JP2014120402A - 高速原子ビーム源、常温接合装置および常温接合方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】高速原子ビーム源は、筐体20と、電極体21とを具備している。筐体20は、リング形状を有し、リングの内側の面20pに等間隔又は連続的に並んだ複数の照射孔部22を備える。電極体21は、筐体20の内部に設けられ、リングの円周に沿って伸びる。筐体20および電極体21は、それぞれ筐体20の内部にサドルフィールド型の電界を発生させる陰極および陽極として構成される。複数の照射孔部22の各々におけるリングの内側の面は、リングの中心軸に向く。
【選択図】図4A
Description
このような高速原子ビーム源では、複数の照射孔部(22)から、サドルフィールド型の電界で加速された活性化ビームが、リングの中心軸へ向かって出射される。したがって、このような高速原子ビーム源は、その筐体(20)(リング)の中心軸上にウェハの中心が来るように大口径ウェハが設置されたとき、その大口径ウェハの表面に活性化ビームを、複数の照射孔部(22)から均一かつ十分に照射することができる。それにより、大口径ウェハの表面をより均一かつ十分に活性化することができる。ただし、その筐体(20)(リング)の内径は、大口径ウェハの直径よりも大きいものとする。このような高速原子ビーム源は、活性化ビームを出射する筐体(20)が大口径ウェハを囲むようなリングの形状を有しているので、その大きさを、大口径ウェハを一回り大きくした程度に収めることができる。それにより、高速原子ビーム源の大きさをコンパクトにすることができる。
このような高速原子ビーム源では、その筐体(20)(リング)の中心にウェハの中心が来るように大口径ウェハが設置されたとき、複数の照射孔部(22)は、ウェハの中心に対して、同心となる円周上に位置する。そして、複数の照射孔部(22)の照射軸(B)は活性化対象であるウェハの表面に対し、一定の角度(α)をもって入射する。したがって、このような高速原子ビーム源は、その大口径ウェハの表面に活性化ビームを、複数の照射孔部(22)からより均一かつ十分に照射することができる。それにより、大口径ウェハの表面を更により均一かつ十分に活性化することができる。
このような高速原子ビーム源は、部分筐体(20−i)の複数の照射孔部(22)の向き(X、Y、Z、θ)の変更が容易で、その変更幅を大きくすることができる。すなわち、活性化ビームの向きの変更が容易で、その変更幅を大きくすることができる。このことは、ビーム照射軸(B)のウェハに対する入射角(α)およびビームとウェハとが交差する点の位置座標の調整を調整可能であり、それゆえ、これら2つを合わせると、ビーム照射孔部(22)の中心点(24)からビームとウェハとが交差する点までの距離を調整可能であることを意味している。そのため、大口径のウェハ(基板)の表面をより容易に均一かつ十分に活性化することができる。また、このような高速原子ビーム源は、部分筐体(20−i)が円弧状なので、リング状の筐体よりも製造が容易であり、量産にも向いている。なお、照射孔部(22)の中心点(24)とは、照射孔部(22)にビームを放出するための開孔が複数集合している場合、それら全体を1つの開孔群と捉え、その見かけ上の幾何的な中心点を指すものとする。
このような高速原子ビーム源は、サドルフィールド型の電界を安定的に発生できる。その結果、大口径のウェハ(基板)の表面をより均一かつ十分に活性化することができる。
このような高速原子ビーム源は、リングの内側の面が平面を連続的に接合して形成できるので、曲面よりも製造が容易である。この場合、リングの外側の面は、同様に平面を連続的に接合して形成しても良いし、曲面を用いて形成しても良い。
このような高速原子ビーム源は、部分筐体(20−i)が平面を組み合わせて形成できるので、そうでない場合よりも製造が容易である。
このような高速原子ビーム源は、周囲から活性化ビームをウェハへ照射するので、大口径ウェハの表面を、より均一かつ十分に活性化することができる。
このような常温接合装置では、上記各段落のいずれかに記載の高速原子ビーム源の複数の照射孔部(22)から、サドルフィールド型の電界で加速された第1、第2活性化ビームが、上側および下側の大口径ウェハへ出射される。したがって、このような常温接合装置は、上側および下側の大口径ウェハの表面を、それぞれより均一かつ十分に活性化することができる。その結果、上側および下側の大口径ウェハをより適切に接合することが可能となる。また、このような常温接合装置は、上記各段落のいずれかに記載の高速原子ビーム源を用いているので、その高速原子ビーム源を含む装置全体の大きさをコンパクトにすることができる。
このような常温接合装置は、第1高速原子ビーム源(18)および第2高速原子ビーム源(17)の向きを所望の向きに調整することができる。それにより、上側および下側の大口径ウェハの表面を、それぞれ更により均一かつ十分に活性化することができる。その結果、上側および下側の大口径ウェハを更により適切に接合することが可能となる。
また、上記の常温接合装置は、上記の高速原子ビーム源(17)(18)において、筐体(20)が、リングを分割した円弧の形状を有する複数の部分筐体(20−1〜20−4)を備えていることが好ましい。複数の部分筐体が個々に位置調整機構(31)を具備することにより、ビーム照射軸(B)のウェハに対する入射角(α)およびビームとウェハとが交差する点の位置座標の調整、またこの2つを合わせて、ビーム照射孔部(22)の中心(24)から、ビームとウェハとが交差する点までの距離を調整可能となる。
このような常温接合装置は、第1高速原子ビーム源(18)および第2高速原子ビーム源(17)を、より簡便に所望の向き、位置に調整することができる。それにより、上側および下側の大口径ウェハの表面を、それぞれ更により容易に均一かつ十分に活性化することができる。その結果、上側および下側の大口径ウェハを更により適切に接合することが可能となる。
このような常温接合装置は、ウェハ外周辺に位置する金属部材にまでビームスパッタ効果が及ぶことが抑制され、上側および下側の大口径ウェハの表面を、それぞれ、より確実に、更により均一かつ十分に活性化することができる。その結果、上側および下側の大口径ウェハを更により適切に接合することが可能となる。
このような常温接合装置は、高速原子ビーム源および位置調整機構の数を相対的に減らすことができる。それにより、常温接合装置の大きさを更にコンパクトにすることができる。
このような常温接合装置は、複数の照射孔部(22)の各々から各基板へ概ね均等に活性化ビームが照射される。それにより、上側および下側の大口径ウェハの表面を、それぞれより均一かつ十分に活性化することができる。その結果、上側および下側の大口径ウェハをより適切に接合することが可能となる。
このような常温接合装置は、概ね20個以上の方向から活性化ビームをウェハへ照射するので、上側および下側の大口径ウェハの表面を、それぞれ、より確実に、より均一かつ十分に活性化することができる。その結果、上側および下側の大口径ウェハをより適切に接合することが可能となる。
このような高速原子ビーム源は、部分筐体(20−i)の複数の照射孔部(22)の向き(X、Y、Z、θ)の変更が容易で、その変更幅を大きくすることができる。すなわち、活性化ビームの向きの変更が容易で、その変更幅を大きくすることができる。そして、複数個組み合わせて常温接合装置に組み込むことで、大口径のウェハ(基板)の表面をより容易に均一かつ十分に活性化することができる。
このような常温接合方法は、上記各段落のいずれかに記載の常温接合装置を用いているので、上側および下側の大口径ウェハの表面を、それぞれより均一かつ十分に活性化することができる。その結果、上側および下側の大口径ウェハをより適切に接合することが可能となる。このような常温接合方法は、上記各段落のいずれかに記載の常温接合装置を用いているので、コンパクトに実施することができる。
第1の実施の形態に係る高速原子ビーム源、常温接合装置および常温接合方法について説明する。図1および図2は、それぞれ本実施の形態に係る常温接合装置の構成を模式的に示すXY断面図およびYZ断面図である。その常温接合装置1は、ロードロックチャンバー2と接合チャンバー3とを備えている。ロードロックチャンバー2および接合チャンバー3は、いずれも環境から内部を密閉する容器に形成されている。常温接合装置1は、更に、ゲート5とゲートバルブ6とを備えている。ゲート5は、ロードロックチャンバー2と接合チャンバー3との間に介設され、接合チャンバー3の内部とロードロックチャンバー2の内部とを接続している。ゲートバルブ6は、その常温接合装置1の常温接合装置制御装置(後述)に制御されることにより、ゲート5を閉鎖又は開放する。
静電チャック14は、接合チャンバー3の内部に配置され、位置決めステージキャリッジ11の鉛直上方に配置されている。静電チャック14は、鉛直方向に平行移動可能に接合チャンバー3に支持されている。静電チャック14は、アルミナ系セラミックに例示される絶縁体である誘電層から形成されている。静電チャック14は、鉛直方向に概ね垂直で平坦な面が下端に形成されている。静電チャック14は、更に、その誘電層の内部に配置される内部電極(図示されず)を備えている。静電チャック14では、常温接合装置制御装置に制御されることにより、その内部電極に所定の印加電圧が印加される。静電チャック14は、その内部電極に所定の印加電圧が印加されることにより、その誘電層の平坦な面の近傍に配置されるウェハw又は基板を静電力によって保持する。
高速原子ビーム源としての下側原子ビーム源17および上側原子ビーム源18は、上下の向きが逆であることを除いては同じ構造を有している。そのため、以下では、高速原子ビーム源として、下側原子ビーム源17について説明する。
第2の実施の形態に係る高速原子ビーム源、常温接合装置および常温接合方法について説明する。第1の実施の形態では一つのリング形状の高速原子ビーム源を用いているが、本実施の形態ではリングを分割した円弧の形状の複数の高速原子ビーム源を用いている。以下では、第1の実施の形態との相違点について主に説明する。
また、第1の実施の形態の効果に加えて、高速原子ビーム源の角度と距離を調節可能とすることで、エッチングの分布を微調整することが可能となり、より容易に均一な活性化面が得られるよう調整することができる。ウェハw面上でのエッチングレートおよびその分布は、高速原子ビーム源(表面活性化源)とウェハとの距離と照射軸の入射角とに相関があるためである。
第3の実施の形態に係る高速原子ビーム源、常温接合装置および常温接合方法について説明する。第2の実施の形態ではリングを複数に分割した形状の複数の上側原子ビーム源および複数の下側原子ビーム源を用いているが、本実施の形態では上側と下側とで高速原子ビーム源を分けず、上側と下側とに共通の高速原子ビーム源を用いている。以下では、第2の実施の形態との相違点について主に説明する。
また、分割型リング形状の高速原子ビーム源を上側および下側のウェハの活性化源として共用することで、ウェハ毎に高速原子ビーム源一式を備える第2の実施の形態の構成に比して、コストを削減可能であり、常温接合装置を小型化可能である。
第4の実施の形態に係る高速原子ビーム源、常温接合装置および常温接合方法について説明する。第2、第3の実施の形態ではリングを複数に分割した形状の高速原子ビーム源を用いているが、本実施の形態ではその高速原子ビーム源の形状を製造が容易になるように変更している。以下では、第2、3の実施の形態との相違点について主に説明する。
また、高速原子ビームやイオンビームの照射孔23を備える照射孔部22をカーボン材料のような曲面加工が難しい材料で製造する場合、面20pを平面にすることにより、照射孔部22を容易に製造することができる。それにより、高速原子ビーム源の製造コストを低減することができる。
2 :ロードロックチャンバー
3 :接合チャンバー
5 :ゲート
6 :ゲートバルブ
7 :棚
8 :搬送ロボット
9 :蓋
10:真空排気装置
11:位置決めステージキャリッジ
12:位置合わせ機構
14:静電チャック
15:圧接機構
16:活性化装置
17、17−k、17−1〜17−4:下側原子ビーム源
18、18−k、18−1〜18−4:上側原子ビーム源
19、19−k、19−ka、19−kb、19−1〜19−4:高速原子ビーム源
20:筐体
20−k、20−kj、20−k1〜20−k5:部分筐体
20a:陰極
20b:被覆部
20c:ガス導入口
20p、20ps:面
20q、20qs:面
21、21−k:電極体
22:照射孔部
23:照射孔
24:中心点
31、31a、31b:位置調整機構
61:ガス種切替機構
62−i、62−1〜62−4:ガス供給装置
63−i、63−1〜63−4:バルブ
64:管路
71:常温接合装置制御装置
72:搬送部
73:活性化部
74:接合部
Claims (15)
- リング形状を有し、前記リングの内側の面に等間隔又は連続的に並んだ複数の照射孔部を備える筐体と、
前記筐体の内部に設けられ、前記リングの円周に沿って伸びる電極体と
を具備し、
前記筐体および前記電極体は、それぞれ前記筐体の内部にサドルフィールド型の電界を発生させる陰極および陽極として構成され、
前記複数の照射孔部の各々における前記リングの内側の面は、前記リングの中心軸に向く
高速原子ビーム源。 - 請求項1に記載の高速原子ビーム源において、
前記複数の照射孔部における前記リングの内側の面の法線としての複数の照射軸は、前記リングの中心軸上の一点で交わる
高速原子ビーム源。 - 請求項1又は2に記載の高速原子ビーム源において、
前記筐体は、前記リングを分割した円弧の形状を有する複数の部分筐体を備え、
前記電極体は、前記複数の部分筐体の内部に設けられ、前記円弧に沿って伸びる複数の電極体を備える
高速原子ビーム源。 - 請求項1乃至3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、前記リングの円周に沿って伸び、上下に平行に並んだ二本の電極棒を含む
高速原子ビーム源。 - 請求項3に記載の高速原子ビーム源において、
前記複数の部分筐体の各々は、
前記リングの内側の面が、前記リングの中心軸を中心とする円に外接するように並んだ複数の平面で形成されている
高速原子ビーム源。 - 請求項3に記載の高速原子ビーム源において、
前記複数の部分筐体の各々は、複数の箱形筐体を含み、
前記複数の箱形筐体は、前記リングの中心軸を中心とする円に外接するように並んで配置される
高速原子ビーム源。 - 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、
前記複数の照射孔部の各々は、前記リングの円周に沿った横長の形状を有する
高速原子ビーム源。 - 第1基板の第1表面に照射される複数の第1活性化ビームをそれぞれ出射する第1高速原子ビーム源と、
第2基板の第2表面に照射される複数の第2活性化ビームをそれぞれ出射する第2高速原子ビーム源と、
前記第1表面と前記第2表面とが照射された後に、第1活性化表面と第2活性化表面とを接触させることにより、前記第1基板と前記第2基板とを接合する圧接機構と
を具備し、
前記第1高速原子ビーム源は、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を含み、
前記複数の第1活性化ビームは、前記複数の照射孔部から照射され、
前記リングの中心軸は、前記第1基板の中心と重なり、
前記第2高速原子ビーム源は、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を含み、
前記複数の第2活性化ビームは、前記複数の照射孔部から照射され、
前記リングの中心軸は、前記第2基板の中心と重なる
常温接合装置。 - 請求項8の常温接合装置において、
前記第1高速原子ビーム源と前記第2高速原子ビーム源とに対応する複数の位置調整機構を更に具備し、
前記複数の位置調整機構のうちの前記第1高速原子ビーム源に対応する位置調整機構は、前記第1高速原子ビーム源を、前記複数の照射孔部の複数の法線が前記第1活性化表面と所定の第1角度で交わるように、前記第1基板へ向け、
前記複数の位置調整機構のうちの前記第2高速原子ビーム源に対応する位置調整機構は、前記第2高速原子ビーム源を、前記複数の照射孔部の複数の法線が前記第2活性化表面と所定の第2角度で交わるように、前記第2基板へ向ける
常温接合装置。 - 請求項9の常温接合装置において、
前記第1高速原子ビーム源の前記複数の照射孔部の前記複数の法線と前記第1活性化表面とは、前記第1基板の中心近傍で交わり、
前記第2高速原子ビーム源の前記複数の照射孔部の前記複数の法線と前記第2活性化表面とは、前記第2基板の中心近傍で交わる
常温接合装置。 - 請求項8に記載の常温接合装置において、
前記第1高速原子ビーム源と前記第2高速原子ビーム源とが、前記筐体として、前記リングを分割した円弧の形状を有する複数の部分筐体を備えているとき、
前記第1高速原子ビーム源と前記第2高速原子ビーム源とは一体であり、
当該一体の高速原子ビーム源としての単一高速原子ビーム源は、
当該一体の高速原子ビーム源としての単一高速原子ビーム源に対応する複数の位置調整機構を更に具備し、
前記複数の位置調整機構は、
前記単一高速原子ビーム源を、前記複数の照射孔部の前記複数の法線が前記第1活性化表面と所定の第1角度で交わるように、前記第1基板へ向け、
前記単一高速原子ビーム源を、前記複数の照射孔部の前記複数の法線が前記第2活性化表面と所定の第2角度で交わるように、前記第2基板へ向ける
常温接合装置。 - 請求項8乃至11のいずれか一項に記載の常温接合装置において、
前記第1高速原子ビーム源および前記第2高速原子ビーム源は、前記複数の照射孔部が前記第1高速原子ビーム源又は前記第2高速原子ビーム源の中心軸に対して線対称となるように配置される
常温接合装置。 - 請求項12のいずれか一項に記載の常温接合装置において、
前記第1高速原子ビーム源および前記第2高速原子ビーム源の各々は、前記複数の照射孔部が前記リングの内周に概ね20個以上等分配置される、あるいは照射孔が連続して形成された形状を有する
常温接合装置。 - 請求項3に記載の高速原子ビーム源における複数の部分筐体のうちの一つとしての円弧の形状を有する単一の部分筺体を含む
高速原子ビーム源。 - 請求項8乃至13のいずれか一項に記載の常温接合装置を用いた常温接合方法であって、
第1高速原子ビーム源で、複数の第1活性化ビームを、それぞれ第1基板の第1活性化表面に照射する工程と、
第2高速原子ビーム源で、複数の第2活性化ビームを、それぞれ第2基板の第2活性化表面に照射する工程と、
圧接機構で、前記第1活性化表面と前記第2活性化表面とが照射された後に、前記第1活性化表面と前記第2活性化表面とを接触させることにより、前記第1基板と前記第2基板とを接合する工程と
を具備する
常温接合方法。
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