エッチング方法
【課題】被加工材とレジストのエッチングの選択比を高くすることのできるエッチング方法、、このエッチング方法により加工されたサファイア基板、及び、このサファイア基板を備える発光素子を提供する。
【解決手段】プラズマエッチング装置を用いたエッチング方法であって、被加工材上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、前記レジスト膜に所定のパターンを形成するパターン形成工程と、前記パターンが形成された前記レジスト膜を所定の変質用条件にてプラズマに曝し、前記レジスト膜を変質させてエッチング選択比を高くするレジスト変質工程と、被加工材を変質用条件と異なるエッチング用条件にてプラズマに曝し、エッチング選択比が高くなった前記レジスト膜をマスクとして被加工材のエッチングを行う被加工材のエッチング工程と、を含むようにした。
【解決手段】プラズマエッチング装置を用いたエッチング方法であって、被加工材上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、前記レジスト膜に所定のパターンを形成するパターン形成工程と、前記パターンが形成された前記レジスト膜を所定の変質用条件にてプラズマに曝し、前記レジスト膜を変質させてエッチング選択比を高くするレジスト変質工程と、被加工材を変質用条件と異なるエッチング用条件にてプラズマに曝し、エッチング選択比が高くなった前記レジスト膜をマスクとして被加工材のエッチングを行う被加工材のエッチング工程と、を含むようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いたエッチング方法、このエッチング方法により加工されたサファイア基板、及び、このサファイア基板を備える発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
被加工材のエッチング方法として、表面にレジスト膜が形成された基板を、レジスト膜をマスクとしてエッチングするものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。例えば、特許文献１に記載のエッチング方法では、エッチングガスに炭素系ガスを添加した混合ガスをプラズマ状態に励起してサファイア基板をエッチングすると共に、炭素系ガスの流量を調整することで凸部のテーパ形状を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１３４８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来のエッチング方法では、被加工材とレジストの材質により定まる選択比を考慮して、エッチング加工が行われている。しかしながら、被加工材に微細で深い形状の加工を施す場合、適切な選択比の材料が存在しないと、所望の形状の加工を施すことができない。
【０００５】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被加工材とレジストのエッチングの選択比を高くすることのできるエッチング方法、このエッチング方法により加工されたサファイア基板、及び、このサファイア基板を備える発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明では、被加工材上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、前記レジスト膜に所定のパターンを形成するパターン形成工程と、前記パターンが形成された前記レジスト膜を所定の変質用条件にてプラズマに曝し、前記レジスト膜を変質させてエッチング選択比を高くするレジスト変質工程と、前記被加工材を前記変質用条件と異なるエッチング用条件にてプラズマに曝し、エッチング選択比が高くなった前記レジスト膜をマスクとして前記被加工材のエッチングを行う被加工材のエッチング工程と、を含むエッチング方法が提供される。
【０００７】
上記エッチング方法において、前記変質用条件は、前記エッチング用条件よりも、バイアス出力が低くともよい。
【０００８】
上記エッチング方法において、前記被加工材は、所定の被加工基板上に形成された基板用マスク層であってもよい。
【０００９】
上記エッチング方法において、エッチングされた基板用マスク層をマスクとして、前記被加工基板のエッチングを行う基板のエッチング工程を含んでもよい。
【００１０】
上記エッチング方法において、前記基板のエッチング工程にて、前記被加工基板に１μｍ以下の周期の凹凸形状を形成してもよい。
【００１１】
上記エッチング方法において、前記被加工基板に深さ３００ｎｍ以上の凹凸形状を形成してもよい。
【００１２】
上記エッチング方法において、前記被加工基板はサファイアであってもよい。
【００１３】
また、本発明では、上記エッチング方法により、凹凸加工が施されたサファイア基板が提供される。
【００１４】
さらに、本発明では、上記サファイア基板と、前記サファイア基板上に形成された半導体発光層と、を有する発光素子が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被加工材とレジストのエッチングの選択比を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態を示すプラズマエッチング装置の概略説明図である。
【図２】図２は、エッチング方法を示すフローチャートである。
【図３Ａ】図３Ａは被加工基板及びマスク層のエッチング方法の過程を示し、（ａ）は加工前の被加工基板を示し、（ｂ）は被加工基板上にマスク層を形成した状態を示し、（ｃ）はマスク層上にレジスト膜を形成した状態を示し、（ｄ）はレジスト膜にモールドを接触させた状態を示し、（ｅ）はレジスト膜にパターンが形成された状態を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは被加工基板及びマスク層のエッチング方法の過程を示し、（ｆ）はレジスト膜の残膜を除去した状態を示し、（ｇ）はレジスト膜を変質させた状態を示し、（ｈ）はレジスト膜をマスクとしてマスク層をエッチングした状態を示し、（ｉ）はマスク層をマスクとして被加工基板をエッチングした状態を示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは被加工基板及びマスク層のエッチング方法の過程を示し、（ｊ）はマスク層をマスクとして被加工基板をさらにエッチングした状態を示し、（ｋ）は被加工基板から残ったマスク層を除去した状態を示し、（ｌ）は被加工基板にウェットエッチングを施した状態を示す。
【図４】図４は被加工基板を示し、（ａ）は模式斜視図を、（ｂ）はＡ−Ａ断面図をそれぞれ示す。
【図５】図５は、被加工基板を備えた発光素子の模式断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態を示すプラズマエッチング装置の概略説明図である。
図１に示すように、プラズマエッチング装置１は、誘導結合型（ＩＣＰ）であり、被加工基板１００を保持する平板状の基板保持台２と、基板保持台２を収容する容器３と、容器３の上方に石英板６を介して設けられたコイル４と、基板保持台２に接続された電源５と、を有している。コイル４は立体渦巻形のコイルであり、コイル中央から高周波電力を供給し、コイル外周の末端が接地されている。エッチング対象の被加工基板１００は直接或いは搬送用トレーを介して基板保持台２に載置される。基板保持台２には被加工基板１００を冷却するための冷却機構が内蔵されており、冷却制御部７によって制御される。容器３は供給ポートを有し、Ｏ２ガス、Ａｒガス等の各種ガスが供給可能となっている。
【００１８】
このプラズマエッチング装置１でエッチングを行うにあたっては、基板保持台２に被加工基板１００を載置した後、容器３内の空気を排出して減圧状態とする。そして、容器３内に所定の処理ガスを供給し、容器３内のガス圧力を調整する。その後、コイル４及び基板保持台２に高出力の高周波電力を所定時間供給して、反応ガスのプラズマ８を生成させる。このプラズマ８によって被加工基板１００のエッチングを行う。
【００１９】
次いで、図２、図３Ａ及び図３Ｂを参照して、プラズマエッチング装置１を用いたエッチング方法について説明する。
図２は、エッチング方法を示すフローチャートである。図２に示すように、本実施形態のエッチング方法は、マスク層形成工程Ｓ１と、レジスト膜形成工程Ｓ２と、パターン形成工程Ｓ３と、残膜除去工程Ｓ４と、レジスト変質工程Ｓ５と、マスク層のエッチング工程Ｓ６と、被加工基板のエッチング工程Ｓ７と、マスク層除去工程Ｓ８と、湾曲部形成工程Ｓ９と、を含んでいる。
【００２０】
図３Ａは被加工基板及びマスク層のエッチング方法の過程を示し、（ａ）は加工前の被加工基板を示し、（ｂ）は被加工基板上にマスク層を形成した状態を示し、（ｃ）はマスク層上にレジスト膜を形成した状態を示し、（ｄ）はレジスト膜にモールドを接触させた状態を示し、（ｅ）はレジスト膜にパターンが形成された状態を示す。
図３Ｂは被加工基板及びマスク層のエッチング方法の過程を示し、（ｆ）はレジスト膜の残膜を除去した状態を示し、（ｇ）はレジスト膜を変質させた状態を示し、（ｈ）はレジスト膜をマスクとしてマスク層をエッチングした状態を示し、（ｉ）はマスク層をマスクとして被加工基板をエッチングした状態を示す。尚、変質後のレジスト膜は、図中、塗りつぶすことで表現している。
図３Ｃは被加工基板及びマスク層のエッチング方法の過程を示し、（ｊ）はマスク層をマスクとして被加工基板をさらにエッチングした状態を示し、（ｋ）は被加工基板から残ったマスク層を除去した状態を示し、（ｌ）は被加工基板にウェットエッチングを施した状態を示す。
【００２１】
まず、図３Ａ（ａ）に示すように、加工前の被加工基板１００を準備する。エッチングに先立って、被加工基板１００を所定の洗浄液で洗浄しておく。本実施形態においては、被加工基板１００はサファイア基板である。
【００２２】
次いで、図３Ａ（ｂ）に示すように、被加工基板１００にマスク層１１０を形成する（マスク層形成工程：Ｓ１）。本実施形態においては、マスク層１１０は、被加工基板１００上のＳｉＯ２層１１１と、ＳｉＯ２層１１１上のＮｉ層１１２と、を有している。各層１１１，１１２の厚さは任意であるが、例えばＳｉＯ２層を１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、Ｎｉ層１１２を１ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることができる。尚、マスク層１１０は、単層とすることもできる。マスク層１１０は、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等により形成される。
【００２３】
次に、図３Ａ（ｃ）に示すように、マスク層１１０上にレジスト膜１２０を形成する（レジスト膜形成工程：Ｓ２）。本実施形態においては、レジスト膜１２０として熱可塑性樹脂が用いられ、スピンコート法により均一な厚さに形成される。レジスト膜１２０は、例えばエポキシ系樹脂からなり、厚さが例えば１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。
【００２４】
そして、レジスト膜１２０を被加工基板１００ごと加熱して軟化させ、図３Ａ（ｄ）に示すように、モールド１３０でレジスト膜１２０をプレスする。モールド１３０の接触面には凹凸構造１３１が形成されており、レジスト膜１２０が凹凸構造１３１に沿って変形する。
【００２５】
この後、プレス状態を保ったまま、レジスト膜１２０を被加工基板１００ごと冷却して硬化させる。そして、モールド２００をレジスト膜１２０から離隔することにより、図３Ａ（ｅ）に示すように、レジスト膜１２０に凹凸構造１２１が転写される（パターン形成工程：Ｓ３）。ここで、凹凸構造１２１の周期は１μｍ以下となっている。本実施形態においては、凹凸構造１２１の周期は５００ｎｍである。また、本実施形態においては、凹凸構造１２１の凸部１２３の幅は１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下となっている。また、凸部１２３の高さは１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下となっている。この状態で、レジスト膜１２０の凹部には残膜１２２が形成されている。
【００２６】
以上のようにレジスト膜１２０が形成された被加工基板１００を、プラズマエッチング装置１の基板保持台２に取り付ける。そして、例えばプラズマアッシングにより残膜１２２を取り除いて、図３Ｂ（ｆ）に示すように被加工材であるマスク層１１０を露出させる（残膜除去工程：Ｓ４）。本実施形態においては、プラズマアッシングの処理ガスとしてＯ２ガスが用いられる。このとき、レジスト膜１２０の凸部１２３もアッシングの影響を受け、凸部１２３の側面１２４は、マスク層１１０の表面に対して垂直でなく、所定の角度だけ傾斜する。
【００２７】
そして、図３Ｂ（ｇ）に示すようにレジスト膜１２０を変質用条件にてプラズマに曝して、レジスト膜１２０を変質させてエッチング選択比を高くする（レジスト変質工程：Ｓ５）。本実施形態においては、レジスト膜１２０の変質用の処理ガスとして、Ａｒガスが用いられる。また、本実施形態においては、変質用条件は、後述のエッチング用条件よりも電源５のバイアス出力が低く設定される。
【００２８】
この後、エッチング用条件にてプラズマに曝し、エッチング選択比が高くなったレジスト膜１２０をマスクとして被加工材としてのマスク層１１０のエッチングを行う（マスク層のエッチング工程：Ｓ６）。本実施形態においては、レジスト膜１２０のエッチング用の処理ガスとして、Ａｒガスが用いられる。これにより、図３Ｂ（ｈ）に示すように、マスク層１１０にパターン１１３が形成される。
【００２９】
ここで、変質用条件とエッチング用条件について、処理ガス、アンテナ出力、バイアス出力等を適宜に変更できるが、本実施形態のように同一の処理ガスを用いてバイアス出力を変えることが好ましい。具体的に、変質用条件について、処理ガスをＡｒガスとし、コイル４のアンテナ出力を３５０Ｗ、電源５のバイアス出力５０Ｗとすると、レジスト膜１２０の硬化が観察された。そして、エッチング用条件について、処理ガスをＡｒガスとし、コイル４のアンテナ出力を３５０Ｗ、電源５のバイアス出力を１００Ｗとすると、マスク層１１０のエッチングが観察された。尚、エッチング用条件に対してバイアス出力を低くする他、アンテナ出力を低くしたり、ガス流量を少なくしても、レジストの硬化が可能である。
【００３０】
次に、図３Ｂ（ｉ）に示すように、マスク層１１０をマスクとして、被加工基板１００のエッチングを行う（被加工基板のエッチング工程：Ｓ７）。本実施形態においては、マスク層１１０上にレジスト膜１２０が残った状態でエッチングが行われる。また、処理ガスとしてＢＣｌ３ガス等の塩素系ガスを用いたプラズマエッチングが行われる。
【００３１】
そして、図３Ｃ（ｊ）に示すように、エッチングが進行していくと、被加工基板１００に凹凸構造１０１が形成される。本実施形態においては、凹凸構造１０１の高さは、５００ｎｍである。尚、凹凸構造１０１の高さを５００ｎｍより大きくすることもできる。ここで、凹凸構造１０１の高さが、例えば３００ｎｍのように比較的浅くするのならば、図３Ｂ（ｉ）に示すように、レジスト膜１２０が残留した状態でエッチングを終了しても差し支えない。
【００３２】
本実施形態においては、マスク層１１０のＳｉＯ２層１１１により、サイドエッチングが助長されて、凹凸構造１０１の凸部１０２の側面１０３が傾斜している。また、レジスト膜１２０の側面１２３の傾斜角によっても、サイドエッチングの状態を制御することができる。尚、マスク層１１０をＮｉ層１１２の単層とすれば、凸部１０２の側面１０３を主面に対してほぼ垂直にすることができる。
【００３３】
この後、図３Ｂ（ｋ）に示すように、所定の剥離液を用いて被加工基板１００上に残ったマスク層１１０を除去する（マスク層除去工程：Ｓ８）。本実施形態においては、高温の硝酸を用いることでＮｉ層１１２を除去した後、フッ化水素酸を用いてＳｉＯ２層１１１を除去する。尚、レジスト膜１２０がマスク層１１０上に残留していても、高温の硝酸でＮｉ層１１２とともに除去することができるが、レジスト膜１２０の残留量が多い場合はＯ２アッシングにより予めレジスト膜１２０を除去しておくことが好ましい。
【００３４】
そして、図３Ｂ（ｌ）に示すように、ウェットエッチングにより凸部１０２の角を除去して湾曲部を形成する（湾曲部形成工程：Ｓ９）。ここで、エッチング液は任意であるが、例えば１７０℃程度に加温したリン酸水溶液、いわゆる“熱リン酸”を用いることができる。尚、この湾曲部形成工程は、適宜省略することができる。以上の工程を経て、表面に凹凸構造１０１を有する被加工基板１００が作製される。
【００３５】
この被加工基板１００のエッチング方法によれば、レジスト膜１２０をプラズマに曝して変質させたので、マスク層１１０とレジスト膜１２０のエッチングの選択比を高くすることができる。これにより、マスク層１１０に対して微細で深い形状の加工を施しやすくなり、微細な形状のマスク層１１０を十分に厚く形成することができる。
【００３６】
また、プラズマエッチング装置１により、レジスト膜１２０の変質と、マスク層１１０のエッチングとを連続的に行うことができ、工数が著しく増大することもない。本実施形態においては、電源５のバイアス出力を変化させることにより、レジスト膜１２０の変質とマスク層１１０のエッチングとを行っており、簡単容易にレジスト膜１２０の選択比を高くすることができる。
【００３７】
さらに、十分に厚いマスク層１１０をマスクとして、被加工基板１００のエッチングを行うようにしたので、被加工基板１００に対して微細で深い形状の加工を施しやすくなる。特に、サファイア基板において、周期が１μｍ以下で深さが３００ｎｍ以上の凹凸構造１０１を形成することは、マスク層が形成された基板上にレジスト膜を形成し、レジスト膜を利用してマスク層のエッチングを行うエッチング方法では従来は不可能であったが、本実施形態のエッチング方法では可能となる。特に、本実施形態のエッチング方法では、周期が１μｍ以下で深さが５００ｎｍ以上の凹凸構造を形成するのに好適である。
【００３８】
ナノスケールの周期的な凹凸構造はモスアイと称されるが、このモスアイの加工をサファイアに行う場合、サファイアは難削材であることから、２００ｎｍ程度の深さまでしか加工ができなかった。しかしながら、２００ｎｍ程度の段差では、モスアイとして不十分な場合があった。本実施形態のエッチング方法は、サファイア基板にモスアイ加工を施す場合の新規な課題を解決したものといえる。
【００３９】
尚、ナノインプリント技術を用いてレジストパターンを形成するものを示したが、例えばステンシルマスク等を用いて電子線照射によりレジストパターンを形成するものであってもよい。
【００４０】
また、被加工材として、ＳｉＯ２／Ｎｉからなるマスク層１１０を示したが、マスク層１１０がＮｉの単層であったり他の材料であってもよいことは勿論である。要は、レジストを変質させて、マスク層１１０とレジスト膜１２０のエッチング選択比を高くすればよいのである。
【００４１】
さらに、マスク層１１０を用いて被加工基板１００をエッチングするものを示したが、マスク層１１０を用いることなく被加工基板１００をエッチングするようにしてもよい。この場合、被加工基板１００が被加工材となり、被加工基板１００にレジスト膜１２０を形成して、レジストを変質させてエッチング選択比を高くすることとなる。
【００４２】
また、プラズマエッチング装置１のバイアス出力を変化させて変質用条件とエッチング用条件とするものを示したが、アンテナ出力、ガス流量を変化させる他、例えば処理ガスを変更することで設定してもよい。要は、変質用条件は、レジストがプラズマに曝された際に変質してエッチング選択比が高くなる条件であればよい。
【００４３】
また、被加工基板１００としてサファイアを用い、マスク層１１０としてＮｉ層１１０が含まれるものを示したが、他の材料のエッチングであっても本発明を適用可能なことはいうまでもない。例えば、エッチング加工の対象を、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＰ、ＺｎＯ等を基板とすることもできる。
【００４４】
図４は被加工基板を示し、（ａ）は模式斜視図を、（ｂ）はＡ−Ａ断面図をそれぞれ示す。
前述の工程を経て作製される被加工基板１００について説明する。本実施形態においては、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、凹凸構造１０１は、周期的に形成された複数の凸部１０２を有し、各凸部１０２の間が凹部をなしている。本実施形態においては、各凸部１０２の形状は、円錘の上部を切り落とした円錘台状である。尚、凸部１０２の形状は、円錐台状の他、多角錘台等の他の錘台状としたり、円錐、多角錘等の錘状とすることができる。尚、凸部１０２でなく凹部が、錘状、円錘台、錘台状等の形状をなしていてもよい。本実施形態においては、凹凸構造１０１は、平面視にて、各凸部１０２の中心が正三角形の頂点の位置となるように、所定の周期で仮想の三角格子の交点に整列して形成される。
【００４５】
本実施形態においては、各凸部１０２の周期は、５００ｎｍである。尚、ここでいう周期とは、隣接する凸部１０２における高さのピーク位置の距離をいう。また、各凸部１０２は、基端部の直径が２００ｎｍであり、高さは６００ｎｍとなっている。尚、各凸部１０２の周期、寸法、形状等は適宜に変更可能である。
【００４６】
そして、この被加工基板１００を用いて、例えば図５に示す発光素子２００を製造することができる。この発光素子２００は、フェイスアップ型のＬＥＤであり、被加工基板１００の凹凸構造１０１を有する面上に、III族窒化物半導体層が形成されたものである。III族窒化物半導体層は、バッファ層２１０、ｎ型ＧａＮ層２１２、多重量子井戸活性層２１４、電子ブロック層２１６、ｐ型ＧａＮ層２１８を被加工基板１００側からこの順に有している。ｐ型ＧａＮ層２１８上にはｐ側電極２２０が形成されるとともに、ｎ型ＧａＮ層２１２上にはｎ側電極２２４が形成されている。また、サファイア基板２の裏面側には、例えばＡｌからなる反射膜２２６が形成されている。
【００４７】
バッファ層２１０はＡｌＮで、ｎ型ＧａＮ層２１２はｎ−ＧａＮで、多重量子井戸活性層２１４はＧａｌｎＮ／ＧａＮで、それぞれ構成される。本実施形態においては、多重量子井戸活性層２１４の発光のピーク波長は４５０ｎｍである。また、電子ブロック層２１６はｐ―ＡＩＧａＮで、ｐ型ＧａＮ層２１８はｐ−ＧａＮで、それぞれ構成される。ｎ型ＧａＮ層２１２からｐ型ＧａＮ層２１８までは、III族窒化物半導体のエピタキシャル成長により形成され、被加工基板１００に凹凸構造１０１が存在するが、III族窒化物半導体の成長初期に横方向成長による平坦化が図られる。
【００４８】
ｐ側電極２２０は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明な材料からなる。また、ｎ側電極２２４は、ｐ型ＧａＮ層２１８からｎ型ＧａＮ層２１２をエッチングして、露出したｎ型ＧａＮ層２１２上に形成される。ｎ側電極２２４は、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕから構成される。
【００４９】
この発光素子２００においては、反射膜２２６の被加工基板１００側の面が反射面２２８をなしており、活性層２１４から発せられた光が凹凸構造１０１における界面を回折作用によって透過し、透過した光を反射面２２８にて反射する。これにより、回折作用により透過した光を当該界面に再入射させて、当該界面にて再び回折作用を利用して透過させることにより、複数のモードで光を素子外部へ取り出すことができる。この回折作用を得るため、各凸部１０１の周期は、多重量子井戸活性層２１４から発せられる光の光学波長より大きく、当該光のコヒーレント長より小さくすることが好ましい。
【００５０】
ここで、光学波長とは、実際の波長を屈折率で除した値を意味する。また、コヒーレント長とは、所定のスペクトル幅のフォトン群の個々の波長の違いによって、波の周期的振動が互いに打ち消され、可干渉性が消失するまでの距離に相当する。コヒーレント長ｌｃは、光の波長をλ、当該光の半値幅をΔλとすると、おおよそｌｃ＝（λ２／Δλ）の関係にある。ここで、各凸部１０２の周期は、多重量子井戸活性層２１４から発せられる光の光学波長の２倍より大きいことが好ましい。また、各凸部１０２の周期は、多重量子井戸活性層２１４から発せられる光のコヒーレント長の半分以下であることが好ましい。
【００５１】
本実施形態においては、各凸部１０２の周期は、５００ｎｍである。活性層２１４から発せられる光の波長は４５０ｎｍであり、III族窒化物半導体層の屈折率が２．４であることから、その光学波長は１８７．５ｎｍである。また、活性層２１４から発せられる光の半値幅は６３ｎｍであることから、当該光のコヒーレント長は、３２１４ｎｍである。すなわち、凹凸構造１０１の周期は、活性層２１４の光学波長の２倍より大きく、かつ、コヒーレント長の半分以下となっている。
【００５２】
このように、サファイアからなる被加工基板１００を発光素子２００に用いたものを例示したが、被加工基板１００を他のデバイスに用いることもできるし、その他、具体的な用途等については適宜に変更が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１ プラズマエッチング装置
２ 基板保持台
３ 容器
４ コイル
５ 電源
６ 石英板
７ 冷却制御部
８ プラズマ
１００ 被加工基板
１０１ 凹凸構造
１０２ 凸部
１０３ 側面
２００ 発光素子
２１０ バッファ層
２１２ ｎ型ＧａＮ層
２１４ 多重量子井戸活性層
２１６ 電子ブロック層
２１８ ｐ型ＧａＮ層
２２０ ｐ側電極
２２４ ｎ側電極
２２６ 反射膜
２２８ 反射面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いたエッチング方法、このエッチング方法により加工されたサファイア基板、及び、このサファイア基板を備える発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
被加工材のエッチング方法として、表面にレジスト膜が形成された基板を、レジスト膜をマスクとしてエッチングするものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。例えば、特許文献１に記載のエッチング方法では、エッチングガスに炭素系ガスを添加した混合ガスをプラズマ状態に励起してサファイア基板をエッチングすると共に、炭素系ガスの流量を調整することで凸部のテーパ形状を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１３４８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来のエッチング方法では、被加工材とレジストの材質により定まる選択比を考慮して、エッチング加工が行われている。しかしながら、被加工材に微細で深い形状の加工を施す場合、適切な選択比の材料が存在しないと、所望の形状の加工を施すことができない。
【０００５】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被加工材とレジストのエッチングの選択比を高くすることのできるエッチング方法、このエッチング方法により加工されたサファイア基板、及び、このサファイア基板を備える発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明では、被加工材上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、前記レジスト膜に所定のパターンを形成するパターン形成工程と、前記パターンが形成された前記レジスト膜を所定の変質用条件にてプラズマに曝し、前記レジスト膜を変質させてエッチング選択比を高くするレジスト変質工程と、前記被加工材を前記変質用条件と異なるエッチング用条件にてプラズマに曝し、エッチング選択比が高くなった前記レジスト膜をマスクとして前記被加工材のエッチングを行う被加工材のエッチング工程と、を含むエッチング方法が提供される。
【０００７】
上記エッチング方法において、前記変質用条件は、前記エッチング用条件よりも、バイアス出力が低くともよい。
【０００８】
上記エッチング方法において、前記被加工材は、所定の被加工基板上に形成された基板用マスク層であってもよい。
【０００９】
上記エッチング方法において、エッチングされた基板用マスク層をマスクとして、前記被加工基板のエッチングを行う基板のエッチング工程を含んでもよい。
【００１０】
上記エッチング方法において、前記基板のエッチング工程にて、前記被加工基板に１μｍ以下の周期の凹凸形状を形成してもよい。
【００１１】
上記エッチング方法において、前記被加工基板に深さ３００ｎｍ以上の凹凸形状を形成してもよい。
【００１２】
上記エッチング方法において、前記被加工基板はサファイアであってもよい。
【００１３】
また、本発明では、上記エッチング方法により、凹凸加工が施されたサファイア基板が提供される。
【００１４】
さらに、本発明では、上記サファイア基板と、前記サファイア基板上に形成された半導体発光層と、を有する発光素子が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被加工材とレジストのエッチングの選択比を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態を示すプラズマエッチング装置の概略説明図である。
【図２】図２は、エッチング方法を示すフローチャートである。
【図３Ａ】図３Ａは被加工基板及びマスク層のエッチング方法の過程を示し、（ａ）は加工前の被加工基板を示し、（ｂ）は被加工基板上にマスク層を形成した状態を示し、（ｃ）はマスク層上にレジスト膜を形成した状態を示し、（ｄ）はレジスト膜にモールドを接触させた状態を示し、（ｅ）はレジスト膜にパターンが形成された状態を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは被加工基板及びマスク層のエッチング方法の過程を示し、（ｆ）はレジスト膜の残膜を除去した状態を示し、（ｇ）はレジスト膜を変質させた状態を示し、（ｈ）はレジスト膜をマスクとしてマスク層をエッチングした状態を示し、（ｉ）はマスク層をマスクとして被加工基板をエッチングした状態を示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは被加工基板及びマスク層のエッチング方法の過程を示し、（ｊ）はマスク層をマスクとして被加工基板をさらにエッチングした状態を示し、（ｋ）は被加工基板から残ったマスク層を除去した状態を示し、（ｌ）は被加工基板にウェットエッチングを施した状態を示す。
【図４】図４は被加工基板を示し、（ａ）は模式斜視図を、（ｂ）はＡ−Ａ断面図をそれぞれ示す。
【図５】図５は、被加工基板を備えた発光素子の模式断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態を示すプラズマエッチング装置の概略説明図である。
図１に示すように、プラズマエッチング装置１は、誘導結合型（ＩＣＰ）であり、被加工基板１００を保持する平板状の基板保持台２と、基板保持台２を収容する容器３と、容器３の上方に石英板６を介して設けられたコイル４と、基板保持台２に接続された電源５と、を有している。コイル４は立体渦巻形のコイルであり、コイル中央から高周波電力を供給し、コイル外周の末端が接地されている。エッチング対象の被加工基板１００は直接或いは搬送用トレーを介して基板保持台２に載置される。基板保持台２には被加工基板１００を冷却するための冷却機構が内蔵されており、冷却制御部７によって制御される。容器３は供給ポートを有し、Ｏ２ガス、Ａｒガス等の各種ガスが供給可能となっている。
【００１８】
このプラズマエッチング装置１でエッチングを行うにあたっては、基板保持台２に被加工基板１００を載置した後、容器３内の空気を排出して減圧状態とする。そして、容器３内に所定の処理ガスを供給し、容器３内のガス圧力を調整する。その後、コイル４及び基板保持台２に高出力の高周波電力を所定時間供給して、反応ガスのプラズマ８を生成させる。このプラズマ８によって被加工基板１００のエッチングを行う。
【００１９】
次いで、図２、図３Ａ及び図３Ｂを参照して、プラズマエッチング装置１を用いたエッチング方法について説明する。
図２は、エッチング方法を示すフローチャートである。図２に示すように、本実施形態のエッチング方法は、マスク層形成工程Ｓ１と、レジスト膜形成工程Ｓ２と、パターン形成工程Ｓ３と、残膜除去工程Ｓ４と、レジスト変質工程Ｓ５と、マスク層のエッチング工程Ｓ６と、被加工基板のエッチング工程Ｓ７と、マスク層除去工程Ｓ８と、湾曲部形成工程Ｓ９と、を含んでいる。
【００２０】
図３Ａは被加工基板及びマスク層のエッチング方法の過程を示し、（ａ）は加工前の被加工基板を示し、（ｂ）は被加工基板上にマスク層を形成した状態を示し、（ｃ）はマスク層上にレジスト膜を形成した状態を示し、（ｄ）はレジスト膜にモールドを接触させた状態を示し、（ｅ）はレジスト膜にパターンが形成された状態を示す。
図３Ｂは被加工基板及びマスク層のエッチング方法の過程を示し、（ｆ）はレジスト膜の残膜を除去した状態を示し、（ｇ）はレジスト膜を変質させた状態を示し、（ｈ）はレジスト膜をマスクとしてマスク層をエッチングした状態を示し、（ｉ）はマスク層をマスクとして被加工基板をエッチングした状態を示す。尚、変質後のレジスト膜は、図中、塗りつぶすことで表現している。
図３Ｃは被加工基板及びマスク層のエッチング方法の過程を示し、（ｊ）はマスク層をマスクとして被加工基板をさらにエッチングした状態を示し、（ｋ）は被加工基板から残ったマスク層を除去した状態を示し、（ｌ）は被加工基板にウェットエッチングを施した状態を示す。
【００２１】
まず、図３Ａ（ａ）に示すように、加工前の被加工基板１００を準備する。エッチングに先立って、被加工基板１００を所定の洗浄液で洗浄しておく。本実施形態においては、被加工基板１００はサファイア基板である。
【００２２】
次いで、図３Ａ（ｂ）に示すように、被加工基板１００にマスク層１１０を形成する（マスク層形成工程：Ｓ１）。本実施形態においては、マスク層１１０は、被加工基板１００上のＳｉＯ２層１１１と、ＳｉＯ２層１１１上のＮｉ層１１２と、を有している。各層１１１，１１２の厚さは任意であるが、例えばＳｉＯ２層を１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、Ｎｉ層１１２を１ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることができる。尚、マスク層１１０は、単層とすることもできる。マスク層１１０は、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等により形成される。
【００２３】
次に、図３Ａ（ｃ）に示すように、マスク層１１０上にレジスト膜１２０を形成する（レジスト膜形成工程：Ｓ２）。本実施形態においては、レジスト膜１２０として熱可塑性樹脂が用いられ、スピンコート法により均一な厚さに形成される。レジスト膜１２０は、例えばエポキシ系樹脂からなり、厚さが例えば１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。
【００２４】
そして、レジスト膜１２０を被加工基板１００ごと加熱して軟化させ、図３Ａ（ｄ）に示すように、モールド１３０でレジスト膜１２０をプレスする。モールド１３０の接触面には凹凸構造１３１が形成されており、レジスト膜１２０が凹凸構造１３１に沿って変形する。
【００２５】
この後、プレス状態を保ったまま、レジスト膜１２０を被加工基板１００ごと冷却して硬化させる。そして、モールド２００をレジスト膜１２０から離隔することにより、図３Ａ（ｅ）に示すように、レジスト膜１２０に凹凸構造１２１が転写される（パターン形成工程：Ｓ３）。ここで、凹凸構造１２１の周期は１μｍ以下となっている。本実施形態においては、凹凸構造１２１の周期は５００ｎｍである。また、本実施形態においては、凹凸構造１２１の凸部１２３の幅は１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下となっている。また、凸部１２３の高さは１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下となっている。この状態で、レジスト膜１２０の凹部には残膜１２２が形成されている。
【００２６】
以上のようにレジスト膜１２０が形成された被加工基板１００を、プラズマエッチング装置１の基板保持台２に取り付ける。そして、例えばプラズマアッシングにより残膜１２２を取り除いて、図３Ｂ（ｆ）に示すように被加工材であるマスク層１１０を露出させる（残膜除去工程：Ｓ４）。本実施形態においては、プラズマアッシングの処理ガスとしてＯ２ガスが用いられる。このとき、レジスト膜１２０の凸部１２３もアッシングの影響を受け、凸部１２３の側面１２４は、マスク層１１０の表面に対して垂直でなく、所定の角度だけ傾斜する。
【００２７】
そして、図３Ｂ（ｇ）に示すようにレジスト膜１２０を変質用条件にてプラズマに曝して、レジスト膜１２０を変質させてエッチング選択比を高くする（レジスト変質工程：Ｓ５）。本実施形態においては、レジスト膜１２０の変質用の処理ガスとして、Ａｒガスが用いられる。また、本実施形態においては、変質用条件は、後述のエッチング用条件よりも電源５のバイアス出力が低く設定される。
【００２８】
この後、エッチング用条件にてプラズマに曝し、エッチング選択比が高くなったレジスト膜１２０をマスクとして被加工材としてのマスク層１１０のエッチングを行う（マスク層のエッチング工程：Ｓ６）。本実施形態においては、レジスト膜１２０のエッチング用の処理ガスとして、Ａｒガスが用いられる。これにより、図３Ｂ（ｈ）に示すように、マスク層１１０にパターン１１３が形成される。
【００２９】
ここで、変質用条件とエッチング用条件について、処理ガス、アンテナ出力、バイアス出力等を適宜に変更できるが、本実施形態のように同一の処理ガスを用いてバイアス出力を変えることが好ましい。具体的に、変質用条件について、処理ガスをＡｒガスとし、コイル４のアンテナ出力を３５０Ｗ、電源５のバイアス出力５０Ｗとすると、レジスト膜１２０の硬化が観察された。そして、エッチング用条件について、処理ガスをＡｒガスとし、コイル４のアンテナ出力を３５０Ｗ、電源５のバイアス出力を１００Ｗとすると、マスク層１１０のエッチングが観察された。尚、エッチング用条件に対してバイアス出力を低くする他、アンテナ出力を低くしたり、ガス流量を少なくしても、レジストの硬化が可能である。
【００３０】
次に、図３Ｂ（ｉ）に示すように、マスク層１１０をマスクとして、被加工基板１００のエッチングを行う（被加工基板のエッチング工程：Ｓ７）。本実施形態においては、マスク層１１０上にレジスト膜１２０が残った状態でエッチングが行われる。また、処理ガスとしてＢＣｌ３ガス等の塩素系ガスを用いたプラズマエッチングが行われる。
【００３１】
そして、図３Ｃ（ｊ）に示すように、エッチングが進行していくと、被加工基板１００に凹凸構造１０１が形成される。本実施形態においては、凹凸構造１０１の高さは、５００ｎｍである。尚、凹凸構造１０１の高さを５００ｎｍより大きくすることもできる。ここで、凹凸構造１０１の高さが、例えば３００ｎｍのように比較的浅くするのならば、図３Ｂ（ｉ）に示すように、レジスト膜１２０が残留した状態でエッチングを終了しても差し支えない。
【００３２】
本実施形態においては、マスク層１１０のＳｉＯ２層１１１により、サイドエッチングが助長されて、凹凸構造１０１の凸部１０２の側面１０３が傾斜している。また、レジスト膜１２０の側面１２３の傾斜角によっても、サイドエッチングの状態を制御することができる。尚、マスク層１１０をＮｉ層１１２の単層とすれば、凸部１０２の側面１０３を主面に対してほぼ垂直にすることができる。
【００３３】
この後、図３Ｂ（ｋ）に示すように、所定の剥離液を用いて被加工基板１００上に残ったマスク層１１０を除去する（マスク層除去工程：Ｓ８）。本実施形態においては、高温の硝酸を用いることでＮｉ層１１２を除去した後、フッ化水素酸を用いてＳｉＯ２層１１１を除去する。尚、レジスト膜１２０がマスク層１１０上に残留していても、高温の硝酸でＮｉ層１１２とともに除去することができるが、レジスト膜１２０の残留量が多い場合はＯ２アッシングにより予めレジスト膜１２０を除去しておくことが好ましい。
【００３４】
そして、図３Ｂ（ｌ）に示すように、ウェットエッチングにより凸部１０２の角を除去して湾曲部を形成する（湾曲部形成工程：Ｓ９）。ここで、エッチング液は任意であるが、例えば１７０℃程度に加温したリン酸水溶液、いわゆる“熱リン酸”を用いることができる。尚、この湾曲部形成工程は、適宜省略することができる。以上の工程を経て、表面に凹凸構造１０１を有する被加工基板１００が作製される。
【００３５】
この被加工基板１００のエッチング方法によれば、レジスト膜１２０をプラズマに曝して変質させたので、マスク層１１０とレジスト膜１２０のエッチングの選択比を高くすることができる。これにより、マスク層１１０に対して微細で深い形状の加工を施しやすくなり、微細な形状のマスク層１１０を十分に厚く形成することができる。
【００３６】
また、プラズマエッチング装置１により、レジスト膜１２０の変質と、マスク層１１０のエッチングとを連続的に行うことができ、工数が著しく増大することもない。本実施形態においては、電源５のバイアス出力を変化させることにより、レジスト膜１２０の変質とマスク層１１０のエッチングとを行っており、簡単容易にレジスト膜１２０の選択比を高くすることができる。
【００３７】
さらに、十分に厚いマスク層１１０をマスクとして、被加工基板１００のエッチングを行うようにしたので、被加工基板１００に対して微細で深い形状の加工を施しやすくなる。特に、サファイア基板において、周期が１μｍ以下で深さが３００ｎｍ以上の凹凸構造１０１を形成することは、マスク層が形成された基板上にレジスト膜を形成し、レジスト膜を利用してマスク層のエッチングを行うエッチング方法では従来は不可能であったが、本実施形態のエッチング方法では可能となる。特に、本実施形態のエッチング方法では、周期が１μｍ以下で深さが５００ｎｍ以上の凹凸構造を形成するのに好適である。
【００３８】
ナノスケールの周期的な凹凸構造はモスアイと称されるが、このモスアイの加工をサファイアに行う場合、サファイアは難削材であることから、２００ｎｍ程度の深さまでしか加工ができなかった。しかしながら、２００ｎｍ程度の段差では、モスアイとして不十分な場合があった。本実施形態のエッチング方法は、サファイア基板にモスアイ加工を施す場合の新規な課題を解決したものといえる。
【００３９】
尚、ナノインプリント技術を用いてレジストパターンを形成するものを示したが、例えばステンシルマスク等を用いて電子線照射によりレジストパターンを形成するものであってもよい。
【００４０】
また、被加工材として、ＳｉＯ２／Ｎｉからなるマスク層１１０を示したが、マスク層１１０がＮｉの単層であったり他の材料であってもよいことは勿論である。要は、レジストを変質させて、マスク層１１０とレジスト膜１２０のエッチング選択比を高くすればよいのである。
【００４１】
さらに、マスク層１１０を用いて被加工基板１００をエッチングするものを示したが、マスク層１１０を用いることなく被加工基板１００をエッチングするようにしてもよい。この場合、被加工基板１００が被加工材となり、被加工基板１００にレジスト膜１２０を形成して、レジストを変質させてエッチング選択比を高くすることとなる。
【００４２】
また、プラズマエッチング装置１のバイアス出力を変化させて変質用条件とエッチング用条件とするものを示したが、アンテナ出力、ガス流量を変化させる他、例えば処理ガスを変更することで設定してもよい。要は、変質用条件は、レジストがプラズマに曝された際に変質してエッチング選択比が高くなる条件であればよい。
【００４３】
また、被加工基板１００としてサファイアを用い、マスク層１１０としてＮｉ層１１０が含まれるものを示したが、他の材料のエッチングであっても本発明を適用可能なことはいうまでもない。例えば、エッチング加工の対象を、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＰ、ＺｎＯ等を基板とすることもできる。
【００４４】
図４は被加工基板を示し、（ａ）は模式斜視図を、（ｂ）はＡ−Ａ断面図をそれぞれ示す。
前述の工程を経て作製される被加工基板１００について説明する。本実施形態においては、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、凹凸構造１０１は、周期的に形成された複数の凸部１０２を有し、各凸部１０２の間が凹部をなしている。本実施形態においては、各凸部１０２の形状は、円錘の上部を切り落とした円錘台状である。尚、凸部１０２の形状は、円錐台状の他、多角錘台等の他の錘台状としたり、円錐、多角錘等の錘状とすることができる。尚、凸部１０２でなく凹部が、錘状、円錘台、錘台状等の形状をなしていてもよい。本実施形態においては、凹凸構造１０１は、平面視にて、各凸部１０２の中心が正三角形の頂点の位置となるように、所定の周期で仮想の三角格子の交点に整列して形成される。
【００４５】
本実施形態においては、各凸部１０２の周期は、５００ｎｍである。尚、ここでいう周期とは、隣接する凸部１０２における高さのピーク位置の距離をいう。また、各凸部１０２は、基端部の直径が２００ｎｍであり、高さは６００ｎｍとなっている。尚、各凸部１０２の周期、寸法、形状等は適宜に変更可能である。
【００４６】
そして、この被加工基板１００を用いて、例えば図５に示す発光素子２００を製造することができる。この発光素子２００は、フェイスアップ型のＬＥＤであり、被加工基板１００の凹凸構造１０１を有する面上に、III族窒化物半導体層が形成されたものである。III族窒化物半導体層は、バッファ層２１０、ｎ型ＧａＮ層２１２、多重量子井戸活性層２１４、電子ブロック層２１６、ｐ型ＧａＮ層２１８を被加工基板１００側からこの順に有している。ｐ型ＧａＮ層２１８上にはｐ側電極２２０が形成されるとともに、ｎ型ＧａＮ層２１２上にはｎ側電極２２４が形成されている。また、サファイア基板２の裏面側には、例えばＡｌからなる反射膜２２６が形成されている。
【００４７】
バッファ層２１０はＡｌＮで、ｎ型ＧａＮ層２１２はｎ−ＧａＮで、多重量子井戸活性層２１４はＧａｌｎＮ／ＧａＮで、それぞれ構成される。本実施形態においては、多重量子井戸活性層２１４の発光のピーク波長は４５０ｎｍである。また、電子ブロック層２１６はｐ―ＡＩＧａＮで、ｐ型ＧａＮ層２１８はｐ−ＧａＮで、それぞれ構成される。ｎ型ＧａＮ層２１２からｐ型ＧａＮ層２１８までは、III族窒化物半導体のエピタキシャル成長により形成され、被加工基板１００に凹凸構造１０１が存在するが、III族窒化物半導体の成長初期に横方向成長による平坦化が図られる。
【００４８】
ｐ側電極２２０は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明な材料からなる。また、ｎ側電極２２４は、ｐ型ＧａＮ層２１８からｎ型ＧａＮ層２１２をエッチングして、露出したｎ型ＧａＮ層２１２上に形成される。ｎ側電極２２４は、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕから構成される。
【００４９】
この発光素子２００においては、反射膜２２６の被加工基板１００側の面が反射面２２８をなしており、活性層２１４から発せられた光が凹凸構造１０１における界面を回折作用によって透過し、透過した光を反射面２２８にて反射する。これにより、回折作用により透過した光を当該界面に再入射させて、当該界面にて再び回折作用を利用して透過させることにより、複数のモードで光を素子外部へ取り出すことができる。この回折作用を得るため、各凸部１０１の周期は、多重量子井戸活性層２１４から発せられる光の光学波長より大きく、当該光のコヒーレント長より小さくすることが好ましい。
【００５０】
ここで、光学波長とは、実際の波長を屈折率で除した値を意味する。また、コヒーレント長とは、所定のスペクトル幅のフォトン群の個々の波長の違いによって、波の周期的振動が互いに打ち消され、可干渉性が消失するまでの距離に相当する。コヒーレント長ｌｃは、光の波長をλ、当該光の半値幅をΔλとすると、おおよそｌｃ＝（λ２／Δλ）の関係にある。ここで、各凸部１０２の周期は、多重量子井戸活性層２１４から発せられる光の光学波長の２倍より大きいことが好ましい。また、各凸部１０２の周期は、多重量子井戸活性層２１４から発せられる光のコヒーレント長の半分以下であることが好ましい。
【００５１】
本実施形態においては、各凸部１０２の周期は、５００ｎｍである。活性層２１４から発せられる光の波長は４５０ｎｍであり、III族窒化物半導体層の屈折率が２．４であることから、その光学波長は１８７．５ｎｍである。また、活性層２１４から発せられる光の半値幅は６３ｎｍであることから、当該光のコヒーレント長は、３２１４ｎｍである。すなわち、凹凸構造１０１の周期は、活性層２１４の光学波長の２倍より大きく、かつ、コヒーレント長の半分以下となっている。
【００５２】
このように、サファイアからなる被加工基板１００を発光素子２００に用いたものを例示したが、被加工基板１００を他のデバイスに用いることもできるし、その他、具体的な用途等については適宜に変更が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１ プラズマエッチング装置
２ 基板保持台
３ 容器
４ コイル
５ 電源
６ 石英板
７ 冷却制御部
８ プラズマ
１００ 被加工基板
１０１ 凹凸構造
１０２ 凸部
１０３ 側面
２００ 発光素子
２１０ バッファ層
２１２ ｎ型ＧａＮ層
２１４ 多重量子井戸活性層
２１６ 電子ブロック層
２１８ ｐ型ＧａＮ層
２２０ ｐ側電極
２２４ ｎ側電極
２２６ 反射膜
２２８ 反射面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア基板上の基板用マスク層上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
前記レジスト膜に所定のパターンを形成するパターン形成工程と、
変質用条件のバイアス出力を加えて、Ａｒガスのプラズマを前記基板用マスク層へ誘導し、前記パターンが形成された前記レジスト膜を変質させてエッチング選択比を高くするレジスト変質工程と、
前記変質用条件より高いバイアス出力を加えて、Ａｒガスのプラズマを前記基板用マスク層へ誘導し、エッチング選択比が高くなった前記レジスト膜をマスクとして前記基板用マスク層のエッチングを行う被加工材のエッチング工程と、
エッチングされた基板用マスク層をマスクとして、前記サファイア基板のエッチングを行って、前記サファイア基板に凹凸形状を形成する基板のエッチング工程と、を含むエッチング方法。
【請求項２】
前記基板のエッチング工程にて、前記サファイア基板に深さ３００ｎｍ以上の凹凸形状を形成する請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記パターン形成工程の後、プラズマアッシングにより前記レジスト膜の残膜を取り除く残膜除去工程を含む請求項１または２に記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記パターン形成工程にて、モールドで前記レジスト膜をプレスした後、プレス状態を保ったまま前記レジスト膜を硬化させ、前記レジスト膜に前記モールドの凹凸構造を転写する請求項１から３のいずれか１項に記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記基板のエッチング工程にて、前記基板用マスク層上に前記レジスト膜が残った状態で、前記サファイア基板のエッチングを行う請求項１から４のいずれか１項に記載のエッチング方法。
【請求項６】
前記基板用マスク層は、前記サファイア基板上のＳｉＯ２層と、前記ＳｉＯ２層上のＮｉ層と、を有し、
前記基板のエッチング工程にて、前記ＳｉＯ２層と、前記Ｎｉ層と、前記レジスト膜と、が積層した状態で、前記サファイア基板のエッチングを行う請求項５に記載のエッチング方法。
【請求項７】
前記基板のエッチング工程の後、所定の剥離液を用いて前記サファイア基板上に残った前記基板用マスク層を除去するマスク層除去工程を含む請求項５または６に記載のエッチング方法。
【請求項８】
前記マスク層除去工程にて、Ｏ２アッシングにより予め前記レジスト膜を除去してから、所定の剥離液を用いて前記サファイア基板上に残った前記基板用マスク層を除去する請求項７に記載のエッチング方法。
【請求項９】
サファイア基板上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
前記レジスト膜に所定のパターンを形成するパターン形成工程と、
所定のバイアス出力を加えて、Ａｒガスのプラズマを前記レジストへ誘導し、前記パターンが形成された前記レジスト膜を変質させてエッチング選択比を高くするレジスト変質工程と、
エッチング選択比が高くなった前記レジスト膜をマスクとして前記サファイア基板のエッチングを行って、前記サファイア基板に凹凸形状を形成する基板のエッチング工程と、を含むエッチング方法。
【請求項１】
サファイア基板上の基板用マスク層上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
前記レジスト膜に所定のパターンを形成するパターン形成工程と、
変質用条件のバイアス出力を加えて、Ａｒガスのプラズマを前記基板用マスク層へ誘導し、前記パターンが形成された前記レジスト膜を変質させてエッチング選択比を高くするレジスト変質工程と、
前記変質用条件より高いバイアス出力を加えて、Ａｒガスのプラズマを前記基板用マスク層へ誘導し、エッチング選択比が高くなった前記レジスト膜をマスクとして前記基板用マスク層のエッチングを行う被加工材のエッチング工程と、
エッチングされた基板用マスク層をマスクとして、前記サファイア基板のエッチングを行って、前記サファイア基板に凹凸形状を形成する基板のエッチング工程と、を含むエッチング方法。
【請求項２】
前記基板のエッチング工程にて、前記サファイア基板に深さ３００ｎｍ以上の凹凸形状を形成する請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記パターン形成工程の後、プラズマアッシングにより前記レジスト膜の残膜を取り除く残膜除去工程を含む請求項１または２に記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記パターン形成工程にて、モールドで前記レジスト膜をプレスした後、プレス状態を保ったまま前記レジスト膜を硬化させ、前記レジスト膜に前記モールドの凹凸構造を転写する請求項１から３のいずれか１項に記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記基板のエッチング工程にて、前記基板用マスク層上に前記レジスト膜が残った状態で、前記サファイア基板のエッチングを行う請求項１から４のいずれか１項に記載のエッチング方法。
【請求項６】
前記基板用マスク層は、前記サファイア基板上のＳｉＯ２層と、前記ＳｉＯ２層上のＮｉ層と、を有し、
前記基板のエッチング工程にて、前記ＳｉＯ２層と、前記Ｎｉ層と、前記レジスト膜と、が積層した状態で、前記サファイア基板のエッチングを行う請求項５に記載のエッチング方法。
【請求項７】
前記基板のエッチング工程の後、所定の剥離液を用いて前記サファイア基板上に残った前記基板用マスク層を除去するマスク層除去工程を含む請求項５または６に記載のエッチング方法。
【請求項８】
前記マスク層除去工程にて、Ｏ２アッシングにより予め前記レジスト膜を除去してから、所定の剥離液を用いて前記サファイア基板上に残った前記基板用マスク層を除去する請求項７に記載のエッチング方法。
【請求項９】
サファイア基板上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
前記レジスト膜に所定のパターンを形成するパターン形成工程と、
所定のバイアス出力を加えて、Ａｒガスのプラズマを前記レジストへ誘導し、前記パターンが形成された前記レジスト膜を変質させてエッチング選択比を高くするレジスト変質工程と、
エッチング選択比が高くなった前記レジスト膜をマスクとして前記サファイア基板のエッチングを行って、前記サファイア基板に凹凸形状を形成する基板のエッチング工程と、を含むエッチング方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１０６０４４（Ｐ２０１３−１０６０４４Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２４７２９０（Ｐ２０１２−２４７２９０）
【出願日】平成２４年１１月９日（２０１２．１１．９）
【分割の表示】特願２０１１−２４９３７０（Ｐ２０１１−２４９３７０）の分割
【原出願日】平成２３年１１月１５日（２０１１．１１．１５）
【出願人】（５０７１３４７１４）エルシード株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月９日（２０１２．１１．９）
【分割の表示】特願２０１１−２４９３７０（Ｐ２０１１−２４９３７０）の分割
【原出願日】平成２３年１１月１５日（２０１１．１１．１５）
【出願人】（５０７１３４７１４）エルシード株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
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