TW201344963A - 晶圓處理方法、晶圓處理裝置及半導體發光元件之製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明之課題在於有效地形成最合適之凹凸形狀，以減少於發光層上之生成光損失。本發明係一種於構成被蝕刻膜1之晶圓上根據經圖案化之遮罩2對晶圓之被蝕刻膜1之表面部進行加工之晶圓處理方法，其於一個蝕刻裝置內改變處理氣體之種類及處理氣體之壓力進行以下步驟：遮罩加工步驟，其將遮罩2加工為與應轉印至被蝕刻膜1之凸形狀對應之凸形狀；及轉印蝕刻步驟，其根據經加工之遮罩形狀將遮罩形狀轉印至被蝕刻膜1之表面部。
Description
本發明係關於一種根據形成於晶圓上之遮罩圖案於藍寶石基板之表面部形成重複凸部之晶圓處理方法、該晶圓處理方法中所使用之晶圓處理裝置及使用其之氮化物系化合物半導體發光元件等半導體發光元件之製造方法。
先前，於此種之先前之半導體發光元件中，作為綠、藍及紫外線區域之發光元件，通用有氮化物系化合物半導體發光元件，除此之外，有砷化鎵系之半導體發光元件或磷化銦系之半導體發光元件等。
圖10(a)~圖10(e)係用以說明專利文獻1中所揭示之先前之半導體發光元件之製造方法的主要步驟剖面圖。
專利文獻1中所揭示之先前之半導體發光元件之製造方法如下：首先，如圖10(a)所示，進行發光部形成步驟，其於晶圓狀之藍寶石基板100之一表面側上形成發光部101，於進行形成各電極之電極形成步驟後，進行光阻層形成步驟，其於藍寶石基板100之另一表面側上形成包含有機材料之特定厚度(例如2 μm)之光阻層102。如此，發光部形成步驟中，係利用例如有機金屬氣相成長法(MOVPE法)等磊晶成長法於藍寶石基板100之一表面側使發光部101成膜。又，光阻層形成步驟中，係使用酚醛系樹脂(例如AZ光阻劑)作為有機材料，藉由旋轉塗佈法於藍寶石基板100之另一表面上旋轉塗佈該酚醛系樹脂。
其次，於光阻層形成步驟後，進行如下轉印步驟：將如圖10(b)
所示對應於微細凹凸構造形成圖案經設計之凹凸圖案103a之模材103如圖10(c)所示自上按壓於光阻層102上，將凹凸圖案103a轉印至光阻層102。
該轉印步驟中，如圖10(b)所示於使模材103與光阻層102對向而進行位置對準後，一面加熱模材103一面使其與光阻層102接觸而以特定壓力自上對模材103進行加壓。藉此，如圖10(c)所示使光阻層102A變形為凹凸圖案103a，冷卻模材103後，使模材103自光阻層102分離。藉此，可獲得如圖10(d)所示之將模材103之凹凸圖案103a轉印至光阻層102而具有凹凸圖案102a之光阻層102A。
其後，於該轉印步驟結束後，如圖10(e)所示，進而進行如下圖案形成步驟：藉由自上述另一表面側對凹凸構造之光阻層102A及藍寶石基板100進行蝕刻，而於藍寶石基板100之另一表面上形成微細凹凸構造104。
圖11係專利文獻2中所揭示之對表面進行凹凸形成處理之先前之藍寶石基板的一部分縱剖面圖。
準備藍寶石基板，將其裝入ICP(Inductively Coupled Plasma，感應耦合電漿)乾燥蝕刻系統之蝕刻腔，對其a面進行乾燥蝕刻。蝕刻氣體使用CHF3氣體。腔內之壓力設為1.5~6.0 Pa。該壓力較對藍寶石基板之通常之蝕刻條件(對藍寶石基板實質上平坦地進行蝕刻之壓力)高100~500%。又，ICP之電力設為150~600 W，偏壓電壓設為300~500 W。蝕刻時間為15~40分鐘。其結果，如圖11所示，於藍寶石基板201之表面形成有凹凸圖案201a。該凹凸圖案201a係高度為0.3 μm~0.5 μm之錐狀，以1~70/μm2之密度存在。於圖12中，顯示表示圖11之藍寶石基板201之凹凸表面之立體圖代用照片。於圖13中，顯示表示圖11之藍寶石基板201之凹凸表面之平面圖代用照片。
如此，藉由使乾燥蝕刻之條件最合適化，可不使用任何遮罩，
對藍寶石基板201之表面形成微小之凹凸圖案201a。其一般認為，經分解之蝕刻氣體或與基板材料之反應物朝向基板表面沈積，其結果，均勻之蝕刻受阻礙，藍寶石基板201之表面成為凹凸狀。
圖14係模式性地表示使用圖11之藍寶石基板201之先前之III族氮化物系化合物半導體發光元件之構造的縱剖面圖。
如圖14所示，先前之III族氮化物系化合物半導體發光元件200係經由未圖示之緩衝層藉由MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，金屬有機化學氣相沈積)法於圖11之藍寶石基板201之凹凸形成面F上形成包含n型GaN之n包覆層202者。於n包覆層202上形成作為多重量子井構造之發光層之活性層203。於活性層203上形成包含p型GaN之p包覆層204。透光性電極205為含有金之薄膜，使透光性電極205覆蓋p包覆層204之實質之所有面而積層。p電極206亦以含有金之材料而構成，藉由蒸鍍於透光性電極205之上形成p電極206。n電極207係藉由蒸鍍形成於由於蝕刻而一部分露出之n包覆層202之露出面之一部分上者。
[專利文獻1]：日本專利特開2007-123446號公報
[專利文獻2]：日本專利特開2006-100518號公報
上述專利文獻1中所揭示之上述先前之半導體發光元件之製造方法中，將應轉印之模材103之凹凸圖案103a轉印至光阻層102，根據該光阻層102A之凹凸圖案102a對藍寶石基板100進行轉印蝕刻，藉此減少步進機加工之工夫，但由於凹凸本身大小或凹凸間距離之不穩定性或凹凸間之平坦部之再現性之確保較難，故而例如若該平坦部出現凹
處，則其後繼而存在於使磊晶層成長之MOCVD步驟中磊晶層上產生如空隙之缺陷，磊晶層之穩定形成變得困難之問題。若該磊晶層之形成變得不穩定，則會產生於其次形成之作為發光層之MQW(Multiple Quantum Well，多層量子阱)層上的生成光損失。
又，上述專利文獻2中所揭示之上述先前之半導體發光元件之製造方法中，藉由使乾燥蝕刻之條件最合適化而不使用任何遮罩，朝向藍寶石基板201之表面形成微小之凹凸，因此凹凸本身大小或凹凸間距離之不穩定性或凹凸間之平坦部之再現性之確保較難。例如，若該平坦部出現凹處，則其後繼而存在因使磊晶層成長之MOCVD步驟而於磊晶層產生如空隙之缺陷，磊晶層之穩定形成變得困難之問題。若該磊晶層之形成變得不穩定，則會產生於其次形成之作為發光層之MQW層上的生成光損失。
進而，先前之蝕刻設備中，晶圓之冷卻不充分，超過遮罩材料之耐熱上限溫度，因此為避免遮罩形狀本身產生過熱或為加工遮罩之所需之形狀，必需複數個光微影步驟、UV(ultraviolet，紫外線)步驟及烘烤步驟(UV處理、烘烤用以提高耐熱性)，若無該等步驟，則自該遮罩形狀轉印至作為被蝕刻膜之藍寶石基板之凸部本身之大小或凸部間距離之不穩定性或凸部間之平坦部之再現性之確保變難。因此，導致步驟數之增加，又，應轉印之凹凸形狀對變更之情況之應對之靈活性的確保亦困難。
本發明係解決上述先前之問題者，其目的係提供以下者：為降低於發光層上之生成光損失可有效地形成良好之凸部形狀之晶圓處理方法、該晶圓處理方法中所使用之晶圓處理裝置及使用其之氮化物系化合物半導體發光元件等半導體發光元件之製造方法。
本發明之晶圓處理方法係根據形成於晶圓上之遮罩圖案對該晶
圓之表面部進行加工之晶圓處理方法，其於一個晶圓處理裝置內改變控制參數進行如下步驟：遮罩加工步驟，其將遮罩加工為與應轉印至該晶圓上之凸形狀對應之凸形狀；及轉印蝕刻步驟，其根據經加工之遮罩形狀將該遮罩形狀轉印至該晶圓之表面部，藉此達到上述目的。
又，較佳為於本發明之晶圓處理方法中之遮罩加工步驟中，以完全不加工上述晶圓之表面部之方式選擇上述控制參數對該遮罩進行加工。
進而，較佳為本發明之晶圓處理方法中之控制參數係上述晶圓處理裝置中所使用之處理氣體之種類。
進而，較佳為本發明之晶圓處理方法中之控制參數係上述晶圓處理裝置中所使用之處理氣體壓力。
進而，較佳為本發明之晶圓處理方法中之處理氣體壓力，係藉由上述晶圓處理裝置中之氣體流量與氣體排氣量之關係進行調整，將該處理氣體壓力調整為0.2 Pa~10 Pa之範圍內，將此時之該氣體流量調整為20 cc~400 cc之範圍內。
進而，較佳為本發明之晶圓處理方法中之處理氣體之種類，於上述遮罩加工步驟中使用Ar或O2等鹵素系氣體以外之氣體，於上述轉印蝕刻步驟中使用BCl3等鹵素系氣體。
進而，較佳為於本發明之晶圓處理方法中之晶圓處理裝置中，將控制朝向上述晶圓之上述處理氣體之離子引入之RF功率設定為0.28 w/cm2~1.13 w/cm2之範圍內。
進而，較佳為於本發明之晶圓處理方法中之遮罩加工步驟中，藉由調整使上述遮罩加工為特定之凸形狀時的上述晶圓處理裝置之控制參數，根據經加工之遮罩形狀可於固定範圍內變更應轉印至上述晶圓上之凸形狀之形狀及大小。
進而，較佳為本發明之晶圓處理方法中之遮罩加工步驟中之控
制參數係該遮罩加工步驟之處理時間、處理氣體壓力、及控制朝向上述晶圓之處理氣體之離子引入之RF功率中之至少任一者。
進而，較佳為於本發明之晶圓處理方法中之遮罩加工步驟中，加工為上述遮罩之前端外周之剖面兩角部分被除去之剖面C形狀或剖面R形狀。
進而，較佳為藉由本發明之晶圓處理方法中之轉印蝕刻步驟，剖面3角形狀之錐狀或剖面半圓形狀或類似於該等形狀之凸形狀於變薄之晶圓之平坦面上形成為俯視下之重複鋸齒狀或矩陣狀。
進而，較佳為本發明之晶圓處理方法中之凸形狀於俯視下為圓形、橢圓形及多角形中之任一者，重複之該凸形狀之間隔均等且該凸形狀本身之大小亦均等地形成。
進而，較佳為於本發明之晶圓處理方法中之晶圓處理裝置中，為避免由上述遮罩加工步驟及上述轉印蝕刻步驟時之溫度上升所導致之上述遮罩之過熱，以背面冷卻氣體與晶圓背面直接接觸之方式構成，以使上述晶圓之表面溫度不上升至其上之該遮罩之耐熱上限溫度以上。
進而，較佳為作為本發明之晶圓處理方法中之遮罩加工步驟之前段步驟，具有如下遮罩圖案化步驟：於上述晶圓上使遮罩膜成膜後，利用光微影技術使該遮罩膜圖案化為重複之特定形狀。
進而，較佳為本發明之晶圓處理方法中之晶圓係由藍寶石基板所構成。
本發明之晶圓處理裝置係使用於本發明之上述晶圓處理方法中，為避免由上述遮罩加工步驟及上述轉印蝕刻步驟時之溫度上升所導致之上述遮罩之過熱，以背面冷卻氣體與晶圓背面直接接觸之方式而構成，以使上述晶圓之表面溫度不上升至其上之該遮罩之耐熱上限溫度以上，藉此達到上述目的。
本發明之半導體發光元件之製造方法，其係於藉由本發明之上述晶圓處理方法所獲得之表面上重複形成有特定之凸形狀之晶圓上形成一導電型接觸層，於該一導電型接觸層上形成多重量子井構造之發光層，於該發光層上形成另一導電型接觸層，藉此，製造半導體發光元件晶圓，將該半導體發光元件晶圓切割為複數個晶片而製造複數個半導體發光元件，藉此達到上述目的。
根據上述構成，以下，對本發明之作用進行說明。
本發明係根據形成於晶圓上之遮罩圖案對該晶圓之表面部進行加工之晶圓處理方法，其於一個晶圓處理裝置內改變控制參數進行如下步驟：遮罩加工步驟，其將遮罩加工為與應轉印至該晶圓上之凸形狀對應之凸形狀；及轉印蝕刻步驟，其根據經加工之遮罩形狀將該遮罩形狀轉印至該晶圓之表面部。
於此情形時，若利用光微影步驟使遮罩圖案化為特定形狀，其後，於光微影步驟與轉印蝕刻步驟之間，不進行以提高相對於在先前設備之處理中晶圓溫度變為高溫之遮罩耐性作為目的之熱處理等，藉由於與轉印蝕刻步驟相同之晶圓處理裝置內使遮罩之上部加工為特定形狀，可獲得各種形狀之遮罩形狀。藉此，根據該遮罩形狀可確保轉印至作為被蝕刻膜之藍寶石基板之晶圓上之凸部本身之大小或凸部間距離之穩定性或凸部間之平坦部之再現性。藉此，可有效地形成最合適之凸形狀以降低於發光層上之生成光損失。
根據以上，若根據本發明，於一個晶圓處理裝置內改變控制參數進行如下步驟：遮罩加工步驟，其將遮罩加工為與應轉印至晶圓上之凸形狀對應之凸形狀；及轉印蝕刻步驟，其根據經加工之遮罩形狀將該遮罩形狀轉印至晶圓之表面部；藉此，可有效地形成最合適之凹凸形狀以降低於發光層上之生成光損失。
1、1a‧‧‧被蝕刻膜(藍寶石基板)
1b‧‧‧剖面3角形狀之凸部
1b1~1b4‧‧‧凸部
2‧‧‧遮罩
11‧‧‧晶圓
11A‧‧‧藍寶石基板
11b‧‧‧凸部
12‧‧‧下部電極
13‧‧‧上部電極
14‧‧‧腔空間
15‧‧‧處理氣體供給孔
16‧‧‧泵
17、18‧‧‧閥
21‧‧‧下側部分
22‧‧‧剖面C形狀
30‧‧‧氮化物半導體發光元件
31‧‧‧緩衝層
32‧‧‧非摻雜GaN層
33‧‧‧n型接觸層
34‧‧‧多重層
35‧‧‧多重量子井構造之發光層
36‧‧‧電子阻擋層
37‧‧‧p型接觸層
38‧‧‧透光性薄膜電極
39‧‧‧n電極
40‧‧‧p電極
41‧‧‧保護膜
100‧‧‧藍寶石基板
101‧‧‧發光部
102‧‧‧光阻層
102a‧‧‧凹凸圖案
102A‧‧‧光阻層
103‧‧‧模材
103a‧‧‧凹凸圖案
104‧‧‧微細凹凸構造
200‧‧‧III族氮化物系化合物半導體發光元件
201‧‧‧藍寶石基板
201a‧‧‧凹凸圖案
202‧‧‧n包覆層
203‧‧‧活性層
204‧‧‧p包覆層
205‧‧‧透光性電極
206‧‧‧p電極
207‧‧‧n電極
F‧‧‧凹凸形成面
圖1(a)~(c)係表示本發明之實施形態1之被蝕刻膜之重複凸部加工步驟的要部縱剖面圖。
圖2係模式性地表示於本實施形態1之被蝕刻膜之重複凸部加工步驟中所使用之電漿乾燥蝕刻處理裝置之一例之概要的縱剖面圖。
圖3係表示對可處理區域之處理氣體流量與處理氣體壓力之關係的圖。
圖4係模式性地表示用以說明氣體壓力之腔及其排氣部之概略構成例的縱剖面圖。
圖5係模式性地表示用以說明氣體壓力之腔及其排氣部之概略構成例之變化例的縱剖面圖。
圖6(a)係模式性地表示晶圓搭載於下部電極上之狀態的縱剖面，(b)係模式性地表示晶圓搭載於下部電極上之狀態的平面圖。
圖7(a)及(b)係轉印至藍寶石基板(AlO3)上之各種重複凸部之俯視顯微鏡照片圖。
圖8(a)及(b)係轉印至藍寶石基板(AlO3)上之各種重複凸部之剖面觀察顯微鏡照片圖。
圖9係表示本發明之實施形態1中之氮化物半導體發光元件之要部構成例的縱剖面圖。
圖10(a)~(e)係用以說明專利文獻1中所揭示之先前之半導體發光元件之製造方法之主要步驟剖面圖。
圖11係專利文獻2中所揭示之對表面進行凹凸形成處理之先前之藍寶石基板之一部分縱剖面圖。
圖12係表示顯示圖11之藍寶石基板之凹凸表面之立體圖代用照片的圖。
圖13係表示顯示圖11之藍寶石基板之凹凸表面之平面圖代用照片
的圖。
圖14係模式性地表示使用圖11之藍寶石基板之先前之III族氮化物系化合物半導體發光元件之構造的縱剖面圖。
以下，一面參照圖式一面對本發明之晶圓處理方法、該晶圓處理方法中所使用之晶圓處理裝置及使用其之氮化物系化合物半導體發光元件等半導體發光元件之製造方法之實施形態1進行詳細說明。再者，各圖中之構成構件之各者之厚度或長度等就圖式製作方面之觀點而言，不限定於圖示之構成。
圖1(a)~圖1(c)係表示本發明之實施形態1之被蝕刻膜之重複凸部加工步驟之要部縱剖面圖。
本實施形態1之被蝕刻膜之凸部加工步驟，首先，如圖1(a)之光微影步驟所示，為使特定形狀之凸部重複形成於表面，於被蝕刻膜1上塗佈遮罩材料使遮罩膜成膜後，藉由光微影技術圖案化該遮罩膜作為重複之特定形狀之遮罩2。該重複圖案化形狀係俯視圓形狀、橢圓形狀及多角形狀(例如4角形等)之中任一者，圖案化係以均等之重複形狀使該等形成為俯視下之矩陣狀或鋸齒狀。
其次，如圖1(b)之遮罩加工步驟所示，以成為應轉印至被蝕刻膜1之特定形狀之方式而對遮罩2之上部進行加工，加工為去除較遮罩2之下側部分21更上側部分即前端外周之剖面角部分的剖面C形狀22。於對遮罩2進行加工時，考慮應轉印之被蝕刻膜1與遮罩2之物性，將遮罩2加工為剖面C形狀22之特定形狀，以不使被蝕刻膜1被加工之方式，即，以不對被蝕刻膜1產生影響之方式進行參數控制。作為該參數控制，可根據處理氣體之種類及處理氣體之壓力進行控制。作為處理氣體，於加工遮罩時，使用Ar氣體或O2氣體等鹵素系以外之氣體。
作為被蝕刻膜1，例如，藍寶石基板之材質為AlO3，遮罩2之材質主要為碳，若使O2氣體流動，則碳之C被取作為CO2，因O2氣體與藍寶石基板之AlO3的材質不發生反應，故而無影響。
將控制朝向由此時之被蝕刻膜1所構成之晶圓之處理氣體之離子引入之RF功率設定為0.28 w/cm2~1.13 w/cm2之範圍內。
如此，於遮罩形狀控制中，藉由使考慮遮罩材料P.R/藍寶石基板(AlO3)之各材料之組合之氣體系等之參數最合適化，在加工成為遮罩形狀控制之關鍵的遮罩P.R時，利用不蝕刻作為最終加工膜之被蝕刻膜1之藍寶石基板(AlO3)的Ar氣體或O2氣體，加工遮罩2之P.R，使最終之所需形狀加工為假定之形狀。該P.R係光阻劑(Photo Resist)，且係以碳作為主成分之材料。
作為該遮罩形狀，此處，雖形成為縱剖面之上側部分之外周兩角部剖面被直線地去除之前端C形狀22，但不限定於此，亦可形成為剖面R形狀，其係亦根據轉印至被蝕刻膜1之形狀，上側部分之外周角部分剖面曲線地凹陷或鼓出而形成者。綜上所述，加工為遮罩2之前端外周之剖面兩角部分被去除之剖面C形狀或剖面R形狀。
其次，如圖1(c)之轉印蝕刻步驟所示，基於經加工之遮罩形狀之上部之剖面C形狀22將該遮罩形狀轉印至被蝕刻膜1。於加工被蝕刻膜1時，以鹵素系等氣體進行轉印蝕刻處理。作為鹵素系之氣體，例如使用BCl3等。
作為最終加工膜之被蝕刻膜1之例，藉由利用藍寶石基板(AlO3)中之加工氣體(BCl3氣體)之乾燥蝕刻，將遮罩P.R之凸形狀轉印至藍寶石基板(AlO3)上而形成所需之重複表面凸部形狀(凸形狀)。
作為該被蝕刻膜1之例如藍寶石基板(AlO3)之表面凸部形狀，於此處，係使藍寶石基板(AlO3)之特定深度部分露出，於變薄之平坦面之被蝕刻膜1a上剖面3角形狀(左右對稱之正三角形或等邊三角形)之
錐狀之凸部1b形成為俯視下之重複鋸齒狀。該重複鋸齒狀之表面凸部形狀為俯視圓形、橢圓形及多角形(例如4角形等)之中任一者，重複之凸部1b之間隔均等且凸部1b本身之大小亦均等且穩定地形成，該等以鋸齒狀(或矩陣狀)二維狀地均等配置。
即，於轉印蝕刻步驟中，作為變薄之被蝕刻膜1之例如於藍寶石基板(AlO3)之平坦面上剖面3角形狀之錐狀(圓錐狀)或半圓形狀或類似於該等之形狀(錐狀或半圓形狀變形之例如使錐狀於高度方向倒塌斜面呈圓形鼓出之形狀，或使半圓形狀變高之形狀等)之各種凸部均等地形成為俯視下之重複鋸齒狀或矩陣狀。該重複凸部為俯視下之圓形、橢圓形及多角形之中任一者，重複之凸部之間隔均等且凸部本身之大小亦均等且穩定地形成。
因此，本實施形態1之晶圓處理方法係基於形成於晶圓上之遮罩圖案對被蝕刻膜進行加工之晶圓處理方法，其於一個電漿乾燥蝕刻裝置之腔室內改變控制參數進行如下步驟：遮罩加工步驟，其將遮罩加工為與應轉印至被蝕刻膜之形狀對應之形狀；及轉印蝕刻步驟，其基於經加工之遮罩形狀將遮罩形狀轉印至被蝕刻膜。此處，晶圓係例如作為被蝕刻膜1之藍寶石基板。
於遮罩加工步驟中，將遮罩加工為特定之凸形狀，以完全不加工晶圓之表面部之方式選擇控制參數對該遮罩進行加工。此時之控制參數係蝕刻裝置中所使用之處理氣體之種類及處理氣體壓力。該處理氣體之種類，於遮罩加工步驟中係使用Ar或O2等鹵素系氣體以外之氣體，於轉印蝕刻步驟中係使用BCl3等鹵素系氣體。又，將控制朝向晶圓之處理氣體離子之引入之RF功率設定為0.28 w/cm2~1.13 w/cm2之範圍內。
圖2係模式性地表示本實施形態1之晶圓之重複凸部加工步驟中所使用之蝕刻處理裝置之概要之縱剖面圖。
於圖2中，由作為被蝕刻膜1之藍寶石基板(AlO3)所構成之晶圓11搭載於下部電極12上，該下部電極12與上部電極13之間設有腔空間14。自處理氣體供給孔15(此處於周圍側壁有8處)以特定之氣體流量均等地供給於加工遮罩時處理氣體之O2氣體、於轉印蝕刻處理時處理氣體之BCl3氣體至腔空間14內。
為避免由蝕刻處理中之溫度上升所導致之遮罩P.R之過熱，於蝕刻處理時設定為與背面冷卻He與晶圓背面直接接觸之構造相適之氣體壓力，以使晶圓表面溫度不上升至P.R耐熱上限溫度以上。綜上所述，下部電極12上搭載有作為被蝕刻膜1之藍寶石基板(AlO3)之晶圓11，下部電極12之晶圓搭載面上開有孔並自此處提供背面冷卻He，為了利用該He獲得均勻之晶圓冷卻效果而逐漸變為直接冷卻晶圓11之背面。與此相對，先前介隔吸附於下部電極12上之托盤而搭載有晶圓11，就介隔托盤這一點來看，利用冷卻He之晶圓11之冷卻不充分。
如此，作為本實施形態1之晶圓處理裝置之蝕刻處理裝置，使用於本實施形態1之晶圓處理方法中，為避免遮罩加工步驟及轉印蝕刻步驟時之溫度上升所導致之遮罩2之過熱，使作為背面冷卻氣體之背面冷卻He與晶圓背面直接接觸，以使由被蝕刻膜1所構成之晶圓之表面溫度不上升至遮罩之耐熱上限溫度以上，藉此，可高效地冷卻晶圓。
綜上所述，作為本實施形態1之晶圓處理裝置之蝕刻處理裝置，可控制搭載晶圓之平台溫度及晶圓之背面溫度、氣體進料之均勻性。
圖3係表示對可處理區域之處理氣體流量與處理氣體壓力之關係之圖。
如圖3所示，可處理(放電)區域中，處理氣體壓力為0.2 Pa~10 Pa之範圍，處理氣體流量為0.93(cc/min)/L(升)~18.6(cc/min)/L(升)之範圍。
綜上所述，於遮罩加工步驟中，將遮罩2加工為特定之凸形狀，以完全不加工晶圓11之表面部之方式選擇控制參數對遮罩2進行加工。該控制參數係蝕刻裝置中所使用之處理氣體之種類及處理氣體壓力，處理氣體壓力根據蝕刻裝置中之氣體流量與氣體排氣量之關係進行調整。於0.2 Pa~10 Pa之範圍內調整處理氣體壓力，此時之氣體流量此處為0.93(cc/min)/L~18.6(cc/min)/L，亦可為20 cc~400 cc之範圍內。再者，1 Pa=7.500638 mTorr。
圖4係模式性地表示用以說明氣體壓力之腔及其排氣部之概略構成例的縱剖面圖。
如圖4所示，於腔內，於下部電極12上搭載有作為被蝕刻膜1之藍寶石基板(AlO3)即晶圓11，將處理氣體供給至腔空間14內而處理晶圓11。於設有腔空間14之腔室內以空間上連通之方式設置排氣部。排氣部係由泵16與閥17而構成。閥17為節流閥，其為橫向滑動自由且伸縮自由(亦可為蛇腹狀者)地構成，可調整排氣面積而調整腔空間14內之壓力。
於自處理氣體供給孔15供給處理氣體且氣體流量為固定之情形時，為使腔空間14內之壓力變高，可使閥17於關閉之方向上橫向滑動。又，為使腔空間14內之壓力變低，可使閥17於打開之方向上橫向滑動。於與氣體流量之均衡下亦存在高壓側、低壓側之極限固定之情況。若氣體流量較少，則無論如何關閉閥17都無法調整至腔空間14內之所需之壓力，若氣體流量較多，則無論如何打開閥17都無法調整至腔空間14內之所需之壓力。
圖5係模式性地表示用以說明氣體壓力之腔及其排氣部之概略構成例之變化例的縱剖面圖。
於圖5中，於設有腔空間14之腔室中以空間上連通之方式設置排氣部。排氣部由泵16與閥18而構成，閥18藉由利用旋轉而增減排氣面
積，可調整排氣量而調整腔空間14內之壓力。
再者，於圖4及圖5中，朝向腔空間14內之氣體之導入可自上部、側壁及下部中之至少任一者進行。
圖6(a)係模式性地表示於下部電極上搭載有晶圓之狀態的縱剖面、圖6(b)係模式性地表示於下部電極上搭載有晶圓之狀態的平面圖。
於圖6(a)及圖6(b)中，將控制朝向遮罩加工步驟之被蝕刻膜1(例如藍寶石基板)之晶圓之離子引入之RF功率設定為0.28 w/cm2~1.13 w/cm2之範圍。該情形之RF功率係施加於下部電極12之RF功率。現狀之使用設備中，於上部電極13與下部電極12之兩部位上實施RF功率之施加，變得可分別獨立地控制各RF功率。施加於上部電極13上之RF功率決定放電電漿之密度，施加於下部電極12之RF功率將生成於上部電極13之電漿中之離子吸引至晶圓側，起著決定對晶圓表面之物理性濺鍍力之作用。
蝕刻係以物理性濺鍍力切割構成被蝕刻膜1之晶圓表面之鍵結，或以濺鍍力飛散‧去除膜，於去除變得容易之狀態時反應性較高之自由基等發生反應，成為揮發性較高之物質而自表面使其去除，藉此蝕刻處理進展。因此，對下部電極12之RF功率之下限值於確保充分之濺鍍力之區域內決定，該RF功率之上限值，因RF功率之產生器之規格、或過高導致產生形狀異常而較難決定。若對下部電極12之RF功率之下限值過低，則因濺鍍力不充分蝕刻處理進展不順利，或非常緩慢不能獲得實際之處理速度。
必須對應於LED(Light Emitting Diode，發光二極管)等發光元件之發光層使藍寶石基板(AlO3)之凸部形狀及凸部之尺寸本身變化。光微影步驟與轉印蝕刻步驟之間，先前進行高溫烘烤處理等熱處理，本實施形態1中，若藉由光微影步驟使遮罩圖案化為特定形狀，則其
後，不進行高溫烘烤處理等熱處理，藉由於作為與轉印蝕刻步驟相同之晶圓處理裝置之電漿乾燥蝕刻處理裝置內將遮罩之上部加工為特定形狀，而可製作各種形狀之遮罩形狀。根據該遮罩形狀，可對應於LED等發光元件之發光層使藍寶石基板(AlO3)之重複凸部形狀及凸部之尺寸本身於特定範圍內變化。
綜上所述，於該遮罩加工步驟中，藉由將遮罩加工步驟之處理時間、處理氣體壓力及RF功率之中至少任一者作為控制參數而進行調整，可於固定範圍內對應轉印至藍寶石基板(AlO3)之凸部形狀及其大小進行各種設定及變更。
圖7(a)及圖7(b)係轉印至藍寶石基板(AlO3)之各種重複凸部之俯視顯微鏡照片圖。圖8(a)及圖8(b)係轉印至藍寶石基板(AlO3)之各種重複凸部之剖面觀察顯微鏡照片圖。
如圖7(a)所示，於作為藍寶石基板(AlO3)之表面之凸部1b1俯視圓形之直徑較小之情形時，例如，剖面三角形狀等各種形狀之凸部1b1以俯視圓形間隔及其形狀均等之重複形狀使該等排列為鋸齒狀。該情形之凸部1b1與凸部1b1之間介隔平坦面而空開，凸部1b1本身看上去較小。
與此相對，如圖7(b)所示，於作為藍寶石基板(AlO3)之表面之凸部1b1之其他事例俯視圓形之直徑較大之情形時，例如，剖面三角形狀等各種形狀之凸部1b2以俯視圓形間隔及其形狀均等之重複形狀使該等排列為鋸齒狀。該情形之凸部1b2與凸部1b2之間，與圖7(a)之情形相比平坦面較少而擁擠，凸部1b2本身看上去較大。
上述之圖1中，於藍寶石基板(AlO3)之上以剖面3角形狀(左右對稱之正三角形或等邊三角形)排列錐狀之凸部1b為重複鋸齒狀作為被蝕刻膜1a，但不限定於此，亦可進行其他形狀之加工。
於圖8(a)中，剖面3角形狀之凸部1b3之兩斜邊向外側鼓出而形
成。其係自於遮罩加工步驟中所形成之剖面R形狀轉印至藍寶石基板(AlO3)上所形成者。於圖8(b)中，形成為與圖8(a)之凸部1b3之形狀完全不同之剖面丸子形狀(凸部1b4)。其係自於遮罩加工步驟中所形成之剖面半圓形狀轉印至藍寶石基板(AlO3)上所形成者。於該等情形之圖8(a)及圖8(b)之任一之凸部1b3及凸部1b4之形狀俯視下為圓形狀。
根據以上，根據本實施形態1，係一種於構成被蝕刻膜1之晶圓11上根據經圖案化之遮罩2對晶圓11之被蝕刻膜1之表面部進行加工之晶圓處理方法，其於一個蝕刻裝置內改變處理氣體之種類及處理氣體之壓力而進行如下步驟：遮罩加工步驟，其將遮罩2加工為與應轉印至被蝕刻膜1上之凸形狀對應之凸形狀；轉印蝕刻步驟，其根據經加工之遮罩形狀將遮罩形狀轉印至被蝕刻膜1之表面部。
於此情形時，於光微影步驟與轉印蝕刻步驟之間不進行熱處理，因此可自先前方法省略步驟，若藉由光微影步驟使遮罩圖案化為特定形狀，其後可於與轉印蝕刻步驟相同之晶圓處理裝置內將遮罩之上部加工為特定形狀，可穩定地獲得各種形狀之遮罩形狀。藉此，根據該遮罩形狀，可確保轉印至作為被蝕刻膜之藍寶石基板之晶圓11上之凸部本身之大小或凸部間距離之穩定性或凸部間之平坦部之再現性。藉此，可有效地形成最合適之凸部形狀以降低於發光層上之生成光損失。
此處，於本實施形態1之表面重複形成有凸部(凸形狀)之表面凹凸形狀之藍寶石基板(AlO3)上，形成一導電型接觸層，於該一導電型接觸層上形成多重量子井構造之發光層，於該發光層上形成另一導電型接觸層，藉此，對製造半導體發光元件之半導體發光元件之製造方法進行說明。
圖9係表示本發明之實施形態1中之氮化物半導體發光元件之要部構成例的縱剖面圖。
於圖9中，本實施形態1之氮化物半導體發光元件30，係於作為於表面形成有均等之凸部11b之晶圓11之例之藍寶石基板11A之上，包含氮化鋁(AlN)之緩衝層31成膜，於其上包含非摻雜之GaN之非摻雜GaN層32成膜。藉由該等之藍寶石基板11A、緩衝層31及非摻雜GaN層32而構成單晶性基板。
於本實施形態1之氮化物半導體發光元件30中，於該單晶性基板上形成包含GaN之n型接觸層33，於該n型接觸層33上形成多重層34，於該多重層34上形成多重量子井構造之發光層35。
多重量子井構造之發光層35之井層包含至少含有In之InyGa1-yN(0≦y<0.3)。於該多重量子井構造之發光層35上，形成包含p型Al0.15Ga0.85N之p型層之電子阻擋層36，於該電子阻擋層36上，形成包含p型GaN之p型接觸層37。於該p型接觸層37上，藉由金屬蒸鍍形成透光性薄膜電極38(ITO(Indium Tin Oxides，氧化銦錫))，於透光性薄膜電極38之一部分上形成p電極39，另一方面，於n型接觸層33之端部露出面之一部分上形成n電極40。於最上部，形成包含SiO2膜之保護膜41。
將以此方式所製造之半導體發光元件晶圓切割為複數個晶片而分別製造各半導體發光元件。
綜上所述，本實施形態1之半導體發光元件之製造方法如下：在藉由上述之本實施形態1之晶圓處理方法所獲得之於表面重複形成有凸部(凸形狀)之表面凸形狀之晶圓上，形成一導電型接觸層，於一導電型接觸層上形成多重量子井構造之發光層，於發光層上形成另一導電型接觸層，藉此，製造半導體發光元件晶圓，將半導體發光元件晶圓切割為複數個晶片可製造複數個半導體發光元件。
如以上般，使用本發明之較佳實施形態1對本發明進行了例示，但本發明並非為限定於該實施形態1而解釋者。可知，本發明應僅根
據專利申請範圍解釋其範圍。可知，業者自本發明之具體之較佳實施形態1之記載，根據本發明之記載及技術常識，可實施等價之範圍。可知，本說明書中所引用之專利、專利申請及文獻，其內容本身具體與本說明書中所記載之相同，其內容對於本說明書作為參考而應引用。
本發明係於根據形成於晶圓上之遮罩圖案於藍寶石基板之表面部形成重複凸部之晶圓處理方法、該晶圓處理方法中所使用之晶圓處理裝置及使用其之氮化物系化合物半導體發光元件等半導體發光元件之製造方法之領域，於一個晶圓處理裝置內改變控制參數而進行如下步驟：遮罩加工步驟，其將遮罩加工為與應轉印至晶圓上之凸形狀對應之凸形狀；轉印蝕刻步驟，其根據經加工之遮罩形狀將遮罩形狀轉印至晶圓之表面部上；藉此，可有效地形成最合適之凹凸形狀以降低於發光層上之生成光損失。
1、1a‧‧‧被蝕刻膜(藍寶石基板)
1b‧‧‧剖面3角形狀之凸部
2‧‧‧遮罩
21‧‧‧下側部分
22‧‧‧剖面C形狀
Claims (17)
- 一種晶圓處理方法，其係根據形成於晶圓上之遮罩圖案對該晶圓之表面部進行加工者，其於一個晶圓處理裝置內改變控制參數進行如下步驟：遮罩加工步驟，其將遮罩加工為與應轉印至該晶圓上之凸形狀對應之凸形狀；及轉印蝕刻步驟，其根據經加工之遮罩形狀將該遮罩形狀轉印至該晶圓之表面部。
- 如請求項1之晶圓處理方法，其中於上述遮罩加工步驟中，以完全不加工上述晶圓之表面部之方式選擇上述控制參數而對該遮罩進行加工。
- 如請求項2之晶圓處理方法，其中上述控制參數係上述晶圓處理裝置中所使用之處理氣體之種類。
- 如請求項2或3之晶圓處理方法，其中上述控制參數係上述晶圓處理裝置中所使用之處理氣體壓力。
- 如請求項4之晶圓處理方法，其中上述處理氣體壓力藉由上述晶圓處理裝置中之氣體流量與氣體排氣量之關係而調整，將該處理氣體壓力調整為0.2 Pa~10 Pa之範圍內，將此時之該氣體流量調整為20 cc~400 cc之範圍內。
- 如請求項3之晶圓處理方法，其中上述處理氣體之種類，於上述遮罩加工步驟中係使用Ar或O2等鹵素系氣體以外之氣體，於上述轉印蝕刻步驟中係使用BCl3等鹵素系氣體。
- 如請求項3之晶圓處理方法，其中於上述晶圓處理裝置中，將控制朝向上述晶圓之上述處理氣體之離子引入之RF功率設定為0.28 w/cm2~1.13 w/cm2之範圍內。
- 如請求項1之晶圓處理方法，其中於上述遮罩加工步驟中，藉由 調整將上述遮罩加工為特定之凸形狀時之上述晶圓處理裝置之控制參數，根據經加工之遮罩形狀可於固定範圍內變更應轉印至上述晶圓上之凸形狀之形狀及大小。
- 如請求項8之晶圓處理方法，其中上述遮罩加工步驟中之控制參數係該遮罩加工步驟之處理時間、處理氣體壓力、及控制朝向上述晶圓之處理氣體之離子引入之RF功率中之至少任一者。
- 如請求項9之晶圓處理方法，其中於上述遮罩加工步驟中，加工為上述遮罩之前端外周之剖面兩角部分被除去之剖面C形狀或剖面R形狀。
- 如請求項1或8之晶圓處理方法，其中藉由上述轉印蝕刻步驟，剖面3角形狀之錐狀或剖面半圓形狀或類似於該等形狀之凸形狀於變薄之晶圓之平坦面上形成為俯視下之重複鋸齒狀或矩陣狀。
- 如請求項11之晶圓處理方法，其中上述凸形狀於俯視下為圓形、橢圓形及多角形中之任一者，重複之該凸形狀之間隔均等且該凸形狀本身之大小亦均等地形成。
- 如請求項1之晶圓處理方法，其中於上述晶圓處理裝置中，為避免由上述遮罩加工步驟及上述轉印蝕刻步驟時之溫度上升所導致之上述遮罩之過熱，以背面冷卻氣體與晶圓背面直接接觸之方式而構成，以使上述晶圓之表面溫度不上升至其上之該遮罩之耐熱上限溫度以上。
- 如請求項1之晶圓處理方法，其中作為上述遮罩加工步驟之前段步驟具有如下遮罩圖案化步驟：於上述晶圓上使遮罩成膜後，藉由光微影技術使該遮罩膜圖案化為重複之特定形狀。
- 如請求項1至3、6至10、13及14中任一項之晶圓處理方法，其中上述晶圓係由藍寶石基板而構成。
- 一種晶圓處理裝置，其使用於如請求項1至3、6至10、13及14中任一項之晶圓處理方法中，其為避免由上述遮罩加工步驟及上述轉印蝕刻步驟時之溫度上升所導致之上述遮罩之過熱，以背面冷卻氣體與晶圓背面直接接觸之方式而構成，以使上述晶圓之表面溫度不上升至其上之該遮罩之耐熱上限溫度以上。
- 一種半導體發光元件之製造方法，其於藉由如請求項1至3、6至10、13及14中任一項之晶圓處理方法所獲得之表面上重複形成有特定之凸形狀之晶圓上，形成一導電型接觸層，於該一導電型接觸層上形成多重量子井構造之發光層，於該發光層上形成另一導電型接觸層，藉此，製造半導體發光元件晶圓，將該半導體發光元件晶圓切割為複數個晶片而製造複數個半導體發光元件。
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