(57)【要約】【課題】従来、平行平板電極方式のＲＦプラズマエッチング装置が主として用いられることから、電極中央部分に電界最大点と排気流の澱み点を有することに起因するエッチングの不均一性の問題と、プラズマチャージング破壊の問題とを抱えている。イオンダメージが無く、かつ、高均一性で２ｍｘ２ｍ級の大面積化が可能なプラズマエッチング装置及び方法を提供する。【解決手段】複数の電極板を、平行に、かつ、前記電極板の一方の端縁が基板の被処理面に面するように配置し、ＣＦ４とＯ２の混合ガスを前記複数の電極板間でプラズマ化し、前記プラズマ化で発生するＦラジカルを基板表面に移動させることにより、シリコン基板あるいは水晶等の基板表面で、ＳｉＯ２＋４Ｆ→ＳｉＦ４＋Ｏ２の反応を起こすようにしたことを特徴とする。【選択図】図１１
2018101813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体である基板が載置される基板保持手段を収納し、排気手段を備えた反応容器と、前記反応容器にエッチングガスを供給するエッチングガス供給手段と、前記反応容器内に平行に、かつ、端縁が前記基板の被処理面を臨むように配置される複数の非接地電極及び接地電極から成る電極板と、前記複数の電極板に電力を供給して前記複数の電極板の間にプラズマを発生させる電力供給手段と、を備えたプラズマエッチング装置であって、
前記複数の電極板を長方形とし、前記複数の長方形電極板の一方の長辺を前記基板に面するように列状に配置し、他方の長辺に隣接した位置に前記エッチングガス供給手段の構成部材であるエッチングガス噴出孔を配置し、
前記複数の長方形電極板の一方の短辺同志の間を塞ぐように絶縁物の側板を配置するとともに、前記複数の長方形電極板の他方の短辺同志の間を塞ぐように絶縁物の側板を配置したことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項２】
前記複数の一部の電極板は、前記エッチングガス供給手段から供給されるエッチングガスを通過させるエッチングガス供給通路を形成し、他の一部の電極板は、排気ガスを通過させる排気通路を形成することを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項３】
前記排気通路を形成する隣り合う電極板は、接地あるいは非接地の状態になるように配置されることを特徴とする請求項２に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項４】
前記排気手段は、前記電極板の主面の法線方向における前記反応室の一方の壁と他方の壁のいずれか一方側に複数個の排気口を備えていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項５】
エッチングガス供給手段は、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ２Ｆ８、ＮＦ３、ＳＦ４、ＳＦ６、Ｓ２Ｆ１０、ＸｅＦ２、ＣｌＦ３、及びＦ２から選ばれる少なくとも１種を含むエッチングガスを備えていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項６】
前記電力供給手段の電力の周波数は、商用周波数の５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項７】
前記電力供給手段の電力の周波数は、数１００Ｈｚから１０ＭＨｚの範囲から選ばれる周波数であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項８】
前記電力供給手段の電力の周波数は、１３．５６ＭＨｚであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項９】
前記電力供給手段の電力の周波数は、直流であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１０】
被処理体である基板が載置される基板保持手段を収納し、排気手段を備えた反応容器と、前記反応容器にエッチングガスを供給するエッチングガス供給手段と、前記反応容器内に平行に、かつ、端縁が前記基板の被処理面を臨むように配置される複数の非接地電極及び接地電極から成る電極板と、前記複数の電極板に電力を供給して前記複数の電極板の間にプラズマを発生させる電力供給手段と、を備えたプラズマエッチング装置を用いたプラズマエッチング法であって、
前記複数の電極板を長方形とし、前記複数の長方形電極板の一方の長辺を前記基板に面するように列状に配置し、他方の長辺に隣接した位置に前記エッチングガス供給手段の構成部材であるエッチングガス噴出孔を配置し、
前記複数の長方形電極板の一方の短辺同志の間を絶縁物の側板で塞ぎ、前記複数の長方形電極板の他方の短辺同志の間を絶縁物の側板で塞ぐとともに、
前記複数の長方形電極板の隣り合う電極の間に前記エッチングガス供給手段から供給されたエッチングガスを導入し、前記複数の長方形電極間に前記電力供給手段から電力を供給することにより前記複数の長方形電極間で前記エッチングガスをプラズマ化し、前記プラズマ化されたエッチングガスを前記基板表面に接触させることにより、前記基板表面をエッチングすることを特徴とするプラズマエッチング法。
【請求項１１】
請求項１に記載のプラズマエッチング装置を用いるプラズマエッチング法であって、
前記基板と前記電極板の間に存在する気体を、前記電極板の主面の法線方向において前記反応室の一方の壁から前記一方の壁に対向する他方の壁に向かって一様な流れで排出することにより、前記基板と前記電極板の間に存在する気体の流れの澱みを無くすことを特徴とするプラズマエッチング法。
【請求項１２】
請求項１に記載のプラズマエッチング装置を用いるプラズマエッチング法であって、
前記基板と前記電極板の間に存在する気体を、前記電極板の主面の法線方向において前記反応室の一方の壁から前記一方の壁に対向する他方の壁に向かって流れるように排気する第１のエッチング工程と、前記他方の壁から前記一方の壁に向かって流れるように排気する第２のエッチング工程を、所定の周期で交互に行うことにより、前記基板と前記電極板の間に存在する気体の流れの澱みを無くすことを特徴とするプラズマエッチング法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大面積の被処理体への対応が可能で、イオンダメージを抑制しながらプラズマエッチングを行うプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体応用製品の製造プロセスにおいて、例えば、三次元実装デバイスの製造プロセスにおいて、シリコン基板に配線用の深さ数１０μｍ〜１００μｍ程度の貫通孔をプラズマエッチングで形成する加工が行なわれている。このシリコンエッチング加工には、主として、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）技術が用いられている。また、半導体応用製品の製造プロセスにおいて、ウエハ上に回路を形成する前工程に続いて行なわれる後工程（回路形成済みのウエハをダイに分割し、パッケージングして、プリント基板上に実装できる状態にする工程）でのウエハの分割加工に、プラズマエッチングが用いられている。なお、後工程で、ウエハを１個ずつのダイに分割する工程はダイシングと呼ばれ、従来は、砥石でウエハを切断するブレードダイシングが主流であったが、ダイサイズが０．４ｍｍｘ０．２ｍｍという小型のデバイスでは、基板に損傷を与えるブレードダイシングに代わり、ダメージの少ないプラズマダイシング技術、即ち、プラズマエッチング技術の採用が増大している。また、高画素化するイメージセンサー及び高容量化のために薄型化しているメモリの製造プロセスでは、基板に損傷を与えるブレードダイシングに代わり、ダメージの少ないプラズマダイシング技術、即ち、プラズマエッチング技術の採用が増大している。
半導体製造工場では、不良品の発生を防いだり、性能を評価したりするために、各工程において、モニターリング用ウエハが用いられる。このモニターリング用ウエハは途中で抜き取られるため、表面加工はされるもののカットされずに元の姿の円盤状で残る。数回使うと使えなくなるが、洗浄及び表面層の除去などの再生加工を施すことによって、数１０回程度、再利用ができるようになる。このモニターリング用ウエハの再生加工にも、プラズマエッチングが用いられている。
水晶振動子製造における水晶片の薄膜加工（加工厚み約１０μｍ〜８０μｍ）においても、プラズマエッチングが用いられている。
【０００３】
上記半導体応用製品の製造プロセスの後工程で用いられるプラズマダイシングや、上記モニターリング用ウエハの再生加工に用いられるプラズマエッチング及び上記水晶振動子の薄膜加工に用いられるプラズマエッチングに関する実用装置は、製品の品質を確保するために、プラズマ処理中に被処理体へのイオンダメージ（イオン損傷）を抑制することが可能であることに加えて、上記半導体デバイス応用分野の各種製品の大型化及び生産性の更なる向上の観点から、被処理体の大面積化に対応可能であることも、極めて重要である。また、被処理体の大面積化は、スループットの増大を容易に実現できることから、半導体応用製品の製造コストの低減を図る対策として、極めて効果的である。
【０００４】
なお、電源周波数が１３．５６ＭＨｚであるＲＦプラズマを用いるプラズマエッチング装置は、プラズマ電位が高いという特徴を有することから、基板に与えるイオンダメージが大きい。イオンダメージ（イオン損傷）は、例えば、非特許文献１に記載されているように、被処理体に転位等格子欠陥を生じさせることにより塑性変形を与えて内部残留応力（引っ張り応力）を発生させ、クラック発生要因の一つになることが、一般に知られている。
また、電源周波数が１３．５６ＭＨｚであるＲＦプラズマを用いるプラズマエッチング装置は、プラズマ電位が高いという特徴を有することから、例えば、非特許文献２に記載されているように、基板にイオン衝撃による損傷を与えるほか、基板上に形成中の電子回路素子がプラズマで破壊される現象（プラズマチャージアップ破壊）を抑制することが困難であるという問題を抱えていることが、一般に知られている。
【０００５】
上記プラズマエッチングあるいはプラズマダイシングに関わる従来技術の代表例に、例えば、特許文献１ないし特許文献３がある。
【０００６】
特許文献１には、次のことが掲載されている。即ち、被処理体に対しプラズマエッチング処理を行なうための減圧排気可能な処理室と、 前記処理室内で被処理体を載置する載置台と、 前記載置台に対向配備され、前記処理室内にプラズマを生成するための処理ガスを導入するシャワーヘッドと、 前記シャワーヘッドの下面において、前記載置台へ向けて環状に突設された環状凸部と、 前記シャワーヘッドの下面の前記環状凸部の内側中央部において、被処理体の面積よりも小さな面積の領域内に分布して配設された複数のガス吐出孔と、 を備え、
前記環状凸部の外径は、被処理体の直径Ｌに対して１．１Ｌ〜１．５Ｌであり、 前記環状凸部の内径は、被処理体の直径Ｌよりも大きく、 前記環状凸部の高さは、前記載置台から前記シャワーヘッドまでの距離に対して、０．４倍〜０．８倍であり、 前記ガス吐出孔は、被処理体の直径Ｌに対し、０．３Ｌ×０．３Ｌ〜０．７Ｌ×０．７Ｌの面積を持つ四角形の領域内に形成されている、プラズマエッチング装置。
また、次のことが掲載されている。即ち、上記プラズマエッチング装置において、前記載置台を下部電極とし、前記シャワーヘッドを上部電極として一対の対向電極を構成したことを特徴とする。
【０００７】
特許文献２には、次のことが掲載されている。即ち、基板を収容する真空槽と、 前記基板が載置される第１の電極と、 前記第１の電極に対してプラズマ生成空間を介して対向する第２の電極と、 前記第１の電極に接続された高周波電源と、 前記真空槽にエッチングガスを供給するガス供給部と、 前記真空槽内の圧力を調整する圧力制御部とを備えるエッチング装置であって、 前記高周波電源は、前記第１の電極にＶＨＦ周波数帯の高周波電力を供給し、 前記圧力制御部は、前記真空槽内を５０Ｐａ以上１５０Ｐａ以下に調整し、 前記第１の電極と前記第２の電極との間の電極間距離が５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることを特徴とするエッチング装置。
また、特許文献２には、次のことが掲載されている。即ち、真空槽内に設けられた第１の電極に基板を載置し、前記真空槽内にエッチングガスを供給しつつ前記第１の電極に高周波電力を供給することによって、前記第１の電極と該第１の電極と対向する第２の電極との間でプラズマを生成して前記基板をエッチングするエッチング方法であって、 前記第１の電極に、周波数がＶＨＦ周波数帯に含まれる高周波電力を供給し、 前記真空槽内を、５０Ｐａ以上１５０Ｐａ以上の圧力に調整し、 前記第１の電極と前記第２の電極との間の電極間距離を５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とすることを特徴とするエッチング方法。
また、特許文献２には、従来の装置に関し次のことを指摘している。即ち、真空槽内の圧力等の条件が変わることによって、面内のエッチング特性は大きく変化する。例えば、従来構成のエッチング装置を用い、例えば５０Ｐａ以上１５０Ｐａ以下といった比較的高い圧力下でエッチングを実施した場合、エッチングレートは基板中央で低く、エッジ部で高くなることが発明者の実験により判っている。これは、プラズマ生成空間の中央部でガスが滞留しすぎる結果、中央部でプラズマ中の電子と正イオンとの再結合等が生じ、活性種が減少する過程が進行するためと考えられる。このため、高圧下でエッチングを実施するような場合に、従来構成のエッチング装置に対しシャワーヘッドを囲むように環状凸部を形成すると、基板エッジ部だけでなく、基板中央部においてもガス供給口から排気口へ向かうガスの流れがますます低下し、基板中央部のエッチングレートをさらに低下させる要因となる。
【０００８】
特許文献２に記載されている実験事実によれば、従来装置は電極中央部分にエッチングレートの不均一性の原因があると言える。即ち、従来構成のエッチング装置を用い、例えば５０Ｐａ以上１５０Ｐａ以下といった比較的高い圧力下でエッチングを実施した場合、エッチングレートは基板中央で低く、エッジ部で高くなる。また、特許文献２の記載によれば、これは、プラズマ生成空間の中央部でガスが滞留しすぎる結果、中央部でプラズマ中の電子と正イオンとの再結合等が生じ、活性種が減少する過程が進行するためと考えられる。
【０００９】
特許文献３には、次のことが掲載されている。即ち、希薄エッチングガスを封入した真空容器内で磁場と電場を直交方向に与えて電子流を生起し、同エッチングガスをその電子流の電子で電離させて高密度プラズマを生成し、同高密度プラズマで真空容器内に配置したシリコンウェハの表面に付着させた表面層をエッチングして除去し、その後真空容器内に希薄のＡｒガスを封入して磁場と電圧を印加して電場を与えてＡｒガスをイオン化してＡｒイオンクリーニングを行うことで、エッチングされたシリコンウェハの表面を鏡面にすることを特徴とするシリコンウェハの表面層の除去方法。
また、特許文献３には、次のことが掲載されている。即ち、真空容器内に希薄エッチングガスを封入し、表面層を付着させたシリコンウェハを負電極に取付けて真空容器内に配置するとともに、負電極を挟むように正電極を外周に配置し、前記正負電極に直流電圧又は交番電圧を印加して電場を形成し、同電場の方向に直交するように磁場を与えてシリコンウェハのまわりを回転する電子流を形成し、同電子流の電子でエッチングガスを分離させて高密度均一プラズマを生成させてプラズマでシリコンウェハをエッチングして表面層を除去し、その後真空容器内に希薄のＡｒガスを封入して磁場と電圧を印加して電場を与えてＡｒガスをイオン化してＡｒイオンクリーニングを行うことで、エッチングされたシリコンウェハの表面を鏡面にすることを特徴とするシリコンウェハの表面層の除去方法。
【００１０】
他方、プラズマＣＶＤを用いて薄膜を形成する分野において、大面積基板を対象とするプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法の代表的事例として、例えば、特許文献４及び特許文献５に記載の技術が知られている。
【００１１】
特許文献４には、次のことが記載されている。即ち、非晶質薄膜を形成する基板を収納する反応容器と、同反応容器内に複数枚の電極板を平行にかつ端縁が上記基板の一表面に臨むように配置される第１の放電用電極と、上記反応容器内に複数枚の電極板を平行にかつ端縁が上記基板の一表面に臨むように配置される第２の放電用電極と、これら第１及び第２の放電用電極間に放電電圧を供給する電源と、上記反応容器を囲み上記一対の放電用電極板間に発生された電界と直交する向きの磁界を発生させるコイル及び交流電源と、上記反応容器内を減圧して反応ガスを供給するガス供給設備を具備することを特徴とする非晶質薄膜形成装置。
【００１２】
特許文献５には、次のことが掲載されている。即ち、内部圧力を調整可能なチャンバー内にプラズマ製膜手段を設けてプラズマ化学蒸着により基板上に原料ガスの薄膜を形成するプラズマ処理装置であって、前記プラズマ製膜手段が、内部空間に水素ガスを導入する水素ガス流路が形成されて基板搬送方向と直交する方向に長尺な中空箱形の正電極と、内部空間にプラズマ生成領域を形成するとともに前記正電極を収納設置して前記基板と対向配置された中空箱形の負電極と、前記負電極の外部に形成されて前記原料ガスを前記基板上に供給するガス出口を備えている原料ガス流路と、前記基板と対向する前記正電極の面に設けた前記水素ガスのガス出口と、前記基板と対向する前記負電極の面に設けた水素ラジカルの出口開口とを具備し、前記正電極内に導入した前記水素ガスに高周波電界を印加して前記水素ガスがプラズマ状態に励起された前記水素ラジカルを生成し、前記ガス出口から供給される前記原料ガスと前記出口開口から供給される前記水素ラジカルとを前記負電極外のプラズマのない空間で反応させて前記基板上に製膜するように構成したことを特徴とするプラズマ処理装置。
また、特許文献５には、次のことが掲載されている。即ち、内部圧力を調整可能なチャンバー内にプラズマ製膜手段を設けてプラズマ化学蒸着により基板上に原料ガスの薄膜を形成するプラズマ処理装置であって、 前記プラズマ製膜手段が、内部空間に水素ガスを導入する水素ガス流路が形成されて基板搬送方向と直交する方向に長尺な中空箱形の正電極と、内部空間に第１のプラズマ生成領域を形成するとともに前記正電極を収納設置して前記基板と対向配置された中空箱形の負電極と、前記負電極の外部に形成されて前記原料ガスを前記基板上に供給するガス出口を備えている原料ガス流路と、前記負電極と前記基板との間に配設され、ガスの流通を可能とした正電極部材と、前記基板と対向する前記正電極の面に設けた前記水素ガスのガス出口と、前記基板と対向する前記負電極の面に設けた水素ラジカルの出口開口とを具備し、前記負電極内の第１のプラズマ生成領域及び前記正電極部材の周囲に形成される第２のプラズマ生成領域が各々独立したプラズマ生成のＯＮ・ＯＦＦ制御を行って前記基板上に製膜するように構成したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許４８２７０８３
【特許文献２】特開２０１２−２２２２７０
【特許文献３】特許５１０３０２５
【特許文献４】特公平０５−０７６５４９
【特許文献５】特許４５７６１９０
【００１４】
【非特許文献１】篠原義明,蒔田晃司,松村義人、イオン衝撃が薄膜特性に及ぼす影響、日本金属学会誌第７４巻、第９号（２０１０）、６１０−６１３
【非特許文献２】斧高一，江利口浩二、ドライエッチングのモデルとその実験検証、Ｊ．Ｐｌａｓｍａ  Ｆｕｓｉｏｎ  Ｒｅｓ．Ｖｏｌ．８５，Ｎｏ４（２００９），１６５‐１７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従来のプラズマエッチング技術は、各種半導体デバイスや水晶振動子等の製造プロセス及びシリコン基板の再生加工等において、不可欠の技術であるが、その被処理体である基板の載置面積は最大６０ｃｍｘ６０ｃｍ程度であり、スループットの大幅向上あるいは生産性の大幅向上には限界がある。即ち、従来のプラズマエッチング装置あるいはプラズマダイシング装置は、非接地電極と接地電極から成る一対の平行平板型電極を用いた容量結合型プラズマ源を用いることから、電極間の電界の強さの分布とエッチングガスの流れの分布は、前記電極の中央部分を中心とする点対称形になり、プラズマによるラジカル生成とラジカルの化学反応も前記点対称形分布に強く依存した現象を伴う。その結果、１ｍｘ１ｍ級の大面積基板を対象にする場合、高い圧力（高いエッチング速度）条件で、かつ、高均一性を実現することは、極めて困難である、という課題がある。
また、従来のＲＦプラズマを用いたプラズマエッチング装置あるいはプラズマダイシング装置では、ＲＦプラズマ特有の高プラズマ電位に起因するイオン衝撃やプラズマチャージング現象が発生する。即ち、従来の大面積基板を対象にしたプラズマエッチングあるいはプラズマダイシングでは、イオン衝撃による基板表面の損傷の抑制が困難であることに加えて、基板上に形成中の電子回路素子がプラズマで破壊される現象（プラズマチャージアップ破壊）を抑制することが困難である、という課題がある。
本発明は、プラズマダメージ（イオン衝撃）およびプラズマチャージアップ破壊を抑制し、かつ、大面積基板への対応に優れたプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、被処理体である基板が載置される基板保持手段を収納し、排気手段を備えた反応容器と、前記反応容器にエッチングガスを供給するエッチングガス供給手段と、前記反応容器内に平行に、かつ、端縁が前記基板の被処理面を臨むように配置される複数の非接地電極及び接地電極から成る電極板と、前記複数の電極板に電力を供給して前記複数の電極板の間にプラズマを発生させる電力供給手段と、を備えたプラズマエッチング装置であって、
前記複数の電極板を長方形とし、前記複数の長方形電極板の一方の長辺を前記基板に面するように列状に配置し、他方の長辺に隣接した位置に前記エッチングガス供給手段の構成部材であるエッチングガス噴出孔を配置し、
前記複数の長方形電極板の一方の短辺同志の間を塞ぐように絶縁物の側板を配置するとともに、前記複数の長方形電極板の他方の短辺同志の間を塞ぐように絶縁物の側板を配置したことを特徴とする。
【００１７】
第２の発明は、第１の発明において、前記複数の一部の電極板は、前記エッチングガス供給手段から供給されるエッチングガスを通過させるエッチングガス供給通路を形成し、他の一部の電極板は、排気ガスを通過させる排気通路を形成することを特徴とする。
【００１８】
第３の発明は、第２の発明において、前記排気通路を形成する隣り合う電極板は、接地あるいは非接地の状態になるように配置されることを特徴とする。
【００１９】
第４の発明は、第１の発明において、前記排気手段は、前記電極板の主面の法線方向における前記反応室の一方の壁と他方の壁のいずれか一方側に複数個の排気口を備えていることを特徴とする。
【００２０】
第５の発明は、第１から第４の発明のいずれか一つの発明において、エッチングガス供給手段は、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ２Ｆ８、ＮＦ３、ＳＦ４、ＳＦ６、Ｓ２Ｆ１０、ＸｅＦ２、ＣｌＦ３、及びＦ２から選ばれる少なくとも１種を含むエッチングガスを備えていることを特徴とする。
【００２１】
第６の発明は、第１から第５の発明のいずれか一つの発明において、前記電力供給手段の電力の周波数は、商用周波数の５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚであることを特徴とする。
【００２２】
第７の発明は、第１から第５の発明のいずれか一つの発明において、前記電力供給手段の電力の周波数は、数１００Ｈｚから１０ＭＨｚの範囲から選ばれる周波数であることを特徴とする。
【００２３】
第８の発明は、第１から第５の発明のいずれか一つの発明において、前記電力供給手段の電力の周波数は、１３．５６ＭＨｚであることを特徴とする。
【００２４】
第９の発明は、第１から第５の発明のいずれか一つの発明において、前記電力供給手段の電力の周波数は、直流であることを特徴とする。
【００２５】
第１０の発明は、被処理体である基板が載置される基板保持手段を収納し、排気手段を備えた反応容器と、前記反応容器にエッチングガスを供給するエッチングガス供給手段と、前記反応容器内に平行に、かつ、端縁が前記基板の被処理面を臨むように配置される複数の非接地電極及び接地電極から成る電極板と、前記複数の電極板に電力を供給して前記複数の電極板の間にプラズマを発生させる電力供給手段と、を備えたプラズマエッチング装置を用いたプラズマエッチング法であって、
前記複数の電極板を長方形とし、前記複数の長方形電極板の一方の長辺を前記基板に面するように列状に配置し、他方の長辺に隣接した位置に前記エッチングガス供給手段の構成部材であるエッチングガス噴出孔を配置し、
前記複数の長方形電極板の一方の短辺同志の間を絶縁物の側板で塞ぎ、前記複数の長方形電極板の他方の短辺同志の間を絶縁物の側板で塞ぐとともに、
前記複数の長方形電極板の隣り合う電極の間に前記エッチングガス供給手段から供給されたエッチングガスを導入し、前記複数の長方形電極間に前記電力供給手段から電力を供給することにより前記複数の長方形電極間で前記エッチングガスをプラズマ化し、前記プラズマ化されたエッチングガスを前記基板表面に接触させることにより、前記基板表面をエッチングすることを特徴とする。
【００２６】
第１１の発明は、第１の発明のプラズマエッチング装置を用いるプラズマエッチング法であって、前記基板と前記電極板の間に存在する気体を、前記電極板の主面の法線方向において前記反応室の一方の壁から前記一方の壁に対向する他方の壁に向かって一様な流れで排出することにより、前記基板と前記電極板の間に存在する気体の流れの澱みを無くすことを特徴とする。
【００２７】
第１２の発明は、第１の発明のプラズマエッチング装置を用いるプラズマエッチング法であって、前記基板と前記電極板の間に存在する気体を、前記電極板の主面の法線方向において前記反応室の一方の壁から前記一方の壁に対向する他方の壁に向かって流れるように排気する第１のエッチング工程と、前記他方の壁から前記一方の壁に向かって流れるように排気する第２のエッチング工程を、所定の周期で交互に行うことにより、前記基板と前記電極板の間に存在する気体の流れの澱みを無くすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明により、プラズマダメージ（イオン衝撃）及びプラズマチャージアップ破壊を抑制し、かつ、かつ、大面積基板への対応に優れたプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング法を実現することが可能である。
即ち、大面積基板への応用が可能であり、プラズマダメージ（イオン衝撃）が抑制されたプラズマエッチングが可能であるので、各種半導体デバイスや水晶振動子等の製造プロセス及びシリコン基板の再生加工等において、製品の高品質化と、スループット及び生産性の大幅向上が可能となり、製造コストの低減に貢献できるという、効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマエッチング装置の構成を説明するための模式的な外観図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマエッチング装置に用いられるエッチングガスの供給手段を説明するための模式的な外観図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマエッチング装置に用いられる複数の電極板と電力供給手段を示す模式的構成図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマエッチング装置の構成を示す模式的説明図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマエッチング装置に用いられるプラズマ生成領域と、プラズマ生成領域で生成されたエッチング用ラジカルの拡散と排気の流れを説明するための模式的説明図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマエッチング装置を試験的に用いる場合の基板及びマスクの一例を説明するための模式図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマエッチング装置を試験的に用いる場合に得られるエッチング結果の一例を説明するための模式図である。
【図８】図８は、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマエッチング装置の構成を説明するための模式的な外観図である。
【図９】図９は、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマエッチング装置の構成を示す模式的説明図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマエッチング装置に用いられる複数の電極板と電力供給手段を示す模式的構成図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマエッチング装置に用いられるプラズマ生成領域と、プラズマ生成領域で生成されたエッチング用ラジカルの拡散と排気の流れを説明するための模式的説明図である。
【図１２】図１２は、本発明の第３の実施形態に係わるプラズマエッチング装置の構成を示す模式的説明図である。
【図１３】図１３は、本発明の第３の実施形態に係わるプラズマエッチング装置の基板面近傍の気流を説明するための模式的説明図である。
【図１４】図１４は、本発明の第３の実施形態に係わるプラズマエッチング装置を試験的に用いる場合の基板に載置するマスクの位置を説明するための模式図である。
【図１５】図１５は、本発明の第３の実施形態に係わるプラズマエッチング装置を試験的に用いる場合に得られるエッチング結果の一例を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。各図において、同様の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜変更可能である。また、以下に示す図面は、説明の便宜上、各部材の縮尺が、実際と異なる場合がある。また、各図面間においても、縮尺が、実際と異なる場合がある。
【００３１】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係わるプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング法について説明する。先ず、プラズマエッチング装置の構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマエッチング装置の構成を説明するための模式的な外観図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマエッチング装置に用いられるエッチングガスの供給手段を説明するための模式的な外観図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマエッチング装置に用いられる複数の電極板と電力供給手段を示す模式的構成図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマエッチング装置の構成を示す模式的説明図である。図５は、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマエッチング装置に用いられるプラズマ生成領域と、プラズマ生成領域で生成されたエッチング用ラジカルの拡散と排気の流れを説明するための模式的説明図である。図６は、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマエッチング装置を試験的に用いる場合の基板及びマスクの一例を説明するための模式図である。図７は、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマエッチング装置を試験的に用いる場合に得られるエッチング結果の一例を説明するための模式図である。
【００３２】
図１ないし図７において、符号１は反応容器である。反応容器１は、気密性を有し、図示しない真空ポンプで、第１、第２、第３及び第４の排気口２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを介して排気することにより、真空到達度は２．６６〜３．９９ｘ１０−５Ｐａ（２〜３ｘ１０−７Ｔｏｒｒ）程度になる。また、反応容器１の内壁は不純物の付着が無く、プラズマエッチングに適用可能な仕様を満たしている。
第１、第２、第３及び第４の排気口２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、図示しない真空ポンプ及び図示しない圧力計と連携して、反応容器１内部の圧力を所定の値に保持するように、排気する。ここでは、後述のエッチングガスと添加ガスの混合ガスの流量が合計で５０ｓｃｃｍ〜５，０００ｓｃｃｍ程度であれば、圧力１．３３Ｐａ〜６６６．６Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ〜５Ｔｏｒｒ）程度の範囲で任意の圧力に設定し、保持可能である。
符号３は、被処理体である基板である。基板３は、シリコン基板、水晶板、石英ガラス板等の被処理体である。基板材料は任意に選べる。なお、以下の説明の中で、基板を保持するキャリアを含めて、基板と呼ぶことがある。
なお、基板３は、図示しない基板搬入搬出装置により、基板保持手段３ａに載置され、また、搬出される。また、必要に応じて、基板をセットするキャリアが用いられる。
ここでは、基板３として、サイズ：長さ１ｍｘ幅１０ｃｍｘ厚み３ｍｍの市販のガラス板を用いる。基板３には、図６に示すように、ＳＵＳ３１６Ｌ製のマスク１０２（サイズ：１０ｃｍｘ１０ｃｍｘ厚み１ｍｍ）が１０ｃｍ間隔で載置される。
【００３３】
なお、基板サイズは、上記ガラス板のサイズ：長さ１ｍｘ幅１０ｃｍｘ厚み３ｍｍに限定されない。後述するように、サイズ：０．１ｍｘ０．１ｍ程度から５ｍｘ５ｍ程度の範囲であれば、後述の複数の電極の長さとその個数を増大することにより、任意に対応できる。
【００３４】
符号３ａは、基板３を載置する基板保持手段である。基板保持手段３ａは、基板３の温度を調整するように、ヒータと冷却手段からなる基板温度調整装置が内臓されている。
符号５は複数の電極板である。複数の電極板５は、図１及び図３に示すように、互いに平行に、列状に、かつ、端縁が基板３の被処理面に面するように配置される。また、複数の電極板５は、隣り合う電極同志が非接地電極５ａと接地電極５ｂの関係になるように配置される。非接地電極５ａと接地電極５ｂには、電力供給導線８と９を介して、後述の交流電源６の電力が供給される。
なお、前記複数の電極板５に、長辺Ｌと短辺ｌと厚みｗのＳＵＳ板（例えば、ニッケル成分が多いＳＵＳ３１６あるいはＳＵＳ３１６Ｌが良い。ＳＵＳ３０４でもよい）を採用した場合、前記長辺Ｌの一方を基板３の被処理面に面するように配置する。非接地電極５ａと接地電極５ｂの距離ｄ（電極間隔という）は後述のエッチングガスの種類及びエッチング時の圧力ｐを考慮して選定される。また、一般に、圧力ｐと電極間隔ｄの積であるｐｄの値がある一定の範囲を満たす条件（パッシェン則）の場合、プラズマが低い電力で容易に生成され、かつ、安定したプラズマが得られる、ということが知られている。
複数の電極板５の長さＬは、基板のサイズに応じて、選択する。例えば、基板３の長さが、１ｍの場合、複数の電極板５の長さＬ（長辺）を略１ｍ、例えば１．２ｍとする。また、複数の電極板５の枚数は、基板の幅サイズに応じて、増減できる。即ち、複数の電極板５の長さＬと枚数は、基板サイズが大きくなれば、そのサイズに略等しくなるように、増加させることができる。
【００３５】
ここでは、上記のように、被製膜基板３として、サイズ：長さ１ｍｘ幅１０ｃｍｘ厚み３ｍｍのガラスを選ぶことから、これに対応するように、前記非接地電極５ａと前記接地電極５ｂのサイズは選定される。
例えば、前記前記非接地電極５ａと前記接地電極５ｂの長さ（長辺）Ｌを略１．２ｍ、幅（短辺）ｌを２ｃｍ〜３０ｃｍ程度の範囲で、例えば、略１０ｃｍとする。前記非接地電極５ａと前記接地電極５ｂの厚みは、薄い方が良い。その理由は、後述するように、プラズマ化されたエッチングガスの排気の流れ及びエッチング用ラジカルの拡散現象による移動への影響を抑制するためである。即ち、前記複数の電極５の縁によって生じる前記プラズマ流の澱みの発生を抑制するためである。ここでは厚みを、例えば、５ｍｍとする。
また、電極板５の周縁は面取りして、異常放電の発生を抑制するのが良い。
前記非接地電極５ａと前記接地電極５ｂの間隔を２．５ｃｍとする。前記非接地電極５ａと前記接地電極５ｂの枚数は、それぞれ、３枚（合計６枚）とする。
なお、この場合、基板側から見て１枚目に配置された前記非接地電極５ａから６枚目に配置された前記接地電極５ｂ（合計６枚）で挟まれる領域の投影面積は、複数の電極板５の長さが１．２ｍで、厚みが５ｍｍであり、電極間隔２．５ｃｍ、電極の枚数が６枚であるので、１．２ｍｘ１５ｃｍ程度である。
【００３６】
前記非接地電極５ａの端部と前記基板保持手段３ａの距離は、前記非接地電極５ａと前記接地電極５ｂの間隔より広く設定する。その理由は、前記非接地電極５ａの端部と前記基板保持手段３ａの間の電界を小さくするためである。前記非接地電極５ａの端部と前記基板保持手段３ａの距離は、前記非接地電極５ａと前記接地電極５ｂの間隔の２倍程度以上が良い。後述のＦラジカルの基板表面の濃度の均一化、即ち、エッチングの均一化を図るために、前記非接地電極５ａの端部と前記基板保持手段３ａの距離は、５ｃｍ〜１５ｃｍが良い。ここでは、前記非接地電極５ａの端部と前記基板保持手段３ａの距離を５ｃｍに設定する。
【００３７】
符号６は交流電源である。交流電源６は、前記非接地電極５ａと前記接地電極５ｂの間に電界を発生させ、後述のエッチングガスをプラズマ化するための電力の供給源である。交流電源６は、商用周波数、あるいは、数ＫＨｚ〜１ＭＨｚ程度の範囲から、選択する。その理由は、電極間に発生する電力の定在波の波長λが、基板サイズに比べて充分に長いという条件を満たすためである。これにより、定在波に起因するプラズマの不安定性及びプラズマ密度の非一様性の問題は解消される。なお、直流電源を用いてもよい。
符号７は可変抵抗であり、交流電源６の出力の電流の調整ができる。
【００３８】
ここでは、前記交流電源６の周波数は、商用周波数（ここでは、６０Ｈｚ）とする。出力は、１００Ｗ〜１０ＫＷの範囲で、任意に選ぶことができる。ここでは、例えば、２ＫＷとする。なお、電極板間の電流密度は、可変抵抗７を調整することにより、増減ができる。電流密度は、約５０μＡ／ｃｍ２〜３００μＡ／ｃｍ２程度が良い。
【００３９】
符号１０ａ、１０ｂは、真空容器用の電流導入端子である。電流導入端子１０ａ、１０ｂは、電力供給導線８及び９のそれぞれの大気側と真空側を、真空漏れが無いように接続する。
符号１１ａは、非接地電極５ａと電力供給導線８の接続点である。符号１１ｂは、接地電極５ｂと電力供給導線９の接続点である。
【００４０】
符号１２は、複数の電極板５を固定する電極板支持部材である。電極板支持部材１２は、後述のエッチングガスと添加ガスの混合ガスが基板３の方向以外へ流出しないように、電極５ａ、５ｂの短辺同志の間を塞ぐために用いられ、絶縁物で製作される。ここでは、フッ素ラジカルに腐食されない絶縁物として、例えば、アルミナ材を用いる。なお、電極板支持部材１２は、電極５ａ、５ｂの一方の短辺同志の間を塞ぐ側板と、他方の短辺同志の間を塞ぐ側板で構成しても良い。
電極板支持部材１２は、電極板５を固定するとともに、後述の第１のエッチングガス供給箱２０を固定する。また、後述のエッチングガスと添加ガスの混合ガスが、基板３の方向以外へ流出しないようにする。
なお、電極板支持部材１２と第１のエッチングガス供給箱２０は、後述の絶縁部材の枠１２ｂにより電気的に絶縁される。また、電極板支持部材１２と絶縁部材の枠１２ｂの間、及び絶縁部材の枠１２ｂと第１のエッチングガス供給箱２０の間は、エッチングガスが漏れないように気密シールがなされる。そして、電極板支持部材１２は、反応容器１に固定される。
符号１３は、電力供給導線８、９を敷設する給電線敷設孔である。給電線敷設孔１３は、電極板支持部材１２に設けられた貫通孔であり、電力供給導線８と非接地電極５ａの接続点１１ａの接続に用いられる。また、電線敷設孔１３は、電力供給導線９と接地電極５ｂの接続点１１ｂの接続に用いられる。
【００４１】
符号２１は、エッチングガス供給源である。エッチングガス供給源２１は、ＣＦ４と、Ｃ２Ｆ６と、Ｃ２Ｆ８と、ＮＦ３と、ＳＦ６と、Ｓ２Ｆ１０と、ＸｅＦ２と、Ｆ２と、Ｃｌ２等の化学反応性の高いガスから選ばれる少なくとも一つを含むエッチングガスを備えている。なお、複数のエッチングガスを選ぶ場合は、それに応じた複数のエッチングガスを用意する。ここでは、例えば、ＣＦ４ガスを用いる。
エッチングガス供給源２１は、エッチングガスを、エッチングガス流量計２２を介してエッチングガス供給管２５へ供給する。
符号２２は、エッチングガスの流量計である。エッチングガスの流量計２２は、エッチングガス供給源２１から供給されるエッチングガスの流量を予め選ばれた任意の流量に設定し、エッチングガス供給管２５に供給する。ここでは、エッチングガスの流量計２２は、流量５０ｓｃｃｍ〜５，０００ｓｃｃｍの範囲の任意の流量を設定できる。
なお、複数のエッチングガスを選ぶ場合は、それに応じた複数のエッチングガスの流量計を用意する。
【００４２】
符号２３は、添加ガス供給源である。添加ガス供給源２３は、酸素と窒素と水素と亜酸化窒素ガスと希ガスとアンモニアから選ばれる少なくとも一つを含む添加ガスを備えている。なお、複数の添加ガスを選ぶ場合は、それに応じた複数の添加ガスを用意する。
ここでは、例えば、酸素（Ｏ２）を選定する。添加ガス供給源２３は添加ガスのＯ２ガスを、添加ガス流量計２４を介してエッチングガス供給管２５へ供給する。
符号２４は、添加ガスの流量計である。添加ガスの流量計２４は、添加ガス供給源２３から供給される添加ガスの流量を予め選ばれた任意の流量に設定し、エッチングガス供給管２５に供給する。複数の添加ガスを選ぶ場合は、それに応じた複数の添加ガスの流量計２４を用意する。ここでは、流量５０ｓｃｃｍ〜５，０００ｓｃｃｍの範囲の任意の流量を設定できる。
【００４３】
符号２５は、エッチングガス供給管である。エッチングガス供給管２５は、エッチングガス供給源２１からエッチングガス流量計２２を介して供給されるエッチングガスを第１のガス供給箱２０に供給する。
符号２０は、第１のエッチングガス供給箱である。第１のエッチングガス供給箱２０は、エッチングガス供給管２５から供給されるエッチングガスを後述のエッチングガス噴出孔１９ｂへ供給する。また、エッチングガス供給管２５から供給されるＯ２ガスを後述のエッチングガス噴出孔１９ｂへ供給する。
なお、第１のエッチングガス供給箱２０は、エッチングガスと添加ガスを均一に混合する機能を有する。
【００４４】
符号１９ｂは、エッチングガスを噴出するエッチングガス噴出孔である。エッチングガス噴出孔１９ｂは、エッチングガス供給管２５から供給されるエッチングガスと添加ガスの混合ガスを噴出する。エッチングガス噴出孔は、孔の直径が０．２ｍｍ〜１．２ｍｍ程度であり、２ｍｍ〜１０ｍｍ程度の間隔で配置される。
なお、一般に、第１のエッチングガス供給箱２０の内部の圧力が略０．３ＭＰａ（３ｋｇｆ／ｃｍ２）程度以上であれば、前記孔の直径が０．２ｍｍ〜１．２ｍｍ程度のエッチングガス噴出孔１９ｂから噴射されるエッチングガスと添加ガスの混合ガスの流量は略一定であり、エッチングガス噴出孔１９ｂの場所による影響はない。即ち、多数のエッチングガス噴出孔１９ｂの個々の孔から噴出する流量にバラツキは生じない。即ち、複数の電極板５の間に噴出するエッチングガスと添加ガスの混合ガスは、ほぼ一様に噴出される。
ここでは、エッチングガス噴出孔１９ｂの孔の直径を０．６ｍｍとし、間隔を３ｍｍとする。
【００４５】
基板３を反応容器１の中に搬入、あるいは搬出する際には、図示しない基板搬入搬出装置を用いて、図示しない基板搬入搬出扉を開閉して行う。
プラズマエッチングが終了して、反応容器１から基板３を搬出する際には、反応容器１の外壁に付属している図示しないリーク弁を開にして、反応容器１内の圧力を大気圧に戻す。そして、図示しない基板搬入搬出扉を開閉して行う。
【００４６】
次に、図１ないし図５に示すプラズマエッチング装置を用いて、被処理体の基板３として、ガラス（ＳｉＯ２）基板を例に取り、そのエッチング方法について説明する。
ここでは、ガラス（ＳｉＯ２）基板を例に取り、そのエッチング方法について説明するが、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング法がガラス（ＳｉＯ２）基板のエッチングに限定されないことは、当然である。
【００４７】
先ず、図６に示すように、ガラス基板３（サイズ：１００ｃｍｘ１０ｃｍｘ厚み３ｍｍ）の上にＳＵＳ３１６Ｌ製のマスク板１０２（サイズ：１０ｃｍｘ１０ｃｍｘ厚み１ｍｍ）を１０ｃｍ間隔で載置する。
次に、図示しない基板搬入搬出扉を開けて、図示しない基板搬入搬出装置を用いて、基板３を基板保持手段３ａに載置する。そして、図示しない基板搬入搬出扉を閉める。
【００４８】
次に、図示しない真空ポンプを稼働して、反応容器１の内部の圧力を真空到達度、例えば、２．６６ｘ１０−５Ｐａ（２ｘ１０−７Ｔｏｒｒ）程度まで下げる。
次に、添加ガスの流量計２４により添加ガスの流量を、１０ｓｃｃｍ〜１，０００ｓｃｃｍ程度、例えば、２００ｓｃｃｍに設定する。
次に、エッチングガスの流量計２２を、１０ｓｃｃｍ〜１，０００ｓｃｃｍ程度、例えば、２００ｓｃｃｍに設定する。
そして、図示しない圧力計と図示しない真空ポンプを用いて、反応容器１の内部圧力を、１．３３Ｐａ〜１３３．３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ〜１．０Ｔｏｒｒ）程度に、例えば、１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）に設定する。
【００４９】
次に、図示しない添加ガス供給源２３のバルブを開にして、添加ガスの流量計２４、エッチングガス供給管２５及び第１のエッチングガス供給箱２０を介して、エッチングガス噴出孔１９ｂから、Ｏ２ガスを複数の電極板５の間に噴出させる。噴出したＯ２ガスは、非接地電極５ａと接地電極５ｂの間を、基板３側へ流れる。
次に、図示しないエッチングガス供給源２１のバルブを開にして、エッチングガスの流量計２２、エッチングガス供給管２５及び第１のエッチングガス供給箱２０を介して、エッチングガス噴出孔１９ｂから、ＣＦ４ガスを複数の電極板５の間に噴出させる。噴出したＣＦ４ガスは、非接地電極５ａと接地電極５ｂの間を、基板３側へ流れる。
なお、上記エッチングガスと上記Ｏ２ガスは、エッチングガス供給管２５及び第１のエッチングガス供給箱２０を流れながら混合されるので、エッチングガス噴出孔１９ｂから噴出するガスは、ＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスである。
【００５０】
ここで、図４及び図５に示すように、非接地電極５ａと接地電極５ｂで形成されるガス通路を、エッチングガス通路３１と呼ぶ。
なお、後述するように、エッチングガス通路３１を形成する非接地電極５ａと接地電極５ｂに交流電源６から電力が供給されると、ＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスがプラズマ化されるので、非接地電極５ａと接地電極５ｂの間を、プラズマ生成領域３２と呼ぶ。なお、図４及び図５において、符合３０は、ＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスを示す。
次に、反応容器１の内部の圧力が所定の条件で一定に維持されたことを確認して、所要の圧力に、ここでは、例えば、１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）に維持する。
基板３の温度は、基板保持手段３ａに付属の基板温度調整装置で、２０℃〜３５０℃の範囲で、例えば、４０℃に維持する。
【００５１】
なお、エッチング速度を厳密に設定する場合は、基板温度、ＣＦ４ガスの流量、とＯ２ガスの流量、その流量比、圧力、電極間隔及び交流電源６の出力をパラメータにデータを、予め取得して、そのデータから最適な条件を選定するのが良い。
【００５２】
次に、交流電源６から、複数の電源板５、即ち、非接地電極５ａと接地電極５ｂに電力を供給する。交流電源６から、前記複数の電源板５に電力が供給されると、電極板５の間に電界が発生し、ＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスがプラズマ化する（ここでは、非接地電極５ａと接地電極５ｂで挟まれる領域を、プラズマ生成領域３２と呼ぶ）。ＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスがプラズマ化されると、プラズマ生成領域３２の中で、主として、次の反応がおこる。即ち、
ＣＦ４＋Ｏ２  →  ＣＯ２＋４Ｆ
上記反応は、ＣＦ４ガスの解離エネルギーが高くないので、直流放電、交流放電及びＲＦ放電等によるプラズマ化により容易に起こる。
プラズマ化されたＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスは、エッチングガス噴出孔１９ｂから流入するＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスの流入により押し流されて下流へ流れる。即ち、プラズマ生成領域３２から基板３の方向へ流れる。ここで、プラズマ生成領域３２で生成されたプラズマの下流側への流れをプラズマ流３２ａと呼ぶ。
プラズマ流３２ａには、上記反応で生成された大量の原子状Ｆが含まれている。
【００５３】
前記交流電源６から非接地電極５ａと接地電極５ｂ間に電力が充分に供給されると、プラズマ生成領域３２においてプラズマ密度が増大する。プラズマ生成領域３２のプラズマ密度が増大すると、そのプラズマ中に有るＣＦ４ガス分子は、解離して原子状フッ素Ｆが大量に生成される。
大量の原子状フッ素Ｆと上記ＣＯ２は、プラズマ流３２ａとして、プラズマ生成領域３２から基板３の方へ移動する。
なお、この反応で生成されるＦラジカルは、電気的に中性であり、拡散現象（Ｆラジカルの移動量は、その濃度の空間的勾配に比例する）により移動するという特性を有するので、プラズマ生成領域３２から基板３の方向へ移動し、基板３の表面に到達する。その結果、Ｆラジカルと基板３の表面の物質との化学反応が起こる。
【００５４】
ここで、図４及び図５において、複数の電極５ａ、５ｂと基板保持手段３ａの間の領域を領域３５と呼ぶ。
図４及び図５において、大量の原子状フッ素Ｆ（Ｆラジカル）とＣＯ２を含むプラズマ流３２ａは、複数の電極５ａ、５ｂの間から流出し、拡散しながら領域３５の中を移動し、図示しない真空ポンプで排出される。領域３５内部の排気流を、図５に符号３３で示す。
領域３５内の気体は、図示しない真空ポンプで排気されるので、プラズマ流３２ａに含まれるＣＯ２ガスの大部分は、排気流３３に沿って、排出される。
プラズマ流３２ａに含まれる原子状フッ素Ｆ（Ｆラジカル）の一部分は、排気流３３に乗って流される。しかし、その大部分は、拡散現象（濃度の空間的勾配に比例して移動する）によって移動する。即ち、図５に点線矢印３６で示しているように、Ｆラジカル３６は基板３の方向へ移動する。
なお、Ｆラジカルの単位時間当たり、単位面積当たりの移動量（モル数／ｓｍ２） は、Ｆラジカルの濃度勾配に比例するので、プラズマ生成領域３２中のＦラジカルの濃度が高ければ高いほど、基板３へ到達するＦラジカルの量は多くなる。
【００５５】
Ｆラジカル３６が基板３の表面に到達すると、反応性の高いＦラジカルは、次の反応を起こす。
ＳｉＯ２＋４Ｆ  →  ＳｉＦ４＋Ｏ２
なお、ＳｉＦ４は揮発性の高いガスであるので、蒸発し、排気流３３に沿って、排出される。また、ＣＯ２ガスが基板３の表面に到達した場合、基板表面での反応は次のようになる。
ＳｉＯ２＋ＣＯ２＋４Ｆ  →  ＳｉＦ４＋Ｏ２＋ＣＯ２
上記反応で生じたＯ２及びプラズマ流３２ａに含まれているＣＯ２ガス及びＳｉＦ４ガスは、排気流３３に沿って、排出される。
【００５６】
上記領域３５は、前記非接地電極５ａと接地電極５ｂに挟まれる領域の外側にあるので、両電極間に発生する電界は印加されない。また、基板３は、前記非接地電極５ａと接地電極５ｂから十分に離れた位置に配置されているので、両電極間に発生する電界は印加されない。即ち、基板３の近傍は、イオン衝撃やプラズマチャージアップ現象の原因である電界の影響の少ない領域である。
【００５７】
次に、上記プラズマ生成において、所定の時間、例えば２０分が経過したら、交流電源６の出力を落としてゼロにする。そして、図示しないエッチングガス供給源２１のバルブと、図示しない添加ガス供給源２３のバルブを閉にして、エッチングガス及び添加ガスの供給をストップする。
その後、一旦、反応容器１内部の圧力を真空到達度、例えば、２．６６Ｐａ（２ｘ１０−７Ｔｏｒｒ）程度まで下げる。そして、図示しないリークバルブを開いて、反応容器１の内部に大気を入れる。
反応容器１内部が大気圧になったら、図示しない基板搬入搬出扉を開けて、図示しない基板搬入搬出装置を用いて、基板３を取り出す。
【００５８】
取り出された基板３を見ると、その基板のマスク１０２の無い部分は、ほぼ一様にエッチングされている。取り出された基板３上のマスク板１０２を取り除くと、図７に示すように、基板３の厚みは、マスク１０２が載置されていた部分以外は、薄くなっている。図７に示す符合１０３はエッチングされた窪みを示す。
即ち、ガラス基板３（サイズ：１００ｃｍｘ１０ｃｍｘ厚み３ｍｍ）がＦラジカルでエッチングされていることが分かる。ガラス基板３（サイズ：１００ｃｍｘ１０ｃｍｘ厚み３ｍｍ）の上に載置されたマスク板１０２（サイズ：１０ｃｍｘ１０ｃｍｘ厚み１ｍｍ）で覆われた部分はエッチングされていないが、それ以外の基板の面はエッチングされている。
ただし、上述の基板３は市販の普通のガラスであり、ＳｉＯ２以外に不純物成分が２０〜３０％混入しているので、図７に示すエッチングされた窪み１０３には不純物成分の残渣が残る場合がある。
【００５９】
以上の説明で示されたように、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング法では、被処理体の基板のサイズは長さ１ｍｘ幅１０ｃｍｘ厚み３ｍｍであるが、３ｍｘ３ｍ〜４ｍｘ４ｍ級の基板を対象にしたエッチング機能が備わっている。
即ち、図１〜図５に示す構成のプラズマエッチング装置において、複数の電極板の長さを約３．２ｍとし、その数を約１００枚にすることで、基板サイズ：３ｍｘ３ｍ級の超大面積基板へのエッチングが可能である。
基板サイズが、４ｍｘ４ｍ〜５ｍｘ５ｍ級の場合に対しては、複数の電極５の長さを４ｍ〜５ｍとし、その枚数をそれに見合うように、例えば、１３４枚〜１６７枚とすることで容易に応用可能である。
また、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマエッチング装置の構成よれば、交流電源６から複数の電極板５に供給された電力で発生する電界は、プラズマ生成領域３２内に留まり、基板３に印加されないので、基板３にはイオン衝撃によるダメージは発生しない。また、基板３で形成中の回路素子を破壊するプラズマチャージアップ現象も発生しない。イオン衝撃及びプラズマチャージアップの無い雰囲気で、電気的に中性なＦラジカルの拡散によるエッチングができる。その結果、イオンダメージの無いエッチングが可能である。
【００６０】
以上説明した本発明の第１の実施形態に係わるプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング法では、エッチングガスはＣＦ４で、添加ガスはＯ２ガスを用いたが、それ以外に、次に示すガスの中から選ばれる少なくとも一つを含むガスを用いてもよい。
即ち、Ｃ２Ｆ６、Ｃ２Ｆ８、ＮＦ３、ＳＦ４、ＳＦ６、Ｓ２Ｆ１０、ＸｅＦ２、ＣｌＦ３、及びＦ２など。
Ｃ２Ｆ８を選んだ場合、図４及び図５の複数の電極板の間のプラズマ化での主たる反応は次のようになる。
Ｃ２Ｆ８＋２Ｏ２  →  ２ＣＯ２＋８Ｆ
即ち、Ｆラジカルが大量に生成され、エッチング反応を起こす。
ＳＦ６を選んだ場合、図４及び図５の複数の電極板の間のプラズマ化での主たる反応は次のようになる。
ＳＦ６＋Ｏ２  →  ＳＯ２＋６Ｆ
即ち、Ｆラジカルが大量に生成され、エッチング反応を起こす。
本発明の第１の実施形態に係わるプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング法では、エッチングガスをプラズマで解離して化学反応が活性なＦラジカルを大量に生成することが重要である。エッチングに寄与するのは、プラズマのイオンではなく、Ｆラジカルである。
【００６１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング法について、図８ないし図１１を用いて説明する。
なお、各図において、図１ないし図７に示した同様の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
また、以下に示す図面は、説明の便宜上、各部材の縮尺が、実際と異なる場合がある。また、各図面間においても、縮尺が、実際と異なる場合がある。
【００６２】
図８は、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマエッチング装置の構成を説明するための模式的な外観図である。図９は、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマエッチング装置の構成を示す模式的説明図である。図１０は、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマエッチング装置に用いられる複数の電極板と電力供給手段を示す模式的構成図である。図１１は、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマエッチング装置に用いられるプラズマ生成領域と、プラズマ生成領域で生成されたエッチング用ラジカルの拡散と排気の流れを説明するための模式的説明図である。
【００６３】
先ず、本発明の第２の実施形態に関わるプラズマエッチング装置の構成について図８な
いし図１１を用いて説明する
符号２０ａは、第２のエッチングガス供給箱である。第２のエッチングガス供給箱２０ａは、エッチングガス供給管２５から供給されるエッチングガス及び添加ガスの混合ガスを、エッチングガス噴出孔１９ｂを介して、混合ガスの通路３７に供給する。
【００６４】
符号１２ｂｂは、絶縁部材の枠である。絶縁部材の枠１２ｂｂは、第２のエッチングガス供給箱２０ａと複数の電極板５を電気絶縁する。ここでは、フッ素ラジカルに腐食されない絶縁物として、例えば、アルミナ材を用いる。絶縁部材の枠１２ｂｂと第２のエッチングガス供給箱２０ａの間、及び絶縁部材の枠１２ｂｂと電極板５の間は、ガス漏れがないように密着される。
符号３７は、エッチングガスと添加ガスの混合ガスの通路である。混合ガスの通路３７は、非接地電極５ａと接地電極５ｂで挟まれた領域であり、エッチングガス噴出孔１９ｂから供給されるエッチングガスと添加ガスの混合ガスが通過する。なお、後述の電力供給手段から非接地電極５ａと接地電極５ｂに電力が供給されると、混合ガスの通路３７に電界が発生する。その結果、混合ガスの通路３７を流れるエッチングガスと添加ガスの混合ガスはプラズマ化される。
【００６５】
符号３９は、排気通路である。排気通路３９は、電位が同電位にある電極板５で挟まれる領域である。即ち、隣り合う電極が接地電極５ｂである場合と、隣り合う電極が非接地電極５ａである場合において、それぞれの電極で挟まれる領域である。
排気通路３９は、混合ガスの通路３７に噴出されたエッチングガスと添加ガスの混合ガスを、図示しない真空ポンプにより第１及び第２の排気口２ａ、２ｂを介して排出する。
なお、第３及び第４の排気口は、反応容器１の大気からの真空引きの際には稼働するが、エッチング工程においては閉じられる。
混合ガスの通路３７から供給されたエッチングガスと添加ガスの混合ガスは、複数の電極板５と基板３で挟まれる領域（領域３５と呼ぶ）に侵入し、排気通路３９から排出されるが、その流れを模式的に、図１１に排気流３３として示す。
排気流３３の軌跡は、エッチングガスと添加ガスの混合ガスが混合ガスの通路３７から領域３５に侵入し、混合ガスの通路３７に隣合わせに配置された排気通路３９から最短コースで排出されることを示している。即ち、従来の平行平板型のプラズマエッチング装置での排気流は電極中央部に流れの澱みが発生し、エッチングガスの滞留時間が場所によって異なるという問題があるが、図１１に示される本発明の第２の実施形態に係わるプラズマエッチング装置では排気流に澱みが無い。
また、従来の平行平板型のプラズマエッチング装置ではガスの流れが電極中央部を中心と点対称形になるので電極中央部と電極周辺部での気流のパターンが異なり、エッチング速度に差異が発生するが、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマエッチング装置では排気流に澱みが無いので、エッチングガスと添加ガスの混合ガスの流れのパターンに差異がないという特徴を有する。このことは、基板の大面積化に容易に対応可能であることを意味している。
なお、排気通路３９は、同電位にある電極に挟まれる領域であるので、排気通路３９の内部には電界は発生しない。即ち、排気通路３９を通過するガスはプラズマ化されない。
符号１７は、仕切り壁である。仕切り壁１７は、反応容器１の壁と電極板５の間の距離を調整する図示しないスライド可能な板を備えている。なお、反応容器１の壁と電極板５の間の距離を調整することにより、電極板周辺から排出される排気流と前記排気通路３９から排出される排気流のバランス調整が可能である。
【００６６】
符号６０は高周波電源である。高周波電源６０は、周波数１０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの範囲において、任意の周波数を選べる。ここでは、１３．５６ＭＨｚとする。その理由は、電極間に発生する電力の定在波の波長λが、基板サイズに比べて充分に長いという条件を満たすためである。これにより、定在波に起因するプラズマの不安定性及びプラズマ密度の非一様性の問題は解消される。高周波電源６０の出力は、１００Ｗ〜１０ＫＷ程度の範囲で、任意に選べる。ここでは、２，０００Ｗ〜４，０００Ｗで、例えば、２ＫＷにする。
符号６１ａは、同軸ケーブルである。同軸ケーブル６１ａは、高周波電力の伝送損失が小さいという特性を有する。
符号６２は、インピーダンス整合器である。インピーダンス整合器６２は、高周波電源６０の出力を後述の電力分配器６３を介して複数の電極板５ａ、５ｂに供給する際に、伝送電力の反射波を最小になるように調整ができる。
符号６３は電力分配器である。電力分配器６３は、高周波電源６０の出力を略等しく分配する装置である。ここでは、４分配器を使う。
符号６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄは、同軸ケーブルである。同軸ケーブル６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄは、高周波電力の伝送損失が小さいという特性を有する。
符号６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄは、真空用同軸型電流導入端子である。真空用同軸型電流導入端子６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄは、大気側と真空側の同軸ケールを真空リーク無しで接続できる。
符号６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄは、真空用同軸ケーブルである。真空用同軸ケーブル６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄは、真空用同軸型電流導入端子６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄを介して供給される高周波電源６０の出力を、後述の電力供給導線６９ａ、６９ｂ及び接続点１１ａ、１１ｂを介して、接地電極５ａと接地電極５ｂに供給する。
符号６９ａ、６９ｂは、電力供給導線である。電力供給導線６９ａは、真空用同軸ケーブルの芯線と接続点１１ａを接続する。電力供給導線６９ｂは、真空用同軸ケーブルの外皮導線と接続点１１ｂを接続する。
【００６７】
次に、図８ないし図１１に示すプラズマエッチング装置を用いて、被処理体の基板として、ガラス（ＳｉＯ２）基板を例に取り、そのエッチング方法について説明する。
ここでは、ガラス（ＳｉＯ２）基板を例に取り、そのエッチング方法について説明するが、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング法がガラス（ＳｉＯ２）基板のエッチングに限定されないことは、当然である。
【００６８】
先ず、図６に示すように、ガラス基板３（サイズ：１００ｃｍｘ１０ｃｍｘ厚み３ｍｍ）の上にＳＵＳ３１６Ｌ製のマスク板１０２（サイズ：１０ｃｍｘ１０ｃｍｘ厚み１ｍｍ）を１０ｃｍ間隔で載置する。
次に、図示しない基板搬入搬出扉を開けて、図示しない基板搬入搬出装置を用いて、基板３を基板保持手段３ａに載置する。そして、図示しない基板搬入搬出扉を閉める。
【００６９】
次に、図示しない真空ポンプを稼働して、反応容器１の内部の圧力を真空到達度、例えば、２．６６ｘ１０−５Ｐａ（２ｘ１０−７Ｔｏｒｒ）程度まで下げる。
次に、添加ガスの流量計２４により添加ガスの流量を、１０ｓｃｃｍ〜１，０００ｓｃｃｍ程度、例えば、２００ｓｃｃｍに設定する。
次に、エッチングガスの流量計２２を、１０ｓｃｃｍ〜１，０００ｓｃｃｍ程度、例えば、２００ｓｃｃｍに設定する。
そして、図示しない圧力計と図示しない真空ポンプを用いて、反応容器１の内部圧力を、１．３３Ｐａ〜１３３．３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ〜１．０Ｔｏｒｒ）程度に、例えば、１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）に設定する。
【００７０】
次に、図示しない添加ガス供給源２３のバルブを開にして、添加ガスの流量計２４、エッチングガス供給管２５及び第２のエッチングガス供給箱２０ａを介して、エッチングガス噴出孔１９ｂから、Ｏ２ガスを複数の電極板５の間に噴出させる。噴出したＯ２ガスは、混合ガスの通路３７を通って、基板３側へ流れる。
次に、図示しないエッチングガス供給源２１のバルブを開にして、エッチングガスの流量計２２、エッチングガス供給管２５及び第２のエッチングガス供給箱２０ａを介して、エッチングガス噴出孔１９ｂから、ＣＦ４ガスを複数の電極板５の間に噴出させる。噴出したＣＦ４ガスは、混合ガスの通路３７を通って、基板３側へ流れる。
なお、上記エッチングガスと上記Ｏ２ガスは、エッチングガス供給管２５及び第２のエッチングガス供給箱２０を流れながら混合されるので、エッチングガス噴出孔１９ｂから噴出するガスは、ＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスである。
【００７１】
次に、反応容器１の内部の圧力が所定の条件で一定に維持されたことを確認して、所要の圧力に、ここでは、例えば、１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）に維持する。
基板３の温度は、基板保持手段３ａに付属の基板温度調整装置で、２０℃〜３５０℃の範囲で、例えば、４０℃に維持する。
【００７２】
なお、エッチング速度を厳密に設定する場合は、基板温度、ＣＦ４ガスの流量、とＯ２ガスの流量、その流量比、圧力、電極間隔及び高周波電源６０の出力をパラメータにデータを、予め取得して、そのデータから最適な条件を選定するのが良い。
【００７３】
次に、高周波電源６０から、複数の電源板５、即ち、非接地電極５ａと接地電極５ｂに電力を供給する。高周波電源６０から、前記複数の電源板５に電力が供給されると、電極板５の間に電界が発生し、混合ガスの通路３７を流れているＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスがプラズマ化する（ここでは、非接地電極５ａと接地電極５ｂで挟まれる領域を、プラズマ生成領域３２と呼ぶ）。ＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスがプラズマ化されると、プラズマ生成領域３２の中で、主として次の反応がおこる。即ち、
ＣＦ４＋Ｏ２  →  ＣＯ２＋４Ｆ
上記反応は、ＣＦ４ガスの解離エネルギーが高くないので、直流放電、交流放電及びＲＦ放電等によるプラズマ化により容易に起こる。
プラズマ化されたＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスは、エッチングガス噴出孔１９ｂから流入するＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスの流入により押し流されて下流へ流れる。即ち、プラズマ生成領域３２から基板３の方向へ流れる。ここで、プラズマ生成領域３２で生成されたプラズマの下流側への流れをプラズマ流３２ａと呼ぶ。プラズマ流３２ａは、エッチングガス噴出孔１９ｂからエッチングガスと添加ガスの混合ガスが連続して供給されるので、消失することなく、時間的に途切れることなく連続して流れる。
プラズマ流３２ａには、上記反応で生成された大量の原子状Ｆが含まれている。
【００７４】
前記高周波電源６０から非接地電極５ａと接地電極５ｂ間に電力が充分に供給されると、プラズマ生成領域３２においてプラズマ密度が増大する。プラズマ生成領域３２のプラズマ密度が増大すると、そのプラズマ中に有るＣＦ４ガス分子は、解離して原子状フッ素Ｆが大量に生成される。
大量の原子状フッ素Ｆと上記ＣＯ２は、プラズマ流３２ａとして、プラズマ生成領域３２から基板３の方へ移動する。
なお、この反応で生成されるＦラジカルは、電気的に中性であり、拡散現象で移動するという特性を有するので、プラズマ生成領域３２から基板３の方向へ移動し、基板３の表面に到達する。その結果、Ｆラジカルと基板３の表面の物質との化学反応が起こる。拡散現象で移動するＦラジカルを点線矢印３６で示している。
【００７５】
図１１において、領域３５（電極板５と基板の間の領域）での排気は、符号３３で示しているように、淀みのない排気流に乗って、排気通路３９から反応室１の外へは排出される。
プラズマ流３２ａに含まれる大量の原子状フッ素Ｆ（Ｆラジカル）の一部分は、排気流３３に乗って流されるが、その大部分は、拡散現象（濃度の空間的勾配に比例して移動する）によって移動する。即ち、図１１に点線矢印３６で示しているように、Ｆラジカル３６は基板３の方向へ移動する。
なお、Ｆラジカルの単位時間当たり、単位面積当たりの移動量（モル数／ｓｍ２） は、Ｆラジカルの濃度勾配に比例するので、プラズマ生成領域３２中のＦラジカルの濃度が高ければ高いほど、基板３へ到達するＦラジカルの量は多くなる。
【００７６】
Ｆラジカル３６が基板３の表面に到達すると、反応性の高いＦラジカルは、次の反応を起こす。
ＳｉＯ２＋４Ｆ  →  ＳｉＦ４＋Ｏ２
なお、ＳｉＦ４は揮発性の高いガスであるので、蒸発し、排気流３３に沿って、排出される。また、ＣＯ２ガスが基板３の表面に到達した場合、基板表面での反応は次のようになる。
ＳｉＯ２＋ＣＯ２＋４Ｆ  →  ＳｉＦ４＋Ｏ２＋ＣＯ２
上記反応で生じたＯ２及びプラズマ流３２ａに含まれているＣＯ２ガス及びＳｉＦ４ガスは、排気流３３に沿って、排出される。
【００７７】
上記領域３５は、前記非接地電極５ａと接地電極５ｂに挟まれる領域の外側にあるので、両電極間に発生する電界は印加されない。また、基板３は、前記非接地電極５ａと接地電極５ｂから十分に離れた位置に配置されているので、両電極間に発生する電界は印加されない。即ち、基板３の近傍は、イオン衝撃やプラズマチャージアップ現象の原因である電界の影響の少ない領域である。
【００７８】
次に、上記プラズマ生成において、所定の時間、例えば２０分が経過したら、高周波電源６０の出力を落としてゼロにする。そして、図示しないエッチングガス供給源２１のバルブと、図示しない添加ガス供給源２３のバルブを閉にして、エッチングガス及び添加ガスの供給をストップする。
その後、一旦、反応容器１内部の圧力を真空到達度、例えば、２．６６Ｐａ（２ｘ１０−７Ｔｏｒｒ）程度まで下げる。そして、図示しないリークバルブを開いて、反応容器１の内部に大気を入れる。
反応容器１内部が大気圧になったら、図示しない基板搬入搬出扉を開けて、図示しない基板搬入搬出装置を用いて、基板３を取り出す。
【００７９】
取り出された基板３を見ると、その基板のマスク１０２の無い部分はほぼ一様にエッチングされている。取り出された基板３上のマスク板１０２を取り除くと、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング法の場合と同様に、図７に示すように、基板３の厚みは、マスク１０２が載置されていた部分以外は、薄くなっている。図７の符合１０３はエッチングされた窪みを示す。
即ち、ガラス基板３（サイズ：１００ｃｍｘ１０ｃｍｘ厚み３ｍｍ）がＦラジカルでエッチングされていることが分かる。ガラス基板３（サイズ：１００ｃｍｘ１０ｃｍｘ厚み３ｍｍ）の上に載置されたマスク板１０２（サイズ：１０ｃｍｘ１０ｃｍｘ厚み１ｍｍ）はエッチングされていないが、それ以外の基板の面がエッチングされているのが分かる。
ただし、上述の基板３は市販の普通のガラスであり、ＳｉＯ２以外に不純物成分が２０〜３０％混入しているので、図７図示のエッチングされた窪み１０３には不純物成分の残渣が残っている場合がある。
【００８０】
以上の説明で示されたように、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング法では、被処理体の基板のサイズは長さ１ｍｘ幅１０ｃｍｘ厚み３ｍｍであるが、３ｍｘ３ｍ〜４ｍｘ４ｍ級の基板を対象にしたエッチング機能が備わっている。
即ち、図８〜図１１に示す構成のプラズマエッチング装置において、複数の電極板の長さを約３．２ｍとし、その数を約１００枚にすることで、基板サイズ：３ｍｘ３ｍ級の超大面積基板へのエッチングが可能である。
基板サイズが、４ｍｘ４ｍ〜５ｍｘ５ｍ級の場合に対しては、複数の電極５の長さを４ｍ〜５ｍとし、その枚数をそれに見合うように、例えば、１３４枚〜１６７枚とすることで容易に応用可能である。
また、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマエッチング装置の構成よれば、高周波電源６０から複数の電極板５に供給された電力で発生する電界は、プラズマ生成領域３２内に留まり、基板３に印加されないので、基板３にはイオン衝撃によるダメージは発生しない。また、基板３で形成中の回路素子を破壊するプラズマチャージアップ現象も発生しない。イオン衝撃及びプラズマチャージアップの無い雰囲気で、電気的に中性なＦラジカルの拡散によるエッチングができる。その結果、イオンダメージの無いエッチングが可能である。
【００８１】
なお、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング法は、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング法に比べ、エッチングガスと添加ガスの混合ガスの流れに澱みが無いという特徴があるので、大面積基板を対象にしたプラズマエッチングへの応用において、容易に対応ができるというメリットがある。
また、以上説明した本発明の第２の実施形態に係わるプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング法では、エッチングガスはＣＦ４で、添加ガスはＯ２ガスを用いたが、それ以外に、次に示すガスの中から選ばれる少なくとも一つを含むガスを用いてもよい。
即ち、Ｃ２Ｆ６、Ｃ２Ｆ８、ＮＦ３、ＳＦ４、ＳＦ６、Ｓ２Ｆ１０、ＸｅＦ２、ＣｌＦ３、及びＦ２など。
Ｃ２Ｆ８を選んだ場合、図１１の電極板５ａ、５ｂの間でのプラズマ化での主たる反応は次のようになる。
Ｃ２Ｆ８＋２Ｏ２  →  ２ＣＯ２＋８Ｆ
即ち、Ｆラジカルが大量に生成され、エッチング反応を起こす。
ＳＦ６を選んだ場合、図１１の電極板５ａ、５ｂの間でのプラズマ化での主たる反応は次のようになる。
ＳＦ６＋Ｏ２  →  ＳＯ２＋６Ｆ
即ち、Ｆラジカルが大量に生成され、エッチング反応を起こす。
本発明の第２の実施形態に係わるプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング法では、エッチングガスをプラズマで解離して化学反応が活性なＦラジカルを大量に生成することが重要である。エッチングに寄与するのは、プラズマのイオンではなく、Ｆラジカルである。
【００８２】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係わるプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング法について、図１２ないし図１５を用いて説明する。
なお、図１２ないし図１５において、図１ないし図１１に示した同様の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
また、以下に示す図面は、説明の便宜上、各部材の縮尺が、実際と異なる場合がある。また、各図面間においても、縮尺が、実際と異なる場合がある。
図１２は、本発明の第３の実施形態に係わるプラズマエッチング装置の構成を示す模式的説明図である。図１３は、本発明の第３の実施形態に係わるプラズマエッチング装置の基板面近傍の気流を説明するための模式的説明図である。図１４は、本発明の第３の実施形態に係わるプラズマエッチング装置を試験的に用いる場合の基板に載置するマスクの位置を説明するための模式図である。図１５は、本発明の第３の実施形態に係わるプラズマエッチング装置を試験的に用いる場合に得られるエッチング結果の一例を説明するための模式図である。
【００８３】
先ず、本発明の第３の実施形態に係わるプラズマエッチング装置の構成について、説明する。電極板５ａ、５ｂのサイズを、長さ２．２ｍ（長辺）ｘ幅１０ｃｍ（短辺）ｘ厚み５ｍｍとし、電極間隔を２．５ｃｍとする。電極の数を７６枚とする。
なお、ここでは、本発明の応用例として、使用済みのシリコン基板の再生加工を想定し、再生用６インチウエハを１６９枚載置できる基板面積として、サイズ：２ｍｘ２ｍ級を選ぶ。基板は市販のガラス（サイズ：２００ｃｍｘ２００ｃｍｘ厚み４ｍｍ）を用いる。
【００８４】
図１２及び図１３において、符号７６ａは、複数の電極５と基板３の間の領域にある気体の流れの軌跡を示す第１の流線（あるいは、第１の気流と呼ぶ）である。
符号７５ａ、７５ｂ、７５ｃ及び７５ｄは、第５、第６、第７、及び第８の排気口である。第５、第６、第７、及び第８の排気口７５ａ、７５ｂ、７５ｃ及び７５ｄは、複数の電極５の主面の法線方向にある反応容器の一方の壁あるいは壁近傍に配置され、後述の第１の圧力制御用バルブ７１ａを介して、後述の第１の真空ポンプ７０ａにより反応容器１の内部のガスを排気する。
第５、第６、第７、及び第８の排気口７５ａ、７５ｂ、７５ｃ及び７５ｄは、後述の圧力計７２、後述の圧力制御装置７３及び後述の圧力制御用コンピュータ７４と連携して、前記電極板５の主面の法線方向において前記反応室１の一方の壁から他方の壁に向かって流れる気流を発生する。即ち、第１の流線７６ａを持つ気流を発生する。その結果、図１２及び図１３に示す第１の流線７６ａで示すように、複数の電極５と基板３の間に存在する気体は、反応室１の一方の壁から他方の壁に向かって流れる。この気流（第１の流線７６ａで示される気流）は、反応室１の一方の壁から他方の壁に向かって流れるので、流れに澱みがないという特徴がある。
【００８５】
符号７０ａは第１の真空ポンプである。第１の真空ポンプ７０ａは、第１の圧力制御用バルブ７１ａと、第５、第６、第７、及び第８の排気口７５ａ、７５ｂ、７５ｃ及び７５ｄを介して反応容器１の内部の気体を排気する。
符号７１ａは、第１の圧力制御用バルブである。第１の圧力制御用バルブ７１ａは後述の圧力計７２と、後述の圧力制御装置７３及び後述の圧力制御用コンピュータ７４と連携して、反応容器１の内部の気体を排気する。なお、第１の圧力制御用バルブ７１ａは、バタフライ型、ウイング型あるいはスロットル型等から選ぶことができる。ここでは、自動制御可能なモーター駆動バタフライ型バルブを用いる。
符号７２は圧力計である。圧力計７２は反応容器１の内部の圧力を測定し、その圧力の信号を後述の圧力制御装置７３に送信する。
符号７３は、圧力制御装置７３である。圧力制御装置７３は圧力計７２から送信された圧力信号と後述の圧力制御用コンピュータ７４から送信される制御信号により、圧力制御用コンピュータ７４の指示に従い、第１の圧力制御用バルブ７１ａを制御する。その結果、圧力制御用コンピュータ７４から指示される制御信号に基づいて、反応容器内部の圧力を、予め設定した一定の値に制御できる。
【００８６】
図１２及び図１３において、符号７６ｂは、複数の電極５と基板３の間の領域にある気体の流れの軌跡を示す第２の流線（あるいは、第２の気流と呼ぶ）である。
符号７５ｅ、７５ｆ、７５ｇ及び７５ｈは、第９、第１０、第１１、及び第１２の排気口である。第９、第１０、第１１、及び第１２の排気口７５ｅ、７５ｆ、７５ｇ及び７５ｈは、第５、第６、第７、及び第８の排気口７５ａ、７５ｂ、７５ｃ及び７５ｄと対向する側の壁あるいは壁近傍に配置され、後述の第２の圧力制御用バルブ７１ｂを介して、後述の第２の真空ポンプ７０ｂにより反応容器１の内部のガスを排気する。
第５、第６、第７、及び第８の排気口７５ａ、７５ｂ、７５ｃ及び７５ｄは、圧力計７２、圧力制御装置７３及び圧力制御用コンピュータ７４と連携して、第１の流線７６ａで示される気流に対して逆方向を向いた気流を発生させるように、排気する。
即ち、複数の電極５と基板３の間に存在する気体は、図１２及び図１３に示される第２の流線７６ｂで示される気流になって、反応室１の一方の壁から他方の壁に向かって流れる。この気流（第２の流線７６ｂで示される気流）は、反応室１の一方の壁から他方の壁に向かって流れるので、流れに澱みがないという特徴がある。
【００８７】
符号７０ｂは第２の真空ポンプである。第２の真空ポンプ７０ｂは、第２の圧力制御用バルブ７１ｂと、第９、第１０、第１１、及び第１２の排気口７５ｅ、７５ｆ、７５ｇ及び７５ｈを介して反応容器１の内部の気体を排気する。
符号７１ｂは、第２の圧力制御用バルブである。第２の圧力制御用バルブ７１ｂは圧力計７２と、圧力制御装置７３及び圧力制御用コンピュータ７４と連携して、反応容器１の内部の気体を排気する。なお、第２の圧力制御用バルブ７１ｂは、バタフライ型、ウイング型あるいはスロットル型バルブ等から選ぶことができる。ここでは、自動制御可能なモーター駆動バタフライ型バルブを用いる。
【００８８】
次に、図１２及び図１３に示すプラズマエッチング装置を用いて、被処理体の基板３として、ガラス（ＳｉＯ２）基板を例に取り、そのエッチング方法について説明する。
ここでは、ガラス（ＳｉＯ２）基板を例に取り、そのエッチング方法について説明するが、本発明の第３の実施形態に係わるプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング法がガラス（ＳｉＯ２）基板のエッチングに限定されないことは、当然である。
なお、以下に説明するエッチング法は、上記第１の流線７６ａで示される気流を発生しながら基板３のエッチングを行う第１の工程と、上記第２の流線７６ｂで示される気流を発生しながら基板３のエッチングを行う第２の工程を有することを特徴とする。
【００８９】
先ず、ガラス基板３（サイズ：２００ｃｍｘ２００ｃｍｘ厚み４ｍｍ）の上にＳＵＳ３１６Ｌ製のマスク板１０２（サイズ：１０ｃｍｘ１０ｃｍｘ厚み１ｍｍ）を、図１４に示すように、基板中央部Ａ地点と、基板３の対角線上Ｂ，Ｃ，Ｄ及びＥ地点に載置する。
次に、図示しない基板搬入搬出扉を開けて、図示しない基板搬入搬出装置を用いて、基板３を基板保持手段３ａに載置する。そして、図示しない基板搬入搬出扉を閉める。           
【００９０】
次に、圧力計７２、圧力制御用コンピュータ７４、圧力制御装置７３、第１の圧力制御用バルブ７１ａ、第２の圧力制御用バルブ７１ｂ、第１の真空ポンプ７０ｂ及び第２の真空ポンプ７０ｂから成る排気手段を稼働して、反応容器１の内部の圧力を真空到達度、例えば、２．６６ｘ１０−５Ｐａ（２ｘ１０−７Ｔｏｒｒ）程度まで下げる。
【００９１】
次に、添加ガスの流量計２４により添加ガスの流量を、１０ｓｃｃｍ〜１，５００ｓｃｃｍ程度、例えば、１，２００ｓｃｃｍに設定する。
次に、エッチングガスの流量計２２を、１０ｓｃｃｍ〜１，５００ｓｃｃｍ程度、例えば、１，２００ｓｃｃｍに設定する。
そして、圧力制御用コンピュータ７４、圧力制御装置７３、圧力計７２と、第１の圧力制御用バルブ７１ａ及び第１の真空ポンプ７０ａから成る排気手段システムの反応容器１の内部圧力設定値を、１．３３Ｐａ〜１３３．３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ〜１．０Ｔｏｒｒ）程度に、例えば、１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）に設定し、稼働する。
なお、後述のように、排気条件が第１の気流７６ａで示される状態（第１の工程）で基板のエッチングを行い、その後、第２の気流７６ｂで示される状態（第２の工程）での基板のエッチングを行うことから、初期状態では、第２の圧力制御用バルブ７１ｂは閉じている。
【００９２】
次に、図示しない添加ガス供給源２３のバルブを開にして、添加ガスの流量計２４、エッチングガス供給管２５及び第１のエッチングガス供給箱２０を介して、エッチングガス噴出孔１９ｂから、Ｏ２ガスを複数の電極板５の間に噴出させる。噴出したＯ２ガスは、非接地電極５ａと接地電極５ｂの間を、基板３側へ流れる。Ｏ２ガスは第１の気流７６ａのように流れる。
次に、図示しないエッチングガス供給源２１のバルブを開にして、エッチングガスの流量計２２、エッチングガス供給管２５及び第１のエッチングガス供給箱２０を介して、エッチングガス噴出孔１９ｂから、ＣＦ４ガスを複数の電極板５の間に噴出させる。噴出したＣＦ４ガスは、非接地電極５ａと接地電極５ｂの間を、基板３側へ流れる。ＣＦ４ガスは第１の気流７６ａのように流れる。
なお、上記エッチングガスと上記Ｏ２ガスは、エッチングガス供給管２５及び第１のエッチングガス供給箱２０を流れながら混合されるので、エッチングガス噴出孔１９ｂから噴出するガスは、ＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスである。
【００９３】
次に、反応容器１の内部の圧力が所定の条件で一定に維持されたことを確認して、所要の圧力に、ここでは、例えば、１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）に維持する。
基板３の温度は、基板保持手段３ａに付属の基板温度調整装置で、２０℃〜３５０℃の範囲で、例えば、４０℃に維持する。
【００９４】
なお、エッチング速度を厳密に設定する場合は、基板温度、ＣＦ４ガスの流量、とＯ２ガスの流量、その流量比、圧力、電極間隔及び交流電源６の出力をパラメータにデータを、予め取得して、そのデータから最適な条件を選定するのが良い。
【００９５】
次に、交流電源６から、複数の電源板５、即ち、非接地電極５ａと接地電極５ｂに電力を供給する。交流電源６から、前記複数の電源板５に電力が供給されると、電極板５の間に電界が発生し、ＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスがプラズマ化する（ここでは、非接地電極５ａと接地電極５ｂで挟まれる領域を、プラズマ生成領域３２と呼ぶ）。ＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスがプラズマ化されると、プラズマ生成領域３２の中で、主として次の反応が起こる。即ち、
ＣＦ４＋Ｏ２  →  ＣＯ２＋４Ｆ
上記反応は、ＣＦ４ガスの解離エネルギーが高くないので、直流放電、交流放電及びＲＦ放電等によるプラズマ化により容易に起こる。
プラズマ化されたＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスは、エッチングガス噴出孔１９ｂから流入するＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスの流入により押し流されて下流へ流れる。即ち、プラズマ生成領域３２から基板３の方向へ流れる。ここで、プラズマ生成領域３２で生成されたプラズマの下流側への流れをプラズマ流３２ａと呼ぶ。
プラズマ流３２ａには、上記反応で生成された大量の原子状Ｆが含まれている。
【００９６】
前記交流電源６から非接地電極５ａと接地電極５ｂ間に電力が充分に供給されると、プラズマ生成領域３２においてプラズマ密度が増大する。プラズマ生成領域３２のプラズマ密度が増大すると、そのプラズマ中に有るＣＦ４ガス分子は、解離して原子状フッ素Ｆが大量に生成される。
大量の原子状フッ素Ｆと上記ＣＯ２は、プラズマ流３２ａとして、プラズマ生成領域３２から基板３の方へ移動する。
なお、この反応で生成されるＦラジカルは、電気的に中性であり、拡散現象で移動するという特性を有するので、プラズマ生成領域３２から基板３の方向へ移動し、基板３の表面に到達する。その結果、Ｆラジカルと基板３の表面の物質との化学反応が起こる。
【００９７】
図１２において、大量の原子状フッ素Ｆ（Ｆラジカル）とＣＯ２を含むプラズマ流３２ａは、複数の電極５ａ、５ｂの間から流出し、拡散しながら領域３５の中を移動する。
プラズマ流３２ａに含まれる原子状フッ素Ｆ（Ｆラジカル）の一部分は、第１の気流７６ａに乗って流される。しかし、その大部分は、拡散現象（濃度の空間的勾配に比例して移動する）によって移動する。即ち、Ｆラジカル３６は基板３の方向へ移動する。
なお、Ｆラジカルの単位時間当たり、単位面積当たりの移動量（モル数／ｓｍ２） は、Ｆラジカルの濃度勾配に比例するので、プラズマ生成領域３２中のＦラジカルの濃度が高ければ高いほど、基板３へ到達するＦラジカルの量は多くなる。
【００９８】
Ｆラジカル３６が基板３の表面に到達すると、反応性の高いＦラジカルは、次の反応を起こす。
ＳｉＯ２＋４Ｆ  →  ＳｉＦ４＋Ｏ２
なお、ＳｉＦ４は揮発性の高いガスであるので、第１の気流７６ａに乗って、排出される。また、ＣＯ２ガスが基板３の表面に到達した場合、基板表面での反応は次のようになる。
ＳｉＯ２＋ＣＯ２＋４Ｆ  →  ＳｉＦ４＋Ｏ２＋ＣＯ２
上記反応で生じたＯ２及びプラズマ流３２ａに含まれているＣＯ２ガス及びＳｉＦ４ガスは、第１の気流７６ａに乗って、排出される。
【００９９】
なお、本発明の第３の実施形態では、排気流、即ち第１の気流７６ａの流れが一方向であるので、流れに澱みが無い。即ち、従来の平行平板型のプラズマエッチング装置での排気流は電極中央部に流れの澱みが発生し、大面積基板へのエッチングの均一性に問題があるが、図１２及び図１３に示される本発明の第３の実施形態に係わるプラズマエッチング装置では排気流に澱みが無い。澱みが無いということは、従来の平行平板型のプラズマエッチング装置を用いるエッチングの場合と異なり、Ｆラジカルを含む気流の均一性が高いという意味である。このことは、基板３のエッチングが均一に起こるということを意味する。
【０１００】
また、領域３５は、前記非接地電極５ａと接地電極５ｂに挟まれる領域の外側にあるので、両電極間に発生する電界は印加されない。また、基板３は、前記非接地電極５ａと接地電極５ｂから十分に離れた位置に配置されているので、両電極間に発生する電界は印加されない。即ち、基板３の近傍は、イオン衝撃やプラズマチャージアップ現象の原因である電界の影響の少ない領域である。
【０１０１】
次に、上記プラズマ生成において、所定の時間、例えば５分が経過したら、圧力計７２、圧力制御用コンピュータ７４、圧力制御装置７３、第１の圧力制御用バルブ７１ａ、第２の圧力制御用バルブ７１ｂ、第１の真空ポンプ７０ｂ及び第２の真空ポンプ７０ｂから成る排気手段を操作して、前記第２の流線７６ｂで示される気流を発生させる。即ち、排気条件を第１の気流７６ａで示される状態（第１の工程）から、第２の気流７６ｂで示される状態（第２の工程）に変更する。
なお、第１の気流７６ａで示される状態から、第２の気流７６ｂで示される状態への変更は、時間的には数秒以内でできる。また、予め、圧力制御用コンピュータ７４で、排気条件を第１の気流７６ａで示される状態（第１の工程）から、第２の気流７６ｂで示される状態（第２の工程）に変更するタイミングを設定し、自動的に行うこともできる。
また、予め、排気条件を第１の気流７６ａで示される状態（第１の工程）と、第２の気流７６ｂで示される状態（第２の工程）を、交互に、任意の一定の周期で変更するように設定し、自動的に行うこともできる。
【０１０２】
排気条件が第２の気流７６ｂで示される状態（第２の工程）に変更後、所定の時間、例えば５分が経過したら、交流電源６の出力を落としてゼロにする。
そして、図示しないエッチングガス供給源２１のバルブと、図示しない添加ガス供給源２３のバルブを閉にして、エッチングガス及び添加ガスの供給をストップする。
その後、一旦、反応容器１内部の圧力を真空到達度、例えば、２．６６Ｐａ（２ｘ１０−７Ｔｏｒｒ）程度まで下げる。そして、図示しないリークバルブを開いて、反応容器１の内部に大気を入れる。
反応容器１内部が大気圧になったら、図示しない基板搬入搬出扉を開けて、図示しない基板搬入搬出装置を用いて、基板３を取り出す。
【０１０３】
取り出された基板３を見ると、その基板のマスク１０２の無い部分は、ほぼ一様にエッチングされている。取り出された基板３上のマスク板１０２を取り除くと、基板３の厚みは、マスク１０２が載置されていた部分以外は、薄くなっている。即ち、図１５に示すように、基板上Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ及びＥ地点の１０ｃｍｘ１０ｃｍの部分以外は、均一にエッチングされている。エッチングされた領域を図１５に符号１０３で示す。
即ち、ガラス基板３（サイズ：２００ｃｍｘ２００ｃｍｘ厚み４ｍｍ）がＦラジカルでエッチングされていることが分かる。
ただし、上述の基板３は市販の普通のガラスであり、ＳｉＯ２以外に不純物成分が２０〜３０％混入しているので、エッチング部分に不純物成分の残渣が残る場合がある。
【０１０４】
上記の例では、第１の気流７６ａで示される状態（第１の工程）を５分間維持し、その後、第２の気流７６ｂで示される状態（第２の工程）を５分間維持するエッチングであったが、次に示すように、第１の工程と第２の工程を交互に繰り返すことによりエッチング均一性を高めることができる。
即ち、圧力制御用コンピュータ７４のプログラムを、前記第１の流線７６ａで示される気流を発生する状態（第１の工程）を、例えば、１分間維持し、その１分間が経過したら、第２の流線７６ｂで示される気流を発生する状態（第２の工程）に切り替えて、その状態を、例えば、１分間維持し、その後、交互に周期１分間で、５回繰り返す、という設定を行うことも、可能である。これにより、エッチング時の気流の方向性に起因するエッチングの不均一性が平均化され、その結果、均一性の良いエッチングができる。
【０１０５】
本発明の第３の実施形態によれば、基板３の処理面近傍を流れるＦラジカルを含むエッチングガスの流れの形態が一様流であるので、気体の流れに影響のあるＦラジカルの流れも一様となる。また、電極板の端部と基板３の処理面の距離を十分に長くとれば、拡散により移動するＦラジカルの濃度が一様化される。気体の流れの方向に影響するＦラジカルの濃度も、順方向と逆方向の工程を繰り返すので、一様化される。したがって、本発明の第３の実施形態に示されるエッチング法は、エッチングの均一性が高い方法である。
また、上述の第１の流線７６ａで示される気流を発生する状態（第１の工程）と、第２の流線７６ｂで示される気流を発生する状態（第２の工程）を、交互に所定の周期で、所定の回数を繰り返す、という設定を行うことにより、エッチングの均一性がより一層高くなると、考えられる。
【０１０６】
以上の説明において、基板サイズは、２００ｃｍｘ２００ｃｍｘ厚み４ｍｍであるが、３ｍｘ３ｍ〜４ｍｘ４ｍ級の基板を対象にしたエッチング機能が備わっている。
即ち、図１２及び図１３に示す構成のプラズマエッチング装置において、複数の電極板の長さを約３．２ｍとし、その厚みを約５ｍｍとし、電極間隔を２．５ｃｍ、その数を約１００枚にすることで、基板サイズ：３ｍｘ３ｍ級の超大面積基板へのエッチングが可能である。
基板サイズが、４ｍｘ４ｍ〜５ｍｘ５ｍ級の場合に対しては、複数の電極５の長さを４ｍ〜５ｍとし、その厚みを約５ｍｍとし、電極間隔を２．５ｃｍ、その枚数をそれに見合うように、例えば、１３４枚〜１６７枚とすることで容易に応用可能である。
また、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマエッチング装置の構成よれば、交流電源６から複数の電極板５に供給された電力で発生する電界は、プラズマ生成領域３２内に留まり、基板３に印加されないので、基板３にはイオン衝撃によるダメージは発生しない。また、基板３で形成中の回路素子を破壊するプラズマチャージアップ現象も発生しない。イオン衝撃及びプラズマチャージアップの無い雰囲気で、電気的に中性なＦラジカルの拡散によるエッチングができる。その結果、イオンダメージの無いエッチングが可能である。
【０１０７】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係わるプラズマエッチング装置及びプラズマエッチング法について説明する。以下の説明において、図１〜図１４に示した同様の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
また、以下に示す図面は、説明の便宜上、各部材の縮尺が、実際と異なる場合がある。また、各図面間においても、縮尺が、実際と異なる場合がある。
【０１０８】
先ず、本発明の第４の実施形態に係わるプラズマエッチング装置の構成について説明する。装置構成は、本発明の第３の実施形態に係わるプラズマエッチング装置の場合と同様である。即ち、図１２及び図１３に示したプラズマエッチング装置を用いる。また、電極のサイズは、長さ（長辺）２．２ｍｘ幅（短辺）１０ｃｍｘ厚み５ｍｍで、電極間隔は２．５ｃｍである。電極の数は７６本である。
【０１０９】
先ず、ガラス基板３（サイズ：２００ｃｍｘ２００ｃｍｘ厚み４ｍｍ）の上にＳＵＳ３１６Ｌ製のマスク板１０２（サイズ：１０ｃｍｘ１０ｃｍｘ厚み１ｍｍ）を図１４に示すように、基板中央部Ａ地点と、基板３の対角線上Ｂ，Ｃ，Ｄ及びＥ地点に載置する。
次に、図示しない基板搬入搬出扉を開けて、図示しない基板搬入搬出装置を用いて、基板３を基板保持手段３ａに載置する。そして、図示しない基板搬入搬出扉を閉める。
【０１１０】
次に、圧力計７２、圧力制御用コンピュータ７４、圧力制御装置７３、第１の圧力制御用バルブ７１ａ、第２の圧力制御用バルブ７１ｂ、第１の真空ポンプ７０ｂ及び第２の真空ポンプ７０ｂから成る排気手段を稼働して、反応容器１の内部の圧力を真空到達度、例えば、２．６６ｘ１０−５Ｐａ（２ｘ１０−７Ｔｏｒｒ）程度まで下げる。
【０１１１】
次に、添加ガスの流量計２４により添加ガスの流量を、１０ｓｃｃｍ〜１，０００ｓｃｃｍ程度、例えば、１，２００ｓｃｃｍに設定する。
次に、エッチングガスの流量計２２を、１０ｓｃｃｍ〜１，０００ｓｃｃｍ程度、例えば、１，２００ｓｃｃｍに設定する。
そして、圧力制御用コンピュータ７４、圧力制御装置７３、圧力計７２と、第１の圧力制御用バルブ７１ａ及び第１の真空ポンプ７０ａから成る排気手段システムの反応容器１の内部圧力設定値を、１．３３Ｐａ〜１３３．３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ〜１．０Ｔｏｒｒ）程度に、例えば、１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）に設定し、稼働する。
【０１１２】
次に、図示しない添加ガス供給源２３のバルブを開にして、添加ガスの流量計２４、エッチングガス供給管２５及び第１のエッチングガス供給箱２０を介して、エッチングガス噴出孔１９ｂから、Ｏ２ガスを複数の電極板５の間に噴出させる。噴出したＯ２ガスは、非接地電極５ａと接地電極５ｂの間を、基板３側へ流れる。Ｏ２ガスは、図１２に示す第１の気流７６ａのように流れる。
次に、図示しないエッチングガス供給源２１のバルブを開にして、エッチングガスの流量計２２、エッチングガス供給管２５及び第１のエッチングガス供給箱２０を介して、エッチングガス噴出孔１９ｂから、ＣＦ４ガスを複数の電極板５の間に噴出させる。噴出したＣＦ４ガスは、非接地電極５ａと接地電極５ｂの間を、基板３側へ流れる。ＣＦ４ガスは、図１２に示す第１の気流７６ａのように流れる。
なお、上記エッチングガスと上記Ｏ２ガスは、エッチングガス供給管２５及び第１のエッチングガス供給箱２０を流れながら混合されるので、エッチングガス噴出孔１９ｂから噴出するガスは、ＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスである。
【０１１３】
次に、反応容器１の内部の圧力が所定の条件で一定に維持されたことを確認して、所要の圧力に、ここでは、例えば、１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）に維持する。
基板３の温度は、基板保持手段３ａに付属の基板温度調整装置で、２０℃〜３５０℃の範囲で、例えば、４０℃に維持する。
【０１１４】
なお、エッチング速度を厳密に設定する場合は、基板温度、ＣＦ４ガスの流量、とＯ２ガスの流量、その流量比、圧力、電極間隔及び交流電源６の出力をパラメータにデータを、予め取得して、そのデータから最適な条件を選定するのが良い。
【０１１５】
次に、交流電源６から、複数の電源板５、即ち、非接地電極５ａと接地電極５ｂに電力を供給する。交流電源６から、前記複数の電源板５に電力が供給されると、電極板５の間に電界が発生し、ＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスがプラズマ化する（ここでは、非接地電極５ａと接地電極５ｂで挟まれる領域を、プラズマ生成領域３２と呼ぶ）。ＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスがプラズマ化されると、プラズマ生成領域３２の中で、主として次の反応が起こる。即ち、
ＣＦ４＋Ｏ２  →  ＣＯ２＋４Ｆ
上記反応は、ＣＦ４ガスの解離エネルギーが高くないので、直流放電、交流放電及びＲＦ放電等によるプラズマ化により容易に起こる。
プラズマ化されたＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスは、エッチングガス噴出孔１９ｂから流入するＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスの流入により押し流されて下流へ流れる。即ち、プラズマ生成領域３２から基板３の方向へ流れる。ここで、プラズマ生成領域３２で生成されたプラズマの下流側への流れをプラズマ流３２ａと呼ぶ。
プラズマ流３２ａには、上記反応で生成された大量の原子状Ｆが含まれている。
【０１１６】
前記交流電源６から非接地電極５ａと接地電極５ｂ間に電力が充分に供給されると、プラズマ生成領域３２においてプラズマ密度が増大する。プラズマ生成領域３２のプラズマ密度が増大すると、そのプラズマ中に有るＣＦ４ガス分子は、解離して原子状フッ素Ｆが大量に生成される。
大量の原子状フッ素Ｆと上記ＣＯ２は、プラズマ流３２ａとして、プラズマ生成領域３２から基板３の方へ移動する。
なお、この反応で生成されるＦラジカルは、電気的に中性であり、拡散現象で移動するという特性を有するので、プラズマ生成領域３２から基板３の方向へ移動し、基板３の表面に到達する。その結果、Ｆラジカルと基板３の表面の物質との化学反応が起こる。
【０１１７】
図１２において、大量の原子状フッ素Ｆ（Ｆラジカル）とＣＯ２を含むプラズマ流３２ａは、複数の電極５ａ、５ｂの間から流出し、拡散しながら領域３５の中を移動する。
プラズマ流３２ａに含まれる原子状フッ素Ｆ（Ｆラジカル）の一部分は、第１の気流７６ａに乗って流される。しかし、その大部分は、拡散現象（濃度勾配に比例して移動する）によって移動する。即ち、Ｆラジカル３６は基板３の方向へ移動する。
なお、Ｆラジカルの単位時間当たり、単位面積当たりの移動量（モル数／ｓｍ２） は、Ｆラジカルの濃度勾配に比例するので、プラズマ生成領域３２中のＦラジカルの濃度が高ければ高いほど、基板３へ到達するＦラジカルの量は多くなる。
【０１１８】
Ｆラジカル３６が基板３の表面に到達すると、反応性の高いＦラジカルは、次の反応を起こす。
ＳｉＯ２＋４Ｆ  →  ＳｉＦ４＋Ｏ２
なお、ＳｉＦ４は揮発性の高いガスであるので、第１の気流７６ａに乗って、排出される。また、ＣＯ２ガスが基板３の表面に到達した場合、基板表面での反応は次のようになる。
ＳｉＯ２＋ＣＯ２＋４Ｆ  →  ＳｉＦ４＋Ｏ２＋ＣＯ２
上記反応で生じたＯ２及びプラズマ流３２ａに含まれているＣＯ２ガス及びＳｉＦ４ガスは、第１の気流７６ａに乗って、排出される。
【０１１９】
なお、本発明の第４の実施形態では、排気流、即ち第１の気流７６ａの流れが一方向であるので、流れに澱みが無い。即ち、従来の平行平板型のプラズマエッチング装置での排気流は電極中央部に流れの澱みが発生し、エッチング速度の不均一化等の問題を抱えているが、図１２及び図１３に示される本発明の第４の実施形態に係わるプラズマエッチング装置では排気流に澱みが無い。澱みが無いということは、従来の平行平板型のプラズマエッチング装置を用いるエッチングの場合と異なり、Ｆラジカルを含む気流の均一性が高いという意味である。このことは、基板３のエッチングが均一に起こるということを意味する。
【０１２０】
次に、上記プラズマ生成において、所定の時間、例えば１０分が経過したら、交流電源６の出力を落としてゼロにする。
そして、図示しないエッチングガス供給源２１のバルブと、図示しない添加ガス供給源２３のバルブを閉にして、エッチングガス及び添加ガスの供給をストップする。
その後、一旦、反応容器１内部の圧力を真空到達度、例えば、２．６６Ｐａ（２ｘ１０−７Ｔｏｒｒ）程度まで下げる。そして、図示しないリークバルブを開いて、反応容器１の内部に大気を入れる。
反応容器１内部が大気圧になったら、図示しない基板搬入搬出扉を開けて、図示しない基板搬入搬出装置を用いて、基板３を取り出す。
【０１２１】
取り出された基板３を見ると、その基板のマスク１０２の無い部分は、ほぼ一様にエッチングされている。取り出された基板３上のマスク板１０２を取り除くと、基板３の厚みは、マスク１０２が載置されていた部分以外は、薄くなっている。即ち、基板上Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ及びＥ地点の１０ｃｍｘ１０ｃｍの部分以外は、均一にエッチングされている。
即ち、ガラス基板３（サイズ：２００ｃｍｘ２００ｃｍｘ厚み４ｍｍ）がＦラジカルでエッチングされていることが分かる。
ただし、上述の基板３は市販の普通のガラスであり、ＳｉＯ２以外に不純物成分が２０〜３０％混入しているので、エッチング部分に不純物成分の残渣が残る場合がある。
【符号の説明】
【０１２２】
１・・・反応容器、
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ・・・第１、第２、第３及び第４の排気口、
３・・・基板、
３ａ・・・基板保持手段、
５・・・複数の電極板、
５ａ・・・非接地電極、
５ｂ・・・接地電極、
６・・・交流電源、
６０・・・高周波電源、
８、９・・・電力供給導線、
１２・・・電極板支持部材、
２０・・・第１のエッチングガス供給箱、
２０ａ・・・第２のエッチングガス供給箱、
１９ｂ・・・エッチングガス噴出孔、
２１・・・エッチングガス供給源、
２２・・・エッチングガスの流量計、
２３・・・添加ガス供給源、
２４・・・添加ガスの流量計、
３２・・・プラズマ生成領域、
３２ａ・・・プラズマ流、
３３・・・排気流、
３６・・・Ｆラジカル、
３７・・・混合ガスの通路、
３９・・・排気通路。
【図１】
2018101813.tif 000003
【図２】
2018101813.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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