(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア基板に対してドライエッチング処理を行い、前記サファイア基板の表面に複数の半球形状の凸部を形成する方法であって、
エッチング処理を選択比がそれぞれ異なる少なくとも３段階以上の処理に分けて、選択比が低くなる順序にてそれぞれの処理を行い、
前記エッチング処理が、
マスクパターンにより覆われていないサファイア基板の表面と、前記マスクパターンとをエッチングすることにより、前記サファイア基板の表面に、前記マスクパターンで覆われた上底と、露出した側面と、前記側面と前記上底との間の角部と、を備える台形状の突起を形成する、第１エッチング処理と、
前記第１エッチング処理の後、前記第１エッチング処理よりも選択比が低いエッチング条件で、前記突起の前記上底を覆う前記マスクパターンが残存する時間、エッチングすることにより、前記突起の前記側面を湾曲面に加工するとともに、前記突起の前記上底は前記マスクパターンで覆われ、かつ、前記突起の前記角部は残存した状態とする、第２エッチング処理と、
前記第２エッチング処理の後、前記第２エッチング処理よりも選択比が低いエッチング条件でエッチングすることにより、前記マスクパターンを完全に除去するとともに、前記角部を除去して前記湾曲面の一部とし、前記突起を半球形状の凸部とする、第３エッチング処理と、を有する、サファイア基板のエッチング方法。
【請求項２】
エッチング処理において、複数の円柱形状のマスクパターンが表面に配置されたサファイア基板に対して、少なくとも３段階以上の処理を行う、請求項１に記載のサファイア基板のエッチング方法。
【請求項３】
フォトリソプロセスにより、サファイア基板の表面にレジスト膜によるマスクパターンを形成するマスクパターン形成工程と、
マスクパターンが形成されたサファイア基板に対してドライエッチング処理を行い、サファイア基板の表面に複数の半球形状の凸部を形成するエッチング処理工程と、を備え、
エッチング処理工程では、エッチング処理の選択比がそれぞれ異なる少なくとも３段階以上の処理に分けて、選択比が低くなる順序にてそれぞれの処理を行い、
前記エッチング処理工程が、
前記マスクパターンにより覆われていないサファイア基板の表面と、前記マスクパターンとをエッチングすることにより、前記サファイア基板の表面に、前記マスクパターンで覆われた上底と、露出した側面と、前記側面と前記上底との間の角部と、を備える台形状の突起を形成する、第１エッチング処理と、
前記第１エッチング処理の後、前記第１エッチング処理よりも選択比が低いエッチング条件で、前記突起の前記上底を覆う前記マスクパターンが残存する時間、エッチングすることにより、前記突起の前記側面を湾曲面に加工するとともに、前記突起の前記上底は前記マスクパターンで覆われ、かつ、前記突起の前記角部は残存した状態とする、第２エッチング処理と、
前記第２エッチング処理の後、前記第２エッチング処理よりも選択比が低いエッチング条件でエッチングすることにより、前記マスクパターンを完全に除去するとともに、前記角部を除去して前記湾曲面の一部とし、前記突起を前記半球形状の凸部とする、第３エッチング処理と、を有し、
マスクパターン形成工程とエッチング処理工程との間には、マスクパターンに対する軟化処理を行わない、サファイア基板のエッチング方法。
【請求項４】
マスクパターン形成工程において、複数の円柱形状のマスクパターンを形成し、
エッチング処理工程において、複数の円柱形状のマスクパターンが表面に配置されたサファイア基板に対して、少なくとも３段階以上の処理を行う、請求項３に記載のサファイア基板のエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サファイア基板に対してドライエッチング処理を行い、サファイア基板の表面に複数の半球形状の凸部を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤデバイスの製造工程において、デバイスからの光の外部取出し効率を向上させるために、サファイア基板の表面に凹凸構造を形成する工程としてドライエッチング処理（プラズマ処理）が行われている。
【０００３】
従来のサファイア基板に対するドライエッチング処理では、まず、サファイア基板の表面にフォトレジスト（レジスト膜）を配置してマスクパターンを形成し、その後、サファイア基板に対するドライエッチング処理が行われる。これにより、サファイア基板の表面にマスクパターンに応じた部分に円錐状や円錐台状などの形状の複数の突起（凸部）から成る凹凸構造が形成される（例えば、特許文献１参照）。このように凹凸構造が形成されたサファイア基板は、ＰＳＳ（Patterned Sapphire Substrate）と呼ばれている。
【０００４】
近年、このようなＰＳＳにおいて、光の外部取り出し効率のさらなる向上が望まれており、例えば、凹凸構造を構成する複数の凸部を半球形状とすることで、光の外部取り出し効率を向上させることが提案されている。
【０００５】
また、ドライエッチング処理で基板の表面に半球形状の複数の凸部を形成する技術としては、基板の表面にマスクパターンを配置した後、マスクパターンを軟化させ変形させるための熱処理（以下、軟化処理と呼ぶ。）を行って、マスクパターンをなだらかな曲面を有する半球形状の形態に加工し、その後、基板に対してエッチング処理を行う方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−９１３７４号公報
【特許文献２】特開２００２−３２１９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、このような従来の提案に基づいて、サファイア基板の表面に半球形状の複数の凸部を形成する方法について、図９を用いて説明する。
【０００８】
まず、図９（Ａ）に示すように、サファイア基板２の表面に、フォトリソプロセスを用いて、レジスト膜による複数のマスクパターン５１を形成する。その後、マスクパターン５１の軟化処理を行う。これにより、円柱形状のマスクパターン５１は、半球形状に変形する。
【０００９】
次に、複数の半球形状の形態を有するマスクパターン５１が表面に配置されたサファイア基板２の表面に対して、ドライエッチング処理を行う。このドライエッチング処理により、図９（Ｃ）に示すようにマスクパターン５１とともにサファイア基板２の表面が徐々にエッチングされる。最終的には、マスクパターン５１がエッチング処理により完全に除去されて、図９（Ｄ）に示すように半球形状の複数の凸部５２がサファイア基板２の表面に形成され、ＰＳＳが完成する。
【００１０】
しかしながら、サファイア基板２の表面に配置されたマスクパターン５１に対して軟化処理を行った場合に、サファイア基板２の中央部分に形成される半球形状のレジスト膜の高さＨ１と、周縁部分に形成される半球形状のレジスト膜の高さＨ２との間にバラツキが生じる場合がある。これは、軟化処理の際にサファイア基板の中央部分と周縁部分とで熱の伝わり方にバラツキが生じ、均一にレジストが軟化しないことが原因と考えられる。
【００１１】
このようにマスクパターン５１の半球形状の高さや幅に過大なバラツキが生じた状態にて、エッチング処理を行うと、最終的に形成されるサファイア基板２の半球形状の凸部５２の高さ（Ｈ３、Ｈ４）や幅（Ｗ３、Ｗ４）についても同様にバラツキが生じる。ＰＳＳにおいて、半球形状の凸部から成る凹凸構造の形状に過大なバラツキが存在すると、一枚のサファイア基板から製造されるＬＥＤデバイスの輝度のバラツキも大きくなり、歩留まりを低下させてしまう。
【００１２】
従って、本発明の目的は、上記課題を解決することにあって、サファイア基板に対してドライエッチング処理を行い、サファイア基板の表面に複数の半球形状の凸部を均一に形成する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１４】
本発明の第１態様によれば、サファイア基板に対してドライエッチング処理を行い、サファイア基板の表面に複数の半球形状の凸部を形成する方法であって、エッチング処理を選択比がそれぞれ異なる少なくとも３段階以上の処理に分けて、選択比が低くなる順序にてそれぞれの処理を行う、サファイア基板のエッチング方法を提供する。
【００１５】
本発明の第２態様によれば、エッチング処理において、複数の円柱形状のマスクパターンが表面に配置されたサファイア基板に対して、少なくとも３段階以上の処理を行う、第１態様に記載のサファイア基板のエッチング方法を提供する。
【００１６】
本発明の第３態様によれば、フォトリソプロセスにより、サファイア基板の表面にレジスト膜によるマスクパターンを形成するマスクパターン形成工程と、マスクパターンが形成されたサファイア基板に対してドライエッチング処理を行い、サファイア基板の表面に複数の半球形状の凸部を形成するエッチング処理工程と、を備え、エッチング処理工程では、エッチング処理の選択比がそれぞれ異なる少なくとも３段階以上の処理に分けて、選択比が低くなる順序にてそれぞれの処理を行い、マスクパターン形成工程とエッチング処理工程との間には、マスクパターンに対する軟化処理を行わない、サファイア基板のエッチング方法を提供する。
【００１７】
本発明の第４態様によれば、マスクパターン形成工程において、複数の円柱形状のマスクパターンを形成し、エッチング処理工程において、複数の円柱形状のマスクパターンが表面に配置されたサファイア基板に対して、少なくとも３段階以上の処理を行う、第３態様に記載のサファイア基板のエッチング方法を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、サファイア基板の表面に対してドライエッチング処理を行う際に、選択比がそれぞれ異なる少なくとも３段階以上の処理に分けて、選択比が低くなる順序にてそれぞれの処理を行っている。そのため、マスクパターンに対して軟化処理を行うことなく、サファイア基板の表面に複数の半球形状の凸部を均一に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるドライエッチング装置の構成図
【図２】サファイア基板のエッチング方法のフローチャート
【図３】サファイア基板のエッチング方法の説明図
【図４】マスクパターンの説明図
【図５】実施の形態１のドライエッチング処理のプロセス条件
【図６】実施の形態１のドライエッチング処理における選択比と処理時間との関係図
【図７】本発明の実施の形態２にかかるドライエッチング処理のプロセス条件
【図８】実施の形態２のドライエッチング処理における選択比と処理時間との関係図
【図９】従来のサファイア基板のエッチング方法の説明図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係るサファイア基板のエッチング方法を実施するために用いられるプラズマ処理装置の一例としてＩＣＰ（誘導結合プラズマ）型のドライエッチング装置１の構成図を図１に示す。
【００２２】
ドライエッチング装置１は、サファイア基板２にプラズマ処理を行う処理室を構成するチャンバ（真空容器）３を備える。チャンバ３の上端開口は石英等の誘電体により形成された天板４により密閉状態で閉鎖されている。天板４上にはＩＣＰコイル５が配置されている。ＩＣＰコイル５にはマッチング回路を含む第１の高周波電源部６が電気的に接続されている。天板４と対向するチャンバ３内の底部側には、バイアス電圧が印加される下部電極としての機能およびサファイア基板２の保持台としての機能を有する基板ステージ１０が配置されている。
【００２３】
また、チャンバ３に設けられたエッチング用のガス導入口３ａには、ガス供給部７が接続されている。ガス供給部７には、複数種類のガスの供給ラインが備えられており、それぞれのガス種のライン毎に設けられた開閉バルブ７ａおよび流量調整部７ｂの開閉動作および開度が選択的に制御されることにより、ガス導入口３ａから所望の流量および仕様の処理ガスを供給できる。本実施の形態１では、ガス供給部７には、複数種類のガスとして、例えば、ＢＣｌ３、Ｃｌ２、Ａｒなどのガス供給ラインが備えられている。また、チャンバ３に設けられた排気口３ｂには、真空ポンプや圧力制御弁等から構成される圧力制御部８が接続されている。
【００２４】
ドライエッチング装置１では、サファイア基板２の搬入出の際に、複数のサファイア基板２がトレイ９に収容された状態にて取り扱われる。薄板円盤状のトレイ９には、厚み方向に貫通する複数の円孔である基板収容孔９ａが形成されており、基板収容孔９ａの内壁面には、孔中心に向けて突出する環状の基板支持部９ｂが形成されている。それぞれの基板収容孔９ａでは、基板２の外周縁部の下面部分が基板支持部９ｂの上面に支持された状態にて、サファイア基板２が収容される。
【００２５】
トレイ９の材質としては、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ジルコニア（ＺｒＯ）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）等のセラミクス材や、アルマイトで被覆したアルミニウム、表面にセラミクスを溶射したアルミニウム、樹脂材料で被覆したアルミニウム等の金属がある。Ｃｌ系プロセスの場合にはアルミナ、イットリア、炭化シリコン、窒化アルミニウム等、Ｆ系プロセスの場合には石英、水晶、イットリア、炭化シリコン、アルマイトを容射したアルミニウム等を採用することが考えられる。
【００２６】
図１に示すように、基板ステージ１０は、セラミクス等の誘電体部材により形成されたステージ上部１１と、表面にアルマイト被覆を形成したアルミニウム等により形成され、バイアス電圧が印加される下部電極として機能する金属ブロック１２と、絶縁体１３とを備える。基板ステージ１０の最上部に配置されるステージ上部１１は、金属ブロック１２の上面に固定されており、ステージ上部１１および金属ブロック１２の外周が絶縁体１３により覆われている。
【００２７】
円板状のステージ上部１１の上端面は、トレイ９の下面を支持するトレイ支持部１４となっている。また、トレイ９のそれぞれの基板収容孔９ａと対応する短円柱状の複数の基板保持部１５がトレイ支持部１４から上向きに突出して形成されている。
【００２８】
ここで、トレイ９、サファイア基板２、および基板保持部１５等の関係について説明する。それぞれのサファイア基板２は、その縁部がトレイ９の基板支持部９ｂにより支持された状態にて、それぞれの基板収容孔９ａ内に収容される。トレイ９の下面がトレイ支持部１４上に配置された状態では、基板保持部１５によりサファイア基板２が押し上げられ、トレイ９の基板支持部９ｂから基板２が離間した状態とされる。すなわち、基板収容孔９ａに基板２を収容しているトレイ９をステージ上部１１上に配置すると、基板収容孔９ａに収容されたサファイア基板２は基板支持部９ｂから浮き上がり、サファイア基板２の縁部と基板支持部９ｂとが互いに離間した状態にて、サファイア基板２の下面が基板保持部１５上に配置される。
【００２９】
ステージ上部１１に設けられた個々の基板保持部１５にはＥＳＣ電極（静電吸着用電極）１６が内蔵されている。これらのＥＳＣ電極１６は電気的に互いに絶縁されており、直流電源を内蔵するＥＳＣ駆動電源部２０から静電吸着用の直流電圧が印加される。
【００３０】
それぞれの基板保持部１５の上面には冷却ガス供給口１７が設けられており、それぞれの冷却ガス供給口１７は冷却ガス供給路１８を通じて共通の冷却ガス供給部２１に接続されている。なお、本実施の形態１では、冷却ガスとしてヘリウム（Ｈｅ）が用いられ、プラズマ処理中において、基板保持部１５とサファイア基板２との間に冷却ガスが供給されることでサファイア基板２の冷却が行われる。
【００３１】
金属ブロック１２には、バイアス電圧としての高周波を印加する第２の高周波電源部２２が電気的に接続されている。第２の高周波電源部２２はマッチング回路を備えている。
【００３２】
また、金属ブロック１２内には、金属ブロック１２を冷却するための冷媒流路１９が形成されており、冷却ユニット２３より温度調節された冷媒が冷媒流路１９に供給されることで、金属ブロック１２が冷却される。
【００３３】
また、ドライエッチング装置１には、上述したそれぞれの構成部の動作を互いに関連づけながら統括的に制御する制御部７０が備えられており、例えば、各種センサ等により検出された情報に基づいて、予め設定されたプログラムにしたがって各構成部の動作が制御され、ドライエッチング処理が行われる。制御部７０は、例えば、ガス供給部７を制御して、チャンバ３内に供給されるガスの種類および混合比を制御することが可能であり、第１の高周波電源部６および第２の高周波電源部２２を制御して、ＩＣＰコイル５のパワーやバイアス電圧を制御することが可能であり、さらに圧力制御部８を制御してチャンバ３内の圧力を制御することなどが可能となっている。
【００３４】
次に、上述したような構成を有するドライエッチング装置１を用いて、サファイア基板２の表面に対してエッチング処理を行って、微少な半球形状の複数の凸部から成る凹凸構造を形成する加工（ＰＳＳ：Patterned Sapphire Substrate）について説明する。また、サファイア基板２に対するエッチング方法の手順を示すフローチャートを図２に示すとともに、その説明図を図３に示す。
【００３５】
サファイア基板２に対するエッチング処理を行うに先立って、まず、サファイア基板２の表面にレジスト膜によるマスクパターンを、例えば、フォロリソプロセスにより形成する（ステップＳ１：フォトリソ処理（マスクパターン形成工程））。ここで、サファイア基板２の表面に形成されるマスクパターン３１の模式図を図４に示す。図４に示すように、サファイア基板２の表面に形成されたマスクパターン３１は円柱形状を有している。マスクパターン３１において、それぞれの円柱形状は、サファイア基板２の表面に形成される凹凸構造（凸部）に応じた配置間隔にて形成される。なお、それぞれの円柱形状の周面が多少の傾斜面を有していても良く、また、円柱形状の周面が多少湾曲して俵形状や鼓形状を有しているような場合であっても良い。
【００３６】
次に、複数の円柱形状のマスクパターン３１が表面に形成されたサファイア基板２が、ドライエッチング装置１内に搬入される（ステップＳ２：基板搬入）。具体的には、複数枚のサファイア基板２が、トレイ９の基板収容孔９ａ内に収容された状態にて、チャンバ３内に搬入され、トレイ９とともにそれぞれのサファイア基板２が基板ステージ１０上に載置される。また、本実施の形態１では、フォトリソ処理により形成された複数の円柱形状の形態を有するマスクパターン３１に対して軟化処理を行うことなく、複数の円柱形状の形態を有するマスクパターン３１が形成されたサファイア基板２がドライエッチング装置１内に搬入される。
【００３７】
サファイア基板２が搬入されてチャンバ３内が密閉された後、エッチング処理用のガスとしてＢＣｌ３が主体のガスが、ガス供給部７からガス導入口３ａを通じてチャンバ３内に供給される。それとともに、圧力制御部８によりチャンバ３内は所定圧力に調整される。続いて、第１の高周波電源部６からＩＣＰコイル５に高周波電圧を印加する。これによりチャンバ３内にプラズマが発生する。また、第２の高周波電源部２２により金属ブロック１２にバイアス電圧を印加し、チャンバ３内で発生したプラズマを基板ステージ１０側へ引き寄せる。このプラズマにより、サファイア基板２に対するエッチング処理が開始される。なお、エッチング処理中は、それぞれの基板２がＥＳＣ電極１６により静電吸着され、基板２と基板保持部１５との間に供給される冷却ガスにより基板２が冷却されるとともに、冷却ユニット２３より温度調節された冷媒が冷媒流路１９に供給されることで、金属ブロック１２が冷却される。
【００３８】
次に、サファイア基板２に対するエッチング処理が開始されると、マスクパターン（レジスト膜）３１により覆われていない基板２の表面がプラズマに曝されてエッチングされる。具体的には、サファイア基板２の表面に対しては、イオンエッチングと、活性種（ラジカル）との化学反応によるエッチングが行われる。一方、マスクパターン３１自体もプラズマに曝されるため、サファイア基板２に対するエッチングの進行とともに、エッチングされることになる。具体的には、マスクパターン３１に対しては、イオンエッチングが行われるとともに、サファイア基板２に対するエッチングにより発生したＯやＣｌによるエッチングが併せて行われる。
【００３９】
本実施の形態１では、サファイア基板２に対するエッチング処理として、エッチングの選択比が互いに異なる３段階のエッチング処理、すなわち、第１エッチング処理（ステップＳ３）、第２エッチング処理（ステップＳ４）、第３エッチング処理（ステップＳ５）として行う。それぞれのエッチング処理Ｓ３〜Ｓ５は、選択比が低くなる順序にて行われる。すなわち、第１エッチング処理Ｓ３の選択比が最も高く、第３エッチング処理Ｓ５の選択比が最も低く、第２エッチング処理Ｓ４の選択比は、両者の間の値を有している。
【００４０】
まず、複数の円柱形状の形態を有するマスクパターン３１が表面に形成されたサファイア基板２（図３（Ａ）参照）に対して、第１エッチング処理Ｓ３を行う。第１エッチング処理が進行すると、マスクパターン３１により覆われていないサファイア基板２の表面がプラズマに曝されてエッチングされるとともに、円柱形状のマスクパターン３１自体もエッチングされる。所定の時間が経過すると、図３（Ｂ）に示すように、サファイア基板２の表面に大略台形状の突起３２ａが形成され、突起３２ａの上底上にはエッチングされてその体積が減少したマスクパターン３１ａが配置された状態となる。例えば、台形状の突起３２ａの高さｔ１が、マスクパターン３１ａの高さｔ２よりも大きくなったタイミングにて、第１エッチング処理Ｓ３から第２エッチング処理Ｓ４に切り替える。
【００４１】
第２エッチング処理Ｓ４では、第１エッチング処理Ｓ３よりも選択比が低くなるようにプロセス条件が設定されている。そのため、第１エッチング処理Ｓ３の実施により形成された大略台形状の突起３２ａの大まかな形態を保ちながら、突起３２ａの側面に対するエッチングが行われる。その結果、所定の時間が経過すると、図３（Ｃ）に示すように、台形側面がなだらかな湾曲面に加工された突起３２ｂが形成される。また、マスクパターン３１ａも徐々にエッチングされて、突起３２ｂの上部に僅かに残された状態とされる。その後、第２エッチング処理Ｓ４から第３エッチング処理Ｓ５に切り替える。
【００４２】
第３エッチング処理Ｓ５では、第２エッチング処理Ｓ４よりもさらに選択比が低くなるようにプロセス条件が設定されている。そのため、突起３２ｂの湾曲面がさらにエッチングされるとともに、僅かに残存していたマスクパターン３１ｂが完全に除去されて、大略台形状の湾曲側面と上底とが間の角部が除去されて湾曲面の一部とされ、半球形状の凸部３２ｃが形成される。その結果、複数の半球形状の凸部３２ｃから成る凹凸構造を備えたＰＳＳが得られる。
【００４３】
その後、第１の高周波電源部６によるＩＣＰコイル５への高周波電圧の印加および第２の高周波電源部２２による基板ステージ１０の金属ブロック１２へのバイアス電圧の印加を停止するとともに、エッチング処理用のガスの供給を停止して、基板２に対するエッチング処理（第１〜第３エッチング処理）が完了する。
【００４４】
その後、基板ステージ１０上より、トレイ９とともにそれぞれのサファイア基板２（ＰＳＳ）が、ドライエッチング装置１の外部へと搬出される（ステップＳ６）。
【００４５】
本実施の形態１によれば、サファイア基板２の表面に対してドライエッチング処理を行う際に、選択比がそれぞれ異なる３段階の処理、すなわち第１〜第３エッチング処理に分けて、選択比が低くなる順序にてそれぞれの処理を行っている。そのため、マスクパターン３１に対して予め軟化処理などを行って半球形状のマスクパターンへの加工処理を行うことなく、サファイア基板２の表面に複数の半球形状の凸部３２ｃを均一に形成することができる。
【００４６】
マスクパターン３１に対する軟化処理を伴うことなく、フォトリソ処理により高精度に形成された複数の円柱形状の形態を有するマスクパターン３１を用いて、サファイア基板２に対するエッチング処理を行うことができるため、形成される半球形状の凸部３２ｃの高さや幅や形状に位置によるバラツキが生じることを低減できる。よって、安定した品質のＰＳＳを提供することができる。
【００４７】
上述した互いに選択比が異なる第１〜第３エッチング処理は、それぞれの選択比を実現するためのプロセス条件を予め制御部７０に設定しておき、ドライエッチング装置１の各構成部を制御部７０により制御することにより実施できる。
【００４８】
このようなプロセス条件の一例を図５に示す。図５の表に示すように、第１エッチング処理を実現するためのプロセス条件１、第２エッチング処理を実現するためのプロセス条件２、第３エッチング処理を実現するためのプロセス条件３は、処理ガスの種類や複数種ガスの混合比、第１の高周波電源部６からＩＣＰコイル５に印加する高周波パワーの大きさ、第２の高周波電源部２２によるバイアスパワーの大きさ、圧力制御部８により制御されるチャンバ３内の圧力などの条件をパラメータとして設定される。
【００４９】
また、第１〜第３エッチング処理の合計処理時間を１００とした場合に、第１エッチング処理を６６（２／３）程度と最も長い時間実施し、その後、第２および第３エッチング処理を１７（１／６）程度ずつ実施することが好ましい。特に、第１エッチング処理の処理時間は、他の処理時間よりも長いことが好ましく、第１エッチング処理の処理時間が、第２および第３エッチング処理の合計処理時間以上であることがより好ましい。
【００５０】
選択比を下げる方法としては、ＢＣｌ３ガスに対して、塩素（Ｃｌ２）ガスを添加していく方法、基板温度を低下させる方法、ＩＣＰ電力を上昇させる方法などが挙げられる。選択比を制御する方法で最も良いのは、塩素ガスを添加していく方法である。その理由は、選択比の制御性が広いことと、さらに添加した場合でもエッチング面の平滑性が良いためである。基板温度は、Ｈｅ流量を増加させることで低下させることができる。
【００５１】
ここで、第１〜第３エッチング処理における選択比と処理時間との関係を図６に示す。図６に示すように、プロセス条件１〜３を設定することで、例えば、第１エッチング処理の処理時間を６６、選択比を０．８、第２エッチング処理の処理時間を１７、選択比を０．６、第３エッチング処理の処理時間を１７、選択比を０．４として、段階的に選択比を下げながら、ドライエッチング処理を実施することができる。なお、このように所望の選択比を実現するためのこのようなプロセス条件は一例であり、その他様々な条件を設定することで、所望の選択比を得ることができる。
【００５２】
また、上述の説明では、第１〜第３エッチング処理として、エッチング処理を３段階に分けて行う場合を例としたが、エッチング処理は少なくとも３段階以上の処理に分かれていれば半球形状の凸部を形成することができ、４段階や５段階あるいはそれ以上の多段階に分けて行っても良い。ただし、エッチングの選択比が低くなる順にてそれぞれの処理を行う必要がある。
【００５３】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係るサファイア基板のエッチング方法について説明する。本実施の形態２のドライエッチング処理では、互いに選択比が異なる３段階のエッチング処理（第１〜第３エッチング処理）を実施する点において、上述の実施の形態１のドライエッチング処理と共通しているが、第２エッチング処理において、選択比が低下する方向に連続的に変化させている点にて実施の形態１と相違する。以下、この相違点について説明する。
【００５４】
本実施の形態２のドライエッチング処理を実施するためのプロセス条件の一例を図７に示す。図７に示すように、第１エッチング処理を実現するためのプロセス条件４、第２エッチング処理を実現するためのプロセス条件５、第３エッチング処理を実現するためのプロセス条件６は、処理ガスの種類や複数種ガスの混合比、第１の高周波電源部６からＩＣＰコイル５に印加する高周波パワーの大きさ、第２の高周波電源部２２によるバイアスパワーの大きさ、圧力制御部８により制御されるチャンバ３内の圧力などの条件をパラメータとして設定される。
【００５５】
また、第１〜第３エッチング処理の合計処理時間を１００とした場合に、第１エッチング処理を６６程度と最も長い時間実施し、その後、第２および第３エッチング処理を１７程度ずつ実施することが好ましい点においては、上記実施の形態１と同様である。
【００５６】
図７に示すように、第２エッチング処理を実現するためのプロセス条件５は、「自動制御」として設定されており、処理ガス、ＩＰＣコイルパワー、バイアス、および圧力の条件が、プロセス条件４からプロセス条件６へと自動制御により徐々に変化されるように設定されている。例えば、処理ガスは、プロセス条件４（ＢＣｌ３：１３０ｓｃｃｍ）からプロセス条件６（ＢＣｌ３／Ｃｌ２：６５／６５ｓｃｃｍ）と連続的に変化するように、プロセス条件５（自動制御）にしたがって処理ガス条件が制御される。
【００５７】
ここで、本実施の形態２の第１〜第３エッチング処理における選択比と処理時間との関係を図８に示す。図８に示すように、プロセス条件４〜６を設定することで、例えば、第１エッチング処理の選択比を０．８、第３エッチング処理の選択比を０．４として、第２エッチング処理にて、選択比を０．８から０．４へと連続的に低下させることができる。したがって、段階的に選択比を下げながら、ドライエッチング処理を実施することができる。
【００５８】
なお、図８では、第２プラズマ処理において、選択比が直線的に減少するように制御される場合を例として説明したが、選択比が曲線的に減少するように制御されるような場合であっても良い。
【００５９】
また、第１〜第３エッチング処理の３段階にて選択比が減少するように制御される場合を例として説明したが、４段階以上のエッチング処理として行われるような場合であっても良い。このような場合、最初および最後の段階のエッチング処理以外では、選択比が徐々に低下するように、予め設定されたプログラムにしたがってプロセス条件を連続的に変化させても良い。
【００６０】
なお、本発明は上述の構成に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、円盤状のサファイア基板に代えて、四角形状のサファイア基板に対しても本実施の形態のエッチング方法を適用できる。
【００６１】
また、複数のサファイア基板２がトレイ９に支持されて取り扱われる場合に代えて、トレイを用いることなく１枚または複数枚のサファイア基板が取り扱われるような場合であっても良い。
【００６２】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、マスクパターンが配置されたサファイア基板に対して、プラズマ処理を行い、サファイア基板の表面に半球形状の微小な凹凸構造を形成するサファイア基板のエッチング方法に適用できる。特に、ＬＥＤデバイスの製造工程において、デバイスからの光の外部取出し効率を向上させるために、サファイア基板の表面に半球形状の凹凸構造を形成するエッチング処理に適用できる。
【符号の説明】
【００６４】
１    ドライエッチング装置
２    サファイア基板
３    チャンバ
３ａ  ガス導入口
３ｂ  排気口
４    天板
５    ＩＣＰコイル
６    第１の高周波電源部
７    ガス供給部
８    圧力制御部
９    トレイ
９ａ  基板収容孔
９ｂ  基板支持部
１０  基板ステージ
１１  ステージ上部
１２  金属ブロック
１３  絶縁体
１４  トレイ支持部
１５  基板保持部
１６  ＥＳＣ電極
１７  冷却ガス供給口
１８  冷却ガス供給路
１９  冷媒流路
２０  ＥＳＣ駆動電源部
２１  冷却ガス供給部
２２  第２の高周波電源部
２３  冷却ユニット
３１  マスクパターン（レジスト膜）
３２  突起（凸部）
７０  制御部
【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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