(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハロゲン系ガス中に大気圧下で放電を発生させることにより、前記ハロゲン系ガスから反応性ガスを生成する過程と、前記反応性ガスを前記放電から離隔した位置に輸送する過程と、前記離隔位置で前記反応性ガスを用いて被処理物にエッチングを行う過程とからなり、
前記被処理物表面に水又はアルコールを付着させ、前記水又はアルコールを前記反応性ガスと反応させて、より活性なガスを前記被処理物表面又はその付近に生成することにより、前記被処理物のエッチングを行うことを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項２】
前記ハロゲン系ガスと酸素又は水素との混合ガス中に放電を発生させることを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング方法。
【請求項３】
前記ハロゲン系ガスがフッ素系ガスであり、前記反応性ガスが前記放電により活性化した前記フッ素系ガスであることを特徴とする請求項１又は２に記載のドライエッチング方法。
【請求項４】
前記反応性ガスを輸送する過程において、前記反応性ガスを加熱することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のドライエッチング方法。
【請求項５】
前記被処理物の表面又はその付近で前記反応性ガスに放射線を照射することを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング方法。
【請求項６】
前記放射線を前記被処理物表面に局所的に照射することを特徴とする請求項５に記載のドライエッチング方法。
【請求項７】
前記被処理物が内部通路を有し、前記反応性ガスを前記内部通路の入口まで輸送しかつその中を通過させることにより、前記内部通路の内部をエッチングすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のドライエッチング方法。
【請求項８】
大気圧力下でハロゲン系ガス中に放電を発生させ、前記ハロゲン系ガスから反応性ガスを生成するための放電部と、前記反応性ガスを前記放電部から離隔した位置の被処理物まで輸送する手段とを備え、前記反応性ガスを用いて前記被処理物にエッチングを行うドライエッチング装置において、
前記放電部が、絶縁板と前記絶縁板を挟むように装着された１対の電極板とを有し、前記各電極板がそれぞれ前記絶縁板と接する面に、前記絶縁板との間に複数のガス流路を画定するように形成された複数の平行な細長い溝を有し、前記ガス流路に前記反応性ガスを流通させかつ前記両電極板間に所定の電圧を印加して前記放電を発生させることにより、前記ガス流路内に前記反応性ガスを生成するようにしたことを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項９】
大気圧力下でハロゲン系ガス中に放電を発生させ、前記ハロゲン系ガスから反応性ガスを生成するための放電部と、前記反応性ガスを前記放電部から離隔した位置の被処理物まで輸送する手段とを備え、前記反応性ガスを用いて前記被処理物にエッチングを行うドライエッチング装置において、
前記被処理物表面に水又はアルコールを付着させる手段を更に備え、前記水又はアルコールを前記反応性ガスと反応させて、より活性なガスを前記被処理物の表面又はその付近に生成し、前記より活性なガスによって前記被処理物のエッチングを行うことを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項１０】
前記輸送手段が、輸送中の前記反応性ガスを加熱するための手段を有することを特徴とする請求項８又は９に記載のドライエッチング装置。
【請求項１１】
前記輸送手段がテフロンで形成されていることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載のドライエッチング装置。
【請求項１２】
前記被処理物を設置するための処理室を更に備え、前記輸送手段が前記反応性ガスを前記処理室内に導入することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載のドライエッチング装置。
【請求項１３】
前記輸送手段が、前記反応性ガスを前記被処理物表面に直接噴射するためのノズルを有することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載のドライエッチング装置。
【請求項１４】
前記ノズルの周辺に排気口を開設した強制排気装置を更に有することを特徴とする請求項１３に記載のドライエッチング装置。
【請求項１５】
前記被処理物表面又はその付近の前記反応性ガスに水又はアルコールを付与する手段を備えることを特徴とする請求項８に記載のドライエッチング装置。
【請求項１６】
前記被処理物表面又はその付近の前記反応性ガスに放射線を照射する手段を更に備えることを特徴とする請求項８乃至１５のいずれかに記載のドライエッチング装置。
【請求項１７】
前記放射線を前記被処理物表面に選択的に照射するためのマスク手段を更に有することを特徴とする請求項１６に記載のドライエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気圧又はその近傍の圧力下でプラズマ放電により、安定なガスから生成される反応性ガスを用いて被処理物にドライエッチングを行うための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にドライエッチング方法として、物理的反応又は物理的かつ化学的反応によるスパッタエッチング、イオンビームエッチングに加えて、プラズマ放電による励起活性種を用いて化学的反応によりエッチングを行うプラズマエッチングが知られている。プラズマエッチングは、化学的に安定で安全なＣＦ4 などのガスを用いてプラズマを作ることにより、フッ素イオン、フッ素ラジカルなどの励起活性種を生成し、これと被処理物（例えば、シリコン）とを反応させて揮発性のガス（例えば、ＳｉＦ4 ）を生成し、蒸発・排気させてエッチングを行う。最近は、従来の真空又は減圧下でのプラズマ放電に対して、設備・装置が簡単かつ小型で低コストな大気圧又はその近傍の圧力下での放電を利用した大気圧プラズマエッチングが開発されている。
【０００３】
また、大気圧下でＨＦ、Ｆ2 などの反応性フッ化ガスを直接利用したエッチングが従来から行われている。一般にこれらの反応性フッ化ガスは、通常ガスボンベなどの容器に貯蔵し、必要に応じて該ボンベから供給して被処理物と直接反応させ、又は前記フッ化ガスに加えて水、アルコールなどを被処理物表面又はその近傍に導入して反応を促進させ、エッチングを行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の大気圧プラズマエッチング方法は、一般に被処理物を電極との間で直接放電させてプラズマに晒すため、高いエッチングレートが得られる反面、放電自体が被処理物の形状・構造に左右されて十分なプラズマの発生が困難な場合があり、プラズマに晒され易い部分とそうでない部分とで処理の程度に差が生じ、被処理物を一様にエッチングできなくなる虞があった。また、直接放電は被処理物に電気的・物理的なダメージを生じさせる虞がある。これを防止するため、ガス種を適当に選択してグロー放電に類似した放電を起こさせる方法もあるが、このような放電は、それ以上に被処理物の構造に左右され易いという問題がある。
【０００５】
これらの問題を解決するため、プラズマ放電部で生成した反応性ガスを離隔配置した被処理物まで輸送してエッチングを行う間接処理方式が提案されている。しかしながら、フッ素イオンやフッ素ラジカルは不安定で寿命が短く、プラズマ放電部からの輸送途中で活性を失い、その結果エッチングレートが大幅に低下してしまうという問題があった。
【０００６】
また、ＨＦ、Ｆ2 などの反応性フッ化ガスを直接用いる従来の方法では、第一に、使用するガス種の多くが毒性を有するため、取扱いが不便で相当の注意を要する。このようなガスを供給又は貯蔵するボンべや配管などには、安全面で相当の配慮が必要で、そのための設備やメンテナンスに、エッチング装置自体のコストを上回る多大のコストを要するという問題がある。
【０００７】
更に、ＨＦなどの水素結合物質は多会合分子を形成してクラスタ状になり易い性質があり、多会合分子の状態で用いるとエッチングが不均一になってしまう虞がある。多会合は前記フッ化ガスを加熱することにより防止できるが、配管などの設備がより複雑になってコストが一層高くなる。
【０００８】
そこで、本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、大気圧付近の圧力下での気体放電を利用して、取扱い及び保管などが容易で安全な不活性ガスから比較的寿命の長い反応性ガスを生成しかつ離隔された位置に輸送し、この反応性ガスを用いて被処理物を低コストで安全にエッチングすることができる方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、上記方法を実現するために、比較的簡単な構成で小型化することができ、安全かつ低価格なエッチング装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上述した目的を達成するために、不活性で安定なハロゲン系ガス中に大気圧又はその近傍の圧力下で放電を発生させることにより、前記ハロゲン系ガスから安定な反応性ガスを生成する過程と、前記反応性ガスを離隔した位置に輸送する過程と、前記離隔位置において、前記反応性ガスを用いて被処理物にエッチングを行う過程とからなることを特徴とするドライエッチング方法が提供される。
【００１１】
前記ハロゲン系ガスには、ＣＦ4 、ＳＦ6 又はＣＨＦ3 などのフッ素系ガスを用いることができ、それから反応性ガスとしてシリコンなどのエッチングに適したＨＦ、ＣＯＦ2 又はＦ2 などの安定な反応性フッ化ガスが生成される。また、前記ハロゲン系ガスには、被エッチング材料によって塩素系ガスを用いることができる。
【００１２】
また、放電による前記反応性ガスの生成反応を促進するために、原料のハロゲン系ガスに別の安全なガスを組み合わせた混合ガスを用いることができる。原料ガスがフッ素系ガスの場合には、酸素又は水素（水蒸気などの水素を含んだガスを含む）を混合する。
【００１３】
生成される安定な反応性フッ化ガスは或る程度の距離・時間を輸送してもその活性が失われず、従って被処理物を放電部から離隔した位置に設置できるので、如何なる放電方式であっても、放電によるダメージ無しに被処理物をエッチングすることができる。そのため、被処理物の構造や大きさ、作られるプラズマの分布などに拘わりなく、原料のハロゲン系ガスから所望の反応性ガスをより多く生成し得るように、使用するガス種の選択、それと他のガス種との組合せ、放電方式、電極の構造・材質、電極への印加電圧・周波数などを自由に決定することができる。
【００１４】
また、エッチングを不均一にする多会合分子を作るＨＦは、前記放電により生成されない場合でも、大気圧下での処理には通常存在する配管内部などの水分と反応性フッ化ガスが反応して生成されることがある。そこで、前記反応性ガスを輸送する過程において加熱すると、該反応性ガスが多会合分子を作り易いＨＦなどを含む場合に、その多会合を防止することができるので好都合である。
【００１５】
エッチングは、放電による反応性ガスが被処理物と反応して揮発性の物質を生成し、これが気化して除去されることにより行われる。前記反応性ガスが被処理物と直接反応しない場合には、被処理物表面又はその付近で該反応性ガスからより活性なガスを生成する過程を追加する。このより活性なガスは、不安定で寿命が短い場合でも、生成されたその場で被処理物と反応させることができるので、エッチングが可能である。
【００１６】
或る実施例によれば、反応性ガスに水又はアルコールを付与することにより、より活性なガスを生成することができる。水又はアルコールは、被処理物表面に付着させておくことにより、前記反応性ガスと反応させることができる。
【００１７】
例えば、ＨＦ、ＣＯＦ2 、Ｆ2 ではエッチングされないシリコン酸化膜などの材料の場合、これらの反応性フッ化ガスが水又はアルコールと反応して最終的にフッ素イオン又はフッ素分子イオンを生成する。これらがシリコン酸化膜と反応して、大気圧下でも揮発性のＳｉＦ4 を生成するので、エッチングが行われる。
【００１８】
先ず、前記反応性フッ化ガスと水との反応で、ＨＦが生成される。
ＣＯＦ2 ＋ Ｈ2０  →  ＣＯ2 ＋ ２ＨＦ
２Ｆ2 ＋ ２Ｈ2０  →  ４ＨＦ ＋ Ｏ2
【００１９】
次に、ＨＦと水とが反応して、シリコン酸化膜と反応するＦ- 、ＨＦ2- が生成される。
ＨＦ ＋ Ｈ2０  →  Ｆ- ＋ Ｈ3０+  又は
２ＨＦ ＋ Ｈ2０  →  ＨＦ2- ＋ Ｈ3０+
【００２０】
これらの反応をまとめると、最終的に次のようになり、シリコン酸化膜がエッチングされる。
ＳｉＯ2 ＋ ４ＨＦ ＋ Ｈ2０  →  ＳｉＦ4 ＋ ３Ｈ2Ｏ
【００２１】
別の実施例によれば、被処理物の表面又はその付近で反応性ガスに、レーザ光又は紫外線などの放射線を照射することにより、該反応性ガスを分解してより活性なガスを生成することができる。マスクなどの適当な手段を用いて、前記放射線を被処理物表面に選択的に照射すると、照射部分だけを選択して又は局所的にエッチングできるので好都合である。
【００２２】
また、本発明によれば、被処理物が内部通路を有し、放電により生成された反応性ガスを前記通路の入口まで輸送しかつその中を通過させることにより、前記通路の内部をエッチングすることができる。
【００２３】
本発明の別の側面によれば、大気圧又はその近傍の圧力下で不活性で安定なハロゲン系ガス中に放電を発生させ、前記ハロゲン系ガスから安定な反応性ガスを生成するための放電部と、前記反応性ガスを放電部から離隔した位置の被処理物まで輸送する手段とを備え、前記反応性ガスを用いて被処理物にエッチングを行うことを特徴とするドライエッチング装置が提供される。
【００２４】
放電部は、被処理物から離隔して設けられるので、被処理物の構造・寸法・形状に左右されることなく、それ自体及び装置全体を小型化することができ、かつ被処理物へのダメージを考慮することなく、より反応性ガスの製造効率の高い電極構造及びその電源を自由に採用することができる。
【００２５】
前記輸送手段が、輸送中の反応性ガスを加熱するための手段を有すると、該反応性ガスに多会合分子を形成し易い成分が含まれている場合に、その多会合を防止できるので好都合である。
【００２６】
前記輸送手段は、輸送中の反応性ガスによる腐食を防止するために、テフロンで形成することが好ましい。
【００２７】
或る実施例では、前記ドライエッチング装置が被処理物を設置するための処理室を更に備え、前記輸送手段が反応性ガスを前記処理室内に導入し、該反応性ガスに被処理物を晒すことによりエッチングを行う。
【００２８】
別の実施例では、前記輸送手段が、反応性ガスを被処理物表面に直接噴射するためのノズルを有し、被処理物を現場でエッチングできると共に、放電部の小型化と併せて装置全体を移動可能に構成することができる。また、被処理物表面のエッチングしたい部分に合わせて、ノズルの先端形状・寸法を適当に設計することにより、被処理物表面の特定の部分を選択的にかつ／又は局所的に処理することかできる。
【００２９】
前記ノズルの周辺に排気口を開設した強制排気装置を更に備えると、反応性ガス及びその反応生成物の雰囲気への拡散、環境汚染を有効に防止できるので好ましい。
【００３０】
また、或る実施例では、被処理物表面又はその付近の反応性ガスに水又はアルコールを付与する手段を設け、被エッチング材料に対応して前記反応性ガスからより活性なガスを生成し、そのエッチングを可能にすることができる。
【００３１】
別の実施例では、被処理物表面又はその付近の反応性ガスに、レーザ光又は紫外線などの放射線を照射する手段を更に備えることにより、同様に前記反応性ガスから被エッチング材料に対応したより活性なガスを生成することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を添付図面に示した実施例を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明によるエッチング装置の実施例の構成全体を概略的に示している。本実施例のエッチング装置１は、不活性で安全なハロゲン系ガスから反応性ガスを生成するための放電ユニット２と、被処理物３にエッチングを行うための処理室４と、放電ユニット２から処理室４に前記反応性ガスを送るための輸送管５とを備える。本実施例では、前記ハロゲン系ガスとしてＣＦ4 、ＳＦ6 、ＣＨＦ3 などの安定なフッ素系ガスを用いて反応性フッ化ガスを生成し、シリコンなどをエッチングする場合について説明する。
【００３３】
放電ユニット２は、原料ガスとして上述した安定なフッ素系ガスを供給する外部のガス供給源６例えばボンべに接続されている。前記ボンベ及びそれと放電ユニット２間の配管は、安全なガスを使用することから通常のガス貯蔵・輸送手段を用いることができ、従って反応性フッ化ガスの輸送に比して非常に簡単かつ低コストに構成することができる。
【００３４】
輸送管５は、反応性フッ化ガスに腐食されないように、テフロンなどの材料で形成される。また、前記反応性フッ化ガスに多会合分子が含まれていると、上述したようにエッチングを不均一にするだけではなく、輸送管などに付着して機械的なトラブルを起こしたり、エッチングの再現性を損なう虞がある。そこで本実施例の輸送管５には、輸送中の前記反応性フッ化ガスを加熱して多会合分子の形成を防止し、又は多会合分子が作られた場合にその結合を崩すためにヒータ７が設けられている。
【００３５】
処理室４には、前記反応性フッ化ガス及び前記被処理物との反応生成物を外部に排出するための排気装置８が接続されている。更に処理室４には、その雰囲気内に水蒸気を導入して反応を促進するために、加湿器などの水蒸気供給手段９が接続されている。前記処理室雰囲気に加える水分量は、流量制御弁１０により調整することができる。
【００３６】
放電ユニット２は、被処理物３が処理室４内に配置されるので、安定な前記フッ素系ガスを分解・反応させて輸送可能な寿命の長い反応性フッ化ガスを製造し得るのに十分な大きさの空間があればよく、コンパクトに設計できる。また、プラズマ放電に直接曝露して被処理物にダメージを与える虞が無いので、従来から使用されているコロナ放電、アーク放電、グロー放電などの様々な放電方式を適宜選択して採用することができる。従って、放電ユニット２は電極構造を簡単にかつ低コストに製造できる。
【００３７】
図２は、このようなコンパクトな放電ユニット２の実施例を示している。放電ユニット２は、図２Ａに示すように、アルミナ又はセラミック製の絶縁板１１を２枚のアルミニウムからなるくしば構造の電極板１２、１３で挟んだサンドイッチ構造からなり、電極板１２、１３は外部の交流電源１４に接続されている。前記電極構造は長さ５０mm×幅３０mm×高さ１５mmのアルミニウム製ケース内に収容され、放電ユニット２全体が非常にコンパクトである。
【００３８】
図２Ｂに併せて示すように、電極板１２、１３と絶縁板１１との間には、長手方向に延長する多数の細長い溝状のガス流路１５が画定される。この構造において、ガス供給源６から送られたフッ素系ガスが図示するようにガス流路１５を通過する際に、電源１４から両電極板１２、１３に所定の電圧を印加すると、前記電極板と絶縁板との間で沿面放電が起こる。この放電により、ガス流路１５内にフッ素系活性種及びその再反応による反応性フッ化ガスが生成される。
【００３９】
前記電極板、ケース及び絶縁板は、それぞれ上述したようにアルミニウム又はアルミナで形成したことにより、前記放電より生成されるフッ素系活性種及び反応性フッ化ガスによる腐食が防止される。しかしながら、放電ユニットには他の様々な材料を用いることができ、またその放電形態、電極構造及び寸法、使用する電源の電圧・周波数などは任意に選択することができる。
【００４０】
或る実施例では、ガス供給源６からの安全で不活性なＣＦ4 と図示されない別の供給源からの酸素との混合ガスを図２の放電ユニット２に導入し、１ＯｋＶ、２０ｋＨZ の交流電源を用いて放電を発生させる。ガス流路１５内では、ＣＦ4 及び酸素が分解されて次の１次反応が起こる。
ＣＦ4 ＋ ｅ  →  ＣＦ3+ ＋ Ｆ- ＋ ｅ
Ｏ2 ＋ ｅ  →  ２Ｏ  又は  Ｏ2-
【００４１】
次に、この分解されて活性となった原子、分子が衝突して次の２次反応が起こり、比較的安定で寿命が長く、或る程度の距離・時間を輸送しても活性を失わない反応性フッ化ガスであるＣＯＦ2 及びＦ2 が生成される。
２ＣＦ3+ ＋ ２Ｆ- ＋ ２Ｏ  →  ２ＣＯＦ2 ＋ ２Ｆ2
【００４２】
尚、この実施例におけるＣＯＦ2 、Ｆ2 の製造効率（即ち、導入したＣＦ4 の何パーセントがＣＯＦ2 、Ｆ2 に変わったか）は、ＣＦ4 流量２０ＣＣＭ、酸素流量３０ＣＣＭの時にピークを示し、その値は４パーセントであった。しかしながら、この製造効率の値は、使用する放電形態、放電ユニットの構造、電源の電圧・周波数などで変化する。
【００４３】
別の実施例では、ＣＦ4 及び酸素に更に水を加えた混合ガスを図２の放電ユニット２に導入し、同様に放電を発生させる。これにより、先ず、上述したと同様の１次反応及び２次反応が起こり、ＣＯＦ2 及びＦ2 が生成される。更に、１次反応で生成された活性原子Ｆ- 及び分子ＣＦ3+と水との直接反応が起こる。
Ｆ- ＋ ＣＦ3+ ＋ ２Ｈ2Ｏ  →  ４ＨＦ ＋ ＣＯ2  又は
Ｆ- ＋ ＣＦ3+ ＋ Ｈ2Ｏ  →  ２ＨＦ ＋ ＣＯＦ2
【００４４】
これに加え、１次反応によるフッ素系活性種と酸素との２次反応で生じたＦ- 又はＦ単原子とＨ2Ｏとが次のように反応する。
２Ｆ- 又は ２Ｆ ＋ Ｈ2Ｏ  →  ２ＨＦ ＋ Ｏ2
【００４５】
更に別の実施例では、ＣＦ4 と水素との混合ガスを原料ガスに用いることができる。この場合、水素は、純粋な水素ガスの形で使用する必要はなく、水素を含む安全なガス、例えば水蒸気として混合することができる。
【００４６】
このようにＦ2 及びＣＯＦ2 に加えて、比較的安定で寿命が長く、或る程度の距離・時間を輸送しても活性を失わない反応性フッ化ガスであるＨＦが生成される。水が、ＣＦ4 の１次反応によるフッ素系活性種だけでなく、ＣＦ4 と酸素との１次及び２次反応によるフッ素系活性種とも反応するので、フッ素系活性種が水と衝突する確率が非常に高く、従って製造効率が高くなり、高濃度の反応性フッ化ガスが得られる。この反応性フッ化ガスは多会合分子を形成するＨＦを含んでいるので、テフロン製輸送管５をヒータ７により例えば約８０℃で加熱しながら、処理室４内に導入する。
【００４７】
放電ユニット２に供給するＣＦ4 及び酸素への水の混合は、例えば図３Ａに示すように、放電ユニット２への管路１６に設けたタンク１７の水１８中に、ガス供給源６からＣＦ4 と酸素との混合ガスを放出し、前記タンクの上部空間から回収して再び管路１６に戻すことにより、水蒸気として含ませることができる。別の実施例では、図３Ｂに示すように、管路１６を分岐させたバイパス１９にタンク１７を接続し、可変流量切換弁２０で前記タンクに送る流量即ち混合する水蒸気の量を調整することができる。更に別の実施例では、図３Ｃに示すように、加湿器のような水蒸気発生手段２１を管路１６に接続して、直接混合することができる。
【００４８】
放電ユニット２から輸送管５を処理室４内に導入された反応性フッ化ガスは、被処理物３と直接反応して揮発性の物質を生成し、反応生成物は気体となって前記被処理物のエッチングが行なわれる。処理室４内の前記反応生成物及び反応に使用されなかった残りの前記反応性フッ化ガスは、排気装置８により強制的に排出される。このとき、排気ガスを図示されない除害装置で浄化した後、大気中に放出するのが好ましい。除害方法及び装置は、工場レベルの大型設備から小型のものまで従来から公知の様々なタイプを適当に選択することができる。特に現場でエッチングを行う場合には、小型でドライタイプの除害装置が望ましい。
【００４９】
また、処理室４内に導入した反応性フッ化ガスと被処理物３とが直接反応しない場合には、水蒸気供給手段９から水蒸気を処理室雰囲気に導入し、前記反応性フッ化ガスと水とを反応させて、より反応性の高いフッ素イオンを生成する。水は、吹き付けなどにより被処理物表面又はその付近に直接供給することができ、又は被処理物３を処理室４内に置く前に、予め適当な手段によりその表面に与えることができる。また、図３Ａに関連して上述した場合と同様に、水中に通して水蒸気を添加した適当なガスを処理室４に導入することもできる。
【００５０】
例えば、被処理物がシリコン又はシリコン酸化物の場合、ＣＯＦ2 、Ｆ2 、ＨＦなどの反応性フッ化ガスを直接使用しても十分にエッチングできず、又はエッチングレートが遅くなる。上述したように、水はＣＯＦ2 、Ｆ2 と反応してＨＦを生成し、ＨＦは更に水と反応して、フッ素イオンＦ- 又はフッ素分子イオンＨＦ2-を生成する。これらがシリコンと反応してＳｉＦ4 となり、大気圧下でも気化するので、エッチングが行われる。
【００５１】
添加する水の量は、これらの反応即ち最終的なエッチングを左右するので、十分に制御しなければならない。また、大気圧下での処理であるから、空気中の湿度が、水の導入と同様の影響を与える虞がある。従って、エッチングを精密に行なうためには、併せて処理室内の湿度制御、被処理物の保管に注意することが重要になる。更に、反応の促進、被処理物への余分な水滴の付着防止を図り、かつ添加する水分量を積極的に制御するために、被処理物３の温度を適当な加熱手段で制御することが望ましい。
【００５２】
別の実施例では、水の代わりにアルコールを添加することができる。アルコールは、上述した水と同様の方法により処理室４に導入することができる。この場合、次の反応によりＨＦから化学的により活性で反応性の高いＨＦ2-が生成される。
ＣＨ3ＯＨ ＋ ２ＨＦ  →  ＣＨ3ＯＨ2+ ＋ ＨＦ2-
【００５３】
更に別の実施例によれば、レーザ、紫外線などの放射線を被処理物表面に照射することにより、その加熱作用で又は前記放射線の波長によるガスの分解を利用して、被処理物表面又はその近傍にフッ素系イオンを生成することができる。熱分解による場合を除いて、更に水やアルコールを添加すると、より一層エッチングレートを向上させることができる。
【００５４】
図４には、レーザ光を照射してフッ素系イオンを生成することにより被処理物をエッチングするのに適した処理室４の構成が示されている。処理室４は、その上部に透明な保護ガラスからなる窓２２が設けられ、かつその上方にレーザ光源２３が配設されている。シリコンからなる被処理物３を設置した処理室４に、放電ユニット２から輸送管５を介して上記実施例と同様にＣＯＦ2 、Ｆ2 、ＨＦなどの反応性フッ化ガスを流しながら、レーザ光源２３からレーザ光Ｂを被処理物表面に照射する。
【００５５】
前記反応性フッ化ガス雰囲気に晒された被処理物表面及びその付近では、レーザ光Ｂの熱又はその波長により前記反応性フッ化ガスが分解されて、化学的により活性な反応種が生成され、エッチングが行われる。上述したようにシリコンはＣＯＦ2 、Ｆ2 、ＨＦなどではエッチングされ難いので、レーザ光Ｂが照射されない被処理物表面では反応が進まない。従って、レーザ光源２３を移動させるなどしてレーザ光を選択的に照射することにより、局所的なエッチングが可能になる。
【００５６】
他方、被処理物３の表面全体又はより広い面積をエッチングしたい場合には、むしろ紫外光ランプなどを用いて、同時に広い範囲に均一に放射線を照射するのが、エッチングを均一にできることから好ましい。また、適当なマスクを用いて放射線を照射し、被処理物表面の特定の部分だけをエッチングすることも可能である。
【００５７】
図５は、処理室４に収容できない大きな被処理物や移動できない被処理物の場合などに、現場でエッチングを行うのに適した別の実施例を示している。この実施例は、処理室４の代わりに、放電ユニット２から送られる反応性フッ化ガスを被処理物３表面に噴射するために、輸送管５の先端に設けられたノズルユニット２４を備える。放電ユニット２を上述したように小型化できるので、輸送管５及びノズルユニット２４を含む装置全体を小型にかつ移動可能に構成することができる。
【００５８】
本実施例のエッチング装置では、噴射した反応性フッ化ガスの大気への拡散を防止し、かつ被処理物のエッチングで生じた反応生成物を除去することが、環境汚染の防止及び安全確保の観点から重要である。そのために、強制排気装置２５をノズルユニット２４の周辺に配置する。排気装置２５は、必要に応じてノズルユニット２４と一体に又は別個に設けることができる。
【００５９】
ノズルユニット２４は、被処理物の構造、その処理すべき範囲・形状、目的などの条件に対応して、ノズル先端の形状・寸法を様々に構成することができる。また、現場でノズルユニット２４を手動又は自動で自在に操作し、かつ／又は任意の位置に移動できるように、輸送管５は少なくとも部分的に可撓管で形成するのが好ましい。
【００６０】
この実施例において被処理物３を局所的にエッチングする場合には、ノズルユニット２４から噴射するガス流を細く制御し、かつその直ぐ外側から素早く排気する必要がある。図６Ａ及びＢは、このような局所的エッチングに適したノズルユニットの実施例を示しており、中心に設けた反応性フッ化ガスの噴射ノズル２６と、その外側に同心に配置した排気管２７とからなる。図６Ｂに示すように、被処理物３表面のエッチングによる揮発性の反応生成物、及び噴射ノズル２６から吹き付けられた反応性フッ化ガスの残りは、排気管２７と噴射ノズル２６間の排気通路２８から強制的に排気される。
【００６１】
また、本発明によれば、パイプの内面や様々部材・構造物などの狭い内部通路をエッチングすることができる。図７は、被処理物であるパイプ２９の内面のみをエッチングする場合を示している。パイプ２９の一方の端部には、放電ユニット２から延長する輸送管５の端部が直接又は適当な連結具を介して接続される。前記パイプの他方の端部は、図示しない排気及び除害装置に接続されている。構造物の内部通路をエッチングする場合には、同様に該通路の一端に輸送管５を接続すればよい。
【００６２】
本実施例において、パイプ２９の内面がシリコン酸化膜で覆われている場合、ＣＦ4 と酸素との混合ガスに、例えば図３Ａに示す方法により水を添加して放電ユニット２に供給し、放電によりＣＯＦ2 、Ｆ2 、ＨＦなどの反応性フッ化ガスを生成し、輸送管５を介してパイプ２９内に導入する。前記パイプ内面には、予め水分を付着させておく。また、パイプ２９が透明なガラス管であって外側から見える部分を処理する場合には、外側からレーザ光や紫外線を照射することにより、内面のシリコン酸化膜をエッチングすることができる。
【００６３】
これにより、パイプの外側はエッチングしないで内部のみをエッチングすることができる。パイプ２９内部の反応生成物及びエッチングに使用されなかった反応性フッ化ガスは、放電ユニット２から連続的に送られるガス流により前記排気及び除害装置に送られる。
【００６４】
更に、本発明のエッチング方法は、放電により反応性ガスを生成するための安全かつ不活性な原料ガスとして、上記各実施例で使用したフッ素系ガスだけでなく、塩素系ガスなどの他のハロゲン系ガスを用いることができる。即ち、使用するガス種を適当に選択することにより、各種材料のエッチングを同様に行うことができる。
【００６５】
本発明によれば、上記実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。放電ユニットは図２以外の様々な構造にすることができ、輸送管にはテフロン以外の様々な材質を用いることができる。また、レーザ光などの放射線を照射する場合、図４のように外部から窓を介して照射するのではなく、その光源を処理室の内部に設けることができる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
本発明のエッチング方法によれば、使用する原料ガスが安定かつ不活性で比較的安全なため、その保管・取扱いが容易で、エッチング装置への配管などに特別な安全設備を要せず、設備コストの低減及び安全性の向上を同時に実現することができる。また、使用するガス種や電極構造・電源などの放電条件を自由に選択できるので、反応性ガスの製造効率及びエッチングレートが向上し、コストの低減及び生産性の向上が図られる。更に、従来の直接放電方式では困難であった異形部品などの複雑な構造・形状を有するものや大型の被処理物、又は被処理物の局所的部分や内部構造も簡単にエッチングできるので、従来は不可能又は困難であった様々な用途に実用化することができる。
【００６７】
また、本発明のエッチング装置によれば、上述した安全性の確保などの作用効果に加えて、放電部がより簡単かつ小型で効率的な構造にできるので、装置全体の小型化及び低価格化を実現することができる。更に、処理室の設計や被処理物の設置、現場でのエッチングが可能になるなど、作業性が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるエッチング装置の実施例を概略的に示す全体構成図である。
【図２】Ａ図は放電ユニットの実施例を示す斜視図、Ｂ図はＡ図のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図３】Ａ〜Ｃ図はそれぞれ不活性な原料ガスに水を添加する構成を示すブロック図である。
【図４】処理室内の被処理物にレーザ光を照射するための構成を示す概略図である。
【図５】現場での処理に適したエッチング装置の構成を示す概略図である。
【図６】Ａ図は局所的エッチングに使用するノズルユニット先端部の斜視図、Ｂ図はその断面図である。
【図７】パイプの内面をエッチングするための構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１  エッチング装置
２  放電ユニット
３  被処理物
４  処理室
５  輸送管
６  ガス供給源
７  ヒータ
８  排気装置
９  水蒸気供給手段
１０  流量制御弁
１１  絶縁板
１２、１３  電極板
１４  交流電源
１５  ガス流路
１６  管路
１７  タンク
１８  水
１９  バイパス
２０  可変流量切換弁
２１  水蒸気発生手段
２２  窓
２３  レーザ光源
２４  ノズルユニット
２５  排気装置
２６  噴射ノズル
２７  排気管
２８  排気通路
２９  パイプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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