JP2024008016A - パターン化基材の製造方法、加工方法、およびレーザ素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】得られるパターンの精度を向上可能なパターン化基材の製造方法を提供する。【解決手段】基材の上にポジ型レジストからなるレジスト層を形成する工程と、前記レジスト層の一部を電子線により露光することにより、前記レジスト層に露光部と非露光部とを形成する工程と、前記レジスト層の現像を行うことにより、前記露光部が除去され前記非露光部が残存したパターン化レジスト層を得る工程と、前記パターン化レジスト層に電子線を照射する工程と、前記パターン化レジスト層をエッチングマスクとして、または、前記パターン化レジスト層のパターンを転写したパターン化マスク層をエッチングマスクとして、前記基材をエッチングする工程と、を有する、パターン化基材の製造方法。【選択図】 図１
Description
本発明は、パターン化基材の製造方法、加工方法、およびレーザ素子の製造方法に関する。
電子線照射によるレジストのパターン化は、例えばナノサイズの微細加工などに適用が期待されている。例えば、特許文献１には、電子線照射により露光するポジ型レジストとネガ型レジストを組み合わせたエッチングマスクを用いたナノインプリントモールドの製造方法が記載されている。
特許文献１ではポジ型レジストの形成時のパターン形状の乱れに着目しているが、形成後においても、ポジ型レジストはエッチングの際に形状が変化することがある。得たいパターン形状が微細であるほど形状変化の影響は大きく、変化の程度によっては被加工物に意図通りのパターン形状を加工できないことがある。
本開示の一実施形態のパターン化基材の製造方法は、基材の上にポジ型レジストからなるレジスト層を形成する工程と、前記レジスト層の一部を電子線により露光することにより、前記レジスト層に露光部と非露光部とを形成する工程と、前記レジスト層の現像を行うことにより、前記露光部が除去され前記非露光部が残存したパターン化レジスト層を得る工程と、前記パターン化レジスト層に電子線を照射する工程と、前記パターン化レジスト層をエッチングマスクとして、または、前記パターン化レジスト層のパターンを転写したパターン化マスク層をエッチングマスクとして、前記基材をエッチングする工程と、を有する。
本開示の一実施形態の加工方法は、上述の方法によりパターン化基材を得る工程と、前記パターン化基材のパターンを、被加工物の上に設けた加工用レジスト層に転写することにより、パターン化加工用マスク層を得る工程と、前記パターン化加工用マスク層をエッチングマスクとして前記被加工物をエッチングする工程と、を有する。
本開示の一実施形態のレーザ素子の製造方法は、複数の半導体層が積層された半導体積層体を形成する工程と、上述の加工方法を用いて、前記半導体積層体に回折格子を形成する工程と、を有する。
本開示の一実施形態のレーザ素子の製造方法は、前記基材は、窒化物半導体基板であり、上述の方法によりパターン化基材としてパターン化基板を得る工程と、前記パターン化基板の上に複数の半導体層を積層する工程と、を有する。
本開示における一実施形態のパターン化基材の製造方法によれば、得られるパターン化基材のパターンの精度を向上させることができる。本開示における一実施形態の加工方法によれば、加工精度を向上させることができる。本開示における一実施形態のレーザ素子の製造方法によれば、レーザ素子へのパターン加工の精度を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態について適宣図面を参照して説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。
＜第１実施形態＞
図１～図２Ｆを用いて、第１実施形態に係るパターン化基材の製造方法を説明する。図１は、第１実施形態のパターン化基材の製造方法を示すフローチャートである。図２Ａ～図２Ｆは、第１実施形態のパターン化基材の製造方法を説明するための模式図である。
図１～図２Ｆを用いて、第１実施形態に係るパターン化基材の製造方法を説明する。図１は、第１実施形態のパターン化基材の製造方法を示すフローチャートである。図２Ａ～図２Ｆは、第１実施形態のパターン化基材の製造方法を説明するための模式図である。
図１に示すように、第１実施形態に係るパターン化基板の製造方法は、レジスト層形成工程Ｓ１０１と、露光部および非露光部形成工程Ｓ１０２と、パターン化レジスト層を得る工程Ｓ１０３と、電子線照射工程Ｓ１０４と、エッチング工程Ｓ１０５と、を有する。本実施形態の方法によれば、エッチングにおけるパターン化レジスト層の形状変化の度合いを低減することができ、得られるパターン化基材のパターンの精度を向上させることができる。
（レジスト層形成工程Ｓ１０１）
まず、図２Ａに示すように、基材１の上にレジスト層２を形成する。レジスト層２は、ポジ型レジストからなる。レジスト層２は、電子線露光用レジストである。レジスト層２は、例えば塗布により形成することができる。レジスト層２の厚さは、例えば１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることができる。
まず、図２Ａに示すように、基材１の上にレジスト層２を形成する。レジスト層２は、ポジ型レジストからなる。レジスト層２は、電子線露光用レジストである。レジスト層２は、例えば塗布により形成することができる。レジスト層２の厚さは、例えば１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることができる。
ポジ型レジストは、電子線の照射によって現像液に対する可溶性が増すレジストである。ポジ型レジストとして、例えば化学増幅型ポジ型レジストを用いることができる。ポジ型レジストとしては、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）（例えば、米国マイクロケム社製）、ポリメチルグルタルイミド（ＰＭＧＩ）（例えば、米国マイクロケム社製）、日本ゼオン社製のＺＥＰ５２０などを用いることができる。
基材１は、後に行うエッチング工程Ｓ１０５において加工したい材料である。基材１の材料としては、例えば、シリコンや窒化物半導体などの半導体や、ガラスなどが挙げられる。
（露光部および非露光部形成工程Ｓ１０２）
次に、図２Ｂおよび図２Ｃに示すように、レジスト層２の一部を電子線ＥＢにより露光することにより、レジスト層２に露光部２ａと非露光部２ｂとを形成する。露光部２ａは、電子線ＥＢを用いて描画することにより形成することができる。電子線描画による露光部２ａの形成は、微細なパターンの形成に適している。電子線描画は、マスクを用いず、任意の箇所に電子線を照射する方法である。電子線描画は、電子ビームを照射する位置を移動させながら間欠的に照射することで行ってもよい。レジスト層２に照射される電子ビームの１ショットあたりのスポット径は、形成したい露光部２ａのサイズに応じて決定することができる。電子ビームのスポット径は、例えば、１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満とすることができる。
次に、図２Ｂおよび図２Ｃに示すように、レジスト層２の一部を電子線ＥＢにより露光することにより、レジスト層２に露光部２ａと非露光部２ｂとを形成する。露光部２ａは、電子線ＥＢを用いて描画することにより形成することができる。電子線描画による露光部２ａの形成は、微細なパターンの形成に適している。電子線描画は、マスクを用いず、任意の箇所に電子線を照射する方法である。電子線描画は、電子ビームを照射する位置を移動させながら間欠的に照射することで行ってもよい。レジスト層２に照射される電子ビームの１ショットあたりのスポット径は、形成したい露光部２ａのサイズに応じて決定することができる。電子ビームのスポット径は、例えば、１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満とすることができる。
図２Ｂに示すように、露光部２ａは、複数の領域からなる規則的なパターンとすることができる。上面視において、露光部２ａは、規則的に配置された複数のストライプ領域を有することができる。複数のストライプ領域のピッチＰは１μｍ未満とすることができる。本実施形態の方法によれば、このような微細形状の露光部２ａを形成する場合であっても、得られるパターンの精度を向上させることができる。ピッチＰは、５００ｎｍ以下であってもよく、１００ｎｍ以下であってもよい。ピッチＰは、例えば２０ｎｍ以上としてよい。露光部２ａのストライプ領域は、一方の長辺と他方の長辺を有する。ピッチＰは、１つのストライプ領域の一方の長辺から隣のストライプ領域の一方の長辺までの距離を指す。露光部２ａの上面視形状は、円形、楕円、多角形、またはそれらの組み合わせでもよく、網目状でもよい。
上面視において、露光部２ａの面積は、非露光部２ｂの面積よりも小さいことが好ましい。これにより、そうでない場合と比較して、電子線描画にかかる時間を短縮することができる。非露光部２ｂの面積に対する露光部２ａの面積の比は、１未満であることが好ましく、１／２以下であることがより好ましく、１／６以下であることがさらに好ましい。例えば、図２Ｂに示すように、露光部２ａは、上面視において、レジスト層２の外縁に到達しない形状および配置としてよい。レジスト層２はポジ型レジストであるので、露光部２ａを形成した領域の直下が加工される予定の領域である。もしレジスト層２としてネガ型レジストを用いて同様の加工を行う場合は、露光部と非露光部の配置を逆転させることとなり、図２Ｂのような形状で加工を行いたい場合は、露光部の面積が非露光部の面積よりも大きくなる。レジスト層２としてポジ型レジストを用いることにより、ネガ型レジストを用いる場合と比較して露光のための電子線描画を行う時間を短縮することができる。
露光部２ａの深さは、レジスト層２の厚さと同じであってもよく、それより小さくてもよい。露光部２ａの深さは、例えば、レジスト層２の厚さの半分以上とすることができる。露光部２ａの深さは、照射する電子線の強さや照射時間によって調整してよい。
（パターン化レジスト層を得る工程Ｓ１０３）
次に、図２Ｄに示すように、レジスト層２の現像を行うことにより、露光部２ａが除去され非露光部２ｂが残存したパターン化レジスト層３を得る。図２Ｄでは、露光部２ａが除去された部分において基材１が露出している。基材１が露出しない程度に露光部２ａが除去されていてもよい。この場合、パターン化レジスト層３は、凹部と凸部を有する形状であるといえる。
次に、図２Ｄに示すように、レジスト層２の現像を行うことにより、露光部２ａが除去され非露光部２ｂが残存したパターン化レジスト層３を得る。図２Ｄでは、露光部２ａが除去された部分において基材１が露出している。基材１が露出しない程度に露光部２ａが除去されていてもよい。この場合、パターン化レジスト層３は、凹部と凸部を有する形状であるといえる。
レジスト層２の現像は、基材１とレジスト層２を含む複合体を、現像液に浸漬することにより行うことができる。現像液に浸漬することで、露光部２ａが現像液に溶解し、非露光部２ｂが残存する。現像に用いる現像液としては、アルカリ性化合物の少なくとも１種を溶解したアルカリ水溶液が挙げられる。アルカリ性化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、けい酸ナトリウム、メタけい酸ナトリウム、アンモニア水、エチルアミン、ｎ－プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ－ｎ－プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、エチルジメチルアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）、ピロール、ピペリジン、コリン、１，８－ジアザビシクロ－［５．４．０］－７－ウンデセン、１，５－ジアザビシクロ－［４．３．０］－５－ノネン等が挙げられる。現像液は、炭化水素系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、ケトン系溶剤、アルコール系溶剤等の有機溶剤、又は有機溶剤を含有する溶剤であってもよい。
現像液に浸漬する前に、露光部２ａと非露光部２ｂの現像液に対する溶解性の差を生じさせるためにレジスト層２を加熱してもよい。この加熱の温度は、例えば５０℃～１８０℃とすることができる。この加熱の時間は、例えば５秒～６００秒とすることができる。また、現像液に浸漬した後、水又はアルコール等のリンス液で洗浄し、乾燥してよい。
（電子線照射工程Ｓ１０４）
次に、図２Ｅに示すように、パターン化レジスト層３に電子線ＥＢを照射する。これにより、後に行うエッチング工程Ｓ１０５において、パターン化レジスト層３の形状変化の程度を小さくすることができるため、得られるパターン精度を向上させることができる。
次に、図２Ｅに示すように、パターン化レジスト層３に電子線ＥＢを照射する。これにより、後に行うエッチング工程Ｓ１０５において、パターン化レジスト層３の形状変化の程度を小さくすることができるため、得られるパターン精度を向上させることができる。
電子線ＥＢは、パターン化レジスト層３の全体に照射してもよく、一部に照射してもよい。電子線ＥＢを照射する領域は、少なくとも、パターン化レジスト層３が有するパターンの境界部分を含むことが好ましい。これによって、後に行うエッチング工程Ｓ１０５において、パターンの境界部分の形状変化の程度を小さくすることができるため、基材１に形成される加工パターンの精度をより確実に向上させることができる。電子線ＥＢは、例えば、パターン化レジスト層３の全体に照射する。
露光部および非露光部形成工程Ｓ１０２と同様の電子ビームを用いて、電子線描画により、パターン化レジスト層３に電子線ＥＢを照射してもよい。この場合は、パターン化レジスト層３の一部のみに電子線ＥＢを照射することで、照射時間の短縮を図ることができる。パターン化レジスト層３に照射する電子線ＥＢのビームサイズは、パターン化レジスト層３の全体を同時に照射できるサイズであってもよい。これにより、電子線描画を行う場合よりも短い時間でパターン化レジスト層３の全体に電子線ＥＢを照射することができる。パターン化レジスト層３の全体に電子線ＥＢを同時に照射する方法としては、例えば特表２００３－５０２６９８号公報に記載の方法が挙げられる。
（エッチング工程Ｓ１０５）
次に、パターン化レジスト層３をエッチングマスクとして、基材１をエッチングする。これにより、図２Ｆに示すように、パターン化基材４を得ることができる。電子線照射工程Ｓ１０４を経ていることにより、エッチングにおいてパターン化レジスト層３の形状が変化する度合いを小さくすることができる。したがって、得られるパターン化基材４に形成されるパターンの精度を向上させることができる。エッチング工程Ｓ１０５は、パターン化レジスト層３のパターンを転写したパターン化マスク層をエッチングマスクとして、基材１をエッチングしてもよい。
次に、パターン化レジスト層３をエッチングマスクとして、基材１をエッチングする。これにより、図２Ｆに示すように、パターン化基材４を得ることができる。電子線照射工程Ｓ１０４を経ていることにより、エッチングにおいてパターン化レジスト層３の形状が変化する度合いを小さくすることができる。したがって、得られるパターン化基材４に形成されるパターンの精度を向上させることができる。エッチング工程Ｓ１０５は、パターン化レジスト層３のパターンを転写したパターン化マスク層をエッチングマスクとして、基材１をエッチングしてもよい。
エッチングは、例えばドライエッチングである。ドライエッチングで基材１を加工することにより、ウェットエッチングで加工する場合と比較して、エッチングマスクのパターンにより近いパターンを基材１に形成することができる。ドライエッチングの場合、パターン化レジスト層３がエッチングガスと反応して局所的に成長することによってパターン化レジスト層３の形状変化が生じることがある。電子線照射工程Ｓ１０４を行うことで、そのようなパターン化レジスト層３とエッチングガスとの反応を抑制することが可能であると考えられる。エッチングガスは、パターン化レジスト層３に対するエッチングレートが、基材１のような被加工物に対するエッチングレートよりも低いものを選択する。エッチングガスとしては、例えば、塩素系ガスまたはフッ素系ガスの少なくともいずれか一方を含むガスを用いることができる。
エッチング工程Ｓ１０５は、パターン化レジスト層３が完全に除去されるまで行ってもよく、パターン化レジスト層３が残存する程度で止めてもよい。エッチング工程Ｓ１０５を経てもパターン化レジスト層３が残っている場合は、エッチング工程Ｓ１０５の後に、パターン化レジスト層３を除去する工程を行ってよい。
（変形例）
パターン化レジスト層３のパターンを転写したパターン化マスク層をエッチングマスクとしてエッチング工程Ｓ１０５を行う場合の一例を、変形例として説明する。図３は、変形例の製造方法を示すフローチャートである。図４Ａ～図４Ｃは、変形例の製造方法を説明するための模式図である。変形例の製造方法は、レジスト層形成工程Ｓ１０１の前に、マスク層形成工程Ｓ１０６を有し、電子線照射工程Ｓ１０４の後に、パターン化マスク層を得る工程Ｓ１０７を有する。
パターン化レジスト層３のパターンを転写したパターン化マスク層をエッチングマスクとしてエッチング工程Ｓ１０５を行う場合の一例を、変形例として説明する。図３は、変形例の製造方法を示すフローチャートである。図４Ａ～図４Ｃは、変形例の製造方法を説明するための模式図である。変形例の製造方法は、レジスト層形成工程Ｓ１０１の前に、マスク層形成工程Ｓ１０６を有し、電子線照射工程Ｓ１０４の後に、パターン化マスク層を得る工程Ｓ１０７を有する。
（マスク層形成工程Ｓ１０６）
図４Ａに示すように、基材１の上にマスク層５を形成する。レジスト層２は、マスク層５の上に形成する。マスク層５の材料は、マスク層５のエッチングレートがパターン化レジスト層３のエッチングレートよりも大きくなるように選定する。マスク層５は、例えばシリコン酸化膜である。シリコン酸化膜はＳｉＯ２膜であってよい。
図４Ａに示すように、基材１の上にマスク層５を形成する。レジスト層２は、マスク層５の上に形成する。マスク層５の材料は、マスク層５のエッチングレートがパターン化レジスト層３のエッチングレートよりも大きくなるように選定する。マスク層５は、例えばシリコン酸化膜である。シリコン酸化膜はＳｉＯ２膜であってよい。
（パターン化マスク層を得る工程Ｓ１０７）
図４Ｂに示すようにパターン化レジスト層３を得た後、図４Ｃに示すように、パターン化レジスト層３をエッチングマスクとしてマスク層５をエッチングし、パターン化マスク層６を得る。図４Ｃではパターン化レジスト層３が残存しているが、残存していなくてもよい。
図４Ｂに示すようにパターン化レジスト層３を得た後、図４Ｃに示すように、パターン化レジスト層３をエッチングマスクとしてマスク層５をエッチングし、パターン化マスク層６を得る。図４Ｃではパターン化レジスト層３が残存しているが、残存していなくてもよい。
エッチングは、例えばドライエッチングである。ドライエッチングでマスク層５を加工することにより、ウェットエッチングで加工する場合と比較して、パターン化レジスト層３のパターンにより近いパターンをマスク層５に形成することができる。先に電子線照射工程Ｓ１０４を行うことで、パターン化レジスト層３とエッチングガスとの反応を抑制することが可能であると考えられる。エッチングガスは、パターン化レジスト層３に対するエッチングレートが、パターン化レジスト層３に対するエッチングレートよりも低いものを選択する。エッチングガスとしては、例えば、塩素系ガスまたはフッ素系ガスの少なくともいずれか一方を含むガスを用いることができる。
エッチングは、パターン化レジスト層３が完全に除去されるまで行ってもよく、パターン化レジスト層３が残存する程度で止めてもよい。パターン化マスク層を得る工程Ｓ１０７を経てもパターン化レジスト層３が残存している場合は、エッチング工程Ｓ１０５の前に、パターン化レジスト層３を除去する工程を行ってもよいが、残存したままでもよい。
そして、エッチング工程Ｓ１０５において、パターン化マスク層６をエッチングマスクとして基材１をエッチングする。パターン化レジスト層３が残存している場合は、パターン化レジスト層３もエッチングマスクに一部であるといえる。エッチング工程Ｓ１０５におけるパターン化レジスト層３のエッチングレートが基材１のエッチングレートよりも大きい場合に、このようにパターン化マスク層６を形成することが好ましい。これにより、効率的に基材１の加工を行うことができる。エッチング工程Ｓ１０５におけるパターン化マスク層６のエッチングレートは基材１のエッチングレートよりも小さいことが好ましい。これにより、さらに効率的に基材１の加工を行うことができる。例えば、パターン化マスク層６をシリコン酸化膜とし、基材１を窒化物半導体基板とすることができる。エッチング工程Ｓ１０５におけるエッチングマスクのエッチングレートは基材１のエッチングレートよりも必ずしも小さくなくてもよい。その場合は、エッチング工程Ｓ１０５を行う間にエッチングマスクが完全に除去されない程度にエッチングマスクを厚く形成する。
電子線照射工程Ｓ１０４を行い、且つパターン化マスク層を得る工程Ｓ１０７としてドライエッチングを行った後のパターン化レジスト層３の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図５に示す。図５において、電子線照射工程Ｓ１０４はＳＥＭ装置に搭載の電子銃を用いて行った。電子線照射工程Ｓ１０４を行わずにパターン化マスク層を得る工程Ｓ１０７としてドライエッチングを行った後のパターン化レジスト層３のＳＥＭ写真を図６に示す。図５および図６はいずれも上面から撮影したものであり、薄い灰色の部分がパターン化レジスト層３である。ピッチはいずれも約９５ｎｍである。図６に示すようにパターン化レジスト層３の形状の変化が生じたのは、電子線照射工程Ｓ１０４を行っていないパターン化レジスト層３がドライエッチングのエッチングガスと反応したためと考えられる。
＜第２実施形態＞
図７～図８Ｅを用いて、第２実施形態に係る加工方法を説明する。図７は、第２実施形態の加工方法を示すフローチャートである。図８Ａ～図８Ｅは、第２実施形態の加工方法を説明するための模式図である。
図７～図８Ｅを用いて、第２実施形態に係る加工方法を説明する。図７は、第２実施形態の加工方法を示すフローチャートである。図８Ａ～図８Ｅは、第２実施形態の加工方法を説明するための模式図である。
図７に示すように、第２実施形態に係る加工方法は、パターン化基材を得る工程Ｓ２０１と、パターン化加工用マスク層を得る工程Ｓ２０２と、エッチング工程Ｓ２０３と、を有する。本実施形態の方法によれば、加工精度を向上させることができる。
（パターン化基材を得る工程Ｓ２０１）
第１実施形態で述べた方法により、パターン化基材４を得る。
第１実施形態で述べた方法により、パターン化基材４を得る。
（パターン化加工用マスク層を得る工程Ｓ２０２）
次に、パターン化基材４のパターンを、被加工物１２の上に設けた加工用レジスト層１３に転写することにより、パターン化加工用マスク層１４を得る。パターン化基材４のパターンの転写は、加工用レジスト層に直接行ってもよいが、図８Ａ～図８Ｃに示すように、レプリカモールド１１を経由してもよい。加工用レジスト層１３に直接転写する場合はパターン化基材４のパターンの凹凸が反転したものがパターン化加工用マスク層１４のパターンとなるが、レプリカモールド１１を経由する場合はパターン化基材４のパターンの凹凸がそのままパターン化加工用マスク層１４のパターンとなる。パターンの転写とはいずれを意味していてもよい。パターン化基材４のパターンのパターン化加工用マスク層１４への転写には、公知のインプリント技術を用いることができる。
次に、パターン化基材４のパターンを、被加工物１２の上に設けた加工用レジスト層１３に転写することにより、パターン化加工用マスク層１４を得る。パターン化基材４のパターンの転写は、加工用レジスト層に直接行ってもよいが、図８Ａ～図８Ｃに示すように、レプリカモールド１１を経由してもよい。加工用レジスト層１３に直接転写する場合はパターン化基材４のパターンの凹凸が反転したものがパターン化加工用マスク層１４のパターンとなるが、レプリカモールド１１を経由する場合はパターン化基材４のパターンの凹凸がそのままパターン化加工用マスク層１４のパターンとなる。パターンの転写とはいずれを意味していてもよい。パターン化基材４のパターンのパターン化加工用マスク層１４への転写には、公知のインプリント技術を用いることができる。
レプリカモールド１１を経由する場合は、パターン化基材４を型として用いてレプリカモールド１１を形成する工程をさらに有する。そして、パターン化加工用マスク層１４を得る工程Ｓ２０２において、レプリカモールド１１のパターンを、被加工物１２の上に設けた加工用レジスト層１３に転写することにより、パターン化加工用マスク層１４を得る。レプリカモールド１１を経由する場合は、パターン化加工用マスク層１４の形成にはレプリカモールド１１を繰り返し使用すればよく、レプリカモールド１１のパターンが摩耗したときに再びパターン化基材４を使用して新しいレプリカモールド１１を作製すればよい。このため、パターンの加工精度をより向上させることができる。
レプリカモールド１１および加工用レジスト層１３の材料としては、公知のインプリント技術で用いられる材料を採用することができる。例えば、紫外線によって硬化するレジストにパターン化基材４を押圧し、紫外線を照射することで硬化させ、その硬化物をレプリカモールド１１とすることができる。例えば、紫外線によって硬化する加工用レジスト層１３にレプリカモールド１１を押圧し、紫外線を照射することで硬化させ、その硬化物をパターン化加工用マスク層１４とすることができる。レプリカモールド１１は、基板とレジストの複合部材から構成されていてもよい。
（エッチング工程Ｓ２０３）
図８Ｄに示すように、パターン化加工用マスク層１４をエッチングマスクとして被加工物１２をエッチングする。これにより、図８Ｅに示すように、パターン化被加工物１５を得ることができる。エッチングマスクおよびエッチング方法は、第１実施形態で述べたエッチング工程Ｓ１０５と同様のものを採用することができる。例えば、エッチングマスクは、上述の変形例１のパターン化マスク層であってもよい。
図８Ｄに示すように、パターン化加工用マスク層１４をエッチングマスクとして被加工物１２をエッチングする。これにより、図８Ｅに示すように、パターン化被加工物１５を得ることができる。エッチングマスクおよびエッチング方法は、第１実施形態で述べたエッチング工程Ｓ１０５と同様のものを採用することができる。例えば、エッチングマスクは、上述の変形例１のパターン化マスク層であってもよい。
＜第３実施形態＞
図９～図１０Ｃを用いて、第３実施形態に係るレーザ素子の製造方法を説明する。図９は、第３実施形態のレーザ素子の製造方法を示すフローチャートである。図１０Ａ～図１０Ｃは、第３実施形態のレーザ素子の製造方法を説明するための模式図である。
図９～図１０Ｃを用いて、第３実施形態に係るレーザ素子の製造方法を説明する。図９は、第３実施形態のレーザ素子の製造方法を示すフローチャートである。図１０Ａ～図１０Ｃは、第３実施形態のレーザ素子の製造方法を説明するための模式図である。
図９に示すように、第３実施形態に係るレーザ素子の製造方法は、半導体積層体形成工程Ｓ３０１と、回折格子形成工程Ｓ３０２と、を有する。本実施形態の方法によれば、得られるレーザ素子のパターンの精度を向上させることができる。
（半導体積層体形成工程Ｓ３０１）
まず、図１０Ａに示すように、複数の半導体層が積層された第１半導体積層体２２を形成する。第１半導体積層体２２は、基板２１の上に形成することができる。基板２１は、例えば半導体基板である。半導体基板としては、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮなどの窒化物半導体の基板が挙げられる。基板２１は、例えば導電性の基板である。基板２１は、絶縁性の基板であってもよい。第１半導体積層体２２を構成する半導体としては、例えばＩＩＩ－Ｖ族半導体が挙げられる。第１半導体積層体２２を構成する半導体は、例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＮなどの窒化物半導体である。第１半導体積層体２２は、例えば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により形成することができる。
まず、図１０Ａに示すように、複数の半導体層が積層された第１半導体積層体２２を形成する。第１半導体積層体２２は、基板２１の上に形成することができる。基板２１は、例えば半導体基板である。半導体基板としては、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮなどの窒化物半導体の基板が挙げられる。基板２１は、例えば導電性の基板である。基板２１は、絶縁性の基板であってもよい。第１半導体積層体２２を構成する半導体としては、例えばＩＩＩ－Ｖ族半導体が挙げられる。第１半導体積層体２２を構成する半導体は、例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＮなどの窒化物半導体である。第１半導体積層体２２は、例えば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により形成することができる。
（回折格子形成工程Ｓ３０２）
次に、図１０Ｂに示すように、第２実施形態に記載の加工方法を用いて、第１半導体積層体２２に回折格子を形成する。回折格子は、例えば、得られるレーザ素子の共振器と対応する位置に形成する。この場合、例えば、図２Ｂに示すような、露光部２ａの面積が非露光部２ｂの面積よりも小さくなる露光を行う。
次に、図１０Ｂに示すように、第２実施形態に記載の加工方法を用いて、第１半導体積層体２２に回折格子を形成する。回折格子は、例えば、得られるレーザ素子の共振器と対応する位置に形成する。この場合、例えば、図２Ｂに示すような、露光部２ａの面積が非露光部２ｂの面積よりも小さくなる露光を行う。
回折格子形成工程Ｓ３０２の後、図１０Ｃに示すように、第１半導体積層体２２の上に第２半導体積層体２３を形成してよい。第２半導体積層体２３は、第１半導体積層体２２に形成された回折格子を埋めるように形成することができる。第２半導体積層体２３は、例えばＭＯＣＶＤ法により形成することができる。例えば、第１半導体積層体２２を構成する半導体が窒化物半導体であれば、第２半導体積層体２３を構成する半導体も窒化物半導体としてよい。第１半導体積層体２２および第２半導体積層体２３からなる積層体は、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、それらの間に位置する活性層とを有する。第１電極２４および第２電極２５を形成し、レーザ素子２０Ａを得ることができる。半導体積層体形成工程Ｓ３０１および回折格子形成工程Ｓ３０２をウェハの状態で行い、得られたウェハを個片化し、複数のレーザ素子２０Ａを得てもよい。レーザ素子２０Ａは、例えば分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ：ＤＦＢ）レーザ素子である。回折格子形成工程Ｓ３０２において形成する回折格子のパターンは、レーザ素子２０Ａが出射するレーザ光のピーク波長が短いほど、微細なものとなる。レーザ素子２０Ａが出射するレーザ光のピーク波長は、例えば２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下とすることができ、２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であってよい。例えば、第１半導体積層体２２および第２半導体積層体２３からなる積層体を窒化物半導体で構成することにより、そのような波長のレーザ光を出射するレーザ素子２０Ａを形成することができる。
＜第４実施形態＞
図１１～図１２Ｂを用いて、第４実施形態に係るレーザ素子の製造方法を説明する。図１１は、第４実施形態のレーザ素子の製造方法を示すフローチャートである。図１２Ａおよび図１２Ｂは、第４実施形態のレーザ素子の製造方法を説明するための模式図である。
図１１～図１２Ｂを用いて、第４実施形態に係るレーザ素子の製造方法を説明する。図１１は、第４実施形態のレーザ素子の製造方法を示すフローチャートである。図１２Ａおよび図１２Ｂは、第４実施形態のレーザ素子の製造方法を説明するための模式図である。
図１１に示すように、第４実施形態に係るレーザ素子の製造方法は、パターン化基板を得る工程Ｓ４０１と、半導体積層工程Ｓ４０２と、を有する。本実施形態の方法によれば、得られるレーザ素子のパターンの精度を向上させることができる。
（パターン化基板を得る工程Ｓ４０１）
まず、図１２Ａに示すように、第１実施形態で述べた方法により、パターン化基材としてパターン化基板２６を得る。この場合、第１実施形態で述べた基材１は、窒化物半導体基板であることが好ましい。窒化物半導体基板であればレーザ素子２０Ｂとして窒化物半導体レーザ素子を得るために適している。窒化物半導体基板としては、例えば、ＧａＮ基板、ＩｎＧａＮ基板、ＡｌＧａＮ基板、ＡｌＮ基板が挙げられる。パターン化基板２６は、例えば導電性の基板である。パターン化基板２６は、絶縁性の基板であってもよい。
まず、図１２Ａに示すように、第１実施形態で述べた方法により、パターン化基材としてパターン化基板２６を得る。この場合、第１実施形態で述べた基材１は、窒化物半導体基板であることが好ましい。窒化物半導体基板であればレーザ素子２０Ｂとして窒化物半導体レーザ素子を得るために適している。窒化物半導体基板としては、例えば、ＧａＮ基板、ＩｎＧａＮ基板、ＡｌＧａＮ基板、ＡｌＮ基板が挙げられる。パターン化基板２６は、例えば導電性の基板である。パターン化基板２６は、絶縁性の基板であってもよい。
（半導体積層工程Ｓ４０２）
次に、図１２Ｂに示すように、パターン化基板２６の上に複数の半導体層を積層する。複数の半導体層を積層することにより、半導体積層体２７が形成される。半導体積層体２７は、例えばＭＯＣＶＤ法により形成することができる。半導体積層体２７は、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、それらの間に位置する活性層とを有する。第１電極２４および第２電極２５を形成し、レーザ素子２０Ｂを得ることができる。パターン化基板を得る工程Ｓ４０１および半導体積層工程Ｓ４０２をウェハの状態で行い、得られたウェハを個片化し、複数のレーザ素子２０Ｂを得てもよい。レーザ素子２０Ｂは、例えばＤＦＢレーザ素子である。この場合、パターン化基板２６に形成するパターンは回折格子である。
次に、図１２Ｂに示すように、パターン化基板２６の上に複数の半導体層を積層する。複数の半導体層を積層することにより、半導体積層体２７が形成される。半導体積層体２７は、例えばＭＯＣＶＤ法により形成することができる。半導体積層体２７は、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、それらの間に位置する活性層とを有する。第１電極２４および第２電極２５を形成し、レーザ素子２０Ｂを得ることができる。パターン化基板を得る工程Ｓ４０１および半導体積層工程Ｓ４０２をウェハの状態で行い、得られたウェハを個片化し、複数のレーザ素子２０Ｂを得てもよい。レーザ素子２０Ｂは、例えばＤＦＢレーザ素子である。この場合、パターン化基板２６に形成するパターンは回折格子である。
半導体積層体２７を構成する半導体としては、例えばＩＩＩ－Ｖ族半導体が挙げられる。半導体積層体２７を構成する半導体は、例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＮなどの窒化物半導体である。レーザ素子２０Ａが出射するレーザ光のピーク波長は、例えば２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下とすることができ、２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であってよい。例えば、半導体積層体２７を窒化物半導体で構成することにより、そのような波長のレーザ光を出射するレーザ素子２０Ｂを形成することができる。
このように、第２実施形態で述べた加工方法を用いずに、第１実施形態で得られるパターン化基材４をレーザ素子２０Ｂの一部として用いてもよい。第４実施形態ではパターン化基材４を基板としたが、半導体積層体の一部がパターン化基材４であってもよい。また、第２実施形態で述べた加工方法を用いて、パターン化基板２６を得てもよい。
本明細書でこれまで説明してきた内容を通し、以下の技術事項が開示される。
（項１）
基材の上にポジ型レジストからなるレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層の一部を電子線により露光することにより、前記レジスト層に露光部と非露光部とを形成する工程と、
前記レジスト層の現像を行うことにより、前記露光部が除去され前記非露光部が残存したパターン化レジスト層を得る工程と、
前記パターン化レジスト層に電子線を照射する工程と、
前記パターン化レジスト層をエッチングマスクとして、または、前記パターン化レジスト層のパターンを転写したパターン化マスク層をエッチングマスクとして、前記基材をエッチングする工程と、
を有する、パターン化基材の製造方法。
（項２）
前記レジスト層を形成する工程の前に、前記基材の上にマスク層を形成する工程を有し、
前記電子線を照射する工程の後に、前記パターン化レジスト層をエッチングマスクとして前記マスク層をエッチングし、前記パターン化マスク層を得る工程を有し、
前記基材をエッチングする工程において、前記パターン化マスク層をエッチングマスクとして前記基材をエッチングする、項１に記載のパターン化基材の製造方法。
（項３）
前記エッチングはドライエッチングである、項１または２に記載のパターン化基材の製造方法。
（項４）
前記露光部は、複数の領域からなる規則的なパターンである、項１～３のいずれか１項に記載のパターン化基材の製造方法。
（項５）
上面視において、前記露光部は、規則的に配置された複数のストライプ領域を有し、
前記複数のストライプ領域のピッチは１μｍ未満である、項１～４のいずれか１項に記載のパターン化基材の製造方法。
（項６）
上面視において、前記露光部の面積は、前記非露光部の面積よりも小さい、項１～５のいずれか１項に記載のパターン化基材の製造方法。
（項７）
項１～６のいずれか１項に記載の方法によりパターン化基材を得る工程と、
前記パターン化基材のパターンを、被加工物の上に設けた加工用レジスト層に転写することにより、パターン化加工用マスク層を得る工程と、
前記パターン化加工用マスク層をエッチングマスクとして前記被加工物をエッチングする工程と、
を有する、加工方法。
（項８）
複数の半導体層が積層された半導体積層体を形成する工程と、
項７に記載の加工方法を用いて、前記半導体積層体に回折格子を形成する工程と、
を有する、レーザ素子の製造方法。
（項９）
前記基材は、窒化物半導体基板であり、
項１～６のいずれか１項に記載の方法によりパターン化基材としてパターン化基板を得る工程と、
前記パターン化基板の上に複数の半導体層を積層する工程と、
を有する、レーザ素子の製造方法。
（項１）
基材の上にポジ型レジストからなるレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層の一部を電子線により露光することにより、前記レジスト層に露光部と非露光部とを形成する工程と、
前記レジスト層の現像を行うことにより、前記露光部が除去され前記非露光部が残存したパターン化レジスト層を得る工程と、
前記パターン化レジスト層に電子線を照射する工程と、
前記パターン化レジスト層をエッチングマスクとして、または、前記パターン化レジスト層のパターンを転写したパターン化マスク層をエッチングマスクとして、前記基材をエッチングする工程と、
を有する、パターン化基材の製造方法。
（項２）
前記レジスト層を形成する工程の前に、前記基材の上にマスク層を形成する工程を有し、
前記電子線を照射する工程の後に、前記パターン化レジスト層をエッチングマスクとして前記マスク層をエッチングし、前記パターン化マスク層を得る工程を有し、
前記基材をエッチングする工程において、前記パターン化マスク層をエッチングマスクとして前記基材をエッチングする、項１に記載のパターン化基材の製造方法。
（項３）
前記エッチングはドライエッチングである、項１または２に記載のパターン化基材の製造方法。
（項４）
前記露光部は、複数の領域からなる規則的なパターンである、項１～３のいずれか１項に記載のパターン化基材の製造方法。
（項５）
上面視において、前記露光部は、規則的に配置された複数のストライプ領域を有し、
前記複数のストライプ領域のピッチは１μｍ未満である、項１～４のいずれか１項に記載のパターン化基材の製造方法。
（項６）
上面視において、前記露光部の面積は、前記非露光部の面積よりも小さい、項１～５のいずれか１項に記載のパターン化基材の製造方法。
（項７）
項１～６のいずれか１項に記載の方法によりパターン化基材を得る工程と、
前記パターン化基材のパターンを、被加工物の上に設けた加工用レジスト層に転写することにより、パターン化加工用マスク層を得る工程と、
前記パターン化加工用マスク層をエッチングマスクとして前記被加工物をエッチングする工程と、
を有する、加工方法。
（項８）
複数の半導体層が積層された半導体積層体を形成する工程と、
項７に記載の加工方法を用いて、前記半導体積層体に回折格子を形成する工程と、
を有する、レーザ素子の製造方法。
（項９）
前記基材は、窒化物半導体基板であり、
項１～６のいずれか１項に記載の方法によりパターン化基材としてパターン化基板を得る工程と、
前記パターン化基板の上に複数の半導体層を積層する工程と、
を有する、レーザ素子の製造方法。
１ 基材
２ レジスト層
２ａ 露光部
２ｂ 非露光部
３ パターン化レジスト層
４ パターン化基材
５ マスク層
６ パターン化マスク層
１１ レプリカモールド
１２ 被加工物
１３ 加工用レジスト層
１４ パターン化加工用マスク層
１５ パターン化被加工物
２０Ａ、２０Ｂ レーザ素子
２１ 基板
２２ 第１半導体積層体
２３ 第２半導体積層体
２４ 第１電極
２５ 第２電極
２６ パターン化基板
２７ 半導体積層体
２ レジスト層
２ａ 露光部
２ｂ 非露光部
３ パターン化レジスト層
４ パターン化基材
５ マスク層
６ パターン化マスク層
１１ レプリカモールド
１２ 被加工物
１３ 加工用レジスト層
１４ パターン化加工用マスク層
１５ パターン化被加工物
２０Ａ、２０Ｂ レーザ素子
２１ 基板
２２ 第１半導体積層体
２３ 第２半導体積層体
２４ 第１電極
２５ 第２電極
２６ パターン化基板
２７ 半導体積層体
Claims (9)
- 基材の上にポジ型レジストからなるレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層の一部を電子線により露光することにより、前記レジスト層に露光部と非露光部とを形成する工程と、
前記レジスト層の現像を行うことにより、前記露光部が除去され前記非露光部が残存したパターン化レジスト層を得る工程と、
前記パターン化レジスト層に電子線を照射する工程と、
前記パターン化レジスト層をエッチングマスクとして、または、前記パターン化レジスト層のパターンを転写したパターン化マスク層をエッチングマスクとして、前記基材をエッチングする工程と、
を有する、パターン化基材の製造方法。 - 前記レジスト層を形成する工程の前に、前記基材の上にマスク層を形成する工程を有し、
前記電子線を照射する工程の後に、前記パターン化レジスト層をエッチングマスクとして前記マスク層をエッチングし、前記パターン化マスク層を得る工程を有し、
前記基材をエッチングする工程において、前記パターン化マスク層をエッチングマスクとして前記基材をエッチングする、請求項１に記載のパターン化基材の製造方法。 - 前記エッチングはドライエッチングである、請求項１に記載のパターン化基材の製造方法。
- 前記露光部は、複数の領域からなる規則的なパターンである、請求項１に記載のパターン化基材の製造方法。
- 上面視において、前記露光部は、規則的に配置された複数のストライプ領域を有し、
前記複数のストライプ領域のピッチは１μｍ未満である、請求項１に記載のパターン化基材の製造方法。 - 上面視において、前記露光部の面積は、前記非露光部の面積よりも小さい、請求項１に記載のパターン化基材の製造方法。
- 請求項１～６のいずれか１項に記載の方法によりパターン化基材を得る工程と、
前記パターン化基材のパターンを、被加工物の上に設けた加工用レジスト層に転写することにより、パターン化加工用マスク層を得る工程と、
前記パターン化加工用マスク層をエッチングマスクとして前記被加工物をエッチングする工程と、
を有する、加工方法。 - 複数の半導体層が積層された半導体積層体を形成する工程と、
請求項７に記載の加工方法を用いて、前記半導体積層体に回折格子を形成する工程と、
を有する、レーザ素子の製造方法。 - 前記基材は、窒化物半導体基板であり、
請求項１～６のいずれか１項に記載の方法によりパターン化基材としてパターン化基板を得る工程と、
前記パターン化基板の上に複数の半導体層を積層する工程と、
を有する、レーザ素子の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022109497A JP2024008016A (ja) | 2022-07-07 | 2022-07-07 | パターン化基材の製造方法、加工方法、およびレーザ素子の製造方法 |
| US18/348,313 US20240012331A1 (en) | 2022-07-07 | 2023-07-06 | Method of manufacturing patterned base member, processing method, and method of manufacturing laser element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022109497A JP2024008016A (ja) | 2022-07-07 | 2022-07-07 | パターン化基材の製造方法、加工方法、およびレーザ素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2024008016A true JP2024008016A (ja) | 2024-01-19 |
Family
ID=89431211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022109497A Pending JP2024008016A (ja) | 2022-07-07 | 2022-07-07 | パターン化基材の製造方法、加工方法、およびレーザ素子の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240012331A1 (ja) |
| JP (1) | JP2024008016A (ja) |
-
2022
- 2022-07-07 JP JP2022109497A patent/JP2024008016A/ja active Pending
-
2023
- 2023-07-06 US US18/348,313 patent/US20240012331A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20240012331A1 (en) | 2024-01-11 |
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