(57)【要約】【課題】  好適な形状のレジストを形成して高い精度で微細な凹凸形状を形成することのできるサファイア基板の製造方法およびIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することである。【解決手段】  この製造方法は、第１のレジストパターン形成工程と、第２のレジストパターン形成工程と、サファイアウエハエッチング工程と、を有する。第２のレジストパターン形成工程は、第１の期間Ｔ１に、レジストＲ１にＣｌ2 ガスを供給してレジストＲ１をエッチングする第１のレジストエッチング工程（Ｓ２１０）と、第２の期間Ｔ２に、レジストＲ１にプラズマ化したＡｒガスを照射するプラズマ照射工程（Ｓ２２０）と、第３の期間Ｔ３に、レジストＲ１にＣｌ2 ガスを供給してレジストＲ１をエッチングすることによりレジストＲ２を形成する第２のレジストエッチング工程（Ｓ２３０）と、を有する。【選択図】図１２
2016012664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア基板の製造方法において、
フォトリソグラフィーによりサファイアウエハの第１面の上に第１のレジストパターンを形成する第１のレジストパターン形成工程と、
前記第１のレジストパターンをエッチングすることにより第２のレジストパターンを形成する第２のレジストパターン形成工程と、
前記第２のレジストパターンを形成された前記サファイアウエハの前記第１面をエッチングするサファイアウエハエッチング工程と、
を有し、
前記第２のレジストパターン形成工程は、
第１の期間に、
前記第１のレジストパターンに塩素系ガスを供給して前記第１のレジストパターンをエッチングする第１のレジストエッチング工程と、
前記第１の期間の次の第２の期間に、
前記第１のレジストパターンにプラズマ化した希ガスを照射するプラズマ照射工程と、
前記第２の期間の次の第３の期間に、
前記第１のレジストパターンに塩素系ガスを供給して前記第１のレジストパターンをエッチングすることにより前記第２のレジストパターンを形成する第２のレジストエッチング工程と、
を有すること
を特徴とするサファイア基板の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のサファイア基板の製造方法において、
前記第１のレジストエッチング工程および前記第２のレジストエッチング工程は、
前記第１のレジストパターンの形状を前記第２のレジストパターンの形状に整える工程であり、
前記プラズマ照射工程を、
前記第１のレジストパターンの形状を整えている途中に実施すること
を特徴とするサファイア基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のサファイア基板の製造方法において、
前記第１のレジストパターンは、
前記サファイアウエハの前記第１面と交差する第１の交差面を有し、
前記第２のレジストパターンは、
前記サファイアウエハの前記第１面と交差する第２の交差面を有し、
前記第１の交差面と前記第１面とがなす角の角度は、
７５°以上９０°以下の範囲内であり、
前記第２の交差面と前記第１面とがなす角の角度は、
４５°以上６５°以下の範囲内であること
を特徴とするサファイア基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のサファイア基板の製造方法において、
前記第１のレジストパターンは、
前記サファイアウエハの前記第１面と交差する第１の交差面を有し、
前記第２のレジストパターンは、
前記サファイアウエハの前記第１面と交差する第２の交差面を有し、
前記第２の交差面と前記第１面とがなす角の角度は、
前記第１の交差面と前記第１面とがなす角の角度よりも１０°以上小さいこと
を特徴とするサファイア基板の製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のサファイア基板の製造方法において、
前記第１のレジストパターンの形状は、
円錐台形状もしくは多角錐台形状であり、
前記第２のレジストパターンの形状は、
円錐形状もしくは多角錐形状であること
を特徴とするサファイア基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のサファイア基板の製造方法において、
前記プラズマ照射工程の開始時には、
前記希ガスの供給を開始し、
前記プラズマ照射工程の終了時には、
前記希ガスの供給を停止すること
を特徴とするサファイア基板の製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のサファイア基板の製造方法によりサファイア基板を製造するサファイア基板製造工程と、
前記サファイア基板の前記第１面にIII 族窒化物半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記III 族窒化物半導体層の上に電極を形成する電極形成工程と、
を有すること
を特徴とするIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書の技術分野は、サファイアウエハに微細な凹凸加工を施すサファイア基板の製造方法およびIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
III 族窒化物半導体発光素子等に用いるサファイア基板には、その表面に微細な凹凸加工が施されることがある。III 族窒化物半導体の発光層から発せられる光を外部に効率よく取り出すためである。
【０００３】
サファイア基板に微細な凹凸加工を施すために、エッチング技術を用いることがある。エッチングには、ドライエッチングとウェットエッチングがある。例えば、特許文献１では、基板の上にマスクを形成した後に、塩素系ガスやフッ素系ガス、アルゴンガス等を用いることにより、基板に凹凸を形成する技術について記載されている（特許文献１の段落［００２１］等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１７７５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように反応性の高いガスを用いてエッチングを施す場合には、レジストが非対称に削られることがある。本発明者らは、その理由を次のようであると考えるに至った。エッチングガスは、レジストの表面に衝突してレジストの表面を帯電させる。しかし、レジストの一部は強く帯電し、レジストの残部はそれほど強く帯電しない。この帯電分布は、サファイアウエハの表面に対して非対称である。この非対称な帯電により、サファイアウエハの表面付近で非対称な電界が形成される。この電界の影響を受けて、レジストには、単位面積あたりに衝突を受けるエッチングガスの量が多い箇所と、少ない箇所とが生じる。その結果、レジストの形状が非対称な形状となる。このような傾向は、特に、ウエハの外縁部付近で顕著である。
【０００６】
レジストの形状は、本来のエッチングの対象であるサファイアウエハの形状にも影響を与える。つまり、レジストの形状が非対称に歪んでいると、サファイアウエハの凹凸形状も非対称に歪んだ形状となる。このように凹凸形状が歪んだサファイア基板の上に半導体層を形成する場合には、その半導体層の結晶性はそれほどよくない。そのため、サファイアウエハをエッチングする前に、好適な形状のレジストを形成することが好ましい。
【０００７】
本明細書の技術は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題は、好適な形状のレジストを形成して高い精度で微細な凹凸形状を形成することのできるサファイア基板の製造方法およびIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の態様におけるサファイア基板の製造方法は、フォトリソグラフィーによりサファイアウエハの第１面の上に第１のレジストパターンを形成する第１のレジストパターン形成工程と、第１のレジストパターンをエッチングすることにより第２のレジストパターンを形成する第２のレジストパターン形成工程と、第２のレジストパターンを形成されたサファイアウエハの第１面をエッチングするサファイアウエハエッチング工程と、を有する。第２のレジストパターン形成工程は、第１の期間に、第１のレジストパターンに塩素系ガスを供給して第１のレジストパターンをエッチングする第１のレジストエッチング工程と、第１の期間の次の第２の期間に、第１のレジストパターンにプラズマ化した希ガスを照射するプラズマ照射工程と、第２の期間の次の第３の期間に、第１のレジストパターンに塩素系ガスを供給して第１のレジストパターンをエッチングすることにより第２のレジストパターンを形成する第２のレジストエッチング工程と、を有する。
【０００９】
このサファイア基板の製造方法では、フォトリソグラフィーにより錐台形状の第１のレジストパターンを形成し、そのレジストパターンをエッチングすることにより、錐形状の第２のレジストパターンとする。露光および現像した後のレジストの側面は、通常、サファイアウエハの第１面に対してほぼ垂直である。そのため、レジストエッチング工程により、レジストの側面の傾斜を変化させる。このレジストエッチング工程では、レジストを１μｍのオーダーで削る。そのため、レジストを削っている最中に、レジストに不均一な電荷分布が生じやすい。このサファイア基板の製造方法では、プラズマ照射工程により、レジストを除電する。これにより、サファイアウエハのエッチングに好適な形状のレジストパターンを形成することができる。レジストパターンが高い精度で形成されるため、サファイア基板に微細な凹凸形状を高い精度で形成することができる。
【００１０】
第２の態様におけるサファイア基板の製造方法では、第１のレジストエッチング工程および第２のレジストエッチング工程は、第１のレジストパターンの形状を第２のレジストパターンの形状に整える工程である。そして、プラズマ照射工程を、第１のレジストパターンの形状を整えている途中に実施する。
【００１１】
第３の態様におけるサファイア基板の製造方法では、第１のレジストパターンは、サファイアウエハの第１面と交差する第１の交差面を有する。第２のレジストパターンは、サファイアウエハの第１面と交差する第２の交差面を有する。第１の交差面と第１面とがなす角の角度は、７５°以上９０°以下の範囲内である。第２の交差面と第１面とがなす角の角度は、４５°以上６５°以下の範囲内である。
【００１２】
第４の態様におけるサファイア基板の製造方法では、第１のレジストパターンは、サファイアウエハの第１面と交差する第１の交差面を有する。第２のレジストパターンは、サファイアウエハの第１面と交差する第２の交差面を有する。そして、第２の交差面と第１面とがなす角の角度は、第１の交差面と第１面とがなす角の角度よりも１０°以上小さい。
【００１３】
第５の態様におけるサファイア基板の製造方法では、第１のレジストパターンの形状は、円錐台形状もしくは多角錐台形状である。第２のレジストパターンの形状は、円錐形状もしくは多角錐形状である。
【００１４】
第６の態様におけるサファイア基板の製造方法では、プラズマ照射工程の開始時には、希ガスの供給を開始し、プラズマ照射工程の終了時には、希ガスの供給を停止する。
【００１５】
第７の態様におけるIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法は、上記のサファイア基板の製造方法によりサファイア基板を製造するサファイア基板製造工程と、サファイア基板の第１面にIII 族窒化物半導体層を形成する半導体層形成工程と、III 族窒化物半導体層の上に電極を形成する電極形成工程と、を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本明細書では、好適な形状のレジストを形成して高い精度で微細な凹凸形状を形成することのできるサファイア基板の製造方法およびIII 族窒化物半導体発光素子の製造方法が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態におけるサファイア基板を示す正面図である。
【図２】第１の実施形態におけるサファイア基板の一部を示す平面図である。
【図３】図２のIII-III 断面を示す部分断面図である。
【図４】第１の実施形態におけるエッチング装置の概略構成を示す図である。
【図５】第１の実施形態におけるサファイア基板の製造工程を示す工程表である。
【図６】第１の実施形態におけるレジストエッチング工程を説明するタイミングチャートである。
【図７】第１の実施形態におけるサファイア基板の製造方法を説明するための図（その１）である。
【図８】第１の実施形態におけるサファイア基板の製造方法を説明するための図（その２）である。
【図９】第１の実施形態におけるサファイア基板の製造方法を説明するための図（その３）である。
【図１０】第１の実施形態におけるサファイア基板の製造方法を説明するための図（その４）である。
【図１１】第１の実施形態におけるサファイア基板の製造方法を説明するための図（その５）である。
【図１２】第１の実施形態におけるレジストエッチング工程を説明するための図である。
【図１３】アルゴンプラズマ照射工程を実施した場合における表面高さの照射時間依存性を示すグラフである。
【図１４】アルゴンプラズマ照射工程を実施した場合における表面高さの照射回数依存性を示すグラフである。
【図１５】第２の実施形態におけるIII 族窒化物半導体発光素子の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、具体的な実施形態について、サファイア基板および半導体発光素子を例に挙げて図を参照しつつ説明する。しかし、本明細書の技術は、下記の実施形態に限定されるものではない。また、後述するサファイア基板の厚みや凹凸形状は、実際の大きさに比べて相対的に大きく描いてある。
【００１９】
（第１の実施形態）
１．サファイア基板
図１は、本実施形態のサファイア基板の製造方法により製造されるサファイア基板１００を示す正面図である。サファイア基板１００は、第１面１００ａと第２面１００ｂと凸部１１０とを有している。第１面１００ａは、多数の凸部１１０を有している。第１面１００ａは、半導体層を形成するための半導体層形成面である。第１面１００ａは、サファイアのｃ面である。第２面１００ｂは、第１面１００ａの反対側の面である。第２面１００ｂには、凸部は形成されていない。
【００２０】
図２は、サファイア基板１００を第１面１００ａの側からみた部分平面図である。図２に示すように、凸部１１０は、円錐形状をしている。そして、凸部１１０は、頂部１１１と、円錐面１１２と、底部１１３と、を有している。底部１１３は、サファイア基板１００の第１面１００ａと円錐面１１２との境界をなす箇所である。底部１１３は、円環形状である。また、凸部１１０は、第１面１００ａの上にハニカム状に配置されている。つまり、複数の凸部１１０の頂部１１１を仮想的に線で結ぶと、正六角形の頂点と中心の位置に頂部１１１が配置されることとなる。
【００２１】
図３は、図２のIII-III 断面を部分的に示す断面図である。図３に示すように、凸部１１０のピッチ間隔Ｘ１は、２μｍ以上１０μｍ以下の範囲内である。ピッチ間隔Ｘ１は、隣り合う凸部１１０の頂部１１１間の距離である。凸部１１０の最大径Ｘ２は、１μｍ以上５μｍ以下の範囲内である。凸部１１０の最大径Ｘ２とは、底部１１３の径である。凸部１１０の高さＨ１は、１μｍ以上５μｍ以下の範囲内である。凸部１１０の高さＨ１は、第１面１００ａと頂部１１１との間の距離である。これらの数値範囲は、あくまで目安であり、上記以外の数値を用いてもよい。
【００２２】
２．エッチング装置
図４は、本実施形態のエッチングに用いるエッチング装置１０００の概略構成を示す図である。図４に示すように、エッチング装置１０００は、チャンバー１１００と、アンテナ１２００と、第１の高周波電源１３００と、第１の整合器１３１０と、下部電極１４００と、トレイ１４１０と、第２の高周波電源１５００と、第２の整合器１５１０と、ガス流入口１６１０と、ガス排出口１６２０と、第１のガス供給部１７１０と、第２のガス供給部１７２０と、第３のガス供給部１７３０と、第４のガス供給部１７４０と、を有している。
【００２３】
チャンバー１１００は、エッチングを実施するための反応室である。アンテナ１２００は、チャンバー１１００内部のプラズマ生成部ＰＧ１にプラズマを生成するための電極である。第１の高周波電源１３００は、アンテナ１２００に高周波電圧を印加するためのものである。この周波数は、例えば、１３．５６ＭＨｚである。第１の整合器１３１０は、第１の高周波電源１３００とアンテナ１２００との間に配置されている。
【００２４】
下部電極１４００の上には、トレイ１４１０が配置されている。トレイ１４１０は、エッチングの対象であるウエハＷ１を載置するための載置台である。下部電極１４００は、プラズマ生成部ＰＧ１に発生したプラズマをウエハＷ１に引き込むためのものである。第２の高周波電源１５００は、下部電極１４００に高周波電圧を印加するためのものである。第２の整合器１５１０は、第２の高周波電源１５００と下部電極１４００との間に配置されている。
【００２５】
ガス流入口１６１０は、エッチングガスをチャンバー１１００に流入させるためのものである。チャンバー１１００の内部にエッチングガスを均一になるように送出するため、多数のガス流入口１６１０が設けられている。ガス排出口１６２０は、チャンバー１１００の内部のガスをチャンバー１１００の外部に排出するためのものである。第１のガス供給部１７１０は、Ｃｌ2 ガスを供給するためのものである。第２のガス供給部１７２０は、Ａｒガスを供給するためのものである。第３のガス供給部１７３０は、ＨＢｒガスを供給するためのものである。第４のガス供給部１７４０は、ＢＣｌ3 ガスを供給するためのものである。
【００２６】
３．サファイア基板の製造方法の概要
ここで、サファイア基板の製造方法の全体像について説明する。図５は、サファイア基板の製造方法の全体像を示す工程表である。図５に示すように、本実施形態のサファイア基板の製造工程は、第１のレジストパターン形成工程（Ｓ１００）と、第２のレジストパターン形成工程（Ｓ２００）と、サファイアウエハエッチング工程（Ｓ３００）と、を有する。
【００２７】
このように本実施形態のサファイア基板の製造方法は、レジストを形成する工程と、サファイアウエハをエッチングする工程と、に分かれている。そして、レジストを形成する工程においても、エッチングを実施する。そのため、本実施形態のサファイア基板の製造方法は、レジストをエッチングする工程と、サファイアウエハをエッチングする工程と、の双方を有する。
【００２８】
第１のレジストパターン形成工程は、フォトリソグラフィーによりサファイアウエハの第１面の上に第１のレジストパターンを形成する工程である。第２のレジストパターン形成工程は、第１のレジストパターンをエッチングすることにより第２のレジストパターンを形成する工程である。サファイアウエハエッチング工程は、第２のレジストパターンを形成されたサファイアウエハの第１面をエッチングする工程である。このように本実施形態では、第１のレジストパターン形成工程および第２のレジストパターン形成工程により、サファイアウエハに好適な形状でレジストを形成する。そして、サファイアウエハエッチング工程により、微細な凹凸形状をサファイアウエハに形成する。
【００２９】
４．レジストのエッチング方法
図５に示すように、第２のレジストパターン形成工程（Ｓ２００）は、第１のレジストエッチング工程（Ｓ２１０）と、アルゴンプラズマ照射工程（Ｓ２２０）と、第２のレジストエッチング工程（Ｓ２３０）と、を有する。この第２のレジストパターン形成工程は、第１のレジストパターン形成工程（Ｓ１００）により形成されたレジストの形状を整える工程である。後述するように、錐台形状であったレジストを錐形状に整形する。
【００３０】
４−１．タイミングチャート
図６は、本実施形態のレジストのエッチング方法を説明するためのタイミングチャートである。図６に示すように、第１のレジストエッチング工程（Ｓ２１０）を、第１の期間Ｔ１に実施する。アルゴンプラズマ照射工程（Ｓ２２０）を、第２の期間Ｔ２に実施する。第２のレジストエッチング工程（Ｓ２３０）を、第３の期間Ｔ３に実施する。なお、第２の期間Ｔ２は、第１の期間Ｔ１の次の期間である。第３の期間Ｔ３は、第２の期間Ｔ２の次の期間である。
【００３１】
５．サファイア基板の製造方法
５−１．基板準備工程
まず、図７に示すように、ウエハＷ１を準備する。ウエハＷ１は、未だ凹凸形状の形成されていないサファイアウエハである。そして、図７に示すように、ウエハＷ１は、第１面Ｗ１ａと第２面Ｗ１ｂとを有している。ウエハＷ１は、ｃ面サファイアである。そして、第１面Ｗ１ａは、ｃ面である。第２面Ｗ１ｂは、第１面Ｗ１ａの反対側の面である。
【００３２】
５−２．第１のレジストパターン形成工程（Ｓ１００）
次に、図８に示すように、ウエハＷ１の第１面Ｗ１ａに一様な厚みのレジストＲ０を塗布する。レジストＲ０は、公知のフォトレジストである。そのため、ウエハＷ１の第２面Ｗ１ｂの反対側には、レジストＲ０の表面Ｒ０ａが露出している。そして、この状態でウエハＷ１をプリベークする。
【００３３】
次に、レジストＲ０を露光する。そして、レジストＲ０を現像する。これにより、図９に示すように、ウエハＷ１の第１面Ｗ１ａの上に、レジストＲ１のパターンが形成される。レジストＲ１は、露光および現像により形成された第１のレジストパターンである。レジストＲ１は、図２の頂部１１１に対応する位置に配置されている。すなわち、レジストＲ１は、正六角形の頂点および中心に位置している。
【００３４】
レジストＲ１の形状は、錐台形状である。例えば、円錐台形状もしくは多角錐台形状である。レジストＲ１は、傾斜面Ｒ１ａと表面Ｒ１ｂとを有している。レジストＲ１の表面Ｒ１ｂは、ウエハＷ１の第１面Ｗ１ａにほぼ平行な平坦面である。露光した箇所を除去するフォトリソグラフィー技術を用いた場合には、この平坦な表面Ｒ１ｂが必然的に残留することとなる。
【００３５】
図９に示すように、レジストＲ１の傾斜面Ｒ１ａは、ウエハＷ１の第１面Ｗ１ａに対して交差する交差面である。レジストＲ１が多角錐台形状の場合には、傾斜面Ｒ１ａは、多角錐台形状の傾斜した面のうちの一つである。レジストＲ１が円錐台形状の場合には、傾斜面Ｒ１ａは、円錐台形状の傾斜した面である。レジストＲ１の傾斜面Ｒ１ａとウエハＷ１の第１面Ｗ１ａとがなす角の角度θ１は、７５°以上８５°以下の範囲内である。すなわち、次式が成り立つ。
７５°  ≦  θ１  ≦  ８５°
【００３６】
５−３．第２のレジストパターン形成工程（Ｓ２００）
次に、レジストＲ１をエッチングすることにより、レジストＲ１の形状を円錐形状もしくは多角錐形状のレジストＲ２の形状に整える。そして、レジストＲ１の平坦な表面Ｒ１ｂを消失させる。そのために、図４のエッチング装置１０００を用いる。
【００３７】
５−３−１．第１のレジストエッチング工程（Ｓ２１０）
ここで、図６に示すように、第１の期間Ｔ１に、第１のレジストエッチング工程（Ｓ２１０）を施す。この工程では、第１のガス供給部１７１０が、Ｃｌ2 ガスを供給する。また、第２のガス供給部１７２０は、Ａｒガスを供給しない。アンテナ１２００の電力を、６００Ｗに設定する。下部電極１４００のバイアスの電力を、１８００Ｗに設定する。このように、サファイアウエハＷ１およびレジストＲ１にプラズマ化した塩素系ガスを供給して、レジストＲ１をエッチングする。この工程におけるエッチング装置１０００の内圧は、０．１Ｐａ以上２．０Ｐａ以下の範囲内である。この数値範囲は例示であり、これ以外の数値を用いてもよい。
【００３８】
５−３−２．アルゴンプラズマ照射工程（Ｓ２２０）
次に、第２の期間Ｔ２に、アルゴンプラズマ照射工程（Ｓ２２０）を実施する。この工程では、第１のガス供給部１７１０が、Ｃｌ2 ガスを供給しない。また、第２のガス供給部１７２０は、Ａｒガスを供給する。アンテナ１２００の電力を、３００Ｗに設定する。下部電極１４００のバイアスの電力を、０Ｗに設定する。つまり、バイアスの電力の供給を停止する。そのため、アルゴンイオンは、下部電極１４００による加速を受けることなく、レジストＲ１に到達する。このようにして、正に帯電したアルゴンイオンをレジストＲ１に照射する。このように、サファイアウエハＷ１およびレジストＲ１にプラズマ化した希ガスを照射する。そして、レジストＲ１をエッチングする。この工程におけるエッチング装置１０００の内圧は、０．５Ｐａ以上１０．０Ｐａ以下の範囲内である。この数値範囲は例示であり、これ以外の数値を用いてもよい。
【００３９】
アルゴンプラズマ照射工程の開始時には、第２のガス供給部１７２０は、アルゴンガスの供給を開始する。アルゴンプラズマ照射工程の終了時には、第２のガス供給部１７２０は、アルゴンガスの供給を停止する。つまり、第１のレジストエッチング工程および第２のレジストエッチング工程では、アルゴンガスを供給しない。このようにアルゴンガスの供給を停止することにより、内圧を一定に保持しているチャンバー１１００の内部に供給するＣｌ2 ガスの供給量を相対的に多くすることができる。つまり、第１のレジストエッチング工程および第２のレジストエッチング工程におけるエッチングレートを大きくすることができる。
【００４０】
５−３−３．第２のレジストエッチング工程（Ｓ２３０）
次に、第３の期間Ｔ３に、第２のレジストエッチング工程（Ｓ２３０）を施す。この工程では、第１のレジストエッチング工程と同様の条件を適用する。すなわち、第１のガス供給部１７１０が、Ｃｌ2 ガスを供給する。また、第２のガス供給部１７２０は、Ａｒガスを供給しない。アンテナ１２００の電力を、６００Ｗに設定する。下部電極１４００のバイアスの電力を、１８００Ｗに設定する。このように、サファイアウエハＷ１およびレジストＲ１にプラズマ化した塩素系ガスを供給して、レジストＲ１をエッチングすることによりレジストＲ２を形成する。この工程におけるエッチング装置１０００の内圧は、０．１Ｐａ以上２．０Ｐａ以下の範囲内である。この数値範囲は例示であり、これ以外の数値を用いてもよい。
【００４１】
これにより、図１０に示すように、レジストＲ２が形成される。レジストＲ２は、レジストＲ１のエッチングにより形成された第２のレジストパターンである。レジストＲ２の形状は、錐形状である。例えば、円錐形状もしくは多角錐形状である。また、ウエハＷ１の第１面Ｗ１ａは、レジストＲ１のあった箇所では残留しており、レジストＲ１がなく露出していた箇所ではわずかに削られている。しかし、ここで削られる量は非常にわずかであるため、削られた後に露出している面も第１面Ｗ１ｃということとする。
【００４２】
レジストＲ２は、傾斜面Ｒ２ａを有している。前述したように、レジストＲ２では、平坦な表面Ｒ１ｂは消失している。図１０に示すように、レジストＲ２の傾斜面Ｒ２ａは、ウエハＷ１の第１面Ｗ１ａに対して交差する交差面である。また、傾斜面Ｒ２ａは、第１面Ｗ１ｃに対しても交差している。レジストＲ２が多角錐形状の場合には、傾斜面Ｒ２ａは、多角錐形状の傾斜した面のうちの一つである。レジストＲ２が円錐形状の場合には、傾斜面Ｒ２ａは、円錐形状の傾斜した面である。
【００４３】
レジストＲ２の傾斜面Ｒ２ａとウエハＷ１の第１面Ｗ１ａとがなす角の角度θ２は、４５°以上６５°以下である。すなわち、次式が成り立つ。
４５°  ≦  θ２  ≦  ６５°
また、角度θ２は、５０°以上６０°以下の範囲内であるとなおよい。
【００４４】
また、レジストＲ２の角度θ２は、レジストＲ１における角度θ１よりも小さい。すなわち、次式が成り立つ。
θ２  ＜  θ１
【００４５】
また、角度θ２は、角度θ１よりも１０°以上小さい。すなわち、次式が成り立つ。
θ１  −  θ２  ≧  １０°
また、角度θ２は、角度θ１よりも２０°以上小さくてもよい。
【００４６】
このように、第１のレジストエッチング工程（Ｓ２１０）および第２のレジストエッチング工程（Ｓ２３０）は、公知のフォトリソグラフィー技術により形成したレジストＲ１の形状をレジストＲ２の形状に整える工程である。そして、この第２のレジストパターン形成工程（Ｓ２００）では、レジストＲ１の形状を整えている途中にレジストＲ１のエッチングを中断してアルゴンプラズマ照射工程（Ｓ２２０）を実施する。これにより、後述するように、レジストＲ１を除電する。
【００４７】
なお、エッチングによりレジストＲ１はレジストＲ２へと形状を変えることとなる。この形状を整えている途中、すなわちエッチングの途中においても、便宜上、レジストＲ１と表記することとする。
【００４８】
５−４．サファイアウエハエッチング工程（Ｓ３００）
続いて、第２のレジストパターンの形成されたウエハＷ１をエッチングする。その際に、第２のガス供給部１７２０が、Ａｒガスを供給する。第３のガス供給部１７３０が、ＨＢｒガスを供給する。また、第４のガス供給部１７４０が、ＢＣｌ3 ガスを供給する。アンテナの電力は、６００Ｗである。バイアスの電力は、１８００Ｗである。この工程におけるエッチング装置１０００の内圧は、０．１Ｐａ以上２．０Ｐａ以下の範囲内である。この数値範囲は例示であり、これ以外の数値を用いてもよい。
【００４９】
これにより、図１１に示すように、ウエハＷ１は、エッチングされる。もちろん、レジストＲ２は、エッチングされてレジストＲ３となる。この段階では、ウエハＷ１は、第１面１００ａおよび斜面Ｗ１ｄを有している。また、図１１に示すように、ウエハＷ１には、第１面Ｗ１ａおよびレジストＲ３がわずかに残留している。しかし実際には、第１面Ｗ１ａおよびレジストＲ３は、非常に小さい。そのため、レジストＲ３を除去した後には、図１に示すサファイア基板１００が製造される。
【００５０】
５−５．レジスト除去工程
そして、図１１のウエハＷ１からレジストＲ３を除去するとともにウエハＷ１の洗浄を実施する。これにより、図１に示すサファイア基板１００が製造される。
【００５１】
６．本実施形態のエッチング方法の効果
ここで、本実施形態のエッチング方法の効果について説明する。図１２は、レジストエッチング工程におけるレジストの時間経過を表す概念図である。図１２の横方向は、時間の経過を示す。つまり、図１２の左側から右側にかけて時間が進行することとしている。図１２の上段に、アルゴンプラズマ照射工程を実施した場合を示す。図１２の下段に、アルゴンプラズマ照射工程を実施しない場合を示す。
【００５２】
６−１．第１の例（アルゴンプラズマ照射工程あり）
図１２の上段に、第１のレジストエッチング工程（Ｓ２１０）と、アルゴンプラズマ照射工程（Ｓ２２０）と、第２のレジストエッチング工程（Ｓ２３０）と、を実施する場合を示す。第１のレジストエッチング工程では、Ｃｌ- イオンにより、レジストＲ１は、非対称な電荷分布を有している。次に、アルゴンプラズマ照射工程（Ｓ２２０）により、Ａｒ+ イオンがレジストＲ１に照射される。これにより、レジストＲ１の表面は除電される。そして、レジストＲ１の非対称な帯電による不均一な電荷分布は解消される。そして、第２のレジストエッチング工程では、レジストＲ２はほぼ対称な形状で形成される。
【００５３】
６−２．第２の例（アルゴンプラズマ照射工程なし）
図１２の下段に、アルゴンプラズマ照射工程を実施しないで、レジストエッチング工程を時間Ｔ０にわたって実施する場合を示す。図１２の下段に示すように、この場合には、エッチングの途中でレジストＲ１が除電されることはない。そのため、レジストにおける非対称な電荷分布は、途中で解消されない。その結果、Ｃｌ- イオンは、非対称な電荷分布が形成する電界の影響を受けて、非対称に分布する。
【００５４】
７．実験
７−１．放電時間
図１３は、アルゴンプラズマ照射工程を実施した時間に対するレジストＲ１の高さの表面粗さを示すグラフである。図１３の横軸は、アルゴンプラズマの照射時間である。図１３の縦軸は、レジストＲ１の表面粗さである。図１３に示すように、アルゴンプラズマの照射がない場合には、レジストＲ１の表面粗さσは、０．０１７μｍ程度である。そして、アルゴンプラズマを照射するにしたがって、レジストＲ１の表面粗さσは、減少する。そして、照射時間が８０秒以上の場合には、レジストＲ１の表面粗さσは、０．００９μｍ程度である。したがって、アルゴンプラズマ照射工程を実施する第２の時間Ｔ２は、８０秒以上であるとよい。
【００５５】
７−２．放電回数
図１４は、アルゴンプラズマ照射工程を実施した回数に対するレジストＲ１の高さの表面粗さを示すグラフである。図１４の横軸は、アルゴンプラズマの照射回数である。図１４の縦軸は、レジストＲ１の表面粗さである。なお、１回当たりのプラズマ照射時間は、１２０秒である。また、プラズマ照射回数が、２回とは、レジストエッチング工程を２回中断してアルゴンプラズマを照射したことを意味する。この場合には、レジストエッチング工程を３回実施している。
【００５６】
図１４に示すように、アルゴンプラズマ照射工程を１回実施した場合には、レジストＲ１の表面粗さσは、０．０９μｍ程度である。そして、アルゴンプラズマ照射工程を何度も実施したとしても、レジストＲ１の表面粗さσは、ほとんど変わらない。そのため、アルゴンプラズマ照射工程を実施する回数は、１回以上であればよい。つまり、１回当たりのプラズマ照射時間が十分であれば、実施回数は関係ない。
【００５７】
７−３．凹凸形状
上記の実験では、レジストＲ１の表面粗さを調べた。本実験では、サファイアウエハのエッチングを行ったサンプルに対して、アルゴンプラズマ照射工程の有無を比較した。その結果、アルゴンプラズマ照射工程を実施したサファイア基板の高さの表面粗さは、０．０８μｍ程度であった。アルゴンプラズマ照射工程を実施しなかったサファイア基板の高さの表面粗さは、０．１６μｍ程度であった。このように、アルゴンプラズマ照射工程を実施したほうが、サファイア基板の凹凸形状の加工精度は高い。
【００５８】
８．変形例
８−１．プラズマ照射工程
本実施形態では、第１のレジストエッチング工程と第２のレジストエッチング工程との間に、アルゴンプラズマを照射するアルゴンプラズマ照射工程を実施することとした。しかし、プラズマはアルゴンプラズマに限らない。つまり、Ａｒの代わりに、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎのいずれの希ガスを用いてもよい。
【００５９】
８−２．レジストエッチング工程のエッチングガス
レジストＲ１をエッチングするエッチングガスとして、塩素系ガスを用いることができる。例えば、Ｃｌ2 、ＳｉＣｌ4 、ＢＣｌ3 、ＣＣｌ4 などが挙げられる。ただし、レジストＲ１をエッチングするエッチングガスと、ウエハＷ１をエッチングするエッチングガスとで、異なるガスを用いるほうがよい。第１のレジストエッチング工程（Ｓ２１０）および第２のレジストエッチング工程（Ｓ２３０）において、ウエハＷ１の第１面Ｗ１ａがそれほどエッチングされない条件でレジストＲ１をエッチングすることができるからである。
【００６０】
８−３．レジストパターンの形状および配置
本実施形態では、レジストの形状を円錐台形状もしくは多角錐台形状とした。しかし、レジストの形状を円柱形状もしくは多角柱形状としてもよい。レジストＲ１の傾斜面Ｒ１ａとウエハＷ１の第１面Ｗ１ａとがなす角の角度θ１は、７５°以上９０°以下の範囲内である。すなわち、次式が成り立つ。
７５°  ≦  θ１  ≦  ９０°
【００６１】
また、レジストを六角形の頂点および中心に配置するハニカム形状に配置することとした。しかし、ハニカム形状と異なる配置としてもよい。
【００６２】
８−４．サファイアの結晶面
本実施形態では、ウエハＷ１としてｃ面サファイアを用いた。しかし、ａ面サファイア等、その他の結晶面を有するサファイアウエハを用いてもよい。
【００６３】
９．本実施形態のまとめ
以上、詳細に説明したように、本実施形態のサファイア基板の製造方法は、フォトリソグラフィ技術により第１のレジストパターンを形成する第１のレジストパターン形成工程と、第１のレジストパターンにエッチングを実施して第２のレジストパターンとする第２のレジストパターン形成工程と、を有する。第２のレジストパターン形成工程は、帯電したレジストを除電するためのプラズマ照射工程を有する。この製造方法では、エッチングの途中でレジストが帯電することによる非対称なレジストパターンが形成されることを抑制することができる。そのため、対称性に優れたレジストパターンを形成することができる。これにより、製造されるサファイア基板における凹凸形状の加工精度は高い。
【００６４】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態のサファイア基板の製造方法により製造されたサファイア基板を用いて半導体発光素子を製造する。ここでは、III 族窒化物半導体発光素子の製造方法を例に挙げて説明する。
【００６５】
１．半導体発光素子の製造方法
１−１．サファイア基板製造工程
まず、第１の実施形態で説明したサファイア基板の製造方法を用いて、サファイア基板１００を製造する。
【００６６】
１−２．半導体層形成工程
次に、図１５に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、サファイア基板１００の第１面１００ａの上にIII 族窒化物半導体層を形成する。ここでは、サファイア基板１００の第１面１００ａから、バッファ層１２０、ｎ型コンタクト層１３０、ｎ型ＥＳＤ層１４０、ｎ型超格子層１５０、発光層１６０、ｐ型超格子層１７０、ｐ型コンタクト層１８０、の順序で形成する。
【００６７】
１−３．電極形成工程
そして、ＩＣＰ等を用いたエッチングにより、ｎ型コンタクト層１３０の一部を露出させる。次に、露出させたｎ型コンタクト層１３０の上にｎ電極Ｎ１を形成する。また、ｐ型コンタクト層１８０の上にｐ電極Ｐ１を形成する。このように、III 族窒化物半導体層の上に電極を形成する。
【００６８】
１−４．素子区画工程
また、素子を区画する溝を形成する。そのために、ＩＣＰ等のエッチングを実施すればよい。
【００６９】
１−５．素子分離工程
次に、サファイア基板１００をチップサイズに分割する。そのために、レーザー照射装置や、ブレーキング装置を用いればよい。これにより、発光素子１０が製造される。
【００７０】
２．変形例
２−１．製造工程
本実施形態では、ｎ電極Ｎ１を形成するためのｎ型コンタクト層１３０の露出箇所をエッチングにより設けた後に、素子区画工程を実施した。しかし、露出箇所を形成する工程と、素子区画工程とを、同一工程で実施してもよい。
【００７１】
３．本実施形態のまとめ
以上詳細に説明したように、本実施形態の半導体発光素子の製造方法は、第１の実施形態のサファイア基板の製造方法により製造されたサファイア基板１００を用いて、半導体発光素子を製造する。
【００７２】
なお、本実施の形態は単なる例示にすぎず、本明細書の技術を何ら限定するものではない。したがって本明細書の技術は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）に限らない。ＨＶＰＥ法等、その他の結晶成長方法を用いてもよい。
【００７３】
Ａ．付記
また、第２のレジストパターン形成工程では、第１のレジストパターンの平坦な表面を消失させて、第２のレジストパターンを形成する。第２のレジストパターンは、平坦な表面を有していない。
【符号の説明】
【００７４】
１０…発光素子
Ｐ１…ｐ電極
Ｎ１…ｎ電極
１００…サファイア基板
１００ａ…第１面
１００ｂ…第２面
１１０…凸部
１１１…頂部
１１２…円錐面
１１３…底部
Ｗ１…ウエハ
Ｗ１ａ…第１面
Ｗ１ｂ…第２面
Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３…レジスト
Ｒ１ａ、Ｒ２ａ…傾斜面
Ｒ１ｂ…表面
１０００…エッチング装置
【図１】
2016012664.tif 000003
【図２】
2016012664.tif 000004
【図３】
2016012664.tif 000005
【図４】
2016012664.tif 000006
【図５】
2016012664.tif 000007
【図６】
2016012664.tif 000008
【図７】
2016012664.tif 000009
【図８】
2016012664.tif 000010
【図９】
2016012664.tif 000011
【図１０】
2016012664.tif 000012
【図１１】
2016012664.tif 000013
【図１２】
2016012664.tif 000014
【図１３】
2016012664.tif 000015
【図１４】
2016012664.tif 000016
【図１５】
2016012664.tif 000017