JP2007123638A - Manufacturing method of nitride semiconductor and thin film working device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a nitride semiconductor capable of working a desired surface shape on the surface of the nitride semiconductor, regardless of a surface rugged shape before working. <P>SOLUTION: An etching object A is mounted on an XY stage 6, the XY stage 6 is scanned while performing measurement irradiation with a laser beam whose intensity is weakened by an attenuator 4, a transmitted light quantity is detected by a power meter 11, and a film thickness distribution is measured. Then, the XY stage 6 is scanned while irradiating it with the laser beam whose intensity is increased so as to dissolve the crystal structure of the etching object A, and the working irradiation of the etching object A is performed. The intensity of the laser beam is modulated to the intensity corresponding to the film thickness distribution by using the attenuator 4, and the working irradiation is performed. The etching object A for which the working irradiation is completed is detached from the thin film working device 100, acid treatment is performed, and the damage layer of a surface is removed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

レーザー光を照射して、青色発光ダイオード等の窒化物半導体の表面形状を加工する窒化物半導体の製造方法、および、この方法の実施に採用されて好適な薄膜加工装置に関する。   The present invention relates to a nitride semiconductor manufacturing method for processing the surface shape of a nitride semiconductor such as a blue light emitting diode by irradiating a laser beam, and a thin film processing apparatus suitable for use in the implementation of this method.

窒化ガリウムGaNに代表される窒化物半導体が、青色や緑色と言った短波長の高輝度発光素子の材料として着目されており、窒化ガリウムGaN等を用いたレーザーダイオードや光集積回路の実用化に向けた製造方法が種々研究されている。   Nitride semiconductors typified by gallium nitride GaN are attracting attention as materials for high-intensity light-emitting devices with short wavelengths such as blue and green. For practical application of laser diodes and optical integrated circuits using gallium nitride GaN, etc. Various production methods have been studied.

レーザーダイオードや光集積回路の製作に際しては、平坦な結晶面を形成する必要があるが、窒化ガリウムGaN等のIII−V族窒化物半導体は、六方晶系の結晶構造を有して、各軸方向の成長速度が大きく異なるため、スパッタリング成長や気相成長と言った従来の手法では、平坦な結晶成長面を形成することが困難である。   When manufacturing a laser diode or an optical integrated circuit, it is necessary to form a flat crystal plane. A group III-V nitride semiconductor such as gallium nitride GaN has a hexagonal crystal structure, and each axis Since the growth rates in the directions are greatly different, it is difficult to form a flat crystal growth surface by conventional techniques such as sputtering growth and vapor phase growth.

また、レーザーダイオードや光集積回路の製作に際しては、半導体層の厚みを厳密に制御する必要があるが、窒化ガリウムGaN等のIII−V族窒化物半導体は、結晶構造の各軸方向のエッチング速度が大きく異なるため、ドライエッチングをかけると表面の平坦度や粗さが大きく劣化する。ドライエッチングでは、イオン衝撃によって結晶構造に損傷を生じる問題もある。   Further, when manufacturing a laser diode or an optical integrated circuit, it is necessary to strictly control the thickness of the semiconductor layer, but a group III-V nitride semiconductor such as gallium nitride GaN has an etching rate in each axial direction of the crystal structure. Therefore, when dry etching is performed, the flatness and roughness of the surface are greatly deteriorated. In dry etching, there is also a problem that the crystal structure is damaged by ion bombardment.

特許文献1には、ドライエッチングによらないで、窒化ガリウムGaN等の窒化物半導体の表面を平坦化しつつ、半導体層の厚みを制御できる窒化物半導体のエッチング方法が示される。   Patent Document 1 discloses a nitride semiconductor etching method that can control the thickness of a semiconductor layer while planarizing the surface of a nitride semiconductor such as gallium nitride GaN without using dry etching.

ここでは、レーザー光を窒化ガリウムGaN薄膜層の表面に一括照射して結晶構造を溶解させ、窒素を追い出してガリウムを液化させることにより、レーザー光の累積照射量(強度やパルス数)に応じた厚み分の窒化ガリウムGaNを除去している。また、レーザー光を照射した窒化ガリウムGaN薄膜層を塩酸に浸漬して、レーザー光が損傷を与えた結晶層を選択的にエッチング除去することにより、平坦度の改善された結晶面を表面に出現させている。   Here, the surface of the gallium nitride GaN thin film layer is irradiated with a laser beam at a time to dissolve the crystal structure, expelling nitrogen and liquefying the gallium, thereby depending on the cumulative irradiation dose (intensity and number of pulses) of the laser beam. Thick gallium nitride GaN is removed. In addition, the gallium nitride GaN thin film layer irradiated with laser light is immersed in hydrochloric acid, and the crystal layer that has been damaged by the laser light is selectively removed by etching, so that a crystal plane with improved flatness appears on the surface. I am letting.

特開2000−260742号公報JP 2000-260742 A

特許文献1に示される窒化物半導体のエッチング方法では、強度分布を均一化したレーザー光を、窒化物半導体のエッチング対象物の広い照射域に一括照射しているので、塩酸処理後の表面には、多少凹凸差が軽減されるにせよ、元の凹凸形状に倣った凹凸形状が残ってしまう(図7参照)。   In the nitride semiconductor etching method disclosed in Patent Document 1, laser light having a uniform intensity distribution is collectively irradiated to a wide irradiation region of the nitride semiconductor etching target. Even though the unevenness difference is somewhat reduced, the uneven shape following the original uneven shape remains (see FIG. 7).

本発明は、窒化物半導体の表面に、加工前の表面凹凸形状への依存性を低減した表面加工ができる、窒化物半導体の製造方法を提供することを目的としている。   An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a nitride semiconductor, in which the surface of the nitride semiconductor can be subjected to surface processing with reduced dependency on the surface irregularities before processing.

本発明の窒化物半導体の製造方法は、レーザー光を照射して窒化物半導体薄膜の表面形状を加工する窒化物半導体の製造方法において、前記窒化物半導体薄膜の加工前の膜厚分布を計測する計測工程と、収束させたレーザービームスポットで前記窒化物半導体薄膜の表面を走査して、計測された前記膜厚分布に応じて異なる照射量を前記表面の各走査点に及ぼす加工工程と、前記加工工程を経た前記窒化物半導体薄膜の表面を酸処理する酸処理工程とを備えた方法である。   The method for manufacturing a nitride semiconductor of the present invention is a method for manufacturing a nitride semiconductor in which the surface shape of the nitride semiconductor thin film is processed by irradiating a laser beam, and the film thickness distribution before the processing of the nitride semiconductor thin film is measured. A measuring step, a processing step of scanning the surface of the nitride semiconductor thin film with a focused laser beam spot, and applying a different irradiation amount to each scanning point of the surface according to the measured film thickness distribution; And an acid treatment step of acid-treating the surface of the nitride semiconductor thin film that has undergone a processing step.

本発明の薄膜加工装置は、透光性基板に形成された薄膜層の表面形状を加工する薄膜加工装置において、レーザー光を発生する光源手段と、発生したレーザー光を加工点に導いてレーザービームスポットを形成する光学系手段と、前記透光性基板を移動させて前記薄膜層上の各走査点を前記加工点に位置決めする走査ステージ手段と、前記薄膜層および前記透光性基板を透過した前記レーザービームスポットの透過光強度を検知する検知手段と、前記レーザービームスポットの強度を変化させる強度変調手段と、前記走査点で検知された前記透過光強度に基づいて前記強度変調手段を制御して、前記透過光強度に応じた強度の前記レーザービームスポットを前記走査点に加工照射させる制御手段とを備えたものである。   The thin film processing apparatus of the present invention is a thin film processing apparatus for processing the surface shape of a thin film layer formed on a translucent substrate, a light source means for generating laser light, and a laser beam by guiding the generated laser light to a processing point. Optical system means for forming a spot, scanning stage means for moving the translucent substrate to position each scanning point on the thin film layer at the processing point, and transmitted through the thin film layer and the translucent substrate Detecting means for detecting the transmitted light intensity of the laser beam spot; intensity modulating means for changing the intensity of the laser beam spot; and controlling the intensity modulating means based on the transmitted light intensity detected at the scanning point. And a control means for processing and irradiating the scanning point with the laser beam spot having an intensity corresponding to the transmitted light intensity.

本発明の窒化物半導体の製造方法では、加工範囲に面状のレーザー光を一括照射する代わりに、収束したレーザービームスポットで加工範囲の各走査点に対して、必要な加工量(深さ)に応じた光エネルギーを注入する。こうすることにより、表面加工前の基板表面の凹凸形状依存性の少ない、表面加工が実現される。   In the method for manufacturing a nitride semiconductor according to the present invention, a processing amount (depth) required for each scanning point in a processing range with a converged laser beam spot instead of collectively irradiating a planar laser beam on the processing range. Inject light energy according to. By doing so, surface processing with little dependency on the uneven shape of the substrate surface before surface processing is realized.

以下、図面を参照して本実施形態の窒化ガリウム半導体薄膜の加工方法と、本実施形態の薄膜加工装置とを詳細に説明する。本実施形態では、サファイアの透明基板8上に形成された窒化ガリウムの薄膜層9の加工について説明する。しかし、本発明の薄膜加工装置は、GaN、InGaNならびにAlGaNなどのIII−V族窒化物半導体やその他の半導体薄膜、不透明基板に形成されたこれらの半導体薄膜の表面加工でも利用可能である。   Hereinafter, the processing method of the gallium nitride semiconductor thin film of this embodiment and the thin film processing apparatus of this embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, processing of the gallium nitride thin film layer 9 formed on the sapphire transparent substrate 8 will be described. However, the thin film processing apparatus of the present invention can also be used for surface processing of III-V nitride semiconductors such as GaN, InGaN, and AlGaN, other semiconductor thin films, and these semiconductor thin films formed on an opaque substrate.

本実施形態では、窒化物半導体のエッチング方法の一例として、レーザー光波長における透過率の測定とレーザ照射処理と塩酸処理との三段階の処理により窒化物半導体をエッチング加工する加工方法が説明されているが、本実施形態の薄膜加工装置は、エッチング用レーザーもしくはモニタ用レーザーの透過光量測定装置、およびレーザ照射処理、即ち、レーザー光を加工対象物としてのIII−V族窒化物半導体に照射する処理を行う装置であるから、以下に説明する加工方法以外の加工でも利用可能である。   In this embodiment, as an example of a nitride semiconductor etching method, a processing method is described in which a nitride semiconductor is etched by a three-step process of measuring transmittance at a laser beam wavelength, laser irradiation treatment, and hydrochloric acid treatment. However, the thin film processing apparatus of the present embodiment irradiates a group III-V nitride semiconductor as a processing target with a laser beam for measuring the amount of transmitted light of an etching laser or a monitoring laser and laser irradiation processing. Since the apparatus performs the processing, it can be used for processing other than the processing method described below.

本発明の薄膜加工装置は、以下に説明する実施形態の構成部材には限定されず、構成部材の一部または全部を同等な機能の別の構成部材によって置き換えた種々の実施形態で実施可能である。本実施形態は、薄膜層にレーザー光を照射する工程に特徴を有しており、酸処理や半導体物性、レーザー光の性質、変調、光学設計、発生方法等に関しては、本発明と隔たりがあるので、特許文献1に記載されるこのような事項については、煩雑を回避すべく詳細な説明を省略する。   The thin film processing apparatus of the present invention is not limited to the constituent members of the embodiments described below, and can be implemented in various embodiments in which some or all of the constituent members are replaced with other constituent members having equivalent functions. is there. This embodiment has a feature in the process of irradiating a thin film layer with laser light, and there is a difference from the present invention regarding acid treatment, semiconductor physical properties, laser light properties, modulation, optical design, generation method, and the like. Therefore, a detailed description of such matters described in Patent Document 1 is omitted to avoid complications.

本実施形態では、加工範囲に面状のレーザー光を一括照射する代わりに、収束したレーザービームスポットで加工範囲の各走査点に対して、必要な加工量(深さ)に応じた光エネルギーを注入して表面層に集中した結晶構造の溶解と損傷とを引き起こす。従って、必要な加工量が多い走査点では、累積照射量(照射強度、照射時間、照射回数、またはこれらの組み合わせ等)を増して除去深さを増し、必要な加工量が少ない走査点では、累積照射量を減らして除去深さを減らすことにより、加工前の表面凹凸形状と無関係に、所望の表面形状を加工できる。   In this embodiment, instead of collectively irradiating a planar laser beam on the processing range, light energy corresponding to a required processing amount (depth) is applied to each scanning point in the processing range with a converged laser beam spot. Injecting and causing dissolution and damage of the crystal structure concentrated in the surface layer. Therefore, at a scanning point where the required processing amount is large, the cumulative irradiation amount (irradiation intensity, irradiation time, number of irradiations, or a combination thereof) is increased to increase the removal depth, and at a scanning point where the required processing amount is small, By reducing the cumulative irradiation amount and reducing the removal depth, a desired surface shape can be processed regardless of the surface uneven shape before processing.

本実施形態では、同じ光学系手段を通じて走査点の厚み検知と加工照射とを行う。そして、検知手段は、膜厚検出光としてのレーザービームスポットによる薄膜層の透過光量を検出して加工前の薄膜層の厚みを検知する。制御手段は、検知手段によって求めた加工前の厚みと目的の厚みとから求めた必要な加工量に応じて強度変調手段により同じ加工点におけるレーザービームスポットの照射強度を設定する。従って、厚み検知位置と加工照射位置とを精密に一致させた正確な結晶層の加工除去を行える。   In this embodiment, scanning point thickness detection and processing irradiation are performed through the same optical system means. And a detection means detects the thickness of the thin film layer before a process by detecting the transmitted light quantity of the thin film layer by the laser beam spot as film thickness detection light. The control means sets the irradiation intensity of the laser beam spot at the same processing point by the intensity modulation means according to the required processing amount obtained from the thickness before processing and the target thickness obtained by the detection means. Accordingly, it is possible to accurately remove the crystal layer by precisely matching the thickness detection position and the processing irradiation position.

従って、窒化物半導体をエッチング加工する際には、高速加工を行うことができるとともに、加工面が高度に平坦化され、且つ残膜厚がナノオーダーで制御可能な薄膜加工装置の実現が可能となる。   Therefore, when etching a nitride semiconductor, it is possible to realize a thin film processing apparatus capable of performing high-speed processing, having a highly flat processed surface, and capable of controlling the remaining film thickness on the nano order. Become.

従来のドライエッチング法ではアンダーエッチングやオーバーエッチングになる課題を解決(図10参照)できる。つまり、薄膜層の一部がエッチストップ膜厚(ジャストエッチング部)まで達した場合に、他の部分がアンダーエッチングやオーバーエッチングとなるような膜厚分布が形成される(図12参照)課題である。言い換えれば、半導体素子や光集積回路に必要なものは「エッチング除去された部分」ではなく「エッチングによって残された薄膜層」であるが、この残膜厚さの制御を特許文献1に示される装置よりも精密に行うことができる。   The conventional dry etching method can solve the problem of under-etching and over-etching (see FIG. 10). That is, when a part of the thin film layer reaches the etch stop film thickness (just etching part), a film thickness distribution is formed such that the other part is under-etched or over-etched (see FIG. 12). is there. In other words, what is necessary for a semiconductor element or an optical integrated circuit is not “a portion removed by etching” but “a thin film layer left by etching”. It can be performed more precisely than the device.

<第1実施形態の薄膜加工装置>
図1は第1実施形態の薄膜加工装置の構成の説明図、図2は薄膜加工装置の制御のフローチャートである。図1は、本発明によるIII−V族窒化物半導体のエッチング方法を実現するための装置構成の一例であって、透過率測定とエッチングのための光源として、同一レーザをアッテネータで強度変調する構成を示した基本構成図である。
<Thin Film Processing Apparatus of First Embodiment>
FIG. 1 is an explanatory diagram of the configuration of the thin film processing apparatus according to the first embodiment, and FIG. 2 is a flowchart of control of the thin film processing apparatus. FIG. 1 shows an example of an apparatus configuration for realizing a group III-V nitride semiconductor etching method according to the present invention, in which the intensity of the same laser is modulated by an attenuator as a light source for transmittance measurement and etching. FIG.

図1に示すように、第1実施形態の薄膜加工装置100は、レーザ発生装置1で発生させたレーザー光を光学系3で収束し、ミラー5で加工点Kに導いてエッチング対象物Aの表面にレーザービームスポットを形成する。   As shown in FIG. 1, the thin film processing apparatus 100 of the first embodiment converges the laser light generated by the laser generator 1 with an optical system 3, guides it to a processing point K with a mirror 5, and A laser beam spot is formed on the surface.

レーザ発生装置1は、YAG結晶を用いて発生させた波長約1μのレーザー光を波長変換して、波長266nmのレーザー光を出力するYAG4倍波レーザ発生装置である。波長266nmは、後述するように窒化ガリウムGaNの結晶に吸収されて電子を励起できる波長として選択されている。   The laser generator 1 is a YAG quadruple laser generator that converts the wavelength of a laser beam having a wavelength of about 1 μm generated by using a YAG crystal and outputs a laser beam having a wavelength of 266 nm. The wavelength of 266 nm is selected as a wavelength that can be absorbed by a gallium nitride GaN crystal to excite electrons, as will be described later.

レーザ発生装置1の下流に配置されたホモジナイザ2は、レーザ発生装置1から出射されたレーザー光を入射して、レーザービームのビームプロファイルを成形するとともに、ビームプロファイル内の空間強度分布を均一化して出射する。   A homogenizer 2 disposed downstream of the laser generator 1 receives the laser beam emitted from the laser generator 1 to shape the beam profile of the laser beam and uniformize the spatial intensity distribution in the beam profile. Exit.

光学系3は、ホモジナイザ2から出射されたレーザー光を集光させて10μm□のレーザービームを形成する。全反射ミラー5は、光学系3によって縮径/整形されたレーザービームを屈曲してエッチング対象物Aへ向かわせ、加工点Kにレーザービームスポットを形成する。光学系3と全反射ミラー5との間に配置されたアッテネータ4は、入射したレーザー光の強度を調節して出射する。   The optical system 3 condenses the laser light emitted from the homogenizer 2 to form a 10 μm square laser beam. The total reflection mirror 5 bends the laser beam whose diameter is reduced / shaped by the optical system 3 so as to be directed toward the etching object A, and forms a laser beam spot at the processing point K. The attenuator 4 disposed between the optical system 3 and the total reflection mirror 5 adjusts the intensity of the incident laser light and emits it.

XYステージ6は、エッチング対象物Aを透明な試料台上に保持して二次元走査する。エッチング対象物Aは、サファイアの透明基板8の表面に窒化ガリウムの薄膜層9を形成してある。XYステージ6は、レーザービームスポットサイズに一致させたピッチ10μmでステップ送りされて、エッチング対象物Aの各走査点Sを加工点Kに順次位置決める。   The XY stage 6 performs two-dimensional scanning while holding the etching object A on a transparent sample stage. The etching target A has a gallium nitride thin film layer 9 formed on the surface of a transparent substrate 8 made of sapphire. The XY stage 6 is stepped at a pitch of 10 μm matched to the laser beam spot size, and sequentially positions each scanning point S of the etching target A to the processing point K.

XYステージ6のエッチング対象物A下に配置されたパワーメータ11には、エッチング対象物Aを透過したレーザービームが入射する。パワーメータ11は、エッチング対象物Aを透過したレーザービームの強度をモニタして、モニタ結果を制御部10に入力する。   A laser beam that has passed through the etching object A is incident on the power meter 11 disposed under the etching object A of the XY stage 6. The power meter 11 monitors the intensity of the laser beam that has passed through the etching object A, and inputs the monitoring result to the control unit 10.

制御部10は、パワーメータ11で測定されたレーザービームの強度からエッチング対象物Aの透過率を計算し、吸光係数等から薄膜層9の膜厚を計算する。そして、各種の補正を加えてエッチング最適レーザ出力を計算し、走査点Sごとのアッテネータ4による変調量を計算する。この計算結果は、マップデータとして制御部10に蓄えられ、膜厚測定に続いて実行される加工照射では、計算結果に基づいてアッテネータ4を制御して、強度変調されたレーザービームでエッチング対象物Aを露光させる。このとき、制御部10は、エッチング部位の全域にレーザービームが当たるよう、XYステージ6を制御してエッチング対象物のエッチング対象物Aを移動させる。   The controller 10 calculates the transmittance of the etching object A from the intensity of the laser beam measured by the power meter 11 and calculates the film thickness of the thin film layer 9 from the extinction coefficient or the like. Then, various corrections are applied to calculate the optimum etching laser output, and the modulation amount by the attenuator 4 for each scanning point S is calculated. The calculation result is stored in the control unit 10 as map data, and in the processing irradiation executed after the film thickness measurement, the attenuator 4 is controlled based on the calculation result, and the etching target is controlled by the intensity-modulated laser beam. A is exposed. At this time, the control unit 10 controls the XY stage 6 to move the etching target A as the etching target so that the laser beam hits the entire etching site.

なお、エッチング対象物A(窒化ガリウムGaN)に対するレーザー光の照射は、窒素ガス雰囲気中で行われるため、XYステージ6は、不図示の気密処理室(チャンバー)内に設置されている。レーザービームの光路は、不図示の透明窓で気密処理室の内外に分割されている。気密処理室には不図示の真空ポンプ系と窒素ガス供給系とが接続されている。   In addition, since the irradiation of the laser beam to the etching target A (gallium nitride GaN) is performed in a nitrogen gas atmosphere, the XY stage 6 is installed in an airtight processing chamber (chamber) (not shown). The optical path of the laser beam is divided into the inside and outside of the hermetic treatment chamber by a transparent window (not shown). A vacuum pump system (not shown) and a nitrogen gas supply system are connected to the hermetic treatment chamber.

図1を参照して、図2に示すように、XYステージ6へのエッチング対象物Aのセットが完了し(S11のYES)、制御部10に対する必要な設定操作が完了し(S12のYES)、制御部10に対して加工開始の操作が行われる(S13のYES)。すると、制御部10は、膜厚計測(S15)を開始する。   Referring to FIG. 1, as shown in FIG. 2, the setting of the etching object A to the XY stage 6 is completed (YES in S11), and the necessary setting operation for the control unit 10 is completed (YES in S12). Then, an operation for starting machining is performed on the control unit 10 (YES in S13). Then, the control part 10 starts film thickness measurement (S15).

すなわち、制御部10は、レーザ発生装置1を起動させてアッテネータ4によってレーザービームスポットの強度を所定値に下げ得る状態で、XYステージ6をレーザービームスポットサイズと等しい10μmピッチで移動停止させる。そして、エッチング対象物Aの走査位置Sごとに停止した状態で、レーザ発生装置1からレーザービームパルスを1パルス出力させる。と同時に、制御部10は、パワーメータ11の出力からエッチング対象物Aの透過光量を検知し、XYステージ6の座標位置と組み合わせて、エッチング対象物Aの透過光量マップデータを形成する(S15)。この処理は、XYステージ6を走査移動させて、エッチング対象物Aのすべての走査点Sを網羅するまで(S15のYES)繰り返される。   That is, the control unit 10 starts the laser generator 1 and stops the movement of the XY stage 6 at a pitch of 10 μm equal to the laser beam spot size in a state where the intensity of the laser beam spot can be lowered to a predetermined value by the attenuator 4. Then, one pulse of laser beam pulse is output from the laser generator 1 in a state where it is stopped at every scanning position S of the etching object A. At the same time, the control unit 10 detects the transmitted light amount of the etching object A from the output of the power meter 11, and forms the transmitted light amount map data of the etching object A in combination with the coordinate position of the XY stage 6 (S15). . This process is repeated until the XY stage 6 is moved by scanning to cover all the scanning points S of the etching target A (YES in S15).

そして、XYステージ6を走査移動させて透過光量マップの作成が完了すると(S15のYES)、制御部10は、透過光量マップに基づいて加工前の膜厚分布を計算して(S16)、モニタ画面に表示する。また、各走査点Sにおける加工前の膜厚から、ステップ12で予め入力されている加工目標値を差し引いて、走査点Sごとの必要な加工量と、この加工量を実現するための走査点Sごとのレーザービーム強度を演算して加工条件マップを形成する(S17)。   Then, when the XY stage 6 is scanned and moved to complete the creation of the transmitted light amount map (YES in S15), the control unit 10 calculates the film thickness distribution before processing based on the transmitted light amount map (S16), and the monitor Display on the screen. Further, the processing target value input in advance in step 12 is subtracted from the film thickness before processing at each scanning point S to obtain a required processing amount for each scanning point S and a scanning point for realizing this processing amount. A processing condition map is formed by calculating the laser beam intensity for each S (S17).

そして、制御部10は、アッテネータ4を制御して、レーザービームスポットの強度を測定レベルから加工レベルに上げ得る状態とし、加工条件マップに応じた強度調整を行いつつ、XYステージ6を各走査位置に位置決めつつ走査移動させる(S18)。そして、エッチング対象物Aの各走査点Sに対して1パルスずつ、必要加工量に応じた強度のレーザービームを照射させる(S18)。   Then, the control unit 10 controls the attenuator 4 so that the intensity of the laser beam spot can be raised from the measurement level to the processing level, and adjusts the intensity according to the processing condition map while moving the XY stage 6 to each scanning position. Is moved while being positioned (S18). Then, each scanning point S of the etching object A is irradiated with a laser beam having an intensity corresponding to the required processing amount by one pulse (S18).

そして、XYステージ6を走査移動させて加工照射が完了すると(S19のYES)、制御部10は、レーザ発生装置1を停止させて、各種データの保存を含むシステムの終了/初期化処理を行う(S20)。   When the processing irradiation is completed by scanning and moving the XY stage 6 (YES in S19), the control unit 10 stops the laser generator 1 and performs system termination / initialization processing including storage of various data. (S20).

<加工原理の説明>
図3は窒化ガリウムの相転移図、図4はレーザ出力35mJ/cmにおける膜厚方向の温度分布シミュレーション結果の線図、図5はレーザ出力100mJ/cmにおける膜厚方向の温度分布シミュレーション結果の線図である。また、図6はレーザ出力50mJ/cmにおける膜厚方向の温度分布シミュレーションの線図、図7は本実施形態の薄膜加工方法によるエッチング結果の説明図である。
<Description of processing principle>
Figure 3 is a phase transition diagram of gallium nitride, 4 diagram of the temperature distribution simulation result of the film thickness direction in the laser output 35 mJ / cm 2, Figure 5 is a temperature distribution simulation result in the thickness direction in the laser output 100 mJ / cm 2 FIG. FIG. 6 is a diagram of a temperature distribution simulation in the film thickness direction at a laser output of 50 mJ / cm 2 , and FIG. 7 is an explanatory diagram of an etching result by the thin film processing method of the present embodiment.

本実施形態におけるエッチング対象物AであるIII−V族窒化物半導体は、ワイドバンドギャップ化合物で、主に紫外域波長で吸光係数が大きい。従って、YAG4倍波266nm以外に、YAG3倍波355nmやKrF248nm、ArF193nmなどを用いることができる。   The group III-V nitride semiconductor, which is the etching target A in the present embodiment, is a wide bandgap compound, and has a large extinction coefficient mainly at ultraviolet wavelengths. Therefore, in addition to YAG fourth harmonic 266 nm, YAG third harmonic 355 nm, KrF 248 nm, ArF 193 nm, and the like can be used.

III−V族窒化物半導体は、成膜条件などによって膜質が異なり、吸光係数は一定でないが、10の4乗から5乗の範囲にある。従って、上記の波長域のレーザー光をIII−V族窒化物半導体に照射すると、III−V族窒化物の結晶構造における電子が励起されて照射エネルギーが吸収される。   Group III-V nitride semiconductors have different film qualities depending on film forming conditions and the like, and the extinction coefficient is not constant, but is in the range of 10 4 to 5 5. Therefore, when the group III-V nitride semiconductor is irradiated with the laser beam in the above wavelength range, the electrons in the crystal structure of the group III-V nitride are excited and the irradiation energy is absorbed.

しかし、励起した電子が基底状態に戻るときに、フォトルミネッセンス(以下PL)などの蛍光や燐光で失活する以外の大部分の吸収エネルギーが熱に変換されるので、結晶構造が急激な温度上昇を引き起こす。従って、バンドギャップより大きなエネルギー密度をもつ波長のレーザー光による表面層の発熱量は、吸光係数εおよびレーザーエネルギー密度Jに比例する。   However, when the excited electrons return to the ground state, most of the absorbed energy other than that deactivated by fluorescence or phosphorescence such as photoluminescence (hereinafter referred to as PL) is converted into heat, so the crystal structure rapidly increases in temperature. cause. Accordingly, the amount of heat generated on the surface layer by the laser light having a wavelength having an energy density larger than the band gap is proportional to the extinction coefficient ε and the laser energy density J.

結晶構造を溶解するエッチングは、レーザー光により発熱したIII−V族窒化物半導体の温度が融点を超えることにより開始される。図3に示す窒化ガリウムの相転移図は、1気圧のもとで温度が融点を超えると、結晶構造がガリウム金属と窒素とに不可逆な分解反応を起こすことを示している。熱分解の深さは、発熱量とIII−V族窒化物の熱物性とに依存し、主に熱容量が影響する。エッチング対象物の初期温度から融点までの昇温に要するモル比熱および融解潜熱(エンタルピ)から、融解可能な(熱分解可能な)体積を、III−V族窒化物半導体の密度およびレーザービームスポット径を考慮して計算できる。   Etching to dissolve the crystal structure is started when the temperature of the group III-V nitride semiconductor heated by the laser beam exceeds the melting point. The phase transition diagram of gallium nitride shown in FIG. 3 shows that the crystal structure causes an irreversible decomposition reaction between gallium metal and nitrogen when the temperature exceeds the melting point at 1 atmosphere. The depth of pyrolysis depends on the calorific value and the thermophysical properties of the III-V nitride, and is mainly influenced by the heat capacity. From the molar specific heat and the latent heat of fusion (enthalpy) required for raising the temperature of the object to be etched from the initial temperature to the melting point, the meltable (thermally decomposable) volume, the density of the III-V nitride semiconductor and the laser beam spot diameter Can be calculated in consideration of

結晶構造が熱分解された領域では、ガリウム金属のみが残渣として残り、これを酸処理により除去することでエッチングが完了する。これに対して、温度上昇しても、融点を超えるだけの熱量が供給されなければ、窒化ガリウムの結晶構造は安定である。このことは、気相成長(エピタキシャル)時の成膜温度が融点近くであることからも容易に想像できる。気相成長させたIII−V族窒化物半導体は、融点まで結晶構造が安定であることは、DSC(示差熱走査熱量計)の測定結果からも裏付けられている。   In the region where the crystal structure is thermally decomposed, only gallium metal remains as a residue, and the etching is completed by removing this by acid treatment. On the other hand, even if the temperature rises, the crystal structure of gallium nitride is stable unless the amount of heat exceeding the melting point is supplied. This can be easily imagined from the fact that the deposition temperature during vapor phase growth (epitaxial) is close to the melting point. The vapor-grown III-V nitride semiconductor has a stable crystal structure up to the melting point, which is supported by DSC (Differential Thermal Scanning Calorimetry) measurement results.

本実施形態の製造方法における第1の工程(S14:図2)では、図4に示すように、表面でも融点を超えないエネルギー密度のレーザー光を用いて、エッチング対象物Aの加工領域の全域で走査位置Sごとの透過率測定を行う。透過率測定専用のレーザー光の発生装置を別途設けてもよい。しかし、エッチング用レーザー光の強度をアッテネータ4で調節して、エッチング用レーザー光を膜厚モニタ光としても使うことにすれば、薄膜加工装置100をコンパクトに構成できる。その上、モニタ光とエッチング用レーザー光との光軸を一致させる調整が不要となる。   In the first step (S14: FIG. 2) in the manufacturing method of the present embodiment, as shown in FIG. 4, the entire processing region of the etching object A is obtained using laser light having an energy density not exceeding the melting point even on the surface. The transmittance is measured for each scanning position S. A laser beam generator dedicated to transmittance measurement may be provided separately. However, if the intensity of the etching laser light is adjusted by the attenuator 4 and the etching laser light is also used as the film thickness monitoring light, the thin film processing apparatus 100 can be made compact. In addition, adjustment to match the optical axes of the monitor light and the etching laser light becomes unnecessary.

本実施形態の製造方法では、エッチング対象物Aの加工前の膜厚は、エッチング対象物Aの透過率から求める。エッチング対象物Aの透過率は、モニタしたレーザー光の強度を、エッチング対象物Aがないときのレーザー光の強度で除して求める。   In the manufacturing method of this embodiment, the film thickness of the etching object A before processing is obtained from the transmittance of the etching object A. The transmittance of the etching object A is obtained by dividing the intensity of the monitored laser light by the intensity of the laser light when there is no etching object A.

膜厚分布を測定する第1の工程でモニタした膜厚から、加工後の膜厚にするための発熱量を計算し、それに基づき、アッテネータ4で強度調節した第2の条件のレーザー光強度で露光することを第2の工程(S18:図2)としている。加工照射を行う第2の工程では、図5、図6に示すように、必要な加工深さの領域で温度が融点を越えるような高いエネルギー密度のレーザービームを用いる。そして、エッチング対象物Aの加工領域の全域で、走査位置Sごとの加工照射を行う。図5に示すように、膜厚方向におけるレーザービームの強度分布は、吸収によって表面から指数関数的に減衰するため、表面温度が最も高くなり、膜厚方向に温度分布が生じ、融点に達した深さまでの部分がエッチングされる。   From the film thickness monitored in the first step of measuring the film thickness distribution, the calorific value for making the film thickness after processing is calculated, and based on this, the laser light intensity of the second condition adjusted by the attenuator 4 is used. Exposure is a second step (S18: FIG. 2). In the second step of performing the processing irradiation, as shown in FIGS. 5 and 6, a laser beam having a high energy density such that the temperature exceeds the melting point in a region having a required processing depth is used. Then, processing irradiation for each scanning position S is performed over the entire processing region of the etching target A. As shown in FIG. 5, since the intensity distribution of the laser beam in the film thickness direction is exponentially attenuated from the surface by absorption, the surface temperature becomes the highest, the temperature distribution is generated in the film thickness direction, and reaches the melting point. The part up to the depth is etched.

加工照射の第2の工程を終えたエッチング対象物Aは、薄膜加工装置100から取り出され、第3の工程で酸によって処理され、結晶構造を形成していたガリウムの残渣や、窒素が抜けて結晶構造に損傷を受けた部分が選択的に除去される。これにより、図7に示すように、第3の工程を経たエッチング対象物の表面には、加工前の凹凸には依存しない、薄膜加工装置100の加工精度に依存した表面粗さの平坦な結晶面が露呈する。   The etching object A that has completed the second step of the processing irradiation is taken out from the thin film processing apparatus 100 and treated with an acid in the third step, so that the gallium residue and nitrogen forming the crystal structure are removed. The portion damaged in the crystal structure is selectively removed. As a result, as shown in FIG. 7, the surface of the object to be etched that has undergone the third step has a flat crystal with a surface roughness that does not depend on the unevenness before processing and that depends on the processing accuracy of the thin film processing apparatus 100. The surface is exposed.

<加工方法の詳細>
膜厚分布を測定する第1の工程(S14:図2)では、まず、使用するレーザ波長におけるエッチング対象物Aの表面反射率と透過率、およびエッチング対象物Aを載置する試料台のレーザ波長における透過率をバックグランドとして測定しておく。エッチング精度に応じて、必要ならばXYステージ6を走査してバックグランドもマッピングデータとして計測しておく。
<Details of processing method>
In the first step of measuring the film thickness distribution (S14: FIG. 2), first, the surface reflectance and transmittance of the etching target A at the laser wavelength to be used, and the laser of the sample stage on which the etching target A is placed. The transmittance at the wavelength is measured as the background. Depending on the etching accuracy, the XY stage 6 is scanned if necessary, and the background is also measured as mapping data.

計測後、エッチング対象物AをXYステージ6の試料台にセットして、融点を超えない第1の条件でエッチング対象物Aの透過率を、熱分解を伴わない非破壊状態で測定する。エッチング対象物Aの吸光係数は、数ミクロンオーダーの初期膜厚時に計測した透過率から精度よく求めることができる。   After the measurement, the etching object A is set on the sample stage of the XY stage 6, and the transmittance of the etching object A is measured in a non-destructive state without thermal decomposition under the first condition not exceeding the melting point. The extinction coefficient of the etching object A can be accurately obtained from the transmittance measured at the initial film thickness on the order of several microns.

続いて、バックグランドを考慮して実測したエッチング対象物Aのレーザ透過率から膜厚を求める。膜厚は、透過率の対数を吸光係数で除した関数で表される。初回サイクルでは吸光係数の計算のために設定した初期膜厚と一致するが、2回目のサイクル以降では、エッチング対象物Aのエッチング残膜厚を透過率から求めてモニタする。   Subsequently, the film thickness is obtained from the laser transmittance of the etching target A actually measured in consideration of the background. The film thickness is expressed as a function obtained by dividing the logarithm of transmittance by the extinction coefficient. In the first cycle, it matches the initial film thickness set for calculating the extinction coefficient, but after the second cycle, the etching residual film thickness of the etching object A is obtained from the transmittance and monitored.

次に、残膜厚を所定の値にするためのレーザ出力をエッチング対象物Aの熱容量および膜厚方向の温度プロファイル(図5、図6等)から計算する。加工照射における第2の条件は、例えば、窒化ガリウムの266nmにおける吸光係数ε=100000C=0.87[J/g・K]、d=6.1 [g/cm3]である。また、サファイアの透明基板8の透過率T%=80%、レーザーエネルギー密度が50mJ/cmである。このような条件でシミュレーションした結果、図6に示すようなDepthプロファイルが描ける。さらに、隣接領域の膜厚を考慮した誤差拡散係数補正および熱伝導率を考慮した補正を加え、XYステージ6のXY走査による時間と場所の積分を行う。シミュレーションをまとめると、以下のようになる。 Next, a laser output for setting the remaining film thickness to a predetermined value is calculated from the heat capacity of the etching object A and the temperature profile in the film thickness direction (FIGS. 5, 6, etc.). The second condition in the processing irradiation is, for example, an absorption coefficient ε of gallium nitride at 266 nm ε = 100000 C = 0.87 [J / g · K], d = 6.1 [g / cm 3]. Further, the transmittance T% of the sapphire transparent substrate 8 is 80%, and the laser energy density is 50 mJ / cm 2 . As a result of simulation under such conditions, a depth profile as shown in FIG. 6 can be drawn. Further, error diffusion coefficient correction in consideration of the film thickness of the adjacent region and correction in consideration of thermal conductivity are added, and time and place are integrated by XY scanning of the XY stage 6. The simulation is summarized as follows.

面積1cm、厚さ1nmのセグメントを考えると、深さdnmの位置の光強度密度Iは、
I= I0 ・10 (−ε・d)
I :深さdnmの位置の光強度密度[J/cm]、 I0 :露光エネルギー密度[J/cm]、
ε:吸光係数 [cm−1]、d:厚さ[cm]である。
Considering a segment with an area of 1 cm 2 and a thickness of 1 nm, the light intensity density I at a position of depth dnm is
I = I0 · 10 (−ε · d)
I: light intensity density at a position of depth dnm [J / cm 2 ], I0: exposure energy density [J / cm 2 ],
ε: extinction coefficient [cm−1], d: thickness [cm].

また、深さdnmの位置(厚さ1nm)の温度Tdは、
Td=ΔI/C・ρ
Td:深さdnmの位置(厚さ1nm)の温度[K]、ΔI:厚さ1nmごとの強度減衰 [J/cm]、
C:比熱 [J/g・K] 、ρ:密度 [g/cm]である。
Further, the temperature Td at the position of depth dnm (thickness 1 nm) is
Td = ΔI / C · ρ
Td: temperature at the position of depth dnm (thickness 1 nm) [K], ΔI: intensity attenuation for each thickness of 1 nm [J / cm 2 ],
C: specific heat [J / g · K], ρ: density [g / cm 3 ].

また、熱流速qは、
q=λ・ΔT/t
q:熱流速 [W/cm]、λ:熱伝導率 [W/m・K]、ΔT:各セグメントの温度差 [K] 、t:厚さ[m]である。
The heat flow rate q is
q = λ · ΔT / t
q: thermal flow velocity [W / cm 2 ], λ: thermal conductivity [W / m · K], ΔT: temperature difference of each segment [K], t: thickness [m].

そして、本実施形態では、吸光係数ε=100000C=0.87[J/g・K]、d=6.1 [g/cm]、サファイアの透明基板8の透過率T%=80%である。 In this embodiment, the extinction coefficient ε = 100000 C = 0.87 [J / g · K], d = 6.1 [g / cm 3 ], and the transmittance T% = 80% of the transparent substrate 8 made of sapphire. is there.

このようにして演算したシミュレーション結果によると、図6に示すように、レーザーエネルギー密度が50mJ/cmの場合、窒化ガリウムの融点1200度C以上となるのは表面から15nmの範囲である。また、図5に示すように、レーザーエネルギー密度が100mJ/cmの場合、窒化ガリウムの融点1200度C以上となるのは45nmの範囲である。そして、図4に示すように、レーザーエネルギー密度が35mJ/cm以下ならば、表面でも1200度C未満で融点に達しない。なお、本実施形態ではパルス繰り返し周期が十分短いので近似的に補正を加えていない。 According to the simulation result calculated in this way, as shown in FIG. 6, when the laser energy density is 50 mJ / cm 2 , the melting point of gallium nitride is 1200 ° C. or more in the range of 15 nm from the surface. As shown in FIG. 5, when the laser energy density is 100 mJ / cm 2 , the melting point of gallium nitride is 1200 ° C. or higher in the range of 45 nm. As shown in FIG. 4, if the laser energy density is 35 mJ / cm 2 or less, the melting point is not reached even at the surface below 1200 ° C. In the present embodiment, since the pulse repetition period is sufficiently short, no correction is made approximately.

そして、露光エネルギー密度I0は、
I0 :露光エネルギー密度[J/cm] ≦レーザ最大エネルギー密度[J/cm]×パルス数[1/sec] ×v[sec]
v:1cmの領域を走査するに要する時間[sec]である。
The exposure energy density I0 is
I0: exposure energy density [J / cm 2 ] ≦ maximum laser energy density [J / cm 2 ] × number of pulses [1 / sec] × v [sec]
v: Time [sec] required to scan an area of 1 cm 2 .

従って、走査位置Sごとの露光エネルギー密度I0[J/cm]は、このように計算して作成したルックアップテーブルを参照して、表面からdの厚さ位置が窒化ガリウムの融点1200度Cとなるように求める。d=0のときには、レーザ出力をスレッショールド以下あるいはゼロとする。 Accordingly, the exposure energy density I0 [J / cm 2 ] for each scanning position S is determined by referring to the lookup table created in this way, and the thickness position d from the surface is the melting point 1200 ° C. of gallium nitride. Ask to be. When d = 0, the laser output is set below the threshold or zero.

このようにしてエッチング対象物Aの走査位置Sごとの露光エネルギー密度I0[J/cm]と、そのためのアッテネータ4の制御量とをシミュレーション演算する。その後に、本実施形態の第2の工程として、上記シミュレーション結果を元に、アッテネータ4でエネルギー密度を変調しながらエッチング対象物Aを実際にレーザ露光する。 In this way, the exposure energy density I0 [J / cm 2 ] for each scanning position S of the etching target A and the control amount of the attenuator 4 for the simulation calculation are calculated. Thereafter, as a second step of the present embodiment, the etching object A is actually laser-exposed while the energy density is modulated by the attenuator 4 based on the simulation result.

そして、パルス露光する場合には、パルスレーザー1パルスの露光で所定の残膜厚以下になると予測される場合には、低エネルギーを数パルスにわけてエッチングする条件にする。パルス露光する場合には、そのタイムラグをIII−V族窒化物半導体内における光−熱変換時間および化学反応時間以内に収めることが望ましい。また、CWレーザーでは数サイクルに分割して露光することができる。   In the case of pulse exposure, if it is predicted that the exposure will be less than a predetermined remaining film thickness by exposure with one pulse of the pulse laser, the low energy is divided into several pulses for etching. In the case of pulse exposure, it is desirable to keep the time lag within the light-heat conversion time and chemical reaction time in the III-V nitride semiconductor. In addition, the CW laser can be exposed by being divided into several cycles.

第2の工程が終了すると、薄膜加工装置100からエッチング対象物Aを取り出して、本実施形態の第3工程として、塩酸や硫酸などによる酸処理および純水やアルコールなどによるリンス処理を行う。   When the second step is completed, the etching object A is taken out from the thin film processing apparatus 100, and as a third step of the present embodiment, acid treatment with hydrochloric acid, sulfuric acid, etc. and rinse treatment with pure water, alcohol, etc. are performed.

上記した本実施形態のIII−V族窒化物半導体のエッチング方法であるレーザ透過率測定とレーザ加工照射と塩酸処理とを1回ずつ行う処理を1サイクル(Cycle)としている。そして、薄膜層9の加工領域の全域(すべての走査点S)が所定残膜厚となるまで、上記処理を複数サイクル繰り返し行う。   The above-described method for etching a group III-V nitride semiconductor according to the present embodiment is a cycle in which laser transmittance measurement, laser processing irradiation, and hydrochloric acid treatment are performed once each. Then, the above process is repeated for a plurality of cycles until the entire processing area of the thin film layer 9 (all scanning points S) reaches a predetermined remaining film thickness.

このように、本実施形態のIII−V族窒化物半導体のエッチング方法によれば、III−V族窒化物半導体を高速でエッチングすることができるとともに、加工面を高度に平坦化することができる。   Thus, according to the method for etching a group III-V nitride semiconductor of the present embodiment, the group III-V nitride semiconductor can be etched at a high speed, and the processing surface can be highly planarized. .

そして、エッチング対象物AであるIII−V族窒化物半導体にレーザー光を強力なエネルギーで照射しても、加工対象物であるIII−V族窒化物半導体に深刻な損傷を与えることはない。   Even if the group III-V nitride semiconductor, which is the etching target A, is irradiated with laser light with strong energy, the group III-V nitride semiconductor, which is the processing target, is not seriously damaged.

さらに、エッチング対象物AであるIII−V族窒化物半導体における残膜厚の調整は、レーザによる膜厚モニタおよびレーザーエネルギー密度および照射パルス数を変化させて行うことができる。   Furthermore, the adjustment of the remaining film thickness in the group III-V nitride semiconductor that is the etching object A can be performed by changing the film thickness monitor by laser, the laser energy density, and the number of irradiation pulses.

使用するレーザー光としては、加工対象の材料の有する吸収端の波長より短い複数の波長のレーザー光を用いている。そして、ホモジナイザ2を用いてレーザー光の空間強度分布を均一化させ、光学系3を用いて数十乃ミクロンメートル乃至数ミクロンメートル程度まで集光している。   As the laser beam to be used, laser beams having a plurality of wavelengths shorter than the wavelength of the absorption edge of the material to be processed are used. Then, the spatial intensity distribution of the laser beam is made uniform using the homogenizer 2 and condensed to about several tens of microns to several microns using the optical system 3.

上記したことから明らかなように、本実施形態によるIII−V族窒化物半導体のエッチング方法によれば、従来の技術のナノオーダーの残膜厚で制御された平滑膜を得るという課題を解決することができる。   As is apparent from the above, the III-V nitride semiconductor etching method according to the present embodiment solves the problem of obtaining a smooth film controlled with a nano-order residual film thickness of the prior art. be able to.

さらに、本発明によるIII−V族窒化物半導体のエッチング方法によれば、III−V族窒化物半導体を用いた光集積回路のフォトニック結晶加工を行う際に、本発明によるIII−V族窒化物半導体のエッチング方法を利用することができる。   Furthermore, according to the group III-V nitride semiconductor etching method of the present invention, when performing photonic crystal processing of an optical integrated circuit using a group III-V nitride semiconductor, the group III-V nitridation of the present invention is performed. An etching method of a physical semiconductor can be used.

なお、レーザービームスポットによる被加工面の走査は、エッチング対象物AのほうをXYステージ6によって二次元的に移動させるのが一般的である。しかし、エッチング対象物Aを固定して、レーザービームスポットおよび透過率測定装置のパワーメータ11を走査してもよい。   In the scanning of the surface to be processed with the laser beam spot, the etching target A is generally moved two-dimensionally by the XY stage 6. However, the etching object A may be fixed and the laser beam spot and the power meter 11 of the transmittance measuring device may be scanned.

また、アッテネータ4は、レーザー光発生装置1とホモジナイザ2との間等、レーザー光路上の別の位置に配置してもよく、アッテネータ4以外の強度変調装置、例えば、分配率を変更可能なビームスプリッタやNDフィルタ等で置き換えてもよい。また、光学系3をミラー5とエッチング対象物Aとの間に配置した縮小投影光学系に置き換えて、半導体ステッパ方式に加工照射を行わせてもよい。   Further, the attenuator 4 may be arranged at another position on the laser optical path, such as between the laser light generator 1 and the homogenizer 2, and an intensity modulation device other than the attenuator 4, for example, a beam whose distribution rate can be changed. It may be replaced with a splitter, an ND filter, or the like. Further, the processing irradiation may be performed in a semiconductor stepper system by replacing the optical system 3 with a reduction projection optical system disposed between the mirror 5 and the etching object A.

また、レーザービームスポットの形状は正方形には限定されず、細長いスリット形状としてもよい。また、ステップ送りごとの1パルス照射は、連続送りパルス照射、連続送り連続照射等に置き換えてもよい。走査点ごとの累積照射量は、上述したように、変調手段を用いてパルス強度を制御する以外にも、同一出力パルスの累積照射回数、パルス露光時間、これらの組み合わせによっても設定可能である。   Further, the shape of the laser beam spot is not limited to a square, and may be an elongated slit shape. Further, one-pulse irradiation for each step feed may be replaced with continuous feed pulse irradiation, continuous feed continuous irradiation, or the like. As described above, the cumulative irradiation amount for each scanning point can be set not only by controlling the pulse intensity using the modulation means, but also by the cumulative number of irradiations of the same output pulse, the pulse exposure time, and a combination thereof.

<エッチング加工例>
研磨加工した430μmのサファイアの透明基板8に2μmの窒化ガリウムの薄膜層9をエピタキシャル成長させたエッチング対象物Aを入手した。エッチング対象物Aの表面平滑性を測定したところ、100μmのエリアで平坦部は80nm程度のラフネスであるが、部分的に100nm〜400nmの突起が数点存在していた。分光器を用いた透過率測定により266nmにおける吸光係数は8×10であった。研磨加工した430ミクロンメートルのサファイア基板の透過率は85%であり、この吸光係数は、これを補正した窒化ガリウム単独の換算した値である。
<Example of etching process>
An etching object A was obtained in which a 2 μm gallium nitride thin film layer 9 was epitaxially grown on a polished 430 μm sapphire transparent substrate 8. When the surface smoothness of the etching target A was measured, the flat portion had a roughness of about 80 nm in an area of 100 μm 2 , but there were some protrusions of 100 nm to 400 nm partially. According to the transmittance measurement using a spectroscope, the extinction coefficient at 266 nm was 8 × 10 4 . The transmittance of the polished 430-micrometer sapphire substrate is 85%, and this extinction coefficient is a value converted from gallium nitride alone corrected for this.

以上求めたエッチング対象物Aの基礎物性を参照して用いる。図1に示す薄膜加工装置100の定数としては、XYステージ6におけるエッチング対象物Aの試料台の石英による透過率ロスが平均で8%あり、XY走査によって各ポイントでの透過率マップを得た。   It is used with reference to the basic physical properties of the etching object A obtained above. As constants of the thin film processing apparatus 100 shown in FIG. 1, the transmittance loss due to quartz on the sample stage of the etching target A in the XY stage 6 is 8% on average, and a transmittance map at each point was obtained by XY scanning. .

続いて、図1に示す光学系3を経由して10μm□にビーム成型した266nmのYAG4倍波のエネルギー密度をパワーメータ11で測定した。そして、載置台での透過率ロスを考慮して窒化ガリウムへの最大照射エネルギー密度を50mJ/cmとなるようにアッテネータ4を設定した。 Subsequently, the energy density of the 266 nm YAG fourth harmonic wave beam-formed to 10 μm □ via the optical system 3 shown in FIG. Then, the attenuator 4 was set so that the maximum irradiation energy density to gallium nitride was 50 mJ / cm 2 in consideration of the transmittance loss at the mounting table.

これらのデータをもとに、複数の照射エネルギー密度に関して、単一パルスでの窒化ガリウム膜厚方向の温度プロファイルを見積もり、ルックアップテーブルを作成した。   Based on these data, the temperature profile in the gallium nitride film thickness direction at a single pulse was estimated for a plurality of irradiation energy densities, and a lookup table was created.

XYステージ6の試料台に1cm□にダイシングしたエッチング対象物Aを置き、第1の工程として透過率を測定した。サファイア基板および載置台の透過率ロスを補正した値と吸光係数から窒化ガリウム薄膜層9の厚さを2ミクロンと推定した。初期の膜厚を前提に透過率から吸光係数を求めているため、その吸光係数と透過率を使えば初期膜厚となることは当然である。 The etching object A diced to 1 cm 2 □ was placed on the sample stage of the XY stage 6, and the transmittance was measured as the first step. The thickness of the gallium nitride thin film layer 9 was estimated to be 2 microns from the value obtained by correcting the transmittance loss of the sapphire substrate and the mounting table and the extinction coefficient. Since the extinction coefficient is obtained from the transmittance on the premise of the initial film thickness, it is natural that the initial film thickness is obtained by using the extinction coefficient and the transmittance.

膜厚が厚いときには透過率が低いので、透過光による膜厚測定精度が低いが、ルックアップテーブルを参照したところ、最大照射エネルギー密度となるため影響は少ない。   Since the transmittance is low when the film thickness is thick, the film thickness measurement accuracy by transmitted light is low. However, referring to the lookup table, the influence is small because the maximum irradiation energy density is obtained.

次に、第2の工程として最大照射エネルギー密度50mJ/cmでエッチング対象物Aを照射した。X方向に10μmステップ走査し、同様の第1のステップ(透過率測定・膜厚計算・照射エネルギー密度計算)を実施した。原点の走査位置S以外では、隣接する走査位置Sにおける膜厚を誤差拡散で補正して目標とする残膜厚を計算し、照射エネルギー密度に反映させた。 Next, as a second step, the etching object A was irradiated at a maximum irradiation energy density of 50 mJ / cm 2 . The same first step (transmittance measurement / film thickness calculation / irradiation energy density calculation) was performed by scanning 10 μm steps in the X direction. Except for the scanning position S at the origin, the target remaining film thickness was calculated by correcting the film thickness at the adjacent scanning position S by error diffusion, and reflected in the irradiation energy density.

このようにして第2の工程(照射・ステップ走査)を順次繰り返し、窒化ガリウムをライン状に走査した。次に、Y方向に10μmステップ走査して、同様にXのマイナス方向へライン状に走査することを繰り返した。露光を終了した窒化ガリウム全体を観察したところ金属光沢が見られ、第3の工程として35%塩酸に1分間浸漬後、蒸留水で流水洗浄した。   In this way, the second step (irradiation / step scanning) was sequentially repeated to scan the gallium nitride in a line. Next, 10 μm step scanning was performed in the Y direction, and scanning in the line shape in the negative X direction was repeated. When the entire exposed gallium nitride was observed, metallic luster was observed, and as a third step, it was immersed in 35% hydrochloric acid for 1 minute and then washed with distilled water.

同様にして、第1工程から第3工程までの1サイクルの処理を数サイクル乃至数十サイクル繰り返す。終点を例えば400nmの残膜厚にする場合について説明する。膜厚が400nm程度までくると透過率が50%近となるため膜厚測定精度が高くなる。   Similarly, one cycle of processing from the first step to the third step is repeated for several cycles to several tens of cycles. A case where the end point is set to a remaining film thickness of, for example, 400 nm will be described. When the film thickness reaches about 400 nm, the transmittance becomes close to 50%, so that the film thickness measurement accuracy increases.

この膜厚についてルックアップテーブルを参照したところ、最大照射エネルギー密度では400nmをオーバーエッチングすることが判明したため、計算により求めた最適照射エネルギー密度で露光した。本加工例の条件においては、1サイクル平均でおよそ20nmまでのエッチングが可能であった。   When a look-up table was referred to for this film thickness, it was found that 400 nm was over-etched at the maximum irradiation energy density, so that exposure was performed at the optimum irradiation energy density obtained by calculation. Under the conditions of this processing example, etching up to approximately 20 nm on an average per cycle was possible.

本実施形態で説明した加工方法は、III−V族窒化物半導体、GaN(窒化ガリウム)、InN(窒化インジウム)あるいはAlN(窒化アルミニウム)などの単結晶やこれらの混晶(InGaN、AlGaNなど)を高速エッチング加工する際に、加工面を高度に平坦化できる。GaN、InNやAlNなどの結晶は同一構造なので混晶(InGaN、AlGaNなど)も作成可能であり、これらの混晶もまたIII−V族窒化物半導体に含まれる。   The processing method described in the present embodiment is a single crystal such as a III-V nitride semiconductor, GaN (gallium nitride), InN (indium nitride) or AlN (aluminum nitride), or a mixed crystal thereof (InGaN, AlGaN, etc.). When high-speed etching is performed, the processing surface can be highly planarized. Since crystals such as GaN, InN, and AlN have the same structure, mixed crystals (InGaN, AlGaN, etc.) can also be created, and these mixed crystals are also included in III-V group nitride semiconductors.

本実施形態で説明した加工方法は、残膜厚をナノオーダーで制御したIII−V族窒化物半導体を得られる。特に、透過率が高くなる残膜厚の薄い時ほど膜厚測定精度が向上するため、ナノオーダーの残膜厚を精度よくエッチング加工できる。そして、隣接する領域の膜厚を誤差拡散により考慮するため段差の無い平滑性に優れたエッチング加工ができる。   The processing method described in this embodiment can provide a group III-V nitride semiconductor in which the remaining film thickness is controlled on the nano order. In particular, since the film thickness measurement accuracy is improved as the remaining film thickness with a high transmittance is increased, the nano-order remaining film thickness can be etched accurately. And since the film thickness of an adjacent area | region is considered by error diffusion, the etching process excellent in smoothness without a level | step difference can be performed.

<第2実施形態の薄膜加工装置>
図8は第2実施形態の薄膜加工装置の構成の説明図、図9はレーザー光の波長と発熱量との関係の説明図、図10は波長の異なる2種類のレーザー光による加工結果の説明図である。第2実施形態の薄膜加工装置200は、図1に示す第1実施形態の薄膜加工装置100に、YAG4倍波レーザの照射光学系と並列に、YAG3倍波レーザの照射光学系を付加したものである。従って、図1と共通する構成には共通の符号を付して詳細な説明は省略する。
<Thin Film Processing Apparatus of Second Embodiment>
FIG. 8 is an explanatory diagram of the configuration of the thin film processing apparatus of the second embodiment, FIG. 9 is an explanatory diagram of the relationship between the wavelength of the laser beam and the amount of heat generation, and FIG. 10 is an explanation of the processing result by two types of laser beams having different wavelengths. FIG. The thin film processing apparatus 200 of the second embodiment is obtained by adding a YAG third harmonic laser irradiation optical system in parallel to the YAG fourth harmonic laser irradiation optical system to the thin film processing apparatus 100 of the first embodiment shown in FIG. It is. Therefore, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図8に示すように、第2実施形態の薄膜加工装置200は、YAG結晶を用いてレーザー発生装置1Aで発生させた波長約1μmのレーザー光をハーフミラー17で2つの光路に分岐させる。そして、一方の光路を進むレーザー光をミラー19によりFHG変換素子1Cに入射させる。FHG変換素子1Cは、入射されたYAGレーザー光の波長を1/4に変換して波長266nmのレーザー光を発生する。FHG変換素子1Cによって変換されたYAG4倍波レーザは、光学系3で収束し、ビームコンバイナ16で加工点Kに導いてエッチング対象物Aの表面にレーザービームスポットを形成する。   As shown in FIG. 8, the thin film processing apparatus 200 of the second embodiment branches a laser beam having a wavelength of about 1 μm generated by the laser generator 1A using a YAG crystal into two optical paths by the half mirror 17. Then, laser light traveling in one optical path is made incident on the FHG conversion element 1C by the mirror 19. The FHG conversion element 1C converts the wavelength of the incident YAG laser light into ¼ to generate laser light with a wavelength of 266 nm. The YAG fourth harmonic laser converted by the FHG conversion element 1C is converged by the optical system 3 and guided to the processing point K by the beam combiner 16 to form a laser beam spot on the surface of the etching object A.

また、ハーフミラー17で分岐させた他方の光路を進むレーザー光は、ミラー18によりTHG変換素子1Bに入射する。THG変換素子1Bは、入射されたYAGレーザー光の波長を1/3に変換して波長355nmのレーザー光を発生する。THG変換素子1Bによって変換された3倍波レーザーは、光学系13で収束し、ミラー15、ビームコンバイナ16で4倍波レーザー光と同じ加工点Kに導かれて、エッチング対象物Aの表面にレーザービームスポットを形成する。波長266nm、355nmは、上述したように、窒化ガリウムGaNの結晶構造に吸収されて電子を励起できる波長として選択されている。   Further, the laser light traveling on the other optical path branched by the half mirror 17 is incident on the THG conversion element 1B by the mirror 18. The THG conversion element 1B converts the wavelength of the incident YAG laser light into 3 and generates laser light with a wavelength of 355 nm. The third harmonic laser beam converted by the THG conversion element 1B is converged by the optical system 13, guided by the mirror 15 and the beam combiner 16 to the same processing point K as the fourth harmonic laser beam, and is applied to the surface of the etching object A. A laser beam spot is formed. As described above, the wavelengths of 266 nm and 355 nm are selected as wavelengths that can be absorbed by the crystal structure of gallium nitride GaN to excite electrons.

THG変換素子1Bの下流に配置されたホモジナイザ12は、レーザービームのビームプロファイルを成形するとともに、ビームプロファイル内の空間強度分布を均一化して出射する。光学系13は、ホモジナイザ12から出射されたレーザー光を集光させて10μm□のレーザービームを形成する。ミラー15は、光学系13によって縮径/整形されたレーザービームを屈曲してエッチング対象物Aへ向かわせる。光学系13とミラー15との間に配置されたアッテネータ14は、入射したレーザー光の強度を調節して出射させる。   The homogenizer 12 disposed downstream of the THG conversion element 1B shapes the beam profile of the laser beam and emits it with a uniform spatial intensity distribution in the beam profile. The optical system 13 condenses the laser light emitted from the homogenizer 12 to form a 10 μm square laser beam. The mirror 15 bends the laser beam whose diameter is reduced / shaped by the optical system 13 and directs the laser beam toward the etching object A. The attenuator 14 disposed between the optical system 13 and the mirror 15 adjusts the intensity of the incident laser light and emits it.

制御部10は、パワーメータ11で測定された波長266nm、355nmの2種類のレーザービームの強度からエッチング対象物Aの透過率を計算し、吸光係数等から薄膜層9の膜厚を計算する。そして、各種の補正を加えてエッチング最適レーザ出力を計算し、2つの波長のレーザー光の組み合わせを選択し、走査点Sごとのアッテネータ4、14による変調量を計算する。   The control unit 10 calculates the transmittance of the etching object A from the intensities of the two types of laser beams having wavelengths of 266 nm and 355 nm measured by the power meter 11, and calculates the film thickness of the thin film layer 9 from the extinction coefficient or the like. Then, various corrections are applied to calculate the optimum etching laser output, a combination of laser beams having two wavelengths is selected, and the modulation amounts by the attenuators 4 and 14 for each scanning point S are calculated.

この計算結果はマップデータとして制御部10に蓄えられ、膜厚測定に続いて実行される加工照射では、計算結果に基づいてアッテネータ4、14を制御して、強度変調されたレーザービームでエッチング対象物Aを露光させる。このとき、制御部10は、エッチング部位の全域にレーザービームが当たるよう、XYステージ6を制御してエッチング対象物Aを走査移動させる。   This calculation result is stored in the control unit 10 as map data, and in the processing irradiation executed after the film thickness measurement, the attenuators 4 and 14 are controlled based on the calculation result, and the object to be etched with the intensity-modulated laser beam. Object A is exposed. At this time, the control unit 10 controls the XY stage 6 to scan and move the etching target A so that the laser beam hits the entire etching site.

従って、エッチング対象物AであるIII−V族窒化物半導体における残膜厚の調整は、レーザービームによる膜厚モニタ結果に応じてレーザーエネルギー密度と照射パルス数との少なくとも一方を変化させて行われる。   Therefore, the adjustment of the remaining film thickness in the group III-V nitride semiconductor that is the etching object A is performed by changing at least one of the laser energy density and the number of irradiation pulses according to the film thickness monitoring result by the laser beam. .

使用するレーザー光としては、加工対象の材料の有する吸収端の波長より短い波長のレーザー光を用いる。そして、ホモジナイザ2、12を用いてレーザー光の空間強度分布を均一化させ、光学系3、13によって数十乃ミクロンメートル乃至数ミクロンメートル程度まで集光させる。   As a laser beam to be used, a laser beam having a wavelength shorter than the wavelength of the absorption edge of the material to be processed is used. Then, the spatial intensity distribution of the laser light is made uniform using the homogenizers 2 and 12 and condensed by the optical systems 3 and 13 to about several tens of micrometers to several micrometers.

薄膜加工装置200は、エッチング対象物Aを載置するためのXYステージ6を内部に設置してエッチング雰囲気を制御するためのチャンバー室、または、加工点Kに対する窒素ガスの噴き付け装置を配置しても良い。   The thin film processing apparatus 200 includes a chamber chamber for controlling the etching atmosphere by installing an XY stage 6 for placing the etching object A inside, or a nitrogen gas spraying apparatus for the processing point K. May be.

エッチング対象物AであるIII−V族窒化物は、YAG4倍波266nmに対しては、YAG3倍波355nmに対してよりも大きな吸光係数を示す。従って、YAG4倍波266nmでは透過光が弱過ぎて膜厚を精度良く計測できない膜厚でも、YAG3倍波355nmを用いれば膜厚をより正確に計測できる。   The group III-V nitride, which is the etching target A, exhibits a larger extinction coefficient for YAG fourth harmonic 266 nm than for YAG third harmonic 355 nm. Therefore, even if the film thickness cannot be measured accurately because the transmitted light is too weak at YAG fourth harmonic 266 nm, the film thickness can be measured more accurately by using YAG third harmonic 355 nm.

図9の(a)、(b)に示すように、III−V族窒化物のバンドギャップ以上のかかる波長のレーザー光を照射すると、III−V族窒化物が励起される。そして、励起状態から基底状態に戻るときに、バンドギャップエネルギーが熱に変換されるか蛍光・燐光などのフォトルミネッセンス(以下PL)として発光するかの2つの経路を通る。   As shown in FIGS. 9A and 9B, irradiation with a laser beam having such a wavelength that is equal to or greater than the band gap of the III-V nitride causes the III-V nitride to be excited. Then, when returning from the excited state to the ground state, the band gap energy is converted into heat or passes through two paths, which emit light as photoluminescence (hereinafter referred to as PL) such as fluorescence or phosphorescence.

このとき、図9の(a)に示すように、レーザー光の波長λがバンドギャップλPL近くの場合には、PLが強く観測されるが、バンドギャップλPLより大きなエネルギーをもつ波長λの光では、短波長ほど熱への変換効率が高くなる。この現象は短波長ほど振動準位を含めた上位の準位に励起され、バンドギャップλPLの最低準位やバンドギャップλPL内の不純物準位あるいはPL準位への遷移に伴い熱輻射するためであると説明される。 At this time, as shown in FIG. 9A, when the wavelength λ 1 of the laser light is close to the band gap λ PL , PL is observed strongly, but the wavelength λ having energy larger than the band gap λ PL. In the light of 2 , the shorter the wavelength, the higher the conversion efficiency to heat. This phenomenon is excited in level of the upper including the vibrational level shorter wavelength, to thermal radiation with the transition to the impurity level or PL level of the lowest level and the band gap lambda PL bandgap lambda PL It is explained that.

よって、バンドギャップλPLより大きなエネルギーをもつ短い波長におけるレーザー光の熱変換効率は吸光係数εに比例し、発熱量は吸光係数εとレーザーエネルギー密度Jに比例し、波長λに依存する。ここでは、波長エネルギーとレーザ強度エネルギーとを混同しないため、後者をエネルギー密度もしくはレーザ出力と記載する。 Therefore, the heat conversion efficiency of the laser light in a short wavelength having a larger energy than the band gap lambda PL is proportional to the extinction coefficient epsilon, calorific value is proportional to the extinction coefficient epsilon and laser energy density J, it depends on the wavelength lambda. Here, since the wavelength energy and the laser intensity energy are not confused, the latter is described as energy density or laser output.

従って、複数のレーザ波長における透過率と吸光係数から膜厚を計算することで、単一波長より膜厚を精度よく求めることができる。透過率は、実測したレーザー光の強度をエッチング対象物Aがないときのレーザー光強度で除して求めることができる。   Therefore, by calculating the film thickness from the transmittance and the extinction coefficient at a plurality of laser wavelengths, the film thickness can be obtained more accurately than a single wavelength. The transmittance can be obtained by dividing the actually measured laser light intensity by the laser light intensity when there is no etching object A.

第2実施形態の薄膜加工装置200では、膜厚分布を測定する第1の工程で二種類のレーザー光を用いてモニタした膜厚から、所定の膜厚にするための発熱量を計算し、それに基づきアッテネータで各々調節した第2の条件において複数のレーザ波長光で加工照射することを第2の工程としている。   In the thin film processing apparatus 200 of the second embodiment, the calorific value for obtaining a predetermined film thickness is calculated from the film thickness monitored using two types of laser light in the first step of measuring the film thickness distribution, Based on this, the second step is to process and irradiate with a plurality of laser wavelength lights under the second condition adjusted by the attenuator.

上述したように、露光時の膜厚方向におけるレーザー光の強度分布は、表面から指数関数的に減衰するため、表面温度が最も高くなり、膜厚方向に温度分布が生じ、融点に達した部分がエッチングされる。従って、複数のレーザ波長光による加工照射は、複数のレーザ波長光で同時に露光することが好ましい。また、複数のレーザ波長光を別々に交代で露光する場合でも、そのタイムラグをIII−V族窒化物半導体内における光−熱変換時間および化学反応時間以内に収めることが望ましい。   As described above, the intensity distribution of the laser beam in the film thickness direction during exposure attenuates exponentially from the surface, so the surface temperature becomes the highest, the temperature distribution occurs in the film thickness direction, and the part that has reached the melting point Is etched. Therefore, it is preferable that the processing irradiation with a plurality of laser wavelength lights is simultaneously exposed with a plurality of laser wavelength lights. Further, even when a plurality of laser wavelength lights are separately exposed alternately, it is desirable to keep the time lag within the light-heat conversion time and the chemical reaction time in the group III-V nitride semiconductor.

第2実施形態の薄膜加工装置200では、YAG4倍波とYAG3倍波は、ともにレーザー光発生装置1AによるYAG基本波を、THG変換素子1BおよびFHG変換素子1Cの非線形光学結晶により波長変換を行う。そして、YAG基本波をビームスプリッタのハーフミラー17で分岐し、THG変換素子1BおよびFHG変換素子1Cで波長変換した後にビームコンバイナ16で集光するので、パルス発光の同期が容易である。   In the thin film processing apparatus 200 according to the second embodiment, both the YAG fourth harmonic and the YAG third harmonic perform wavelength conversion on the YAG fundamental wave generated by the laser light generator 1A using the nonlinear optical crystal of the THG conversion element 1B and the FHG conversion element 1C. . Then, the YAG fundamental wave is branched by the half mirror 17 of the beam splitter, wavelength-converted by the THG conversion element 1B and the FHG conversion element 1C, and then condensed by the beam combiner 16, so that pulse emission can be easily synchronized.

ただし、別々のレーザー光発生装置を用いた場合でも、制御部から送信するトリガー信号に同期させてパルス発光を行うことにより、上記化学反応時間以内に収めることは容易である。   However, even when separate laser light generators are used, it is easy to keep within the chemical reaction time by performing pulsed emission in synchronization with the trigger signal transmitted from the control unit.

<加工方法の詳細>
まず、エッチング対象物Aの表面反射率および透過率、また、エッチング対象物Aを載置するXYステージ6の試料台の透過率をYAG3倍波355nmとYAG4倍波266nmとについてそれぞれバックグランドとして測定しておく。このとき、融点を超えない第1の条件で、エッチング対象物Aの透過率を、熱分解を伴わない非破壊状態で測定することは上述したとおりである。エッチング対象物Aの吸光係数は数ミクロンオーダーの初期膜厚時に測定した透過率から精度よく求めることができる。
<Details of processing method>
First, the surface reflectance and transmittance of the etching target A and the transmittance of the sample stage of the XY stage 6 on which the etching target A is placed are measured as backgrounds for YAG third harmonic 355 nm and YAG fourth harmonic 266 nm, respectively. Keep it. At this time, as described above, the transmittance of the etching object A is measured in a non-destructive state without thermal decomposition under the first condition not exceeding the melting point. The extinction coefficient of the etching object A can be accurately obtained from the transmittance measured at the initial film thickness on the order of several microns.

続いて、本発明の第1の工程として、バックグランドを考慮して実測したエッチング対象物Aのレーザ透過率から膜厚を求める。膜厚は、透過率の対数を吸光係数で除した関数で表される。膜厚は、初回サイクルのみ、吸光係数の計算のために設定した初期膜厚と一致するが、2回目のサイクル以降は残膜厚を透過率から求めてモニタする。   Subsequently, as the first step of the present invention, the film thickness is obtained from the laser transmittance of the etching object A measured in consideration of the background. The film thickness is expressed as a function obtained by dividing the logarithm of transmittance by the extinction coefficient. The film thickness coincides with the initial film thickness set for calculating the extinction coefficient only in the first cycle, but after the second cycle, the remaining film thickness is obtained from the transmittance and monitored.

次に、残膜厚を所定の値にするためのレーザ出力を熱容量および膜厚方向の温度プロファイルから計算する。YAG4倍波266nmについては上述したとおりである。YAG3倍波355nmについても、同様の熱変換効率補正を複数の波長について実施することで、同様な深さ方向の温度上昇のシミュレーションを行う。これにより、各波長における膜厚方向の温度プロファイルのシミュレーション結果が得られる。   Next, the laser output for setting the remaining film thickness to a predetermined value is calculated from the heat capacity and the temperature profile in the film thickness direction. The YAG fourth harmonic 266 nm is as described above. The same temperature increase simulation in the depth direction is performed for the YAG third harmonic 355 nm by performing the same thermal conversion efficiency correction for a plurality of wavelengths. Thereby, the simulation result of the temperature profile in the film thickness direction at each wavelength is obtained.

加工照射を行う第2の工程では、上記シミュレーション結果を元に最適なエッチング膜厚となる複数の波長エネルギー密度の組み合わせを選択し、アッテネータ4、14で各波長光を強度変調してレーザ露光する。このとき、パルスレーザーにおいて、1パルスの露光で所定の残膜厚以下になると予測される場合には低エネルギーを数パルスにわけてエッチングする条件にする。   In the second step of processing irradiation, a combination of a plurality of wavelength energy densities with an optimum etching film thickness is selected based on the simulation result, and each wavelength light is intensity-modulated by the attenuators 4 and 14 and laser exposure is performed. . At this time, in the pulse laser, when it is predicted that the exposure will be less than a predetermined remaining film thickness by one pulse of exposure, the low energy is divided into several pulses for etching.

なお、パルス露光する場合でも、そのタイムラグをIII−V族窒化物半導体内における光−熱変換時間および化学反応時間以内に収めることが望ましい。CWレーザーでは数サイクルに分割して露光することができる。   Even in the case of pulse exposure, it is desirable to keep the time lag within the light-heat conversion time and the chemical reaction time in the group III-V nitride semiconductor. With a CW laser, exposure can be performed in several cycles.

つづいて、第1実施形態で説明したように、レーザー光を加工照射されたエッチング対象物Aは、薄膜加工装置200から取り外される。そして、III−V族窒化物半導体を酸によって処理する第3の工程に供され、酸処理によって表面のガリウム残滓やダメージ層を除去される。第3の工程では、塩酸や硫酸などによる酸処理および純水やアルコールなどによるリンス処理を行う。   Subsequently, as described in the first embodiment, the etching object A processed and irradiated with the laser beam is removed from the thin film processing apparatus 200. Then, the III-V group nitride semiconductor is subjected to a third step of treating with an acid, and the gallium residue and damage layer on the surface are removed by the acid treatment. In the third step, acid treatment with hydrochloric acid or sulfuric acid and rinsing treatment with pure water or alcohol are performed.

本実施形態のIII−V族窒化物半導体のエッチング方法であるレーザ透過率測定とレーザ照射処理と塩酸処理とを1回ずつ行う処理を1サイクル(Cycle)として、薄膜層9の加工領域の全体が所定残膜厚となるまで上記処理を複数サイクル繰り返し行う。   The entire processing region of the thin film layer 9 is defined as a cycle in which the laser transmittance measurement, the laser irradiation treatment, and the hydrochloric acid treatment, which are the III-V group nitride semiconductor etching method of this embodiment, are performed once each (Cycle). The above process is repeated for a plurality of cycles until becomes a predetermined remaining film thickness.

このように、本発明によるIII−V族窒化物半導体のエッチング方法によれば、図10に示すように、YAG4倍波266nmだけの場合よりも深い位置までレーザー光を到達させて正確に膜厚測定を行うことができる。何故なら、2種類の波長λとλ、すなわちYAG4倍波266nmとYAG3倍波355nmとを併用したからである。 Thus, according to the III-V nitride semiconductor etching method of the present invention, as shown in FIG. 10, the laser beam reaches a position deeper than the case of only YAG fourth harmonic 266 nm, and the film thickness is accurately measured. Measurements can be made. This is because two types of wavelengths λ 1 and λ 2 , that is, YAG fourth harmonic 266 nm and YAG third harmonic 355 nm are used in combination.

また、加工照射では、深い位置まで高温領域を広げて、III−V族窒化物半導体を所定の加工目標の膜厚まで高速でエッチングすることができるとともに、加工面を高度に平坦化することができる。   Further, in the processing irradiation, the high temperature region can be extended to a deep position, and the III-V nitride semiconductor can be etched at a high speed to a predetermined processing target film thickness, and the processing surface can be highly planarized. it can.

また、YAG4倍波266nmだけの場合と同様に、エッチング対象物AであるIII−V族窒化物半導体にレーザー光を強力なエネルギーで照射しても、エッチング対象物AであるであるIII−V族窒化物半導体に深刻な損傷を与えることはない。   Similarly to the case of only YAG fourth harmonic 266 nm, even if the III-V nitride semiconductor that is the etching target A is irradiated with laser light with strong energy, the etching target A is III-V. There is no serious damage to the group nitride semiconductor.

<エッチング加工例>
研磨加工した430ミクロンメートルのサファイア基板に2ミクロンメートルの窒化ガリウムをエピタキシャル成長させた試料を入手した。試料の表面平滑性を測定したところ、100μmのエリアで平坦部は80nm程度のラフネスであるが、部分的に100nm〜400nmの突起が数点存在していた。分光器を用いた透過率測定により、266nmにおける吸光係数は8×10、355nmにおける吸光係数は7.5×10であった。研磨加工した430ミクロンメートルのサファイア基板の透過率は266nmで85%、355nmで87%であり、これを補正した窒化ガリウム単独の吸光係数に換算した値である。
<Example of etching process>
A sample was obtained by epitaxially growing 2 μm gallium nitride on a polished 430 μm sapphire substrate. When the surface smoothness of the sample was measured, the flat portion had a roughness of about 80 nm in an area of 100 μm 2 , but there were some protrusions of 100 nm to 400 nm partially. According to the transmittance measurement using a spectroscope, the extinction coefficient at 266 nm was 8 × 10 4 , and the extinction coefficient at 355 nm was 7.5 × 10 4 . The transmittance of the polished 430-micrometer sapphire substrate is 85% at 266 nm and 87% at 355 nm, which is a value converted to an extinction coefficient of gallium nitride alone corrected for this.

また、吸光係数は励起される割合を示すものであり、励起状態からの発熱効率は、サンプリングした同一試料の小片を、各波長での規定エネルギー密度におけるエッチング深さを予め実測して求めた。以上求めたエッチング対象物の基礎物性を参照して用いる。   The extinction coefficient indicates the rate of excitation, and the heat generation efficiency from the excited state was obtained by measuring in advance the etching depth at a specified energy density at each wavelength for a sampled piece of the same sample. It is used with reference to the basic physical properties of the etching target obtained above.

図8に示す薄膜加工装置200の装置定数として、エッチング対象物Aを載置する試料台の石英による両波長における透過率ロスが平均で8%あり、XY走査によって各ポイントでの透過率マップを得た。   As an apparatus constant of the thin film processing apparatus 200 shown in FIG. 8, the transmittance loss at both wavelengths due to quartz of the sample stage on which the etching object A is placed is 8% on average, and a transmittance map at each point is obtained by XY scanning. Obtained.

続いて、図8の光学系3を経由して10μm□にビーム成型した266nmのYAG4倍波のエネルギー密度をパワーメータ11で測定し、試料台での透過率ロスを考慮して窒化ガリウムへの最大照射エネルギー密度を50mJ/cmとなるように設定した。 Subsequently, the energy density of a 266 nm YAG fourth harmonic wave beam-formed to 10 μm square via the optical system 3 in FIG. 8 is measured by the power meter 11, and the loss of transmittance at the sample stage is taken into consideration to gallium nitride. The maximum irradiation energy density was set to 50 mJ / cm 2 .

同様に、図8の光学系13を経由して10μm□にビーム成型した355nmのYAG3倍波のエネルギー密度をパワーメータ11で測定した。そして、試料台での透過率ロスを考慮して、窒化ガリウムへの最大照射エネルギー密度を同じく50mJ/cmとなるように設定した。 Similarly, the energy density of the 355 nm YAG triple wave beam-formed to 10 μm square via the optical system 13 of FIG. Then, in consideration of the transmittance loss at the sample stage, the maximum irradiation energy density to gallium nitride was similarly set to 50 mJ / cm 2 .

上記窒化ガリウムの小片2個をサンプリングして、波長266nm最大照射エネルギー密度50mJ/cm、および波長355nm最大照射エネルギー密度50mJ/cmで露光しエッチングしたものを塩酸処理してエッチング深さを測定した。各々20nmおよび15nmであり、その差は発熱効率の差によるものと思われる。 Two small pieces of gallium nitride are sampled, exposed to an etching at a wavelength of 266 nm maximum irradiation energy density of 50 mJ / cm 2 and a wavelength of 355 nm maximum irradiation energy density of 50 mJ / cm 2 , and treated with hydrochloric acid to measure the etching depth. did. 20 nm and 15 nm, respectively, and the difference is probably due to the difference in heat generation efficiency.

これらのデータをもとに、複数の照射エネルギー密度に関して、単一パルスでの窒化ガリウム膜厚方向の温度プロファイルを見積もり、ルックアップテーブルを作成した。   Based on these data, the temperature profile in the gallium nitride film thickness direction at a single pulse was estimated for a plurality of irradiation energy densities, and a lookup table was created.

第2実施形態の薄膜加工装置200のXYステージ6の試料台に1cm□にダイシングしたエッチング対象物Aを載置した。そして、第1の工程として、透過率を測定してサファイア基板および試料台の透過率ロスを補正した値と吸光係数とから膜厚を2ミクロンと推定した。初期の膜厚を前提に透過率から吸光係数を求めているため、その吸光係数と透過率を使えば初期膜厚となることは当然である。 The etching object A diced to 1 cm 2 □ was placed on the sample stage of the XY stage 6 of the thin film processing apparatus 200 of the second embodiment. And as a 1st process, the film thickness was estimated to be 2 microns from the value which measured the transmittance | permeability, and corrected the transmittance | permeability loss of the sapphire substrate and the sample stand, and the light absorption coefficient. Since the extinction coefficient is obtained from the transmittance on the premise of the initial film thickness, it is natural that the initial film thickness is obtained by using the extinction coefficient and the transmittance.

膜厚が厚いときには透過率が低いので、膜厚測定精度が悪いが、ルックアップテーブルを参照したところ、最大照射エネルギー密度となるため影響は少ない。エッチング深さが20nmと深い266nmレーザを100%使うことにした。   Since the transmittance is low when the film thickness is thick, the film thickness measurement accuracy is poor. However, when the lookup table is referenced, the influence is small because the maximum irradiation energy density is obtained. It was decided to use 100% of a 266 nm laser having an etching depth of 20 nm.

次に、第2の工程として波長266nmレーザービームを最大照射エネルギー密度50mJ/cmでサンプルを加工照射した。X方向に10μmステップ走査し、同様の第1の工程(透過率測定・膜厚計算・照射エネルギー密度計算)を実施した。原点以外では、隣接走査位置における膜厚を誤差拡散で補正して目標とする残膜厚を計算し、照射エネルギー密度に反映させた。 Next, as a second step, the sample was processed and irradiated with a laser beam having a wavelength of 266 nm at a maximum irradiation energy density of 50 mJ / cm 2 . The same first process (transmittance measurement, film thickness calculation, irradiation energy density calculation) was performed by scanning 10 μm steps in the X direction. Other than the origin, the target remaining film thickness was calculated by correcting the film thickness at the adjacent scanning position by error diffusion, and reflected in the irradiation energy density.

そして、第2の工程(加工照射・ステップ走査)を順次繰り返し、エッチング対象物Aの窒化ガリウム薄膜層の表面をライン状に走査した。次に、Y方向に10μmステップ走査して、同様にXのマイナス方向へライン状に走査することを繰り返した。走査露光が終了したエッチング対象物Aを観察したところ、金属光沢が見られ、第3の工程として35%塩酸に1分間浸漬後、蒸留水で流水洗浄した。同様にして第1の工程から第3の工程までの処理を数乃至数十サイクル繰り返す。   Then, the second step (processing irradiation / step scanning) was sequentially repeated to scan the surface of the gallium nitride thin film layer of the etching target A in a line shape. Next, 10 μm step scanning was performed in the Y direction, and scanning in the line shape in the negative X direction was repeated. When the etching target A after the scanning exposure was observed, a metallic luster was observed, and as a third step, it was immersed in 35% hydrochloric acid for 1 minute and then washed with distilled water. Similarly, the processes from the first process to the third process are repeated several to several tens of cycles.

終点を例えば400nmの残膜厚にする場合について説明する。膜厚が400nm程度までくると透過率が50%近となるため膜厚測定精度が高くなる。この膜厚についてルックアップテーブルを参照したところ、最大照射エネルギー密度では400nmをオーバーエッチングすることが判明したため、計算により266nm20mJ/cmと355nm30mJ/cmの最適照射エネルギー密度で露光した。 A case where the end point is set to a remaining film thickness of, for example, 400 nm will be described. When the film thickness reaches about 400 nm, the transmittance becomes close to 50%, so that the film thickness measurement accuracy increases. When a look-up table was referred to for this film thickness, it was found that 400 nm was over-etched at the maximum irradiation energy density, and therefore, exposure was performed at optimum irradiation energy densities of 266 nm, 20 mJ / cm 2 and 355 nm, 30 mJ / cm 2 .

合計で50mJ/cmであるが、発熱効率および温度プロファイルが異なるため、266nm50mJ/cm単独時とはエッチング深さが異なる。長波長ほど減衰が小さい(吸光係数も小さい)ので、温度プロファイルが異なるためであると考えられる。そして、終点近くでは355nmレーザのみで露光することで、浅いエッチングによる高精度の膜厚制御が可能となる。 Although the total is 50 mJ / cm 2, since the heating efficiency and temperature profiles are different, the etching depth is different from 266nm50mJ / cm 2 alone at. This is probably because the longer the wavelength, the smaller the attenuation (and the smaller the extinction coefficient), and the different temperature profiles. Further, by performing exposure with only a 355 nm laser near the end point, it is possible to control the film thickness with high accuracy by shallow etching.

なお、本実施例の条件においては、1サイクル平均でおよそ30nmまでのエッチングが可能であった。   Note that, in the conditions of this example, etching up to about 30 nm on an average of one cycle was possible.

また、波長355nmのYAG3倍波のエネルギー密度は、アッテネータ14で強度変調をかけなければ最大で200mJ/cmの出力があり、1サイクルで約100nmのエッチングが可能であるため、さらなる大幅な時間短縮を図ることができる。初期膜厚のときに波長355nmエネルギー密度200mJ/cmでエッチングを進め、残膜厚が設定値に近づいたところで266nm50mJ/cmと355nm50mJ/cmの範囲でエッチングを進める。これにより、高速かつ高精度なエッチングを1つの薄膜加工装置200によって、連続したエッチング方法で達成可能である。 Further, the energy density of the YAG third harmonic wave having a wavelength of 355 nm has a maximum output of 200 mJ / cm 2 unless intensity modulation is performed by the attenuator 14, and etching of about 100 nm is possible in one cycle. Shortening can be achieved. When the initial thickness of promoting etching at a wavelength 355nm energy density 200 mJ / cm 2, the advancing etching range residual film thickness of 266nm50mJ / cm 2 and 355nm50mJ / cm 2 at approaching the set value. As a result, high-speed and high-precision etching can be achieved with a single thin film processing apparatus 200 by a continuous etching method.

第2実施形態の薄膜加工装置200では、III−V族窒化物半導体を高速エッチング加工する際に、加工面を高度に平坦化することができるとともに、残膜厚をナノオーダーで制御したIII−V族窒化物半導体を得られる。特に、透過率が高くなる残膜厚の薄い時ほど膜厚測定精度が向上するため、ナノオーダーの残膜厚を精度よくエッチング加工できる。   In the thin film processing apparatus 200 of the second embodiment, when the III-V group nitride semiconductor is subjected to high-speed etching, the processed surface can be highly planarized and the remaining film thickness is controlled in the nano order. A group V nitride semiconductor can be obtained. In particular, since the film thickness measurement accuracy is improved as the remaining film thickness with a high transmittance is increased, the nano-order remaining film thickness can be etched accurately.

また、複数の波長のレーザービームを使い分けることで、単一波長のレーザービームの強度変調では不可能な膜厚方向への温度プロファイルの組み合わせで、精密なエッチングが可能となった。   In addition, by selectively using laser beams of a plurality of wavelengths, precise etching can be performed with a combination of temperature profiles in the film thickness direction, which is impossible by intensity modulation of a single wavelength laser beam.

<比較例の加工方法>
図11は比較例の加工方法による加工結果の説明図、図12はエンドマーカーを用いたエッチング加工の説明図である。III−V族窒化物半導体は、青色発光ダイオード、高輝度緑色発光ダイオードあるいは青色レーザーダイオード等の青色発光固体素子や紫外発光固体素子などの短波長の高輝度発光素子の実現に不可欠である。III−V族窒化物半導体は、GaN(窒化ガリウム)、InN(窒化インジウム)あるいはAlN(窒化アルミニウム)などの単結晶やこれらの混晶(InGaN、AlGaNなど)を含む。そして、近年における研究の進展により、これらのIII−V族窒化物半導体を用いて、こうした素子の材料として利用可能な良質な薄膜結晶(エピタキシャル層)を得ることも不可能ではなくなった。
<Processing method of comparative example>
FIG. 11 is an explanatory diagram of a processing result by the processing method of the comparative example, and FIG. 12 is an explanatory diagram of etching processing using an end marker. The group III-V nitride semiconductor is indispensable for realizing a high-intensity light-emitting element with a short wavelength such as a blue light-emitting solid-state element such as a blue light-emitting diode, a high-intensity green light-emitting diode, or a blue laser diode, or an ultraviolet light-emitting solid-state element. The group III-V nitride semiconductor includes a single crystal such as GaN (gallium nitride), InN (indium nitride) or AlN (aluminum nitride) or a mixed crystal thereof (InGaN, AlGaN, etc.). With the recent progress of research, it has become impossible to obtain a high-quality thin film crystal (epitaxial layer) that can be used as a material for such a device using these III-V nitride semiconductors.

しかし、こうした青色発光固体素子や紫外発光固体素子の実用化を妨げている主な要因として、素子の材料となるGaN、InGaNならびにAlGaNなどのIII−V族窒化物半導体に関して、以下に説明するような製造上の問題点があった。   However, as a main factor hindering the practical use of such blue light-emitting solid-state devices and ultraviolet light-emitting solid-state devices, III-V group nitride semiconductors such as GaN, InGaN, and AlGaN as the material of the devices will be described below. There were significant manufacturing problems.

(1)エピタキシャル成長膜の平滑化の困難性
研磨平滑化したサファイアやシリコンカーバイド(SiC)を基板として、エピタキシャル成長させるとき、GaN、InGaNならびにAlGaNなどのIII−V族窒化物半導体は、六方晶の結晶であるために軸方向の成長速度が大きく異なる。よって、得られる成長膜は表面の平滑性が悪いという問題があった。
(1) Difficulties in smoothing an epitaxially grown film When epitaxially growing sapphire or silicon carbide (SiC) that has been polished and smoothed as a substrate, III-V nitride semiconductors such as GaN, InGaN, and AlGaN are hexagonal crystals. Therefore, the growth rate in the axial direction is greatly different. Therefore, there is a problem that the obtained growth film has poor surface smoothness.

よって、ドライエッチング前にまず平滑化処理を実施する必要があったが、研磨によって傷がつきやすいという問題がある。また、GCIB(ガスクラスターイオンビーム)やCMP(Chemical Mechanical Planarization)などの従来手段では局所的な凹凸は平滑化できるが、基板全体での膜厚むらは補正できないという問題があった。   Therefore, it is necessary to first perform a smoothing process before dry etching, but there is a problem that scratches are easily caused by polishing. Further, local unevenness can be smoothed by conventional means such as GCIB (gas cluster ion beam) and CMP (Chemical Mechanical Planarization), but there is a problem that the film thickness unevenness cannot be corrected over the entire substrate.

(2)エッチング加工の困難性
結晶成長法や素子化技術などのプロセス技術が確立されていく中で、GaN系結晶などのIII−V族窒化物半導体のエッチング加工は、GaN系結晶などのIII−V族窒化物半導体の高い化学的安定性と高硬度により極めて困難なものとなっている。
(2) Difficulties in etching processing While process technologies such as crystal growth methods and device fabrication technologies are being established, etching processing of III-V group nitride semiconductors such as GaN-based crystals is performed using III-based such as GaN-based crystals. It is extremely difficult due to the high chemical stability and high hardness of the group V nitride semiconductor.

例えば、一般に使用されているプラズマエッチングや反応性イオンエッチング(RIE)によりIII−V族窒化物半導体をエッチング加工する場合、その加工速度が著しく遅いものとなる。しかも、結晶構造に対するプラズマや活性イオンなどの衝突により結晶へのダメージが導入される。   For example, when a III-V nitride semiconductor is etched by plasma etching or reactive ion etching (RIE), which is generally used, the processing speed is extremely slow. Moreover, damage to the crystal is introduced by collision of plasma or active ions with the crystal structure.

従って、現状ではIII−V族窒化物半導体のドライエッチング技術は確立されていないものであり、平坦な平面が得られる低ダメージな高速エッチング技術の開発が強く求められている。   Therefore, at present, a dry etching technique for III-V nitride semiconductors has not been established, and development of a low-damage high-speed etching technique capable of obtaining a flat plane is strongly demanded.

(3)レーザーダイオード作製における平行平面共振器作製の困難性
半導体レーザを発振させるためには、積層した構造を劈開させて完全に平行な鏡面の端面を出す必要がある。例えば、赤色レーザーダイオードなどの素子構造には立方晶の半導体結晶が用いられ、この結晶系では劈開による共振器作製は容易である。ところが、短波長レーザの実用化に向けて最も近い素子材料であるGaN、InGaNならびにAlGaNなどのIII−V族窒化物半導体は、六方晶の結晶である。このため、劈開面の平坦度が低く、劈開面における平坦度の低下がレーザの発振性能に重大な影響を及ぼしてしまう。
(3) Difficulties in manufacturing a parallel plane resonator in laser diode fabrication In order to oscillate a semiconductor laser, it is necessary to cleave the laminated structure to bring out end faces of perfectly parallel mirror surfaces. For example, a cubic semiconductor crystal is used for an element structure such as a red laser diode, and in this crystal system, a resonator can be easily manufactured by cleavage. However, group III-V nitride semiconductors such as GaN, InGaN, and AlGaN, which are the closest element materials for practical use of short wavelength lasers, are hexagonal crystals. For this reason, the flatness of the cleaved surface is low, and the decrease in flatness on the cleaved surface significantly affects the laser oscillation performance.

すなわち、六方晶の劈開技術には限界があるため、これがレーザの発振性能の悪化や低い歩留まりの原因となっているものであって、劈開して得られた面の平坦化技術の開発が強く求められている。   In other words, because the hexagonal cleavage technology has its limitations, this causes deterioration of the laser oscillation performance and low yield, and development of flattening technology for the surface obtained by cleavage is strong. It has been demanded.

また、レーザーダイオードやフォト二クス結晶の加工においては、ナノオーダーの膜厚を制御する技術が求められている。しかし、図12に示すように、従来のエンドマーカーを用いた膜厚モニタは、ドライエッチングと並行してピンポイントでの残膜厚をモニタできるものの、膜厚分布をモニタできない。か、もしくは膜厚分布を測定するためには別途走査手段が必要であり、エッチングしながらのリアルタイムな膜厚分布のモニタが困難であり、複雑な装置構成になるという問題があった。   Further, in the processing of laser diodes and photonic crystals, a technique for controlling the nano-order film thickness is required. However, as shown in FIG. 12, a conventional film thickness monitor using an end marker can monitor the film thickness distribution at a pinpoint in parallel with dry etching, but cannot monitor the film thickness distribution. Alternatively, in order to measure the film thickness distribution, a separate scanning means is required, and it is difficult to monitor the film thickness distribution in real time while etching, resulting in a complicated apparatus configuration.

そして、エンドマーカーを用いるピンポイントの残膜厚モニタでは、ピンポイントを外れた位置の膜厚は不検知であるため、局所的なオーバーエッチングやアンダーエッチングとなることが多く、ナノオーダーの残膜厚でジャストエッチングすることは難しかった。   And in the pinpoint residual film thickness monitor using end markers, the film thickness outside the pinpoint is not detected, so local over-etching and under-etching often occur, and nano-order residual film It was difficult to just etch with a thickness.

これに対して、特許文献1には、レーザー光の照射と塩酸エッチングとを組み合わせた窒化物半導体の平坦化方法が示される。ここでは、表面からのエッチング深さ制御および面内の平滑化を目的として、パルスレーザー光のエネルギー密度をアッテネータによって0.3〜3.5J/cmの間で変化させながら、1パルスだけエッチング対象物の薄膜層を形成した基板に照射する。 In contrast, Patent Document 1 discloses a method for planarizing a nitride semiconductor by combining laser light irradiation and hydrochloric acid etching. Here, for the purpose of controlling the etching depth from the surface and smoothing the surface, etching is performed for only one pulse while changing the energy density of the pulse laser beam between 0.3 and 3.5 J / cm 2 by an attenuator. Irradiate the substrate on which the thin film layer of the object is formed.

しかし、III−V族窒化物半導体における、
(1)表面の凹凸が反映されてエッチングが進行する
(2)結晶方位によってエッチング速度に異方性がある
(3)エッチング中に膜厚分布をモニタする手段がない
という課題について、十分な解決を図ったものとは言えない。また、特許文献1の平坦化方法は、表面からのエッチング深さおよび面内の平滑性を基準としていたため、基板を基準とした膜厚を一定に保って平滑に残すことも困難であった。
However, in III-V nitride semiconductors,
(1) Etching proceeds with surface irregularities reflected (2) Etching rate is anisotropic depending on crystal orientation (3) Sufficient solution to the problem that there is no means to monitor film thickness distribution during etching It cannot be said to have aimed at. In addition, since the flattening method of Patent Document 1 is based on the etching depth from the surface and the in-plane smoothness, it is difficult to keep the film thickness on the basis of the substrate constant and smooth. .

特許文献1には、エッチング対象物であるIII−V族窒化物半導体における「エッチング深さの調整は、レーザーエネルギーおよび照射パルス数を変化させて行う」ことができると記載されている。そして、レーザ照射処理において照射されるパルスレーザー光のエネルギー密度を増大すると、レーザ照射直後における基板の表面におけるエッチング深さと、塩酸処理後における基板の表面におけるエッチング深さとが増大していくことが記載されている。   Patent Document 1 describes that “the adjustment of the etching depth can be performed by changing the laser energy and the number of irradiation pulses” in the group III-V nitride semiconductor which is an object to be etched. Further, it is described that when the energy density of the pulse laser beam irradiated in the laser irradiation treatment is increased, the etching depth on the surface of the substrate immediately after the laser irradiation and the etching depth on the surface of the substrate after the hydrochloric acid treatment are increased. Has been.

しかし、レーザーエネルギーやパルス数に応じてエッチング深さを単純に変化させる平坦化方法では、図11に示すように、加工前の表面の平滑性が悪ければ、それが反映されてしまうのはGCIBなどの従来エッチング法と同じである。   However, in the planarization method in which the etching depth is simply changed according to the laser energy and the number of pulses, as shown in FIG. 11, if the smoothness of the surface before processing is poor, it is reflected in the GCIB. It is the same as the conventional etching method.

また、特許文献1には、レーザ照射処理において照射されるパルスレーザー光のエネルギー密度が0.7J/cmと低い場合よりも、レーザ照射処理において照射されるパルスレーザー光のエネルギー密度が3.5J/cmと高い場合の方が、基板の表面の状態がより平坦化されると記載されている。しかし、加工面全体の一括露光であるため、上述したように「レーザーエネルギーに応じてエッチング深さが変化するため」平坦化には限界があった。従って、図11に示すように、透明基板の全体に渡って大きな膜厚分布がある場合にこれを平坦化することは困難であった。 Patent Document 1 discloses that the energy density of the pulsed laser light irradiated in the laser irradiation processing is 3.3 than that in the case where the energy density of the pulsed laser light irradiated in the laser irradiation processing is as low as 0.7 J / cm 2 . It is described that the state of the surface of the substrate is further flattened when it is as high as 5 J / cm 2 . However, since it is a batch exposure of the entire processed surface, as described above, there is a limit to flattening because “the etching depth changes according to the laser energy”. Therefore, as shown in FIG. 11, when there is a large film thickness distribution over the entire transparent substrate, it is difficult to flatten it.

また、ナノオーダーの残膜厚を残すために、図12に示すように、一部でもジャストエッチング膜厚までエッチングした場合には、膜面内で局所的なアンダーエッチング部やオーバーエッチング部が生ずるという問題があった。   Further, in order to leave a nano-order residual film thickness, as shown in FIG. 12, when even a part of the film is etched to the just-etched film thickness, local under-etched portions and over-etched portions are generated in the film surface. There was a problem.

以上において説明したように、GaN、InGaNならびにAlGaNなどのIII−V族窒化物半導体を材料として用いて青色発光ダイオード、高輝度緑色発光ダイオードあるいは青色レーザーダイオードなどを実用化するために、
(a)平坦な平面が得られる低ダメージな高速エッチング装置の提供
(b)ナノオーダーの精度で制御して残膜厚を残すエッチング装置の提供
(c)エッチング面の平坦化技術の開発
が強く求められている。従来の技術ではIII−V族窒化物半導体の加工が困難であるので、高速加工を行うことができるとともに加工面が高度に平坦化され且つ残膜厚がナノオーダーで制御可能な加工装置および加工技術の提案が要望されている。
As described above, in order to put a blue light-emitting diode, a high-intensity green light-emitting diode, or a blue laser diode into practical use by using a group III-V nitride semiconductor such as GaN, InGaN, and AlGaN as a material,
(A) Providing a low-damage high-speed etching device capable of obtaining a flat surface (b) Providing an etching device that controls the accuracy of nano-order and leaves a residual film thickness (c) Strong development of etching surface flattening technology It has been demanded. Since it is difficult to process III-V nitride semiconductors with conventional technology, a processing apparatus and processing that can perform high-speed processing, have a highly flattened processing surface, and can control the remaining film thickness on the nano order. Technical proposals are desired.

<発明との対応>
本実施形態で説明した窒化物半導体の製造方法は、レーザー光を照射して窒化物半導体薄膜の表面形状を加工する。そして、窒化物半導体薄膜の加工前の膜厚分布を計測する第1の工程と、収束させたレーザービームスポットで窒化物半導体薄膜の表面を走査して、計測された膜厚分布に応じて異ならせた累積照射量を前記表面の各走査点に及ぼす第2の工程と、第2の工程を経た窒化物半導体薄膜の表面を酸処理する第3の工程とを備える。
<Correspondence with Invention>
The nitride semiconductor manufacturing method described in this embodiment processes the surface shape of a nitride semiconductor thin film by irradiating laser light. Then, the first step of measuring the film thickness distribution before the processing of the nitride semiconductor thin film and the surface of the nitride semiconductor thin film are scanned with the focused laser beam spot, and the thickness distribution differs depending on the measured film thickness distribution. And a third step of acid-treating the surface of the nitride semiconductor thin film that has undergone the second step.

つまり、加工範囲に面状のレーザー光を一括照射する代わりに、収束したレーザービームスポットで加工範囲の各走査点に対して、必要な加工量(深さ)に応じた光エネルギーを注入して表面層に集中した結晶構造の溶解と損傷とを引き起こす。従って、必要な加工量が多い走査点では、累積照射量(照射強度、照射時間、照射回数、またはこれらの組み合わせ等)を増して除去深さを増し、必要な加工量が少ない走査点では、累積照射量を減らして除去深さを減らすことにより、加工前の表面凹凸形状と無関係に、所望の表面形状を加工できる。   In other words, instead of irradiating the processing area with planar laser light at once, light energy corresponding to the required processing amount (depth) is injected into each scanning point in the processing area with a focused laser beam spot. Causes dissolution and damage of the crystal structure concentrated in the surface layer. Therefore, at a scanning point where the required processing amount is large, the cumulative irradiation amount (irradiation intensity, irradiation time, number of irradiations, or a combination thereof) is increased to increase the removal depth, and at a scanning point where the required processing amount is small, By reducing the cumulative irradiation amount and reducing the removal depth, a desired surface shape can be processed regardless of the surface uneven shape before processing.

本実施形態で説明した窒化物半導体の製造方法は、レーザービームスポットを前記表面に導く光学系3、ミラー5を用いて膜厚検出光を窒化物半導体薄膜に照射し、膜厚検出光による窒化物半導体薄膜の透過量を検知して膜厚分布を計測する。従って、レーザービームスポットによる加工照射位置と膜厚検出光による膜厚計測位置とが精密に一致して、両者の位置ずれに起因する加工誤差が発生しない。   In the nitride semiconductor manufacturing method described in the present embodiment, the nitride semiconductor thin film is irradiated with the film thickness detection light by using the optical system 3 and the mirror 5 that guide the laser beam spot to the surface, and is nitrided by the film thickness detection light. The film thickness distribution is measured by detecting the transmission amount of the physical semiconductor thin film. Therefore, the processing irradiation position by the laser beam spot and the film thickness measurement position by the film thickness detection light coincide precisely, and a processing error due to the positional deviation between them does not occur.

本実施形態で説明した窒化物半導体の製造方法における膜厚検出光は、第2の工程で用いる際よりも強度を低下させたレーザービームスポットである。従って、膜厚検出光専用の光源が不要である。   The film thickness detection light in the nitride semiconductor manufacturing method described in the present embodiment is a laser beam spot having a lower intensity than that used in the second step. Therefore, a light source dedicated to film thickness detection light is not necessary.

本実施形態で説明した窒化物半導体の製造方法は、レーザービームスポットを強度変調して前記各走査点の前記累積照射量を異ならせる。従って、各走査位置Sでの加工照射が1回のパルス発光時間で済み、小さな一定出力のパルスを加算する場合に比較して、加工領域全体の加工所要時間が短縮される。   In the nitride semiconductor manufacturing method described in this embodiment, the laser beam spot is intensity-modulated to vary the accumulated irradiation amount at each scanning point. Therefore, the processing irradiation at each scanning position S can be performed in one pulse emission time, and the processing time required for the entire processing region is shortened as compared with the case of adding a small constant output pulse.

本実施形態で説明した窒化物半導体の製造方法は、波長の異なる複数のレーザー光を重ねて前記レーザービームスポットを形成する。従って、1種類の波長のレーザー光を使用する場合に比較して、それぞれの波長の特性を生かして、膜厚分布の測定や加工照射にきめ細かな対応が可能である。   In the nitride semiconductor manufacturing method described in this embodiment, the laser beam spot is formed by overlapping a plurality of laser beams having different wavelengths. Therefore, compared to the case of using laser light of one kind of wavelength, it is possible to take a fine response to measurement of film thickness distribution and processing irradiation by making use of the characteristics of each wavelength.

本実施形態で説明した窒化物半導体の製造方法は、レーザー光を照射して窒化物半導体膜の表面を加工する。そして、窒化物半導体膜の加工前の膜厚分布を計測する第1の工程と、計測された膜厚分布に応じて、領域毎に異なるレーザー光照射量を前記窒化物半導体膜表面に及ぼす第2の工程と、第2の工程後、窒化物半導体膜の表面にある窒化物半導体を構成する材料を除去する第3の工程とを備える。   In the nitride semiconductor manufacturing method described in the present embodiment, the surface of the nitride semiconductor film is processed by irradiating laser light. Then, a first step of measuring the film thickness distribution before processing of the nitride semiconductor film, and a step of affecting the surface of the nitride semiconductor film with a different laser light irradiation amount for each region according to the measured film thickness distribution. And a third step of removing a material constituting the nitride semiconductor on the surface of the nitride semiconductor film after the second step.

ただし、第3の工程は、窒化物半導体膜の表面にある窒化物半導体を構成する材料を除去する除去工程である限りにおいて、他の方法に置き換え可能である。すなわち、上記「除去工程」が、(1)酸で処理したり、(2)熱をかけて溶かして除去させたり、揮発させたり、(3)物理的にスイープして除去したり、あるいは(1)から(3)を組み合わせて除去したりしてもよい。ちなみに、Gaの融点はほぼ30℃であるので、加熱溶解は困難ではない。   However, the third step can be replaced with another method as long as it is a removal step for removing the material constituting the nitride semiconductor on the surface of the nitride semiconductor film. That is, the “removal step” includes (1) treatment with an acid, (2) dissolution by heating, volatilization, (3) removal by physical sweep, or ( 1) to (3) may be combined and removed. Incidentally, since the melting point of Ga is approximately 30 ° C., dissolution by heating is not difficult.

第1実施形態の薄膜加工装置100は、透明基板8に形成された薄膜層9の表面形状を加工する。そして、レーザー光を発生するレーザー光発生装置1と、発生したレーザー光を加工点に導いてレーザービームスポットを形成する光学系3、ミラー5と、透明基板8を移動させて薄膜層9上の各走査点Sを加工点Kに位置決めするXYステージ6と、薄膜層9および透明基板8を透過したレーザービームスポットの透過光強度を検知するパワーメータ11と、レーザービームスポットの強度を変化させるアッテネータ4と、走査点Sで検知された透過光強度に基づいてアッテネータ7を制御して、透過光強度に応じた強度のレーザービームスポットを走査点Sに加工照射させる制御部10とを備える。   The thin film processing apparatus 100 of the first embodiment processes the surface shape of the thin film layer 9 formed on the transparent substrate 8. Then, the laser beam generator 1 that generates laser beam, the optical system 3 that forms the laser beam spot by guiding the generated laser beam to the processing point, the mirror 5, and the transparent substrate 8 are moved to move the laser beam on the thin film layer 9. An XY stage 6 that positions each scanning point S at a processing point K, a power meter 11 that detects the transmitted light intensity of the laser beam spot that has passed through the thin film layer 9 and the transparent substrate 8, and an attenuator that changes the intensity of the laser beam spot. 4 and a control unit 10 for controlling the attenuator 7 based on the transmitted light intensity detected at the scanning point S and processing and irradiating the scanning point S with a laser beam spot having an intensity corresponding to the transmitted light intensity.

つまり、同じ光学系3、ミラー5を通じて走査点Sの厚み検知と加工照射とを行う。そして、パワーメータ11は、膜厚検出光としてのレーザービームスポットによる薄膜層9の透過光量を検出して加工前の薄膜層9の厚みを検知する。制御部10は、パワーメータ11によって求めた加工前の厚みと目的の厚みとから求めた必要な加工量に応じてアッテネータ11により同じ加工点Kにおけるレーザービームスポットの照射強度を設定する。従って、厚み検知位置と加工照射位置とを精密に一致させた正確な結晶層の加工除去を行える。   That is, the thickness detection and processing irradiation of the scanning point S are performed through the same optical system 3 and mirror 5. And the power meter 11 detects the thickness of the thin film layer 9 before a process by detecting the transmitted light quantity of the thin film layer 9 by the laser beam spot as film thickness detection light. The control unit 10 sets the irradiation intensity of the laser beam spot at the same processing point K by the attenuator 11 according to the required processing amount obtained from the thickness before processing and the target thickness obtained by the power meter 11. Accordingly, it is possible to accurately remove the crystal layer by precisely matching the thickness detection position and the processing irradiation position.

第1実施形態の薄膜加工装置100の制御部10は、アッテネータ11を制御して強度を低下させたレーザービームスポットを用いて、透過光強度をすべての走査点Sで検知した後に、各走査点Sに対する透過光強度に応じた強度の加工照射を開始する。従って、加工照射に先立たせて膜厚分布のマップデータを形成して、誤差拡散等の総合手法を用いて測定結果の誤差圧縮を行える。また、出来上がったマップデータに従って一気加勢に加工照射を実行できる。   The control unit 10 of the thin film processing apparatus 100 according to the first embodiment uses the laser beam spot whose intensity is decreased by controlling the attenuator 11 to detect the transmitted light intensity at all the scanning points S, and then scans each scanning point. Processing irradiation with intensity corresponding to the transmitted light intensity with respect to S is started. Therefore, the map data of the film thickness distribution is formed prior to the processing irradiation, and the error compression of the measurement result can be performed using a comprehensive method such as error diffusion. Further, it is possible to execute processing irradiation at once according to the completed map data.

第1実施形態の薄膜加工装置100の制御部10は、アッテネータ11を制御して強度を低下させたレーザービームスポットを用いて、透過光強度をすべての走査点Sで検知した後に、走査点Sに対する加工照射を開始する。従って、膜厚検知用の専用光源が不要である。   The control unit 10 of the thin film processing apparatus 100 of the first embodiment uses the laser beam spot whose intensity has been reduced by controlling the attenuator 11 to detect the transmitted light intensity at all the scanning points S, and then scan points S. Start processing irradiation for. Therefore, a dedicated light source for film thickness detection is not necessary.

第2実施形態の薄膜加工装置200のレーザー光発生装置1A、THC変換素子1B、FHG変換素子1Cは、波長の異なる複数のレーザー光を出力し、光学系3、ミラー15、ビームコンバイナ16によって複数のレーザー光をそれぞれ加工点Kに導いて重ね合わせたレーザービームスポットを形成する。従って、個々の走査点Sに対して波長の異なる複数のレーザー光を組み合わせ、それぞれの特徴を発揮させたきめ細かな対応が可能である。   The laser light generator 1A, the THC conversion element 1B, and the FHG conversion element 1C of the thin film processing apparatus 200 according to the second embodiment output a plurality of laser lights having different wavelengths. Each laser beam is guided to a processing point K to form a superimposed laser beam spot. Therefore, it is possible to meticulously cope with each scanning point S by combining a plurality of laser beams having different wavelengths and exhibiting the respective characteristics.

第2実施形態の薄膜加工装置200では、レーザー光発生装置1Aで発生させた単一波長のレーザー光を、THC変換素子1B、FHG変換素子1Cによって複数通りに波長変換して、複数種類の波長のレーザー光を形成する。従って、レーザー光発生装置1Aが1台で済み、装置の部品コスト、電力消費を削減できる。   In the thin film processing apparatus 200 according to the second embodiment, laser light having a single wavelength generated by the laser light generator 1A is wavelength-converted in a plurality of ways by the THC conversion element 1B and the FHG conversion element 1C, and a plurality of types of wavelengths are converted. Of laser light. Accordingly, only one laser beam generator 1A is required, and the component cost and power consumption of the device can be reduced.

第1実施形態の薄膜加工装置の構成の説明図である。It is explanatory drawing of a structure of the thin film processing apparatus of 1st Embodiment. 薄膜加工装置の制御のフローチャートである。It is a flowchart of control of a thin film processing apparatus. 窒化ガリウムの相転移図である。It is a phase transition diagram of gallium nitride. レーザ出力35mJ/cmにおける膜厚方向の温度分布シミュレーション結果の線図である。It is a diagram of a temperature distribution simulation result in the film thickness direction at a laser output of 35 mJ / cm 2 . レーザ出力100mJ/cmにおける膜厚方向の温度分布シミュレーション結果の線図である。It is a diagram of a temperature distribution simulation result in the film thickness direction at a laser output of 100 mJ / cm 2 . レーザ出力50mJ/cmにおける膜厚方向の温度分布シミュレーション結果の線図である。It is a diagram of a temperature distribution simulation result in the film thickness direction at a laser output of 50 mJ / cm 2 . 本実施形態の薄膜加工方法によるエッチング結果の説明図である。It is explanatory drawing of the etching result by the thin film processing method of this embodiment. 第2実施形態の薄膜加工装置の構成の説明図である。It is explanatory drawing of a structure of the thin film processing apparatus of 2nd Embodiment. レーザー光の波長と発熱量との関係の説明図である。It is explanatory drawing of the relationship between the wavelength of a laser beam, and the emitted-heat amount. 波長の異なる2種類のレーザー光による加工結果の説明図である。It is explanatory drawing of the processing result by two types of laser beams from which a wavelength differs. 比較例の加工方法による加工結果の説明図である。It is explanatory drawing of the processing result by the processing method of a comparative example. エンドマーカーを用いたエッチング加工の説明図である。It is explanatory drawing of the etching process using an end marker.

符号の説明Explanation of symbols

1、1A 光源手段(レーザー光発生装置)
2、12 ホモジナイザ
3、13、5、15 光学系手段(光学系、ミラー)
4、14 強度変調手段(アッテネータ)
5、15、18、19 ミラー
6 走査ステージ手段(XYステージ)
8 透光性基板(透明基板)
9 薄膜層
10 制御手段(制御部)
11 検知手段(パワーメータ)
16 ビームコンバイナ
17 ハーフミラー
1B、1C 波長変換手段(THC変換素子、FHG変換素子)
A エッチング対象物
K 加工点
S 走査点
100、200 薄膜加工装置
1, 1A Light source means (laser light generator)
2, 12 Homogenizer 3, 13, 5, 15 Optical system means (optical system, mirror)
4, 14 Intensity modulation means (attenuator)
5, 15, 18, 19 Mirror 6 Scanning stage means (XY stage)
8 Translucent substrate (transparent substrate)
9 Thin film layer 10 Control means (control part)
11 Detection means (power meter)
16 Beam combiner 17 Half mirror 1B, 1C Wavelength conversion means (THC conversion element, FHG conversion element)
A Etching object K Processing point S Scanning point 100, 200 Thin film processing apparatus

Claims (11)

レーザー光を照射して窒化物半導体薄膜の表面形状を加工する窒化物半導体の製造方法において、
前記窒化物半導体薄膜の加工前の膜厚分布を計測する計測工程と、
収束させたレーザービームスポットで前記窒化物半導体薄膜の表面を走査して、計測された前記膜厚分布に応じて異なる照射量を前記表面の各走査点に及ぼす加工工程と、
前記加工工程を経た前記窒化物半導体薄膜の表面を酸処理する酸処理工程と、を備えたことを特徴とする窒化物半導体の製造方法。
In a method for manufacturing a nitride semiconductor in which a surface shape of a nitride semiconductor thin film is processed by irradiating a laser beam,
A measuring step of measuring a film thickness distribution before processing of the nitride semiconductor thin film;
Scanning the surface of the nitride semiconductor thin film with a focused laser beam spot, and applying a different irradiation amount to each scanning point of the surface according to the measured film thickness distribution,
And an acid treatment step of treating the surface of the nitride semiconductor thin film that has undergone the processing step with an acid treatment.
前記レーザービームスポットを前記表面に導く光学系手段を用いて膜厚検出光を前記窒化物半導体薄膜に照射し、前記膜厚検出光による前記窒化物半導体薄膜の透過量を検知して前記膜厚分布を計測することを特徴とする請求項1記載の窒化物半導体の製造方法。   The film thickness detection light is irradiated to the nitride semiconductor thin film using optical system means for guiding the laser beam spot to the surface, and the film thickness is detected by detecting the transmission amount of the nitride semiconductor thin film by the film thickness detection light. The nitride semiconductor manufacturing method according to claim 1, wherein the distribution is measured. 前記膜厚検出光は、前記加工工程で用いる際よりも強度を低下させた前記レーザービームスポットであることを特徴とする請求項2記載の窒化物半導体の製造方法。   3. The method of manufacturing a nitride semiconductor according to claim 2, wherein the film thickness detection light is the laser beam spot having a lower intensity than when used in the processing step. 前記レーザービームスポットを強度変調して前記各走査点の前記照射量を異ならせることを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項記載の窒化物半導体の製造方法。   4. The method for manufacturing a nitride semiconductor according to claim 1, wherein intensity of the laser beam spot is modulated to vary the irradiation amount at each scanning point. 5. 波長の異なる複数のレーザー光を重ねて前記レーザービームスポットを形成することを特徴とする請求項1乃至4いずれか1項記載の窒化物半導体の製造方法。   The method for manufacturing a nitride semiconductor according to claim 1, wherein the laser beam spot is formed by overlapping a plurality of laser beams having different wavelengths. レーザー光を照射して窒化物半導体膜の表面を加工する窒化物半導体の製造方法において、
前記窒化物半導体膜の加工前の膜厚分布を計測する計測工程と、
前記膜厚分布に応じて、領域毎に異なるレーザー光照射量を前記窒化物半導体膜表面に及ぼす加工工程と、
前記加工工程後、前記窒化物半導体膜の表面にある前記窒化物半導体を構成する材料を除去する除去工程と、を備えたことを特徴とする窒化物半導体の製造方法。
In a method for manufacturing a nitride semiconductor in which a surface of a nitride semiconductor film is processed by irradiating a laser beam,
A measuring step of measuring a film thickness distribution before processing the nitride semiconductor film;
According to the film thickness distribution, a processing step that affects the surface of the nitride semiconductor film with a different amount of laser light irradiation for each region;
A method for producing a nitride semiconductor comprising: a removal step of removing a material constituting the nitride semiconductor on the surface of the nitride semiconductor film after the processing step.
透光性基板に形成された薄膜層の表面形状を加工する薄膜加工装置において、
レーザー光を発生する光源手段と、
発生したレーザー光を加工点に導いてレーザービームスポットを形成する光学系手段と、
前記透光性基板を移動させて前記薄膜層上の各走査点を前記加工点に位置決めする走査ステージ手段と、
前記薄膜層および前記透光性基板を透過した前記レーザービームスポットの透過光強度を検知する検知手段と、
前記レーザービームスポットの強度を変化させる強度変調手段と、
前記走査点で検知された前記透過光強度に基づいて前記強度変調手段を制御して、前記透過光強度に応じた強度の前記レーザービームスポットを前記走査点に加工照射させる制御手段と、を備えたことを特徴とする薄膜加工装置。
In a thin film processing apparatus for processing the surface shape of a thin film layer formed on a translucent substrate,
Light source means for generating laser light;
Optical system means for guiding the generated laser beam to a processing point to form a laser beam spot;
Scanning stage means for moving the translucent substrate to position each scanning point on the thin film layer at the processing point;
Detecting means for detecting the transmitted light intensity of the laser beam spot transmitted through the thin film layer and the translucent substrate;
Intensity modulation means for changing the intensity of the laser beam spot;
Control means for controlling the intensity modulation means based on the transmitted light intensity detected at the scanning point, and processing and irradiating the scanning point with the laser beam spot having an intensity corresponding to the transmitted light intensity. A thin film processing apparatus characterized by that.
前記制御手段は、前記強度変調手段を制御して強度を低下させた前記レーザービームスポットを用いて、前記透過光強度をすべての前記走査点で検知した後に、前記各走査点に対する前記透過光強度に応じた強度の加工照射を開始することを特徴とする請求項7記載の薄膜加工装置。   The control means detects the transmitted light intensity at all the scanning points using the laser beam spot whose intensity has been reduced by controlling the intensity modulating means, and then transmits the transmitted light intensity for each scanning point. The thin-film processing apparatus according to claim 7, wherein processing irradiation with an intensity corresponding to is started. 前記制御手段は、前記強度変調手段を制御して強度を低下させた前記レーザービームスポットを用いて、前記透過光強度をすべての前記走査点で検知した後に、前記走査点に対する前記加工照射を開始することを特徴とする請求項7記載の薄膜加工装置。   The control means detects the transmitted light intensity at all the scanning points using the laser beam spot whose intensity has been reduced by controlling the intensity modulating means, and then starts the processing irradiation on the scanning points. The thin film processing apparatus according to claim 7. 前記光源手段は、波長の異なる複数のレーザー光を出力し、
前記光学系手段は、前記複数のレーザー光をそれぞれ前記加工点に導いて重ね合わせた前記レーザービームスポットを形成することを特徴とする請求項7乃至9記載の薄膜加工装置。
The light source means outputs a plurality of laser beams having different wavelengths,
10. The thin film processing apparatus according to claim 7, wherein the optical system means forms the laser beam spot by superimposing the plurality of laser beams respectively on the processing points.
前記光源手段は、発生させた単一波長のレーザー光を複数通りに波長変換して、複数種類の波長のレーザー光を形成する波長変換手段を有することを特徴とする請求項10記載の薄膜加工装置。
11. The thin film processing according to claim 10, wherein the light source means includes wavelength conversion means for converting the generated single-wavelength laser light into a plurality of wavelengths to form laser lights having a plurality of types of wavelengths. apparatus.
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