JP2014086400A - 高速原子ビーム源およびそれを用いた常温接合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不要な粒子の出射を抑制する。
【解決手段】高速原子ビーム源は、筺体１１と、電極体１２とを具備している。筺体１１は、箱形状を有し、一つの面にグリッド１４を備え、陰極となる。電極体１２は、筺体１１内に設けられ、サドルフィールド型の電界を発生させる陽極となる。筺体１１および電極体１２のうちの少なくとも一つは、電界で生成するイオンによりスパッタされ難い第１材料で少なくとも一部を形成されている、または、第１材料を用いた被覆層でイオンの照射し得る面の少なくとも一部を覆われている。
【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、高速原子ビーム源およびそれを用いた常温接合装置に関し、特に、サドルフィールド型の高速原子ビーム源およびそれを用いた常温接合装置に関する。

微細な電気部品や機械部品を集積化したＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスが知られている。そのＭＥＭＳデバイスとしては、マイクロマシン、圧力センサ、超小型モーターなどが例示される。半導体ウェハ上に形成されたＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）が積層されることにより作製される半導体デバイスが知られている。このような半導体デバイスは、リーク電流の増大や配線における信号遅延などを低減することができる。

真空雰囲気で活性化されたウェハ表面同士を接触させ、そのウェハを接合する常温接合が知られている。常温接合は、そのＭＥＭＳデバイスを作製することに好適であり、その半導体デバイスを作製することに好適である。そのため、近年、常温接合装置を使ったＭＥＭＳデバイスや半導体デバイスが生産されてきており、常温接合を利用したデバイスが普及しつつある。それに伴い、常温接合に対して、ウェハ同士を接合した接合面の清浄度をより高めることが望まれている。

常温接合装置では、接合を行うウェハの表面活性化用に用いるビーム源として、サドルフィールド型の高速原子ビーム源が用いられている。図１は、高速原子ビーム源を模式的に示す断面図である。高速原子ビーム源１０４は、筺体１１１と電極体１１２とを備えている。筺体１１１は、直方体の放電箱であり、一つの面にグリッド１１４を有している。電極体１１２は、２本の互いに平行な直線状の電極棒であり、筺体１１１の中を貫通している。電極体１１２の電極材にはグラファイト（黒鉛）が用いられている。電極体１１２は、直流電源１１３の正極に、筺体１１１は直流電源１１３の負極にそれぞれ接続される。

このとき、高速原子ビーム源１０４の動作は以下のようになる。筺体１１１へは導入口１１５から不活性ガス（例示：アルゴン（Ａｒ）ガス）が導入され、電極体１１２へは直流電源１１３から高電圧が印加される。それにより、電極体１１２（正極）と筺体１１１（負極）との間に生じるサドルフィールド型の電界により電子ｅが運動して、不活性ガスによるビームＢ（例示：アルゴン（Ａｒ）中性原子のビームやアルゴン（Ａｒ）イオンのビーム）が生成される。そのビームＢのうち、グリッド１１４に達したビームＢは、（イオンの場合にはグリッド１１４で中和されて）中性原子のビームＢとして、高速原子ビーム源１０４から出射される。

このとき、高速原子ビーム源１０４の内部では、電極である筺体１１１の内壁や電極体１１２の外面にもイオンや電子が衝突している。そのため、それら内壁や外面から電極材料が粒子ｐとして脱落する可能性がある。その場合、脱落した粒子ｐは、グリッド１１４を介して高速原子ビーム源１０４から放出され、ウェハｗへ付着することが考えられる。すなわち、脱落した粒子ｐがウェハの汚染の原因となることが考えられる。そうなると、常温接合において、接合用のウェハｗが粒子ｐで汚染されて、接合面にボイドが発生してしまうおそれがある。高速原子ビーム源から不要な粒子が出射されることを抑制する技術が望まれている。高速原子ビーム源からの発塵を抑制する技術が望まれている。

関連する技術として、特公平７−５０６３７号公報（特許第２０２１６２４号公報）（特許文献１）に高速原子線源が開示されている。この高速原子線源は、環状の陽極の両側に第１の冷陰極とビーム放出孔を有するグラファイト製の第２の冷陰極を各々配置すると共にこれらの電極間にガスを介在させて低圧ガス放電を発生させる一方、これら陽極および冷陰極の外周に磁石を配置して前記陽極、前記第１の冷陰極および前記第２の冷陰極との間に形成される電界に沿った方向に磁界を印加し、また前記陽極を中心として前記第１および第２の冷陰極間で振動する電子とイオンとが結合した高速原子線を前記ビーム放出孔から取り出す。

また、特開２００２−３０４４６号公報（特許文献２）に成膜方法、成膜装置、磁気テープの製造方法およびその装置が開示されている。この成膜方法は、真空ボックス内に設置された複数のアノード電極によりサドルフィールド型の静電界を発生させて、前記真空ボックス内に導入した反応ガスをプラズマ化し、このプラズマ中のイオンを前記静電界により加速して、前記真空ボックスの少なくとも１面を構成するグリットに前記加速イオンを衝突させて電子を発生させ、この発生した電子により前記加速イオンを中和することにより形成された中性アトムビームを基体上に放出して薄膜を成膜する。

また、特開平７−３７８５９号公報（特許文献３）に中性粒子線加工装置が開示されている。この中性粒子線加工装置は、プラズマ形成手段と該プラズマ形成手段からイオン線を引き出す手段と該イオン線を中性化し高速中性粒子線を形成する手段を有する。この中性粒子線加工装置は、さらに該高速中性粒子線を照射する被加工試料前面に該被加工試料表面に平行な磁場を形成し被加工試料への電子の入射を阻止する手段と、該被加工試料に該被加工試料への残留イオンの入射を阻止する直流電位を印加する手段を有する。

また、特許第３９７０３０４号公報（特許文献４）に常温接合装置が開示されている。この常温接合装置は、上側基板と下側基板とを常温接合するための真空雰囲気を生成する接合チャンバーと、前記接合チャンバーの内部に設置され、前記上側基板を前記真空雰囲気に支持する上側ステージと、前記接合チャンバーの内部に設置され、前記下側基板を前記真空雰囲気に支持するキャリッジと、前記キャリッジに同体に接合される弾性案内と、前記接合チャンバーの内部に設置され、水平方向に移動可能に前記弾性案内を支持する位置決めステージと、前記弾性案内を駆動して前記水平方向に前記キャリッジを移動する第１機構と、前記水平方向に垂直である上下方向に前記上側ステージを移動する第２機構と、前記接合チャンバーの内部に設置され、前記下側基板と前記上側基板とが圧接されるときに、前記上側ステージが移動する方向に前記キャリッジを支持するキャリッジ支持台とを具備する。前記弾性案内は、前記下側基板と前記上側基板とが接触しないときに前記キャリッジが前記キャリッジ支持台に接触しないように前記キャリッジを支持し、前記下側基板と前記上側基板とが圧接されるときに前記キャリッジが前記キャリッジ支持台に接触するように弾性変形する。

特公平７−５０６３７号公報（特許第２０２１６２４号公報） 特開２００２−３０４４６号公報 特開平７−３７８５９号公報 特許第３９７０３０４号公報

本発明の目的は、不要な粒子が出射されることを抑制することが可能な高速原子ビーム源を提供することにある。
本発明の他の目的は、発塵を抑制することが可能な高速原子ビーム源を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、接合用のウェハにおける粒子等による汚染を抑制することが可能な常温接合装置を提供することにある。

以下に、発明を実施するための形態・実施例で使用される符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を記載する。この符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態・実施例の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による高速原子ビーム源は、筺体（１１）と、電極体（１２）とを具備している。筺体（１１）は、箱形状を有し、一つの面にグリッド（１４）を備え、陰極となる。電極体（１２）は、筺体（１１）内に設けられ、サドルフィールド型の電界を発生させる陽極となる。筺体（１１）および電極体（１２）のうちの少なくとも一つは、電界で生成するイオンによりスパッタされ難い第１材料で少なくとも一部を形成されている、または、第１材料を用いた被覆層でイオンの照射し得る面の少なくとも一部を覆われている。このような高速原子ビーム源では、筺体（１１）および電極体（１２）のうちの少なくとも一つがイオンでスパッタされて脱落し、その脱落した粒子が高速原子ビーム源から出射する、という現象を抑制することができる。すなわち、高速原子ビーム源からの発塵を抑制することができる。それにより、この高速原子ビーム源を常温接合に用いた場合、その脱落した粒子が接合ウェハに到達し、残存することを抑制することができる。ここで、スパッタされ難い材料とは、例えばアルゴンガス（Ａｒ）でスパッタする場合、アルゴンスパッタ収率が相対的に低い材料（アルゴンスパッタ収率が予め設定された所定の基準値よりも低い材料）である。所定の基準値としては、従来電極材料として用いられているグラファイトのアルゴンスパッタ収率が例示される。被覆層は、照射し得る面に形成された膜や層である。薄板状の部材や分離可能な部材であっても良い。

本発明による高速原子ビーム源において、第１材料は、グラファイトよりもイオンによりスパッタされ難い材料を含んでいることが好ましい。このような高速原子ビーム源は、従来使用されていたグラファイト（黒鉛）よりもイオンでスパッタされ難いので、従来の高速原子ビーム源と比較して脱落する粒子を少なく抑えることができる。

本発明による高速原子ビーム源において、第１材料は、グラファイトよりも発塵性が低い材料を含んでいることが好ましい。このような高速原子ビーム源は、従来使用されていたグラファイト（黒鉛）よりも発塵し難いので、従来の高速原子ビーム源と比較して発塵を抑えることができる。

本発明による高速原子ビーム源において、第１材料は、ガラス状カーボンを含んでいることが好ましい。このような高速原子ビーム源では、従来使用されていたグラファイト（黒鉛）よりもガラス状カーボンの方がイオンでスパッタされ難く、発塵性も低いので、従来の高速原子ビーム源と比較して、脱落する粒子を少なく抑えることができ、発塵を抑えることができる。

本発明による高速原子ビーム源において、第１材料は、タングステン、モリブデン、チタン、ニッケル、それらの化合物、およびそれらの合金のグループから選択される材料を含んでいることが好ましい。このような高速原子ビーム源では、従来使用されていたグラファイト（黒鉛）よりもタングステン、モリブデン、チタン、ニッケル等の方がイオンでスパッタされ難く、発塵性も低いので、従来の高速原子ビーム源と比較して、脱落する粒子を少なく抑えることができ、発塵を抑えることができる。

本発明による高速原子ビーム源において、電極体（１２）は、筺体（１１）内の第１面に一端を、第１面に対向する第２面に他端を接続され、互いに平行な、直線状の複数の電極棒（１２）を含んでいることが好ましい。このような高速原子ビーム源は、高速原子ビームを効率的に出射できる。

本発明による高速原子ビーム源において、筺体（１１）における第１材料で形成する少なくとも一部は、または、筺体（１１）における被覆層で覆われる少なくとも一部は、筺体（１１）における電極体（１２）から最も近い領域を含む部分であることが好ましい。このような高速原子ビーム源では、最も粒子の脱落が発生し易い場所を第１材料で形成し、または、第１材料で覆っているので、粒子の脱落を少なく抑えることができ、発塵を抑制することができる。

本発明の常温接合装置は、真空容器（２）と、第１保持機構（４３−１）と、第２保持機構（４２）と、高速原子ビーム源（４）と、圧接機構（４３−２）とを具備している。第１保持機構（４３−１）は、真空容器（２）内に設けられ、第１基板を保持する。第２保持機構（４２）は、真空容器（２）内に設けられ、第２基板を保持する。高速原子ビーム源（４）は、真空容器（２）に設けられ、第１基板および第２基板の被接合面に照射される活性化ビームを出射する、上記各段落のいずれか一段落に記載されている。圧接機構（４３−２）は、真空容器（２）に設けられ、活性化ビームを照射された第１基板および第２基板の被接合面を重ね合わせて接合する。このような常温接合装置では、高速原子ビーム源から脱落した粒子が出射したり、高速原子ビーム源から発塵したりすることを抑制することができる。それにより、その脱落した粒子が接合ウェハに到達し、残存することを抑制することができる。

本発明による高速原子ビーム源は、不要な粒子が出射されることを抑制することが可能となる。本発明による高速原子ビーム源は、発塵を抑制することが可能となる。本発明による常温接合装置は、接合用のウェハにおける粒子等による汚染を抑制することができる。

図１は、高速原子ビーム源を模式的に示す断面図である。 図２は、本実施の形態に係る常温接合装置の構成を示す断面図である。 図３は、本実施の形態に係る常温接合装置の構成を示す他の断面図である。 図４Ａは、第１の実施の形態に係る高速原子ビームの構成を模式的に示す断面図である。 図４Ｂは、実施の形態に係る高速原子ビームの構成の一例を模式的に示す斜視図である。 図５は、第２の実施の形態に係る高速原子ビームの構成を模式的に示す断面図である。 図６は、第３の実施の形態に係る高速原子ビームの構成を模式的に示す断面図である。 図７は、第４の実施の形態に係る高速原子ビームの構成を模式的に示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る高速原子ビームおよびそれを用いた常温接合装置の実施の形態について説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態に係る常温接合装置の構成について説明する。
図２は、本実施の形態に係る常温接合装置の構成を示す断面図（水平断面）である。常温接合装置１は、接合チャンバー２と、ロードロックチャンバー３とを備えている。接合チャンバー２とロードロックチャンバー３は、内部を環境から密閉する真空容器である。常温接合装置１は、さらに、ゲートバルブ５を備えている。ゲートバルブ５は、接合チャンバー２とロードロックチャンバー３との間に介設され、接合チャンバー２の内部とロードロックチャンバー３の内部とを接続するゲートを閉鎖し、または、開放する。

ロードロックチャンバー３は、第１カートリッジ台６と第２カートリッジ台７と搬送装置８とを内部に備えている。第１カートリッジ台６は、第１カートリッジ２０が配置される。第１カートリッジ２０は、ウェハ（基板）ｗを載せるために利用される。第２カートリッジ台７は、第２カートリッジ２１が配置される。第２カートリッジ２１は、ウェハ（基板）ｗを載せるために利用される。このとき、カートリッジ台６、７、カートリッジ２０、２１は、複数個あっても構わない。ロードロックチャンバー３は、さらに、図示されていない真空ポンプと蓋とを備えている。その真空ポンプは、ロードロックチャンバー３の内部から気体を排気する。その蓋は、ロードロックチャンバー３の外部と内部とを接続するゲートを閉鎖し、大気雰囲気にすることで開放することができる。第１カートリッジ２０と第２カートリッジ２１とは、その蓋を介してロードロックチャンバー３に出し入れされる。

搬送装置８は、第１アーム２５と第２アーム２６と第３アーム２７とを備えている。第１アーム２５と第２アーム２６と第３アーム２７とは、それぞれ、棒状に形成されている。第１アーム２５は、ロードロックチャンバー３の床板に支持された第１アーム２５の端部の第１節に、その回転軸２２を中心に回転可能に支持されている。第２アーム２６は、第１アーム２５と第２アーム２６との間の第２節に、その回転軸２３を中心に回転可能に支持されている。第３アーム２７は、第２アーム２６と第３アーム２７との間の第３節に、その回転軸２４を中心に回転可能に支持されている。各回転軸は、鉛直方向に平行である。第３アーム２７は、第３節に接合される端と反対側の端に、爪が形成されている。爪は、ウェハｗ、または、カートリッジ２０またはカートリッジ２１を把持するために利用される。

搬送装置８は、さらに、図示されていない昇降機構と伸縮機構とを備えている。その昇降機構は、ユーザの操作により、第１アーム２５を昇降させて、爪により把持されるウェハｗ、または、カートリッジ２０またはカートリッジ２１を昇降させる。その伸縮機構は、第１節と第２節と第３節とを制御して第３アーム２７の長手方向に平行に第３アーム２７を平行移動させる。搬送装置８は、ゲートバルブ５を介して第１カートリッジ２０または第２カートリッジ２１に配置されたウェハｗを接合チャンバー２に搬送すること、または、ゲートバルブ５を介して接合チャンバー２に配置されたウェハｗを第１カートリッジ２０または第２カートリッジ２１に搬送することに利用される。

接合チャンバー２は、真空ポンプ３１と高速原子ビーム源４とを備えている。接合チャンバー２は、容器を形成する壁３４の一部分に排気口３５が形成されている。真空ポンプ３１は、接合チャンバー２の外部に配置され、排気口３５を介して接合チャンバー２の内部から気体を排気する。高速原子ビーム源４は、複数の高速原子ビーム源４−１ａ〜４−ｎａ、４−１ｂ〜４−ｎｂ（ｎは任意の数）を備えている。この図の例では、ｎ＝４である。ただし、高速原子ビーム源４−ｉａ（ｉは１からｎのいずれかの整数）と高速原子ビーム４−ｉｂとは平面視で同じ位置にあり、高速原子ビーム源４−ｉａは上側に、高速原子ビーム４−ｉｂは下側にそれぞれ設けられている。複数の高速原子ビーム源４−１ａ〜４−ｎａおよび複数の高速原子ビーム源４−１ｂ〜４−ｎｂは、各々、キャリッジ４６の上面および試料台４３−１（後述）の下面に設置されたウェハｗに向けられて配置され、それらウェハｗに向けて加速された高速原子ビームを放出する。その高速原子ビームとしては、中性なアルゴン原子ビームが例示される。

壁３４は、一部分に扉３７が形成されている。扉３７は、ヒンジ３８を備えている。ヒンジ３８は、壁３４に対して回転可能に扉３７を支持している。壁３４は、さらに、一部分に窓３９が形成されている。窓３９は、気体を透過しないで可視光を透過する材料から形成されている。窓３９は、ユーザが高速原子ビーム源４により荷電粒子が照射される対象または接合状態を接合チャンバー２の外部から見えるように配置されている。

図３は、本実施の形態に係る常温接合装置の構成を示す他の断面図（鉛直断面）である。接合チャンバー２は、さらに、上側ステージ４１と下側ステージ４２とを内部に備えている。上側ステージ４１は、試料台４３−１と圧接機構４３−２とを備えている。試料台４３−１は、接合チャンバー２に対して鉛直方向に平行移動可能に支持されている。試料台４３−１は、その下端に誘電層を備え、その誘電層とウェハｗとの間に電圧を印加し、静電力によってウェハｗをその誘電層に吸着する。圧接機構４３−２は、ユーザの操作により、試料台４３−１を接合チャンバー２に対して鉛直方向に平行移動させる。

下側ステージ４２は、ウェハｗまたは、ウェハｗを搭載したカートリッジ２０またはカートリッジ２１を上端に支持する。下側ステージ４２は、位置決めステージ４４とキャリッジ支持台４５とキャリッジ４６と弾性案内４７とを備えている。下側ステージ４２は、さらに、図示されていない位置決め機構を備えている。複数の高速原子ビーム源４−１ａ〜４−ｎａは、上側ステージ４１に支持されるウェハｗと下側ステージ４２に支持されるウェハｗとが離れているときに、上側ステージ４１に支持されるウェハｗに向けられている。一方、複数の高速原子ビーム源４−１ｂ〜４−ｎｂは、上側ステージ４１に支持されるウェハｗと下側ステージ４２に支持されるウェハｗとが離れているときに、下側ステージ４２に支持されるウェハｗに向けられている。

なお、図２および図３に図示されないが、接合チャンバー２は、さらに、下側ターゲット保持基板、上側ターゲット保持基板、下側ターゲット移動機構および上側ターゲット移動機構を備えていてもよい。その場合、下側ターゲット保持基板は、下側ステージ４２の高速原子ビーム源４側の水平方向横に設けられる。下側ターゲット移動機構は、下側ターゲット保持基板を、鉛直方向および水平方向に移動可能に保持し、さらに、高速原子ビーム源４の開口部に対する向き、ウェハｗに対する向きを変更可能に保持している。上側ターゲット保持基板は、試料台４３−１の高速原子ビーム源４側の水平方向横に設けられている。上側ターゲット移動機構は、上側ターゲット保持基板を、鉛直方向および水平方向に移動可能に保持し、さらに、高速原子ビーム源４の開口部に対する向き、ウェハｗに対する向きを変更可能に保持している。各ターゲット保持基板は、各ターゲット移動機構により、少なくとも高速原子ビーム源４からの高速原子ビームが、ターゲットの被照射面と交わらない位置まで移動できる。

ターゲットは、下側ターゲット保持基板の上面、および／または、上側ターゲット保持基板の下面に載置されている。ターゲットは、板状のバルク形状を有している。ターゲットの材料としては、上側のウェハｗと下側のウェハｗとを接合するとき、両ウェハｗの接合を補助する中間層として適切な材料を用いる。当該材料は、両ウェハｗの接合面の状況により適宜選択される。当該材料とてしは、金属材料（合金材料を含む）、半導体材料、絶縁体材料に例示される。

次に、本実施の形態に係る複数の高速原子ビーム源４−１ａ〜４−ｎａ、４−１ｂ〜４−ｎｂについてさらに説明する。ただし、複数の高速原子ビーム源４−１ａ〜４−ｎａ、４−１ｂ〜４−ｎｂは構成が同じであるので、以下では一つの高速原子ビーム源４について説明する。図４Ａおよび図４Ｂは、本実施の形態に係る高速原子ビーム源４の構成の一例を模式的に示す断面図および斜視図である。高速原子ビーム源４は、筺体１１と電極体１２とを備えている。筺体１１は、箱形状を有し、一つの面にグリッド１４を備え、陰極として機能する。電極体１２は、筺体１１内に設けられ、サドルフィールド型の電界を発生させる陽極として機能する。図４Ａおよび図４Ｂの例では、電極体１１２は、２本の互いに平行な直線状の電極棒であり、筺体１１の中を貫通している。電極体１２は、直流電源１３の正極に、筺体１１は直流電源１３の負極にそれぞれ接続される。それにより、電極体１２と筺体１１との間に高電圧が印加され、筺体１１内にサドルフィールド型の電界が生成される。

筺体１１および電極体１２は、その電界で生成するイオンによりスパッタされ難い第１材料で形成されている。ここで、その電界でスパッタされ難い材料とは、例えば高速原子ビーム源４にアルゴンガス（Ａｒ）を用いる場合、筺体１１および電極体１２は主にアルゴンイオンでスパッタされることから、アルゴンスパッタ収率が相対的に低い材料（アルゴンスパッタ収率が予め設定された所定の基準値よりも低い材料）ということができる。ただし、所定の基準値としては、実験的またはシミュレーションなどにより設定した数値であっても良いし、従来電極材料として用いられているグラファイトのアルゴンスパッタ収率であっても良い。

このようにすることで、筺体１１および電極体１２がイオンでスパッタされて脱落し、その脱落した粒子が高速原子ビーム源４から出射する、という現象を抑制することができる。すなわち、高速原子ビーム源４からの発塵を抑制することができる。なお、筺体１１および電極体１２の両方ではなく、筺体１１を第１材料で形成するだけでも、前述の効果を十分に奏することができる。筺体１１から脱落する粒子が多いからである。

第１材料は、グラファイトよりもイオンによりスパッタされ難い材料を含むことが好ましい。それにより、グラファイトを用いる従来の高速原子ビーム源４よりも粒子の発生を少なく抑制することができる。あるいは、第１材料は、グラファイトよりも発塵性が低い材料を含むことが好ましい。それにより、グラファイトを用いる従来の高速原子ビーム源４よりも発塵を抑制することができる。これらのような第１材料としては、例えばガラス状カーボンが挙げられる。ガラス状カーボンは、スパッタされ難い材料、発塵性の低い材料として好ましいだけでなく、筺体１１および電極体１２の本来的な機能を発揮するうえでも好ましい材料である。

材料としてのガラス状カーボンとしては、日立化成工業株式会社（Ｈｉｔａｃｈｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）のガラス状炭素（Ｇｌａｓｓ−ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）や、日清紡ケミカル株式会社（Ｎｉｓｓｈｉｎｂｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｃ．）のガラス状カーボン（Ｇｌａｓｓ−ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）が例示される。

次に、高速原子ビーム源４の動作について説明する。
高速原子ビーム源４において、筺体１１へは導入口１５から不活性ガス（例示：アルゴン（Ａｒ）ガス）が導入され、電極体１２へは直流電源１３から高電圧が印加される。それにより、電極体１２（正極）と筺体１１（負極）との間にサドルフィールド型の電界が形成される。その電界により筺体１１中の電子ｅが運動して、不活性ガスによるビームＢ（例示：アルゴン（Ａｒ）中性原子のビームやアルゴン（Ａｒ）イオンのビーム）が生成される。そのビームＢのうち、グリッド１４に達したビームＢは、（イオンの場合にはグリッド１４で近傍の電子との衝突により電気的に中和されて）中性原子のビームＢとして、高速原子ビーム源４から出射される。

このとき、高速原子ビーム源４の内部では、電極である筺体１１の内壁や電極体１２の外面にもイオンや電子が衝突している。そのため、それら内壁や外面から電極材料が粒子として脱落する可能性がある。しかし、本実施の形態では、筺体１１や電極体１２がイオンによりスパッタされ難い第１材料（例示：ガラス状カーボン）で形成されている。そのため、筺体１１の内壁や電極体１２の外面にイオンが衝突しても、それら内壁や外面からの電極材料の脱落を抑制することができる。脱落する粒子の量を大幅に削減できるので、脱落した粒子の出射を大幅に抑制することができる。

次に、常温接合装置１の動作（常温接合方法）について説明する。
接合チャンバー２内部が真空雰囲気の状態において、搬送装置８を用いて、ロードロックチャンバー３から、第１カートリッジ２０に装填されたウェハｗが上側ステージ４１にセットされ、第２カートリッジ２１に装填されたウェハｗが下側ステージ４２にセットされる。次に、上側ステージ４１のウェハｗと下側ステージ４２のウェハｗとが離れた状態で、上側ステージ４１のウェハｗに、複数の高速原子ビーム源４−１ａ〜４−ｎａにより高速原子ビームが放出される。それと共に、下側ステージ４２のウェハｗに、複数の高速原子ビーム源４−１ｂ〜４−ｎｂにより高速原子ビームが放出される。それらの高速原子ビームは、それらのウェハｗに照射され、それらのウェハｗの表面に形成される酸化物等を除去し、それらのウェハｗの表面に付着している不純物を除去する。その後、上側ステージ４１の圧接機構４３−２により、試料台４３−１が鉛直下方向に下降して、上側ステージ４１のウェハｗと下側ステージ４２のウェハｗとが接合される。接合されたウェハｗは搬送装置８により、ロードロックチャンバー３へ搬出される。

このとき、上述のような構成を有する高速原子ビーム源４（４−１ａ〜４−ｎａ、４−１ｂ〜４−ｎｂ）を用いているので、高速原子ビーム源４により高速原子ビームがウェハｗへ放出されるとき、高速原子ビームと共に放出される脱落した粒子の量を大幅に抑制することができる。その結果、ウェハｗに到達する脱落した粒子の量を大幅に抑制することが可能になる。一例として、第１材料としてガラス状カーボンを用いた場合、従来のグラファイトを用いた場合と比較して、ウェハ上の粒子の数を少なくすることができる。このように、ウェハ上の粒子の数を抑制できるので、接合用のウェハが粒子で汚染されて、接合面にボイドが発生してしまう可能性を大幅に抑制することができる。

以上のように、本実施の形態による高速原子ビーム源は、不要な粒子が出射されることを抑制することが可能となる。また、本実施の形態による高速原子ビーム源は、発塵を抑制することが可能となる。また、本実施の形態による常温接合装置は、接合用のウェハにおける粒子等による汚染を抑制することができる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る高速原子ビーム源および常温接合装置について説明する。本実施の形態では、高速原子ビーム源の材料が、第１の実施の形態と相違している。以下では、その相違点について主に説明する。本実施の形態では、第１の実施の形態の筺体１１および電極体１２が、それぞれ筺体１１Ａおよび電極体１２Ａに置き換えられている。

図５は、本実施の形態に係る高速原子ビーム源４の構成の一例を模式的に示す断面図である。本実施の形態では、筺体１１Ａおよび電極体１２Ａは、その電界で生成するイオンによりスパッタされ難い第１材料を用いた被覆層で、イオンの照射し得る面を覆われている。具体的には、筺体１１Ａは、その本体部分１１ａの内壁の表面が、第１材料の被覆層１１ｂで覆われている。また、電極体１２Ａは、その本体部分１２ａの外側の表面が、第１材料の被覆層１２ｂで覆われている。ここで、被覆層は、本体部分１１ａ、１２ａの表面に形成された膜や層である。薄板状の部材や分離可能な部材であっても良い。この場合にも、それにより、筺体１１Ａおよび電極体１２Ｂがイオンでスパッタされて脱落し、その脱落した粒子が高速原子ビーム源４から出射する、という現象を抑制することができる。すなわち、高速原子ビーム源４からの発塵を抑制することができる。

ここで、被覆層１１ｂの外側の筺体１１Ａの本体部分１１ａおよび被覆層１２ｂの内側の電極体１２Ａの本体部分１２ａの材料は、特に問わないが、従来用いられてきたグラファイトを用いることができる。また、第１材料については、第１の実施の形態に記載のとおりである。したがって、筺体１１Ａの一例としては、グラファイト製の筺体本体部分１１ａと、ガラス状カーボン製の被覆層１１ｂとから構成される。同様に、電極体１２Ａの一例としては、グラファイト製の電極体本体部分１２ａと、ガラス状カーボン製の被覆層１２ｂとから構成される。

被覆層１１ｂ、１２ｂは、第１材料またはそれを含む材料をコーティングしたり、成膜したり、含浸させたり、反応させたりする方法で形成することができる。形成する方法としては、第１材料の種類に応じて適宜従来知られた適切な方法を選択することができる。

本実施の形態についても、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
加えて、被覆層を本体部分の表面にコーティング等で形成するだけで良いので、複雑な形状の部品でも容易に製造することができる。さらに、既存の装置に対してもコーティング等するだけでそのまま適用することができる。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る高速原子ビーム源および常温接合装置について説明する。本実施の形態では、高速原子ビーム源の材料が、第１の実施の形態と相違している。以下では、その相違点について主に説明する。本実施の形態では、第１の実施の形態の筺体１１および電極体１２が、それぞれ筺体１１Ｂおよび電極体１２Ｂに置き換えられている。

図６は、本実施の形態に係る高速原子ビーム源４の構成の一例を模式的に示す断面図である。本実施の形態では、筺体１１Ｂは、その電界で生成するイオンによりスパッタされ難い第１材料で一部を形成されている。具体的には、筺体１１Ｂは、イオンの衝突による影響が特に大きい部分が第１材料で形成されている。そのイオンの衝突による影響が特に大きい部分としては、図６の例では、筺体１１Ｂにおける電極体１２Ｂから最も近い領域を含む部分１１ｄである。あるいは、従来の筺体１１１における最もスパッタされて削られている（部材の厚みが薄くなっている）部分でもよい。この場合にも、それにより、筺体１１Ｂがイオンでスパッタされて脱落し、その脱落した粒子が高速原子ビーム源４から出射する、という現象を抑制することができる。すなわち、高速原子ビーム源４からの発塵を抑制することができる。

ただし、部分１１ｄそのものを第１材料で形成するのではなく、第２の実施の形態のように、部分１１ｄの表面を、第１材料を用いた被覆層で覆っていても良い。すなわち、筺体１１Ｂは、電極体１２Ｂから最も近い領域を含む部分１１ｄ（あるいは最も削られ易い領域を含む部分１１ｄ）の内壁の表面が、第１材料の被覆層で覆われていてもよい。

本実施の形態では、イオンの衝突による影響が大きい箇所（例示：部分１１ｄ）には第１材料を使用している。第１材料については、第１の実施の形態に記載のとおりである。一方、イオンの衝突による影響が小さい箇所（例示：筺体１１Ｂの残りの部分１１ｃ、電極体１２Ｂ）に使用する材料は、特に問わないが、従来用いられてきたグラファイトを用いることができる。したがって、筺体１１Ｂの一例としては、ガラス状カーボン製の部分１１ｄと、グラファイト製の残りの部分１１ｃとから構成される。筺体１１Ｂの部分１１ｄは、板状の部材を用いることができる。また、電極体１２Ｂの一例としては、グラファイトで構成される。

本実施の形態についても、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
加えて、スパッタの悪影響の大きい部分の交換のみで済むため、低コストで効果を奏することができる。

（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態に係る高速原子ビーム源および常温接合装置について説明する。本実施の形態では、高速原子ビーム源の材料が、第１の実施の形態と相違している。以下では、その相違点について主に説明する。本実施の形態では、第１の実施の形態の筺体１１および電極体１２が、それぞれ筺体１１Ｃおよび電極体１２Ｃに置き換えられている。

図７は、本実施の形態に係る高速原子ビーム源４の構成の一例を模式的に示す断面図である。本実施の形態では、筺体１１Ｃおよび電極体１２Ｃは、その電界で生成するイオンによりスパッタされ難い第１材料であって、カーボン系以外の材料で形成されている。その場合にも、筺体１１Ｃおよび電極体１２Ｃがイオンでスパッタされて脱落し、その脱落した粒子が高速原子ビーム源４から出射する、という現象を抑制することができる。すなわち、高速原子ビーム源４からの発塵を抑制することができる。

ここで、第１材料としては、その電界で生成するイオンによりスパッタされ難い材料であってカーボン以外の材料である。その第１材料としては、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、それらの化合物、それらの合金のいずれかに例示される。より具体的には、タングステン（Ｗ）、タングステン合金（Ｗ合金）、炭化タングステン（ＷＣ）、モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン合金（Ｍｏ合金）、ほう化チタン（ＴｉＢ）が好ましい。

本実施の形態についても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
加えて、脱落した粒子としてカーボンを含まなくすることができるので、カーボンの含有を嫌うデバイスに対して、常温接合の選択性が拡がる。

本発明は上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変形または変更され得ることは明らかである。各実施の形態の技術は、技術的矛盾の発生しない限り、他の実施の形態で用いることが可能である。

１ ：常温接合装置
２ ：接合チャンバー
３ ：ロードロックチャンバー
４、４−１ａ〜４−ｎａ、４−１ｂ〜４−ｎｂ ：高速原子ビーム源
５ ：ゲートバルブ
６ ：第１カートリッジ台
７ ：第２カートリッジ台
８ ：搬送装置
１１：筺体
１１ａ：本体部分
１１ｂ：被覆層
１１ｃ：部分
１１ｄ：部分
１２：電極体
１２ａ：本体部分
１２ｂ：被覆層
１３：直流電源
１４：グリッド
２０：第１カートリッジ
２１：第２カートリッジ
２２：回転軸
２３：回転軸
２４：回転軸
２５：第１アーム
２６：第２アーム
２７：第３アーム
３１：真空ポンプ
３３：電子銃
３４：壁
３５：排気口
３６：照射方向
３７：扉
３８：ヒンジ
３９：窓
４１：上側ステージ
４２：下側ステージ
４３−１：試料台
４３−２：圧接機構
４４：位置決めステージ
４５：キャリッジ支持台
４６：キャリッジ
４７：弾性案内

Claims (8)

1. 箱形状を有し、一つの面にグリッドを備え、陰極となる筺体と、
   前記筺体内に設けられ、サドルフィールド型の電界を発生させる陽極となる電極体と
   を具備し、
   前記筺体および前記電極体のうちの少なくとも一つは、前記電界で生成するイオンによりスパッタされ難い第１材料で少なくとも一部を形成されている、または、前記第１材料を用いた被覆層で前記イオンの照射し得る面の少なくとも一部を覆われている
   高速原子ビーム源。
2. 請求項１に記載の高速原子ビーム源において、
   前記第１材料は、グラファイトよりもイオンによりスパッタされ難い材料を含む
   高速原子ビーム源。
3. 請求項１に記載の高速原子ビーム源において、
   前記第１材料は、グラファイトよりも発塵性が低い材料を含む
   高速原子ビーム源。
4. 請求項２または３に記載の高速原子ビーム源において、
   前記第１材料は、ガラス状カーボンを含む
   高速原子ビーム源。
5. 請求項２または３に記載の高速原子ビーム源において、
   前記第１材料は、タングステン、モリブデン、チタン、ニッケル、それらの化合物、およびそれらの合金のグループから選択される材料を含む
   高速原子ビーム源。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の高速原子ビーム源において、
   前記電極体は、前記筺体内の第１面に一端を、前記第１面に対向する第２面に他端を接続され、互いに平行な、直線状の複数の電極棒を含む
   高速原子ビーム源。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の高速原子ビーム源において、
   前記筺体における前記第１材料で形成する前記少なくとも一部は、または、前記筺体における前記被覆層で覆われる前記少なくとも一部は、前記筺体における前記電極体から最も近い領域を含む部分である
   高速原子ビーム源。
8. 真空容器と、
   前記真空容器内に設けられ、第１基板を保持する第１保持機構と、
   前記真空容器内に設けられ、第２基板を保持する第２保持機構と、
   前記真空容器に設けられ、前記第１基板および前記第２基板の被接合面に照射される活性化ビームを出射する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の高速原子ビーム源と、
   前記真空容器に設けられ、前記活性化ビームを照射された前記第１基板および前記第２基板の前記被接合面を重ね合わせて接合する圧接機構と
   を具備する
   常温接合装置。

Images