(57)【要約】【課題】高速・高収率のプラズマエッチング方法、およびプラズマエッチング装置を提供する。【解決手段】反応容器２内に被エッチング材１を設置し、エッチングガスを導入し、被エッチング材１とプラズマ発生用電極４との間でプラズマ６を発生させ、被エッチング材１をエッチングする。被エッチング材１を、内部に空隙を有した通気性物質にて構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器内に被エッチング材を設置し、エッチングガスを導入し、被エッチング材とプラズマ発生用電極との間でプラズマを発生させ、被エッチング材をエッチングするプラズマエッチング方法において、
上記被エッチング材を、内部に空隙を有した通気性物質にて構成することを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項２】
エッチングによって生成したプラズマ発生領域の生成ガスを、被エッチング材の表面から内部の空隙を通して裏面に流出させることを特徴とする請求項１記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３】
前記被エッチング材の内部の空隙を通して該被エッチング材の裏面に流出された生成ガスを回収することを特徴とする請求項２記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４】
被エッチング材はシリコンであると共に、エッチングガスは水素を主体とするガスであることを特徴とする請求項１，２又は３記載のプラズマエッチング方法。
【請求項５】
被エッチング材はシリコンであり、エッチングガスは水素を主体とするガスであり、前記回収される生成ガスはモノシランであることを特徴とする請求項３記載のプラズマエッチング方法。
【請求項６】
前記被エッチング材は、多孔質体からなっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項７】
前記被エッチング材は、粉粒状体からなっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項８】
前記被エッチング材は、粉粒状体を焼結した焼結体からなっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項９】
反応容器内に被エッチング材を設置し、エッチングガスを導入し、被エッチング材とプラズマ発生用電極との間でプラズマを発生させ、被エッチング材をエッチングするプラズマエッチング装置において、
上記被エッチング材は、内部に空隙を有した通気性物質にて構成されていると共に、
エッチングによって生成したプラズマ発生領域の生成ガスを、被エッチング材の表面から内部の空隙を通して裏面に流出させるガス通過手段を備えていることを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項１０】
前記ガス通過手段は、
前記エッチングガスを、通気性物質からなる被エッチング材の内部の空隙を通過させる押し出し流れを形成するようになっていることを特徴とする請求項９記載のプラズマエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いたプラズマエッチング方法、およびプラズマエッチング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モノシラン（ＳｉＨ４ ）ガスは、シリコン系薄膜を利用した薄膜トランジスタ、超ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit：大規模集積回路）、太陽電池等の電子デバイスを製造するためには必要不可欠なガスである。一般的に、モノシラン（ＳｉＨ４ ）はトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３ ）の不均化反応により製造されており、例えば、特許文献１にその製造方法が開示されており、工業的にも成立している製造方法である。
【０００３】
ここで、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３ ）からのモノシラン（ＳｉＨ４ ）生成反応は以下の化学式で表すことができる。
【０００４】
４ＳｉＨＣｌ３ →ＳｉＨ４ ＋３ＳｉＣｌ４ 
上記の反応式から分かるように、原料のトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３ ）に対するモノシラン（ＳｉＨ４ ）の収率は２５％と低く、また、モノシラン（ＳｉＨ４ ）に対して３倍の四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４ ）が副次生成物として生成される。
【０００５】
上記の収率を上げるためには、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４ ）を回収しトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３ ）へ再処理する大規模な装置・工程・ノウハウ等が必要となるため、多大なコストや労力がかかる。また、上記のプロセスは塩素を含む反応を用いるため、塩素腐食に対する設備上の対策が必要であり、環境負荷が大きいという問題もある。
【０００６】
一方、モノシラン（ＳｉＨ４ ）を得る他の方法として、水素プラズマ等で発生させた原子状水素により固体原料シリコンをエッチングして、直接的にモノシラン（ＳｉＨ４ ）を発生させるという方法がある。
【０００７】
例えば、非特許文献１では、固体シリコンの水素プラズマエッチングにより、モノシラン（ＳｉＨ４ ）及びＳｉＨ３ 、ＳｉＨ２ 、ＳｉＨ等の発生が確認されている。
【０００８】
この方法ならば、使用するガスは水素のみであり、塩素を用いる必要がないため、上記のような腐食対策・環境負荷といった問題を回避することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公昭６４−３８０６号公報（１９８９年１月２３日公開）
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Japanese Journal of Applied Physics Vol.33(1994) p.L1117
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来のプラズマエッチング方法では、単純に固体シリコンを水素プラズマにてエッチングした場合、生成されたモノシラン（ＳｉＨ４ ）はプラズマ内にて再分解され、ＳｉＨやＳｉＨ２ といった短寿命ラジカルが形成される。この不安定な短寿命ラジカルが原因となり、モノシラン（ＳｉＨ４ ）の他に高次シラン（Ｓｉ２ Ｈ６ 、Ｓｉ３ Ｈ８ 、・・・、Ｓｉｘ Ｈｙ ）、及びそれらが凝集した微粒子（パーティクル）といった副次生成物を生成してしまい、効率的にモノシラン（ＳｉＨ４ ）を生成し回収することは難しい。このため、この非特許文献１に開示の方法は、工業的には成立していない。
【００１２】
このように、被エッチング材をプラズマエッチングして生成する化合物が高次化・凝集パーティクル化し易い場合には、エッチング生成化合物の収率が低下することが大きな問題となる。
【００１３】
したがって、例えば、固体シリコンを水素プラズマにてエッチングしてモノシラン（ＳｉＨ４ ）を生成する場合、いかに高速に固体シリコンをエッチングするかという点と、生成したモノシラン（ＳｉＨ４ ）の高次化・凝集パーティクル化を防止して、いかに高効率にモノシラン（ＳｉＨ４ ）の収率を上げるかという点が問題となる。
【００１４】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、高速・高収率のプラズマエッチング方法、およびプラズマエッチング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のプラズマエッチング方法は、上記課題を解決するために、反応容器内に被エッチング材を設置し、エッチングガスを導入し、被エッチング材とプラズマ発生用電極との間でプラズマを発生させ、被エッチング材をエッチングするプラズマエッチング方法において、上記被エッチング材を、内部に空隙を有した通気性物質にて構成することを特徴としている。
【００１６】
上記の発明によれば、反応容器内にエッチングガスが導入されるので、被エッチング材とプラズマ発生用電極との間で高周波電力を印加して放電させると、エッチングガスが分解及び励起してプラズマが発生する。そして、このプラズマが被エッチング材に接触することにより、プラズマによって生成したラジカルと被エッチング材を構成する原子とが反応するので、被エッチング材がエッチングされると共に、エッチングされた原子状の被エッチング材と原子状のエッチングガスとが結合することによって生成ガスが発生する。
【００１７】
ここで、本発明では、被エッチング材を、内部に空隙を有した通気性物質にて構成している。このため、エッチングガスは被エッチング材の内部の空隙に侵入し、この空隙の内部で、プラズマによって生成したラジカルと被エッチング材を構成する原子とが反応して、被エッチング材がエッチングされる。
【００１８】
それゆえ、エッチングガスの被エッチング材に対する接触面積が、従来では被エッチング材の表面だけであったのに対して、本発明では、被エッチング材における内部の空隙の内壁面積も接触面積として付加されることになる。この結果、エッチングガスの被エッチング材との接触面積が、従来に比べて各段に増加することになるので、エッチング速度が向上し、生成ガスの発生量も多くなる。このため、反応が高速化し、生成ガスの収率も高くなる。
【００１９】
したがって、高速・高収率のプラズマエッチング方法を提供することができる。
【００２０】
本発明のプラズマエッチング方法では、エッチングによって生成したプラズマ発生領域の生成ガスを、被エッチング材の表面から内部の空隙を通して裏面に流出させることが好ましい。
【００２１】
すなわち、単純に被エッチング材をプラズマにてエッチングした場合、エッチングによる生成ガスがプラズマ内にて再分解され、不安定な短寿命ラジカルが形成される場合がある。この不安定な短寿命ラジカルが原因となり、所望の生成ガスに他の副次生成物が生成され、効率的に所望の生成ガスを生成して回収することが難しい。
【００２２】
これに対して、本発明では、エッチングによって生成したプラズマ発生領域の生成ガスを、被エッチング材の表面から内部の空隙を通して裏面に流出させる。このため、エッチングによる生成ガスは、被エッチング材の表面のプラズマ発生領域に戻ることはなく、被エッチング材によって遮断された被エッチング材の裏面に流出する。したがって、生成ガスが、プラズマ内にて再分解されるということがなくなるので、所望の生成ガス以外の他の副次生成物が生成されることもない。
【００２３】
この結果、他の副次生成物の発生がなくなるので、生成ガスの分圧が向上し、高収率のプラズマエッチング方法を提供することができる。
【００２４】
また、エッチングガスを被エッチング材の内部の空隙を通すことにより、プラズマにて生成したイオン・ラジカル種をガス流れと共に被エッチング材の空隙に引き込む。このため、被エッチング材の表面だけでなく、被エッチング材の内部においてもエッチングが進行するため、エッチング効率が向上する。
【００２５】
したがって、高速・高収率のプラズマエッチング方法を提供することができる。
【００２６】
本発明のプラズマエッチング方法では、前記被エッチング材の内部の空隙を通して該被エッチング材の裏面に流出された生成ガスを回収することが好ましい。
【００２７】
これにより、被エッチング材の内部の空隙を通して該被エッチング材の裏面に流出されたガスは、エッチングによる生成ガス及び未反応のエッチングガスであるので、これらのガスから生成ガスを回収することによって、所望の生成ガスのみを取り出すことができる。したがって、高速・高収率のプラズマエッチング方法を提供することができる。
【００２８】
本発明のプラズマエッチング方法では、被エッチング材はシリコンであると共に、エッチングガスは水素を主体とするガスであることが好ましい。
【００２９】
すなわち、シリコンを水素プラズマにてエッチングしてモノシラン（ＳｉＨ４ ）を生成する場合、単純に固体シリコンを水素プラズマにてエッチングしたときには、生成されたモノシラン（ＳｉＨ４ ）はプラズマ内にて再分解され、ＳｉＨやＳｉＨ２ といった短寿命ラジカルが形成される。この不安定な短寿命ラジカルが原因となり、モノシラン（ＳｉＨ４ ）の他に高次シラン（Ｓｉ２ Ｈ６ 、Ｓｉ３ Ｈ８ 、・・・、Ｓｉｘ Ｈｙ ）、及びそれらが凝集した微粒子（パーティクル）といった副次生成物を生成してしまい、効率的にモノシラン（ＳｉＨ４ ）を生成し回収することは難しい。
【００３０】
これに対して、本願発明では、エッチングガスを被エッチング材の内部の空隙を通すことにより、被エッチング材の表面においてエッチングにより生成したモノシラン（ＳｉＨ４ ）を即座にプラズマ外に排出させる。このため、凝集による微粒子（パーティクル）化を防止することができ、モノシラン（ＳｉＨ４ ）の回収効率が向上する。
【００３１】
本発明のプラズマエッチング方法では、被エッチング材はシリコンであり、エッチングガスは水素を主体とするガスであり、前記回収される生成ガスはモノシランであることが好ましい。
【００３２】
これにより、他の副次生成物の発生がなくなるので、モノシラン（ＳｉＨ４ ）ガスの分圧が向上し、高速・高収率にてモノシラン（ＳｉＨ４ ）ガスを得ることができる。
【００３３】
本発明のプラズマエッチング方法では、前記被エッチング材は、多孔質体からなっているとすることができる。
【００３４】
これにより、多孔質体からなる被エッチング材は、被エッチング材の内部に空隙を有した通気性物質となるので、エッチングガスの被エッチング材との接触面積が、従来に比べて各段に増加し、エッチング速度が向上し、生成ガスの発生量も多くなる。このため、反応が高速化し、生成ガスの収率も高くなる。
【００３５】
本発明のプラズマエッチング方法では、前記被エッチング材は、粉粒状体からなっているとすることができる。
【００３６】
これにより、粉粒状体からなる被エッチング材は、粉粒状体の各粒子の間に空隙ができるので、被エッチング材の内部に空隙を有した通気性物質となる。このため、エッチングガスの被エッチング材との接触面積が、従来に比べて各段に増加し、エッチング速度が向上し、生成ガスの発生量も多くなる。したがって、反応が高速化し、生成ガスの収率も高くなる。
【００３７】
本発明のプラズマエッチング方法では、前記被エッチング材は、粉粒状体を焼結した焼結体からなっているとすることができる。
【００３８】
これにより、粉粒状体を焼結した焼結体からなる被エッチング材は、焼結体の各粒子の間に空隙ができるので、被エッチング材の内部に空隙を有した通気性物質となる。このため、エッチングガスの被エッチング材との接触面積が、従来に比べて各段に増加し、エッチング速度が向上し、生成ガスの発生量も多くなる。したがって、反応が高速化し、生成ガスの収率も高くなる。
【００３９】
本発明のプラズマエッチング装置は、上記課題を解決するために、反応容器内に被エッチング材を設置し、エッチングガスを導入し、被エッチング材とプラズマ発生用電極との間でプラズマを発生させ、被エッチング材をエッチングするプラズマエッチング装置において、上記被エッチング材は、内部に空隙を有した通気性物質にて構成されていると共に、エッチングによって生成したプラズマ発生領域の生成ガスを、被エッチング材の表面から内部の空隙を通して裏面に流出させるガス通過手段を備えていることを特徴としている。
【００４０】
上記の発明によれば、被エッチング材は、内部に空隙を有した通気性物質にて構成されており、かつガス通過手段は、エッチングによって生成したプラズマ発生領域の生成ガスを、被エッチング材の表面から内部の空隙を通して裏面に流出させる。
【００４１】
このため、エッチングによる生成ガスは、被エッチング材の表面のプラズマ発生領域に戻ることはなく、被エッチング材によって遮断された被エッチング材の裏面に流出する。したがって、生成ガスが、プラズマ内にて再分解されるということがなくなるので、所望の生成ガス以外の他の副次生成物が生成されることもない。
【００４２】
この結果、他の副次生成物の発生がなくなるので、生成ガスの分圧が向上し、高速・高収率のプラズマエッチング装置を提供することができる。
【００４３】
本発明のプラズマエッチング装置では、前記ガス通過手段は、前記エッチングガスを、通気性物質からなる被エッチング材の内部の空隙を通過させる押し出し流れを形成するようになっている。
【００４４】
これにより、エッチングによる生成ガスは、被エッチング材の表面のプラズマ発生領域に戻ることはなく、被エッチング材によって遮断された被エッチング材の裏面に流出する。したがって、生成ガスが、プラズマ内にて再分解されるということがなくなるので、所望の生成ガス以外の他の副次生成物が生成されることもない。
【００４５】
この結果、他の副次生成物の発生がなくなるので、生成ガスの分圧が向上し、高速・高収率のプラズマエッチング装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明のプラズマエッチング方法は、以上のように、被エッチング材を、内部に空隙を有した通気性物質にて構成する方法である。
【００４７】
本発明のプラズマエッチング装置は、被エッチング材は、内部に空隙を有した通気性物質にて構成されていると共に、エッチングによって生成したプラズマ発生領域の生成ガスを、被エッチング材の表面から内部の空隙を通して裏面に流出させるガス通過手段を備えているものである。
【００４８】
それゆえ、高速・高収率のプラズマエッチング方法、およびプラズマエッチング装置を提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明におけるプラズマエッチング装置の実施の一形態を示す構成図である。
【図２】本発明におけるプラズマエッチング装置の他の実施の形態を示す構成図である。
【図３】上記プラズマエッチング装置における実施例１の形態を示す構成図である。
【図４】上記プラズマエッチング装置における実施例２の形態を示す構成図である。
【図５】上記プラズマエッチング装置における比較例の形態を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００５１】
最初に、本実施の形態のプラズマエッチング方法に使用されるプラズマエッチング装置１０の構成について、図１に基づいて説明する。図１は、プラズマエッチング装置の好ましい一例の模式的な側面断面図である。
【００５２】
本実施の形態のプラズマエッチング装置１０は、図１に示すように、被エッチング材１をプラズマでエッチングする反応場となる内部空間が設けられた反応容器２を有している。被エッチング材１は、本実施の形態では、内部に空隙を有した通気性物質にてなっている。通気性物質としては、具体的には、多孔質体、粉粒状体、又は粉粒状体を焼結した焼結体からなっているとすることができる。これにより、被エッチング材１が、板状部材の内部をガスが通過できるためである。尚、多孔質体には、例えば、粉粒体を成形したものや、その他の方法としては、薬品等で多孔質にするものがある。
【００５３】
上記反応容器２の内部には試料支持台３が設けられており、この試料支持台３は、被エッチング材１の端部を支持している。被エッチング材１の上方には、プラズマ発生用電極４があり、プラズマエッチング装置１０の外部に設けられた高周波電源５に接続されている。上記高周波電源５からプラズマ発生用電極４に高周波電力が供給されると、プラズマ発生用電極４と被エッチング材１との間にプラズマ６が発生する。
【００５４】
上記プラズマ発生用電極４の内部には、ガス供給用流路７が形成されており、ガス供給配管８から供給される水素ガスをこのガス供給用流路７を通してプラズマ発生空間に供給できるようになっている。
【００５５】
反応容器２の下側には、ガス排気配管９が設けられており、このガス排気配管９は、水素分離膜１１に接続されている。したがって、水素分離膜１１によって、水素ガスは水素ガス排気配管１２にて排出される一方、エッチングによって生じたモノシラン（ＳｉＨ４ ）はモノシラン排気配管１３に排出されるようになっている。
【００５６】
上記水素ガス排気配管１２及びモノシラン排気配管１３の下流側にはポンプ１４が設置されており、このポンプ１４はエッチングガスを吸引している。
【００５７】
上記ガス通過手段としての反応容器２の内部は、被エッチング材１の側面及び上面が接触する空間Ａと被エッチング材１の底面が接触する空間Ｂとが被エッチング材１と試料支持台３とによって隔離され、空間Ａに存在するガスが空間Ｂに移動するには、被エッチング材１の空隙を通過する以外に経路はない装置構成となっている。つまり、本実施の形態のプラズマエッチング装置１０では、反応容器２は、エッチングガスを、通気性物質からなる被エッチング材１の内部の空隙を通過させる押し出し流れを形成するようになっている。
【００５８】
尚、反応容器２への水素ガスの供給は、本実施の形態のように、プラズマ発生用電極４の内部を通過させてもよいが、必ずしもこれに限らず、プラズマ発生用電極４の内部を通過させない方法として、反応容器２の側壁面から水素ガスを供給してもよい。
【００５９】
上記構成のプラズマエッチング装置１０を用いた本実施の形態のプラズマエッチング方法について説明する。
【００６０】
本実施の形態のプラズマエッチング方法では、まず、反応容器２内に被エッチング材１を設置し、エッチングガスである水素ガスを導入し、被エッチング材１とプラズマ発生用電極４との間でプラズマ６を発生させ、被エッチング材１をエッチングする。そして、本実施の形態では、被エッチング材１を、内部に空隙を有した通気性物質にて構成しておく。
【００６１】
これにより、反応容器２内にエッチングガスが導入されるので、被エッチング材１とプラズマ発生用電極４との間で高周波電源５による高周波電力を印加して放電させると、エッチングガスが分解及び励起してプラズマ６が発生する。そして、このプラズマ６が被エッチング材１に接触することにより、プラズマ６によって生成したラジカルと被エッチング材１を構成する原子とが反応するので、被エッチング材１がエッチングされると共に、エッチングされた原子状の被エッチング材１と原子状のエッチングガスとが結合することによって生成ガスが発生する。
【００６２】
ここで、本実施の形態では、被エッチング材１を、内部に空隙を有した通気性物質にて構成している。このため、エッチングガスは被エッチング材１の内部の空隙に侵入し、この空隙の内部で、プラズマ６によって生成したラジカルと被エッチング材１を構成する原子とが反応して、被エッチング材１がエッチングされる。それゆえ、エッチングガスの被エッチング材１に対する接触面積が、従来では単なる板状の被エッチング材の表面だけであったのに対して、本実施の形態では、被エッチング材１における内部の空隙の内壁面積も接触面積として付加されることになる。
【００６３】
この結果、エッチングガスの被エッチング材１との接触面積が、従来に比べて各段に増加することになるので、エッチング速度が向上し、生成ガスの発生量も多くなる。このため、反応が高速化し、生成ガスの収率も高くなる。
【００６４】
したがって、高速・高収率のプラズマエッチング方法を提供することができる。
【００６５】
尚、上述したように、本実施の形態では、被エッチング材１は内部に空隙を有した通気性物質からなっているが、被エッチング材１の気孔率は、ガスの通過が困難にならない程度が必要であると共に、粉粒体から焼結成型したときに、ある程度の強度を確保する必要もある。また、被エッチング材１がシリコン（Ｓｉ）の場合、温度上昇がエッチング速度を低下させてしまうため、厚みを小さくして、ステージ水冷によってなるべく温度上昇を抑制したいという要請もある。
【００６６】
これらを考慮して、気孔率の許容範囲は、例えば、気孔率１０〜５０％が好ましく、さらには、２０〜３０％が好ましい。
【００６７】
ここで、本実施の形態のプラズマエッチング方法では、エッチングによって生成したプラズマ発生領域の生成ガスを、被エッチング材１の表面から内部の空隙を通して裏面に流出させる。
【００６８】
すなわち、単純に被エッチング材１をプラズマにてエッチングした場合、エッチングによる生成ガスがプラズマ６内にて再分解され、不安定な短寿命ラジカルが形成される場合がある。この不安定な短寿命ラジカルが原因となり、所望の生成ガスに他の副次生成物が生成され、効率的に所望の生成ガスを生成して回収することが難しい。
【００６９】
これに対して、本実施の形態では、エッチングによって生成したプラズマ６の生成ガスを、被エッチング材１の表面から内部の空隙を通して裏面に流出させる。このため、エッチングによる生成ガス及びエッチングガス、並びにエッチングに寄与するイオン及びラジカル種は、被エッチング材１の表面のプラズマ６に戻ることはなく、被エッチング材１によって遮断された被エッチング材１の裏面に流出する。したがって、生成ガスが、プラズマ６内にて再分解されるということがなくなるので、所望の生成ガス以外の他の副次生成物が生成されることもない。
【００７０】
この結果、他の副次生成物の発生がなくなるので、生成ガスの分圧が向上し、高収率のプラズマエッチング方法を提供することができる。
【００７１】
また、エッチングガスを被エッチング材１の内部の空隙を通すことにより、プラズマにて生成したイオン・ラジカル種をガス流れと共に被エッチング材１の空隙に引き込む。このため、被エッチング材１の表面だけでなく、被エッチング材１の内部においてもエッチングが進行するため、エッチング効率が向上する。
【００７２】
したがって、高速・高収率のプラズマエッチング方法を提供することができる。
【００７３】
また、本実施の形態のプラズマエッチング方法では、被エッチング材１の内部の空隙を通して該被エッチング材１の裏面に流出された生成ガスを回収する。
【００７４】
これにより、被エッチング材１の内部の空隙を通して該被エッチング材１の裏面に流出されたガスは、エッチングによる生成ガス及び未反応のエッチングガスであるので、これらのガスから生成ガスを回収することによって、所望の生成ガスのみを取り出すことができる。したがって、高速・高収率のプラズマエッチング方法を提供することができる。
【００７５】
また、本実施の形態のプラズマエッチング方法では、被エッチング材１はシリコン（Ｓｉ）であると共に、エッチングガスは水素を主体とするガスである。
【００７６】
すなわち、シリコン（Ｓｉ）を水素プラズマにてエッチングしてモノシラン（ＳｉＨ４ ）を生成する場合、単純に固体シリコンを水素プラズマにてエッチングしたときには、生成されたモノシラン（ＳｉＨ４ ）はプラズマ６内にて再分解され、ＳｉＨやＳｉＨ２ といった短寿命ラジカルが形成される。この不安定な短寿命ラジカルが原因となり、モノシラン（ＳｉＨ４ ）の他に高次シラン（Ｓｉ２ Ｈ６ 、Ｓｉ３ Ｈ８ 、・・・、Ｓｉｘ Ｈｙ ）、及びそれらが凝集した微粒子（パーティクル）といった副次生成物を生成してしまい、効率的にモノシラン（ＳｉＨ４ ）を生成し回収することは難しい。このように、エッチングによって生成したモノシラン（ＳｉＨ４ ）がプラズマ６中に長時間曝されると凝集して微粒子（パーティクル）になり、モノシラン（ＳｉＨ４ ）として回収する割合が減少してしまう。
【００７７】
これに対して、本実施の形態では、エッチングガスを被エッチング材１の内部の空隙を通すことにより、被エッチング材１の表面においてエッチングにより生成したモノシラン（ＳｉＨ４ ）を即座にプラズマ外に排出させる。このため、凝集による微粒子（パーティクル）化を防止することができ、モノシラン（ＳｉＨ４ ）の回収効率が向上する。
【００７８】
また、本実施の形態のプラズマエッチング方法では、被エッチング材１はシリコン（Ｓｉ）であり、エッチングガスは水素を主体とするガスであり、回収される生成ガスはモノシラン（ＳｉＨ４ ）である。
【００７９】
これにより、他の副次生成物の発生がなくなるので、モノシラン（ＳｉＨ４ ）ガスの分圧が向上し、高速・高収率にてモノシラン（ＳｉＨ４ ）ガスを得ることができる。
【００８０】
また、本実施の形態のプラズマエッチング方法では、被エッチング材１は、多孔質体からなっている。尚、多孔質体には、例えば、粉粒体を成形したものや、その他の方法としては、薬品等で多孔質にするものがある。
【００８１】
これにより、多孔質体からなる被エッチング材１は、被エッチング材１の内部に空隙を有した通気性物質となるので、エッチングガスの被エッチング材１との接触面積が、従来に比べて各段に増加し、エッチング速度が向上し、生成ガスの発生量も多くなる。このため、反応が高速化し、生成ガスの収率も高くなる。
【００８２】
また、本実施の形態のプラズマエッチング方法では、被エッチング材１は、粉粒状体からなっているとすることができる。
【００８３】
これにより、粉粒状体からなる被エッチング材１は、粉粒状体の各粒子の間に空隙ができるので、被エッチング材１の内部に空隙を有した通気性物質となる。このため、エッチングガスの被エッチング材１との接触面積が、従来に比べて各段に増加し、エッチング速度が向上し、生成ガスの発生量も多くなる。したがって、反応が高速化し、生成ガスの収率も高くなる。
【００８４】
また、本実施の形態のプラズマエッチング方法では、被エッチング材１は、粉粒状体を焼結した焼結体からなっているとすることができる。すなわち、この焼結体は、粉粒状体を加熱して押し固めたものであり、焼結体は、粉粒状体を一体の固形物として扱えるので、扱いが容易となり好ましい。
【００８５】
これにより、粉粒状体を焼結した焼結体からなる被エッチング材１は、焼結体の各粒子の間に空隙ができるので、被エッチング材１の内部に空隙を有した通気性物質となる。このため、エッチングガスの被エッチング材１との接触面積が、従来に比べて各段に増加し、エッチング速度が向上し、生成ガスの発生量も多くなる。したがって、反応が高速化し、生成ガスの収率も高くなる。
【００８６】
このように、本実施の形態のプラズマエッチング装置１０は、反応容器２内に被エッチング材１を設置し、エッチングガスを導入し、被エッチング材１とプラズマ発生用電極４との間でプラズマ６を発生させ、被エッチング材１をエッチングする。そして、被エッチング材１は、内部に空隙を有した通気性物質にて構成されていると共に、エッチングによって生成したプラズマ６の生成ガスを、被エッチング材１の表面から内部の空隙を通して裏面に流出させる反応容器２を備えている。
【００８７】
これにより、被エッチング材１は、内部に空隙を有した通気性物質にて構成されており、かつ反応容器２は、エッチングによって生成したプラズマ６の生成ガスを、被エッチング材１の表面から内部の空隙を通して裏面に流出させる。
【００８８】
このため、エッチングによる生成ガスは、被エッチング材１の表面のプラズマ６に戻ることはなく、被エッチング材１によって遮断された被エッチング材１の裏面に流出する。
【００８９】
したがって、生成ガスが、プラズマ６内にて再分解されるということがなくなるので、所望の生成ガス以外の他の副次生成物が生成されることもない。
【００９０】
この結果、他の副次生成物の発生がなくなるので、生成ガスの分圧が向上し、高速・高収率のプラズマエッチング装置１０を提供することができる。
【００９１】
また、本実施の形態のプラズマエッチング装置１０では、反応容器２は、エッチングガスを、通気性物質からなる被エッチング材の内部の空隙を通過させる押し出し流れを形成するようになっている。
【００９２】
これにより、エッチングによる生成ガスは、被エッチング材１の表面のプラズマ発生領域に戻ることはなく、被エッチング材１によって遮断された被エッチング材１の裏面に流出する。したがって、生成ガスが、プラズマ６内にて再分解されるということがなくなるので、所望の生成ガス以外の他の副次生成物が生成されることもない。
【００９３】
この結果、他の副次生成物の発生がなくなるので、生成ガスの分圧が向上し、高速・高収率のプラズマエッチング装置１０を提供することができる。
【００９４】
尚、上記の説明では、被エッチング材１はシリコン（Ｓｉ）であり、エッチングガスは水素を主体とするガスであり、回収される生成ガスはモノシラン（ＳｉＨ４ ）である場合についての説明を行った。しかし、必ずしもこれに限らず、例えば、シリコン（Ｓｉ）と四フッ化炭素（ＣＦ４ ）とによって四フッ化珪素（ＳｉＦ４ ）を発生する場合、シリコン（Ｓｉ）と塩素ガス（Ｃｌ２ ）とによって四塩化珪素（ＳｉＣｌ４ ）を発生する場合、ゲルマニウム（Ｇｅ）と水素（Ｈ２ ）ガスとによってモノゲルマン（ＧｅＨ４ ）を発生させる場合においても適用が可能である。
【００９５】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９６】
本実施の形態のプラズマエッチング装置２０について、図２に基づいて説明する。図２は、プラズマエッチング装置２０の構成を示す模式的な側面断面図である。
【００９７】
本実施の形態のプラズマエッチング装置２０は、実施の形態１において図１に示すプラズマエッチング装置１０の構成と略同様であるが、被エッチング材として、粉粒状体を使用できるような構成になっている点が異なる。
【００９８】
すなわち、本実施の形態では、粉粒状体からなる被エッチング材２１を通さないサイズの網目を有するメッシュ２２と、粉粒状体がこぼれ落ちるのを防止する側壁２３とによって、粉体である被エッチング材２１の容器を形成している。
【００９９】
上記粉粒状体の粒子の大きさは、例えば、０．１〜１ｍｍが好ましい。１ｍｍよりも大きいと、表面積が増加する効果が小さくなる。一方、０．１ｍｍよりも小さいと、粉粒状体を保持するのが困難になる。
【０１００】
尚、本実施の形態においても、実施の形態１における図１に示すプラズマエッチング装置１０の構成と同様に、ガス通過手段としての反応容器２は、空間Ａに存在するガスが空間Ｂに移動するには、被エッチング材２１の空隙及びメッシュ２２を通過する以外に経路はない押し出し流れを形成する構成となっている。
【０１０１】
上記構成のプラズマエッチング装置２０を用いて、粉粒状体からなるシリコンを高速にエッチングする方法を以下に説明する。
【０１０２】
本実施の形態では、被エッチング材２１は、例えば大きさ１ｍｍ程度のシリコン粉粒状体であり、メッシュ２２の網目サイズは例えば０．１ｍｍである。
【０１０３】
まず、被エッチング材２１をメッシュ２２及び側壁２３にて形成された容器内に充填し、反応容器２内のガスをガス排気配管９から十分に排気する。
【０１０４】
次に、ガス供給配管８から水素ガスを反応容器２内部に供給する。このとき、ガス排気配管９からガスの排気も同時に行い、反応容器２内の圧力を一定に維持する。
【０１０５】
この状態で、高周波電源５からプラズマ発生用電極４に高周波電力を供給し、プラズマ６を発生させる。プラズマ６によって水素分子が原子状水素に分解され、被エッチング材２１のシリコン粉粒状体表面において原子状水素とシリコン原子が反応し、エッチングが進行する。その際、モノシラン（ＳｉＨ４ ）が生成され、そのモノシラン（ＳｉＨ４ ）は空間Ａ内の水素と共に、被エッチング材２１及びメッシュ２２の内部空隙を通過して空間Ｂに移動する。空間Ｂに移動したモノシラン（ＳｉＨ４ ）と水素との混合ガスは、ガス排気配管９を通過して、水素分離膜１１にて水素とモノシラン（ＳｉＨ４ ）とに分離される。そして、水素は水素ガス排気配管１２に排出される一方、モノシラン（ＳｉＨ４ ）はモノシラン排気配管１３にて排出される。
【０１０６】
これらエッチング過程において、粉粒状体である被エッチング材２１によって、空間Ａと空間Ｂに差圧が生じ、粉粒状体である被エッチング材２１は差圧によりメッシュ２２に強力に引き寄せられている。そのため、被エッチング材２１は周囲に飛散することがない。つまり、粉粒状体をエッチングプロセスに適用する際に、特に成型する必要がないため、成型にかかるコスト等を低減することができる。
【０１０７】
このように、本実施の形態のプラズマエッチング方法では、被エッチング材２１は、粉粒状体からなっている。
【０１０８】
これにより、粉粒状体からなる被エッチング材２１は、粉粒状体の各粒子の間に空隙ができるので、被エッチング材１の内部に空隙を有した通気性物質となる。このため、エッチングガスの被エッチング材１との接触面積が、従来に比べて各段に増加し、エッチング速度が向上し、生成ガスの発生量も多くなる。したがって、反応が高速化し、生成ガスの収率も高くなる。
【０１０９】
また、粉粒状体を用いることにより、粉粒状体を一体に成形する手間が省ける。
【０１１０】
さらに、本実施の形態では、被エッチング材２１の下方に設けたメッシュ２２を通してガスを回収する。このため、メッシュ２２は、真空チャックの役割も果たすため、粉粒状体を飛散させることなくエッチング処理することができる。
【０１１１】
尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【０１１２】
以下に、上記の実施の形態での効果を確認するために、確認実験を行ったので、説明する。尚、以下の説明においては、被エッチング材１の材質をシリコン（Ｓｉ）とし、エッチングガスを水素ガスとしている。
【０１１３】
実施の形態１にて説明した基本構成としてのプラズマエッチング装置１０を用いて、固体シリコンを高速にエッチングする方法として、実施例１及び実施例２を以下に説明する。尚、図３〜５は実験に用いたプラズマエッチング装置の側面断面図であるが、基本構成は図１のプラズマエッチング装置１０と同じである。
【０１１４】
〔実施例１〕
最初に、図３に示すプラズマエッチング装置１０ａを用いて、実験を行った。プラズマエッチング装置１０ａにおいては、被エッチング材１として、大きさ１ｍｍ程度のシリコン（Ｓｉ）粉粒状体を焼結した焼結体を用いた。この焼結体には、内部に空隙が存在し、その気孔率は約２５％となっている。
【０１１５】
また、ガス排気配管９ａの下流側にはフーリエ変換赤外分光計（ＦＴＩＲ：Fourier Transform Infrared Spectroscopy）１５を設置し、さらに下流側にポンプ１４を設置した。
【０１１６】
上記構成のプラズマエッチング装置１０ａにおいて、まず、被エッチング材１を試料支持台３の上に設置し、反応容器２内に残存しているガスをガス排気配管９ａから十分に排気した。次に、ガス供給配管８から水素ガスを反応容器２内部に供給する。このとき、ガス排気配管９からガスの排気も同時に行い、反応容器２内の圧力を一定に維持した。
【０１１７】
この状態で、高周波電源５からプラズマ発生用電極４に高周波電力を供給し、プラズマ６を発生させた。プラズマ６によって水素分子が原子状水素に分解され、被エッチング材１の固体シリコン表面において原子状水素とシリコン原子が反応し、エッチングが進行した。
【０１１８】
これにより、モノシラン（ＳｉＨ４ ）が生成され、そのモノシラン（ＳｉＨ４ ）は、空間Ａ内の水素と共に、被エッチング材１の内部空隙を通過して空間Ｂに移動する。空間Ｂに移動したモノシラン（ＳｉＨ４ ）と水素との混合ガスは、ガス排気配管９ａを通して排出されるので、フーリエ変換赤外分光計（ＦＴＩＲ）１５にて、その排出ガスのモノシラン（ＳｉＨ４ ）濃度を定量した。
【０１１９】
〔実施例２〕
本実施例では、図４に示すプラズマエッチング装置１０ｂを用いて、実験を行った。プラズマエッチング装置１０ｂにおいては、被エッチング材１として、実施例１と同様に、大きさ１ｍｍ程度のシリコン（Ｓｉ）粉粒状体を焼結した焼結体を用いた。したがって、この焼結体には、内部に空隙が存在し、その気孔率は約２５％となっている。
【０１２０】
また、プラズマエッチング装置１０ｂにおいては、実施例１のプラズマエッチング装置１０ａにて使用したガス排気配管９ａを用いずに、反応容器２の側壁面に設けたガス排気配管９ｂから空間Ａのガスを吸引し、フーリエ変換赤外分光計（ＦＴＩＲ）１５にてその排出ガスであるモノシラン（ＳｉＨ４ ）濃度を定量した。
【０１２１】
〔比較例〕
比較例として、図５に示すプラズマエッチング装置１０ｘを用いて、実験を行った。プラズマエッチング装置１０ｘにおいては、装置構成は実施例２のプラズマエッチング装置１０ｂと全く同一であるが、被エッチング材１が、シリコン（Ｓｉ）粉粒状体の焼結体ではなく、表面が平坦なシリコンウェハー１ｘとなっている。
【０１２２】
比較例では、実施例２と同様に、反応容器２の側壁面のガス排気配管９ｂから空間Ａのガスを吸引し、フーリエ変換赤外分光計（ＦＴＩＲ）１５にて、その排出ガスのモノシラン（ＳｉＨ４ ）濃度を定量した。
【０１２３】
以上の３種類の実験においては、実施例２と比較例との比較から、被エッチング材における表面積の大小の影響を判断することができる。また、実施例１と実施例２との比較から、エッチングガスを被エッチング材１の内部空隙を通過させることの影響を判断することができる。
【０１２４】
〔実験結果〕
次に、実験結果を示す。
【０１２５】
最初に、エッチングレート（速度）を比較する。エッチングレートは、エッチング前後の被エッチング材における重量の減少分を単位時間で除した数値をここでは採用する。
【０１２６】
実施例１、実施例２及び比較例のエッチングレートは、それぞれ０．４７ｍｇ／分、０．４３ｍｇ／分、０．２０ｍｇ／分であった。
【０１２７】
実施例２と比較例との比較から、表面積が大きい被エッチング材１を用いた実施例２の方が、エッチングレートが大きいことが分かる。さらに、実施例１と実施例２との比較から、エッチングガスを被エッチング材１の内部空隙を通過させた方が、エッチングレートがやや大きいことが分かる。
【０１２８】
次に、モノシラン（ＳｉＨ４ ）濃度の定量から、エッチングしたシリコン（Ｓｉ）の内、モノシラン（ＳｉＨ４ ）として検出した割合を算出した。
【０１２９】
エッチングしたシリコン（Ｓｉ）の内、モノシラン（ＳｉＨ４ ）として検出できなかったものは、高次化・凝集パーティクル化したと考えられる。そこで、
ＳｉＨ４ 化率＝１００×ＳｉＨ４ モル数／エッチングしたシリコンのモル数
と定義した。
【０１３０】
実施例１及び実施例２のＳｉＨ４ 化率は、それぞれ、３３％、２７％であった。
【０１３１】
上記の結果から、エッチングガスを被エッチング材１の内部空隙を通過させた方が、ＳｉＨ４ 化率が大きいことが分かる。この理由は、実施例２においては、被エッチング材１の表面でエッチング反応により生成したモノシラン（ＳｉＨ４ ）がプラズマ６中を通過して空間Ａに排出される過程で、再分解し、高次ＳｉＨ４ の形成及び凝集パーティクル化したと考えられる。
【０１３２】
一方、実施例１では、生成したモノシラン（ＳｉＨ４ ）はプラズマ６中を通過せずに即座にプラズマ６の外部へ排出されるため、上記のような高次化・凝集パーティクル化が生じなかったためである。尚、比較例におけるＳｉＨ４ 化率は、モノシラン（ＳｉＨ４ ）濃度が低すぎたため数値の算出が困難であった。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
本発明は、プラズマを用いたエッチングにおいて、高速性・高効率なエッチングを実現すると同時に、エッチングによって生成した化合物を高次化・パーティクル化することなく回収することを可能とする。このため、プラズマエッチング方法、およびプラズマエッチング装置に適用することができる。
【符号の説明】
【０１３４】
１      被エッチング材
２      反応容器（ガス通過手段）
３      試料支持台
４      プラズマ発生用電極
５      高周波電源
６      プラズマ（プラズマ発生領域）
７      ガス供給用流路
８      ガス供給配管
９      ガス排気配管
１０      プラズマエッチング装置
１１      水素分離膜
１２      水素ガス排気配管
１３      モノシラン排気配管
１４      ポンプ
１５      フーリエ変換赤外分光計
２０      プラズマエッチング装置
２１      被エッチング材
２２      メッシュ
２３      側壁
【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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