JP2009164406A - Forming method of pit for substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、サファイア基板のような高硬度基板の表面にガスエッチングにより微細なピットを形成する方法に関する。 The present invention relates to a method for forming fine pits by gas etching on the surface of a high hardness substrate such as a sapphire substrate.
LEDにおいては、発光層で生じた光に対する外界に取り出せる光の割合、つまり、光取り出し効率の向上が重要な課題となっている。そのため、種々の工夫が施されているが、その1つにサファイアなどからなる基板の表面を凹凸状に形成し、異なる屈折率を有する半導体材料からなる層をバッファ層を介するかまたは直接凹凸を埋め込んで成長させ、その上に発光層を含む半導体結晶層が積層された構造が提案されている。この構造によれば、横方向に伝搬する光を効率良く外界に取り出すことができる。 In the LED, the ratio of the light that can be extracted to the outside with respect to the light generated in the light emitting layer, that is, the improvement of the light extraction efficiency is an important issue. For this reason, various measures have been taken. One of them is the surface of a substrate made of sapphire or the like formed into a concavo-convex shape, and a layer made of a semiconductor material having a different refractive index is formed through a buffer layer or directly concavo-convex. There has been proposed a structure in which a semiconductor crystal layer including a light emitting layer is stacked thereon by being embedded and grown. According to this structure, light propagating in the lateral direction can be efficiently extracted to the outside.
こうした構造を作製するためには、サファイアのような高硬度基板に複数のピットを形成して凹凸状とすることが必要である。高硬度基板に複数のピットを形成する方法としては、例えば、特許文献1,2に示されている。特許文献1に示された方法は、高エネルギーのレーザ光を高硬度の基板に直接照射して、照射箇所にピットを形成するものである。また、特許文献2に示された方法は、高硬度の基板上にフォトレジストの層を形成し、レーザ照射と現像によりフォトレジストにピットを形成した後エッチングを行い、フォトレジストのピット形成箇所の下にピットを形成するものである。
しかしながら、特許文献1に示された方法では、高エネルギーのレーザが必要なためレーザ加工装置が大型となり広い作業スペースが必要となる。また、高エネルギーのためにレーザ加工装置のコストがアップし製造コストを引き上げてしまうといった問題も生じる。更に、光取り出し効率の向上のためには、高硬度の基板に形成されるピットをできるかぎり微細なものにする必要があるが、レーザスポットにおいてレーザ強度の高い中心部分のみでピットを形成しようとすると十分な深さのピットを作成できない。つまり、深いピットを形成しようとすると、それに応じてピット径も大きくなってしまい、結局、微細ピットを形成することができない。
However, in the method disclosed in
一方、特許文献2に示された方法では、ピットを微細にするためにはフォトレジストの反応跡を小さくする必要があり、フォトレジストの反応跡を小さくして高硬度の基板に到達するピットを作製するためには、フォトレジストを薄くしなければならない。しかし、フォトレジストを薄くすると、フォトレジストがエッチングされることによる影響が出る前にエッチングを終了しなくてはならないため、十分な深さのピットを形成できないという問題が生じる。 On the other hand, in the method disclosed in Patent Document 2, it is necessary to reduce the reaction trace of the photoresist in order to make the pit fine, and the pit reaching the high hardness substrate by reducing the reaction trace of the photoresist is reduced. In order to make it, the photoresist must be thinned. However, if the photoresist is thinned, the etching must be completed before the photoresist is affected by the etching, so that a problem arises in that pits of sufficient depth cannot be formed.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、サファイアのような高硬度の基板に微細ピットを形成する方法において、製造コストの大幅な上昇を招くことなく、微細で十分な深さのピットを形成することが可能なピット形成方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and the object thereof is a method for forming fine pits on a substrate having high hardness such as sapphire, which is fine and sufficient without causing a significant increase in manufacturing cost. It is an object of the present invention to provide a pit forming method capable of forming a pit having a depth.
前記目的を達成するために、本発明の特徴は、レーザ光照射により反応跡またはピットの形成可能な最上の層と、前記最上の層の下に形成されガスエッチング可能な層とを有する多層レジストを、基板面上に形成する多層レジスト形成ステップと、前記多層レジスト形成ステップにより前記多層レジストが形成されたレジスト付き基板の最上の層にレーザ光を照射することにより、または、前記最上の層にレーザ光を照射した上で最上の層に現像液を作用させることにより、前記最上の層にピットを形成する第1ピット形成ステップと、前記第1ピット形成ステップにより最上の層にピットが形成されたレジスト付き基板の上面にエッチングガスを作用させ、前記ガスエッチング可能な層にピットを形成する第2ピット形成ステップと、前記第2ピット形成ステップによりガスエッチング可能な層にピットが形成されたレジスト付き基板の上面に前記第2ピット形成ステップで用いたエッチングガスとは異なるエッチングガスを作用させ、前記基板にピットを形成する第3ピット形成ステップとを含むことにある。 In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that a multilayer resist having an uppermost layer capable of forming reaction traces or pits by laser light irradiation and a gas-etchable layer formed under the uppermost layer. Irradiating a laser beam to the uppermost layer of the resist-coated substrate on which the multilayer resist is formed by the multilayer resist forming step and forming the multilayer resist on the substrate surface, or on the uppermost layer A first pit forming step for forming pits in the uppermost layer by irradiating a laser beam on the uppermost layer and then forming a pit in the uppermost layer by the first pit forming step. A second pit forming step in which an etching gas is allowed to act on the upper surface of the resist-coated substrate to form pits in the gas-etchable layer; An etching gas different from the etching gas used in the second pit forming step is allowed to act on the upper surface of the resist-coated substrate in which pits are formed in the gas-etchable layer by the 2-pit forming step, thereby forming pits on the substrate. 3 pit formation step.
この発明は、サファイア基板等の高硬度基板に、例えば、幅約400nm、深さ約400nmといった微細なピットを複数形成する場合に好適である。また、基板に形成するピットの断面形状(深さ方向に対して直交する断面形状)は、円形のものが好ましいが、長く延びているものであってもよい。 The present invention is suitable for forming a plurality of fine pits having a width of about 400 nm and a depth of about 400 nm on a high hardness substrate such as a sapphire substrate. The cross-sectional shape (cross-sectional shape orthogonal to the depth direction) of the pits formed on the substrate is preferably circular, but may be extended long.
この発明においては、まず、多層レジスト形成ステップにおいて、レーザ光照射により反応跡またはピットの形成可能な最上の層と、最上の層の下に形成されガスエッチング可能な層と含む多層レジストが基板面上に形成される。この多層レジスト形成ステップによりレジスト付き基板が作製される。尚、最上の層は、レーザ光照射により反応するものであればよく、ガスエッチング不能であるという意味を有するわけではない。 In the present invention, first, in the multilayer resist forming step, the multilayer resist including the uppermost layer capable of forming reaction traces or pits by laser light irradiation and the gas-etchable layer formed under the uppermost layer is the substrate surface. Formed on top. A substrate with a resist is manufactured by this multilayer resist forming step. Note that the uppermost layer only needs to react with laser light irradiation, and does not mean that gas etching is impossible.
続いて、第1ピット形成ステップにおいて、レジスト付き基板の最上の層にレーザ光を照射し、または、レーザ光を照射した上で最上の層に現像液を作用させることにより、最上の層にピットが形成される。この場合、最上の層を薄いフォトレジストにすることで、最上の層に微細でガスエッチング可能な層に到達するピットを形成することができる。この最上の層に形成されるピットは、最上の層を貫通する開口であることが望ましい。一般に、ピットとは凹部を意味するが、この発明においては、レジスト付き基板としてとらえた凹部であって、各層ごとにみれば貫通した開口を含むものである。 Subsequently, in the first pit formation step, the uppermost layer of the resist-coated substrate is irradiated with laser light, or the laser beam is irradiated and then a developer is applied to the uppermost layer, whereby pits are formed on the uppermost layer. Is formed. In this case, by forming the uppermost layer as a thin photoresist, pits that reach a fine and gas-etchable layer can be formed in the uppermost layer. The pit formed in the uppermost layer is desirably an opening penetrating the uppermost layer. In general, a pit means a concave portion, but in the present invention, it is a concave portion regarded as a resist-attached substrate, and includes a through-opening in each layer.
続いて、第2ピット形成ステップにおいて、最上の層をマスクとして使ってレジスト付き基板の上面にエッチングガスを作用させることにより、最上の層の下の層にピットが形成される。つまり、最上の層に形成されたピットを介してその下の層(ガスエッチング可能な層)にエッチングガスが作用しピットが形成される。従って、最上層の下の層にも微細なピットを形成することができる。このピットも、ガスエッチング可能な層を貫通する開口であることが望ましいが、底部を少し残したものであっても良い。 Subsequently, in the second pit forming step, pits are formed in a layer below the uppermost layer by applying an etching gas to the upper surface of the resist-coated substrate using the uppermost layer as a mask. That is, an etching gas acts on a layer (a gas-etchable layer) below the pit formed in the uppermost layer to form a pit. Accordingly, fine pits can be formed in the layer below the uppermost layer. This pit is also desirably an opening penetrating the gas-etchable layer, but may be one having a little bottom.
続いて、第3ピット形成ステップにおいて、ガスエッチング可能な層をマスクとして使ってレジスト付き基板の上面に第2ピット形成ステップで用いたエッチングガスとは種類の異なるエッチングガスを作用させることにより、基板にピットが形成される。つまり、基板上に残っている多層レジスト(すべての層が残っている必要はない)に形成されたピットを介して、基板上面にエッチングガスが作用し、基板にピット(凹部)が形成される。この場合、前のステップにおいて、基板面上に微細なピットが形成されたガスエッチング可能な層(マスク層)を厚く形成しておくことができるため、ガスエッチングによりマスク層が目減りして基板に影響を及ぼしてしまう前に、基板に十分な深さのピットを形成することができる。 Subsequently, in the third pit formation step, an etching gas different in kind from the etching gas used in the second pit formation step is allowed to act on the upper surface of the resist-coated substrate using a gas-etchable layer as a mask. A pit is formed. In other words, the etching gas acts on the upper surface of the substrate through the pits formed in the multilayer resist remaining on the substrate (not all layers need to remain), and pits (recesses) are formed in the substrate. . In this case, in the previous step, a gas-etchable layer (mask layer) in which fine pits are formed on the substrate surface can be formed thick. A pit having a sufficient depth can be formed on the substrate before the influence is exerted.
この結果、高硬度の基板に対しても十分な深さの微細ピットを形成することができる。また、従来に比べてレジスト層の層数が増えるものの、通常のレーザ光強度のレーザ加工装置を用いることができるため、大幅な製造コストの上昇を招かない。 As a result, fine pits having a sufficient depth can be formed even on a high-hardness substrate. In addition, although the number of resist layers is increased as compared with the conventional one, a laser processing apparatus having a normal laser beam intensity can be used, so that the manufacturing cost is not significantly increased.
本発明の他の特徴は、前記多層レジスト形成ステップは、前記ガスエッチング可能な層を少なくとも2つの層で形成し、前記ガスエッチング可能な層の最上の層をレーザ光照射により反応跡またはピットが形成されない層で形成するようにしたことにある。 Another feature of the present invention is that in the multilayer resist forming step, the gas-etchable layer is formed of at least two layers, and the uppermost layer of the gas-etchable layer has a reaction mark or pit formed by laser light irradiation. This is because it is formed of a layer that is not formed.
この発明によれば、レーザ光照射と現像による最上層のピット作成の影響がガスエッチング可能な層に及ばないため、形状のよいピットをガスエッチング可能な層に形成することができる。 According to the present invention, the pit formation of the uppermost layer by laser light irradiation and development does not affect the gas-etchable layer, so that a good-shaped pit can be formed in the gas-etchable layer.
本発明の他の特徴は、前記多層レジスト形成ステップは、前記ガスエッチング可能な層を、上層と下層との2つの層で形成し、前記第2ピット形成ステップは、前記第1ピット形成ステップにより最上の層にピットが形成されたレジスト付き基板の上面に第1エッチングガスを作用させ、前記ガスエッチング可能な層の上層にピットを形成する上層ピット形成ステップと、前記上層ピット形成ステップによりガスエッチング可能な層の上層にピットが形成されたレジスト付き基板の上面に第1エッチングガスとは異なる第2エッチングガスを作用させ、前記ガスエッチング可能な層の下層にピットを形成する下層ピット形成ステップとを含むことにある。 According to another feature of the present invention, the multilayer resist forming step includes forming the gas-etchable layer into two layers, an upper layer and a lower layer, and the second pit forming step is performed by the first pit forming step. A first etching gas is allowed to act on the upper surface of the resist-coated substrate having pits formed in the uppermost layer, and pits are formed in the upper layer of the gas-etchable layer, and gas etching is performed by the upper pit forming step. A lower layer pit forming step in which a second etching gas different from the first etching gas is allowed to act on the upper surface of the resist-coated substrate in which pits are formed on the upper layer of the possible layer, and pits are formed below the gas-etchable layer; It is to include.
この発明においては、ガスエッチング可能な層が上層と下層との2つの層で形成される。そして、第2ピット形成ステップにおいては、上層ピット形成ステップと下層ピット形成ステップとが行われる。上層ピット形成ステップにおいては、最上の層をマスクとして使ってレジスト付き基板の上面に第1エッチングガスを作用させることにより、ガスエッチング可能な層の上層にピットが形成される。従って、ガスエッチング可能な層の上層にも微細なピットを形成することができる。このピットも、ガスエッチング可能な層の上層を貫通する開口であることが望ましいが、底部を少し残したものであっても良い。 In this invention, the gas-etchable layer is formed of two layers, an upper layer and a lower layer. In the second pit formation step, an upper layer pit formation step and a lower layer pit formation step are performed. In the upper layer pit forming step, pits are formed in the upper layer of the gas-etchable layer by applying a first etching gas to the upper surface of the resist-coated substrate using the uppermost layer as a mask. Accordingly, fine pits can be formed on the upper layer of the gas-etchable layer. This pit is also desirably an opening that penetrates the upper layer of the gas-etchable layer, but it may be one that leaves a little bottom.
続いて、下層ピット形成ステップにおいて、ガスエッチング可能な層の上層をマスクとして使ってレジスト付き基板の上面に第2エッチングガスを作用させることにより、ガスエッチング可能な層の下層にピットが形成される。このピットも、ガスエッチング可能な層の下層を貫通する開口であることが望ましいが、底部を少し残したものであっても良い。ガスエッチング可能な層の下層は、第3ピット形成ステップにおいて、基板をガスエッチングするときのマスクとして使用される。この場合、第2エッチングガスにおける下層と上層とのエッチング選択比(下層のエッチング速度/上層のエッチング速度)を適宜設定することにより、下層ピット形成ステップが終了したときの下層に、第3ピット形成ステップにおいて基板をガスエッチングするときのマスクとして必要な厚さ分を確保することができる。この結果、高硬度の基板に対しても十分な深さの微細ピットを形成することができる。 Subsequently, in the lower layer pit formation step, pits are formed in the lower layer of the gas-etchable layer by applying a second etching gas to the upper surface of the resist-coated substrate using the upper layer of the gas-etchable layer as a mask. . This pit is also desirably an opening penetrating the lower layer of the gas-etchable layer, but may be one that leaves a little bottom. The lower layer of the gas-etchable layer is used as a mask when the substrate is gas-etched in the third pit formation step. In this case, the third pit is formed in the lower layer when the lower layer pit formation step is completed by appropriately setting the etching selectivity between the lower layer and the upper layer in the second etching gas (lower layer etching rate / upper layer etching rate). The thickness required as a mask when the substrate is gas-etched in the step can be ensured. As a result, fine pits having a sufficient depth can be formed even on a high-hardness substrate.
本発明の他の特徴は、前記レーザ光照射により反応跡またはピットが形成される最上の層と、前記ガスエッチング可能な層の下層とは、同じレジスト材料で形成されることにある。この発明によれば、使用するレジスト材料の種類を少なくすることができ、製造コストを抑えることができる。 Another feature of the present invention is that the uppermost layer on which reaction traces or pits are formed by the laser beam irradiation and the lower layer of the gas-etchable layer are formed of the same resist material. According to the present invention, the types of resist materials to be used can be reduced, and the manufacturing cost can be suppressed.
本発明の他の特徴は、前記基板は、サファイア基板であることにある。この発明によれば、ピットが形成された基板を、例えばLEDの基板に適用することができ、利用範囲が広くなる。 Another feature of the present invention is that the substrate is a sapphire substrate. According to the present invention, a substrate on which pits are formed can be applied, for example, to an LED substrate, and the range of use is widened.
以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。図1は、同実施形態としての高硬度基板の一つであるサファイア基板へ微細ピットを形成する方法(以下、微細ピット形成方法と呼ぶ)を示すフローチャートであり、図2は、図1の第1ステップをサブステップに分けて表したフローチャートである。また、図3(図3A、図3B)は、各ステップにおけるサファイア基板とレジスト層の形成状態を表す断面図である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart showing a method for forming fine pits (hereinafter referred to as a fine pit forming method) on a sapphire substrate which is one of the high-hardness substrates as the embodiment, and FIG. It is the flowchart which represented 1 step divided into substeps. Moreover, FIG. 3 (FIG. 3A, FIG. 3B) is sectional drawing showing the formation state of the sapphire substrate and resist layer in each step.
微細ピット形成方法は、大別すると、第1ステップS1から第7ステップS7にて構成されており、以下、第1ステップS1から順に説明する。尚、以下の説明において示される具体的数値は、最終的にサファイア基板へ直径300nm〜500nm、深さ300nm〜500nmの断面円形のピットを形成するのに適切な数値である。 The fine pit forming method is roughly divided into a first step S1 to a seventh step S7, and will be described in order from the first step S1. In addition, the specific numerical value shown in the following description is a numerical value appropriate for finally forming a cross-sectional pit having a diameter of 300 nm to 500 nm and a depth of 300 nm to 500 nm on the sapphire substrate.
<第1ステップS1>
第1ステップS1は、サファイア基板10の表面に複数のレジスト層(以下、多層レジスト20と呼ぶ)を形成するステップである。この第1ステップS1は、3つのサブステップ(S11〜S13)から構成される。
<サブステップS11>
まず、サファイア基板10をスピンコータ(回転塗布装置)にセットし、サファイア基板10の表面上にフォトレジストを塗布する。塗布量は、プリベイクした後のフォトレジストの厚さが2000nm〜4000nmになるように調整する。次いで、フォトレジストを塗布したサファイア基板10をホットプレートでプリベイクする。プリベイクは、135℃〜230℃で5分〜10分間行う。
<First Step S1>
The first step S <b> 1 is a step of forming a plurality of resist layers (hereinafter referred to as a multilayer resist 20) on the surface of the
<Sub-step S11>
First, the
このようにしてサファイア基板10の表面に形成されたフォトレジスト層21を、以下、下フォトレジスト層21と呼ぶ。下フォトレジスト層21は、上述した温度条件によるプリベイク(一般に、ハードベイクと呼ばれている)により、光に対して反応しない状態となる。尚、フォトレジストは、色々な種類のものを使用することができるが、本実施形態においては、東京応化工業製のOFPR−800LBを使用する。
The
<サブステップS12>
サブステップS11が終了すると、次に、下フォトレジスト層21の形成されたサファイア基板10をCVD装置に装填し、気相成長により窒化シリコンSi3N4の膜22を下フォトレジスト層21の上に形成する。窒化シリコンSi3N4の膜22の厚さは、100nm程度になるように気相成長を行う。以下、この下フォトレジスト層21の上に形成された窒化シリコンSi3N4の膜22を窒化シリコン層22と呼ぶ。
<Sub-step S12>
When the sub-step S11 is completed, the
<サブステップS13>
サブステップS12が終了すると、次に、窒化シリコン層22を形成したサファイア基板10をスピンコータ(回転塗布装置)にセットし、窒化シリコン層22の上にフォトレジストを塗布する。塗布量は、プリベイクした後のフォトレジストの厚さが200nm〜1000nmになるように調整する。次いで、フォトレジストを塗布したサファイア基板10をホットプレートでプリベイクする。プリベイクは、90℃〜135℃で5分〜10分間行う。
<Sub-step S13>
When the sub-step S12 is completed, the
このようにして窒化シリコン層22の上に形成されたフォトレジスト層23を、以下、上フォトレジスト層23と呼ぶ。この上フォトレジスト層23は、上述した低い温度条件でプリベイクされたものであるため、レーザ光に対して反応跡の形成可能な層となる。また、上フォトレジスト層23は、後述するレーザ光照射により微細なピットを形成する層となるため、その厚さが薄く前記寸法に制限される。尚、フォトレジストは、色々な種類のものを使用することができるが、本実施形態においては、サブステップS11で用いた同じフォトレジストである東京応化工業製のOFPR−800LBを使用する。
The
こうして、第1ステップS1において、図3A(S1)に示すように、サファイア基板10の表面上に下フォトレジスト層21、窒化シリコン層22、上フォトレジスト層23からなる多層レジスト20が形成される。以下、多層レジスト20が形成されたサファイア基板10をレジスト付き基板1と呼ぶ。
Thus, in the first step S1, as shown in FIG. 3A (S1), the multilayer resist 20 including the
この第1ステップS1が、本発明における多層レジスト形成ステップに相当する。また、上フォトレジスト層23が、本発明におけるレーザ光照射により反応跡またはピットの形成可能な最上の層に相当し、窒化シリコン層22および下フォトレジスト層21が本発明におけるガスエッチング可能な層に相当し、そのうち、窒化シリコン層22が本発明におけるガスエッチング可能な層の上層に相当し、下フォトレジスト層21が本発明におけるガスエッチング可能な層の下層に相当する。
This first step S1 corresponds to the multilayer resist forming step in the present invention. The
<第2ステップS2>
第2ステップS2は、レーザ光照射により上フォトレジスト層23に反応跡23aを形成するステップである。
第1ステップS1が終了すると、レジスト付き基板1をレーザ加工装置にセットし、パルス状のレーザ光を多層レジスト20の上面に対して垂直に照射することにより一定間隔で上フォトレジスト層23に断面円形の反応跡23aを形成する(図3A(S2)参照)。レーザ光照射の影響は、窒化シリコン層22には殆どでないため、上フォトレジスト層23のみに反応跡23aが形成される。この第2ステップS2で使用するレーザ加工装置についは後述する。
<Second Step S2>
The second step S2 is a step of forming a
When the first step S1 is completed, the resist-coated
<第3ステップS3>
第3ステップS3は、反応跡23aを除去し、上フォトレジスト層23にピット23pを形成するステップである。
第2ステップS2が終了すると、次に、レジスト付き基板1を現像液の入った容器に数分間浸し、反応跡23aを除去する(図3(S3)参照)。その後、容器からレジスト付き基板1を取り出し、洗浄して現像液を除去し乾燥させる。現像液は、フォトレジストに対応したものを使用すれば良く、本実施形態においては、東京応化工業製OFPR−800LBに対応する現像液である東京応化工業製NMD−3を使用する。この場合、上フォトレジスト層23の下に形成されている窒化シリコン層22は、現像液浸漬を行っても殆ど変化しない。
<Third Step S3>
The third step S3 is a step of removing the
When the second step S2 is completed, the resist-coated
上フォトレジスト層23は、上述したように薄く形成されている。従って、この第2,第3ステップS2,S3により、上フォトレジスト層23に良好な形状をした微細なピット23pを形成することができる。このピット23pは、上フォトレジスト層23を貫通した断面円形の開口となる。第2ステップS2,第3ステップS3が、本発明の第1ピット形成ステップに相当する。
The
<第4ステップS4>
第4ステップS4は、ガスエッチングにより窒化シリコン層22にピット22pを形成するステップである。
第3ステップS3が終了すると、レジスト付き基板1をエッチング装置に装填し、上フォトレジスト層23をマスクとして使って、エッチングガスを多層レジスト20の上面に対して垂直方向に作用させる。これにより、窒化シリコン層22における上フォトレジスト層23のピット23pに臨む部位にピット22pが形成される(図3B(S4)参照)。このピット22pは、窒化シリコン層22を貫通した断面円形の開口となる。エッチングガスは、上フォトレジスト層23と窒化シリコン層22とを同時にエッチングするが、上フォトレジスト層23が目減りしてマスク機能が失われる前に、窒化シリコン層22にピットを形成させることができるエッチングガスを使用すれば良い。本実施形態においては、100%の四弗化炭素(CF4,フロン14)を使用する。この例では、上フォトレジスト層23と窒化シリコン層22との選択比は、ほぼ1:1である。
<Fourth Step S4>
The fourth step S4 is a step of forming
When the third step S3 is completed, the substrate with resist 1 is loaded into an etching apparatus, and an etching gas is applied in a direction perpendicular to the upper surface of the multilayer resist 20 using the
この場合、先の第2,第3ステップS2,S3において、レーザ光照射および現像液浸漬に対して窒化シリコン層22が殆ど変化していないため、窒化シリコン層22には上フォトレジスト層23と同様に良好な形状の微細なピット22pを形成することができる。
In this case, in the previous second and third steps S2 and S3, the
<第5ステップS5>
第5ステップS5は、ガスエッチングにより下フォトレジスト層21にピット21pを形成するステップである。
第4ステップS4が終了すると、次に、レジスト付き基板1を同じエッチング装置に装填したまま(または別のエッチング装置に装填し)、窒化シリコン層22をマスクとして使って、別のエッチングガスを多層レジスト20の上面に対して垂直方向に作用させる。これにより、下フォトレジスト層21における窒化シリコン層22のピット22pに臨む部位にピット21pが形成される(図3B(S5)参照)。このピット21pは、下フォトレジスト層21を貫通した断面円形の開口となる。
<Fifth Step S5>
The fifth step S5 is a step of forming
When the fourth step S4 is completed, the substrate with resist 1 is loaded in the same etching apparatus (or loaded in another etching apparatus), and another etching gas is applied in multiple layers using the
この第5ステップS5におけるエッチング開始時においては、窒化シリコン層22上に残っている上フォトレジスト層23もマスクとして機能するが、早い段階でガスエッチングにより除去され、実質的には窒化シリコン層22がマスクとして使用される。エッチングガスは、窒化シリコン層22と下フォトレジスト層21を同時にエッチングするが、窒化シリコン層22が目減りしてマスク機能が失われる前に、下フォトレジスト層21にピット21pを形成させることができるエッチングガスを使用すれば良い。本実施形態においては、100%の酸素(02)を使用する。この例では、下フォトレジスト層21と窒化シリコン層22との選択比(下フォトレジスト層21のエッチング速度/窒化シリコン層22のエッチング速度)は、ほぼ50:1である。
At the start of etching in the fifth step S5, the
これにより、窒化シリコン層22に形成されたピット22pと同じ断面形状の微細なピット21pを下フォトレジスト層21に形成することができる。また、残った多層レジスト20(下フォトレジスト層21と窒化シリコン層22)に、後述する第6ステップにおいてサファイア基板10をガスエッチングするときのマスクとして必要な厚さ分を確保することができる。
Thereby,
この第4ステップS4,第5ステップS5が、本発明における第2ピット形成ステップに相当する。また、第4ステップS4が、本発明における上層ピット形成ステップに相当し、第5ステップS5が、本発明における下層ピット形成ステップに相当する。 The fourth step S4 and the fifth step S5 correspond to the second pit formation step in the present invention. The fourth step S4 corresponds to the upper layer pit forming step in the present invention, and the fifth step S5 corresponds to the lower layer pit forming step in the present invention.
<第6ステップS6>
第6ステップS6は、ガスエッチングによりサファイア基板10にピット10pを形成するステップである。
第5ステップS5が終了すると、次に、レジスト付き基板1を同じエッチング装置に装填したまま(または別のエッチング装置に装填し)、下フォトレジスト21をマスクとして使って、別のエッチングガスを多層レジスト20の面に対して垂直方向に作用させる。これにより、サファイア基板10における下フォトレジスト層21のピット21pに臨む部位にピット10pが形成される(図3B(S6)参照)。
<Sixth Step S6>
The sixth step S6 is a step of forming
When the fifth step S5 is completed, the substrate with resist 1 is loaded in the same etching apparatus (or loaded in another etching apparatus), and another etching gas is applied in multiple layers using the
エッチングガスはサファイア基板10にピット10pを形成させることができればどのようなものでもよい。サファイア基板10が高硬度基板であることから、本実施形態においては、エッチング力の大きなCl2/CH4/Arの混合ガスを使用する。従って、このエッチングガスにより多層レジスト20もエッチングされるが、下フォトレジスト層21が2000nm〜4000nmと厚く形成されているため、下フォトレジスト層21におけるエッチングがサファイア基板10表面にまで達する前に、サファイア基板10のエッチングを終了することができる。このため、サファイア基板10には、多層レジスト20に形成されたピットと同じ平面形状であって深いピット、つまり、十分な深さの微細ピットを形成することができる。この第6ステップS6が、本発明の第3ピット形成ステップに相当する。
Any etching gas may be used as long as the
<第7ステップS7>
第7ステップS7は、サファイア基板10に形成された多層レジスト20(この場合、下フォトレジスト層21)を除去するステップである。
第6ステップS6が終了したサファイア基板10の表面には、下フォトレジスト層21が残っている。そこで、この第7ステップS7においては、下フォトレジスト層21の残っているサファイア基板10を剥離液の入った容器に数分間浸し、サファイア基板10から下フォトレジスト層21を除去する(図3B(S7)参照)。その後、容器からサファイア基板10を取り出し、洗浄して剥離液を除去し乾燥させる。尚、剥離液は、フォトレジストに対応したものを使用すれば良く、本実施形態においては、東京応化工業製OFPR−800LBに対応する剥離液である東京応化工業製104を使用する。
<Seventh Step S7>
The seventh step S7 is a step of removing the multilayer resist 20 (in this case, the lower photoresist layer 21) formed on the
The
以上説明した高硬度基板への微細ピットの形成方法によれば、多層レジスト20を形成する最上層となる上フォトレジスト層23を薄く形成しているため、レーザ光照射により上フォトレジスト層23に微細で直下の層に到達するピット23pを形成することができる。そして、この上フォトレジスト層23の直下の層としてレーザ光照射に対して反応跡が形成されない層(本実施形態においては窒化シリコン層22)を設けているため、第4ステップS4において同層(第2窒化シリコン層22)に上フォトレジスト層23のピット23pと同様な断面形状の微細なピット22pを形成することができる。
According to the method for forming fine pits on the high-hardness substrate described above, since the
更に、第5ステップS5において、エッチング選択比を大きく設定しているため、多層レジスト20の最下層(本実施形態における下フォトレジスト層21)に、第6ステップにおいてサファイア基板10をガスエッチングするときのマスクとして必要な厚さ分を確保することができる。
Furthermore, since the etching selectivity is set large in the fifth step S5, when the
この結果、本実施形態によれば、サファイア基板10に十分な深さの微細ピット10pを形成することができる。また、サファイア基板10にレーザ光を直接照射してピットを形成するわけではないため、高エネルギーのレーザ加工装置を必要とせず、製造コストの大幅な上昇を招かない。尚、本発明は、こうした実施形態の数値に限定されるものではなく、レジスト層の厚さ、種類、積層数、エッチングガスの種類等を適宜選択することにより、特に、高硬度基板に幅300nm〜800nm、深さ100nm〜500nmといった微細なピットを形成する場合に有効に適用することができる。また、本発明は、ピットの形成対象となる基板のエッチングレートがフォトレジストのエッチングレートに対して小さい場合に適用されるものであり、サファイア基板への適用に限定するものでもない。
As a result, according to the present embodiment,
次に、第2ステップS2において使用するレーザ加工装置について説明する。図4は、第2ステップS2において使用するレーザ加工装置の全体概略図である。このレーザ加工装置は、レジスト付き基板1を固定支持する支持部材としてのテーブル31と、レジスト付き基板1の上面に向けてレーザ光を照射してレジスト付き基板1をレーザ加工する加工ヘッド40とを備えている。テーブル31は、円形に形成されていて、スピンドルモータ32及びフィードモータ33によって駆動される。
Next, the laser processing apparatus used in 2nd step S2 is demonstrated. FIG. 4 is an overall schematic diagram of the laser processing apparatus used in the second step S2. This laser processing apparatus includes a table 31 as a support member that fixes and supports the resist-coated
スピンドルモータ32は、その回転により、回転軸32aを介してテーブル31を回転駆動する。スピンドルモータ32内には、同モータ32すなわちテーブル31の回転を検出して、同回転を表す回転検出信号を出力するエンコーダ32bが組み込まれている。エンコーダ32bは、スピンドルモータ32の回転を検出して同回転を表す回転検出信号をスピンドルモータ制御回路41に出力する。スピンドルモータ制御回路41は、後述するコントローラ60によって制御され、エンコーダ32bから供給される回転検出信号を用いて、スピンドルモータ32がコントローラ60が指示する回転速度で回転するように制御する。
The
フィードモータ33は、スクリューロッド34を回転させて、テーブル31を半径方向に移動する。スクリューロッド34は、その一端にてフィードモータ33の回転軸に一体回転するように連結され、その他端に支持部材35に固着されたナット(図示しない)に螺合している。支持部材35は、スピンドルモータ32を固定支持するとともに、テーブル31の径方向への移動のみが許容されている。したがって、フィードモータ33が回転すると、スピンドルモータ32、テーブル31及び支持部材35はスクリューロッド34及びナットからなるねじ機構によりテーブル31の径方向に移動する。
The
フィードモータ33内にも、フィードモータ33の回転を検出して、前記エンコーダ32bと同様な回転検出信号を出力するエンコーダ33aが組み込まれている。この回転検出信号は、半径位置検出回路43及びフィードモータ制御回路44に出力される。半径位置検出回路43は、エンコーダ33aからの回転検出信号をカウントするカウント回路を有し、このカウント回路のカウント値に基づいてレーザ光が照射されるテーブルの半径位置を検出して、半径位置を表す検出信号を出力する。なお、カウント回路の初期設定は、コントローラ60による指示により、フィードモータ制御回路44と協働して行われる。
Also incorporated in the
すなわち、コントローラ60は、初期において、フィードモータ制御回路44に支持部材35の初期位置への移動及び半径位置検出回路43に初期設定を指示する。この指示により、フィードモータ制御回路44は、フィードモータ33を回転させて支持部材35を初期位置に移動させる。なお、この初期位置は、フィードモータ33によって駆動される支持部材35の駆動制限位置である。半径位置検出回路43は、この支持部材35の移動中、エンコーダ33aからの回転検出信号を入力し続けている。そして、支持部材35が初期位置まで達してフィードモータ33の回転が停止すると、半径位置検出回路43はエンコーダ33aからの回転検出信号の入力停止を検出して、内蔵のカウント回路のカウント値を「0」にリセットする。このとき、半径位置検出回路43は、フィードモータ制御回路44に出力停止のための信号を出力し、これにより、フィードモータ制御回路44はフィードモータ33への駆動信号の出力を停止する。
That is, in the initial stage, the
フィードモータ制御回路44は、コントローラ60の指示により、フィードモータ33を駆動制御して、レーザ光の照射位置をテーブル31の指定半径位置へ移動させたり、テーブル31を半径方向に指定速度で移動させたりする。具体的には、フィードモータ制御回路44は、コントローラ60によって指定される半径位置へのレーザ光の照射位置の移動が指示されたときには、半径位置検出回路43によって検出される半径位置を用いてフィードモータ33の回転を制御し、検出される半径位置がコントローラ60から指定された半径位置に等しくなるまでフィードモータ33を回転させる。また、フィードモータ制御回路44は、コントローラ60によって指定される移動速度でレーザ光の照射位置をテーブル31の半径方向に移動させることが指示されたときには、エンコーダ33aからの回転検出信号からテーブル31の半径方向への移動速度を計算して、計算された移動速度がコントローラ60によって指定される移動速度に等しくなるようにフィードモータ33の回転を制御する。
The feed
加工ヘッド40は、レーザ光源40a、コリメートレンズ40b、偏光ビームスプリッタ40c、1/4波長板40d、対物レンズ40e、凸レンズ40f、シリンドリカルレンズ40g、4分割フォトディテクタ40h、フォーカスアクチュエータ40iなどを備え、レーザ光源40aからのレーザ光をレジスト付き基板1の表面に集光させるとともにレジスト付き基板1からの反射光を受光する。レーザ光源40aは、コントローラ60によって作動制御される発光信号供給回路45及びレーザ駆動回路46によって駆動制御される。発光信号供給回路45は、コントローラ60からの加工模様(ピット形状)を表すデータを入力して、同データに対応したパルス列信号をレーザ駆動回路46に供給する。レーザ駆動回路46は、コントローラ60によって制御されて、発光信号供給回路45からのパルス列信号に対応した駆動信号をレーザ光源40aに供給する。
The
また、このレジスト付き基板1に照射されたレーザ光による反射光は、4分割フォトディテクタ40hに導かれて受光される。4分割フォトディテクタ40hは、HF信号増幅回路47を介して4つの信号からなる受光信号をフォーカスエラー信号生成回路48に供給する。フォーカスエラー信号生成回路48は、4分割フォトディテクタ40hにより検出されてHF信号増幅回路47にて増幅された受光信号に基づいて、フォーカスエラー信号を生成してフォーカスサーボ回路49に出力する。フォーカスサーボ回路49は、フォーカスエラー信号に基づいてフォーカスサーボ信号を生成し、ドライブ回路50に供給する。ドライブ回路50は、このフォーカスサーボ信号に応じて加工ヘッド40内のフォーカスアクチュエータ40iを駆動制御して、レーザ光がレジスト付き基板1の表面で合焦するように制御する。なお、フォーカスアクチュエータ40iは、加工ヘッド40内に設けられて対物レンズ40eをレーザ光の光軸方向に変位させるものである。
Further, the reflected light by the laser light applied to the resist-coated
コントローラ60は、CPU、ROM、RAM、ハードディスクなどの記憶装置などからなるコンピュータによって構成されており、キーボード、マウスなどからなる入力装置61からの指示に従って、プログラムを実行することにより、レーザ加工装置を作動させる。また、コントローラ60には、作動指示及び作動状況を作業者に対して視覚的に知らせるための表示装置62も接続されている。
The
レジスト付き基板1は、円盤形状をなし、図5に示すように、基板固定治具70を介してテーブル31にセットされる。基板固定治具70は、レジスト付き基板1をテーブル31の中心軸まわりに周方向に複数枚(本実施形態では4枚)並べて固定するための固定孔70hが穿設されておりテーブル31の上面に載置される。レジスト付き基板1は、図6に示すように、多層レジスト20形成面側を上に向けて基板固定治具70の固定孔70hに挿入される。テーブル31の上面には複数の吸引孔31aが形成されており、図示しない吸引装置の作動により、吸引孔31aに負圧を発生させて基板固定治具70とレジスト付き基板1とをテーブル31の上面に吸引固定する。
The
このレーザ加工装置においては、コントローラ60によりスピンドルモータ制御回路41、フィードモータ制御回路44、レーザ駆動回路46に制御信号を出力することにより、テーブル31を回転させながら半径方向に送るとともに、加工ヘッド40からパルス状のレーザ光を照射する。従って、1つのテーブル31で複数のレジスト付き基板1の上フォトレジスト層23に対して、反応跡23aあるいは微細ピット23pを形成することができる。尚、本実施形態においては、テーブル31を半径方向に移動させる構成をとっているが、加工ヘッド40をテーブル31の半径方向に移動させる構成を採用しても良い。
In this laser processing apparatus, the
このように本実施形態においては、第2ステップS2においてレジスト付き基板1にレーザ光を照射するとき、レジスト付き基板1をテーブル31上にテーブルの中心軸まわりに周方向に複数枚並べ、テーブル31を回転させながらテーブル31と加工ヘッド40との相対位置をテーブル31の半径方向に変化させるため、加工効率が非常によい。
As described above, in this embodiment, when the resist-coated
以上、本発明の実施形態について詳しく説明したが、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形も可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, in implementing this invention, it is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible unless it deviates from the objective of this invention.
例えば、本実施形態においては、第2ステップS2にてレーザ光照射により上フォトレジスト層23に反応跡23aを形成し、第3ステップS3にて現像液を作用させることにより上フォトレジスト層23にピット23pを形成したが、レーザ光照射によりピット23pが形成されるレジスト材料を用いることで、現像液で反応跡を除去するステップを省略するようにしてもよい。この場合には、第3ステップS3を省略することができ、一層効率よくサファイア基板10にピット10pを形成することができる。
For example, in the present embodiment, a
また、本実施形態においては、第7ステップS7にて、剥離液を使ってサファイア基板10に残った下フォトレジスト層21の除去を行うようにしているが、レジスト付き基板1を同じエッチング装置に装填したまま(または別のエッチング装置に装填し)、第5ステップS5で用いたエッチングガスである100%の酸素(02)を下フォトレジスト層21に作用させて除去するようにしてもよい。この場合、サファイア基板10は、100%の酸素(02)ではエッチングされないため、残っている下フォトレジスト層21を除去できる時間より多めにエッチングガスを作用させればよい。
In the present embodiment, in the seventh step S7, the
また、本実施形態において、レーザ加工装置は、一度に複数枚のレジスト付き基板1をテーブルに載せてレーザ光照射する構成を採用しているが、それに限定されるものではなく、任意のレーザ加工装置を使用することができる。
In the present embodiment, the laser processing apparatus employs a configuration in which a plurality of resist-coated
1…レジスト付き基板、10…サファイア基板、10p…ピット(微細ピット)、20…多層レジスト、21…下フォトレジスト層、21p…ピット、22…窒化シリコン層、22p…ピット、23…上フォトレジスト層、23a…反応跡、23p…ピット、31…テーブル、32…スピンドルモータ、33…フィードモータ、40…加工ヘッド、60…コントローラ、70…基板固定治具、70h…固定孔。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記多層レジスト形成ステップにより前記多層レジストが形成されたレジスト付き基板の最上の層にレーザ光を照射することにより、または、前記最上の層にレーザ光を照射した上で最上の層に現像液を作用させることにより、前記最上の層にピットを形成する第1ピット形成ステップと、
前記第1ピット形成ステップにより最上の層にピットが形成されたレジスト付き基板の上面にエッチングガスを作用させ、前記ガスエッチング可能な層にピットを形成する第2ピット形成ステップと、
前記第2ピット形成ステップによりガスエッチング可能な層にピットが形成されたレジスト付き基板の上面に前記第2ピット形成ステップで用いたエッチングガスとは異なるエッチングガスを作用させ、前記基板にピットを形成する第3ピット形成ステップと
を含むことを特徴とする基板のピット形成方法。 A multilayer resist forming step of forming on the substrate surface a multilayer resist having an uppermost layer capable of forming reaction traces or pits by laser light irradiation and a gas-etchable layer formed under the uppermost layer;
By irradiating the uppermost layer of the resist-coated substrate on which the multilayer resist is formed in the multilayer resist forming step with a laser beam, or irradiating the uppermost layer with a laser beam and then applying a developer to the uppermost layer. A first pit forming step of forming pits in the uppermost layer by acting;
A second pit forming step of forming an pit in the gas-etchable layer by causing an etching gas to act on the upper surface of the resist-coated substrate in which the pit is formed in the uppermost layer by the first pit forming step;
An etching gas different from the etching gas used in the second pit formation step is allowed to act on the upper surface of the resist-coated substrate in which pits are formed in the gas-etchable layer in the second pit formation step, thereby forming pits on the substrate. And a third pit forming step. A method for forming a pit on a substrate.
前記ガスエッチング可能な層を、上層と下層との2つの層で形成し、
前記第2ピット形成ステップは、
前記第1ピット形成ステップにより最上の層にピットが形成されたレジスト付き基板の上面に第1エッチングガスを作用させ、前記ガスエッチング可能な層の上層にピットを形成する上層ピット形成ステップと、
前記上層ピット形成ステップによりガスエッチング可能な層の上層にピットが形成されたレジスト付き基板の上面に第1エッチングガスとは異なる第2エッチングガスを作用させ、前記ガスエッチング可能な層の下層にピットを形成する下層ピット形成ステップとを含むことを特徴とする請求項1または2記載の基板のピット形成方法。 The multilayer resist forming step includes:
The gas-etchable layer is formed of two layers, an upper layer and a lower layer,
The second pit formation step includes
An upper layer pit forming step of forming a pit on an upper layer of the gas-etchable layer by causing a first etching gas to act on the upper surface of the resist-coated substrate in which the pit is formed in the uppermost layer by the first pit forming step;
A second etching gas different from the first etching gas is allowed to act on the upper surface of the resist-coated substrate in which pits are formed in the upper layer of the gas-etchable layer in the upper layer pit forming step, and pits are formed in the lower layer of the gas-etchable layer. 3. A method for forming a pit on a substrate according to claim 1, further comprising a lower layer pit forming step for forming the substrate.
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