにより、以下の第２の知見をさらに得るに至った。すなわち、まず、ガリウムを含む半導体対象物にレーザ光を照射することにより、仮想面に沿って、複数の改質スポットと、それらの複数の改質スポットにおいて析出されたガリウムを含む析出領域と、を形成する。そうすると、後の工程においてレーザ光を再度照射するときに、仮想面におけるレーザ光のエネルギーを半導体対象物の加工閾値を下回るほど低下させても、予め形成されたガリウムを含む領域を拡大させることができる。その結果、仮想面に渡る亀裂を形成して半導体部材を切り出したときに、切り出された面の凹凸を低減できる。次の発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。
【００１２】
すなわち、本発明に係るレーザ加工装置においては、制御部は、第２照射処理においては、測定処理において測定された半導体対象物の透過率が基準値以下である場合に、仮想面におけるエネルギーが半導体対象物の加工閾値を下回るように、表面から半導体対象物の内部にレーザ光を照射することにより析出領域を拡大するように、照射部を制御してもよい。
【００１３】
この場合には、制御部は、測定処理において測定された半導体対象物の透過率が基準値以下である場合、すなわち、第１の知見によれば、改質スポットとガリウムの析出領域とが十分に形成されている場合、照射部の制御によって、仮想面におけるエネルギーが半導体対象物の加工閾値を下回るように、半導体対象物の内部にレーザ光を照射することにより析出領域を拡大する。この結果、上記第２の知見のとおり、仮想面に渡る亀裂を境界とした切り出しにより、凹凸の低減された好適な半導体部材を得ることが可能となる。
【００１４】
本発明に係るレーザ加工装置においては、制御部は、第２照射処理においては、測定処理において測定された半導体対象物の透過率が基準値以下である場合に、表面に交差する方向からみて集光点が改質スポットに重ならないように、且つ、仮想面におけるエネルギーが半導体対象物の加工閾値を下回るように、表面から半導体対象物の内部にレーザ光を照射することにより析出領域を拡大するように、照射部を制御してもよい。この場合、より凹凸の低減された好適な半導体部材を得ることが可能となる。
【００１５】
本発明に係るレーザ加工装置においては、制御部は、第２照射処理においては、測定処理において測定された半導体対象物の透過率が基準値よりも高い場合に、仮想面におけるエネルギーが半導体対象物の加工閾値以上となる照射条件によって、表面から半導体対象物の内部にレーザ光を照射するように、照射部を制御してもよい。このように、測定処理において測定された半導体対象物の透過率が基準値よりも高い場合、すなわち、第１の知見によれば、改質スポットとガリウムの析出領域との形成が十分でない場合、第２照射処理によって、追加の改質スポット及び析出領域の形成を行うことが可能となる。
【００１６】
本発明に係るレーザ加工装置においては、制御部は、第１照射処理の前に、照射部の制御により、照射条件を変化させながらレーザ光を半導体対象物の内部に照射すると共に、測定部の制御により、照射条件ごとに半導体対象物の透過率を測定することによって、照射条件と透過率との関係を取得する取得処理を実行し、制御部は、第１照射処理においては、照射条件と透過率との関係に基づいて、第１照射処理の後の半導体対象物の透過率が基準値となるような照射条件によって、半導体対象物の内部にレーザ光を照射して複数の改質スポットを形成するように、照射部を制御してもよい。この場合、第１照射処理に先立って、レーザ光の照射条件と半導体対象物の透過率との関係が取得される。よって、その後の第１照射処理（及び続く第２照射処理）において、適切な照射条件でのレーザ加工が可能となる。
【００１７】
本発明に係るレーザ加工装置においては、ステージは、測定処理に用いる測定光を透過する透過部を含み、測定部は、ステージに支持された半導体対象物に向けて測定光を照射する光源と、半導体対象物及び透過部を透過した測定光を検出する光検出器と、を有し、光検出器の検出結果に基づいて半導体対象物の透過率を測定してもよい。この場合、半導体対象物へのレーザ光の照射と、半導体対象物の透過率の測定とを、単一のステージにて行うことが可能となる。つまり、測定処理の際に半導体対象物を移動する必要がない。このため、第１照射処理と第２照射処理とにおいて、半導体対象物に対するレーザ光の照射位置のずれが生じにくい。
【００１８】
本発明に係るレーザ加工装置は、ガリウムを含む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照射部と、半導体対象物の透過率を測定する測定部と、照射部及び前記測定部を制御する制御部と、を備え、制御部は、照射部の制御により、半導体対象物の表面から半導体対象物の内部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おいて表面に対向する仮想面に沿って、複数の改質スポットと複数の改質スポットにおいて析出されたガリウムを含む析出領域とを形成する第１照射処理と、第１照射処理の後に、測定部の制御により、半導体対象物の透過率を測定する測定処理と、を実行する。
【００１９】
このレーザ加工装置は、半導体対象物にレーザ光を照射する照射部と、半導体対象物の透過率を測定する測定部と、少なくともそれらを制御する制御部と、を備えている。制御部は、まず、照射部を制御することにより、半導体対象物の内部にレーザ光を照射することにより、複数の改質スポットとガリウムを含む析出領域とを形成する。続いて、制御部は、測定部を制御することにより、半導体対象物の透過率を測定する。したがって、この測定により得られた透過率に応じた照射条件によって、半導体対象物の内部にレーザ光を照射することが可能となる。よって、上記の知見のとおり、適切なエネルギーでのレーザ加工により好適な半導体部材の取得が可能となる。なお、この装置によれば、同一条件の半導体対象物、同一ロットの半導体対象物、又は、一の半導体対象物の測定に供された部分と異なる部分に対する最適な加工条件を取得したり、得られた透過率を用いた良品・不良品の判定を行ったりすることが可能となる。さらに、良品・不良品の判定を行った場合には、その判定結果に基づいて、次の加工対象となる半導体対象物に対する加工条件を変更することも可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、好適な半導体部材の取得を可能とするレーザ加工方法、及び、半導体部材製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】レーザ加工装置の構成図である。
【図２】第１例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】図２に示されるＧａＮインゴットの平面図である。
【図４】第１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インゴットの一部分の縦断面図である。
【図５】第１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インゴットの一部分の横断面図である。
【図６】第１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インゴットの一部分の縦断面図である。
【図７】第１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インゴットの一部分の横断面図である。
【図８】第１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インゴットの一部分の縦断面図である。
【図９】第１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インゴットの一部分の横断面図である。
【図１０】第１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インゴットの一部分の縦断面図である。
【図１１】第１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インゴットの一部分の横断面図である。
【図１２】第１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インゴットの側面図である。
【図１３】第１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ウェハの側面図である。
【図１４】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】図１４に示される剥離面の高さプロファイルである。
【図１６】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】図１６に示される剥離面の高さプロファイルである。
【図１８】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】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】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】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】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】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】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】第２例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】第２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ウェハの一部分の側面図である。
【図２７】第２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ウェハの一部分の側面図である。
【図２８】第２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半導体デバイスの側面図である。
【図２９】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】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】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】図３１に示される剥離面の高さプロファイルである。
【図３３】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】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３５】レーザ加工装置の構成図である。
【図３６】測定された透過率を示すグラフである。
【図３７】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ウェハの一部分の縦断面図である。
【図３８】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ウェハの一部分の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照した詳細な説明が提供される。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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例に係るレーザ加工方法及び半導体部材製造方法］
【００２９】
ここでは、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。
【００３０】
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。ここでは、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である。
【００３１】
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。
【００３２】
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を入射させて照射することにより、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（第１改質スポット）を形成する（工程Ｓ１）。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）。また、このとき、改質スポット１３ａのそれぞれにおいて析出されたガリウムが、亀裂１４ａ内に入り込むように拡がることによって、改質スポット１３ａの周囲に、析出されたガリウムを含む析出領域Ｒが形成される。
【００３３】
ここでは、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。
【００３４】
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を入射させて照射することにより、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（工程Ｓ２）。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）。また、このとき、改質スポット１３ｂのそれぞれにおいて析出されたガリウムが、亀裂１４ｂ内に入り込むように拡がることによって、改質スポット１３ｂの周囲に、析出されたガリウムを含む析出領域Ｒが形成される。
【００３５】
ここでは、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。
【００３６】
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を入射させて照射することにより、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（工程Ｓ３）。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を入射させて照射することにより、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（工程Ｓ４）。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。
【００３７】
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。また、このとき、改質スポット１３ｃ，１３ｄのそれぞれにおいて析出されたガリウムが、亀裂１４ｃ，１４ｄ内に入り込むように拡がることによって、改質スポット１３ｃ，１３ｄの周囲に、析出されたガリウムを含む析出領域Ｒが形成される。
【００３８】
ここでは、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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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（工程Ｓ５）。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。
【００４２】
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例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例の半導体部材製造方法である。
【００４３】
以上説明したように、第１例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例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例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。
【００４４】
同様に、第１例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。
【００４５】
また、第１例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。
【００４６】
また、第１例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。
【００４７】
特に、第１例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（析出領域Ｒが形成され）、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。
【００４８】
また、第１例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。
【００４９】
また、第１例の半導体部材製造方法によれば、第１例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。
【００５０】
また、第１例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。
【００５１】
ここで、第１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。
【００５２】
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。
【００５３】
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０．３３μｍ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。
【００５４】
以上の実験結果から、第１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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
以上の原理から、第１例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。
【００５９】
次に、第１例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。
【００６０】
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。
【００６１】
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、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。
【００６２】
以上の実験結果から、第１例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。
【００６３】
次に、第１例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。
【００６４】
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。
【００６５】
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例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１．８μＪ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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。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すれば（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の延び量がより一層抑制されることが分かった。
［第２例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法］
【００６８】
第２例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例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。
【００６９】
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（第２例では、隣り合う仮想面１５間の距離の半分）は３０μｍ以上である。
【００７０】
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例のレーザ加工方法及び半導体部材製造方法の工程Ｓ１〜工程Ｓ４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。
【００７１】
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。
【００７２】
第２例では、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。
【００７３】
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。
【００７４】
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（工程Ｓ６）。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。
【００７５】
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例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例の半導体部材製造方法である。
【００７６】
以上説明したように、第２例のレーザ加工方法よれば、第１例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例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。
【００７７】
同様に、第２例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。
【００７８】
また、第２例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。
【００７９】
また、第２例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。
【００８０】
特に、第２例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。
【００８１】
また、第２例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。
【００８２】
また、第２例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。
【００８３】
また、第２例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］
【００８４】
上述した例は、任意に変形可能である。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であり且つパルス幅が２００ｆｓ〜１ｎｓであることが好ましい。
【００８５】
また、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例のＧａＮインゴット２０及び第２例のＧａＮウェハ３０に限定されない。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例のＧａＮウェハ３０及び第２例の半導体デバイス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。
【００８６】
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、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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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、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。
【００９０】
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。
【００９１】
また、第１例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例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。
【００９２】
また、第１例及び第２例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例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。
【００９３】
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。
【００９４】
また、上述した例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、上述した一の例又は変形例における各構成は、他の例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。
［実施形態に係るレーザ加工装置］
【００９５】
ここで、本発明者は、鋭意検討を進めることにより、次のような第１の知見を得た。すなわち、ガリウムを含む半導体対象物にレーザ光を照射して改質スポットを形成すると、当該改質スポットにおいてガリウムが析出される結果、半導体対象物の全体の透過率が変化し、その後のレーザ加工に適した照射条件が変化する。より具体的には、改質スポットの形成量が大きくなるほどガリウムの析出範囲も拡大し、半導体対象物の透過率が低くなる（レーザ光の吸収が大きくなる）ため、その後のレーザ加工に適したエネルギーが低下する。したがって、ガリウムを含む半導体対象物のレーザ加工に際しては、改質スポットを形成した後に半導体対象物の透過率を測定し、その透過率に応じた照射条件によってその後のレーザ光の照射を行うことにより、好適な半導体部材の取得が可能となる。以下の実施形態に係るレーザ加工装置は、このような知見に基づいてなされたものである。
【００９６】
図３５は、実施形態に係るレーザ加工装置を示す図である。図３５に示されるように、レーザ加工装置１Ａは、図１に示されたレーザ加工装置１と比較して、測定部５０をさらに備える点、及び、ステージ２に代えてステージ２Ａを備える点において、レーザ加工装置１と相違している。レーザ加工装置１Ａにおいては、光源３、空間光変調器４、及び、集光レンズ５によって、照射部４５が構成されている。すなわち、レーザ加工装置１Ａは、ＧａＮウェハ３０を支持するステージ２Ａと、ステージ２Ａに支持されたＧａＮウェハ３０にレーザ光Ｌを照射する照射部４５と、ＧａＮウェハ３０の透過率を測定する測定部５０と、照射部４５及び測定部５０を制御する制御部６と、を備えている。
【００９７】
ステージ２Ａは、測定に用いられる測定光ＩＬを透過する透過部２Ｔを含む。測定部５０は、ステージ２Ａに支持されたＧａＮウェハ３０に向けて測定光ＩＬを照射する光源５１と、ＧａＮウェハ３０及び透過部２Ｔを透過した測定光ＩＬを検出する光検出器５２と、を有し、光検出器５２の検出結果に基づいてＧａＮウェハ３０の透過率を測定する。
【００９８】
制御部６は、まず、照射部４５の制御により、第１照射処理を実行する。第１照射処理とは、ＧａＮウェハ３０の表面３０ａからＧａＮウェハ３０の内部にレーザ光Ｌを照射することにより、ＧａＮウェハ３０の内部において表面３０ａに対向する仮想面１５に沿って、複数の改質スポット１３と複数の改質スポット１３において析出されたガリウムを含む析出領域Ｒとを形成する処理である。より具体的には、この第１照射処理においては、制御部６は、上述した例の工程Ｓ１〜工程Ｓ３を実行し、ＧａＮウェハ３０に対して、改質スポット１３ａ〜改質スポット１３ｃを形成すると共に、その亀裂１４においてガリウムの析出領域Ｒを形成する。
【００９９】
制御部６は、その後、測定部５０の制御により、ＧａＮウェハ３０の透過率を測定する測定処理を実行する。図３６は、測定された透過率を示すグラフである。グラフＴ０は、改質スポットの形成を行う前のＧａＮウェハ３０の透過率を示す。これに対して、グラフＴ１は、工程Ｓ１を行って改質スポット１３ａ及び対応する析出領域Ｒを形成した状態のＧａＮウェハ３０の透過率を示している。また、グラフＴ２は、工程Ｓ２を行って改質スポット１３ｂ及び対応する析出領域Ｒを形成した状態のＧａＮウェハ３０の透過率を示す。さらに、グラフＴ３は、工程３を行って改質スポット１３ｃ及び対応する析出領域Ｒを形成した状態のＧａＮウェハ３０の透過率を示す。これらのグラフによれば、改質スポット１３（析出領域）を形成していくにつれて、ＧａＮウェハ３０の透過率が減少していくことが理解される。
【０１００】
改質スポット１３ａ〜改質スポット１３ｃを形成するときのレーザ光Ｌの照射条件は、例えば次のように規定することができる。まず、レーザ光Ｌのパルスエネルギーが大きくなると、改質スポット１３の周辺に形成される析出領域Ｒが大きくなる傾向にある。したがって、（例えばＹ方向における）レーザ光Ｌの集光点Ｃ間の距離を相対的に大きくする（改質スポット１３及び析出領域Ｒを相対的に粗に形成する）場合には、後のレーザ光の照射による析出領域Ｒの拡大の観点から、レーザ光Ｌのパルスエネルギーを大きくすることが望ましい。一方で、（例えばＹ方向における）レーザ光Ｌの集光点Ｃ間の距離を相対的に小さくする（改質スポット１３及び析出領域Ｒを相対的に密に形成する）場合には、レーザ光のパルスエネルギーを小さくしても、後の工程でのレーザ光の照射によって析出領域Ｒを拡大し得る。一例として、レーザ光Ｌのパルスピッチを１０μｍと一定とすると、Ｙ方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離を８μｍとする場合には、レーザ光Ｌのパルスエネルギーを２μＪ程度とすることにより、後の工程でのレーザ光の照射によって析出領域Ｒを拡大し得る。また、Ｙ方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離を４μｍとする場合には、レーザ光Ｌのパルスエネルギーを０・６７μＪ程度とすることにより、後の工程でのレーザ光の照射によって析出領域Ｒを拡大し得る。さらに、Ｙ方向において隣り合う集光点Ｃ間の距離を２μｍとする場合には、レーザ光Ｌのパルスエネルギーを０．３３μＪ程度とすることにより、後の工程でのレーザ光の照射によって析出領域Ｒを拡大し得る。
【０１０１】
ここで、制御部６は、ＧａＮウェハ３０の透過率が基準値以下であるか否かの判定を行うことができる。ＧａＮウェハ３０の透過率の基準値は、例えば０．５（５０％）とすることができる。１度の第１照射処理の後のＧａＮウェハ３０の透過率は、概ね０．６〜０．７程度であり、基準値よりも高い。
【０１０２】
続いて、制御部６は、第２照射処理を実行する。第２処理は、照射部４５の制御により、測定処理において測定されたＧａＮウェハ３０の透過率に応じた照射条件によって、表面３０ａからＧａＮウェハ３０の内部にレーザ光Ｌを照射する処理である。この第２照射処理には、２つの場合が存在する。第１の場合は、測定処理において測定されたＧａＮウェハ３０の透過率が基準値以下である場合である。透過率が基準値以下であることは、ＧａＮウェハ３０の内部に十分に改質スポット１３及び析出領域Ｒが形成されていることを意味する。この場合には、制御部６は、図３７及び図３８に示されるように、例えば、仮想面におけるエネルギーが相対的に小さくなるような照射条件でもって、表面３０ａからＧａＮウェハ３０の内部にレーザ光Ｌを照射することにより、析出領域Ｒを拡大するように照射部４５を制御する。
【０１０３】
なお、この場合には、制御部６は、一例として、仮想面におけるエネルギーがＧａＮウェハ３０の加工閾値を下回るように、表面３０ａからＧａＮウェハ３０の内部にレーザ光Ｌを照射することにより析出領域Ｒを拡大するように、照射部４５を制御してもよい。また、このとき、制御部６は、表面３０ａに交差する方向（Ｚ方向）からみて集光点Ｃが改質スポット１３に重ならないようにしてもよい。さらに、一例として、集光点Ｃは、改質スポット１３に加えて、亀裂１４及び析出領域Ｒに重ならないように配置され得る。
【０１０４】
ＧａＮウェハ３０の加工閾値を下回るエネルギーでのレーザ光Ｌの照射を行う例は、以下の知見に基づいている。すなわち、まず、ガリウムを含む半導体対象物にレーザ光を照射することにより、仮想面に沿って、複数の改質スポットと、それらの複数の改質スポットにおいて析出されたガリウムを含む析出領域と、を形成する。そうすると、後の工程においてレーザ光を再度照射するときに、レーザ光の集光点が予め形成された改質スポットが重ならないようにすると共に、仮想面におけるレーザ光のエネルギーを半導体対象物の加工閾値を下回るほど低下させても、予め形成されたガリウムを含む析出領域を拡大させることができる。その結果、仮想面に渡る亀裂を形成して半導体部材を切り出したときに、切り出された面の凹凸を低減できる。
【０１０５】
一方、第２の場合は、測定処理において測定されたＧａＮウェハ３０の透過率が、基準値よりも高い場合である。この場合には、例えば、仮想面におけるエネルギーが相対的に（例えば透過率が基準値以下である場合と比較して）大きくなるような照射条件でもって、表面３０ａからＧａＮウェハ３０の内部にレーザ光Ｌを照射するように、照射部４５を制御する。一例として、この場合には、制御部６は、仮想面１５におけるエネルギーがＧａＮウェハ３０の加工閾値以上となる照射条件によって、表面３０ａからＧａＮウェハ３０の内部にレーザ光Ｌを照射するように、照射部４５を制御する。すなわち、この場合には、上記の例の工程Ｓ４がさらに実行され、改質スポット１３ｄ及び対応する析出領域Ｒを形成する。そうすると、ＧａＮウェハ３０の透過率がさらに低下する。
【０１０６】
以上説明した様に、レーザ加工装置１Ａは、ＧａＮウェハ３０にレーザ光Ｌを照射する照射部４５と、ＧａＮウェハ３０の透過率を測定する測定部５０と、少なくともそれらを制御する制御部６と、を備えている。制御部６は、まず、照射部４５を制御することにより、ＧａＮウェハ３０の内部にレーザ光Ｌを照射することにより、複数の改質スポット１３とガリウムを含む析出領域Ｒとを形成する。続いて、制御部６は、測定部５０を制御することにより、ＧａＮウェハ３０の透過率を測定する。そして、制御部６は、照射部４５を制御することにより、先に測定された透過率に応じた照射条件によって、ＧａＮウェハ３０の内部にレーザ光Ｌを照射する。この結果、上記の知見のとおり、適切なエネルギーでのレーザ加工により好適な半導体部材の取得が可能となる。
【０１０７】
また、本実施形態に係るレーザ加工装置１Ａにおいては、制御部６は、第２照射処理においては、測定処理において測定されたＧａＮウェハ３０の透過率が基準値以下である場合に、表面３０ａからＧａＮウェハ３０の内部にレーザ光Ｌを照射することにより析出領域Ｒを拡大するように、照射部４５を制御する。このように、レーザ光Ｌの照射によって、析出領域Ｒを拡大してもよい。
【０１０８】
また、レーザ加工装置１Ａにおいては、制御部６は、第２照射処理においては、測定処理において測定されたＧａＮウェハ３０の透過率が基準値以下である場合に、仮想面１５におけるエネルギーがＧａＮウェハ３０の加工閾値を下回るように、表面３０ａからＧａＮウェハ３０の内部にレーザ光Ｌを照射することにより析出領域Ｒを拡大するように、照射部４５を制御してもよい。
【０１０９】
この場合には、制御部６は、測定処理において測定されたＧａＮウェハ３０の透過率が基準値以下である場合、すなわち、上記知見によれば、改質スポット１３とガリウムの析出領域Ｒとが十分に形成されている場合、照射部４５の制御によって、仮想面１５におけるエネルギーがＧａＮウェハ３０の加工閾値を下回るように、ＧａＮウェハ３０の内部にレーザ光Ｌを照射することにより析出領域Ｒを拡大する。この結果、上記知見のとおり、仮想面１５に渡る亀裂を境界とした切り出しにより、凹凸の低減された好適な半導体部材を得ることが可能となる。
【０１１０】
また、レーザ加工装置１Ａにおいては、制御部６は、第２照射処理においては、測定処理において測定されたＧａＮウェハ３０の透過率が基準値以下である場合に、表面３０ａに交差する方向からみて集光点Ｃが改質スポット１３に重ならないように、且つ、仮想面１５におけるエネルギーがＧａＮウェハ３０の加工閾値を下回るように、表面３０ａからＧａＮウェハ３０の内部にレーザ光Ｌを照射することにより析出領域Ｒを拡大するように、照射部４５を制御してもよい。この場合、より凹凸の低減された好適な半導体部材を得ることが可能となる。
【０１１１】
また、本実施形態に係るレーザ加工装置１Ａにおいては、制御部６は、第２照射処理においては、測定処理において測定されたＧａＮウェハ３０の透過率が基準値よりも高い場合に、仮想面１５におけるエネルギーがＧａＮウェハ３０の加工閾値以上となる照射条件によって、表面３０ａからＧａＮウェハ３０の内部にレーザ光Ｌを照射するように、照射部４５を制御する。このように、測定処理において測定されたＧａＮウェハ３０の透過率が基準値よりも高い場合、すなわち、改質スポット１３とガリウムの析出領域Ｒとの形成が十分でない場合、第２照射処理によって、追加の改質スポット１３及び析出領域Ｒの形成を行うことが可能となる。
【０１１２】
さらに、本実施形態に係るレーザ加工装置１Ａにおいては、ステージ２Ａは、測定処理に用いる測定光ＩＬを透過する透過部２Ｔを含み、測定部５０は、ステージ２Ａに支持されたＧａＮウェハ３０に向けて測定光ＩＬを照射する光源５１と、ＧａＮウェハ３０及び透過部２Ｔを透過した測定光ＩＬを検出する光検出器５２と、を有する。そして、測定部５０は、光検出器５２の検出結果に基づいてＧａＮウェハ３０の透過率を測定する。このため、ＧａＮウェハ３０へのレーザ光Ｌの照射と、ＧａＮウェハ３０の透過率の測定とを、単一のステージ２ｒにて行うことが可能となる。つまり、測定処理の際にＧａＮウェハ３０を移動する必要がない。このため、第１照射処理と第２照射処理とにおいて、ＧａＮウェハ３０に対するレーザ光Ｌの照射位置のずれが生じにくい。
【０１１３】
以上の実施形態は、本発明に係るレーザ加工装置の一例を説明したものである。したがって、本発明に係るレーザ加工装置は、上記実施形態に限定されず、種々の変更が適用され得る。すなわち、上記実施形態に係るレーザ加工装置に対して、第１例、第２例、及び、それぞれの変形例の要素を任意に適用できる。
【０１１４】
例えば、制御部６は、第１照射処理の前に、照射部４５の制御により、照射条件を変化させながらレーザ光ＬをＧａＮウェハ３０の内部に照射すると共に、測定部５０の制御により、照射条件ごとにＧａＮウェハ３０の透過率を測定することによって、照射条件と透過率との関係を取得する取得処理を実行することができる。そして、制御部６は、第１照射処理においては、照射条件と透過率との関係に基づいて、第１照射処理の後のＧａＮウェハ３０の透過率が基準値となるような照射条件によって、ＧａＮウェハ３０の内部にレーザ光Ｌを照射して複数の改質スポット１３を形成するように、照射部４５を制御してもよい。
【０１１５】
この場合、第１照射処理に先立って、レーザ光Ｌの照射条件とＧａＮウェハ３０の透過率との関係が取得される。よって、その後の第１照射処理（及び続く第２照射処理）において、適切な照射条件でのレーザ加工が可能となる。
【０１１６】
なお、取得処理においては、実際に第１照射処理等の加工が行われるＧａＮウェハ３０と同一条件の別のウェハを用いたり、実際に第１照射処理等の加工が行われるＧａＮウェハ３０と同一ロットの別のウェハを用いたり、実際に第１照射処理等の加工が行われるＧａＮウェハ３０における未使用予定の部分を用いたりして、照射条件と透過率と関係を取得することができる。なお、照射条件としては、パルスエネルギーに限らず、パルスピッチ等であってもよい。
【０１１７】
また、制御部６の制御としては、測定処理の後に、連続的に第２照射処理を行うことが必須ではない。例えば、制御部６は、サンプルに対して第１照射処理及び測定処理を実行することにより、最適な加工条件を検出しておく。サンプルとは、例えば、実際に第１照射処理等の加工が行われるＧａＮウェハ３０と同一条件の別のウェハ、実際に第１照射処理等の加工が行われるＧａＮウェハ３０と同一ロットの別のウェハ、又は、実際に第１照射処理等の加工が行われるＧａＮウェハ３０における未使用予定の部分等である。すなわち、レーザ加工装置１Ａにおいては、実際の加工に先立って第１照射処理及び測定処理を行うことにより最適な照射条件（パルスエネルギー及び／又はパルスピッチ）を取得し、適切なエネルギー等でのレーザ加工により好適な半導体部材の取得が可能となる。
【０１１８】
また、測定処理の後に連続的に第２照射処理を行わない別の例として、制御部６の次のような処理を挙げることができる。すなわち、制御部６は、測定処理の後に、得られたＧａＮウェハ３０の透過率が、所望の透過率範囲に入っているか否かの判定を行う判定処理を実行する。この結果、測定処理により得られた透過率が、所望の透過率範囲に入っていればＧａＮウェハ３０を良品であると判定し、所望の透過率範囲に入っていなければＧａＮウェハ３０を不良品と判定する。そして、制御部６は、良品・不良品の判定を行った場合には、さらに、その判定結果に基づいて、次の加工対象となるＧａＮウェハ３０に対する加工条件を変更することも可能である。
【０１１９】
ここで、上記のレーザ加工装置１Ａにおいては、光源５１と光検出器５２とを、ステージ２Ａの両側に分配して配置し、光源５１から出力されて透過部２Ｔを透過した測定光ＩＬを検出する構成とした。しかしながら、レーザ加工装置１Ａにおいては、光源５１と光検出器５２とを、ステージ２Ａの一方側（ＧａＮウェハ３０を支持する面側）に配置してもよい。この場合、光検出器５２は、光源５１から出力されてＧａＮウェハ３０を透過し、ＧａＮウェハ３０の裏面（表面３０ａと反対側の面であって、ステージ２Ａに臨む面）において反射された測定光ＩＬを検出することができる。この場合、ステージ２Ａの下部（光源５１と反対側）に光検出器５２等を配置する必要がないという、装置設計上の優位が得られる。
【０１２０】
さらに、レーザ加工装置１Ａにおいては、光源５１と光検出器５２とを、ステージ２Ａの一方側に配置しつつ、ステージ２ＡにおけるＧａＮウェハ３０を支持する面に対して測定光ＩＬを反射するミラーをもうけてもよい。この場合、光検出器５２は、光源５１から出力されて、ＧａＮウェハ３０を透過してミラーにより反射され、再びＧａＮウェハ３０を透過した測定光ＩＬを検出することとなる。この場合、信号光強度を上昇させてＳＮ比を向上可能である。
【符号の説明】
【０１２１】
１Ａ…レーザ加工装置、２…ステージ、２Ｔ…透過部、６…制御部、１３…改質スポット、１５…仮想面、３０…ＧａＮウェハ（半導体対象物）、３０ａ…表面、４０…半導体デバイス（半導体部材）、４５…照射部、５０…測定部、５１…光源、５２…光検出器、Ｌ…レーザ光、Ｒ…析出領域。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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