JP6893268B1 - 構造体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
III族窒化物で構成された被エッチング領域を有する処理対象物を、ペルオキソ二硫酸イオンを含むエッチング液中に浸漬された状態で容器に収容する工程と、
前記エッチング液の所定温度への加熱により硫酸イオンラジカルを生成させ、前記被エッチング領域への光照射によりホールを生成させることで、前記被エッチング領域をエッチングする工程と、
を有する、構造体の製造方法
が提供される。
III族窒化物で構成された被エッチング領域を有する処理対象物を、ペルオキソ二硫酸イオンを含むエッチング液中に浸漬された状態で収容する容器と、
前記エッチング液を加熱するヒータと、
前記被エッチング領域に光を照射する光照射装置と、
前記エッチング液の所定温度への加熱により硫酸イオンラジカルを生成させ、前記被エッチング領域への光照射によりホールを生成させることで、前記被エッチング領域がエッチングされるように、前記ヒータおよび前記光照射装置を制御する制御装置と、
を有する、構造体の製造装置
が提供される。
本発明の一実施形態による、構造体の製造技術について説明する。本実施形態では、III族窒化物の光電気化学(PEC)エッチングにおいて、エッチング液の加熱を用いる技術(加熱PECエッチング)を提案する。
次に、上述の実施形態の変形例による処理装置200について説明する。図6(a)および図6(b)は、それぞれ、第1変形例および第2変形例の撹拌装置260を示す概略断面図である。
次に、加熱PECエッチングに係る実験例について説明する。本実験例では、ホットプレート(ヒータ)上に、ビーカを配置し、ビーカ内にエッチング液と処理対象物とを収容し、ホットプレートでエッチング液を加熱しつつ、処理対象物に光を照射することで、PECエッチングを行った。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更、改良、組み合わせ等が可能である。
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
III族窒化物で構成された被エッチング領域を有する処理対象物を、ペルオキソ二硫酸イオンを含むエッチング液中に浸漬された状態で容器に収容する工程と、
前記エッチング液の所定温度への加熱により硫酸イオンラジカルを生成させ、前記被エッチング領域への光照射によりホールを生成させることで、前記被エッチング領域をエッチングする工程と、
を有する、構造体の製造方法。
前記所定温度を、45℃以上(好ましくは50℃以上、より好ましくは60℃以上、さらに好ましくは70℃以上)とする、付記1に記載の構造体の製造方法。
前記エッチング液を、前記所定温度よりも低い温度に加熱した後、前記所定温度に加熱する、付記1または2に記載の構造体の製造方法。
前記所定温度を、100℃未満(好ましくは95℃以下)とする、付記1〜3のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
前記エッチング液は、(少なくとも)ペルオキソ二硫酸イオンの塩を、前記エッチング液が調製される時点でのペルオキソ二硫酸イオンの濃度である調製時濃度が所定濃度となるように、水に溶解させることで調製されたものである、付記1〜4のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
前記調製時濃度を、当該調製時濃度を有し50℃以上に加熱された前記エッチング液を用いて行うエッチングにおける、前記被エッチング領域がエッチングされるエッチングレートが、当該調製時濃度を有し30℃の前記エッチング液を用いて行うエッチングにおけるエッチングレートよりも、高くなるような(高い)濃度とする、付記5に記載の構造体の製造方法。
前記調製時濃度を、当該調製時濃度を有し50℃以上に加熱された前記エッチング液を用いて行うエッチングにおける、前記被エッチング領域がエッチングされるエッチングレートが、6nm/分以上(好ましくは10nm/分以上、より好ましくは15nm/分以上、さらに好ましくは20nm/分以上)となるような(高い)濃度とする、付記5または6に記載の構造体の製造方法。
前記調製時濃度を、0.075mol/L以上(好ましくは0.1mol/L以上、より好ましくは0.15mol/L以上、さらに好ましくは0.2mol/L以上、さらに好ましくは0.25mol/L以上)とする、付記5〜7のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
前記調製時濃度を、当該調製時濃度を有し80℃に加熱された前記エッチング液を用いて行うエッチングにおける、前記被エッチング領域がエッチングされるエッチングレートが、当該調製時濃度を有し70℃の前記エッチング液を用いて行うエッチングにおけるエッチングレートに対し、1.2倍以下となるような(高い)濃度とする、付記5〜8のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
前記所定温度に加熱された前記エッチング液において、前記塩が析出していない(溶け残っていない)、付記5〜9のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
前記所定温度に加熱された前記エッチング液において、前記塩が析出している(溶け残っている)、付記5〜9のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
前記塩として、アルカリ金属元素を含まない塩が用いられる、付記5〜11のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
前記塩として、ペルオキソ二硫酸アンモニウムが用いられる、付記5〜12のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
前記被エッチング領域がエッチングされるエッチングレートが、6nm/分以上(好ましくは10nm/分以上、より好ましくは15nm/分以上、さらに好ましくは20nm/分以上、さらに好ましくは25nm/分以上)である、付記1〜13のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
前記被エッチング領域がエッチングされるエッチングレートのうち、前記光に含まれる波長(200nm以上)310nm未満の波長成分の照射による硫酸イオンラジカルの生成に起因するエッチングレートよりも、前記エッチング液の加熱による硫酸イオンラジカルの生成に起因するエッチングレートが大きくなるように、前記エッチングを行う、付記1〜14のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
前記所定温度を、45℃以上とし、
硫酸イオンラジカルを、1.6×10−4(mol/L)/分以上のレートで生成させる、付記1〜15のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
前記エッチング液に照射される前記光の、波長(200nm以上)310nm未満の範囲に含まれる所定波長における照射強度が、3mW/cm2以下である、付記1〜16のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
前記被エッチング領域のエッチングを開始する時点において、前記エッチング液を酸性とする、付記1〜17のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
前記被エッチング領域のエッチングを開始する時点において、前記エッチング液をアルカリ性とする、付記1〜17のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。好ましくは、前記被エッチング領域をエッチングする期間中、前記エッチング液がアルカリ性である(より好ましくはpHが9以上である)状態を保つ。
前記エッチング液を、(少なくとも、)ペルオキソ二硫酸イオンの塩の水溶液と、アルカリ性水溶液と、が混合された混合溶液とする、付記19に記載の構造体の製造方法。
前記被エッチング領域をエッチングする期間中における、前記エッチング液のpHの低下幅(最大のpHと最小のpHとの差)は、5以下(好ましくは4以下、より好ましくは3以下)である、付記19または20に記載の構造体の製造方法。pHの低下を抑制するために、前記被エッチング領域をエッチングする期間中に、前記エッチング液に、アルカリ性水溶液を追加してもよい。pHを高くするために、前記被エッチング領域のエッチングを開始する時点における、前記エッチング液のpHを、好ましくは11以上(より好ましくは12以上、さらに好ましくは13以上)としてもよい。
前記光による影が前記処理対象物の表面に映らない位置に配置される温度計により、前記エッチング液の温度を測定する、付記1〜21のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
前記エッチング液を撹拌しながら、前記エッチング液を加熱する、付記1〜22のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
前記処理対象物を、前記処理対象物を収容する容器に固定した状態で、前記エッチングを行う、付記1〜23のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
前記被エッチング領域をエッチングする工程の後、
前記所定温度よりも低い温度の後処理液により、前記処理対象物に後処理を施す(とともに前記処理対象物を冷却する)工程、
を有する、付記1〜24のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
前記処理対象物は、
前記被エッチング領域を有するエッチング対象物と、
前記エッチング対象物の、前記被エッチング領域と電気的に接続された導電性領域の表面の少なくとも一部と接触するように設けられた導電性部材と、
を有し、
前記導電性部材が、前記エッチング液と接触した状態で、前記エッチングを行う、付記1〜25のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
前記処理対象物の、前記光が照射される表面と反対側の面が、前記被エッチング領域と電気的に接続された導電性の面であり、
前記被エッチング領域、および、前記反対側の面が、前記エッチング液と接触した状態で、前記エッチングを行う、付記1〜26のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
前記処理対象物は、
第1層と、
前記第1層上に配置され、前記被エッチング領域を構成する第2層と、
前記第2層上に配置された第3層と、
を有し、
前記第2層を前記エッチングにより除去することで、前記第1層と前記第3層とを分離する、付記1〜27のいずれか1つに記載の構造体の製造方法。
前記第3層は、前記第2層を構成する前記III族窒化物よりも広いバンドギャップを有することにより前記光を透過させるIII族窒化物で構成されており、
前記光を、前記第3層を透過させて前記第2層に照射し、
前記第2層の端面が、前記エッチング液と接触した状態で、前記第3層に対して前記第2層を選択的にエッチングする、付記28に記載の構造体の製造方法。
III族窒化物で構成された被エッチング領域を有する処理対象物を、ペルオキソ二硫酸イオンを含むエッチング液中に浸漬された状態で収容する容器と、
前記エッチング液を加熱する(少なくとも1つの)ヒータと、
前記被エッチング領域に光を照射する光照射装置と、
前記エッチング液の所定温度への加熱により硫酸イオンラジカルを生成させ、前記被エッチング領域への光照射によりホールを生成させることで、前記被エッチング領域がエッチングされるように、前記ヒータおよび前記光照射装置を制御する制御装置と、
を有する、構造体の製造装置。
前記ヒータは、前記容器に注入される(収容される)前の前記エッチング液を加熱する第1ヒータを有する、付記30に記載の構造体の製造装置。
前記エッチング液を前記容器に注入するエッチング液注入装置を有し、
前記第1ヒータは、前記エッチング液注入装置に設けられている、付記31に記載の構造体の製造装置。
前記ヒータは、前記容器に注入された(収容された)後の前記エッチング液を加熱する第2ヒータを有する、付記30〜32のいずれか1つに記載の構造体の製造装置。
前記第2ヒータは、前記容器に設けられている、付記33に記載の構造体の製造装置。
前記第2ヒータは、前記エッチング液に赤外光を照射するランプである、付記33または34に記載の構造体の製造装置。
前記エッチング液の温度を測定する温度計を有し、
前記温度計は、前記温度計の前記光による影が、被エッチング領域に映らない位置に配置される、付記30〜35のいずれか1つに記載の構造体の製造装置。前記ヒータは、好ましくは、前記温度計により測定された前記エッチング液の温度に基づいて制御される。
前記エッチング液を撹拌する撹拌装置を有する、付記30〜36のいずれか1つに記載の構造体の製造装置。
前記撹拌装置(回転装置)は、前記容器を動かすことにより、前記エッチング液を撹拌する、付記37に記載の構造体の製造装置。
前記容器内の側面または底面に、前記エッチング液を撹拌する凸部(フィン)が設けられている、付記38に記載の構造体の製造装置。
前記撹拌装置(スターラ)は、前記エッチング液中で撹拌部材を動かすことにより、前記エッチング液を撹拌する、付記37〜39のいずれか1つに記載の構造体の製造装置。
前記処理対象物を前記容器に固定する固定装置を有する、付記30〜40のいずれか1つに記載の構造体の製造装置。
前記固定装置は、前記処理対象物の、前記光が照射される表面と反対側の面が、前記容器内の底面から離れて配置されるように、前記処理対象物を固定する、付記41に記載の構造体の製造装置。
前記容器は、回転可能に保持され、前記容器を回転させて前記エッチング液を外周側に飛散させることで、前記エッチング液を前記容器から排出可能に構成されている、付記30〜42のいずれか1つに記載の構造体の製造装置。
前記所定温度よりも低い温度の後処理液を前記容器に注入する後処理液注入装置を有する、付記30〜43のいずれか1つに記載の構造体の製造装置。
前記光照射装置は、前記光を放出する光源として、バンドギャップに対応する波長が310nm以上である半導体材料で構成された半導体発光素子を有する、付記30〜44のいずれか1つに記載の構造体の製造装置。当該光照射装置は、少なくとも波長310nm未満の短波長成分が減衰された光、を出射するように構成された光照射装置の一例である。
前記光照射装置は、波長310nm未満の範囲の波長成分を減衰させるフィルタを備える、付記30〜45のいずれか1つに記載の構造体の製造装置。当該光照射装置は、少なくとも波長310nm未満の短波長成分が減衰された光、を出射するように構成された光照射装置の他の例である。
処理対象物およびエッチング液を収容する容器と、
前記エッチング液を加熱するヒータと、
前記処理対象物に光を照射する光照射装置と、
前記光による影が前記処理対象物の表面に映らない位置に配置され、前記エッチング液の温度を測定する温度計と、
前記ヒータおよび前記光照射装置を制御する制御装置と、
を有し、前記処理対象物に光電気化学エッチングを行うよう構成された、構造体の製造装置。
処理対象物およびエッチング液を収容する容器と、
前記エッチング液を加熱するヒータと、
前記処理対象物に光を照射する光照射装置と、
前記処理対象物を前記容器に固定する固定装置と、
前記ヒータおよび前記光照射装置を制御する制御装置と、
を有し、前記処理対象物に(エッチング時に気泡の発生を伴う)光電気化学エッチングを行うよう構成された、構造体の製造装置。
Claims (15)
- III族窒化物で構成された被エッチング領域を有する処理対象物を、ペルオキソ二硫酸イオンを含むエッチング液中に浸漬された状態で容器に収容する工程と、
前記エッチング液の所定温度への加熱により硫酸イオンラジカルを生成させ、前記被エッチング領域への光照射によりホールを生成させることで、前記被エッチング領域をエッチングする工程と、
を有し、
前記所定温度を、45℃以上100℃未満とし、
前記エッチング液は、ペルオキソ二硫酸イオンの塩を、前記エッチング液が調製される時点でのペルオキソ二硫酸イオンの濃度である調製時濃度が所定濃度となるように、水に溶解させることで調製されたものであり、
前記調製時濃度を、前記エッチング液の温度を45℃以上に上昇させたときのエッチングレートが、前記エッチング液の温度が上昇するほど増加し、前記エッチング液の温度が45℃未満であるときのエッチングレートよりも高くなるような濃度とする、構造体の製造方法。 - 前記硫酸イオンラジカルは、前記光照射により前記ホールとともに生成された電子を受け取ることで、硫酸イオンに変化する、請求項1に記載の構造体の製造方法。
- 前記調製時濃度を、当該調製時濃度を有し50℃以上に加熱された前記エッチング液を用いて行うエッチングにおける、前記被エッチング領域がエッチングされるエッチングレートが、当該調製時濃度を有し30℃の前記エッチング液を用いて行うエッチングにおけるエッチングレートよりも、高くなるような濃度とする、請求項1または2に記載の構造体の製造方法。
- 前記調製時濃度を、当該調製時濃度を有し50℃以上に加熱された前記エッチング液を用いて行うエッチングにおける、前記被エッチング領域がエッチングされるエッチングレートが、6nm/分以上となるような濃度とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の構造体の製造方法。
- 前記調製時濃度を、0.075mol/L以上とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の構造体の製造方法。
- 前記所定温度に加熱された前記エッチング液において、前記塩が析出していない、請求項1〜5のいずれか1項に記載の構造体の製造方法。
- 前記所定温度に加熱された前記エッチング液において、前記塩が析出している、請求項1〜5のいずれか1項に記載の構造体の製造方法。
- 前記塩として、アルカリ金属元素を含まない塩が用いられる、請求項1〜7のいずれか1項に記載の構造体の製造方法。
- 前記塩として、ペルオキソ二硫酸アンモニウムが用いられる、請求項1〜8のいずれか1項に記載の構造体の製造方法。
- 前記被エッチング領域がエッチングされるエッチングレートのうち、前記光に含まれる波長310nm未満の波長成分の照射による硫酸イオンラジカルの生成に起因するエッチングレートよりも、前記エッチング液の加熱による硫酸イオンラジカルの生成に起因するエッチングレートが大きくなるように、前記エッチングを行う、請求項1〜9のいずれか1項に記載の構造体の製造方法。
- 前記被エッチング領域のエッチングを開始する時点において、前記エッチング液を酸性とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載の構造体の製造方法。
- 前記被エッチング領域のエッチングを開始する時点において、前記エッチング液をアルカリ性とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載の構造体の製造方法。
- 前記処理対象物の、前記光が照射される表面と反対側の面が、前記被エッチング領域と電気的に接続された導電性の面であり、
前記被エッチング領域、および、前記反対側の面が、前記エッチング液と接触した状態で、前記エッチングを行う、請求項1〜12のいずれか1項に記載の構造体の製造方法。 - 前記処理対象物は、
第1層と、
前記第1層上に配置され、前記被エッチング領域を構成する第2層と、
前記第2層上に配置された第3層と、
を有し、
前記第2層を前記エッチングにより除去することで、前記第1層と前記第3層とを分離する、請求項1〜13のいずれか1項に記載の構造体の製造方法。 - 前記第3層は、前記第2層を構成する前記III族窒化物よりも広いバンドギャップを有することにより前記光を透過させるIII族窒化物で構成されており、
前記光を、前記第3層を透過させて前記第2層に照射し、
前記第2層の端面が、前記エッチング液と接触した状態で、前記第3層に対して前記第2層を選択的にエッチングする、請求項14に記載の構造体の製造方法。
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