JP6021131B2 - Etching method and etching apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、エッチング方法およびエッチング装置に関する。さらに詳細には、Si単結晶、Si多結晶、アモルファスシリコン等をドライエッチングするエッチング方法およびエッチング装置に関するものである。   The present invention relates to an etching method and an etching apparatus. More specifically, the present invention relates to an etching method and an etching apparatus for dry etching Si single crystal, Si polycrystal, amorphous silicon, and the like.

エッチング技術は、半導体デバイスの製造における種々の工程で実施される。例えば、MOSデバイスにおける電極形成工程や、太陽電池における表面の粗面化工程や、MEMSにおける犠牲層エッチング工程等が挙げられる。このようにシリコンを対象とするエッチング技術は、多岐の技術分野に応用されている。   Etching techniques are performed at various steps in the manufacture of semiconductor devices. For example, an electrode forming process in a MOS device, a surface roughening process in a solar cell, a sacrificial layer etching process in MEMS, and the like can be given. As described above, the etching technique for silicon is applied to various technical fields.

エッチングの種類には、ウェットエッチングとドライエッチングがある。ドライエッチングには、プラズマを用いてイオンやラジカルを発生させる反応性イオンエッチングがある。例えば、特許文献1には、SF6 ガスと塩素ガスとの混合ガスをプラズマ化して多結晶Siをドライエッチングする技術が開示されている。Etching types include wet etching and dry etching. Dry etching includes reactive ion etching that generates ions and radicals using plasma. For example, Patent Document 1 discloses a technique for dry-etching polycrystalline Si by converting a mixed gas of SF 6 gas and chlorine gas into plasma.

また、ドライエッチングには、プラズマを用いないケミカルドライエッチングがある。例えば、特許文献2には、XeF2 ガスを用いてシリコン基板をケミカルドライエッチングする技術が開示されている(特許文献2の段落[0002]等参照)。Further, dry etching includes chemical dry etching that does not use plasma. For example, Patent Document 2 discloses a technique of chemically dry etching a silicon substrate using XeF 2 gas (see paragraph [0002] and the like of Patent Document 2).

特開2002−367957号公報JP 2002-367957 A 特開2000−21849号公報JP 2000-21849 A

ところで、MOSデバイスの製造工程において、ゲート電極を反応性イオンエッチングにより形成する場合には、その電極の周囲に、イオンダメージが残留する。また、大面積基板をエッチングする場合のプラズマ発生領域では、プラズマ密度が局所的に高い。つまり、ウエハに対してプラズマ密度の高い箇所とプラズマ密度の低い箇所とが生じてしまう。そのため、ウエハの平面に均一にエッチングを実施するのが困難である。また、プラズマを用いたエッチング方法を用いるためには、もちろん、設備にプラズマ発生装置を設ける必要がある。そのため、設備が複雑化、大型化しやすい。そして、設備が高価なものとなってしまう。   By the way, when a gate electrode is formed by reactive ion etching in a MOS device manufacturing process, ion damage remains around the electrode. In the plasma generation region when etching a large area substrate, the plasma density is locally high. That is, a location having a high plasma density and a location having a low plasma density are generated with respect to the wafer. Therefore, it is difficult to uniformly etch the wafer plane. In addition, in order to use an etching method using plasma, it is of course necessary to provide a plasma generator in the facility. For this reason, the facilities are likely to be complicated and large. And equipment becomes expensive.

一方、プラズマを用いないケミカルドライエッチングで用いられるガスは、取扱いが容易でないことが多い。そもそも、これらのガスは、非常に高い反応性を有している。例えば、XeFガスは、腐食性、毒性を有しており、沸点が114℃と高く、取り扱いが容易ではない。また、キセノン(Xe)は希少である。そのため、ガスそのものが高価なものとなってしまう。また、ClFがエッチングガスとして用いられることがある。ClFガスは、支燃性、腐食性、毒性を有している。そして、ClFガスも高価である。On the other hand, the gas used in chemical dry etching without using plasma is often not easy to handle. In the first place, these gases have a very high reactivity. For example, XeF 2 gas is corrosive and toxic, has a boiling point as high as 114 ° C., and is not easy to handle. Xenon (Xe) is rare. Therefore, the gas itself becomes expensive. In addition, ClF 3 may be used as an etching gas. ClF 3 gas has combustion support, corrosivity, and toxicity. ClF 3 gas is also expensive.

本発明は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、プラズマ発生装置を用いることなく、取り扱いが容易で比較的安価に入手できるガスを用いてSi結晶等にドライエッチングを行うことのできるエッチング方法およびエッチング装置を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art. That is, an object of the present invention is to provide an etching method and an etching apparatus capable of performing dry etching on Si crystal or the like using a gas that is easy to handle and can be obtained relatively inexpensively without using a plasma generator. It is.

第1の態様におけるエッチング方法は、Si部材をケミカルドライエッチングする方法である。FおよびNOを含む混合気体の圧力を10Pa以上10000Pa以下の範囲内とするとともに混合気体をプラズマ状態にしないでSi部材に導き、Si部材の温度を−20℃以上500℃以下の範囲内の温度とする。そして、この条件下で、Si部材をエッチングする。The etching method in the first aspect is a method of chemically dry-etching the Si member. The pressure of the mixed gas containing F 2 and NO 2 is in the range of 10 Pa to 10,000 Pa and the mixed gas is led to the Si member without being in a plasma state, and the temperature of the Si member is in the range of −20 ° C. to 500 ° C. Temperature. Then, the Si member is etched under this condition.

このエッチング方法は、Si単結晶やSi多結晶等のSi結晶や、アモルファスシリコン、シリコン窒化膜、シリコン炭化膜をドライエッチングするための方法である。また、この方法はガスエッチング方法であり、供給するガスをプラズマ状態にしない。そのため、プラズマ発生領域でプラズマ密度が局所的に高くなってしまうプラズマエッチングと異なり、ウエハに対して均一なエッチングが可能である。すなわち、大口径のシリコンウエハのエッチングに好適である。さらには、比較的安価なガスを用いてエッチングを実施することができる。そして、エッチングにより生じる凹部の形状も変わる。そのため、温度範囲を好適に選択することによって、太陽電池の粗面化処理、半導体デバイスにおけるプラズマダメージのない加工、MEMSの犠牲層エッチング処理等、種々の工程に適用することができる。また、高価なプラズマ発生装置を設ける必要がない。   This etching method is a method for dry-etching Si crystals such as Si single crystal and Si polycrystal, amorphous silicon, silicon nitride film, and silicon carbide film. Further, this method is a gas etching method, and the supplied gas is not put into a plasma state. Therefore, unlike plasma etching in which the plasma density locally increases in the plasma generation region, uniform etching can be performed on the wafer. That is, it is suitable for etching a large-diameter silicon wafer. Furthermore, etching can be performed using a relatively inexpensive gas. And the shape of the recessed part produced by etching also changes. Therefore, by suitably selecting the temperature range, it can be applied to various processes such as a roughening process of a solar cell, processing without plasma damage in a semiconductor device, and a sacrificial layer etching process of MEMS. Further, there is no need to provide an expensive plasma generator.

第2の態様におけるエッチング方法では、FおよびNOを含む混合気体の圧力を100Pa以上1000Pa以下の範囲内としてSi部材に導き、Si部材の温度を180℃以上500℃以下の範囲内の温度とする。これにより、高精度な加工を行うことができる。In the etching method according to the second aspect, the pressure of the mixed gas containing F 2 and NO 2 is guided to the Si member within a range of 100 Pa to 1000 Pa, and the temperature of the Si member is a temperature within a range of 180 ° C. to 500 ° C. And Thereby, highly accurate processing can be performed.

第3の態様におけるエッチング方法では、F+NO→F+FNOの反応を少なくとも生じさせることにより、少なくともF原子を発生させ、F原子をSi部材に反応させる。In the etching method in the third aspect, at least F atoms are generated by causing at least the reaction of F 2 + NO 2 → F + FNO 2 to react with the Si member.

第4の態様におけるエッチング方法では、FおよびNOを混合させる混合箇所からSi部材までの距離が、5mm以上70mm以下の範囲内である。FおよびNOを混合させる混合箇所からSi部材までの距離とは、FおよびNOを混合させる混合箇所からSi部材のうち最も近い箇所までの距離のことをいう。In the etching method in the fourth aspect, the distance from the mixing location where F 2 and NO 2 are mixed to the Si member is in the range of 5 mm to 70 mm. The distance of the F 2 and NO 2 from the mixing point for mixing to Si member refers to the distance from the mixing point for mixing F 2 and NO 2 to the nearest point of the Si component.

第5の態様におけるエッチング方法では、FおよびNOを含む混合気体の圧力を100Pa以上1000Pa以下の範囲内とするとともに混合気体をプラズマ状態にしないでSi部材に導き、Si部材の温度を60℃より高く180℃以下の範囲内の温度とする。そして、Si部材をエッチングすることにより、平坦な凹部を形成する。この場合、エッチングレートは十分に遅い。そのため、比較的高精度なエッチングを実施することができる。例えば、半導体素子のゲート電極加工をする際に適用することができる。また、MOSFETのゲート近傍に生ずるダメージ層を除去するために適用することもできる。In the etching method according to the fifth aspect, the pressure of the mixed gas containing F 2 and NO is set in the range of 100 Pa to 1000 Pa, and the mixed gas is guided to the Si member without being in a plasma state, and the temperature of the Si member is set to 60 ° C. The temperature is higher and within a range of 180 ° C. or lower. Then, a flat recess is formed by etching the Si member. In this case, the etching rate is sufficiently slow. Therefore, it is possible to carry out etching with relatively high accuracy. For example, it can be applied when processing a gate electrode of a semiconductor element. It can also be applied to remove a damage layer generated in the vicinity of the gate of the MOSFET.

第6の態様におけるエッチング方法では、FおよびNOを含む混合気体の圧力を100Pa以上1000Pa以下の範囲内とするとともに混合気体をプラズマ状態にしないでSi部材に導き、Si部材の温度を180℃より高く500℃以下の範囲内の温度とする。そして、Si部材をエッチングすることにより、なだらかな曲面を有する凹部を形成する。例えば、MEMSを形成する際に適用することができる。In the etching method in the sixth aspect, the pressure of the mixed gas containing F 2 and NO is set in the range of 100 Pa to 1000 Pa, and the mixed gas is led to the Si member without being in a plasma state, and the temperature of the Si member is set to 180 ° C. The temperature is higher and within a range of 500 ° C. or lower. And the recessed part which has a gentle curved surface is formed by etching Si member. For example, it can be applied when forming a MEMS.

第7の態様におけるエッチング装置は、Si部材をエッチングするための反応室と、反応室にFガスを含む第1のガスを供給するための第1のガス供給部と、反応室にNOガスを含む第2のガスを供給するための第2のガス供給部と、を有する。そして、このエッチング装置では、反応室の内圧を10Pa以上10000Pa以下の範囲内とする。The etching apparatus in the seventh aspect includes a reaction chamber for etching a Si member, a first gas supply unit for supplying a first gas containing F 2 gas to the reaction chamber, and NO 2 in the reaction chamber. And a second gas supply unit for supplying a second gas including the gas. In this etching apparatus, the internal pressure of the reaction chamber is set in the range of 10 Pa to 10,000 Pa.

第8の態様におけるエッチング装置では、反応室の内圧を100Pa以上1000Pa以下の範囲内とする。   In the etching apparatus according to the eighth aspect, the internal pressure of the reaction chamber is in the range of 100 Pa to 1000 Pa.

第9の態様におけるエッチング装置において、反応室では、F+NO→F+FNOの反応を少なくとも生じさせるとともに、少なくともF原子とSi部材とを反応させる。In the etching apparatus according to the ninth aspect, in the reaction chamber, at least a reaction of F 2 + NO 2 → F + FNO 2 is caused and at least F atoms and the Si member are reacted.

第10の態様におけるエッチング装置では、FおよびNOを混合させる混合箇所からSi部材までの距離が、5mm以上70mm以下の範囲内である。In the etching apparatus according to the tenth aspect, the distance from the mixing location where F 2 and NO 2 are mixed to the Si member is in the range of 5 mm to 70 mm.

本発明によれば、プラズマ発生装置を用いることなく、取り扱いが容易で比較的安価に入手できるガスを用いてSi結晶等にドライエッチングを行うことのできるエッチング方法およびエッチング装置が提供されている。   According to the present invention, there is provided an etching method and an etching apparatus that can perform dry etching on Si crystal or the like using a gas that is easy to handle and can be obtained relatively inexpensively without using a plasma generator.

第1の実施形態に係るエッチング装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the etching apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るエッチング装置の反応室の周辺の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the periphery of the reaction chamber of the etching apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るエッチング方法によりエッチングを実施したシリコン基板の電子顕微鏡による断面写真である。It is a cross-sectional photograph by the electron microscope of the silicon substrate which etched with the etching method which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るエッチング方法について温度依存性を比較した電子顕微鏡写真である。It is the electron micrograph which compared the temperature dependence about the etching method which concerns on 1st Embodiment. 分子軌道法計算によるF+NOの反応におけるエネルギー変化を示すグラフである。It is a graph showing the energy change in the reaction of F 2 + NO 2 by molecular orbital method calculation. NOの立体的構造を模式的に示した図である。The three-dimensional structure of NO 2 is a diagram schematically showing. NOおよびFの反応を模式的に示した図である。The reaction of NO 2 and F 2 is a diagram schematically showing. NOの立体的構造およびNOとFとの反応を模式的に示した図である。The reaction between the three-dimensional structure and NO and F 2 of the NO is a diagram schematically showing. 第2の実施形態に係るエッチング装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the etching apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係るエッチング装置のガス供給ユニットの構成を示す図(その1)である。It is FIG. (1) which shows the structure of the gas supply unit of the etching apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係るエッチング装置のガス供給ユニットの構成を示す図(その2)である。It is FIG. (2) which shows the structure of the gas supply unit of the etching apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係るエッチング装置の隔壁の断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of the partition of the etching apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係るエッチング装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the etching apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係るエッチング装置のガス供給ユニットの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the gas supply unit of the etching apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係るエッチング装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the etching apparatus which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係るエッチング装置のガス供給ユニットの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the gas supply unit of the etching apparatus which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係るエッチング装置の隔壁の断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of the partition of the etching apparatus which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施形態に係るエッチング装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the etching apparatus which concerns on 5th Embodiment. 圧力を600Paで基板温度を27℃で5分間エッチングした場合におけるシリコン基板の断面を示す電子顕微鏡写真である。4 is an electron micrograph showing a cross section of a silicon substrate when etching is performed at a pressure of 600 Pa and a substrate temperature of 27 ° C. for 5 minutes. 圧力を600Paで基板温度を110℃で5分間エッチングした場合におけるシリコン基板の断面を示す電子顕微鏡写真である。4 is an electron micrograph showing a cross section of a silicon substrate when etching is performed at a pressure of 600 Pa and a substrate temperature of 110 ° C. for 5 minutes. 圧力を600Paで基板温度を300℃で5分間エッチングした場合におけるシリコン基板の断面を示す電子顕微鏡写真である。4 is an electron micrograph showing a cross section of a silicon substrate when etching is performed at a pressure of 600 Pa and a substrate temperature of 300 ° C. for 5 minutes. 基板温度を異なる温度としてエッチングを実施した場合におけるシリコン基板の断面を比較する電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph which compares the cross section of a silicon substrate in the case of performing etching by making substrate temperature into different temperature. 基板温度とエッチングレートとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a substrate temperature and an etching rate. 基板温度を異なる温度としてエッチングを実施した場合におけるシリコン基板の表面を比較する電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph which compares the surface of a silicon substrate in the case where etching is carried out with different substrate temperatures. 2 ガスの流量に対するNOガスの流量の比とエッチングレートとの関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the flow rate ratio and the etching rate of the NO gas to the flow rate of F 2 gas. 2 ガスの流量に対するNOガスの流量の比とエッチングしたシリコン基板の底面の平均自乗粗さとの関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the mean square roughness of the bottom surface of the silicon substrate ratio and the etching of the flow rate of NO gas to the flow rate of F 2 gas. 2 ガスの流量に対するNOガスの流量の比を変えてエッチングしたシリコン基板の断面を示す電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph showing a cross section of a silicon substrate etched by changing the ratio of the flow rate of NO gas to the flow rate of F 2 gas. 2 ガスの流量に対するNOガスの流量の比を変えてエッチングしたシリコン基板の底面を示す電子顕微鏡写真(その1)である。It is the electron micrograph (the 1) which shows the bottom face of the silicon substrate etched by changing the ratio of the flow rate of NO gas to the flow rate of F 2 gas. 2 ガスの流量に対するNOガスの流量の比を変えてエッチングしたシリコン基板の底面を示す電子顕微鏡写真(その2)である。It is an electron micrograph (the 2) which shows the bottom face of the silicon substrate etched by changing the ratio of the flow rate of NO gas to the flow rate of F 2 gas. 2 ガスの流量に対するNOガスの流量の比を変えてエッチングしたシリコン基板の底面を示す電子顕微鏡写真(その3)である。It is an electron micrograph (the 3) which shows the bottom face of the silicon substrate etched by changing the ratio of the flow rate of NO gas to the flow rate of F 2 gas. 2 ガスの流量に対するNOガスの流量の比を変えてエッチングしたシリコン基板の底面を示す電子顕微鏡写真(その4)である。It is an electron micrograph (the 4) which shows the bottom face of the silicon substrate etched by changing the ratio of the flow rate of NO gas to the flow rate of F 2 gas. 反応室の内部を異なる圧力としてエッチングを実施した場合におけるシリコン基板の断面を比較する電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph which compares the cross section of a silicon substrate in the case of implementing etching by making the inside of a reaction chamber into different pressure. MEMSの犠牲層をエッチングした場合を示す電子顕微鏡写真(その1)である。It is an electron micrograph (the 1) which shows the case where the sacrificial layer of MEMS is etched. MEMSの犠牲層をエッチングした場合を示す電子顕微鏡写真(その2)である。It is an electron micrograph (the 2) which shows the case where the sacrificial layer of MEMS is etched. 粒子の衝突回数とエッチングレートとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the frequency | count of collision of a particle | grain, and an etching rate. 2 とNOとを用いた場合とF2 とNO2 とを用いた場合とでエッチングした箇所を比較する電子顕微鏡写真である。When using a and F 2 and NO 2 in the case of using the F 2 and NO as an electron micrograph comparing etched portions with. 2 とNOとを用いた場合とF2 とNO2 とを用いた場合とについてエッチングレートの温度依存性を示すグラフである。For the case of using the a F 2 and NO 2 in the case of using the F 2 and NO is a graph showing the temperature dependency of the etching rate. エッチングにより粗面化したシリコン基板の反射率を示すグラフである。It is a graph which shows the reflectance of the silicon substrate roughened by the etching. エッチングにより粗面化した表面において光取り込み効率を向上させる効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect which improves the light intake efficiency in the surface roughened by the etching.

以下、具体的な実施形態について、Si結晶等にケミカルドライエッチングを行うことのできるエッチング方法およびエッチング装置を例に挙げて図を参照しつつ説明する。   Hereinafter, specific embodiments will be described with reference to the drawings, taking as an example an etching method and an etching apparatus capable of performing chemical dry etching on Si crystal or the like.

(第1の実施形態)
本実施形態では、F2 +NO2 →F+FNO2 の反応により生じるF原子をSi部材に反応させることにより、Si部材をエッチングすることに特徴がある。ここで、Si部材とは、Si単結晶と、Si多結晶と、アモルファスシリコンと、シリコン窒化膜と、シリコン炭化膜と、を含む材質から成るものである。そして、Si部材は、MOSや太陽電池等の半導体、電子素子として、もしくは、MEMS等の機械部品に用いられる。
(First embodiment)
This embodiment is characterized in that the Si member is etched by reacting F atoms generated by the reaction of F 2 + NO 2 → F + FNO 2 with the Si member. Here, the Si member is made of a material including Si single crystal, Si polycrystal, amorphous silicon, a silicon nitride film, and a silicon carbide film. The Si member is used as a semiconductor, an electronic element such as a MOS or a solar cell, or a mechanical component such as a MEMS.

1.エッチング装置
図1は、本実施形態のエッチング装置100の全体の概略を示す概略構成図である。エッチング装置100は、第1のガス供給部111と、第2のガス供給部112と、第3のガス供給部113と、マスフローコントローラー121、122、123と、圧力調整バルブ131、132と、ガス混合室140と、反応室150と、を有している。また、その他に、ガスを排出するガス排出部や、種々の弁を有している。なお、エッチング装置100は、プラズマ発生装置を有していない。
1. Etching Apparatus FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an outline of an entire etching apparatus 100 of the present embodiment. The etching apparatus 100 includes a first gas supply unit 111, a second gas supply unit 112, a third gas supply unit 113, mass flow controllers 121, 122, 123, pressure adjustment valves 131, 132, and a gas It has a mixing chamber 140 and a reaction chamber 150. In addition, it has a gas discharge part for discharging gas and various valves. Note that the etching apparatus 100 does not have a plasma generator.

第1のガス供給部111は、F2 ガスを含む第1のガスを反応室150に供給するためのものである。第1のガスは、F2 ガスとArガスとの混合気体である。この混合気体におけるF2 ガスの混合比は、体積比で5%である。第1のガスは、低圧ガス管で供給される。The first gas supply unit 111 is for supplying a first gas containing F 2 gas to the reaction chamber 150. The first gas is a mixed gas of F 2 gas and Ar gas. The mixing ratio of F 2 gas in this mixed gas is 5% by volume. The first gas is supplied by a low pressure gas pipe.

第2のガス供給部112は、NO2 ガスを含む第2のガスを反応室150に供給するためのものである。第2のガスは、NO2 ガスである。第2のガスは、低圧ガス管で供給される。The second gas supply unit 112 is for supplying a second gas containing NO 2 gas to the reaction chamber 150. The second gas is NO 2 gas. The second gas is supplied through a low pressure gas pipe.

第3のガス供給部113は、Arガスを第2のガスに混合させるためのものである。そのため、この混合の後には、第2のガスは、NO2 ガスとArガスとの混合気体になっている。これらのガスは、低圧ガス管で供給される。The third gas supply unit 113 is for mixing Ar gas with the second gas. Therefore, after this mixing, the second gas is a mixed gas of NO 2 gas and Ar gas. These gases are supplied by low-pressure gas pipes.

マスフローコントローラー121は、第1のガス供給部111から供給されるF2 ガスを含む第1のガスの流量を制御するためのものである。マスフローコントローラー122は、第2のガス供給部112から供給されるNO2 ガスを含む第2のガスの流量を制御するためのものである。マスフローコントローラー123は、第3のガス供給部113から供給されるArガスの流量を制御するためのものである。The mass flow controller 121 is for controlling the flow rate of the first gas including the F 2 gas supplied from the first gas supply unit 111. The mass flow controller 122 is for controlling the flow rate of the second gas including the NO 2 gas supplied from the second gas supply unit 112. The mass flow controller 123 is for controlling the flow rate of Ar gas supplied from the third gas supply unit 113.

圧力調整バルブ131は、ガス混合室140に送出するガスの圧力を調整するためのものである。圧力調整バルブ132は、ガス排出部に送出するガスの圧力を調整するためのものである。   The pressure adjustment valve 131 is for adjusting the pressure of the gas delivered to the gas mixing chamber 140. The pressure adjustment valve 132 is for adjusting the pressure of the gas delivered to the gas discharge unit.

ガス混合室140は、F2 ガスを含む第1のガスと、NO2 ガスを含む第2のガスとを、混合させるためのものである。そのため、ガス混合室140は、反応室150よりガスの流れの上流側の位置に配置されている。ガス混合室140の材質として、耐熱ガラスや石英管、ステンレス管が挙げられる。このガス混合室140の内部の温度および圧力は、反応室150のものとほぼ同じである。ガス混合室140の内部では、後述する反応式により、F原子が生成される。The gas mixing chamber 140 is for mixing the first gas containing F 2 gas and the second gas containing NO 2 gas. Therefore, the gas mixing chamber 140 is disposed at a position upstream of the gas flow from the reaction chamber 150. Examples of the material of the gas mixing chamber 140 include heat resistant glass, a quartz tube, and a stainless tube. The temperature and pressure inside the gas mixing chamber 140 are almost the same as those in the reaction chamber 150. In the gas mixing chamber 140, F atoms are generated according to a reaction formula described later.

反応室150は、ガス混合室140で生成された混合気体によりSi部材をエッチングするためのものである。反応室150の材質として、耐熱ガラスや石英管、ステンレス管が挙げられる。反応室150の詳細については後述する。   The reaction chamber 150 is for etching the Si member with the mixed gas generated in the gas mixing chamber 140. Examples of the material of the reaction chamber 150 include heat resistant glass, a quartz tube, and a stainless tube. Details of the reaction chamber 150 will be described later.

2.反応室
図2に示すように、反応室150は、載置台151と、ヒーター152と、を有している。載置台151は、エッチングの対象であるSi部材S1を載置するための台である。また、載置台151には、温度計が取り付けられている。これにより、Si部材S1の温度を測定することができるようになっている。ヒーター152は、Si部材S1を加熱するためのものである。Si部材S1の温度をフィードバックすることにより、ヒーター152は、Si部材S1の温度をほぼ一定に保持することができる。
2. Reaction Chamber As shown in FIG. 2, the reaction chamber 150 includes a mounting table 151 and a heater 152. The mounting table 151 is a table for mounting the Si member S1 to be etched. In addition, a thermometer is attached to the mounting table 151. Thereby, the temperature of Si member S1 can be measured now. The heater 152 is for heating the Si member S1. By feeding back the temperature of the Si member S1, the heater 152 can keep the temperature of the Si member S1 substantially constant.

また、エッチング装置100は、図2に示すように、電圧印加部160を有している。電圧印加部160は、ヒーター152に電力を供給するためのものである。そして、反応室150には、圧力計170が設けられている。圧力計170は、反応室150の内圧を測定するためのものである。また、反応室150には、ドライポンプ180が設けられている。   Moreover, the etching apparatus 100 has the voltage application part 160, as shown in FIG. The voltage application unit 160 is for supplying electric power to the heater 152. The reaction chamber 150 is provided with a pressure gauge 170. The pressure gauge 170 is for measuring the internal pressure of the reaction chamber 150. The reaction chamber 150 is provided with a dry pump 180.

3.ガス混合室および反応室で生じる化学反応
3−1.ガス混合室での反応
ここで、ガス混合室140で生じる化学反応について説明する。ガス混合室140では、次に示す式(1)および式(2)の化学反応が生じる。
2 + NO2 → F + FNO2 ………(1)
F + NO2 → FNO2 ………(2)
式(1)の反応速度定数: k1
式(2)の反応速度定数: k2
3. 3. Chemical reaction occurring in gas mixing chamber and reaction chamber 3-1. Reaction in Gas Mixing Chamber Here, the chemical reaction that occurs in the gas mixing chamber 140 will be described. In the gas mixing chamber 140, chemical reactions of the following formulas (1) and (2) occur.
F 2 + NO 2 → F + FNO 2 (1)
F + NO 2 → FNO 2 (2)
Reaction rate constant of formula (1): k1
Reaction rate constant of formula (2): k2

このように、F2 ガスとNO2 ガスとが混合することにより、式(1)に示すように、F原子が生成される。そして、式(2)に示すように、生成されたF原子はNO2 と再結合し、F原子は減少する。そのため、これらの反応のいずれが支配的であるかによって、F原子の濃度は異なる値をとる。As described above, by mixing the F 2 gas and the NO 2 gas, F atoms are generated as shown in the equation (1). Then, as shown in equation (2), the generated F atoms recombine with NO 2, F atoms decreases. Therefore, the concentration of F atoms varies depending on which of these reactions is dominant.

なお、従来においては、k2がk1に比べて十分に大きいとの認識が強かった。すなわち、F原子はほとんど生成されないと考えられていた(D. D. Ebbing and S. D. Gammon, General Chemistry, Brooks/Cole Pub. Co; 9th Enhanced ed. P555. )。したがって、F2 ガスとNO2 ガスとを混合することにより、エッチングを実施できるとは到底考えられなかった。In the past, it was strongly recognized that k2 was sufficiently larger than k1. That is, it was thought that F atoms were hardly produced (DD Ebbing and SD Gammon, General Chemistry, Brooks / Cole Pub. Co; 9th Enhanced ed. P555.). Therefore, it has never been thought that etching can be performed by mixing F 2 gas and NO 2 gas.

本実施形態では、後述するように、低圧下でF2 ガスとNO2 ガスとを混合する。低圧下での各粒子の平均自由行程は、高圧下での各粒子の平均自由行程に比べて長い。また、本実施形態では、F2 とNO2 とを少なくとも含む混合気体をガス混合室140に継続して供給し続けることとしている。そのため、式(1)の反応によって生じるF原子がガス混合室140の内部に一定数存在し得るであろうと考えられる。In this embodiment, as will be described later, F 2 gas and NO 2 gas are mixed under low pressure. The mean free path of each particle under low pressure is longer than the mean free path of each particle under high pressure. In the present embodiment, the gas mixture containing at least F 2 and NO 2 is continuously supplied to the gas mixing chamber 140. Therefore, it is considered that a certain number of F atoms generated by the reaction of the formula (1) may exist in the gas mixing chamber 140.

3−2.反応室での反応
反応室150の内部においても、上記の式(1)および式(2)の反応は生じている。そして、反応室150の内部に一定数存在し得るであろうF原子を用いてSi部材S1にエッチングを実施する。このときSi部材S1のSi原子との反応に寄与する粒子は、F原子のみとは限らない。ただし、F原子が主にエッチングに寄与すると考えられる。
3-2. Reaction in the reaction chamber The reaction of the above formulas (1) and (2) also occurs in the reaction chamber 150. Then, the Si member S <b> 1 is etched using F atoms that may exist in a certain number inside the reaction chamber 150. At this time, the particles that contribute to the reaction of the Si member S1 with the Si atoms are not limited to the F atoms. However, it is considered that F atoms mainly contribute to etching.

4.エッチング方法
4−1.パターン形成工程
まず、Si部材S1にマスクパターンを形成する。例えば、パワーデバイスを製造する場合には、トレンチを形成しない箇所にマスクを配置する。マスクの材質として、例えばSiO2 が挙げられる。
4). Etching method 4-1. Pattern Formation Step First, a mask pattern is formed on the Si member S1. For example, in the case of manufacturing a power device, a mask is arranged at a location where a trench is not formed. An example of the material of the mask is SiO 2 .

4−2.ガス供給工程
本実施形態のエッチング方法について説明する。まず、反応室150の載置台151の上にSi部材S1を載置する。次に、反応室150を真空引きして反応室150の内圧を下げる。それとともに、ヒーター152を設定値まで加熱する。そして、第1のガス供給部111から第1のガスを供給するとともに、第2のガス供給部112から第2のガスを供給するとともに、第3のガス供給部113からArガスを供給する。
4-2. Gas Supply Process The etching method according to this embodiment will be described. First, the Si member S <b> 1 is mounted on the mounting table 151 of the reaction chamber 150. Next, the reaction chamber 150 is evacuated to lower the internal pressure of the reaction chamber 150. At the same time, the heater 152 is heated to the set value. Then, the first gas is supplied from the first gas supply unit 111, the second gas is supplied from the second gas supply unit 112, and the Ar gas is supplied from the third gas supply unit 113.

4−3.エッチング粒子生成工程
そして、前述の式(1)に示した反応により、F原子を発生させる。また、その他の粒子も生成される。これらの反応は、主にガス混合室140で生じる。このときガス混合室140の混合気体中には、F2 と、NO2 と、Fと、FNO2 と、Arと、が存在し得る。また、反応室150においても、同様の反応が継続し、同様の粒子が存在し得る。
4-3. Etching Particle Generation Step Then, F atoms are generated by the reaction shown in the above formula (1). Other particles are also generated. These reactions mainly occur in the gas mixing chamber 140. At this time, F 2 , NO 2 , F, FNO 2 , and Ar may exist in the mixed gas in the gas mixing chamber 140. In the reaction chamber 150, the same reaction can continue and the same particles can exist.

4−4.エッチング工程
次に、反応室150の内部で、この混合気体をSi部材S1に導く。そして、F原子がSi部材S1と反応する。これにより、Si部材S1のエッチングが進行する。これにより、Si部材S1のマスクで覆われていない部分を除去する。ここで、反応室150の内部の圧力は、10Pa以上10000Pa以下の範囲内である。また、反応室150の内部の圧力は、100Pa以上1000Pa以下の範囲内であるとなおよい。なお、反応室150の内部の圧力とは、反応室150の内部に占める混合気体の全圧のことである。そのため、Arガスを供給していれば、その圧力をも含む。そして、Si部材S1の温度は、−20℃以上500℃以下の範囲内とする。この圧力および温度の範囲内では、混合気体は気体のままである。混合気体をプラズマ状態にすることはない。
4-4. Etching Step Next, the mixed gas is introduced into the Si member S <b> 1 inside the reaction chamber 150. Then, the F atoms react with the Si member S1. Thereby, the etching of the Si member S1 proceeds. Thereby, the part of the Si member S1 that is not covered with the mask is removed. Here, the pressure inside the reaction chamber 150 is in the range of 10 Pa to 10,000 Pa. Further, the pressure inside the reaction chamber 150 is preferably in the range of 100 Pa to 1000 Pa. The pressure inside the reaction chamber 150 is the total pressure of the mixed gas that occupies the inside of the reaction chamber 150. Therefore, if Ar gas is supplied, the pressure is also included. And the temperature of Si member S1 shall be in the range of -20 degreeC or more and 500 degrees C or less. Within this pressure and temperature range, the gas mixture remains a gas. The mixed gas is not brought into a plasma state.

4−5.その他の工程
また、その他の工程を実施してもよい。
4-5. Other Steps Other steps may also be performed.

5.実験A(F2 +NO2 のエッチング可能性)
5−1.Si部材
本実験では、Si部材S1として、シリコン基板を用いた。このシリコン基板のサイズは、幅6mm長さ15mmであった。また、シリコン基板はp型半導体である。そして、その電気抵抗率は10Ωcmであった。
5. Experiment A (Possibility of F 2 + NO 2 etching)
5-1. Si member In this experiment, a silicon substrate was used as the Si member S1. The size of this silicon substrate was 6 mm wide and 15 mm long. The silicon substrate is a p-type semiconductor. The electrical resistivity was 10 Ωcm.

5−2.実験条件
ArガスにF2 ガスを体積比で5%の割合で混合した混合気体を109.1sccm供給した。これにより、F2 ガスを反応室に5.4sccm供給することとなる。一方、NO2 を10sccmだけ反応室に供給した。反応室の内部の圧力を600Paとした。シリコン基板の温度を300℃とした。エッチングを実施した時間は5分間であった。なお、マスクにより設定した開口幅を8μmとした。また、ガス混合室と反応室との間の距離は20mmであった。
5-2. Experimental conditions 109.1 sccm of a mixed gas in which F 2 gas was mixed with Ar gas at a volume ratio of 5% was supplied. As a result, 5.4 sccm of F 2 gas is supplied to the reaction chamber. On the other hand, NO 2 was supplied to the reaction chamber by 10 sccm. The pressure inside the reaction chamber was 600 Pa. The temperature of the silicon substrate was 300 ° C. Etching was performed for 5 minutes. The opening width set by the mask was 8 μm. The distance between the gas mixing chamber and the reaction chamber was 20 mm.

5−3.実験結果
図3は、そのシリコン基板の電子顕微鏡による顕微鏡写真である。エッチングにより削られた凹部の深さは0.75μmであった。エッチングレートは、0.15μm/minであった。図3に示すように、Si部材の微細な加工が可能である。
5-3. Experimental Results FIG. 3 is a photomicrograph of the silicon substrate taken with an electron microscope. The depth of the concave portion cut by etching was 0.75 μm. The etching rate was 0.15 μm / min. As shown in FIG. 3, the Si member can be finely processed.

6.実験B(F2 +NO2 の温度依存性)
また、シリコン基板の温度以外の実験条件を、前述の実験Aと同じとして実験を行った。図4(a)は、前述の図3の一部を拡大した拡大図である。図4(b)は、シリコン基板の温度を180℃とした場合を示す図である。図4(b)におけるシリコン基板の温度以外の条件は、図4(a)と同じである。シリコン基板の温度を180℃とした場合であっても、エッチングを実施することができる。シリコン基板の温度を180℃とした場合には、エッチングレートは、20nm/min程度であった。
6). Experiment B (temperature dependence of F 2 + NO 2 )
The experiment was performed under the same experimental conditions as the above-described Experiment A except for the temperature of the silicon substrate. FIG. 4A is an enlarged view of a part of FIG. 3 described above. FIG. 4B is a diagram showing a case where the temperature of the silicon substrate is 180 ° C. Conditions other than the temperature of the silicon substrate in FIG. 4B are the same as those in FIG. Even when the temperature of the silicon substrate is 180 ° C., etching can be performed. When the temperature of the silicon substrate was 180 ° C., the etching rate was about 20 nm / min.

7.F2 とNO2 の反応性
7−1.分子軌道法計算
ここで、F2 とNO2 との反応性について調べるために、分子軌道法を用いて計算を行った。そのために、Gaussianプログラム(B3LYP/6−311+G(d))を用いた。図5は、その結果を示すグラフである。図5の横軸は、反応段階(Reaction Steps)である。図5の縦軸は、エネルギーである。
7). Reactivity of F 2 and NO 2 7-1. Molecular Orbital Calculation Here, in order to investigate the reactivity between F 2 and NO 2 , calculation was performed using the molecular orbital method. For this purpose, the Gaussian program (B3LYP / 6-311 + G (d)) was used. FIG. 5 is a graph showing the results. The horizontal axis of FIG. 5 is a reaction step. The vertical axis in FIG. 5 is energy.

図5では、図5中の左側から右側にいくにしたがって、F2 とNO2 とが反応して、FとFNO2 とが生成される化学反応(式(1)参照)が徐々に進行している様子を示している。つまり、図5は、F2 分子のうちの一方のF原子(f1)がNO2 に取り込まれ、他方のF原子(f2)が放出される描像をエネルギー計算により示したものである。In FIG. 5, the chemical reaction (see formula (1)) in which F 2 and NO 2 react and F and FNO 2 are generated gradually proceeds from the left side to the right side in FIG. It shows how it is. That is, FIG. 5 shows, by energy calculation, a picture in which one F atom (f1) in the F 2 molecule is taken into NO 2 and the other F atom (f2) is released.

図5には、図5中の左側の領域R1と、図5中の右側の領域R2とがある。領域R1は、図5中の横軸(Reaction Steps)が0以上17以下の範囲内の領域である。領域R2は、図5中の横軸(Reaction Steps)が17以上の領域である。領域R1は、F2 分子のうちの一方のF原子(f1)がNO2 に取り込まれる過程のエネルギー変化を示している。領域R2は、F2 分子のうちの一方のF原子(f1)がNO2 に取り込まれた後に、他方のF原子(f2)がFNO2 から放出される過程のエネルギー変化を示している。したがって、領域R1と領域R2とでは、異なる計算を行っている。5 includes a left region R1 in FIG. 5 and a right region R2 in FIG. The region R1 is a region in which the horizontal axis (Reaction Steps) in FIG. The region R2 is a region where the horizontal axis (Reaction Steps) in FIG. Region R1 shows the energy change in the process in which one F atom (f1) of the F 2 molecule is taken into NO 2 . Region R2 shows the energy change in the process in which one F atom (f1) of the F 2 molecule is taken into NO 2 and then the other F atom (f2) is released from FNO 2 . Therefore, different calculations are performed in the region R1 and the region R2.

まず、領域R1での計算について説明する。領域R1では、NO2 分子の座標を固定する。そして、N原子の位置を原点として、F2 分子のうちの1個のF原子(f1)とN原子(原点)との間の距離を変分パラメータにとる。そして、このF原子(f1)とN原子との距離を3Å(図5の横軸(Reaction Steps)が0の場合)から0.1Åきざみで変えて、系全体(NO2 +F2 )のエネルギーを計算する。各場合の計算において、NO2 +F2 の分子構造を変化させて、その系でのエネルギーの最小値を、図5の縦軸の値としてプロットした。First, calculation in the region R1 will be described. In the region R1, the coordinates of the NO 2 molecule are fixed. Then, with the position of the N atom as the origin, the distance between one F atom (f1) in the F 2 molecule and the N atom (origin) is taken as a variation parameter. Then, the distance between the F atom (f1) and the N atom is changed from 3 cm (when the horizontal axis (Reaction Steps) in FIG. 5 is 0) to 0.1 m increments, and the energy of the entire system (NO 2 + F 2 ) Calculate In the calculation in each case, the molecular structure of NO 2 + F 2 was changed, and the minimum value of energy in the system was plotted as the value on the vertical axis in FIG.

系全体のエネルギーが最小値をとるときに、F2 分子のうちのF原子(f1)がNO2 分子のうちのN原子と結合したことを示唆している。When the energy of the entire system takes the minimum value, F 2 F atoms of the molecule (f1) suggesting that bound to the N atom of the NO 2 molecules.

次に、領域R2での計算について説明する。領域R2では、F原子(f1)がN原子と結合しているものと仮定する。そのため、この領域R2では、N原子とF原子(f1)との間の距離は、一定のままである。そして、この結合状態の下で、残りのF原子(f2)の座標を動かすのである。したがって、領域R2では、F原子(f2)とF原子(f1)との間の距離が変分パラメータである。そして、領域R1の場合と同様に、分子構造を変化させて、その系でのエネルギーの最小値を、図5の縦軸の値としてプロットした。   Next, calculation in the region R2 will be described. In the region R2, it is assumed that the F atom (f1) is bonded to the N atom. Therefore, in this region R2, the distance between the N atom and the F atom (f1) remains constant. Then, under this bonding state, the coordinates of the remaining F atoms (f2) are moved. Therefore, in the region R2, the distance between the F atom (f2) and the F atom (f1) is a variation parameter. Then, as in the case of the region R1, the molecular structure was changed, and the minimum value of energy in the system was plotted as the value on the vertical axis in FIG.

このように、図5の領域R1では、横軸(Reaction Steps)の値が大きくなるほど、N原子とF原子(f1)との間の距離を0.1Åずつ近づけている。一方、図5の領域R2では、横軸(Reaction Steps)の値が大きくなるほど、F原子(f1)とF原子(f2)との間の距離を0.1Åずつ遠ざけている。   As described above, in the region R1 in FIG. 5, the distance between the N atom and the F atom (f1) is closer by 0.1 mm as the value of the horizontal axis (Reaction Steps) is larger. On the other hand, in the region R2 of FIG. 5, the distance between the F atom (f1) and the F atom (f2) is increased by 0.1 mm as the value of the reaction step (Reaction Steps) increases.

図5に示すように、F2 とNO2 とが反応することにより、F原子とFNO2 とが生成されるとともに、0.95eVのエネルギーが発生する。つまり、式(1)の反応は、発熱反応である。そして、領域R2でのエネルギー変化がほとんどみられないことから、FNO2 からのF原子の離脱は、F2 がNO2 に結合した際に生じた0.95eV程度の余剰エネルギーのごく一部を消費しているにすぎず、容易に行われていると考えられる。As shown in FIG. 5, F 2 and NO 2 react to generate F atoms and FNO 2, and energy of 0.95 eV is generated. That is, the reaction of formula (1) is an exothermic reaction. And since there is almost no energy change in the region R2, the detachment of F atoms from FNO 2 is a small part of the surplus energy of about 0.95 eV generated when F 2 is bound to NO 2. It is only consumed and considered to be easily done.

7−2.NO2 とNOとの相違点
ここで、比較のために、NOについて説明する。F2 とNOとは、次式に示す反応を起こす。
2 + NO → F + FNO ………(3)
式(3)の反応速度定数: k3
7-2. Difference between NO 2 and NO Here, NO will be described for comparison. F 2 and NO cause the reaction shown in the following formula.
F 2 + NO → F + FNO (3)
Reaction rate constant of formula (3): k3

そして、図5で示したような計算を、NOに対しても行った。その結果、F−Fの結合エネルギーは1.8eVであった。F−NOの結合エネルギーは2.3eVであった。F−NO2 の結合エネルギーは2.4eVであった。このように、F−NO2 の結合エネルギーはF−NOの結合エネルギーとほぼ同じである。また、F原子を放出しやすいという傾向も似通っている。しかし、実際にF2 とNO2 とを反応させた場合には、F2 とNOとを反応させた場合に比べて、F原子の濃度が小さい。And the calculation as shown in FIG. 5 was performed also for NO. As a result, the bond energy of FF was 1.8 eV. The binding energy of F-NO was 2.3 eV. The binding energy of F-NO 2 was 2.4 eV. Thus, the bond energy of F—NO 2 is almost the same as the bond energy of F—NO. In addition, the tendency to easily release F atoms is similar. However, when F 2 and NO 2 are actually reacted, the concentration of F atoms is smaller than when F 2 and NO are reacted.

従来においては、次のような解釈がなされていた。すなわち、式(2)の反応速度定数k2が大きいためであると考えられていたのである。つまり、式(2)の再結合反応により、F原子のほとんどがFNO2 となり、その結果F原子の濃度は小さくなる。そのため、F2とNO2 とをチャンバーに供給することにより、エッチングを実施することは非常に困難であると考えられていたのである。Conventionally, the following interpretation has been made. That is, it was thought that this is because the reaction rate constant k2 of the formula (2) is large. That is, most of the F atoms become FNO 2 due to the recombination reaction of the formula (2), and as a result, the concentration of F atoms decreases. Therefore, by supplying the F2 and NO 2 in the chamber, it is was thought to be extremely difficult to carry out etching.

しかし、本発明者らは、次に示すように、NOとNO2 との立体的構造の違いにより、反応速度定数k1が小さいのであると考えた。However, the present inventors considered that the reaction rate constant k1 is small due to the difference in steric structure between NO and NO 2 as shown below.

図6にNO2 の立体的構造を示す。図6に示すように、NO2 では、2つのO原子がN原子に対してやや角度をもって結合している。この結合角は、134.3°である。そして、図6の矢印J1に示す方向からF2 分子が衝突した場合に、式(1)の反応を起こす。図6の矢印J2、J3に示す方向からF2 分子が衝突した場合には、式(1)の反応は起こらない。図7にNO2 とF2 との反応を模式的示した図を示す。FIG. 6 shows the three-dimensional structure of NO 2 . As shown in FIG. 6, in NO 2 , two O atoms are bonded to the N atom at a slight angle. This bond angle is 134.3 °. When the F 2 molecule collides from the direction indicated by the arrow J1 in FIG. 6, causing the reaction of equation (1). When F 2 molecules collide from the directions indicated by arrows J2 and J3 in FIG. 6, the reaction of formula (1) does not occur. FIG. 7 schematically shows the reaction between NO 2 and F 2 .

図8にNOの立体的構造とF2 との反応を模式的に示した図を示す。図8に示すように、NOではN原子とO原子とが直線状に配置されている。そして、図8の矢印に示す方向からF2 分子が衝突した場合に、式(3)の反応を起こす。図8に示すように、NOのほうが、NO2 に比べて、反応を起こす立体角が大きい。そのため、N原子の波動関数とF原子の波動関数とは、NOの場合に、より重なりやすい。FIG. 8 schematically shows a reaction between the three-dimensional structure of NO and F 2 . As shown in FIG. 8, N atoms and O atoms are linearly arranged in NO. When the F 2 molecule collides from the direction indicated by the arrow in FIG. 8, causing the reaction of equation (3). As shown in FIG. 8, NO has a larger solid angle causing the reaction than NO 2 . Therefore, the wave function of N atoms and the wave function of F atoms are more likely to overlap in the case of NO.

このように、NO2 とNOとで、F2 との反応性は大きく異なっている。その相違点の原因は、従来考えられていたような式(2)によるF原子の再結合反応のせいではなく、NO2 の立体的形状に起因すると、発明者らは考えたのである。言い換えると、式(2)の反応速度定数k2は、定常状態では大きいものの、ガス流を流し続けるとともに、常に新たなF2 およびNO2 の供給がなされる本実施形態のような非平衡状態では、それほど大きいわけではないと推測される。このことから、プラズマを用いないでも、F2 とNO2 とを反応させてF原子を発生させることができると推測できる。Thus, the reactivity with F 2 is greatly different between NO 2 and NO. The inventors thought that the cause of the difference was not due to the recombination reaction of the F atom according to the formula (2) as conventionally considered, but to the three-dimensional shape of NO 2 . In other words, the reaction rate constant k2 of the equation (2) is large in the steady state, but in the non-equilibrium state as in this embodiment in which the gas flow continues to flow and new F 2 and NO 2 are always supplied. I guess it's not that big. From this, it can be inferred that F atoms can be generated by reacting F 2 and NO 2 without using plasma.

7−3.エッチング性
以上説明したように、再結合反応(式(2))の反応速度定数k2は、常に新たなF2 およびNO2 を供給している場合には、必ずしも大きくはない。そして、低圧下では、高圧下に比べて、平均自由行程が長い。これら2つの理由により、本実施形態のエッチング装置100を用いたエッチング方法では、F2 とNO2 とを反応させてエッチング可能な程度にF原子が発生する。これは、従来では考えられなかったことである。
7-3. Etchability As described above, the reaction rate constant k2 of the recombination reaction (formula (2)) is not necessarily large when new F 2 and NO 2 are constantly supplied. And under low pressure, the mean free path is longer than under high pressure. For these two reasons, in the etching method using the etching apparatus 100 of this embodiment, F 2 and NO 2 are reacted to generate F atoms to such an extent that etching is possible. This is something that could not be considered in the past.

8.変形例
8−1.ガス混合室
本実施形態では、エッチング装置100にガス混合室140を設けることとした。しかし、ガス混合室140はなくても構わない。Si部材のエッチング対象箇所に供給する前に、第1のガスと第2のガスとが混合する空間があれば、エッチングを実施することができる。
8). Modification 8-1. Gas Mixing Chamber In this embodiment, the gas mixing chamber 140 is provided in the etching apparatus 100. However, the gas mixing chamber 140 may not be provided. If there is a space where the first gas and the second gas are mixed before being supplied to the etching target portion of the Si member, the etching can be performed.

8−2.第3のガス供給部無し
第3のガス供給部113は無くてもよい。第2のガス供給部112に、NO2 ガスとArガスとの混合気体を入れておけばよい。その場合であっても、ガス混合室140に供給されるガスは、同じである。第1のガスの圧力と、第2のガスの圧力とが、同じであれば、Arガスはなくてもよい。
8-2. No third gas supply unit The third gas supply unit 113 may be omitted. A mixed gas of NO 2 gas and Ar gas may be put in the second gas supply unit 112. Even in that case, the gas supplied to the gas mixing chamber 140 is the same. As long as the pressure of the first gas and the pressure of the second gas are the same, there is no need for Ar gas.

8−3.冷却装置
本実施形態では、反応室150にヒーター152を設けることとした。しかし、ヒーター152を設ける代わりに、もしくはヒーター152とともに、冷却装置を設けてもよい。これにより、Si部材を低い温度にした条件下でエッチングを施すことができるからである。
8-3. Cooling device In this embodiment, the reaction chamber 150 is provided with the heater 152. However, a cooling device may be provided instead of or together with the heater 152. This is because the etching can be performed under the condition where the Si member is at a low temperature.

8−4.マスクのパターン
本実施形態では、SiO2 のマスクを作製することとした。しかし、太陽電池の表面の粗面化処理を行う際には、このようなマスクを形成する必要がない。このように、マスクを必要としない場合がある。
8-4. Mask Pattern In this embodiment, a mask made of SiO 2 is prepared. However, it is not necessary to form such a mask when roughening the surface of the solar cell. In this way, a mask may not be required.

8−5.エッチングレート
本実施形態では、反応室150の内部の圧力を、10Pa以上10000Pa以下の範囲内とするとともに、Si部材S1の温度を、−20℃以上500℃以下の範囲内とした。ここで、反応室150の内部の圧力を1000Pa以下、Si部材S1の温度を、300℃以下とした場合には、エッチングレートは本実施形態に比べて遅い。例えば、数nm/min程度である。そのため、例えば、反応室150の内部の圧力を100Pa以上1000Pa以下の範囲内とするとともに、Si部材S1の温度を180℃以上500℃以下の範囲内とするとよい。特に、Si部材S1の温度を180℃以上300℃以下の範囲内であるとなおよい。
8-5. Etching rate In the present embodiment, the pressure inside the reaction chamber 150 is set in the range of 10 Pa to 10,000 Pa, and the temperature of the Si member S1 is set in the range of −20 ° C. to 500 ° C. Here, when the pressure inside the reaction chamber 150 is 1000 Pa or less and the temperature of the Si member S1 is 300 ° C. or less, the etching rate is slower than that of the present embodiment. For example, it is about several nm / min. Therefore, for example, the pressure inside the reaction chamber 150 may be set in the range of 100 Pa to 1000 Pa, and the temperature of the Si member S1 may be set in the range of 180 ° C. to 500 ° C. In particular, the temperature of the Si member S1 is preferably in the range of 180 ° C. or higher and 300 ° C. or lower.

8−6.F2 の生成
本実施形態では、F2 を含む第1のガスを供給することとした。しかし、少なくともIF3 やIF5 、IF7 、XeF2 を含むソースを加熱して、F2 ガスを発生させてもよい。また、HFを含む液体から電気分解によりF2 を発生させてもよい。すなわち、その場合には、第1のガス供給部111は、F2 発生部を有することとなる。
8-6. Generation of F 2 In the present embodiment, the first gas containing F 2 is supplied. However, a source containing at least IF 3 , IF 5 , IF 7 , and XeF 2 may be heated to generate F 2 gas. Further, F 2 may be generated by electrolysis from a liquid containing HF. That is, in that case, the first gas supply unit 111 has an F 2 generation unit.

9.本実施形態のまとめ
以上詳細に説明したように、本実施形態に係るエッチング方法は、F2 を含む第1のガスとNO2 を含む第2ガスとを混合させた混合気体として、Si部材の表面に導く方法である。また、エッチングの際の雰囲気の圧力は、10Pa以上10000Pa以下の範囲内であり、大気圧に比べて十分に小さい。そのため、エッチングに用いられるF原子の寿命および濃度が、十分であると考えられる。したがって、プラズマを用いることなく、比較的入手しやすい安価なガスを用いて、Si部材に高精度な低速エッチングを実施することのできるエッチング方法およびエッチング装置が実現されている。
9. Summary of this embodiment As described in detail above, the etching method according to this embodiment uses the Si member as a mixed gas obtained by mixing the first gas containing F 2 and the second gas containing NO 2 . It is a method that leads to the surface. Moreover, the pressure of the atmosphere at the time of etching is in the range of 10 Pa to 10,000 Pa, which is sufficiently smaller than the atmospheric pressure. Therefore, it is considered that the lifetime and concentration of F atoms used for etching are sufficient. Therefore, an etching method and an etching apparatus capable of performing high-accuracy low-speed etching on a Si member using an inexpensive gas that is relatively easily available without using plasma have been realized.

なお、本実施形態は単なる例示にすぎない。したがって当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。例えば、F2 等に混合させる不活性ガスは、Arガスに限らない。例えば、He、Ne、Xe、Krを用いることができる。また、N2 であってもよい。また、これらの不活性ガスを2種類以上用いてもよい。This embodiment is merely an example. Therefore, naturally, various improvements and modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, the inert gas mixed with F 2 or the like is not limited to Ar gas. For example, He, Ne, Xe, and Kr can be used. N 2 may also be used. Two or more kinds of these inert gases may be used.

(第2の実施形態)
第2の実施形態について説明する。本実施形態は、第1の実施形態とエッチング装置の構成のみが異なっている。したがって、その異なっている点を中心に説明する。つまり、第1の実施形態のエッチング装置100と共通する事項については、記載を省略する。
(Second Embodiment)
A second embodiment will be described. This embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the etching apparatus. Therefore, the differences will be mainly described. That is, the description common to the etching apparatus 100 of the first embodiment is omitted.

1.エッチング装置
図9は、本実施形態のエッチング装置200の概略構成を示す図である。図9に示すように、エッチング装置200は、第1のガス供給部111と、第2のガス供給部112と、マスフローコントローラー121、122と、ガス供給ユニット230と、ガス混合室240と、反応室250と、を有している。
1. Etching Device FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of an etching device 200 of the present embodiment. As shown in FIG. 9, the etching apparatus 200 includes a first gas supply unit 111, a second gas supply unit 112, mass flow controllers 121 and 122, a gas supply unit 230, a gas mixing chamber 240, and a reaction. Chamber 250.

ガス供給ユニット230は、F2 を含む第1のガスとNO2 を含む第2のガスとをガス混合室240に供給するためのものである。ガス供給ユニット230は、2段構成となっている。図10に第1段目231を、図11に第2段目232を示す。図10の第1段目231は、第1のガスをガス混合室240に供給する。図11の第2段目232は、第2のガスをガス混合室240に供給する。The gas supply unit 230 is for supplying the first gas containing F 2 and the second gas containing NO 2 to the gas mixing chamber 240. The gas supply unit 230 has a two-stage configuration. FIG. 10 shows the first stage 231 and FIG. 11 shows the second stage 232. The first stage 231 in FIG. 10 supplies the first gas to the gas mixing chamber 240. The second stage 232 in FIG. 11 supplies the second gas to the gas mixing chamber 240.

図10に示すように、第1段目231は、ガス導入口233と、複数のガス噴出口235と、を有している。複数のガス噴出口235は、リング状に離散的に並んで配置されている。それぞれのガス噴出口235は、ガス混合室240の中心に向かって開口している。ガス混合室240の内側に向かって開口していれば、必ずしも中心に向かっていなくともよい。   As shown in FIG. 10, the first stage 231 has a gas inlet 233 and a plurality of gas outlets 235. The plurality of gas ejection ports 235 are arranged discretely in a ring shape. Each gas outlet 235 opens toward the center of the gas mixing chamber 240. As long as it opens toward the inner side of the gas mixing chamber 240, it does not necessarily have to go to the center.

図11に示すように、第2段目232は、ガス導入口234と、複数のガス噴出口236と、を有している。複数のガス噴出口236は、リング状に離散的に並んで配置されている。それぞれのガス噴出口236は、ガス混合室240の中心に向かって開口している。ガス混合室240の内側に向かって開口していれば、必ずしも中心に向かっていなくともよい。   As shown in FIG. 11, the second stage 232 has a gas introduction port 234 and a plurality of gas ejection ports 236. The plurality of gas ejection ports 236 are discretely arranged in a ring shape. Each gas outlet 236 opens toward the center of the gas mixing chamber 240. As long as it opens toward the inner side of the gas mixing chamber 240, it does not necessarily have to go to the center.

ガス混合室240は、ガス供給ユニット230から第1のガスおよび第2のガスを供給されることにより、F原子を生成するためのものである。また、ガス混合室240にも、ガス混合室240の内部のガスを排出するための排気口245が設けられている。   The gas mixing chamber 240 is for generating F atoms by being supplied with the first gas and the second gas from the gas supply unit 230. The gas mixing chamber 240 is also provided with an exhaust port 245 for discharging the gas inside the gas mixing chamber 240.

ガス混合室250と反応室250との間には、隔壁254が設けられている。隔壁254は、図12に示すように、多数の貫通孔254aを設けられた多孔板である。貫通孔254aには、テーパ形状が設けられている。つまり、貫通孔254aでは、ガス混合室240から反応室250に向かうにつれて穴径が大きくなっている。この貫通孔254aから、F原子等がSi部材に吹き付けられることとなる。このように、隔壁254は、F原子等の流れを整流する整流板である。   A partition wall 254 is provided between the gas mixing chamber 250 and the reaction chamber 250. The partition 254 is a perforated plate provided with a large number of through holes 254a, as shown in FIG. The through hole 254a has a tapered shape. That is, in the through hole 254a, the hole diameter increases from the gas mixing chamber 240 toward the reaction chamber 250. From these through holes 254a, F atoms and the like are sprayed onto the Si member. Thus, the partition 254 is a rectifying plate that rectifies the flow of F atoms or the like.

反応室250は、載置台251と、排気口255と、を有している。そして、整流板の役割を果たす隔壁254は、載置台251よりガスの流れの上流側の位置に配置されている。また、反応室250は、図2に示したヒーター152と、圧力計170と、を有している。排気口255は、反応室250からガスを排出するためのものである。   The reaction chamber 250 has a mounting table 251 and an exhaust port 255. The partition wall 254 serving as a current plate is disposed at a position upstream of the gas flow from the mounting table 251. The reaction chamber 250 includes the heater 152 and the pressure gauge 170 shown in FIG. The exhaust port 255 is for exhausting gas from the reaction chamber 250.

2.変形例
2−1.ガス供給ユニット
本実施形態では、ガス供給ユニット230は、第1のガス噴出部233と、第2のガス噴出部234と、を有する、2段構造となっていた。しかし、これらをさらに複数回繰り返し設けた構成としてもよい。例えば、4段構成のガス供給ユニットである。もちろん、6段以上の構成であってもよい。
2. Modification 2-1. Gas Supply Unit In the present embodiment, the gas supply unit 230 has a two-stage structure including a first gas ejection part 233 and a second gas ejection part 234. However, a configuration in which these are further repeatedly provided may be employed. For example, it is a four-stage gas supply unit. Of course, the structure of 6 steps | paragraphs or more may be sufficient.

(第3の実施形態)
第3の実施形態について説明する。本実施形態は、第2の実施形態とエッチング装置の構成のみが異なっている。したがって、その異なっている点を中心に説明する。つまり、第2の実施形態のエッチング装置200と共通する事項については、記載を省略する。
(Third embodiment)
A third embodiment will be described. This embodiment is different from the second embodiment only in the configuration of the etching apparatus. Therefore, the differences will be mainly described. That is, the description common to the etching apparatus 200 of the second embodiment is omitted.

1.エッチング装置
図13は、本実施形態のエッチング装置300の概略構成を示す図である。図13に示すように、エッチング装置300は、第1のガス供給部111と、第2のガス供給部112と、マスフローコントローラー121、122と、ガス供給ユニット330と、ガス混合室340と、反応室350と、を有している。
1. Etching Device FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of an etching device 300 of the present embodiment. As shown in FIG. 13, the etching apparatus 300 includes a first gas supply unit 111, a second gas supply unit 112, mass flow controllers 121 and 122, a gas supply unit 330, a gas mixing chamber 340, a reaction Chamber 350.

ガス供給ユニット330は、F2 を含む第1のガスとNO2 を含む第2のガスとをガス混合室340に供給するためのものである。ガス供給ユニット330は、図14に示すように、ガス導入口331、332と、第1室333と、第2室334と、噴出口335、336と、を有している。The gas supply unit 330 is for supplying a first gas containing F 2 and a second gas containing NO 2 to the gas mixing chamber 340. As shown in FIG. 14, the gas supply unit 330 has gas inlets 331 and 332, a first chamber 333, a second chamber 334, and jet outlets 335 and 336.

第1室333は、導入口331から供給される第1のガスが供給される領域である。第2室334は、導入口332から供給される第2のガスが供給される領域である。そして、第1室333は、テーパ形状の噴出口335によりガス混合室340と連通している。第2室334は、噴出口336によりガス混合室340と連通している。このため、第1のガスおよび第2のガスは、図13および図14の下向きに吹き付けられつつ、互いに混合することとなる。   The first chamber 333 is a region to which the first gas supplied from the introduction port 331 is supplied. The second chamber 334 is a region to which the second gas supplied from the introduction port 332 is supplied. The first chamber 333 communicates with the gas mixing chamber 340 through a tapered jet port 335. The second chamber 334 communicates with the gas mixing chamber 340 through the jet port 336. For this reason, the first gas and the second gas are mixed with each other while being sprayed downward in FIGS. 13 and 14.

(第4の実施形態)
第4の実施形態について説明する。本実施形態は、第3の実施形態とエッチング装置の構成のみが異なっている。したがって、その異なっている点を中心に説明する。つまり、第3の実施形態のエッチング装置300と共通する事項については、記載を省略する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment will be described. This embodiment is different from the third embodiment only in the configuration of the etching apparatus. Therefore, the differences will be mainly described. That is, the description common to the etching apparatus 300 of the third embodiment is omitted.

1.エッチング装置
図15は、本実施形態のエッチング装置400の概略構成を示す図である。図15に示すように、エッチング装置400は、第1のガス供給部111と、第2のガス供給部112と、マスフローコントローラー121、122と、ガス供給ユニット430と、ガス混合室440と、反応室450と、隔壁460と、を有している。
1. Etching Device FIG. 15 is a diagram showing a schematic configuration of an etching device 400 of this embodiment. As shown in FIG. 15, the etching apparatus 400 includes a first gas supply unit 111, a second gas supply unit 112, mass flow controllers 121 and 122, a gas supply unit 430, a gas mixing chamber 440, a reaction A chamber 450 and a partition wall 460 are provided.

ガス供給ユニット430は、F2 を含む第1のガスをガス混合室340に供給するためのものである。ガス供給ユニット430は、図16に示すように、ガス導入口431と、ガス室432と、噴出口433と、を有している。ガス室432は、噴出口433を介してガス混合室440と連通している。噴出口433は、テーパ形状になっている。The gas supply unit 430 is for supplying the first gas containing F 2 to the gas mixing chamber 340. As shown in FIG. 16, the gas supply unit 430 has a gas inlet 431, a gas chamber 432, and a jet outlet 433. The gas chamber 432 communicates with the gas mixing chamber 440 through the jet port 433. The jet nozzle 433 has a tapered shape.

図17に示すように、隔壁460は、ガス混合室440と、反応室450との間の位置に配置されている。隔壁460には、流路461と、導入口462と、ガス室463と、噴出口464と、を有している。流路461は、第1のガスをガス混合室440に供給するためのものである。ガス室463は、第2のガスをガス混合室440に供給するためのものである。   As shown in FIG. 17, the partition wall 460 is disposed at a position between the gas mixing chamber 440 and the reaction chamber 450. The partition wall 460 includes a flow path 461, an introduction port 462, a gas chamber 463, and a jet port 464. The channel 461 is for supplying the first gas to the gas mixing chamber 440. The gas chamber 463 is for supplying the second gas to the gas mixing chamber 440.

(第5の実施形態)
第5の実施形態について説明する。本実施形態は、第4の実施形態とエッチング装置の構成のみが異なっている。したがって、その異なっている点を中心に説明する。つまり、第4の実施形態のエッチング装置400と共通する事項については、記載を省略する。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment will be described. This embodiment differs from the fourth embodiment only in the configuration of the etching apparatus. Therefore, the differences will be mainly described. That is, the description common to the etching apparatus 400 of the fourth embodiment is omitted.

1.エッチング装置
図18は、本実施形態のエッチング装置500の概略構成を示す図である。図18に示すように、エッチング装置500は、第1のガス供給部111と、第2のガス供給部112と、マスフローコントローラー121、122と、ガス供給ユニット570と、反応室550と、を有している。
1. Etching Device FIG. 18 is a diagram showing a schematic configuration of an etching device 500 of the present embodiment. As shown in FIG. 18, the etching apparatus 500 includes a first gas supply unit 111, a second gas supply unit 112, mass flow controllers 121 and 122, a gas supply unit 570, and a reaction chamber 550. doing.

ガス供給ユニット570は、第1のガスおよび第2のガスを別々に反応室550に供給するためのものである。ガス供給ユニット570は、トーチ型の形状をしている。ガス供給ユニット570は、第1のガス室571と、第2のガス室572と、を有している。第1のガス室571は、第1のガスを反応室550に向けて噴射するためのものである。第1のガス室571の開口部571aの形状は、円形である。第2のガス室572は、第2のガスを反応室550に向けて噴射するためのものである。第2のガス室572の開口部572aの形状は、リング形状である。そして、開口部572aは、開口部571aを囲むように配置されている。   The gas supply unit 570 is for supplying the first gas and the second gas separately to the reaction chamber 550. The gas supply unit 570 has a torch shape. The gas supply unit 570 includes a first gas chamber 571 and a second gas chamber 572. The first gas chamber 571 is for injecting the first gas toward the reaction chamber 550. The shape of the opening 571a of the first gas chamber 571 is circular. The second gas chamber 572 is for injecting the second gas toward the reaction chamber 550. The shape of the opening 572a of the second gas chamber 572 is a ring shape. The opening 572a is disposed so as to surround the opening 571a.

このため、第2のガスは、第1のガスを囲むように噴射される。そして、反応室550で第1のガスと第2のガスとは混合する。そして、式(1)等に示した化学反応が生じる。開口部571a、572aの開口幅は、ある程度狭い。そのため、反応室550の内部における局所的な部分に向けて混合気体を照射することとなる。   For this reason, the second gas is injected so as to surround the first gas. Then, the first gas and the second gas are mixed in the reaction chamber 550. And the chemical reaction shown in Formula (1) etc. arises. The opening widths of the openings 571a and 572a are narrow to some extent. Therefore, the mixed gas is irradiated toward a local portion inside the reaction chamber 550.

2.利用分野
本実施形態のエッチング装置500は、Si部材の局所的なエッチングに用いることができる。そのために、載置台551は、並進や回転等の移動ができるようになっているとよい。
2. Field of Use The etching apparatus 500 of this embodiment can be used for local etching of Si members. Therefore, the mounting table 551 is preferably configured to be able to move such as translation and rotation.

(第6の実施形態)
第6の実施形態に係る洗浄装置について説明する。本実施形態の洗浄装置は、第5の実施形態のエッチング装置500を洗浄装置として用いるものである。そのため、装置の構成は、エッチング装置500と同様である。
(Sixth embodiment)
A cleaning apparatus according to the sixth embodiment will be described. The cleaning apparatus of this embodiment uses the etching apparatus 500 of the fifth embodiment as a cleaning apparatus. Therefore, the configuration of the apparatus is the same as that of the etching apparatus 500.

ここで、化学気相成長法によるSi多結晶等の成膜をする際には、ウェハの裏面にガスが廻り込みウェハ周辺に付着して後工程に大きな支障をきたす場合が有る。このウェハの裏面のSi多結晶を除去するため、ウェットエッチングが実施されることが多い。しかし、この場合には、多くの洗浄工程、廃液処理が必要である。   Here, when a film of Si polycrystal or the like is formed by chemical vapor deposition, gas may circulate on the back surface of the wafer and adhere to the periphery of the wafer, which may greatly hinder the subsequent process. In order to remove the Si polycrystal on the back surface of the wafer, wet etching is often performed. However, in this case, many washing steps and waste liquid treatment are necessary.

そのため、本実施形態では、エッチング装置500を用いて、ウェハの裏面をケミカルドライエッチングする。   Therefore, in this embodiment, the back surface of the wafer is chemically dry etched using the etching apparatus 500.

また、その他、Si部材を作製する装置の部品等に形成されるSi部材の被膜を除去することもできる。   In addition, it is possible to remove the coating of the Si member formed on the parts of the apparatus for producing the Si member.

また、シリコン基板の洗浄に用いることができる。さらに、開口部571aをリング状にして、開口部571a、572aの口径を大きいものとすることにより、シリコン基板を裏返すことなく、シリコン基板の裏面のクリーニングを実施することができる。   Further, it can be used for cleaning a silicon substrate. Furthermore, by making the opening 571a into a ring shape and increasing the diameter of the openings 571a and 572a, the back surface of the silicon substrate can be cleaned without turning the silicon substrate over.

(第7の実施形態)
第7の実施形態について説明する。第1の実施形態では、エッチングガスとして、F2 とNO2 との混合ガスを用いた。本実施形態では、エッチングガスとして、F2 とNOとの混合ガスを用いる。したがって、第1の実施形態と異なる点について説明する。なお、本実施形態のエッチングを実施するにあたって、第1の実施形態から第5の実施形態までで説明したエッチング装置100、200、300、400、500を用いればよい。そして、NO2 ガスを供給する代わりに、NOガスを供給すればよい。
(Seventh embodiment)
A seventh embodiment will be described. In the first embodiment, a mixed gas of F 2 and NO 2 is used as the etching gas. In this embodiment, a mixed gas of F 2 and NO is used as the etching gas. Therefore, differences from the first embodiment will be described. Note that the etching apparatuses 100, 200, 300, 400, and 500 described in the first to fifth embodiments may be used when performing the etching of the present embodiment. Then, instead of supplying NO 2 gas, NO gas may be supplied.

1.ガス混合室および反応室で生じる化学反応
1−1.ガス混合室での反応
ここで、ガス混合室140で生じる化学反応について説明する。ガス混合室140では、次に示す式(3)および式(4)の化学反応が生じる。
2 + NO → F + FNO ………(3)
F + NO → FNO ………(4)
式(3)の反応速度定数: k3(cm3 /molecules −s)
式(4)の反応速度定数: k4(cm3 /molecules −s)
1. 1. Chemical reaction occurring in gas mixing chamber and reaction chamber 1-1. Reaction in Gas Mixing Chamber Here, the chemical reaction that occurs in the gas mixing chamber 140 will be described. In the gas mixing chamber 140, chemical reactions of the following formulas (3) and (4) occur.
F 2 + NO → F + FNO (3)
F + NO → FNO (4)
Reaction rate constant of formula (3): k3 (cm 3 / molecules −s)
Reaction rate constant of formula (4): k4 (cm 3 / molecules −s)

このように、F2 ガスとNOガスとが混合することにより、式(3)に示すように、F原子が生成される。そして、式(4)に示すように、生成されたF原子はNOと再結合し、F原子は減少する。そのため、これらの反応のいずれが支配的であるかによって、F原子の濃度は異なる値をとる。すなわち、F原子の濃度が、どのような値であるかは、必ずしも明らかではない。As described above, when the F 2 gas and the NO gas are mixed, F atoms are generated as shown in the equation (3). And as shown in Formula (4), the produced | generated F atom recombines with NO and F atom reduces. Therefore, the concentration of F atoms varies depending on which of these reactions is dominant. That is, it is not always clear what value the F atom concentration is.

なお、従来においては、k3とk4とは、次に示すように、ほぼ同程度であると考えられていた(Kolb, C. E.; J. Chem. Phys. 1976, 64, 3087-3090.)。
k3 ≒ k4
= 7.04×10-13 exp(−1150/T) ………(5)
T:温度(K)
したがって、F2 ガスとNOガスとを混合することにより、F原子は生じるものの、NOと再結合してしまうため、F原子の濃度はそれほど高くないと考えられていた。すなわち、エッチングを実施するにはそれほど適していないと考えられていた。
Conventionally, k3 and k4 were considered to be approximately the same as shown below (Kolb, CE; J. Chem. Phys. 1976, 64, 3087-3090.).
k3 ≒ k4
= 7.04 × 10 −13 exp (−1150 / T) (5)
T: Temperature (K)
Therefore, although F atoms are generated by mixing F 2 gas and NO gas, they are recombined with NO. Therefore, it has been considered that the concentration of F atoms is not so high. That is, it was thought that it was not so suitable for performing etching.

本実施形態では、後述するように、低圧下でF2 ガスとNOガスとを混合する。低圧下での各粒子の平均自由行程は、高圧下での各粒子の平均自由行程に比べて長い。また、本実施形態では、F2 とNOとを少なくとも含む混合気体をガス混合室140に継続して供給し続けることとしている。そのため、式(3)の反応によって生じるF原子がガス混合室140の内部に一定数存在し得るであろうと考えられる。In this embodiment, as will be described later, F 2 gas and NO gas are mixed under low pressure. The mean free path of each particle under low pressure is longer than the mean free path of each particle under high pressure. In the present embodiment, the gas mixture containing at least F 2 and NO is continuously supplied to the gas mixing chamber 140. For this reason, it is considered that a certain number of F atoms generated by the reaction of the formula (3) may exist in the gas mixing chamber 140.

1−2.反応室での反応
反応室150の内部においても、上記の式(3)および式(4)の反応は生じている。そして、反応室150の内部に一定数存在し得るであろうF原子を用いてSi部材S1にエッチングを実施する。このときSi部材S1のSi原子との反応に寄与する粒子は、F原子のみとは限らない。ただし、F原子が主にエッチングに寄与すると考えられる。
1-2. Reactions in the reaction chamber The reactions of the above formulas (3) and (4) also occur in the reaction chamber 150. Then, the Si member S <b> 1 is etched using F atoms that may exist in a certain number inside the reaction chamber 150. At this time, the particles that contribute to the reaction of the Si member S1 with the Si atoms are not limited to the F atoms. However, it is considered that F atoms mainly contribute to etching.

2.エッチング方法
2−1.パターン形成工程
まず、Si部材S1にマスクパターンを形成する。例えば、半導体デバイスを製造する場合には、トレンチを形成しない箇所にマスクを配置する。マスクの材質として、例えばSiO2 が挙げられる。
2. Etching method 2-1. Pattern Formation Step First, a mask pattern is formed on the Si member S1. For example, in the case of manufacturing a semiconductor device, a mask is arranged at a location where a trench is not formed. An example of the material of the mask is SiO 2 .

2−2.ガス供給工程
本実施形態のエッチング方法について説明する。まず、反応室150の載置台151の上にSi部材S1を載置する。次に、反応室150を真空引きして反応室150の内圧を下げる。それとともに、ヒーター152を設定値まで加熱する。そして、第1のガス供給部111から第1のガスを供給するとともに、第2のガス供給部112から第2のガスを供給するとともに、第3のガス供給部113からArガスを供給する。
2-2. Gas Supply Process The etching method according to this embodiment will be described. First, the Si member S <b> 1 is mounted on the mounting table 151 of the reaction chamber 150. Next, the reaction chamber 150 is evacuated to lower the internal pressure of the reaction chamber 150. At the same time, the heater 152 is heated to the set value. Then, the first gas is supplied from the first gas supply unit 111, the second gas is supplied from the second gas supply unit 112, and the Ar gas is supplied from the third gas supply unit 113.

2−3.エッチング粒子生成工程
そして、前述の式(3)に示した反応により、F原子を発生させる。また、その他の粒子も生成される。これらの反応は、主にガス混合室140で生じる。このときガス混合室140の混合気体中には、F2 と、NOと、Fと、FNOと、Arと、これらのイオンと、電子、その他の粒子が存在し得る。また、反応室150においても、同様の反応が生じ、同様の粒子が存在し得る。
2-3. Etching Particle Generation Step Then, F atoms are generated by the reaction shown in the above formula (3). Other particles are also generated. These reactions mainly occur in the gas mixing chamber 140. At this time, F 2 , NO, F, FNO, Ar, these ions, electrons, and other particles may exist in the mixed gas in the gas mixing chamber 140. In the reaction chamber 150, the same reaction occurs and the same particles may exist.

2−4.エッチング工程
次に、反応室150の内部で、この混合気体をSi部材S1に導く。そして、F原子がSi部材S1と反応する。これにより、Si部材S1のエッチングが進行する。これにより、Si部材S1のマスクで覆われていない部分を除去する。ここで、反応室150の内部の圧力は、10Pa以上10000Pa以下の範囲内である。また、反応室150の内部の圧力は、100Pa以上1000Pa以下の範囲内であるとなおよい。なお、反応室150の内部の圧力とは、反応室150の内部に占める混合気体の全圧のことである。そのため、Arガスを供給していれば、その圧力をも含む。そして、Si部材S1の温度は、−20℃以上500℃以下の範囲内とする。この圧力および温度の範囲内では、混合気体は気体のままである。混合気体をプラズマ状態にすることはない。
2-4. Etching Step Next, the mixed gas is introduced into the Si member S <b> 1 inside the reaction chamber 150. Then, the F atoms react with the Si member S1. Thereby, the etching of the Si member S1 proceeds. Thereby, the part of the Si member S1 that is not covered with the mask is removed. Here, the pressure inside the reaction chamber 150 is in the range of 10 Pa to 10,000 Pa. Further, the pressure inside the reaction chamber 150 is preferably in the range of 100 Pa to 1000 Pa. The pressure inside the reaction chamber 150 is the total pressure of the mixed gas that occupies the inside of the reaction chamber 150. Therefore, if Ar gas is supplied, the pressure is also included. And the temperature of Si member S1 shall be in the range of -20 degreeC or more and 500 degrees C or less. Within this pressure and temperature range, the gas mixture remains a gas. The mixed gas is not brought into a plasma state.

2−5.その他の工程
また、その他の工程を実施してもよい。
2-5. Other Steps Other steps may also be performed.

3.実験C(F2 +NOの温度依存)
3−1.Si部材
本実験では、Si部材S1として、シリコン基板を用いた。このシリコン基板のサイズは、幅6mm長さ15mmであった。また、シリコン基板はp型半導体である。そして、その電気抵抗率は10Ωcmであった。
3. Experiment C (F 2 + NO temperature dependence)
3-1. Si member In this experiment, a silicon substrate was used as the Si member S1. The size of this silicon substrate was 6 mm wide and 15 mm long. The silicon substrate is a p-type semiconductor. The electrical resistivity was 10 Ωcm.

3−2.実験条件
本実験では、表1に示す実験条件により、エッチングを実施した。ArガスにF2 ガスを体積比で5%の割合で混合した混合気体を109.1sccm供給した。これにより、F2 ガスを反応室に2.7sccm供給することとなる。一方、NOを5sccmだけ反応室に供給した。反応室の内部の圧力を600Paとした。エッチングを実施した時間は5分間であった。なお、SiO2 から成るマスクにより設定した開口幅を8μm角とした。また、ガス混合室と反応室との間の距離は20mmであった。本実験では、上記のような条件で、シリコン基板の温度を変えてエッチングを実施した。
3-2. Experimental conditions In this experiment, etching was performed under the experimental conditions shown in Table 1. 109.1 sccm of a mixed gas in which F 2 gas was mixed with Ar gas at a volume ratio of 5% was supplied. As a result, 2.7 sccm of F 2 gas is supplied to the reaction chamber. On the other hand, NO was supplied to the reaction chamber by 5 sccm. The pressure inside the reaction chamber was 600 Pa. Etching was performed for 5 minutes. The opening width set by the mask made of SiO 2 was 8 μm square. The distance between the gas mixing chamber and the reaction chamber was 20 mm. In this experiment, etching was performed under the above conditions by changing the temperature of the silicon substrate.

[表1]
2 ガス 2.7sccm
NOガス 5sccm
反応室の内圧(全圧) 600Pa
エッチング時間 5分間
マスクの開口幅 8μm角
基板温度 27℃〜300℃
[Table 1]
F 2 gas 2.7sccm
NO gas 5sccm
Internal pressure of reaction chamber (total pressure) 600Pa
Etching time 5 minutes Mask opening width 8μm square Substrate temperature 27 ℃ ~ 300 ℃

3−3.実験結果
3−3−1.エッチングの形状
図19から図22は、本実験におけるエッチングを施したシリコン基板の断面を示す顕微鏡写真である。顕微鏡として、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いた。
3-3. Experimental results 3-3-1. Etching Shape FIGS. 19 to 22 are photomicrographs showing a cross section of a silicon substrate etched in this experiment. A scanning electron microscope (SEM) was used as a microscope.

図19は、基板温度が27℃の場合における断面を示す走査型顕微鏡写真である。図19に示すように、この場合には、比較的深くて粗い形状の凹部が形成された。このときのエッチングレートは、5μm/min程度である。そして、アスペクト比は、3程度であった。   FIG. 19 is a scanning micrograph showing a cross section when the substrate temperature is 27 ° C. As shown in FIG. 19, in this case, a recess having a relatively deep and rough shape was formed. The etching rate at this time is about 5 μm / min. The aspect ratio was about 3.

図20は、基板温度が110℃の場合における断面を示す走査型顕微鏡写真である。図20に示すように、この場合には、平坦な形状の凹部が形成された。エッチングレートは、0.7μm/min程度である。そして、アスペクト比は、ほぼ1であった。   FIG. 20 is a scanning micrograph showing a cross section when the substrate temperature is 110 ° C. As shown in FIG. 20, in this case, a flat recess was formed. The etching rate is about 0.7 μm / min. The aspect ratio was almost 1.

図21は、基板温度が300℃の場合における断面を示す走査型顕微鏡写真である。図21に示すように、この場合には、なだらかな凹面を有する凹部が形成された。また、結晶面方位性が観察された。   FIG. 21 is a scanning micrograph showing a cross section when the substrate temperature is 300.degree. As shown in FIG. 21, in this case, a concave portion having a gentle concave surface was formed. Further, crystal plane orientation was observed.

図22に示すように、基板温度が27℃から300℃の範囲内で、シリコン基板にエッチングを施すことができた。また、基板温度により、エッチングの断面形状は異なっている。図22に示すように、基板温度が27℃、40℃、50℃、60℃の場合には、比較的深くて粗い形状の凹部が形成された。このように、基板温度が20℃以上60℃以下の範囲内では、粗い形状の凹部が形成される。そのため、広範囲を粗面化するのに適している。   As shown in FIG. 22, the silicon substrate could be etched when the substrate temperature was in the range of 27 ° C. to 300 ° C. Moreover, the cross-sectional shape of etching differs depending on the substrate temperature. As shown in FIG. 22, when the substrate temperature was 27.degree. C., 40.degree. C., 50.degree. C., and 60.degree. C., a relatively deep and rough recess was formed. Thus, when the substrate temperature is in the range of 20 ° C. or higher and 60 ° C. or lower, a rough concave portion is formed. Therefore, it is suitable for roughening a wide area.

図22に示すように、基板温度が65℃、85℃、110℃、180℃の場合には、平坦な形状の凹部が形成された。基板温度が60℃より高く180℃以下の範囲内では、平坦な形状の凹部が形成される。   As shown in FIG. 22, when the substrate temperatures were 65 ° C., 85 ° C., 110 ° C., and 180 ° C., flat concave portions were formed. When the substrate temperature is higher than 60 ° C. and lower than or equal to 180 ° C., a flat recess is formed.

図22に示すように、基板温度が230℃、300℃の場合には、なだらかな凹面を有する凹部が形成された。基板温度が180℃より高く500℃以下の範囲内では、なだらかな凹面を有する凹部が形成される。   As shown in FIG. 22, when the substrate temperatures were 230 ° C. and 300 ° C., a concave portion having a gentle concave surface was formed. When the substrate temperature is higher than 180 ° C. and not higher than 500 ° C., a concave portion having a gentle concave surface is formed.

3−3−2.エッチングレート
図23にエッチングレートを示す。図23の横軸は、温度の逆数の1000倍である。なお、図23中の情報に、その横軸の値に対応する温度を示す。図23の縦軸は、エッチングレートである。図23に示すように、室温近傍の粗いエッチングを行う温度領域T1では、エッチングレートは速い。そして、基板温度が上昇するにしたがって、エッチングレートは減少し、基板温度が60℃程度で極小値をとる。そして、さらに基板温度が60℃より高い領域では、基板温度が高いほど、エッチングレートは速い傾向となっている。
3-3-2. Etching Rate FIG. 23 shows the etching rate. The horizontal axis in FIG. 23 is 1000 times the reciprocal of the temperature. The information in FIG. 23 indicates the temperature corresponding to the value on the horizontal axis. The vertical axis in FIG. 23 is the etching rate. As shown in FIG. 23, the etching rate is fast in the temperature region T1 where rough etching is performed near room temperature. As the substrate temperature rises, the etching rate decreases, and takes a minimum value when the substrate temperature is about 60 ° C. In a region where the substrate temperature is higher than 60 ° C., the etching rate tends to be faster as the substrate temperature is higher.

このような傾向は、反応室150の内部で、F原子の濃度が温度に依存することを示唆している。なお、反応室150の内部の温度は、シリコン基板の温度とほぼ等しい。また、反応室150の内部では、F原子の他に、FNO等その他の粒子がエッチャントとして機能するためであると考えられる。   Such a tendency suggests that the concentration of F atoms depends on the temperature inside the reaction chamber 150. Note that the temperature inside the reaction chamber 150 is substantially equal to the temperature of the silicon substrate. In addition, it is considered that in the reaction chamber 150, other particles such as FNO function as an etchant in addition to F atoms.

温度領域T1では、粗い形状の凹部が形成される。そのため、広範囲を粗面化するのに適している。例えば、太陽電池の表面の粗面化に適用することができる。温度領域T2では、平坦な形状の凹部を形成することができる。また、エッチングレートは十分に遅い。そのため、比較的高精度なエッチングを実施することができる。例えば、半導体素子のトレンチを形成する際に適用することができる。また、MOSFETのゲート近傍に生ずるダメージ層を除去するために適用することもできる。温度領域T2では、なだらかな凹面を有する凹部を形成することができる。例えば、MEMSを形成する際に適用することができる。   In the temperature region T1, a concave portion having a rough shape is formed. Therefore, it is suitable for roughening a wide area. For example, it can be applied to roughening the surface of a solar cell. In the temperature region T2, a flat concave portion can be formed. Also, the etching rate is sufficiently slow. Therefore, it is possible to carry out etching with relatively high accuracy. For example, it can be applied when forming a trench of a semiconductor element. It can also be applied to remove a damage layer generated in the vicinity of the gate of the MOSFET. In the temperature region T2, a concave portion having a gentle concave surface can be formed. For example, it can be applied when forming a MEMS.

なお、表2に、温度と、図23の横軸に示す1000/Tの値と、エッチングレートとをまとめた表を示す。ここでエッチングレートは、シリコン基板の板面に対して垂直な方向の値である。   Table 2 summarizes the temperature, the value of 1000 / T shown on the horizontal axis of FIG. 23, and the etching rate. Here, the etching rate is a value in a direction perpendicular to the plate surface of the silicon substrate.

[表2]
温度 1000/T エッチングレート(垂直方向)
(℃) (K-1) (μm/min)
27 3.3 4.37
40 3.2 2.60
51 3.1 1.21
60 3.0 0.72
85 2.8 0.50
110 2.6 0.68
180 2.2 1.34
230 2.0 1.88
300 1.7 2.77
[Table 2]
Temperature 1000 / T Etching rate (vertical direction)
(° C) (K -1 ) (μm / min)
27 3.3 4.37
40 3.2 2.60
51 3.1 1.21
60 3.0 0.72
85 2.8 0.50
110 2.6 0.68
180 2.2 1.34
230 2.0 1.88
300 1.7 2.77

なお、基板温度を27℃とした場合と、基板温度を230℃とした場合におけるシリコン基板の表面状態を図24に示す。   FIG. 24 shows the surface state of the silicon substrate when the substrate temperature is 27 ° C. and when the substrate temperature is 230 ° C.

3−3−3.比較例
表1の条件で、F2 ガスのみを供給した場合(比較例1)、NOガスのみを供給した場合(比較例2)のいずれの場合であっても、シリコン基板にエッチングは施されなかった。なお、これらの場合の基板温度は、室温であった。
3-3-3. Comparative Example Etching is performed on the silicon substrate in either case of supplying only F 2 gas (Comparative Example 1) or supplying only NO gas (Comparative Example 2) under the conditions shown in Table 1. There wasn't. The substrate temperature in these cases was room temperature.

4.実験D(F2 +NOの流量依存)
4−1.Si部材
実験Cと同様のシリコン基板を用いた。
4). Experiment D (F 2 + NO flow rate dependence)
4-1. Si member The same silicon substrate as used in Experiment C was used.

4−2.実験条件
表3に示す実験条件で実験を行った。基板温度を27℃とした。そして、NOガスの供給量を0sccmから8sccmまで変化させることにより、F2 ガスの供給量と、NOガスの供給量との比を変化させた。これら以外の条件については、表1に示した実験Cと同様である。
4-2. Experimental conditions Experiments were performed under the experimental conditions shown in Table 3. The substrate temperature was 27 ° C. Then, the ratio of the supply amount of F 2 gas and the supply amount of NO gas was changed by changing the supply amount of NO gas from 0 sccm to 8 sccm. Conditions other than these are the same as in Experiment C shown in Table 1.

[表3]
2 ガス 2.7sccm
NOガス 0〜8sccm
反応室の内圧(全圧) 600Pa
エッチング時間 5分間
マスクの開口幅 15μm角
基板温度 27℃
[Table 3]
F 2 gas 2.7sccm
NO gas 0-8sccm
Internal pressure of reaction chamber (total pressure) 600Pa
Etching time 5 minutes Mask opening width 15μm square Substrate temperature 27 ℃

4−3.実験結果
実験結果を図25に示す。図25の横軸は、F2 ガスの流量に対するNOガスの流量の比である。図25の縦軸は、エッチングレートである。図25のグラフに示すように、F2 ガスの流量に対するNOガスの流量の比を1.0以上2.0以下の範囲内とした場合に、エッチングレートが速かった。この範囲内でのエッチングレートの値は、5μm/min程度であった。つまり、この範囲内の場合に、好適なエッチングを実施することができる。なお、NOガスを供給しない場合(0sccm)には、シリコン基板をエッチングすることはできなかった。
4-3. Experimental Results The experimental results are shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 25 is the ratio of the NO gas flow rate to the F 2 gas flow rate. The vertical axis in FIG. 25 is the etching rate. As shown in the graph of FIG. 25, the etching rate was fast when the ratio of the flow rate of NO gas to the flow rate of F 2 gas was in the range of 1.0 to 2.0. The value of the etching rate within this range was about 5 μm / min. In other words, suitable etching can be performed within this range. Note that the silicon substrate could not be etched when NO gas was not supplied (0 sccm).

図26は、F2 とNOとの流量比と、エッチングされた面の粗さとの関係を示すグラフである。図26の横軸は、F2 ガスの流量に対するNOガスの流量の比である。図26の縦軸は、エッチング箇所の平均自乗粗さ(nm)である。図26に示すように、NOの供給量を増加させるにつれて、エッチング箇所の粗さは粗い傾向となる。そして、F2 ガスの流量に対するNOガスの流量の比が1.5のときに最大値をとる。そのときの平均自乗粗さは、12nm程度である。さらにNOの供給量を増加させると、エッチング箇所の粗さの値は小さくなる。なお、図26中の破線は、F原子の計算値を示している。FIG. 26 is a graph showing the relationship between the flow rate ratio of F 2 and NO and the roughness of the etched surface. The horizontal axis of FIG. 26 is the ratio of the NO gas flow rate to the F 2 gas flow rate. The vertical axis | shaft of FIG. 26 is the mean square roughness (nm) of an etching location. As shown in FIG. 26, as the supply amount of NO is increased, the roughness of the etched portion tends to be rough. The maximum value is obtained when the ratio of the flow rate of NO gas to the flow rate of F 2 gas is 1.5. The mean square roughness at that time is about 12 nm. When the supply amount of NO is further increased, the roughness value of the etched portion decreases. In addition, the broken line in FIG. 26 has shown the calculated value of F atom.

図27は、エッチングを実施したシリコン基板の断面を示す走査型顕微鏡写真である。NOの流量を1sccmとした場合(C1)と、NOの流量を4sccmとした場合(C2)とを示す。NOの流量を4sccmとした場合には、表4に示す3種類の異なるエッチピットH1、H2、H3を観測することができた。複数種類のエッチピットが形成されている様子を図28に示す。図28は、エッチングを実施したシリコン基板の底面を示す走査型顕微鏡写真(C3)である。NOの流量は4sccmである。   FIG. 27 is a scanning micrograph showing a cross section of the etched silicon substrate. A case where the flow rate of NO is 1 sccm (C1) and a case where the flow rate of NO is 4 sccm (C2) are shown. When the flow rate of NO was 4 sccm, three different types of etch pits H1, H2, and H3 shown in Table 4 could be observed. FIG. 28 shows how a plurality of types of etch pits are formed. FIG. 28 is a scanning photomicrograph (C3) showing the bottom surface of the etched silicon substrate. The flow rate of NO is 4 sccm.

図29は、NOの流量を1sccmとした場合におけるシリコン基板の底面を示す走査型顕微鏡写真(C4)である。この場合には、エッチピットH1と、H3とが主に発生している。図30は、NOの流量を3sccmとした場合におけるシリコン基板の底面を示す走査型顕微鏡写真(C5)である。この場合には、エッチピットH1、H3に加えて、多数のエッチピットH2が形成されている。図31は、NOの流量を8sccmとした場合におけるシリコン基板の底面を示す走査型顕微鏡写真(C6)である。この場合には、エッチピットH1は発現しているが、エッチピットH2、H3については消失している。   FIG. 29 is a scanning micrograph (C4) showing the bottom surface of the silicon substrate when the flow rate of NO is 1 sccm. In this case, etch pits H1 and H3 are mainly generated. FIG. 30 is a scanning micrograph (C5) showing the bottom surface of the silicon substrate when the flow rate of NO is 3 sccm. In this case, a number of etch pits H2 are formed in addition to the etch pits H1 and H3. FIG. 31 is a scanning micrograph (C6) showing the bottom surface of the silicon substrate when the flow rate of NO is 8 sccm. In this case, the etch pit H1 is expressed, but the etch pits H2 and H3 are lost.

[表4]
エッチピットの種類 ピット径
H1 50nm以上 100nm以下
H2 300nm以上 600nm以下
H3 2μm以上 5μm以下
[Table 4]
Etch pit type Pit diameter H1 50 nm to 100 nm H2 300 nm to 600 nm H3 2 μm to 5 μm

5.実験E(F2 +NOの圧力依存)
5−1.Si部材
実験Cと同様のシリコン基板を用いた。
5. Experiment E (F 2 + NO pressure dependence)
5-1. Si member The same silicon substrate as used in Experiment C was used.

5−2.実験条件
表5に示す実験条件で実験を行った。また、ArガスにF2 ガスを体積比で10%の割合で混合した混合気体を供給した。表5に示すように、基板温度を27℃とした。エッチング時間を5分間とした。マスクの開口幅を8μm角とした。この条件の下、反応室の内圧を、200Paと、400Paと、600Paと、800Paと、してエッチングを行った。
5-2. Experimental conditions Experiments were performed under the experimental conditions shown in Table 5. Further, a mixed gas in which F 2 gas was mixed with Ar gas at a volume ratio of 10% was supplied. As shown in Table 5, the substrate temperature was 27 ° C. The etching time was 5 minutes. The opening width of the mask was 8 μm square. Under these conditions, etching was performed with the internal pressure of the reaction chamber being 200 Pa, 400 Pa, 600 Pa, and 800 Pa.

[表5]
2 ガス 5.4sccm
NOガス 16sccm
反応室の内圧(全圧) 100Pa−1000Pa
エッチング時間 5分間
マスクの開口幅 8μm角
基板温度 27℃
[Table 5]
F 2 gas 5.4sccm
NO gas 16sccm
Internal pressure of reaction chamber (total pressure) 100Pa-1000Pa
Etching time 5 minutes Mask opening width 8μm square Substrate temperature 27 ℃

5−3.実験結果
図32にその結果を示す。図32(a)は、200Paのときの走査型顕微鏡写真である。図32(b)は、400Paのときの走査型顕微鏡写真である。図32(c)は、600Paのときの走査型顕微鏡写真である。図32(d)は、800Paのときの走査型顕微鏡写真である。図32(e)は、図32(a)を拡大した走査型顕微鏡写真である。図32(f)は、図32(b)を拡大した走査型顕微鏡写真である。図32(g)は、図32(c)を拡大した走査型顕微鏡写真である。
5-3. Experimental Results FIG. 32 shows the results. FIG. 32A is a scanning micrograph at 200 Pa. FIG. 32B is a scanning micrograph at 400 Pa. FIG. 32C is a scanning photomicrograph at 600 Pa. FIG. 32 (d) is a scanning photomicrograph at 800 Pa. FIG. 32 (e) is a scanning photomicrograph obtained by enlarging FIG. 32 (a). FIG. 32F is an enlarged scanning micrograph of FIG. 32B. FIG. 32G is an enlarged scanning micrograph of FIG.

図32に示すように、エッチングにより、半球形の凹部が形成された。また、反応室の圧力が高くなるほど、エッチングにより生じた凹部の大きさは大きい。すなわち、圧力が高いほどエッチングレートは高い。また、圧力が高いほど、エッチングされた凹部の内側面の表面粗さは細かい。   As shown in FIG. 32, a hemispherical recess was formed by etching. In addition, the larger the pressure in the reaction chamber, the larger the size of the recess produced by etching. That is, the higher the pressure, the higher the etching rate. Also, the higher the pressure, the finer the surface roughness of the inner surface of the etched recess.

6.実験F(MEMSの犠牲層のエッチング)
図33(a)は、MEMSの犠牲層をエッチングしたときの走査型顕微鏡写真である。図33(b)は、図33(a)の拡大写真である。図33(a)に示すように、微細構造を有するMEMSの犠牲層を好適にエッチングすることができた。
6). Experiment F (etching of sacrificial layer of MEMS)
FIG. 33A is a scanning photomicrograph when the sacrificial layer of MEMS is etched. FIG. 33 (b) is an enlarged photograph of FIG. 33 (a). As shown in FIG. 33A, the sacrificial layer of the MEMS having a fine structure could be suitably etched.

図34(a)は、MEMSの犠牲層をエッチングしたときの走査型顕微鏡写真である。図34(b)は、図34(a)の拡大写真である。このときのMEMSの温度を27℃とした。このように、ほぼ常温であっても、好適にエッチングすることができる。   FIG. 34 (a) is a scanning photomicrograph when the sacrificial layer of MEMS is etched. FIG. 34 (b) is an enlarged photograph of FIG. 34 (a). The temperature of the MEMS at this time was 27 ° C. As described above, the etching can be suitably performed even at substantially normal temperature.

7.実験G(F2 +NOにおける衝突回数)
図35は、ガス粒子の衝突回数とエッチングレートとの関係を示すグラフである。ここで、反応室の内圧と、ガスの混合箇所からシリコン基板までの距離(d)と、から、平均自由行程と、衝突回数(n)と、を計算した。そして、その衝突回数となる距離(d)および圧力のときのエッチングレートをプロットした。
7). Experiment G (Number of collisions in F 2 + NO)
FIG. 35 is a graph showing the relationship between the number of collisions of gas particles and the etching rate. Here, the mean free path and the number of collisions (n) were calculated from the internal pressure of the reaction chamber and the distance (d) from the gas mixing location to the silicon substrate. And the distance (d) used as the frequency | count of the collision and the etching rate at the time of a pressure were plotted.

7−1.衝突回数とエッチングレート
図35に示すように、領域(I )では、エッチングレートは、衝突回数nに比例して増大する。領域(II)では、エッチングレートは、1/d2 で減少する。領域(III )では、エッチングレートは、著しく減少する。
7-1. Number of collisions and etching rate As shown in FIG. 35, in the region (I), the etching rate increases in proportion to the number of collisions n. In the region (II), the etching rate decreases by 1 / d 2 . In region (III), the etching rate is significantly reduced.

図35の結果について、本発明者らは、次のように考察している。領域(I )では、式(3)の反応により、F原子が増加していると考えられる。領域(II)では、衝突を重ねて増加したF原子が、式(4)の反応により、減少していると考えられる。領域(III )では、Siの表面にNOおよびFNOが吸着したために、F原子によるSiのエッチングが抑制されていると考えられる。   The present inventors consider the result of FIG. 35 as follows. In the region (I), it is considered that F atoms are increased by the reaction of the formula (3). In the region (II), the number of F atoms increased by repeated collisions is considered to decrease due to the reaction of the formula (4). In the region (III), since NO and FNO are adsorbed on the surface of Si, it is considered that etching of Si by F atoms is suppressed.

7−2.反応室の内圧とエッチングレート
反応室の内圧と衝突回数とは比例関係にある。したがって、図35の上部に、ガスの混合箇所からの距離が30mmのときの反応室の内圧を表示してある。図35に示すように、反応室の内圧が100Pa以上1000Pa以下の範囲内では、ある程度のエッチングを実施することができる。
7-2. The internal pressure of the reaction chamber and the etching rate The internal pressure of the reaction chamber and the number of collisions are proportional. Therefore, the internal pressure of the reaction chamber when the distance from the gas mixing point is 30 mm is displayed in the upper part of FIG. As shown in FIG. 35, a certain amount of etching can be performed when the internal pressure of the reaction chamber is in the range of 100 Pa to 1000 Pa.

7−3.ガスの混合箇所からの距離とエッチングレート
ガスの混合箇所からの距離と衝突回数とは比例関係にある。したがって、図35の上部に、反応室の内圧を600Paとしたときのガスの混合箇所からシリコン基板までの距離を表示している。図35に示すように、ガスの混合箇所からの距離が5mm以上70mm以下の範囲内では、ある程度のエッチングを実施することができる。また、ガスの混合箇所からの距離が5mm以上50mm以下の範囲内であるとなおよい。
7-3. The distance from the gas mixing location and the etching rate The distance from the gas mixing location and the number of collisions are proportional. Therefore, the distance from the gas mixing point to the silicon substrate when the internal pressure of the reaction chamber is 600 Pa is displayed in the upper part of FIG. As shown in FIG. 35, a certain amount of etching can be performed when the distance from the gas mixing point is in the range of 5 mm to 70 mm. Moreover, it is more preferable that the distance from the gas mixing location is in the range of 5 mm to 50 mm.

8.NOとNO2 との比較
ここで、第2のガスとしてNOを用いた実験とNO2 を用いた実験とを比較する。図36は、NOを用いたエッチング箇所とNO2 を用いたエッチング箇所とを同一縮尺で比較した顕微鏡写真である。図36(a)、(b)のいずれの場合も、基板温度は300℃であり、反応室の内圧は600Paであった。このように、第2のガスとしてNOを用いた場合とNO2 を用いた場合とで、エッチングレートは大きく異なっている。
8). Comparison of NO and NO 2 Here, an experiment using NO as the second gas and an experiment using NO 2 are compared. FIG. 36 is a photomicrograph comparing an etching site using NO and an etching site using NO 2 at the same scale. 36A and 36B, the substrate temperature was 300 ° C., and the internal pressure of the reaction chamber was 600 Pa. As described above, the etching rate is greatly different between the case where NO is used as the second gas and the case where NO 2 is used.

図37に、基板温度とエッチングレートとの関係を示す。第2のガスとしてNOを用いた場合には、基板温度が20℃以上300℃以下の広い範囲でエッチングを実施することができた。   FIG. 37 shows the relationship between the substrate temperature and the etching rate. When NO was used as the second gas, the etching could be carried out in a wide range where the substrate temperature was 20 ° C. or higher and 300 ° C. or lower.

一方、第2のガスとしてNO2 を用いた場合には、基板温度が180℃以上300℃以下の範囲でエッチングを実施することができた。このように、第2のガスとしてNOを用いた場合のエッチングレートは、NO2 を用いた場合のエッチングレートの30倍程度である。On the other hand, when NO 2 was used as the second gas, the etching could be carried out in the range where the substrate temperature was 180 ° C. or higher and 300 ° C. or lower. Thus, the etching rate when NO is used as the second gas is about 30 times the etching rate when NO 2 is used.

9.応用分野
以上説明したように、図23の温度領域T1では、粗いエッチングを実施することができるため、太陽電池の表面の粗面化に適用することが好ましい。例えば、図38に示すように、本実施形態の粗面化により、太陽電池の反射率は非常に小さくなる。そのため、図39に示すように、粗面化された表面から反射された光のうちの一部は、他の粗面化された表面に再度入射することができる。これにより、より多くの光が太陽電池の内部に吸収される。このように総合してみると、平坦なSi表面に比べて粗面化したSi表面では、太陽電池の外部から照射される光は、太陽電池の内部により多く吸収される。
9. Application Field As described above, in the temperature region T1 of FIG. 23, since rough etching can be performed, it is preferably applied to the roughening of the surface of the solar cell. For example, as shown in FIG. 38, the reflectance of the solar cell becomes very small due to the roughening of the present embodiment. Therefore, as shown in FIG. 39, some of the light reflected from the roughened surface can be incident again on the other roughened surface. Thereby, more light is absorbed into the solar cell. In summary, the light irradiated from the outside of the solar cell is absorbed more inside the solar cell on the roughened Si surface than the flat Si surface.

図23の温度領域T2では、平坦で低速なエッチングを実施することができるため、半導体デバイスのゲート近傍に発生するダメージ層をエッチングにより除去するために適用することが好ましい。図23の温度領域T3では、ゆるやかな凹面を形成することができるため、MEMSの製造に用いることが好ましい。   In the temperature region T2 of FIG. 23, since flat and low-speed etching can be performed, it is preferably applied to remove a damaged layer near the gate of the semiconductor device by etching. In the temperature region T3 of FIG. 23, since a gentle concave surface can be formed, it is preferably used for manufacturing MEMS.

10.変形例
第1の実施形態で説明した変形例について同様に適用することができる。
10. Modified Example The modified example described in the first embodiment can be similarly applied.

11.本実施形態のまとめ
以上詳細に説明したように、本実施形態に係るエッチング方法は、F2 を含む第1のガスとNOを含む第2ガスとを混合させた混合気体として、Si部材の表面に導く方法である。また、エッチングの際の雰囲気の圧力は、10Pa以上10000Pa以下の範囲内であり、大気圧に比べて十分に小さい。そのため、エッチングに用いられるF原子の寿命および濃度が、十分であると考えられる。したがって、プラズマを用いることなく、比較的入手しやすい安価なガスを用いて、Si部材に種々のエッチングを実施することのできるエッチング方法およびエッチング装置が実現されている。
11 Summary of this Embodiment As described in detail above, the etching method according to this embodiment uses the surface of the Si member as a mixed gas in which a first gas containing F 2 and a second gas containing NO are mixed. It is a way to lead to. Moreover, the pressure of the atmosphere at the time of etching is in the range of 10 Pa to 10,000 Pa, which is sufficiently smaller than the atmospheric pressure. Therefore, it is considered that the lifetime and concentration of F atoms used for etching are sufficient. Therefore, an etching method and an etching apparatus have been realized that can perform various etchings on the Si member using an inexpensive gas that is relatively easily available without using plasma.

なお、本実施形態は単なる例示にすぎない。したがって当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。例えば、F2 等に混合させる不活性ガスは、Arガスに限らない。例えば、He、Ne、Xe、Krを用いることができる。また、N2 であってもよい。また、これらの不活性ガスを2種類以上用いてもよい。This embodiment is merely an example. Therefore, naturally, various improvements and modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, the inert gas mixed with F 2 or the like is not limited to Ar gas. For example, He, Ne, Xe, and Kr can be used. N 2 may also be used. Two or more kinds of these inert gases may be used.

100、200、300、400、500…エッチング装置
111…第1のガス供給部
112…第2のガス供給部
113…第3のガス供給部
121、122、123…マスフローコントローラー
131、132…圧力調整バルブ
140…ガス混合室
150…反応室
151…載置台
152…ヒーター
160…電圧印加部
170…圧力計
S1…Si部材
100, 200, 300, 400, 500 ... Etching apparatus 111 ... First gas supply unit 112 ... Second gas supply unit 113 ... Third gas supply unit 121, 122, 123 ... Mass flow controllers 131, 132 ... Pressure adjustment Valve 140 ... Gas mixing chamber 150 ... Reaction chamber 151 ... Mounting table 152 ... Heater 160 ... Voltage application unit 170 ... Pressure gauge S1 ... Si member

Claims (10)

Si部材をドライエッチングするエッチング方法において、
およびNOを含む混合気体の圧力を10Pa以上10000Pa以下の範囲内とするとともに前記混合気体をプラズマ状態にしないで前記Si部材に導き、
前記Si部材の温度を−20℃以上500℃以下の範囲内の温度とし、
前記Si部材をエッチングすること
を特徴とするエッチング方法。
In an etching method for dry etching a Si member,
The pressure of the mixed gas containing F 2 and NO 2 is set in the range of 10 Pa to 10,000 Pa and the mixed gas is led to the Si member without being in a plasma state,
The temperature of the Si member is a temperature within a range of −20 ° C. or more and 500 ° C. or less,
An etching method comprising etching the Si member.
請求項1に記載のエッチング方法において、
およびNOを含む混合気体の圧力を100Pa以上1000Pa以下の範囲内として前記Si部材に導き、
前記Si部材の温度を180℃以上500℃以下の範囲内の温度とすること
を特徴とするエッチング方法。
The etching method according to claim 1,
The pressure of the mixed gas containing F 2 and NO 2 is guided to the Si member within a range of 100 Pa to 1000 Pa,
An etching method, wherein the temperature of the Si member is set to a temperature within a range of 180 ° C. or higher and 500 ° C. or lower.
請求項1または請求項2に記載のエッチング方法において、
+NO→F+FNO
の反応を生じさせることにより、少なくともF原子を発生させ、
F原子を前記Si部材に反応させること
を特徴とするエッチング方法。
In the etching method according to claim 1 or 2,
F 2 + NO 2 → F + FNO 2
To generate at least F atoms,
An etching method comprising reacting F atoms with the Si member.
請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のエッチング方法において、
およびNOを混合させる混合箇所から前記Si部材までの距離が、5mm以上70mm以下の範囲内であること
を特徴とするエッチング方法。
In the etching method according to any one of claims 1 to 3,
An etching method, wherein a distance from a mixing location where F 2 and NO 2 are mixed to the Si member is in a range of 5 mm to 70 mm.
Si部材をドライエッチングするエッチング方法において、
およびNOを含む混合気体の圧力を100Pa以上1000Pa以下の範囲内とするとともに前記混合気体をプラズマ状態にしないで前記Si部材に導き、
前記Si部材の温度を60℃より高く180℃以下の範囲内の温度とし、
前記Si部材をエッチングすることにより、平坦な凹部を形成すること
を特徴とするエッチング方法。
In an etching method for dry etching a Si member,
The pressure of the mixed gas containing F 2 and NO is set within a range of 100 Pa to 1000 Pa and the mixed gas is led to the Si member without being in a plasma state,
The temperature of the Si member is set to a temperature within a range higher than 60 ° C and lower than 180 ° C,
A flat recess is formed by etching the Si member.
Si部材をドライエッチングするエッチング方法において、
およびNOを含む混合気体の圧力を100Pa以上1000Pa以下の範囲内とするとともに前記混合気体をプラズマ状態にしないで前記Si部材に導き、
前記Si部材の温度を180℃より高く500℃以下の範囲内の温度とし、
前記Si部材をエッチングすることにより、なだらかな曲面を有する凹部を形成すること
を特徴とするエッチング方法。
In an etching method for dry etching a Si member,
The pressure of the mixed gas containing F 2 and NO is set within a range of 100 Pa to 1000 Pa and the mixed gas is led to the Si member without being in a plasma state,
The temperature of the Si member is set to a temperature within a range higher than 180 ° C. and 500 ° C. or lower,
An etching method, wherein a concave portion having a gentle curved surface is formed by etching the Si member.
Si部材をドライエッチングするためのエッチング装置において、
Si部材をエッチングするための反応室と、
前記反応室にFガスを含む第1のガスを供給するための第1のガス供給部と、
前記反応室にNOガスを含む第2のガスを供給するための第2のガス供給部と、
を有し、
前記反応室の内圧を10Pa以上10000Pa以下の範囲内とするものであり、
プラズマ発生装置を有していないこと
を特徴とするエッチング装置。
In an etching apparatus for dry etching a Si member,
A reaction chamber for etching the Si member;
A first gas supply unit for supplying a first gas containing F 2 gas to the reaction chamber;
A second gas supply unit for supplying a second gas containing NO 2 gas to the reaction chamber;
Have
The internal pressure of the reaction chamber is in the range of 10 Pa to 10,000 Pa,
An etching apparatus characterized by not having a plasma generator.
請求項7に記載のエッチング装置において、
前記反応室の内圧を100Pa以上1000Pa以下の範囲内とするものであること
を特徴とするエッチング装置。
The etching apparatus according to claim 7, wherein
An etching apparatus characterized in that an internal pressure of the reaction chamber is in a range of 100 Pa to 1000 Pa.
請求項7または請求項8に記載のエッチング装置において、
前記反応室では、
+NO→F+FNO
の反応を少なくとも生じさせるとともに、少なくともF原子と前記Si部材とを反応させること
を特徴とするエッチング装置。
The etching apparatus according to claim 7 or 8,
In the reaction chamber,
F 2 + NO 2 → F + FNO 2
An etching apparatus characterized by causing at least the above reaction and reacting at least F atoms with the Si member.
請求項7から請求項9までのいずれか1項に記載のエッチング装置において、
およびNOを混合させる混合箇所から前記Si部材までの距離が、
5mm以上70mm以下の範囲内であること
を特徴とするエッチング装置。
In the etching apparatus according to any one of claims 7 to 9,
The distance from the mixing location where F 2 and NO 2 are mixed to the Si member is
An etching apparatus characterized by being in a range of 5 mm to 70 mm.
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