特許 6940757 パターン化基板の製造方法および半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6940757

(24)【登録日】2021年9月7日

(45)【発行日】2021年9月29日

(54)【発明の名称】パターン化基板の製造方法および半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G03F 7/20 20060101AFI20210916BHJP

   H01L 33/22 20100101ALI20210916BHJP

   H01L 33/32 20100101ALI20210916BHJP

【ＦＩ】

   G03F7/20 501

   H01L33/22

   H01L33/32

   G03F7/20 521

【請求項の数】10

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2017-129678(P2017-129678)

(22)【出願日】2017年6月30日

(65)【公開番号】特開2019-12224(P2019-12224A)

(43)【公開日】2019年1月24日

【審査請求日】2020年6月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000226057

【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101683

【弁理士】

【氏名又は名称】奥田 誠司

(74)【代理人】

【識別番号】100155000

【弁理士】

【氏名又は名称】喜多 修市

(74)【代理人】

【識別番号】100180529

【弁理士】

【氏名又は名称】梶谷 美道

(74)【代理人】

【識別番号】100125922

【弁理士】

【氏名又は名称】三宅 章子

(74)【代理人】

【識別番号】100184985

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 悠

(72)【発明者】

【氏名】金川 裕樹

(72)【発明者】

【氏名】村上 圭

【審査官】 冨士 健太

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−３２４４７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０６４９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１３３２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２７１８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００５９７８９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｆ １／００−１／８６

７／２０−７／２４

９／００−９／０２

Ｈ０１Ｌ ３３／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

パターン化基板の製造方法であって、
格子状に配置された複数の内側遮光部と、前記複数の内側遮光部それぞれの周辺領域を一体的に繋ぐ透光部と、前記透光部を囲む外側遮光部とを有する露光マスクを用意する工程と、
前記露光マスクを用いて、基板に形成されたポジ型のフォトレジスト層をステップアンドリピート法により複数回露光する露光工程であって、全体として前記内側遮光部を投影した内側投影部が格子状に配置されるように、前記フォトレジスト層を複数回露光する露光工程と、
前記露光工程後に前記フォトレジスト層を現像する現像工程と、
現像された前記フォトレジスト層をマスクとして、前記基板をエッチングする工程と
を包含し、
前記露光工程において、
所定の露光における複数の内側投影部のうち最も外側に位置する１つの内側投影部と、他の露光における複数の内側投影部のうち前記所定の露光における前記１つの内側投影部の最も近くに配置される１つの内側投影部とを最短距離で結ぶ直線上において、前記所定の露光における前記透光部に対応する領域と前記他の露光における前記透光部に対応する領域とが重ならないようにする一方、その他の領域のうちの少なくとも一部において前記所定の露光における前記透光部に対応する領域と前記他の露光における前記透光部に対応する領域とが重なるようにして、前記フォトレジスト層を複数回露光する、パターン化基板の製造方法。

【請求項2】

前記重なる領域は、前記所定の露光における複数の内側投影部のうち最も外側に位置する１または２つの内側投影部、および、他の露光における複数の内側投影部のうち前記所定の露光における前記１または２つの内側投影部の最も近くに配置される１または２つの内側投影部から選ばれる３または４の内側投影部の重心に位置している請求項１に記載のパターン化基板の製造方法

【請求項3】

前記複数の内側遮光部は、三角格子状に配置されている、請求項１または２に記載のパターン化基板の製造方法。

【請求項4】

前記重なる領域は円形状を有する請求項１から３のいずれかに記載のパターン化基板の製造方法。

【請求項5】

前記重なる領域は、略三角形状を有する、請求項１から３のいずれかに記載のパターン化基板の製造方法。

【請求項6】

前記複数の内側遮光部は円形状を有する、請求項１から５のいずれかに記載のパターン化基板の製造方法。

【請求項7】

前記複数の内側遮光部は、０．３μ以上５μｍ以下の直径を有する請求項６に記載のパターン化基板の製造方法。

【請求項8】

前記複数の内側遮光部の、隣接する内側遮光部の中心間距離は、０．４μｍ以上６μｍ以下である請求項６または７に記載のパターン化基板の製造方法。

【請求項9】

前記基板はサファイア基板である、請求項１から８のいずれかに記載のパターン化基板の製造方法。

【請求項10】

請求項１から９のいずれかに記載の方法によって、パターン化基板を製造する工程と、
前記パターン化基板上に、発光層を含む半導体積層構造を形成する工程と、
前記半導体積層構造に電気的に接続されたｎ側電極およびｐ側電極を形成する工程と
を包含する半導体発光装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願はパターン化基板の製造方法および半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

種々の灯具の光源として半導体発光素子が広く利用されている。半導体発光素子は、基板上にエピタキシャル成長させた半導体層を備え、半導体層で発生した光は、基板側あるいは、基板と反対側の半導体層から出射する。

【0003】

半導体発光素子が、例えば窒化ガリウム系半導体素子である場合、半導体層の屈折率が大きいため、半導体発光素子の周囲の大気等との間の大きな屈折率差により、全反射が生じやすく、半導体発光素子の外部へ光を取り出しにくい。このため、このような半導体発光層を備えた半導体発光素子では、光の取り出し効率を向上させることが課題となる。

【0004】

光取り出し効率を向上させる方法として、半導体層をエピタキシャル成長させる基板の表面に複数の凸部（凹凸と称する文献もある）を形成し、半導体層から出射した光を基板の表面で散乱させることによって、入射角が全反射の臨界角よりも小さい光を外部に出射させる技術が知られている。例えば、このような複数の凸部を設けたサファイア基板は、ＰＳＳ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｓａｐｐｈｉｒｅ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ：パターン化サファイア基板）と呼ばれる。特許文献１は、凹凸のパターンの歪みが抑制された半導体基材を製造する方法の一例を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２−６４９０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

複数の凸部が設けられた基板は発光素子の製造に限らず、フォトニックデバイス、反射防止構造、拡散構造として、種々の分野で利用され得る。本開示は、複数の凸部のパターンの歪みが抑制されたパターン化基板の製造方法および半導体装置の製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示のパターン化基板の製造方法は、格子状に配置された複数の内側遮光部と、前記複数の内側遮光部それぞれの周辺領域を一体的に繋ぐ透光部と、前記透光部を囲む外側遮光部とを有する露光マスクを用意する工程と、前記露光マスクを用いて、基板に形成されたフォトレジスト層をステップアンドリピート法により複数回露光する露光工程であって、全体として前記内側遮光部を投影した内側投影部が格子状に配置されるように、前記フォトレジスト層を複数回露光する露光工程と、前記露光工程後に前記フォトレジスト層を現像する現像工程と、現像された前記フォトレジスト層をマスクとして、前記基板をエッチングする工程とを包含し、前記露光工程において、所定の露光における複数の内側投影部のうち最も外側に位置する１つの内側投影部と、他の露光における複数の内側投影部のうち前記所定の露光における前記１つの内側投影部の最も近くに配置される１つの内側投影部とを最短距離で結ぶ直線上において、前記所定の露光における前記透光部に対応する領域と前記他の露光における前記透光部に対応する領域とが重ならないようにする一方、その他の領域のうちの少なくとも一部において前記所定の露光における前記透光部に対応する領域と前記他の露光における前記透光部に対応する領域とが重なるようにして、前記フォトレジスト層を複数回露光する。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、複数の凸部のパターンの歪みが抑制されたパターン化基板を製造することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1A】図１Ａは本開示のパターン化基板およびその一部を拡大して示す平面図である。

【図1B】図１Ｂは図１Ａに示すパターン化基板の上面の形状を拡大して示す模式図である。

【図1C】図１Ｃは本開示のパターン化基板の上面の他の形状を拡大して示す模式図である。

【図2A】図２Ａは本開示のパターン化基板の製造方法における一工程断面図である。

【図2B】図２Ｂは本開示のパターン化基板の製造方法における一工程断面図である。

【図2C】図２Ｃは本開示のパターン化基板の製造方法における一工程断面図である。

【図2D】図２Ｄは本開示のパターン化基板の製造方法における一工程断面図である。

【図2E】図２Ｅは本開示のパターン化基板の製造方法における一工程断面図である。

【図3A】図３Ａは本開示のパターン化基板の製造方法で用いる露光マスクのパターンを示す図である。

【図3B】図３Ｂは図３Ａに示す露光マスクを透過した露光光の投影領域を示す図である。

【図4】図４は本開示のパターン化基板の製造方法において、ステップアンドリピートで露光を行う手順を示す図である。

【図5A】図５Ａは露光マスクの位置合わせ誤差により生じる投影領域のずれを説明する図である。

【図5B】図５Ｂは露光マスクの位置合わせ誤差により生じる投影領域のずれを説明する図である。

【図5C】図５Ｃは露光マスクの位置合わせ誤差により生じる投影領域のずれを説明する図である。

【図6A】図６Ａは図３Ａに示す露光マスクを用いて複数回露光した場合における投影領域を示す図である。

【図6B】図６Ｂは図３Ａに示す露光マスクを用いて複数回露光した場合における投影領域を示す他の図である。

【図6C】図６Ｃは図６Ｂに示す投影領域を説明するための模式図である。

【図7A】図７Ａは本開示のパターン化基板の製造方法で用いる他の露光マスクのパターンを示す図である。

【図7B】図７Ｂは図７Ａに示す露光マスクを透過した露光光の投影領域を示す図である。

【図8】図８は本開示のパターン化基板の製造方法で用いる他の露光マスクを透過した露光光の投影領域を示す図である。

【図9】図９は本開示のパターン化基板の製造方法で用いる他の露光マスクを透過した露光光の投影領域を示す図である。

【図10】図１０は本開示のパターン化基板の製造方法で用いる他の露光マスクを透過した露光光の投影領域を示す図である。

【図11】図１１は本開示のパターン化基板の製造方法で用いる他の露光マスクを用いて複数回露光した場合における投影領域を示す図である。

【図12A】図１２Ａは本開示の半導体発光装置の製造方法における一工程断面図である。

【図12B】図１２Ｂは本開示の半導体発光装置の製造方法における一工程断面図である。

【図12C】図１２Ｃは本開示の半導体発光装置の製造方法における一工程断面図である。

【図12D】図１２Ｄは本開示の半導体発光装置の製造方法における一工程断面図である。

【図13A】図１３Ａは図７Ａに示す露光マスクを用いて露光を行い、現像したフォトレジスト層の上面の一例を示す図である。

【図13B】図１３Ｂは図３Ａに示す露光マスクを用いて露光を行い、現像したフォトレジスト層の上面の一例を示す図である。

【図14A】図１４Ａは従来の露光マスクを用い、図５Ｂに示す投影領域の位置合わせで露光を行い、現像したフォトレジスト層の一例を示す図である。

【図14B】図１４Ｂは従来の露光マスクを用い、図５Ｃに示す投影領域の位置合わせで露光を行い、現像したフォトレジスト層の上面の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら本開示のパターン化基板の製造方法および半導体装置の製造方法の実施形態を説明する。以下に説明するパターン化基板の製造方法および半導体装置の製造方法は、実施形態の一例であって、以下に説明する製造方法において種々の改変が可能である。以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。さらに、各構成要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、製造方法の工程は、２以上の工程を１つにまとめて行ってもよいし、逆に１つの工程を２以上の工程に分けて行ってもよい。

【0011】

（第１の実施形態）
以下、本開示のパターン化基板の製造方法の実施形態を説明する。本開示のパターン化基板の製造方法は、パターン化基板の複数の凸部を形成するためのフォトレジスト層のパターンにおける歪みを低減することによって、複数の凸部のパターンの歪みが抑制されたパターン化基板を提供し得る。つまり、本開示のパターン化基板の製造方法は、フォトレジスト層の露光に１つの特徴を有する。以下の説明では、まず、パターン化基板の製造方法を概略的に説明し、その後、特徴的な露光方法を説明する。

【0012】

［パターン化基板１１の構造］
図１Ａは、本開示のパターン化基板１１およびその一部を拡大して示す模式的な平面図である。パターン化基板１１は上面１１ａを有し、上面１１ａに複数の凸部１２が設けられている。凸部１２の底面は本実施形態では円形である。図１Ｂは、パターン化基板１１の上面１１ａの一部を拡大して示す斜視図である。凸部１２は本実施形態では略円錐形状を有している。凸部１２の表面（側面）は、上面１１ａに対して傾斜していることが好ましい。これにより、半導体素子の発光層からパターン化基板１１に向けて出射した光の進行角度を大きく変えることができる。底面の形状は円に限られず、多角形等であってもよい。凸部１２は、用途あるいは仕様に応じて、上面１１ａの一部に配置されていてもよいし、上面１１ａの全体に配置されていてもよい。

【0013】

図１Ｃは凸部１２の他の形状の一例を示している。図１Ｃに示す凸部１２は、錐台形状を有する。錐台の底面は略三角形形状であって、三角形形状（図の太点線）から各辺が外側に向けて膨らんだ形状を有し、上面は略円形状を有している。

【0014】

後述するように凸部１２の形状は、凸部１２を形成するためのエッチングマスクの形状、エッチングの種類や条件等に依存する。以下、本実施形態では、凸部１２の底面が略円形形状を有するパターン化基板１１を参照してパターン化基板の製造方法を説明する。

【0015】

複数の凸部１２は、パターン化基板１１の上面１１ａにおいて、２次元に配列されている。凸部１２の上面１１ａにおける配置はランダムであってもよし、規則的でもよい。規則的に複数の凸部１２を配置したほうが、凸部１２の上面１１ａにおける密度を高めることが可能であり、発光層からパターン化基板１１に入射する光の反射方向をよりランダムに変えることが可能である。

【0016】

規則的に複数の凸部１２を配置する場合、凸部１２は、格子状に配置される。格子状の配置は、三角格子および四角格子を含む。凸部１２の底面が円形状を有する場合、三角格子状に凸部１２を配置した方が凸部１２の密度をより高めることが可能である。しかし、凸部１２は四角格子状に配置されていてもよい。

【0017】

パターン化基板１１は、用途に応じた種々の材料の基板であってよい。窒化ガリウム系半導体発光素子の作製に用いる場合には、パターン化基板１１は例えば、サファイア基板であってよい。また、パターン化基板１１の大きさも任意に選択し得る。凸部１２の底面の大きさ、隣接する凸部１２との間のピッチおよび凸部１２の高さもパターン化基板１１の用途および求められる仕様に応じて決定し得る。パターン化基板１１が窒化ガリウム系発光ダイオードに用いられる場合には、凸部１２の底面は、例えば、０．３μｍ以上５μｍ以下の直径を有する円形状を有している。また、隣接する凸部１２との間のピッチは、例えば、０．４μｍ以上６μｍ以下である。凸部１２の高さは、例えば、０．１μｍ以上３μｍ以下である。

【0018】

［パターン化基板１１の製造方法の概略］
次に図２Ａから図２Ｅを参照しながら、パターン化基板１１の製造方法を説明する。図２Ａから図２Ｅは、パターン化基板１１の製造方法における工程断面図である。

【0019】

（１）露光マスクを用意する工程
パターン化基板１１の上面１１ａに形成する凸部１２に対応するパターンを備えた露光マスクを用意する。この工程は以下において、詳述する。

【0020】

（２）露光工程
図２Ａに示すように、まず、基板１３を用意する。例えば、パターン化基板１１を窒化ガリウム系半導体発光素子の作製に用いる場合にはサファイア基板を用意する。基板１３の上面にフォトレジストを塗布し、熱処理（プリベーク）を行うことによって、図２Ｂに示すように、基板１３の上面１３ａにフォトレジスト層１４を形成する。次に、露光マスクを用いてフォトレジスト層１４を露光する。露光工程の詳細は以下において説明する。必要に応じて露光後、フォトレジスト層１４を熱処理する（ポストベーク）。

【0021】

（３）現像工程
露光済みのフォトレジスト層１４を現像液と接触させ、フォトレジスト層１４の現像を行う。この工程によって露光部分のフォトレジスト層１４が溶出され、図２Ｃに示すように、現像され、所定のパターンを有するフォトレジスト層１５が得られる。

【0022】

（４）エッチング工程
現像されたフォトレジスト層１５をマスクとして基板１３を上面１３ａからエッチングする。エッチングにはドライエッチングおよびウエットエッチングを利用することができる。ドライエッチングを用いる場合、使用するガス、バイアス電圧等のエッチング条件を適切に選択することによって、凸部１２の外形を調整することができる。これにより図２Ｄに示すように、現像されたフォトレジスト層１５の各パターンの下方に凸部１２が位置するパターン化基板１１が得られる。

【0023】

（５）除去工程
フォトレジスト層１５を除去することによって、図２Ｅに示すように、上面１１ａに複数の凸部１２が形成されたパターン化基板１１が完成する。

【0024】

［露光マスクを用意する工程および露光工程の詳細］
露光マスクを用意する工程および露光工程を詳細に説明する。図３Ａは、露光工程で用いる露光マスク１０１の露光光が照射される部分のパターンを示す。図３Ａにおいて、ハッチングされた領域は、遮光領域を示し、白い領域は透光性領域を示す。図３Ａでは、露光マスク１０１は長方形形状を有しているが、露光マスク１０１は正方形形状を有していてもよい。露光マスク１０１はレチクルともよばれる。本実施形態のパターン化基板の製造方法において、凸部１２を形成するためのフォトリソグラフィ工程はポジ型のフォトレジストを用いる。

【0025】

露光マスク１０１は、複数の内側遮光部１０２と、透光部１０３と、外側遮光部１０４とを含む。各内側遮光部１０２は、本実施形態では、パターン化基板１１の凸部１２の底面の形状に対応している。具体的には内側遮光部１０２は円形状を有している。例えば、各内側遮光部１０２は０．３μ以上５μｍ以下の直径を有する円形状を有している。

【0026】

複数の内側遮光部１０２はパターン化基板１１の上面１１ａにおける凸部１２の配置に対応している。つまり、複数の内側遮光部１０２は露光マスク１０１において格子状に配置されている。本実施形態では、内側遮光部１０２が三角格子状に配置されており、隣接する３つの内側遮光部１０２の中心は、正三角形の頂点に位置している。内側遮光部１０２は上述したように露光光を透過しない。

【0027】

透光部１０３は、露光光に対して透過性を有しており、複数の内側遮光部１０２のそれぞれの周辺領域を一体的につないでいる。つまり、各内側遮光部１０２は他の内側遮光部１０２と接続されておらず、孤立している。

【0028】

外側遮光部１０４は透光部１０３を囲んでおり、複数の内側遮光部１０２のいずれとも接続されていない。外側遮光部１０４も露光光を透過しない。

【0029】

露光マスク１０１は露光光を透過するガラスなどの透光板上に、金属膜等の遮光性を有する膜によって内側遮光部１０２および外側遮光部１０４を形成することにより作製される。

【0030】

図３Ｂは、露光マスク１０１に露光光を照射することによって得られる露光光の投影領域１１３を示す。投影領域１１３は露光マスク１０１の透光部１０３に対応している。投影領域１１３は露光マスク１０１の複数の内側遮光部１０２に対応する複数の内側投影部１１２を囲んでいる。内側投影部１１２は露光光が照射されない領域である。

【0031】

露光工程では、露光マスク１０１を用いて、露光光を基板１３上のフォトレジスト層１４に縮小投影し、基板１３に形成されたフォトレジスト層１４をステップアンドリピート法により複数回露光する。例えば、図４に示すように、基板１３に対して、露光光の投影領域１１３が、図４中、１、２・・・２０で示すように、基板１３に順次形成されるように、露光マスク１０１に対してｘ方向およびｙ方向に相対的に基板１３を移動させる。

【0032】

このようなステップアンドリピート法により複数回露光を行い、投影領域をつなぎ合わせてより大きな投影領域を形成する場合、各投影領域のつなぎ目における位置合わせ精度等が問題となる。図５Ａに示すように、内側投影部２１２が２つの隣接する投影領域２１３の境界上に位置する場合、位置合わせが不完全であることによって、境界で接合された２つの内側投影部２１３の形が崩れてしまう。

【0033】

このような形の乱れを避けるためには、投影領域の最外周を露光光が照射される領域で囲むことが考えられる。しかし、この場合、図５Ｂに示すように、位置合わせ誤差によって、２つの隣接する投影領域２１３に間隙が生じる可能性がある。間隙は未露光領域となりフォトレジストが２つの隣接する投影領域２１３の間に残ってしまう。

【0034】

一方、図５Ｃに示すように、位置合わせ誤差を考慮して２つの隣接する投影領域２１３が互いに少し重なるように露光を行うことが考えられる。この場合、未露光領域は生じないが、２つの露光領域が重なった部分では、周囲に比べて、露光量が過大となり、近接する内側投影部２１２のパターンが小さくなってしまう。

【0035】

このような、課題が生じた露光が行われた場合、現像後に得られるフォトレジスト層をマスクとしてエッチングを行うと、形状および／または位置の乱れた凸部がパターン化基板に含まれる。その結果、パターン化基板上に半導体層をエピタキシャル成長させる際、形状および／または位置の乱れた凸部が起点となってピット、ボイド等の欠陥が半導体層中に生じ得る。

【0036】

本開示の露光マスクを用意する工程および露光工程によれば、このような課題を解決するために、隣接する２つの露光光の投影領域１１３において、境界における重なり合う幅を位置によって異ならせる。図６Ａは、隣接する２つの露光光の投影領域１１３Ａ、１１３Ｂの配置を示す。投影領域１１３Ａは、ある露光、例えば、図４に示す２番目の露光によって投影される露光光の領域を示し、投影領域１１３Ｂは、ある露光とは別の露光、例えば、図４に示す３番目の露光によって投影される露光光の領域を示す。投影領域１１３Ａおよび投影領域１１３Ｂによって、全体としてより大きな投影領域を構成しており、かつ、全体として内側投影部１１２Ａおよび内側投影部１１２Ｂが格子状に配置される。図６Ａでは２つの投影領域１１３Ａ、１１３Ｂしか示していないが、他の露光において形成される投影領域も投影領域１１３Ａおよび投影領域１１３Ｂとともに全体として１つのより大きな投影領域を形成し、基板１３のフォトレジスト層１４に投影される。また、全体として内側投影部が格子状に配置される。図６Ａに示すように、２番目の露光によって投影される複数の内側投影部１１２Ａのうち最も外側に位置する１つの内側投影部１１２ＡＰと、３番目の露光における複数の内側投影部１１２Ｂのうち、２番目の露光における内側投影部１１２ＡＰの最も近くに配置される１つの内側投影部１１２ＢＰとを最短距離で結ぶ直線Ｐ上において、２番目の露光における投影領域１１３Ａと３番目の露光における投影領域１１３Ｂとは互いに重なっていない。

【0037】

一方、投影領域１１３Ａと投影領域１１３Ｂとは上述の直線Ｐ上以外の少なくとも一部で互いに重なっている。具体的には、２番目の露光における複数の内側投影部１１２Ａのうち最も外側に位置する１または２つの内側投影部１１２ＡＰ、および、３番目の露光における複数の内側投影部１１２Ｂのうち１または２つの内側投影部１１２ＢＰから選ばれる３または４の内側投影部１１２ＡＰ、１１２ＢＰの重心１１２Ｇに重畳領域１１４が位置している。重畳領域１１４は２以上の投影領域が重なった領域である。本実施形態では、内側投影部１１２ＡＰ、１１２ＢＰは、三角格子状に配置されているため、２つの内側投影部１１２ＡＰと１つの内側投影部１１２ＢＰ、または、１つの内側投影部１１２ＡＰと２つの内側投影部１１２ＢＰによる３つの内側投影部の重心１１２Ｇに重畳領域１１４が位置している。本実施形態では、重畳領域１１４は、略三角形形状を有している。

【0038】

この配置によれば、隣接する２つの露光光の投影領域１１３Ａ、１１３Ｂにおいて、互いの距離が短い内側投影部１１２ＡＰ、１１２ＢＰを結ぶ直線Ｐ上では、露光領域を互いに重ね合わせないようにしている。このため、露光量が過大となり内側投影部１１２ＡＰ、１１２ＢＰに隣接する領域からの露光光が漏れこむことが抑制される。

【0039】

一方、直線Ｐ上以外の領域では、投影領域１１３Ａの最も外側に位置する内側投影部１１２ＡＰと投影領域１１３Ｂの最も外側に位置する内側投影部１１２ＢＰとの距離が相対的に長い。このため、位置合わせ誤差が生じて、投影領域１１３Ａと投影領域１１３Ｂとが離間した場合でも、未露光部分が生じないように、投影領域１１３Ａと投影領域１１３Ｂとを部分的に重ね合わせて、２つの露光光の投影領域１１３Ａ、１１３Ｂを重ね合わせても、最も外側に位置する内側投影部１１２ＡＰ、１１２ＢＰ間の距離が相対的に長いため、露光量の増大の影響を小さくすることができる。

【0040】

つまり、本開示の露光マスクを用意する工程および露光工程によれば、隣接する２つの露光光による投影領域の境界において、重ね合わせの幅が異なる部分がある。２つの投影領域のうちそれぞれ最も外側にする内側投影部を結ぶ最短の直線上では重ね合わせの幅を短く、例えば、重ね合わせが生じないようにする。一方、２つの投影領域のうち最も外側にする内側投影部から選ばれる３または４の内側投影部の重心の位置は、選択した内側投影部からそれぞれ最も離れた位置であるため、この重心の位置で、２つの投影領域が互いに重なり合うようにする。

【0041】

これによって、ステップアンドリピート法により複数回露光を行い、投影領域をつなぎ合わせてより大きな投影領域を形成する場合において、投影領域の境界における露光光の過不足が生じることを抑制し、露光によって形成するフォトレジスト層において、露光の投影領域の境界におけるパターンの歪みを抑制することができる。したがって、パターンの歪みが抑制されたフォトレジスト層を用いて作製されるパターン化基板では、凸部の形状の歪みおよび凸部の位置ずれ等が抑制される。その結果、本開示のパターン化基板を用いて半導体発光装置を作製した場合、半導体層にピット、ボイド等が生じることが抑制され、欠陥が少ない半導体発光装置を高い歩留まりで生産することが可能となる。

【0042】

なお、図６Ａでは、２つの露光光による投影領域１１３Ａ、１１３Ｂを示しているが、図６Ａにおいて、投影領域１１３Ａの左側、上側および下側に他の投影領域が配置される場合、図６Ａにおいて、ハッチングで示す領域１３５がこれら他の投影領域と重なる。つまり、重畳領域である。重畳領域１１４および領域１３５はいずれも設計上は同じ形状を有している。ただし、実際の露光において、隣接する２つの投影領域の重なりは許容誤差を含むため、１つの投影領域の各角に位置する重畳領域１１４および領域１３５の形状は完全に一致しない場合もある。 図６Ｂは露光光による４つの投影領域１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ、１１３Ｄの角部が配置された領域近傍を拡大して示す図であり、図６Ｃは、重畳領域１１４を除いた４つの投影領域１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ、１１３Ｄの配置を模式的に示す図である。分かりやすさのため、図６Ｂおよび図６Ｃにおいて同じ参照符号を付している。

【0043】

本実施形態では内側投影部１１２は三角格子状に配置されている。このため、４つの投影領域１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ、１１３Ｄが１つの頂点に集まることはない。この図では、投影領域１１３Ｂと投影領域１１３Ｃとは接しておらず、また、互いに重ならない。図６Ｃに示すように投影領域１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｄは頂点Ｐ１を共有し、投影領域１１３Ａ、１１３Ｃ、１１３Ｄは頂点Ｐ２を共有している。このため、図６Ｂに示すように、頂点Ｐ１に対応する三角格子の重心Ｇ１に位置する重畳領域１１４では投影領域１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｄが重なっている。また、頂点Ｐ２に対応する三角格子の重心Ｇ２に位置する重畳領域１１４では投影領域１１３Ａ、１１３Ｃ、１１３Ｄが重なっている。他の境界では、重なる投影領域の数は２である。このように、４つの投影領域１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ、１１３Ｄの角部が配置された領域近傍において、３つの投影領域が重なることによって露光が過多になる場合には、２つの投影領域のみが重なるように露光マスクを変形してもよい。図３Ａに示す露光マスク１０１の透光部１０３において、Ａ１からＡ３で示す３つの位置のうちのいずれか１つは、図６Ａに示す重畳領域１１４に対応する形状で遮光し、外側遮光部１０４と接続してもよい。同様に、Ｂ１からＢ３で示す３つの位置のうちのいずれか１つは、図６Ａに示す重畳領域１１４に対応する形状で遮光し、外側遮光部１０４と接続してもよい。ただし、このように透光部１０３を改変した場合、逆に４つの投影領域の角部が集まらない部分で透光領域が重ならない位置が生じる。例えば、透光部１０３のＡ１の位置を遮光する場合、図４に示す６、１１、１６番目の露光による投影領域において、図３Ａに示すＡ１の位置において投影領域の重なりが生じない。しかし、この位置は、全露光領域における端であり、基板１３上に投影領域が形成されなかったり、基板１３の端のほうであるため、半導体発光素子を作製しないことも考えられる。したがって、基板１３上に形成する発光装置の配置、基板１３に対する投影領域の配置を考慮することによって、投影領域の重なりが生じない位置での影響を回避または低減することが可能である。

【0044】

［露光マスクの他の例］
異なる露光による２以上の投影領域が重なる重畳領域１１４の形状は略三角形に限られず、他の形状であってもよい。図７Ａおよび図７Ｂは、重畳領域１１４が略円形状である場合の露光マスク１２２の平面図および露光マスク１２２に露光光を透過させることによって得られる投影領域１１３を示す。露光マスク１２２の外側遮光部１０４の内周の頂点に扇形の切り欠き部分が設けられている。投影領域１１３の外周の各頂点は外側遮光部１０４の形状に対応して円弧状の領域が形成される。これによって、ステップアンドリピート法により複数回露光を行い、投影領域をつなぎ合わせてより大きな投影領域を形成する場合に、隣接する２つの投影領域１１３の境界には図７Ｂに示すように、円形の重畳領域１１４が形成される。上記実施形態で説明したように、重畳領域１１４は、２つの投影領域のうち最も外側にする内側投影部から選ばれる３または４の内側投影部の重心に位置する。以下、露光マスクの透過部の形状が投影領域の形状と一致するので、投影領域のみで重畳領域１１４の説明を行う。図８に示すように、重畳領域１１４は略五角形の形状を有していてもよい。また、図９に示すように重畳領域１１４は山の形をしていてもよい。

【0045】

これまでの例では、ある投影領域１１３が、隣接する他の投影領域１１３と重なることによって形成される重畳領域１１４は、各投影領域の角に位置し、同じ形状をしていた。しかし、位置によって重畳領域は異なる形状を有していてもよい。図１０に示す例では、投影領域１１３の角のうち、投影領域１１３をつなぎ合わせた場合に３つの投影領域が重なる角の重畳領域と、２つの投影領域が重なる角の重畳領域の形状が異なっている。具体的には、投影領域１１３の周囲の角のうち、図３Ａに示すＡ１からＡ３およびＢ１からＢ３の位置では、重畳領域１２４は、三角形形状を有し、その他の角の位置では、重畳領域１１４は五角形形状を有している。また、重畳領域１２４の面積は重畳領域１１４の面積よりも小さい。この構成によれば、３つの投影領域が重なる角の重畳領域１２４では、２つの投影領域が重なる角の重畳領域１１４に比べて面積が小さいため、露光量が過多になることが抑制される。

【0046】

また、上記実施形態では、パターン化基板１１の上面１１ａに設けられる凸部１２は、三角格子状に配置されていたが、四角格子状に凸部１２が設けられたパターン化基板１１を作製することも可能である。この場合、投影領域の内側投影部１１２も四角格子状に配置される。図１１は、四角格子状に内側投影部が位置している投影領域１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ、１１３Ｄがつなぎ合わされた１つの角部を示している。

【0047】

露光によって投影される投影領域１１３Ａの複数の内側投影部１１２Ａのうち最も外側に位置する１つの内側投影部１１２ＡＰと、他の露光によって投影される投影領域１１３Ｂの内側投影部１１２Ｂのうち、内側投影部１１２ＡＰの最も近くに配置される１つの内側投影部１１２ＢＰとを最短距離で結ぶ直線Ｐ上では投影領域１１３Ａと投影領域１１３Ｂとは互いに重なっていない。一方、投影領域１１３Ａのうち最も外側に位置する２つの内側投影部１１２ＡＰ、および、投影領域１１３Ｂの最も外側に位置する２つの内側投影部１１２Ｂの重心１１２Ｇに重畳領域１１４が位置している。投影領域１１３Ａと投影領域１１３Ｃ、投影領域１１３Ｂと投影領域１１３Ｄとの間でも同様の位置関係で重畳領域１１４が配置されている。さらに、投影領域１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ、１１３Ｄの最も角に位置する内側投影部１１２ＡＰ、１１２ＢＰ、１１２ＣＰ、１１２ＤＰの重心にも重畳領域１３４が位置している。この重畳領域１３４では、投影領域１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ、１１３Ｄの一部が重なっている。このように四角格子状に内側投影部が配置される場合でも、互いの距離が短い内側投影部１１２ＡＰ、１１２ＢＰを結ぶ直線Ｐ上では、露光領域を互いに重ね合わせないようにしている。このため、露光量が過大となり内側投影部１１２ＡＰ、１１２ＢＰに隣接する領域からの露光光が漏れこむことが抑制される。また、直線Ｐ上以外の領域では、重畳領域１１４が形成されるため、位置合わせ誤差が生じても十分な露光量が確保できる。また、重畳領域１１４は、最短ではない内側投影部１１２ＡＰ、１１２ＢＰ間に位置しているため、露光量の増大の影響を小さくすることができる。よって、投影領域の内側投影部が四角格子状に配置される場合でも、投影領域の境界における露光光の過不足が生じることを抑制し、露光によって形成するフォトレジスト層において、露光の投影領域の境界におけるパターンの歪みを抑制することができる。

【0048】

（第２の実施形態）
本開示の半導体発光装置の製造方法の実施形態を、図１２Ａ〜Ｄを用いて説明する。

【0049】

［パターン化基板を製造する工程］
まず第１の実施形態に従って、上面１１ａに凸部１２が配置されたパターン化基板１１を作製する（図１２Ａ）。パターン化基板１１は例えばサファイア基板を用いて、第１の実施形態で説明した手順で作製する。

【0050】

［半導体積層構造を形成する工程］
パターン化基板１１上に半導体積層構造５０を形成する（図１２Ｂ）。例えば、パターン化基板１１上にＭＯＣＶＤ（有機金属気層成長）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）などのエピタキシャル成長法によって、下地層５１、ｎ型半導体層５２、発光層５３およびｐ型半導体層５４を順に成長させる。下地層５１を成長させて、凸部と凸部の間を埋めると共に、上面を平坦化する。

【0051】

［電極を形成する工程］
半導体積層構造５０を形成した後、ｐ型半導体層５４および発光層５３の一部をエッチングによって除去し、ｎ型半導体層５２の一部を露出させる（図１２Ｃ）。その後、露出したｎ型半導体層５２の一部およびｐ型半導体層５４にｎ側電極５５およびｐ側電極５６をそれぞれ形成する（図１２Ｄ）。

【0052】

その後、パターン化基板１１上に形成されたこれらの構造を個片化することによって、半導体発光装置２０１が完成する。なお、図１２Ａ〜Ｄは、個片化したあとの１つの半導体発光装置について説明している。

【0053】

本開示の半導体発光装置の製造方法によれば、凸部の形状の歪みおよび凸部の位置ずれ等が抑制されたパターン化基板１１を用いて半導体発光装置を作製するため、半導体積層構造にピット、ボイド等が生じることが抑制される。このため、欠陥が少ない半導体発光装置を高い歩留まりで生産することが可能となる。

【0054】

（実施例）
第１の実施形態で説明した方法によって露光を行い、現像したフォトレジスト層を観察した結果の一例を説明する。図１３Ａおよび図１３Ｂは図７Ａおよび図３Ａに示す露光マスクを用いて作製したフォトレジスト層の上面の一例をそれぞれ示す。比較のため、従来の露光マスクを用い、図５Ｂおよび図５Ｃに示す投影領域の位置合わせで作製したフォトレジスト層の上面の一例を図１４Ａおよび図１４Ｂにそれぞれ示す。

【0055】

図１３Ａおよび図１３Ｂに示されるように、凸部を形成するための円形のパターンに歪みが生じている部分はほとんど見られず、また、投影領域のつなぎ目（境界）に対応する位置に特に目立つパターン異常は確認できない。

【0056】

これに対して、図１４Ａに示されるように、投影パターンのつなぎ目に隙間が生じていると、投影領域のつなぎ目（境界）に対応する位置に黒い影がみられる。これは、露光量が十分ではないため、黒く示される位置において、フォトレジストが残っているからと考えられる。また、図１４Ｂに示されるように、投影パターンのつなぎ目が連続して重なっていると、投影領域のつなぎ目（境界）に対応する位置に白い筋がみられる。これは、白い筋の部分において、露光量が過多であるため、円形のパターンが小さくなっているからと考えられる。

【0057】

このように、本開示のパターン化基板の製造方法によれば、上面全体に均一なパターンを有するフォトレジスト層を形成できることが分かった。

【産業上の利用可能性】

【0058】

本開示のパターン化基板の製造方法は、発光装置などの半導体装置、フォトニックデバイス等に好適に用いられる。また、本開示の半導体発光装置の製造方法は、種々の用途の光源に用いられる半導体発光装置に好適に用いられる。

【符号の説明】

【0059】

１１ パターン化基板
１１ａ、１３ａ 上面
１２ 凸部
１３ 基板
１４、１５ フォトレジスト層
５０ 半導体積層構造
５１ 下地層
５２ ｎ型半導体層
５３ 発光層
５４ ｐ型半導体層
５５ ｎ側電極
５６ ｐ側電極
１０１ 露光マスク
１０２ 内側遮光部
１０３ 透光部
１０４ 外側遮光部
１１２、１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２ＡＰ、１１２ＢＰ 内側投影部
１１２Ｇ 重心
１１３、１１３Ａ〜１１３Ｄ、２１３ 投影領域
１１４ 重畳領域
１１５ 領域
１２２ 露光マスク
１２４、１３４ 重畳領域
２０１ 半導体発光装置

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図12D】

【図13A】

【図13B】

【図14A】

【図14B】