1. エッチングとは何か（3行でつかむ）

エッチングは、「マスク（レジストなど）に守られていない部分の膜を、選んで削り取る」工程です。『リソグラフィとEUV』編が「描く」、『原子層堆積』編が「積む」なら、これは「削る」工程で、リソグラフィで描いたパターンを、実際の膜や基板に移します。

• 歴史：Donnelly・Kornblit（2013年の総説）は、プラズマエッチングが1960年代半ばに集積回路の製造に導入され、液体廃棄物を減らすこと、湿式では得にくい選択比を得ることを狙っていたと述べています。シリコン、アルミニウム、二酸化シリコンを異方的に削れるようになったことが、その後の約40年の微細化を可能にした、とされています事実
• 管理する項目：Leeらの総説（2025年）は、エッチングの精密な制御として、エッチ深さ、エッチ形状、表面粗さ、均一性を挙げています事実
• 規制との関係：エッチングや反応室の洗浄に使うフッ素系のガスは、温暖化係数（GWP）が大きく、EUのF-gas規則（規則（EU）2024/573）には、半導体のエッチングと化学気相成長（CVD）室の洗浄に関する条文があります事実。PFAS制限案は審議中で、採択・施行はされていません未確定／将来

本シリーズでは、『リソグラフィとEUV』編のマルチパターニング（スペーサーを削って残す）、『レジストとフォトマスク』編のマスクの吸収体（フッ素系プラズマでの加工性）、『原子層堆積』編の選択ALD（補正ステップに選択的エッチング）で、すでにエッチングに触れました。この編は、その共通部分をまとめます。

2. 湿式と乾式、等方性と異方性

Leeらの総説は、エッチングを湿式（液体の薬液の中での化学反応）と乾式（真空チャンバーの中での物理・化学反応）に分けています。湿式は低コストで実装が容易、ほとんどの材料に高い選択性があり、結晶でない材料では等方的に削れます。一方、この総説は、湿式は1 µm未満の寸法を定めるには不十分、ウエハ汚染を起こしうる、エッチ速度を一定に保ちにくい、と整理しています。乾式は典型的に異方的で、深く削れ、エッチ速度が高く自動化しやすく、100 nm未満の寸法を定められる一方、選択性が低い、スループットが低い、毒性・腐食性のガスを使う、放射線損傷の可能性がある、とされています事実。

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図の読み方・元図の説明：湿式エッチングと乾式エッチング：等方性と異方性（概念図） / 断面の模式図。マスクの開口は同じで、削れ方が違います。 / 湿式（液体の薬液）：等方性 / 薬液（あらゆる向きに削る） / 横にも同じ速さで削れ、 / マスクの下に食い込む / 乾式（プラズマ）：異方性 / イオン（垂直に入射） / 縦方向に削れ、 / マスクの開口に近い形が残る / マスク（レジストなど） / 削る膜 / 基板 / ※ 湿式は一般に等方的、乾式は典型的に異方的、という整理は、Leeらの総説［参考資料 1］の比較表によります。 / ※ 実際の乾式エッチングも、条件により横方向の削れ（等方成分）が生じます。形・寸法は模式的です。

3. プラズマの中で何が起きるか ― イオンとラジカル

ドライエッチングの中心は、ガスを電離させたプラズマです。プラズマの中には、電荷をもつイオンと、中性で反応性の高いラジカルがあります。イオンは電界で加速されて表面にほぼ垂直に入射し、ラジカルはあらゆる向きに動いて化学反応を起こします（本記事の概念整理。Donnelly・Kornblit、Jeongらの議論に基づく解説）。

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図の読み方・元図の説明：反応性イオンエッチングのしくみ：イオンとラジカルの役割（概念図） / プラズマ中のイオンは電界で加速され、ほぼ垂直に表面へ入射します。 / プラズマ（ガスが電離した状態） / シース（電界でイオンを加速） / マスクの開口から、溝の底へ / イオン（赤） / 電界で加速され、垂直に入射。 / 底の反応と除去を促す / ラジカル（青） / 中性で、あらゆる向きに動く。 / 化学反応の主役（等方的） / 側壁・マスク上の保護膜 / フルオロカーボン系などの / 重合膜が側壁を守る / ※ イオン・ラジカルの役割と重合膜による保護は、Jeongら［参考資料 6］とKimら［参考資料 7］の記述を概念図にしたものです。 / ※ イオンの角度分布、膜の厚さ、反応生成物の脱離は省略した模式図です。

Jeongら（2023年、査読論文。Samsung Electronicsの研究者を含む）は、二周波の容量結合プラズマ（Ar/C4F8）で、高アスペクト比のSiO2エッチングを調べ、イオンのエネルギーと流束を個別に制御して、それぞれの寄与を分けました。論文の導入では、高アスペクト比のエッチングで、ノッチング、ボーイング、ツイスト、テーパー、アスペクト比依存のエッチングが課題になること、メカニズムの理解が進んでいないことを述べています事実。同論文が紹介する先行研究では、中性粒子とイオンの流束比が重要で、比が低い領域では比とともにエッチ速度が上がり、高い領域では厚いフルオロカーボン膜ができてエッチ速度が下がること、深い溝の底へはイオンが側壁で中性化した高速の中性粒子がクヌーセン輸送で届き、主要なエッチャントになりうること、などが紹介されています事実（先行研究のシミュレーション・実験の紹介）。

4. 選択比とマスク ― 本稿の計算

選択比は、削りたい膜のエッチ速度とマスクのエッチ速度の比です（Leeらの総説は「異なる材料のエッチ速度の比」と定義）事実。選択比が低いと、深く削るあいだにマスクがなくなってしまいます。

『レジストとフォトマスク』編で見たように、金属酸化物レジストの特長の一つは高いエッチング耐性です。Hasanらの総説は、金属酸化物レジストは、パターンを下の層へ移すエッチングに、より良く耐えると述べています事実。薄いレジストで深く削るという要求に、材料側（耐性の高いレジスト）とプロセス側（選択比の高いガス）の両方から応えている、ということです（解説）。

5. ガスの化学 ― フッ素系などの組み合わせ

エッチングのガスは、削る膜と残す膜の組み合わせで変わります。報告された例を、条件つきで整理します。

すべて事実（各論文の記述）。膜・条件・水準が異なるため、ガスの優劣を比べるものではありません。

6. 3次元トランジスタの選択的な等方エッチング

ゲート・オール・アラウンド（GAA）のようなナノシートの構造は、SiとSiGeを交互にエピタキシャル成長させ、SiGeだけを選んで削ることで、積層したSiチャネルを作ります（Kimら、2025年）事実。ここで必要なのは、縦ではなく横方向（等方的）の選択的なエッチングです。

Kimら（2025年、Materials、Yonsei大学）の論文は、SiGeの選択エッチングの方法として、湿式（Si0.76Ge0.24の40 nmの層で選択比150超という先行報告）、HClによる熱エッチング（600 ℃超が必要で、ドーパントの拡散の恐れ）、プラズマによるドライエッチングを挙げています。湿式には、酸化が不十分だとSiGeがトンネル内に残る、乾燥時にパターン倒れが起きる、という限界があります事実。同論文は、CF4/N2とCF4/O2のプラズマで、イオン衝撃を遮る板（ルーフ）を試料の上に置いて、ラジカルだけの寄与を調べました。CF4/N2の方が選択比と形状に優れ、イオン衝突を減らすと選択比がさらに高まりました事実（実験室）。

7. 高アスペクト比のエッチング（3D NAND）

3D NANDなどでは、積層膜を貫く深く細い穴（メモリホール）を開けます。Jeongらは、高アスペクト比のエッチングでノッチング、ボーイング、ツイスト、テーパー、アスペクト比依存のエッチング（ARDE）といった課題が出ること、これを抑えるために多周波の制御、電圧波形の整形、パルス変調などが開発されてきたこと、一方でガスの混合や工程数の増加で複雑化し、メカニズムの理解が追いついていないこと、を述べています事実。

温度を使った解決の例が、いくつか報告されています。

• 低温（Kwonら、2024年、Nanomaterials）：CF4/H2/Arのプラズマで、200 nmのトレンチのSiO2を調べ、温度が低いほどエッチ速度とアスペクト比が上がり、ネッキング比とボーイング比が下がったと報告しています。著者らは、エッチ前線に届く中性種の付着係数が低いこと、方向性のあるイオンが働いていることを示唆する、と述べています事実（実験室）
• 極低温のHF系（Sudaら、2025年、JVST B）：ONON（酸化シリコン/窒化シリコン）のホールを、HFとリン含有ガスを使い、極低温で、二周波の容量結合プラズマ装置で加工し、深さ10 µm超、アスペクト比約100を実証したと報告しています。副生成物のH2OとエッチャントのHFが極低温で表面に共吸着し、リン含有ガスがH2Oの吸着をさらに高めることが、エッチ速度を上げる鍵と解析されています。従来のフルオロカーボン系に比べ、生産性が大幅に向上したと述べています事実（実験室）

8. 原子層エッチング（ALE）

Kanarikら（2015年、査読論文）は、ALEを自己制限的な逐次反応の段階で薄い層を除く技術と定義し、半導体産業が連続エッチングの代替として推進していること、ALDの「不可欠な対」とみなされていることを述べています事実。表面を1層だけ変える段階と、その層だけを除く段階を分けるのが基本です。

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図の読み方・元図の説明：原子層エッチング（ALE）の1サイクル（概念図） / 表面を1層だけ変え、その層だけを除く、という2段階を繰り返します。 / ① 表面を改質する / 反応ガス（赤） / 自己制限で表面の1層が / 変わる（これ以上進まない） / ② パージ / 余剰のガスを排気する / ③ 改質層を除く / イオン照射または熱反応 / 改質した層だけが / 揮発・除去される / ④ パージ / 1層分だけ低くなった表面 / 生成物を排気し、 / 次のサイクルへ / ①〜④ を繰り返して、決めた量だけ削る / ※ 定義（自己制限の逐次反応）：Kanarikら［参考資料 3］。除去の方式（イオン＝異方的、熱＝等方的）：George［参考資料 4］。 / ※ 原子の大きさ・並び・1サイクルで除く量は材料で違い、この図は概念図です。

除去の方式で、2つに分かれます。George（2020年、査読論文）によれば、プラズマALEは、エネルギーのあるイオンや中性粒子で、改質された層をスパッタリングにより異方的に放出します。熱ALEは、ガスの熱反応で改質層を等方的に放出し、「ALDの逆」と見なせます。熱ALEの主な機構は、金属酸化物・窒化物に多いフッ化と配位子交換、および転換エッチです事実。Fischerら（2021年）は、金属、金属酸化物、金属窒化物、半導体とその酸化物の熱ALEを整理しています事実。

Kanarikら（2017年）は、Si、Ge、C、W、GaN、SiO2のプラズマALEで、理想のALEにどれだけ近いかを表す「ALEシナジー」を定義し、これが材料の表面結合エネルギーとともに増えると報告しました。材料ごとに方向性のあるALEへの向き不向きがあることの説明になる、とされています事実。Kanarikら（2018年、査読論文・展望）は、見通しが良いのはC、Ta、W、Ruのような強く結合した材料だと述べ、また、ALEは現在、生産で最も先進的なエッチング技術であり、かつて遅すぎるとされたが、プラズマを活用して以前の方法より約1,000倍速くなったと述べ、さらにALEの平滑化効果（表面が平らになる）と、ALDとの組み合わせによる10 nm未満の課題への対応を挙げています事実（著者らの説明）。

9. ガスと規制 ― 温室効果ガスとPFAS

エッチングやCVD室の洗浄に使われるフッ素系ガスは、温暖化係数（GWP）が大きいことが共通の課題です。Kimら（2025年、Sci. Rep.）は、SiNxのエッチングで従来使われたCHF3/CF4は、選択比が低く、GWPが高いため、代替ガスが必要になったと述べています事実。

(1) 温暖化係数（GWP）：資料で値が違う

米国の温室効果ガス報告規則（40 CFR Part 98）の表A-1（100年のGWP）では、SF6が23,500、NF3が16,100、CF4が6,630、C2F6が11,100、c-C4F8が9,540、トリフルオロメタン（HFC-23）が12,400です（2026年10月にeCFRから取得した版）事実。EU規則2024/573の附属書は、同じガスの値をCF4が7,380、C2F6が12,400、c-C4F8が10,200、SF6が24,300、NF3が17,400（GWP 100、第6次評価報告書にもとづく列）としています事実。同じ附属書でも、HFCの節（HFC-23の14,800）は第4次評価報告書にもとづく値で、評価報告書の版が混在しています事実。

(2) EUのF-gas規則（規則（EU）2024/573）

2024年2月7日に採択された規則（EU）2024/573（2024年2月20日に官報掲載、公布の20日後に発効）は、フッ素系温室効果ガスを規制し、規則（EU）No 517/2014を廃止しました事実。半導体に関する条文は次のとおりです。

• 表示（第12条）：附属書I・IIのフッ素系温室効果ガスで、半導体材料のエッチングまたはCVD室の洗浄のために市場に出す容器には、その用途専用であることを表示します。第12条は2025年1月1日から適用されます事実
• HFCの割当量（第16条）：HFCの市場投入量を減らす割当（クォータ）の対象から、生産者・輸入者が、半導体材料のエッチングまたはCVD室の洗浄に使う事業者へ直接供給するHFCが除かれています事実
• 見直し（第35条）：委員会が、このHFC（半導体のエッチング・CVD洗浄用）を割当の対象に含める可能性を、見直しで検討するとしています。含めるかどうかは未確定です未確定／将来
• 報告：生産者・輸入者・受け取る事業者に、この用途の数量の報告が求められています事実

(3) EUのPFAS制限案（REACH）

ECHAの記録による経過は次のとおりです（2026年10月9日時点）。デンマーク・ドイツ・オランダ・ノルウェー・スウェーデンの当局が準備した提案が2023年1月13日にECHAへ提出され、2023年2月7日に公表、2023年3月22日〜9月25日に協議が行われました。2025年8月20日に更新版が公表されました。2026年3月2日に、リスク評価委員会（RAC）が最終意見を採択し、社会経済分析委員会（SEAC）が3月10日に意見案を了承、2026年5月25日まで意見案への協議が行われました。両委員会は、例外（特定の用途の適用除外）を設けたEU全域の制限を支持し、排出を最小化する措置の併用を勧めています事実。SEACは2026年末までに最終意見を採択する見込みで、その後、欧州委員会が二つの最終意見にもとづく制限案を作り、加盟国で構成するREACH委員会で議論・投票します未確定／将来。現時点で、採択・施行されたPFAS制限はありません。

2025年10月の更新版の概要資料（スウェーデン化学物質庁ほか五か国当局）は、「電子・半導体」の分野に、半導体製造（フォトリソグラフィ、エッチング、成膜、特殊流体、装置、先端パッケージ、MEMS）を含めています。この分野の評価は、全面禁止（RO1）は釣り合わない可能性が高く、時限の適用除外つきの禁止（RO2）と排出制御の継続（RO3）は釣り合う可能性が高いとされています（提案者の評価）事実。半導体製造の具体的な適用除外の期間は、本稿で確認できませんでした。

(4) PFASの定義と、エッチングガスの関係

OECD（2021年）は、PFASを「完全にフッ素化されたメチルまたはメチレンの炭素原子（H・Cl・Br・Iが結合していない）を少なくとも1つ含む、フッ素化された物質」と定義し、例外はあるが、パーフルオロ化したメチル基（–CF3）またはメチレン基（–CF2–）を持つ化学物質はPFASだとしています事実。同報告書は、HFC-23（CHF3）とHFC-32は、炭素にHが残るためPFASではないと明記しています事実。

10. 数字の読み方 ― 実験室・資料の値・計算・制度の段階を混ぜない

11. 課題・限界／確認できなかったこと

(1) 量産で使われているガス・条件は確認できなかった

本稿のガスの例は、いずれも論文の実験室での報告です。特定の企業・デバイスの量産プロセスのガスや温度、選択比、エッチング速度は、一次情報で確認できませんでした。

(2) 半導体製造に対するPFAS制限案の具体的な適用除外は確認できなかった

更新版の概要資料に「電子・半導体」の分野と評価の概要はありますが、半導体製造の適用除外の具体的な期間・条件は、本稿の一次情報では確認できていません。個別のガス（CF4、C4F8など）が制限案のどの区分に入るかも確認していません。

(3) 米国・日本・中国・韓国などの規制は扱っていない

本稿が扱った規制は、EUのF-gas規則とPFAS制限案、および米国の報告規則のGWP表にとどまります。排出量の報告・削減の自主的な取り組みや、各国のPFAS規制は扱っていません。

(4) 排ガスの除害・ガスの利用効率は確認できなかった

実際の排出量は、ガスの使用量、反応での利用効率、除害装置の効率で決まります。これらの数値は本稿の一次情報では確認できていません。

(5) ALEの量産での使われ方は確認できなかった

Kanarikらは「現在、生産で最も先進的なエッチング」と述べていますが（2018年）、どの工程でどの程度使われているかは、本稿では確認していません。

12. 用語集

13. 参考資料（一次情報）

1. Lee T ほか「Advances in core technologies for semiconductor manufacturing: applications and challenges of atomic layer etching, neutral beam etching and atomic layer deposition」Nanoscale Adv. 7(10), 2796–2817（2025年、査読論文・総説、オープンアクセス） — doi.org/10.1039/d4na00784k
2. Hasan MW ほか「Recent Advances in Metal-Oxide-Based Photoresists for EUV Lithography」Micromachines 15(9), 1122（2024年、査読論文・総説） — doi.org/10.3390/mi15091122
3. Kanarik KJ ほか「Overview of atomic layer etching in the semiconductor industry」J. Vac. Sci. Technol. A 33(2), 020802（2015年、査読論文・総説） — doi.org/10.1116/1.4913379
4. George SM「Mechanisms of Thermal Atomic Layer Etching」Acc. Chem. Res. 53(6), 1151–1160（2020年、査読論文） — doi.org/10.1021/acs.accounts.0c00084
5. Donnelly VM, Kornblit A「Plasma etching: Yesterday, today, and tomorrow」J. Vac. Sci. Technol. A 31(5), 050825（2013年、査読論文・総説） — doi.org/10.1116/1.4819316
6. Jeong W ほか「Contribution of Ion Energy and Flux on High-Aspect Ratio SiO2 Etching Characteristics in a Dual-Frequency Capacitively Coupled Ar/C4F8 Plasma: Individual Ion Energy and Flux Controlled」Materials 16(10), 3820（2023年、査読論文・オープンアクセス） — doi.org/10.3390/ma16103820
7. Kim K ほか「Effect of C2H2F4/CF4O with low global warming potentials on SiNx etching as a CHF3 replacement」Sci. Rep. 15, 40517（2025年、査読論文・オープンアクセス） — doi.org/10.1038/s41598-025-24378-w
8. Kwon H ほか「Necking Reduction at Low Temperature in Aspect Ratio Etching of SiO2 at CF4/H2/Ar Plasma」Nanomaterials 14(2), 209（2024年、査読論文・オープンアクセス） — doi.org/10.3390/nano14020209
9. Suda R ほか「Development for high-aspect-ratio hole etching with hydrogen fluoride gas based cryogenic process」J. Vac. Sci. Technol. B 43(6), 062210（2025年、査読論文） — doi.org/10.1116/6.0005035
10. Kim J ほか「Selective Etching of Multi-Stacked Epitaxial Si1-xGex on Si Using CF4/N2 and CF4/O2 Plasma Chemistries for 3D Device Applications」Materials 18(18), 4417（2025年、査読論文・オープンアクセス） — doi.org/10.3390/ma18184417
11. Nguyen TQ ほか「Valence fragmentation dynamics of a promising low global warming etching gas CF3CHCF2」Sci. Rep. 15, 9507（2025年、査読論文・オープンアクセス） — doi.org/10.1038/s41598-025-94119-6
12. Kanarik KJ, Tan S, Gottscho RA「Atomic Layer Etching: Rethinking the Art of Etch」J. Phys. Chem. Lett. 9(16), 4814–4821（2018年、査読論文・展望） — doi.org/10.1021/acs.jpclett.8b00997
13. 米国連邦規則（eCFR）40 CFR Part 98, Subpart A, Table A-1「Global Warming Potentials, 100-Year Time Horizon」（2026年10月にeCFRのAPIから取得した版） — ecfr.gov
14. 欧州議会・理事会「Regulation (EU) 2024/573 of 7 February 2024 on fluorinated greenhouse gases」OJ L, 20.2.2024 — eur-lex.europa.eu
15. OECD「Reconciling Terminology of the Universe of Per- and Polyfluoroalkyl Substances: Recommendations and Practical Guidance」OECD Series on Risk Management of Chemicals（2021年7月、PDF） — doi.org/10.1787/e458e796-en
16. ECHA「ECHA supports PFAS restriction with targeted derogations」ニュースリリース ECHA/NR/26/17（2026年3月26日） — echa.europa.eu
17. ECHA「Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS)」トピックページ（経過の一覧、2026年10月9日閲覧） — echa.europa.eu
18. KemI（スウェーデン化学物質庁）ほか五か国当局「What you need to know about the updated PFAS restriction dossier」2025年10月23日更新（PDF） — kemi.se
19. Fischer A ほか「Thermal atomic layer etching: A review」J. Vac. Sci. Technol. A 39(3), 030801（2021年、査読論文・総説） — doi.org/10.1116/6.0000894
20. Kanarik KJ ほか「Predicting synergy in atomic layer etching」J. Vac. Sci. Technol. A 35(5), 05C302（2017年、査読論文） — doi.org/10.1116/1.4979019
21. Li Z ほか「Evaluating an alternative Pt-W alloy as a low-n EUV mask absorber: Film properties and imaging performance」iScience 29(8), 116912（2026年、査読論文・オープンアクセス） — doi.org/10.1016/j.isci.2026.116912

14. 主張と出典の対応表（監査）

最終更新：2026年10月9日／出典は一次情報（査読論文、EU規則・米国連邦規則、OECD・ECHAなどの公的資料）に限定しています。 構造の整理や材料設計上の読み取りを含むため、それらは「解説」として出典付きの事実と区別しています。 量産で使われるガス・条件、半導体製造の具体的なPFAS適用除外、他国の規制、排ガス除害、ALEの量産での使われ方は、確認できなかったため記載していません。 規制は、F-gas規則（施行済み）とPFAS制限案（審議中、採択・施行なし）の段階を分けて書いています。ガスのPFAS該当性は法的判断ではなく、OECDの定義の字面からの本記事の読み取りです。 図は説明用の概念図・作図です。図2〜図6・図8はベクター作図、図1と図7はAI生成イメージであり、いずれも実際の装置・工程・設備の写真や設計を示すものではありません。