(57)【要約】【課題】コストの増大及びスループットの低下を防止しつつ、安定したシリコン異方性エッチングを行えるようにする。【解決手段】排気用配管６が接続されたエッチングドラフト７の内部には、Ｓｉウェハ２及び当該Ｓｉウェハ２を異方性エッチングするための薬液１を入れるための薬液槽４が配置されている。薬液槽４の底部には、薬液１を加温するためのヒーター５が設けられている。エッチングドラフト７内又は排気用配管６内に水素濃度計８が設けられている。水素濃度計８によって測定された水素濃度値をモニタリングしながらＳｉウェハ２に対してエッチングを行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気用配管が接続された処理室と、
前記処理室の内部に配置されており、シリコンウェハ及び当該シリコンウェハを異方性エッチングするための薬液を入れるための薬液槽と、
前記処理室の内部に配置されており、前記薬液を加熱するためのヒーターと、
前記処理室内及び前記排気用配管内の少なくとも一方に設置された少なくとも１個以上の水素濃度計とを備えていることを特徴とするシリコン異方性エッチング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のシリコン異方性エッチング装置において、
前記水素濃度計は前記薬液槽よりも上方の位置に設置されていることを特徴とするシリコン異方性エッチング装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のシリコン異方性エッチング装置において、
前記薬液はアルカリ性であることを特徴とするシリコン異方性エッチング装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のシリコン異方性エッチング装置を用いたシリコン異方性エッチング方法であって、
前記水素濃度計によって測定された水素濃度値をモニタリングしながら前記シリコンウェハに対してエッチングを行うことを特徴とするシリコン異方性エッチング方法。
【請求項５】
請求項４に記載のシリコン異方性エッチング方法であって、
前記水素濃度計によって測定された水素濃度値に基づいて、前記薬液中でのシリコン濃度を算出し、当該算出結果に基づいて前記薬液の状態管理及び交換を行うことを特徴とするシリコン異方性エッチング方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のシリコン異方性エッチング方法であって、
前記水素濃度計によって測定された水素濃度値に基づいて、シリコンのエッチング反応が生じているかどうかを判定することにより前記シリコンウェハに対するエッチングの終点検出を行うことを特徴とするシリコン異方性エッチング方法。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項に記載のシリコン異方性エッチング方法であって、
前記水素濃度計によって測定された水素濃度値が所定値よりも小さいことを確認しながら前記シリコンウェハに対してエッチングを行うことを特徴とするシリコン異方性エッチング方法。
【請求項８】
請求項７に記載のシリコン異方性エッチング方法において、
前記水素濃度計によって測定された水素濃度値が前記所定値以上になった場合には、所定の安全対策を実施することを特徴とするシリコン異方性エッチング方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のシリコン異方性エッチング方法において、
前記水素濃度計を少なくとも２個以上用いたアンド処理により、測定された水素濃度値が前記所定値よりも小さいかどうかの確認を行うことを特徴とするシリコン異方性エッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン（Ｓｉ）ウェハに加工を施すための技術に関するものであり、具体的には、薬液を使ってＳｉウェハを異方性エッチングするためのエッチング装置及びエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年に入り、シリコン（Ｓｉ）半導体を使ったＬＳＩ（Large Scale Integration ）やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の分野が躍進しており、これらを製造するために各種の微細加工技術が開発され実施されている。また、基板であるＳｉウェハ自体に微細加工を施すことも行われており、その一手法としてアルカリ性の薬液を使ったＳｉ異方性エッチングが行われている。
【０００３】
アルカリ性の薬液を使ったＳｉエッチングでは、Ｓｉの結晶面に依存してエッチング速度が異なるために、異方性エッチングを行うことができる。具体的には、Ｓｉ（１１１）面に対するエッチング速度は、Ｓｉ（１００）面に対するエッチング速度の５０分の１〜２００分の１程度と小さい。このため、Ｓｉ（１００）面が早くエッチングされる結果、エッチング速度の遅いＳｉ（１１１）面が露出する異方性形状が得られる。このエッチング特性を利用してＳｉ（１１１）面のみを露出させることによりＶ字型溝形状、ピラミッド型針形状又は四角錘型穴形状等を得るためのＳｉウェハの微細加工技術が使用されている。
【０００４】
以下、図面を使って従来のＳｉ異方性エッチング装置及びＳｉ異方性エッチング方法について説明する。
【０００５】
図７は、従来のＳｉ異方性エッチング装置を示す概略図である。図７に示すエッチング装置１００の処理室（エッチングドラフト）１０７には、排気を行うための排気用配管１０６が接続されている。エッチングドラフト１０７の内部には、Ｓｉウェハ１０２を収納するためのカセット１０３を入れるための薬液槽１０４が配置されている。薬液槽１０４には、Ｓｉ異方性エッチング用の薬液１０１が貯留されている。薬液槽１０４の底部には、薬液１０１を加温するためのヒーター１０５が設けられている。
【０００６】
図７に示すエッチング装置１００を用いたエッチング方法は次の通りである。まず、薬液１０１を薬液槽１０４内に入れてヒーター１０５を動作させることにより、薬液１０１を所定の温度まで加温する。薬液１０１としては、アルカリ性の水溶液、例えば水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）やテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）水溶液を使用する。薬液１０１の温度が所定の温度に到達した後、Ｓｉウェハ１０２を収納したカセット１０３を、薬液槽１０４内の薬液１０１に浸漬する。Ｓｉウェハ１０２は気泡１０９を発生しながら薬液１０１と反応し、Ｓｉウェハ１０２はエッチング（溶解）される。エッチング開始より所定時間経過後、薬液槽１０４からカセット１０３を引き上げ、Ｓｉウェハ１０２のエッチングを終了する。その後、Ｓｉウェハ１０２を水洗した後に乾燥させる（図示省略）。
【０００７】
上記のように異方性エッチングによりＳｉウェハを加工してＶ字型溝形状、ピラミッド型針形状又は四角錘型穴形状等を得るためには、通常厚さにして数十μｍから数百μｕｍまでの大量のＳｉをエッチングする必要がある。このため、Ｓｉ異方性エッチング用の薬液は高温に加熱して使用されることになる。しかし、当該薬液は水溶液であるため、１００℃以上の高温にすることは困難であり、当該薬液の実使用温度範囲は７０℃〜９０℃である。また、当該薬液を７０℃〜９０℃の高温に加熱してもＳｉのエッチング速度は高々数μｍ／ｍｉｎ（例えばＳｉ（１００）面に対するエッチング速度は０．５〜２μｍ／ｍｉｎ）であるため、上記所望の形状を得るためには数十分〜数時間の長時間のエッチングが必要となる。
【特許文献１】特開昭６３−２４００２９号公報
【特許文献２】特開平０４−０９４１２５号公報
【特許文献３】特開平０８−２７４００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来のＳｉ異方性エッチング装置を用いたＳｉ異方性エッチングにおいては、薬液中に溶け込んだＳｉが析出してしまうという問題がある。すなわち、Ｓｉ異方性エッチングでは、上記のように、厚さにして数十μｍ〜数百μｍのＳｉエッチングを行うため、薬液中に多量のＳｉが溶け込む。また、Ｓｉウェハの処理枚数の増加に従って薬液中に溶け込んだＳｉ量も増加し、その結果、薬液中のＳｉ濃度が飽和溶解度を超えると、薬液中のＳｉが析出し始める。図７に示すような従来のＳｉ異方性エッチング装置では、薬液中にどれだけの量のＳｉが溶け込んでいるかが分からないため、Ｓｉの飽和溶解度を超えてエッチング処理が行われ、薬液槽の底にＳｉが析出してしまうという問題が生じる。特に、薬液を循環させる仕様のＳｉ異方性エッチング装置では、循環ラインの配管、ポンプ又はフィルター等にＳｉが析出して詰まり、エッチング装置が故障してしまう危険がある。
【０００９】
それに対して、Ｓｉの析出を防止するために、薬液交換を頻繁に行った場合には、コストが増大してしまうと共にスループットが低下してしまう。
【００１０】
前記に鑑み、本発明は、コストの増大及びスループットの低下を防止しつつ、安定したシリコン異方性エッチングを行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本願発明者は、シリコン異方性エッチング中の薬液におけるＳｉ濃度の測定方法について様々な検討を行った結果、次のような知見を得た。例えばシリコン異方性エッチング用の薬液としてＴＭＡＨ溶液を用いる場合、ＴＭＡＨ溶液中のＴＭＡＨ濃度やＳｉ濃度が変わると、ＴＭＡＨ溶液中での超音波伝播速度（以下、音速と称する）や導電率が変化するので、当該現象を利用してＴＭＡＨ溶液中のＳｉ濃度を求めることが試みられている。具体的には、ＴＭＡＨ濃度とＳｉ濃度との比が既知の薬液を使って、当該薬液中における「音速」又は「導電率」の測定を実施し、上記比と「音速」又は「導電率」との相関関係（校正曲線）を予め作成しておく。次に、シリコン異方性エッチング中の薬液において「音速」又は「導電率」の測定を実施し、当該測定結果を上記校正曲線に当てはめることによって、当該薬液中におけるＴＭＡＨ濃度とＳｉ濃度との比を逆換算により求める。
【００１２】
しかし、上記Ｓｉ濃度測定方法においては、エッチング時に薬液中に生じる泡の影響により、当該薬液中の「音速」を正確に測定することができないという問題がある。また、薬液中にＴＭＡＨやＳｉ以外のものが存在する場合、例えばエッチングレート向上のための加速剤や選択比向上のための腐食防止剤などの添加剤が薬液中に添加されている場合、当該添加剤の影響によって当該薬液中の「音速」又は「導電率」の測定が困難になるという問題がある。
【００１３】
そこで、本願発明者は、Ｓｉウェハを構成するＳｉとアルカリ性を有する薬液との間の下記反応式に着目した。
【００１４】
Ｓｉ  ＋  ２ＯＨ−  ＋  ２Ｈ２Ｏ  →  Ｓｉ（ＯＨ）２（Ｏ−  ）２  ＋  Ｈ２  ↑
すなわち、Ｓｉ異方性エッチングにおいてＳｉが溶解される場合には必ず水素（図７の気泡１０９）が発生するので、当該水素の発生量を知ることができれば、上記反応式に基づいて、薬液中に溶出しているＳｉ量を求めることができ、その結果を用いて薬液中のＳｉ濃度を求めることができるのである。
【００１５】
本発明は、上記の知見に基づきなされたものであって、具体的には、本発明に係るシリコン異方性エッチング装置は、排気用配管が接続された処理室と、前記処理室の内部に配置されており、シリコンウェハ及び当該シリコンウェハを異方性エッチングするための薬液を入れるための薬液槽と、前記処理室の内部に配置されており、前記薬液を加熱するためのヒーターと、前記処理室内及び前記排気用配管内の少なくとも一方に設置された少なくとも１個以上の水素濃度計とを備えている。
【００１６】
本発明のシリコン異方性エッチング装置によると、処理室内又は排気用配管内に水素濃度計が設置されているため、水素濃度計によって測定された水素濃度値をモニタリングしながらＳｉエッチング処理を行うことにより、Ｓｉエッチング処理中の水素発生量を知ることができる。このため、当該水素発生量に基づいて、薬液中に溶出しているシリコン量を求めることができ、その結果を用いて薬液中のＳｉ濃度を求めることができるので、当該Ｓｉ濃度に基づいて、薬液の状態管理及び交換を適切に行うことができる。従って、薬液中に溶け込んだシリコンの濃度が飽和溶解度を超えること、つまりシリコンが析出してエッチング装置が故障してしまうことを防止できるので、コストの増大及びスループットの低下を防止しつつ、安定したシリコン異方性エッチングを行うことができる。
【００１７】
本発明のシリコン異方性エッチング装置において、前記水素濃度計は前記薬液槽よりも上方の位置に設置されていることが好ましい。このようにすると、薬液槽に貯留された薬液中で発生した水素をより効率よく捕獲することができるので、水素濃度計の測定精度を向上させることができる。
【００１８】
尚、本発明のシリコン異方性エッチング装置においては、エッチング用の薬液として、アルカリ性の水溶液、例えばＫＯＨ水溶液やＴＭＡＨ水溶液等を使用することができる。
【００１９】
本発明に係るシリコン異方性エッチング方法は、以上に説明した本発明のシリコン異方性エッチング装置を用いたエッチング方法であって、水素濃度計によって測定された水素濃度値をモニタリングしながら前記シリコンウェハに対してエッチングを行うものであり、より具体的には、前記水素濃度計によって測定された水素濃度値に基づいて、前記薬液中でのシリコン濃度を算出し、当該算出結果に基づいて前記薬液の状態管理及び交換を行うものである。
【００２０】
本発明のシリコン異方性エッチング方法によると、本発明のシリコン異方性エッチング装置を用いるため、上記の効果、つまり、シリコンの析出に起因するエッチング装置の故障を防止して安定したシリコン異方性エッチングを行うことができるという効果を得ることができる。
【００２１】
ところで、図７に示した従来のＳｉ異方性エッチング装置においては、アルカリ性の水溶液であるＳｉ異方性エッチング薬液を高温に加熱して使用するため、当該薬液の濃度（例えばＴＭＡＨ溶液中のＴＭＡＨ濃度）が変化し、その結果、エッチング速度が変動してしまうので、処理時間を固定してエッチング処理を行った場合には各処理毎にＳｉエッチング量が変わってしまうという問題点がある。さらに、１回のエッチング処理に長時間を要するため、エッチング処理中においてもエッチング速度が変動してしまうという問題点がある。それに対して、以下に述べるような様々な対策が試みられている。
【００２２】
（１）前述のように、Ｓｉのエッチング中にはその反応副生成物として気泡（水素）が発生する。また、Ｓｉ（１００）面に対するエッチングが進行し、所望のＶ字型溝などの形状を持つようにＳｉが加工されてＳｉ（１１１）面のみが露出すると、Ｓｉのエッチング速度は５０分の１〜２００分の１程度に低下するため、気泡の発生も著しく低下し、気泡の確認は非常に困難になる。このような特性を利用して、エッチング速度の変動を原因として処理時間を固定してエッチング処理を行うことができなくなる問題点に対して、上記の気泡の発生の有無を目視により確認してエッチングの終点検出を行うことが試みられている。しかしながら、この気泡の発生を目視により確認する方法では、いつ気泡の発生が無くなるか、つまりエッチングを終了させるべきかを予測することができないため、人が常時Ｓｉ異方性エッチング装置の側にいて気泡の発生の有無を観察し続けなければならないという別の問題点を生じる。また、気泡の発生の有無を目視判断する方法であるため、Ｓｉ異方性エッチング装置の動作を自動化することができないという問題点もある。さらに、Ｓｉエッチング処理に長時間（数十分〜数時間）を要するため、目視判断を用いた上記方法では、気泡が観察されなくなるエッチングの終点を見逃してしまう、又は当該終点の確認が曖昧になるという問題点もある。
【００２３】
（２）特許文献１には、「気泡の発生の有無によるＳｉエッチングの終点検出を、気泡による音の有無を検出することによって判定する」ことが示されている。しかしながら、Ｓｉ異方性エッチング装置はクリーンルーム内に設置されるため、各種ノイズ音、例えば、ダウンフローによるエアー音、周囲の装置の駆動音、Ｓｉ異方性エッチング装置自体の排気ダクトのエアー音、又は、薬液を循環させるためにＳｉ異方性エッチング装置に内蔵される循環ポンプの駆動音等が大きい。このため、特許文献１の方法では、これらのノイズ音と気泡による音とを区別することが困難になるという問題がある。
【００２４】
（３）特許文献２には、「気泡の発生の有無によるＳｉエッチングの終点検出を、薬液槽内に光を照射し当該照射光が気泡により散乱されているかどうかを受光器によって検出することによって判定する」ことが示されている。しかしながら、Ｓｉ異方性エッチング用の薬液を加熱するためのヒーターには、抵抗線型ヒーター（例えばカンタル線抵抗に電圧を印加して加熱するもの）や赤外線ランプ型ヒーター（例えばタングステンフィラメントにより赤外線輻射を行うもの）等を使用することが一般的であるため、ヒーター自体が光を発生することが避けられない。このため、特許文献２の方法では、ヒーターから発光がノイズ光となり、気泡発生の有無を光により検出することが困難になるという問題がある。
【００２５】
それに対して、上記本発明のシリコン異方性エッチング装置は、処理室内又は排気用配管内に水素濃度計が設置されているため、当該水素濃度計によって測定された水素濃度値をモニタリングすることによって、水素の発生の有無を確実且つ簡単に知ることができ、その結果に基づいてエッチングの終点検出の判定を行うことができる。
【００２６】
すなわち、本発明のシリコン異方性エッチング方法において、前記水素濃度計によって測定された水素濃度値に基づいて、シリコンのエッチング反応が生じているかどうかを判定することにより前記シリコンウェハに対するエッチングの終点検出を行うことが好ましい。このようにすると、Ｓｉ異方性エッチングの終点検出を確実に行うことができるので、Ｓｉ異方性エッチング処理を再現性良く且つ安定して行うことができる。
【００２７】
尚、以上に述べてきた、アルカリ性の薬液によるＳｉ異方性エッチングにおいては、反応副生成物として発生する水素が爆発性を有する危険なガスであるため、爆発火災が発生する恐れがある。ところが、図７に示した従来のＳｉ異方性エッチング装置においては、どれだけの量の水素が発生しているかを知ることができないため、爆発性を有する危険なガスである水素が爆発範囲濃度（４〜７６体積％）まで処理室内に滞留しているかどうかを判断できないので、爆発火災が発生する恐れをがある。
【００２８】
それに対して、上記本発明のシリコン異方性エッチング装置は、処理室内又は排気用配管内に水素濃度計が設置されているため、当該水素濃度計によって測定された水素濃度値をモニタリングすることによって、どれだけの量の水素が発生しているかを知ることができ、その結果に基づいて、爆発火災を防止するための安全対策を適切に実施することができる。
【００２９】
すなわち、本発明のシリコン異方性エッチング方法において、前記水素濃度計によって測定された水素濃度値が所定値よりも小さいことを確認しながら前記シリコンウェハに対してエッチングを行うこと、より具体的には、前記水素濃度計によって測定された水素濃度値が前記所定値以上になった場合には、所定の安全対策を実施することが好ましい。このようにすると、爆発性を有する危険なガスである水素が発生するＳｉ異方性エッチング処理を行う場合であっても、ガス爆発の恐れのない安全なＳｉエッチング処理を行うことができる。また、この場合、前記水素濃度計を少なくとも２個以上用いたアンド処理により、測定された水素濃度値が前記所定値よりも小さいかどうかの確認を行うと、水素濃度計の誤検知を確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によると、Ｓｉ異方性エッチング中の水素の発生量を水素濃度計によって測定するという簡便な方法によって、コストの増大及びスループットの低下を防止しつつ、シリコン異方性エッチングを安全に且つ安定して行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の一実施形態に係るＳｉ異方性エッチング装置及びＳｉ異方性エッチング方法について、図面を参照しながら説明する。
【００３２】
図１は、本実施形態のＳｉ異方性エッチング装置を示す概略図である。図１に示すエッチング装置２０の処理室（エッチングドラフト）７には、エッチングドラフト７内の排気を行うための排気用配管６が接続されている。エッチングドラフト７の内部には、Ｓｉウェハ２を収納するためのカセット３を入れるための薬液槽４が配置されている。薬液槽４には、Ｓｉ異方性エッチング用の薬液１が貯留されている。薬液槽４の底部には、薬液１を加温するためのヒーター５が設けられている。薬液槽４には、薬液を循環させるための薬液配管１１が接続されていると共に、薬液配管１１はエッチングドラフト７の外側に引き出されている。薬液配管１１におけるエッチングドラフト７の外側に引き出された箇所に循環ポンプ１２及び薬液フィルター１３が接続されている。エッチングドラフト７の天井部にはＨＥＰＡ（High Efficiency Particulate Air ）フィルター１４が設けられていると共に、ＨＥＰＡフィルター１４の下方にはＨＥＰＡフィルター１４からのダウンフローを計測するための風量計が設けられている。エッチングドラフト７内及び排気用配管６内のそれぞれには水素濃度計８が設けられていると共に、エッチングドラフト７の外側には、水素濃度計によって測定された水素濃度値をモニタリングすると共に当該水素濃度値を用いて所定の演算を行うコンピュータ１０が設けられている。
【００３３】
図１に示す本実施形態のエッチング装置２０を用いたエッチング方法は以下の通りである。
【００３４】
まず、薬液１を薬液槽４内に入れてヒーター５を動作させることにより、薬液１を所定の温度まで加温する。薬液１としては、アルカリ性の水溶液、例えばＫＯＨ水溶液やＴＭＡＨ水溶液を使用する。
【００３５】
尚、Ｓｉウェハ２を加工してＶ字型溝形状、ピラミッド型針形状又は四角錘型穴形状等を得るためには、通常厚さにして数十μｍ〜数百μｕｍ程度の大量のＳｉをエッチングする必要がある。このため、エッチング処理時間を短くするためには、Ｓｉ異方性エッチング用の薬液２をより高温に加熱して使用することが望ましい。しかし、薬液２は水溶液であるため、１００℃以上の高温にすることは難しく、薬液２の実使用温度範囲は７０℃〜９０℃程度である。また、薬液２として、例えば濃度１０％（質量％）のＴＭＡＨ水溶液を８０℃に加熱して使用した場合、Ｓｉ（１００）面に対するエッチング速度は０．５〜０．６μｍ／ｍｉｎ程度であり、Ｓｉ（１１１）面に対するエッチング速度は０．０１〜０．０２μｍ／ｍｉｎ程度である。よって、この場合、Ｓｉ（１００）面を厚さにして１００μｍエッチングするためには約３時間が必要である。
【００３６】
また、本実施形態においては、薬液槽４内に貯留された薬液２の温度分布を均一にするために、薬液１の循環を行う。具体的には、薬液槽４内の薬液１は、薬液配管１１を通して循環ポンプ１２に送られた後、薬液フィルター１３を通して再び薬液槽４に戻される。
【００３７】
次に、薬液１の温度が所定の温度に到達した後、Ｓｉウェハ２を収納したカセット３を、薬液槽４内の薬液１に浸漬する。これにより、Ｓｉウェハ２は気泡（水素）９を発生しながら薬液１と反応し、Ｓｉウェハ２はエッチング（溶解）される。ここで、Ｓｉウェハ２を構成するＳｉと薬液１との反応式は下記のように表される。
【００３８】
Ｓｉ  ＋  ２ＯＨ−  ＋  ２Ｈ２Ｏ  →  Ｓｉ（ＯＨ）２（Ｏ−  ）２  ＋  Ｈ２  ↑
本実施形態においては、発生した水素ガス（気泡９）は水素濃度計８により測定され、その測定値は演算用コンピュータ１０によってモニタリングされる。図２は、演算用コンピュータ１０による水素ガス濃度値のモニタリング結果の一例を示している。
【００３９】
図２に示すように、Ｓｉウェハ２を薬液１に入れてＳｉエッチングが開始されると、水素濃度計８の水素ガス濃度値は上昇し始める。具体的には、Ｓｉウェハ２を入れる前はほぼゼロを示していた水素濃度計８の水素ガス濃度値は、例えば８インチサイズのＳｉウェハ（Ｓｉエッチング領域はウェハ面の約３０％）を薬液１に２５枚入れることにより、約５０００ｐｐｍまで上昇する。
【００４０】
また、図２に示すように、気泡９を発生しながらＳｉウェハ２がエッチングされている間、高い水素ガス濃度値が維持されているが、Ｓｉ（１００）面が無くなりＶ字型溝等の形状が形成されてＳｉ（１１１）面のみが露出する状態になると、Ｓｉエッチング速度はＳｉ（１００）面エッチング時の５０分の１〜２００分の１程度に著しく低下する。このため、気泡９はほとんど見られなくなり、水素濃度計８により検出される水素ガス濃度値も１００ｐｐｍ以下に急減する。本実施形態では、この水素ガス濃度の急減ポイントから所定時間オーバーエッチングを行った後に薬液槽４からカセット３を引き上げ、Ｓｉウェハ２のエッチングを終了する。その後、Ｓｉウェハ２を水洗した後に乾燥させる（図示省略）。
【００４１】
以上のように、本実施形態では、水素濃度計８を用いて水素ガス濃度値の急減ポイントを検出することにより、Ｓｉ異方性エッチングの終点を正確に検出することができる。これによって、薬液１の濃度変化を原因として各Ｓｉエッチング処理毎にＳｉエッチング速度が変化する場合にも、各Ｓｉエッチング処理を同じように安定して行うことが可能になる。
【００４２】
尚、本実施形態においては、上記水素ガス濃度の急減ポイントを、水素濃度計８によって検出される水素ガス濃度値が５０分の１〜２００分の１程度に低下するポイントに設定し、当該ポイントを検出するものとする。但し、この急減ポイントのしきい値は、Ｓｉ（１００）面に対するエッチング速度とＳｉ（１１１）面に対するエッチング速度との比に依存して変わるので、使用する薬液１の濃度や温度等の薬液処理条件に応じて急減ポイントのしきい値として適切な値を設定しなければならない。
【００４３】
また、本実施形態において、水素濃度計８としては、例えば、一般的な接触燃焼方式のものを使用してもよい。この方式のガス濃度計は、水素の他にもメタンやエタノール等の可燃性ガスも検知するが、本実施形態では水素濃度計８をＳｉ異方性エッチング装置内（具体的にはエッチングドラフト７内及び排気用配管６内）に設置して使用するため、上記他の可燃性ガスの混入はないので、水素ガスの濃度のみを測定することができる。
【００４４】
また、本実施形態において、水素濃度計８を薬液槽４よりも上方の位置に取り付けることが望ましい。これは、エッチング中に発生する水素ガスは、その分子量が空気の分子量よりも小さいことから上昇する性質があるためである。すなわち、水素濃度計８を薬液槽４よりも上方の位置に設置することによって、薬液槽４に貯留された薬液１中で発生した水素ガスの検出量（捕獲量）を多くすることができるので、より精度良く水素ガス濃度を測定することが可能になる。
【００４５】
また、本実施形態においては、水素濃度計８で検出される水素濃度値は、ＨＥＰＡフィルター１４を通ったダウンフローの影響を受けることがあるため、ダウンフローの風量が変化せずに一定であることを風量計１５によって確認した上でＳｉ異方性エッチング処理を行う必要がある。
【００４６】
次に、本実施形態における薬液中のＳｉ濃度の算出方法（以下、本発明のＳｉ濃度算出方法と称する）について説明する。
【００４７】
本発明のＳｉ濃度算出方法においては、図１に示したＳｉ異方性エッチング装置を使って上記の手順と同様な手順によりＳｉ異方性エッチング処理を実施するに際して、まず、例えば図３に示すような「Ｓｉ異方性エッチング装置におけるＳｉエッチング量と水素ガス濃度との相関関係」を予め取得しておく。
【００４８】
具体的には、薬液槽４にＳｉウェハ２を入れてＳｉ異方性エッチング処理を行い、その際に水素濃度計８によって検出される水素濃度値を取得する。次に、Ｓｉウェハ２の量（ウェハ枚数）を変えて同様のＳｉ異方性エッチング処理を行い、その際に水素濃度計８によって検出される水素濃度値を再度取得する。ここで、各Ｓｉウェハ２におけるＳｉエッチング領域は同じであるため、１枚のＳｉウェハ２についてのＳｉエッチング量も同じになるので、上記のようにウェハ２の量を変えて水素濃度値を取得することを繰り返し行うことにより、図３に示すような「Ｓｉ異方性エッチング装置におけるＳｉエッチング量と水素ガス濃度との相関関係」を取得することができる。
【００４９】
次に、図１に示したＳｉ異方性エッチング装置を使って、Ｓｉウェハ２にＶ字型溝形状等を設けるエッチング加工処理を繰り返し行う。このとき、排気用配管６が接続されたエッチングドラフト７内（又は排気用配管６内）において、水素濃度計８によって検出される水素ガス濃度は、Ｓｉウェハ２を投入すると増加し、当該Ｓｉウェハ２を取り出すと低下するという変化を繰り返すので、例えば図４に示すような水素ガス濃度の経時変化データが得られる。本実施形態では、水素濃度計８によって検出される水素ガス濃度を、図３に示すような「Ｓｉ異方性エッチング装置におけるＳｉエッチング量と水素ガス濃度との相関関係」に当てはめることによって、薬液１によってエッチングされているＳｉ量つまり薬液１中に溶け出しているＳｉ量を求める処理を、演算用コンピュータ１０によって随時行う。さらに、薬液１中に溶け出したＳｉ量の累積値を算出し、当該累積値に基づいて薬液１中でのＳｉ濃度（質量濃度）を算出する処理を、演算用コンピュータ１０によって随時行う。このようにして得られたＳｉ濃度（以下、液中Ｓｉ濃度と称する）の変化をグラフ化すると、例えば図５に示すような、Ｓｉ異方性エッチング装置における液中Ｓｉ濃度の経時変化データが得られる。
【００５０】
本実施形態においては、液中Ｓｉ濃度の管理値を予め設定しておくことにより、現時点（Ｓｉ異方性エッチングの任意の時点）での液中Ｓｉ濃度値が当該管理設定値を超えているかどうかを判定する。そして、液中Ｓｉ濃度値が管理設定値を超えた場合には、Ｓｉ異方性エッチング用の薬液１の交換を実施する等の薬液管理処置を行う。
【００５１】
以上に説明したように、本実施形態によると、エッチングドラフト７内又は排気用配管６内に水素濃度計８が設置されているため、水素濃度計８によって測定された水素濃度値をモニタリングしながらＳｉエッチング処理を行うことにより、Ｓｉエッチング処理中の水素発生量を知ることができる。このため、例えば予め「Ｓｉエッチング量と水素ガス濃度との関係」を取得しておくことにより、当該関係に用いて、水素濃度計８によって測定された水素濃度値を、薬液１中に溶け出しているＳｉ量に随時換算することができるので、薬液１中に溶け出したＳｉ量の累積値及び薬液１中でのＳｉ濃度を正確に求めることができる。従って、当該液中Ｓｉ濃度に基づいて、薬液１の状態管理及び交換を適切に行うことができるため、液中Ｓｉ濃度が飽和溶解度を超えること、つまりＳｉが析出してエッチング装置が故障してしまうことを防止できるので、コストの増大及びスループットの低下を防止しつつ、安定したＳｉ異方性エッチングを行うことができる。
【００５２】
また、本実施形態によると、水素ガス濃度の実測値に基づいて、薬液１中に溶け出したＳｉ量を求めるので、エッチング処理を途中で中止した場合、エッチング処理されるＳｉウェハ２の枚数が各処理毎に異なる場合、Ｓｉウェハ２のトラブルに起因して異常エッチングが発生する場合、又は、薬液処理条件や薬液状態が変化してＳｉのエッチング速度が変化する場合等においても、それらの状況に影響されることなく液中Ｓｉ濃度を正確に求めることができる。
【００５３】
さらに、本実施形態によると、エッチングドラフト７内又は排気用配管６内に設置した水素濃度計８の水素濃度値をモニタリングしながらＳｉエッチング処理を行う。このため、Ｓｉエッチング処理中の水素発生量に基づいて例えばＳｉ（１００）面に対するエッチング反応が生じているかどうかを判定することよって、言い換えると、水素ガス濃度値の変化点（急減ポイント）を検出することによって、Ｓｉ異方性エッチングの終点検出を正確に行うことができる。従って、各Ｓｉエッチング処理を再現性良く安定して行うことが可能になる。
【００５４】
尚、本実施形態においては、図１に示したＳｉ異方性エッチング装置を使って上記の手順と同様な手順によりＳｉ異方性エッチング処理を実施するに際して、水素濃度計８によって検出された水素濃度値が爆発範囲濃度（４〜７６体積％）に該当しないことを確認しながらＳｉ異方性エッチング処理を行うことが好ましい。また、水素濃度計８によって検出された水素濃度値が爆発範囲濃度に該当する場合には、安全対策として後述する緊急遮断処置を実施することが好ましい。緊急遮断処置としては、ヒーター５をＯＦＦすることにより薬液１の温度を下げてＳｉエッチング反応を低下させる処置は必須である。その他、アラーム発報、循環ポンプ１２の停止、薬液槽４への水の供給による薬液１の希釈又は温度低下、薬液槽４内の薬液１の排出、及び、自動搬送機による薬液槽４からのＳｉウェハ２の取出し等の処置を単独で又は組合せて行うことが望ましい。但し、これらの緊急遮断処置を行う場合には、これらの処置自体によって水素ガスが引火爆発しないように注意する必要がある。
【００５５】
水素濃度値が爆発範囲濃度に該当するような水素ガス濃度異常が生じる原因としては、排気用配管６による排気圧異常やＳｉウェハ２上のマスク膜の消失等が考えられる。
【００５６】
また、本実施形態において、上記緊急遮断処置を行うかどうかを判定するための水素ガス濃度のしきい値（緊急遮断用設定値）については、爆発範囲濃度の下限である４％に設定するよりも、それ以下の値、例えば２％に設定することが好ましい。すなわち、水素ガス濃度値が実際に爆発範囲濃度に該当するよりも前に緊急遮断処置を行うことが安全性の確保の観点から望ましい。
【００５７】
図６（ａ）及び（ｂ）は、Ｓｉ異方性エッチング中に２個の水素濃度計８によって、緊急遮断用設定値を超える水素濃度値が検知された様子を示している。
【００５８】
ところで、水素濃度計８は外的要因により突発的に異常値（エラー値）を検出することがある。このため、例えば図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、水素濃度計８を少なくとも２個以上設置し、それらによる測定結果に対してアンド処理を行うことによって、水素濃度値が緊急遮断用設定値を超えているかどうかを判定することが、水素濃度計の誤検知を防止する観点からは望ましい。
【００５９】
以上に説明したように、本実施形態においては、Ｓｉ異方性エッチング時に水素濃度計８により検出される水素濃度値が爆発範囲濃度（又は安全性を考慮した緊急遮断用設定値以上の濃度）に該当しないことを確認しながらエッチング処理を行い、仮に水素濃度値が爆発範囲濃度（又は上記緊急遮断用設定値以上の濃度）に該当する場合には安全対策として緊急遮断処置を実施することが望ましい。このようにすると、爆発性を有する危険なガスである水素が発生するＳｉ異方性エッチング処理を行う場合であっても、ガス爆発の恐れのない安全なＳｉエッチング処理を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上に説明したように、本発明は、ＳｉウェハにＶ字型溝形状、ピラミッド型針形状又は四角錘型穴形状等を設けるために薬液を使ってＳｉウェハを異方性エッチングするためのエッチング装置及びエッチング方法として非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るＳｉ異方性エッチング装置を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係るＳｉ異方性エッチング装置における水素ガス濃度値のモニタリング結果の一例を示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係るＳｉ異方性エッチング装置におけるＳｉエッチング量と水素ガス濃度との相関関係の一例を示す図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係るＳｉ異方性エッチング装置における水素ガス濃度の経時変化データの一例を示す図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係るＳｉ異方性エッチング装置における液中Ｓｉ濃度の経時変化データの一例を示す図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るＳｉ異方性エッチング装置における２個の水素濃度計によって、緊急遮断用設定値を超える水素濃度値が検知された様子を示す図である。
【図７】図７は従来のＳｉ異方性エッチング装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６２】
１    Ｓｉ異方性エッチング用薬液
２    Ｓｉウェハ
３    カセット
４    薬液槽
５    ヒーター
６    排気用配管
７    エッチングドラフト
８    水素濃度計
９    水素（気泡）
１０    演算用コンピューター
１１    薬液配管
１２    循環ポンプ
１３    薬液フィルター
１４    ＨＥＰＡフィルター
１５    風量計
２０    エッチング装置
【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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