JP2023178892A - 陰極、高速原子ビーム線源、接合基板の製造方法、および、陰極の再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高速原子ビーム線源からのパーティクル堆積物の放出を抑制でき、高速原子ビーム線源内の真空度の低下を抑制する技術を提供する。【解決手段】高速原子ビーム線源５００において、陰極１００は、６つの内面を有する。内面は、６枚の平板状の陰極部材１０３から構成され、陰極内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入口１０２と、陰極の外部に高速原子ビームを放出する粒子線放出口１０１と、を有する。陰極部材の平面は、ブロック体３００が貼り付けられているブロック体貼付領域を有する。ブロック体貼付領域は、高速原子ビーム線源の使用により発生するスパッタリングによる陰極部材の除去量よりも、スパッタリングにより発生したスパッタ塵の再付着量の方が大きい領域である。ブロック体の体積は、陰極の内部の体積に対して、体積割合１％～１５％であり、ブロック体の陰極の内部に対する接着面において、粘着材の貼付面積が２５％以上である。【選択図】図３

Description

本発明は、陰極、高速原子ビーム線源、接合基板の製造方法、および、陰極の再生方法に関する。

基板同士を接合する技術の一つに、高速原子ビーム照射を用いた常温接合技術がある。これは、接合対象の基板の接合対象面に原子ビームを照射して表面汚染や酸化膜を除去するとともに、結合手であるダングリングボンドを露出させて表面活性化したのち、基板の接合対象面同士を重ね合わせて、常温にて圧接することで基板同士を接合する技術である。

常温接合に用いられる原子ビーム線源としては、サドルフィールド型の高速原子ビーム線源が用いられている（例えば、特許文献１参照。）サドルフィールド型の高速原子ビーム線源は、内部に陽極を有する陰極筐体内にアルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガス（以下、アルゴンガスを例示して説明する。）を供給し、陽極‐陰極間の電圧印加により不活性ガス原子をイオン化し、陰極の一部に設けた開口部からＡｒ原子ビームを取り出し、基板へ照射するものである。なお、Ａｒイオンの大部分は陰極に向かう途中で電子と再結合して中性のＡｒ原子ビームとなり照射されるため、Ａｒ原子同士の静電反発が少なく、指向性の高い原子ビームとなって基板に照射される特徴を持つ。

国際公開第２０１７／０３８４７６号

上述の高速原子ビーム線源（ＦＡＢガン、（Ｆａｓｔ Ａｔｏｍ Ｂｅａｍ））を用いた基板接合技術において、Ａｒ原子ビームとともに、高速原子ビーム線源内で生じたパーティクルの一部がガンから飛び出して基板に付着し、接合の阻害要因となることがある。すなわち、高速原子ビーム線源内において、Ａｒ原子ビームの一部が陰極筐体に照射されてスパッタリング現象が生じた結果、陰極筐体の破片に起因する粒子が発生して、これがパーティクルとなる。さらに、高速原子ビーム線源の陰極の内面では、上述のスパッタリング現象とスパッタリングによって生じたパーティクルの再付着（以下、「リデポジション」と称することがある。）が同時に起こっている。パーティクルが陰極の角などで堆積した集合体となり、パーティクル堆積物を形成する。このパーティクル堆積物は、その厚みが増すほどに陰極の内面から剥離・落下しやすくなり、高速原子ビーム線源から飛び出して、基板同士を接合する際に接合阻害が発生する大きな要因となる。また、高速原子ビーム線源を用いて接合対象である基板の表面を処理する場合、高速原子ビーム線源内部の真空度が表面処理の効率に影響する。よって、パーティクルの放出を抑制するとともに、高速原子ビーム線源内部の真空度が低下することを抑制することが求められる。

よって、本発明は、高速原子ビーム線源からのパーティクル堆積物の放出を抑制することができ、かつ、高速原子ビーム線源内の真空度の低下を抑制することができる陰極、高速原子ビーム線源、接合基板の製造方法、および、陰極の再生方法を提供することを目的とする。

本発明の陰極は、高速原子ビーム線源の陰極であって、前記陰極は、６つの内面を有し、内部が中空の箱状であり、６つの前記内面として、底面と、前記底面と対向し、かつ、前記底面に平行な上面と、前記底面と前記上面とをつなぐ４つの側面と、を備えるとともに、６つの前記内面は、６枚の平板状の陰極部材から構成され、４つの前記側面は、対向する前記側面同士が互いに平行であり、４つの前記側面のうち、対向する２組の前記側面の１組において、一方には、前記陰極内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入口が設けられ、他方には、前記陰極の外部に高速原子ビームを放出する粒子線放出口が設けられており、前記陰極部材は、４つの隅角部と、前記隅角部をつなぐ４つの辺で輪郭が構成された形状であり、前記陰極の前記内面を構成する前記陰極部材の平面において、ブロック体が粘着材を介して貼り付けられたブロック体貼付領域を有し、前記ブロック体貼付領域は、前記高速原子ビーム線源の使用により発生するスパッタリングによる前記陰極部材の除去量よりも、前記スパッタリングにより発生したスパッタ塵の再付着量の方が大きい領域であり、前記ブロック体の体積は、前記陰極の前記内部の体積に対して、体積割合１％～１５％であり、前記ブロック体の前記陰極の前記内部に対する接着面において、前記粘着材の貼付面積が２５％以上である。

本発明の陰極において、前記ブロック体貼付領域が、前記隅角部を含んでもよい。

本発明の陰極において、前記ブロック体貼付領域が、前記辺をさらに含んでいてもよい。

本発明の陰極において、前記上面において、前記上面の２つの前記隅角部をつなぐ対角線である第１対角線の長さＷ０に対する、前記第１対角線でつながれる２つの前記隅角部に設けられた前記ブロック体同士の最短距離Ｗ１の比（Ｗ１／Ｗ０）が、０．４以上であってもよい。

本発明の陰極において、前記不活性ガス導入口および前記粒子線放出口が設けられていない前記側面において、当該側面の２つの前記隅角部をつなぐ対角線である第２対角線の長さＬ０に対する、前記第２対角線でつながれる２つの前記隅角部に設けられた前記ブロック体同士の最短距離Ｌ１の比（Ｌ１／Ｌ０）が、０．５以上であってもよい。

本発明の陰極において、前記不活性ガス導入口が設けられた前記側面において、当該側面の２つの前記隅角部をつなぐ対角線である第３対角線の長さＨ０に対する、前記第３対角線でつながれる２つの前記隅角部に設けられた前記ブロック体同士の最短距離Ｈ１の比（Ｈ１／Ｈ０）が、０．５以上であってもよい。

本発明の陰極において、前記隅角部に設けられる前記ブロック体の露出面は、当該隅角部に向かって略半球状に凹んだ面であってもよい。

本発明の陰極において、前記ブロック体が、グラファイト製、グラッシーカーボン製、シリコン製、炭化ケイ素製のいずれかであってもよい。

本発明の陰極において、前記陰極部材が、グラファイト製、グラッシーカーボン製、シリコン製、炭化ケイ素製のいずれかであってもよい。

本発明の高速原子ビーム線源は、本発明の陰極と、前記陰極の内部に設けられた陽極と、を備える。

本発明の接合基板の製造方法は、第１の半導体基板と、第２の半導体基板とが積層した接合基板を製造する方法であって、本発明の高速原子ビーム線源を用いて、前記第１の半導体基板の接合対象面と、前記第２の半導体基板の接合対象面に、高速原子ビームを真空中で照射する照射工程と、前記高速原子ビームが照射された、前記第１の半導体基板の接合対象面と前記第２の半導体基板の接合対象面とを接触させて、接合界面を有する積層体を得る接触工程と、を備える。

本発明の接合基板の製造方法において、前記接合工程で得られた前記積層体を熱処理して接合基板を得る熱処理工程をさらに備えていてもよい。

本発明の接合基板の製造方法において、前記第１の半導体基板および前記第２の半導体基板が、それぞれ、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶基板、４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板、６Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板、ＳｉＣ多結晶基板のうちのいずれかであってもよい。

本発明の接合基板の製造方法において、前記高速原子ビームが、アルゴン、ネオン、キセノンのいずれかを含んでもよい。

本発明の陰極の再生方法は、高速原子ビーム線源に使用後の陰極を構成する陰極部材の前記ブロック体貼付領域から、ブロック体を除去するブロック体除去工程と、前記ブロック体を除去した前記陰極部材の前記ブロック体貼付領域に新しいブロック体を貼り付ける貼付工程と、を含む。

本発明の陰極であれば、本発明の陰極を高速原子ビーム線源に用いることにより、高速原子ビーム線源からのパーティクル堆積物の放出を抑制することができる。また、高速原子ビーム線源内部の真空度の低下が抑制される。これにより、パーティクルが半導体基板の接合対象面に付着することが抑制され、半導体基板同士を接合するときに接合阻害が発生することを抑制するとともに、高速原子ビーム線源内部の真空度が低下して表面処理の効率が低下することを抑制することができることから、接合基板の製造効率を高めることができる。

本発明の高速原子ビーム線源であれば、本発明の陰極を備えることから、高速原子ビーム線源からのパーティクル堆積物の放出を抑制できる。また、高速原子ビーム線源内部の真空度の低下を抑制できる。これにより、パーティクルが半導体基板の接合対象面に付着することを抑制でき、半導体基板同士を接合するときに接合阻害が発生することを抑制するとともに、高速原子ビーム線源内部の真空度が低下して表面処理の効率が低下することを抑制することができることから、接合基板の製造効率を高めることができる。

本発明の接合基板の製造方法であれば、本発明の陰極を備える高速原子ビーム線源を用いて基板の接合対象面を照射することから、高速原子ビーム線源からのパーティクル堆積物の放出が抑制され、接合対象面にパーティクルが付着することを抑制することができる。また、高速原子ビーム線源内部の真空度の低下を制できる。これにより、基板同士を接合するときに接合阻害が発生することを抑制して歩留まりを改善するとともに、半導体基板の表面処理の効率が低下することを抑制することにより、接合基板の製造効率を高めることができる。

本発明の陰極の再生方法であれば、一定時間使用後の陰極を、簡便な工程によって再度パーティクル堆積物の放出を抑制し、かつ、高速原子ビーム線源内部の真空度の低下を抑制することができる状態に再生することができる。よって、高速原子ビーム線源からのパーティクル堆積物の放出、高速原子ビーム線源内部の真空度の低下を抑制して接合基板の製造効率を高めるとともに、陰極の高寿命化を図ることができる。

従来の高速原子ビーム線源を模式的に示す斜視図である。 従来の高速原子ビーム線源を使用後の陰極を構成する陰極部材の内面の状態を模式的に示す平面図である。 本実施形態の高速原子ビーム線源であって、実施例１、実施例５、実施例９、実施例１３、比較例４において用いる高速原子ビーム線源と、陰極の内部に貼り付けられるブロック体を模式的に示す斜視図である。 （Ａ）は、本実施形態の陰極における上面を示す平面図であり、（Ｂ）は本実施形態における陰極のＸＹ平面に平行な断面の断面図であり、（Ｃ），（Ｄ）はブロック体の変形例を示す図である。 （Ａ）は、本実施形態の陰極における側面１５０を示す平面図であり、（Ｂ）は本実施形態における陰極のＹＺ平面に平行な断面の断面図であり、（Ｃ）は変形例における陰極のＹＺ平面の断面図である。 （Ａ）は、本実施形態の陰極における側面１４０を示す平面図であり、（Ｂ）は本実施形態における陰極のＸＺ平面に平行な断面の断面図であり、（Ｃ）は変形例における陰極のＸＺ平面の断面図である。 実施例２、実施例６、実施例１０、実施例１４において用いる高速原子ビーム線源と、陰極の内部に貼り付けられるブロック体を模式的に示す斜視図である。 実施例３、実施例７、実施例１１、実施例１５において用いる高速原子ビーム線源と、陰極の内部に貼り付けられるブロック体を模式的に示す斜視図である。 実施例４、実施例８、実施例１２、実施例１６において用いる高速原子ビーム線源と、陰極の内部に貼り付けられるブロック体を模式的に示す斜視図である。 比較例２において用いる高速原子ビーム線源と、陰極の内部に貼り付けられるブロック体を模式的に示す斜視図である。 比較例３において用いる高速原子ビーム線源と、陰極の内部に貼り付けられるブロック体を模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる接合基板の製造方法を説明する図である。 本発明の一実施形態にかかる陰極の再生方法を説明する図である。

［高速原子ビーム線源、陰極、および、陰極部材］
本発明の一実施形態にかかる高速原子ビーム線源、陰極、および、陰極部材について図面を参照して説明する。

本実施形態の高速原子ビーム線源は、サドルフィールド型の高速原子ビーム線源であり、内部に不活性ガスを供給して、イオン化された不活性ガスの高速原子ビームを粒子線放出口から外部に放出するものである。また、本実施形態の高速原子ビーム線源は、例えば、２枚の半導体基板を貼り合わせた接合基板を製造するときに、接合工程の前に基板の接合対象面の表面処理を行うために用いられる。すなわち、高速原子ビーム線源から放出された高速原子ビームを基板の接合対象面に照射して、接合対象面の表面を活性化する表面処理を行う目的で用いられる。

図１には、従来の高速原子ビーム線源の一例である、高速原子ビーム線源８００が示されている。従来の高速原子ビーム線源８００は、陰極９００と、陰極９００の内部に設けられた陽極２００と、を備える。なお、本実施形態の高速原子ビーム線源８００、陰極９００、陽極２００において、図１における矢印Ｘ方向、矢印Ｙ方向、矢印Ｚ方向を、それぞれ、幅方向、奥行き方向、高さ方向とする。また、高速原子ビーム線源８００は、６枚の板状の陰極部材９０３からなる箱状であり、底面９１０と、底面９１０と対向する上面９２０と、底面９１０と上面９２０とをつなぐ４つの側面９３０，９４０，９５０，９６０と、を備える。また、底面９１０と上面９２０、側面９３０と側面９４０、側面９５０と側面９６０は互いに平行である。また、側面９３０には高速原子ビームを放出する、粒子線放出口９０１が形成され、側面９４０には陰極９００の内部に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入口９０２が設けられている。

図３には、本発明の一実施形態にかかる高速原子ビーム線源５００が示されている。図１に示した従来の高速原子ビーム線源８００とは、陰極１００の内部にブロック体３００が貼り付けられている点で異なる。

図３に示す、本実施形態の高速原子ビーム線源５００は、陰極１００と、陰極１００の内部に設けられた陽極２００と、を備える。なお、本実施形態の高速原子ビーム線源５００、陰極１００、陽極２００において、図３における矢印Ｘ方向、矢印Ｙ方向、矢印Ｚ方向を、それぞれ、幅方向、奥行き方向、高さ方向とする。

本実施形態の陰極１００は、６つの内面を有する、内部が中空の箱状である。例えば、陰極１００は、内寸が幅（図３のｗ）５６ｍｍ、奥行き（図３のｄ）が６４ｍｍ、高さ（図３のｈ）が１０２ｍｍの直方体状である。また、６つの内面として、底面１１０と、底面１１０と対向する上面１２０と、底面１１０と上面１２０とをつなぐ４つの側面１３０，１４０，１５０，１６０と、を備える。

また、底面１１０と上面１２０は、ＸＹ平面に平行であり、側面１３０、１４０は対向しているとともにＸＺ平面に平行であり、側面１５０、１６０は対向しているとともにＹＺ平面に平行である。また、これらの６つの内面は、６枚の平板状の陰極部材から構成されている。本実施形態においては、６枚の陰極部材を箱状に組み立てることで陰極１００が形成されている。

対向する２組の側面（側面１３０，１４０と側面１５０，１６０）のうち、側面１３０，１４０には、粒子線放出口１０１、不活性ガス導入口１０２が設けられている。すなわち、側面１３０には、陰極１００の内部でイオン化された不活性ガスの高速原子ビームが放出される粒子線放出口１０１が設けられている。また、側面１３０と矢印Ｙ方向に対向する側面１４０には、陰極１００内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入口１０２が設けられている。本実施形態において、粒子線放出口１０１は、側面１３０の中央付近に、直径２ｍｍの円形状の貫通孔が高さ方向に８列、幅方向に８列に、等間隔に並んで合計６４個設けられている。また、不活性ガス導入口１０２は、側面１４０の中央付近に、直径３ｍｍの円形状の貫通孔が１つ設けられている。粒子線放出口や不活性ガス導入口の形状、個数、場所は本実施形態に限定されず、他の形態でもよい。

本実施形態において、陽極２００は、陰極１００の内部に２本設けられており、陰極１００の内部には絶縁部材（不図示）を介して固定されている。また、陽極２００の形状は、断面の直径が１０ｍｍ、高さ寸法は陰極１００の高さとほぼ同じ円柱状である。陽極２００は、円形の断面がＸＹ平面に平行であり、かつ、円柱の中心軸がＺ方向と平行である。また、図４（Ａ）に示すように、２本の陽極２００は、陰極１００の奥行き方向の真ん中の位置（側面１３０，１４０からそれぞれ３２ｍｍの位置）において、２本の陽極２００の中心軸間距離が３６ｍｍとなるように、互いに離隔して設けられている。

また、陽極の材質は、グラファイト、グラッシーカーボン、シリコン、炭化ケイ素などを用いることができる。また、その他にも、タングステン、モリブデン、チタン、ニッケルやそれらの合金、化合物を用いることができる。

また、陰極１００には直流電流の負極が接続され、陽極２００には直流電流の正極が接続されており、例えば、０．５ｋＶ～５ｋＶ程度の高電圧が印加される。これにより電界が生じて、不活性ガス導入口１０２から陰極１００内部に導入された不活性ガスが電離して２本の陽極２００間にプラズマが発生する。さらに、不活性ガスの陽イオンが、陰極１００から電子を受け取るともに、粒子線放出口１０１より高速原子ビーム線源５００の外部に高速原子ビーム５１０（図１２）として放出される。このとき、照射電流は、例えば、１０ｍＡ～１００ｍＡ程度となるように、不活性ガスのフローを調整する。

次に、陰極部材について、図３に示された高速原子ビーム線源５００を参照して説明する。

陰極部材１０３は、板状であり、４つの隅角部１０３ａと、隅角部１０３ａをつなぐ４つの辺１０３ｂで輪郭が構成された形状である。厚さは、例えば、１ｍｍ～５ｍｍ程度とすることができる。また、陰極１００の内面を構成する陰極部材の平面において、ブロック体３００が粘着材４００を介して貼り付けられたブロック体貼付領域を有している。本実施形態の陰極１００においては、図３に示すように、ブロック体３００として、陰極の頂点（陰極部材１０３の隅角部１０３ａにより構成された部分）の内側に三角錐状の第１ブロック体３０１、辺の内側に三角柱状の第２ブロック体３０２、第３ブロック体３０３、第４ブロック体３０４、が貼り付けられている。なお、側面１３０，１４０に設けられた粒子線放出口１０１、不活性ガス導入口１０２の貫通孔は、ブロック体３００や粘着材４００により塞がないようにする。

また、本実施形態の陰極部材としては、例えば、グラファイト製、グラッシーカーボン製、シリコン製、炭化ケイ素製のいずれかとすることができる。また、その他にも、タングステン、モリブデン、チタン、ニッケルやそれらの合金、化合物を用いることができる。

一般的に、図１に示した従来の高速原子ビーム線源８００の使用において、陰極９００の内面（陰極部材の表面）に高速原子ビームが照射されることによりスパッタリング現象の結果、陰極９００筐体の破片に起因する粒子が発生して、これがパーティクルとなる。さらに、このパーティクルは、粒子線放出口９０１から放出されたり、陰極部材の表面に再度付着して堆積したりすることがある。すなわち、陰極９００を構成する陰極部材においては、スパッタリング現象とスパッタリング現象により生じたパーティクルの陰極部材表面への再付着が同時に起こっている。このようにスパッタリング現象によるパーティクルが堆積した堆積層は、その厚みが増すほどに陰極９００の内面から剥離・落下しやすくなり、より大きなパーティクルとして高速原子ビーム線源８００から放出され、基板同士を接合するときに接合阻害が発生する大きな要因となる。

本実施形態の陰極部材において、ブロック体貼付領域は、高速原子ビーム線源５００の使用により発生するスパッタリングによる陰極部材の除去量よりも、スパッタリングにより発生したスパッタ塵の再付着量の方が大きい（すなわち、スパッタリングよりもリデポジションしやすい）領域である。また、ブロック体３００の体積は、陰極１００の内部の体積（すなわち、図３の陰極１００では、ｗ×ｈ×ｄ＝３５２５１２（ｍｍ^３））に対して、体積割合１％～１５％である。また、ブロック体の体積割合（％）は、「ブロック体の体積／陰極内部の体積×１００（％）」の式により算出することができる。なお、ブロック体の体積割合の算出において、側面１３０，１４０に設けられた粒子線放出口１０１および不活性ガス導入口１０２は穴が開いておらず、面一であるものとする。ブロック体の体積割合が小さすぎる場合には、パーティクル堆積物の放出を十分に抑制することが難しくなる。また、ブロック体の体積割合を大きくすると、パーティクルの堆積が抑制されて、高速原子ビーム線源５００外部へのパーティクル堆積物の放出が抑制される傾向にある。一方で、ブロック体の体積割合が大きくなると、高速原子ビームの放出効率が低下する傾向にあり、半導体基板の接合対象面の表面処理を十分に行うために、処理時間が長くなる傾向にある。すなわち、ブロック体の体積割合が大きすぎる場合には、陰極１００内部の電界への影響が大きくなって高速原子ビームの放出効率が低下することで、半導体基板の接合対象面の表面汚染や酸化膜の除去効率が著しく低下し、その結果、製造効率が悪くなりうる。

また、図４（Ａ）は、上面１２０を陰極１００の内部から見た平面図である。図４（Ａ）においてＷ０，Ｗ１は、図示するうえで少しずれて示されているが、どちらも対角線上にある。なお、図４（Ｂ），図５（Ａ）（Ｂ），図６（Ａ）（Ｂ）における、Ｗ０，Ｗ２，Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｈ０，Ｈ１，Ｈ２も同様に、対角線上にある。

前述したブロック体３００の体積割合を考慮すると、上面１２０において、上面１２０の２つの隅角部１０３ａをつなぐ対角線である第１対角線１２１の長さＷ０に対する、第１対角線１２１でつながれる２つの隅角部１０３ａに設けられた第１ブロック体３０１同士の最短距離（第１対角線１２１における、第１ブロック体３０１の露出面３０１ａ同士の距離）Ｗ１の比（Ｗ１／Ｗ０）が、０．４以上であってもよく、０．５以上であることがより好ましい。Ｗ１／Ｗ０を適切な範囲とすることにより、パーティクル堆積物の放出を十分に抑制することができる。

また、図４（Ｂ）は、ＸＹ平面に平行な陰極１００の切断面の一例である、陰極の中心Ｐを通る切断面１７０を示す断面図である。ＸＹ平面に平行であって陰極の中心Ｐを通る、陰極１００の切断面１７０を示す断面図である。前述したブロック体３００の体積割合を考慮すると、切断面１７０において、辺１０３ｂをつなぐ対角線１７１の長さＷ０に対する、対角線１７１でつながれる辺１０３ｂに設けられた第２ブロック体３０２同士の最短距離（対角線１７１における、第２ブロック体３０２の露出面３０２ａ同士の距離）Ｗ２の比（Ｗ２／Ｗ０）が、０．４以上であってもよく、０．５以上であることがより好ましい。Ｗ２／Ｗ０を適切な範囲とすることにより、パーティクル堆積物の放出を十分に抑制することができる。なお、本明細書において、ＸＹ平面に平行な陰極１００の切断面において辺１０３ｂにブロック体が設けられていない場合には、Ｗ２／Ｗ０を１．０とみなすものとする。

図５（Ａ）は、側面１５０を陰極１００の内部から見た平面図である。前述したブロック体３００の体積割合を考慮すると、不活性ガス導入口１０２および粒子線放出口１０１が設けられていない側面１５０において、当該側面１５０の２つの隅角部１０３ａをつなぐ対角線である第２対角線１５１の長さＬ０に対する、第２対角線１５１でつながれる２つの隅角部１０３ａに設けられた第１ブロック体３０１同士の最短距離（第２対角線１５１における、第１ブロック体３０１の露出面３０１ａ同士の距離）Ｌ１の比（Ｌ１／Ｌ０）が、０．５以上であってもよく、０．６以上であることがより好ましい。Ｌ１／Ｌ０を適切な範囲とすることにより、パーティクル堆積物の放出を十分に抑制することができる。

図５（Ｂ）は、ＹＺ平面に平行な陰極１００の切断面の一例である、陰極の中心Ｐを通る切断面１８０を示す断面図である。前述したブロック体３００の体積割合を考慮すると、切断面１８０において、辺１０３ｂをつなぐ対角線１８１の長さＬ０に対する、対角線１８１でつながれる辺１０３ｂに設けられた第３ブロック体３０３同士の最短距離離（対角線１８１における、第３ブロック体３０３の露出面３０３ａ同士の距離）Ｌ２の比（Ｌ２／Ｌ０）が、０．５以上であってもよく、０．６以上であることがより好ましい。Ｌ２／Ｌ０を適切な範囲とすることにより、パーティクル堆積物の放出を十分に抑制することができる。なお、本明細書において、ＹＺ平面に平行な陰極１００の切断面において辺１０３ｂにブロック体が設けられていない場合には、Ｌ２／Ｌ０を１．０とみなすものとする。

図６（Ａ）は、側面１４０を陰極１００の内部から見た平面図である。前述したブロック体３００の体積割合を考慮すると、前記不活性ガス導入口が設けられた側面１４０において、当該側面１４０の２つの隅角部１０３ａをつなぐ対角線である第３対角線１４１の長さＨ０に対する、第３対角線１４１でつながれる２つの隅角部１０３ａに設けられた第１ブロック体３０１同士の最短距離（第３対角線１４１における、第１ブロック体３０１の露出面３０１ａ同士の距離）Ｈ１の比（Ｈ１／Ｈ０）が、０．５以上であってもよく、０．６以上であることがより好ましい。Ｈ１／Ｈ０を適切な範囲とすることにより、パーティクル堆積物の放出を十分に抑制することができる。

図６（Ｂ）は、ＸＺ平面に平行な陰極１００の切断面の一例である、陰極の中心Ｐを通る切断面１９０を示す断面図である。前述したブロック体３００の体積割合を考慮すると、切断面１９０において、辺１０３ｂをつなぐ対角線１９１の長さＬ０に対する、対角線１９１でつながれる辺１０３ｂに設けられた第４ブロック体３０４同士の最短距離離（対角線１９１における、第４ブロック体３０４の露出面３０４ａ同士の距離）Ｈ２の比（Ｈ２／Ｈ０）が、０．５以上であってもよく、０．６以上であることがより好ましい。Ｈ２／Ｈ０を適切な範囲とすることにより、パーティクル堆積物の放出を十分に抑制することができる。なお、本明細書において、ＹＺ平面に平行な陰極１００の切断面において辺１０３ｂにブロック体が設けられていない場合には、Ｈ２／Ｈ０を１．０とみなすものとする。

また、本実施形態のブロック体３００としては、陰極部材と同様に、例えば、グラファイト製、グラッシーカーボン製、シリコン製、炭化ケイ素製のいずれかとすることができる。また、その他にも、タングステン、モリブデン、チタン、ニッケルやそれらの合金、化合物を用いることができる。

また、ブロック体３００の陰極１００の内部に対する接着面において、粘着材４００の貼付面積は２５％以上である。貼付面積は、接着面の面積に対する粘着材を貼り付けた面積の割合である。これにより、高速原子ビーム線源内部の真空度の低下が抑制して、表面処理の効率が低下することを抑制することができる。なお、ブロック体３００の陰極１００の内部に対する接着面とは、陰極１００の内部に対して粘着材４００を介してブロック体３００を接着する面である。例えば、４面を備える第１ブロック体３０１Ａの場合（図４（ｃ））、露出面３０１Ａ１を除く残りの３面が粘着材４００を介して陰極１００の内部に貼り付けられることから、かかる残りの３面が接着面に相当する。この接着面の全面に粘着材４００を貼り付けると、上記貼付面積は１００％となる。ただし、ブロック体３００が陰極１００の内部から剥がれない程度に粘着材４００を貼り付ければよく、粘着材４００の貼付面積が２５％以上となるように、この接着面の全面ではなく一部分に粘着材４００を貼り付ければよい。接着面の一部分に粘着材を貼り付ける態様としては、上記残りの３面のうち、１面は全面に粘着材を貼り付けて２面は粘着材を全く貼らない態様や、３面とも粘着材を部分的に貼り付ける態様が挙げられる。また、粘着材４００の粘着力は、陰極部材に貼り付けられたブロック体が陰極１００の内部に落下しない程度であることが必要である。すなわち、粘着材４００において、ブロック体３００側の表面および陰極部材の平面側の表面の粘着力は、例えば、５Ｎ／２５ｍｍ～１５Ｎ／２５ｍｍとすることができる。

また、粘着材４００の厚さは特に限定されないが、例えば、５０μｍ～３００μｍ程度とすることができる。

高速原子ビーム線源５００の陰極１００において、高速原子ビーム線源５００の使用により発生するスパッタリングによる陰極部材の除去量よりも、スパッタリングにより発生したパーティクルの再付着（リデポジション）量の方が大きい領域は、高速原子ビームが照射されにくい領域である。このことから、ブロック体３００を貼り付けることにより、高速原子ビームの照射されにくさが解消され、陰極１００の内面の形状が、パーティクルが堆積しづらい形状となり、スパッタリングによる陰極部材の除去量とリデポジションによる陰極部材への堆積量との差を少なくすることができる。すなわち、ブロック体を貼り付けることにより、陰極の内部において、パーティクルが堆積しやすい形状を無くすことができる。このことにより、本実施形態の陰極部材により構成された陰極１００を高速原子ビーム線源５００に用いて、接合する半導体基板の接合対象面を活性化することにより、高速原子ビーム線源からの大きなパーティクル堆積物の放出を抑制することができる。以上により、基板同士を接合するときに接合阻害が発生することを抑制するとともに、前述のように、高速原子ビーム線源内部の真空度が低下して表面処理の効率が低下することを抑制することができることから、接合基板の製造効率を高めることができる。

ここで、図２は、従来の高速原子ビーム線源を使用後の陰極を構成する陰極部材の一例である側面９３０の状態を模式的に示す平面図である。図２においては、陰極の内面側に位置する面が見えるように置かれている。図２に示す陰極部材（側面９３０）を用いた高速原子ビーム線源８００（図１）は、陰極部材にブロック体貼付領域がないこと以外は、本実施形態の高速原子ビーム線源と５００同じ構成である。従来の高速原子ビーム線源８００を使用すると、陰極の頂点の内側の部分（陰極部材の隅角部９０３ａにより構成された部分）や陰極の辺の内側の部分（陰極部材の辺９０３ｂにより構成された部分）は、陰極部材に周りを囲まれていて高速原子ビームが他の部分よりも照射されにくいことから、スパッタリングによる陰極部材の除去量よりもリデポジションによる陰極部材への堆積量が大きく、リデポジションによる堆積層が生じやすい。すなわち、図２に示すように、陰極部材の４点の隅角部９０３ａと辺９０３ｂを含む陰極部材の輪郭に近い領域Ｓにスパッタリング現象により生じたパーティクルが再付着して堆積しやすい。

このことから、図３に示すように、陰極部材のブロック体貼付領域（ブロック体３００が貼り付けられた領域）は、陰極部材の隅角部１０３ａを含むことが好ましい。また、ブロック体貼付領域は、陰極部材の辺１０３ｂをさらに含むことが好ましい。ブロック体貼付領域に隅角部１０３ａや辺１０３ｂを含むことにより、特に高速原子ビームが照射されにくい、スパッタリングによる除去量よりもリデポジションによる堆積量が大きい領域を少なくすることができ、パーティクルの堆積をより抑制して、より効果的にパーティクル堆積物の放出を抑制することができる。

また、ブロック体３００の形状としては、図３～図１１に示したように、陰極１００の内部の空間において、陰極１００の頂点や辺の内側の部分に沿う形状であることが好ましい。このようなブロック体３００の形状として、三角錐、三角柱、立方体、直方体、その他の形状を用いることができ、また、複数の異なる形状、大きさのブロック体を組み合わせてもよい。

例えば、図３に示す本実施形態の陰極１００においては、ブロック体３００として、三角錐状の第１ブロック体３０１、三角柱状の第２ブロック体３０２、三角柱状の第３ブロック体３０３、三角柱状の第４ブロック体３０４が貼り付けられている。第１ブロック体３０１は、陰極部材の隅角部で構成された陰極の角の内面に沿う形状であり、４つの面うち３面が貼り付けられている。第２ブロック体３０２、第３ブロック体３０３、第４ブロック体３０４は、それぞれ、辺の内側に沿う形状であり、５つの面のうち長方形状の２つの面が貼り付けられている。

また、図４（Ｃ）は、上面１２０を陰極１００の内部から見た平面図であり、ブロック体３００の変形例であるブロック体３００Ａが貼り付けられた陰極１００を有する、高速原子ビーム線源５００Ａを示す図である。図４（Ｃ）における破線は、後述するように、ブロック体の露出面が隅角部１０３ａや辺１０３ｂに向かって凹んでいることを示している。図４（Ｃ）に示すように、隅角部１０３ａに設けられるブロック体（第１ブロック体３０１Ａ）の露出面３０１Ａ１は、破線で示されたように当該隅角部１０３ａに向かって略半球状に凹んだ面を有している。このように、第１ブロック体３０１Ａの露出面３０１Ａ１が隅角部１０３ａに向かって略半球状に凹んだ面を有することにより、凹んだ面を有しない第１ブロック体３０１を貼り付ける場合と比べて、第１ブロック体３０１Ａと陰極部材との境界部分がなだらかになり、高速原子ビームが照射されにくい部分を少なくすることができる。これにより、スパッタリングによる陰極部材の除去量とリデポジションによる陰極部材への堆積量の差を少なくして、スパッタリングに由来するパーティクルの堆積を抑制することができ、大きなパーティクル堆積物の放出をより抑制することができる。

また、図４（Ｄ），図５（Ｃ）、図６（Ｃ）は、ＸＹ平面，ＹＺ平面，ＸＺ平面に平行な陰極１００の断面図であり、ブロック体３００の変形例を示す図である。図４（Ｃ），図４（Ｄ），図５（Ｃ）、図６（Ｃ）に示されるように、辺１０３ｂに設けられるブロック体（第２ブロック体３０２Ａ、第３ブロック体３０３Ａ、第４ブロック体３０４Ａ）の露出面３０２Ａ１，３０３Ａ１，３０４Ａ１は、当該辺１０３ｂに向かって略半円柱状に凹んだ面を有している。このように、ブロック体の露出面が辺１０３ｂに向かって略半円柱状に凹んだ面を有することにより、凹んだ面を有しないブロック体を貼り付ける場合と比べて、ブロック体と陰極部材との境界部分がなだらかになり、高速原子ビームが照射されにくい部分を少なくすることができる。これにより、スパッタリングによる陰極部材の除去量とリデポジションによる陰極部材への堆積量の差を少なくして、スパッタリングに由来するパーティクルの堆積を抑制することができ、大きなパーティクル堆積物の放出をより抑制することができる。

［接合基板の製造方法］
次に、本発明の一実施形態にかかる接合基板の製造方法について図１２を参照して説明する。図１２（Ａ）は、第１の半導体基板７１０、第２の半導体基板７２０の接合対象面７１１，７２１に高速原子ビーム５１０を照射する接合装置６００の様子を示す模式図である。また、図１２（Ｂ）は、照射工程後の、第１の半導体基板７１０’および第２の半導体基板７２０’を模式的に示す断面図である。また、図１２（Ｃ）は、接触工程後に得られた積層体７００を模式的に示す断面図である。

本実施形態の接合基板の製造方法は、第１の半導体基板７１０と、第２の半導体基板７２０とが積層した接合基板を製造する方法であって、前述した実施形態の高速原子ビーム線源５００を用いて、第１の半導体基板７１０の接合対象面７１１と、第２の半導体基板７２０の接合対象面７２１に、高速原子ビーム５１０を真空中で照射する照射工程と、高速原子ビーム５１０が照射された、第１の半導体基板７１０’の接合対象面７１１と第２の半導体基板７２０’の接合対象面７２１とを接触させて、接合界面７３０を有する積層体７００を得る接触工程と、を備える。また、本実施形態の接合基板の製造方法は、接合工程で得られた積層体７００を熱処理して接合基板を得る熱処理工程をさらに備えていてもよい。

接合装置６００は、筐体と、２つの高速原子ビーム線源５００と、筐体内を真空にする真空ポンプ（不図示）と、第１の半導体基板７１０と第２の半導体基板７２０を保持するとともに、製造の各工程において第１の半導体基板７１０と第２の半導体基板７２０を所定の位置に移動させる保持手段（不図示）と、を備える。２つの高速原子ビーム線源５００は、図１２に示すように、第１の半導体基板７１０の接合対象面７１１、第２の半導体基板７２０の接合対象面７２１に高速原子ビーム５１０を照射するように設置されている。なお、本実施形態においては、第１の半導体基板７１０、第２の半導体基板７２０それぞれに高速原子ビーム５１０を照射する実施形態を示したが、高速原子ビーム５１０の照射は第１の半導体基板７１０、第２の半導体基板７２０の少なくとも一方に照射すればよい。

具体的な手順について、図１２を参照して説明する。第１の半導体基板７１０の接合対象面７１１と、第２の半導体基板７２０の接合対象面７２１とが相対するように、第１の半導体基板７１０と第２の半導体基板７２０を接合装置６００内に設置し、筐体の内部を真空引きして、例えば１０^－４Ｐａ以下程度の真空状態にしておく。

まず、照射工程を行う。照射工程は、図１２（Ａ）に示すように、高速原子ビーム線源５００から高速原子ビーム５１０を第１の半導体基板７１０の接合対象面７１１と、第２の半導体基板７２０の接合対象面７２１とに照射する工程である。これにより、接合対象面７１１，７２１が活性化された、第１の半導体基板７１０’と第２の半導体基板７２０’が得られる。

接合対象面７１１，７２１の活性化とは、第１の半導体基板７１０、第２の半導体基板７２０の接合対象面７１１，７２１にある酸素、水素、ヒドロキシル基（ＯＨ基）等の界面終端成分、酸化膜を除去して、ダングリングボンドを形成することを指す。

次に、接触工程を行う。図１２（Ｂ）に示すように、接合対象面７１１，７２１が近づく方向（図１２（Ｂ）の矢印方向）に、接合対象面７１１，７２１が接するまで、第１の半導体基板７１０’、第２の半導体基板７２０’を移動させる。筐体６００内部を所定圧力（例えば、１００ｋｇｆ（０．９８ｋＮ））、に加圧する。所定時間（例えば、３分間）保持して、第１の半導体基板７１０’と第２の半導体基板７２０’とを接合させる。以上により接触工程が終了し、接合界面７３０を有する、積層体７００（図１２（Ｃ））が得られる。

次に、熱処理工程を行う。接合装置６００の筐体内部を例えば、３００℃程度として、得られた積層体７００を熱処理することにより、第１の半導体基板７１０と第２の半導体基板７２０との接合基板が得られる。

本実施形態の接合基板の製造方法において、第１の半導体基板７１０および第２の半導体基板７２０は、それぞれ、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶基板、４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板、６Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板、ＳｉＣ多結晶基板のうちのいずれかとすることができる。

また、高速原子ビーム５１０は、アルゴン、ネオン、キセノンのいずれかを含むものとすることができる。

本実施形態の接合基板の製造方法によれば、陰極１００を備える高速原子ビーム線源５００を用いて第１の半導体基板７１０、第２の半導体基板７２０の接合対象面７１１，７２１を照射することから、高速原子ビーム線源５００からのパーティクル堆積物の放出が抑制され、接合対象面７１１，７２１にパーティクルが付着することを抑制することができる。また、高速原子ビーム線源５００内部の真空度の低下が抑制される。これにより、第１の半導体基板７１０、第２の半導体基板７２０同士を接合するときに接合阻害が発生することを抑制して歩留まりを改善するとともに、半導体基板の表面処理の効率が低下することを抑制することにより、接合基板の製造効率を高めることができる。

［陰極の再生方法］
次に、本発明の一実施形態にかかる陰極の再生方法について図１３を参照して説明する。図１３においては、高速原子ビーム線源５００の陰極１００を例示して説明する。

本実施形態の陰極の再生方法は、前述した実施形態の陰極１００を再生する目的に適用されるものである。本実施形態の陰極の再生方法は、高速原子ビーム線源５００に使用後の陰極１００’を構成する陰極部材のブロック体貼付領域から、ブロック体３００’を除去するブロック体除去工程（Ｓ１）と、ブロック体３００’を除去した陰極部材のブロック体貼付領域に新しいブロック体３００を貼り付ける貼付工程（Ｓ２）と、を含む。

具体的な手順について、図１３を参照して説明する。はじめに、一定時間使用後の高速原子ビーム線源５００から陽極２００を取り外しておく。まず、粘着材除去工程（Ｓ１）において、陰極１００’から、ブロック体３００’（本実施形態においては、第１ブロック体３０１’，第２ブロック体３０２’，第３ブロック体３０３’，第４ブロック体３０４’）を除去して、粘着材が除去された陰極部材を得る。次に、貼付工程（Ｓ２）において、所定の形状の新しいブロック体３００（本実施形態においては、第１ブロック体３０１，第２ブロック体３０２，第３ブロック体３０３，第４ブロック体３０４）を陰極部材のブロック体貼付領域に再度貼り付ける。なお、ブロック体３００’を除去することにより粘着材４００の粘着力が低下するため、粘着材４００も除去して、新しいブロック体３００を貼り付けるときには、粘着材４００も新しいものを用いることが好ましい。

以上のようにして、一定時間使用後の陰極を再生して、再生された陰極１００を得ることができる。

本実施形態の陰極１００においては、従来の陰極に比べてパーティクルの堆積が抑制されるが、一定時間以上使用した後の陰極１００には、ブロック体貼付領域にパーティクルが堆積していることが考えられ、堆積したパーティクルが脱落して高速原子ビーム線源５００の外に放出される可能性がある。そこで、本実施形態の陰極の再生方法であれば、一定時間使用後の陰極１００にパーティクルが堆積していたとしても、陰極１００を簡便な工程によって、再度パーティクル堆積物の放出、高速原子ビーム線源内部の真空度の低下を十分に抑制することができる状態に再生することができる。よって、高速原子ビーム線源５００からのパーティクル堆積物の放出を抑制して接合基板の製造効率を高めるとともに、パーティクルの堆積にともなって陰極部材を丸ごと交換しなくてもよくなり、陰極の高寿命化を図ることができる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の工程等を含み、前述した実施形態の変形等も本発明に含まれる。

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法等は、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。従って、上記に開示した形状、材質等を限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質等の限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

以下、本発明の実施例および比較例によって、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によって何ら限定されることはない。

［実施例１］
陰極として、前述した実施形態の陰極１００（図３）を用いた。すなわち、陰極は、幅５６ｍｍ、高さ１０２ｍｍ、奥行き６４ｍｍ、とし、陰極部材の厚さは３．２ｍｍとした。また、陰極部材およびブロック体は、グラファイト製とし、図３に記載の寸法のブロック体３００を貼り付けた。粘着材は、粘着力が、陰極部材に貼り付ける面、陰極内部に露出する面ともに１０Ｎ／２５ｍｍで、厚さが１００μｍのものを用いて、ブロック体３００と陰極部材の接触面全体に粘着材を貼り付けた。このとき、ブロック体の陰極の内部に対する接着面において、粘着材の貼付面積は１００％であり、ブロック体の接着面全体に粘着材を貼り付けた。実施例１の陰極１００においては、ブロック体の体積割合（％）（ブロック体の体積／陰極内部の体積×１００（％））は３．３％であった。また、図４（Ａ），図４（Ｂ）に示した対角線の長さＷ０に対するブロック体３００同士（第１ブロック体３０１同士または第２ブロック体３０２同士）の最短距離Ｗ（Ｗ１またはＷ２）の比（Ｗ／Ｗ０）は、０．７３～０．９２であった。また、また、図５（Ａ），図５（Ｂ）に示した対角線の長さＬ０に対するブロック体３００同士（第１ブロック体３０１同士または第３ブロック体３０３の同士）の最短距離Ｌ（Ｌ１またはＬ２）の比（Ｌ／Ｌ０）は、０．８１～０．９４であった。また、また、図６（Ａ），図６（Ｂ）に示した対角線の長さＨ０に対するブロック体３００同士（第１ブロック体３０１同士または第４ブロック体３０４同士）の最短距離Ｈ（Ｈ１またはＨ２）の比（Ｈ／Ｈ０）は、０．７９～０．９４であった。各実施例、比較例におけるＷ／Ｗ０、Ｌ／Ｌ０、Ｈ／Ｈ０を表２に示した。

また、陽極２００として、直径１０ｍｍ、長さ１００ｍｍの円柱状でグラファイト製の陽極を２本用いた。図３、４に示すように、２本の陽極２００は、絶縁部材を介して、陰極１００の奥行き方向の真ん中の位置（側面１３０，１４０からそれぞれ３２ｍｍの位置）において、２本の陽極２００の中心軸間距離が３６ｍｍとなるように、互いに離隔して底面１１０と上面１２０に固定した。

不活性ガスは、アルゴン（Ａｒ）ガスを不活性ガス導入口から陰極１００内に導入した。高速原子ビーム線源５００からの高速原子ビーム照射の加速電圧は１ｋＶとし、照射電流が３０ｍＡになるようにＡｒガスフローを調整して、照射を実施した。第１の半導体基板、第２の半導体基板は、直径１５２ｍｍ（６インチ）、厚さ６２５μｍのシリコン基板を用いた。

上記照射条件にて、まず高速原子ビーム線源５００の設置初期状態にて、シリコン基板上に３００秒ビーム照射した後、シリコン基板上のパーティクル数を計測した。このパーティクル数を「初期パーティクル数」とした。なお、パーティクル数はパーティクルカウンタ（型式ＷＭ－７Ｓ、ＴＯＰＣＯＮ社製）を使用し、エッジエクスクルージョン５ｍｍ、最小パーティクル検出サイズ０．１５μｍの条件にて実施した。

また、ブロック体を陰極に貼り付けることにより、高速原子ビームの放出効率が低下して、半導体基板の接合対象面における表面汚染や酸化膜の除去効率が低下することが予想された。そのため、接合対象面における表面汚染や酸化膜の除去効率を評価するために、接合基板の製造に用いる半導体基板に替えて、膜厚既知のシリコン熱酸化膜を用いて、高速原子ビームを照射前後の膜厚を計測した。高速原子ビームを照射後にシリコン熱酸化膜の膜厚が小さくなっていれば、その高速原子ビーム線源を用いて半導体基板の接合対象面の表面処理を行った場合に、表面汚染や酸化膜を除去することが可能であるとみなすことができる。なお、膜厚測定は大日本スクリーン社製の光干渉式膜厚測定装置（ラムダエース）を用いて実施した。

除去効率の評価は、ブロック体を用いない高速原子ビーム線源（後述の比較例１）と比較して評価し、評価基準は以下の通りとした。Ａ、Ｂ、Ｃの評価結果であれば、高速原子ビーム線源を接合基板の製造に適用できるものと評価した。
Ａ:ブロック体を用いない場合と、照射前後の膜厚変化が同等であり、除去効率は同等である。
Ｂ：ブロック体を用いない場合に比べて照射後における膜厚の減少がやや少なく、除去効率の若干の低下が見られるが、製造効率への影響はほぼない程度である。
Ｃ：ブロック体を用いない場合に比べて照射後における膜厚の減少が少なく、除去効率の低下が見られるが、表面処理時間の増加による製造効率への影響は少ないと見なせる程度である。
Ｄ：除去効率の低下が大きく、表面処理時間が長くなりすぎて、製造効率への影響は許容できない程度である。

次に、３０分ずつ断続的に照射と休止を繰り返して、積算使用時間（照射時間のみの積算値）が２０時間になるまで照射を実施した後、未使用の第１の半導体基板および第２の半導体基板を設置して、高速原子ビームを３００秒間照射した。３００秒照射後の第１の半導体基板上のパーティクル数を計測し、これを「２０時間使用後におけるパーティクル数」とした。そして、初期状態からのパーティクル数の増加比率（初期パーティクル数／２０時間使用後におけるパーティクル数）を算出した。この増加比率が１０倍以下であった場合に、パーティクル堆積物の放出が十分抑制され、接合に大きな不具合の発生が極めて低くなると評価した。実施例１の照射試験の結果、パーティクル数の増加比率は２倍であった。また、３００秒照射前後の膜厚を計測して、除去効率を評価したところ、ブロック体を用いない場合と同等（評価Ａ）であった。

また、パーティクル数の計測とともに、高速原子ビーム線源内部の真空度への影響を評価した。評価は、粘着材を貼り付けた高速原子ビーム線源と貼り付けしていない高速原子ビーム線源（比較例１）の真空度を比較して行った。真空度への影響の評価基準は以下のように設定し、Ａ～Ｃの場合、真空度の低下が抑制されたと判断した。評価の結果、実施例１において、真空度への影響は評価Ｂであった。
Ａ ブロック体を貼り付けしない場合と同等であり、真空度の低下がない。
Ｂ ブロック体を貼り付けしない場合と比較すると真空度が若干低下したが、製造には影響がない。
Ｃ ブロック体を貼り付けしない場合と比較すると真空度が低下したが、真空引きの時間を長くすれば所定の真空度に到達した。
Ｄ ブロック体を貼り付けしない場合と比較すると真空度が低下し、真空引きの時間を長くしても所定の真空度に到達することが難しく、製品は得られるものの表面処理の効率が著しく悪く生産性に難があった。
以上の結果を表１に示した。

さらに、２０時間使用後の高速原子ビーム線源を用いて照射工程を行った第１の半導体基板、第２の半導体基板を用いて、接触工程、熱処理工程を行い、接合基板を製造した。その結果、高速原子ビーム線源を構成する陰極部材等の部材に破損はなく、また、接合基板における接合阻害は発生せず、正常に接合した接合基板が得られた。

［実施例２］
次に、実施例２を行った。高速原子ビーム線源として、陰極の角に、三角錐状のブロック体３０５を有するブロック体３００Ｂを貼り付けた高速原子ビーム線源５００Ｂ（図７）を用いた。また、ブロック体の体積割合は１．０％、Ｗ／Ｗ０は、０．７６～１．０、Ｌ／Ｌ０は、０．８３～１．０、Ｈ／Ｈ０は、０．８２～１．０であった。陰極以外は実施例１と同様にして照射試験を行った。初期状態からのパーティクル数の増加比率を算出した結果、増加比率は８．９倍であった。除去効率を評価したところ、ブロック体を用いない場合と同等（評価Ａ）であった。また、真空度への影響は、評価Ｂであった。また、接合基板を製造した結果、高速原子ビーム線源を構成する陰極部材等の部材に破損はなく、また、接合基板における接合阻害は発生せず、正常に接合した接合基板が得られた。

［実施例３］
次に、実施例３を行った。高速原子ビーム線源として、陰極の角と辺に、ブロック体３００Ｃを貼り付けた高速原子ビーム線源５００Ｃ（図８）を用いた。ブロック体３００Ｃは、辺に貼り付けられた三角柱状のブロック体３０７，３０８，３０９と、ブロック体３０７，３０８，３０９の三角形の面に合うように、三角錐の４つの頂点を切断したブロック体３０６とを有する。また、ブロック体の体積割合は９．６％、Ｗ／Ｗ０は、０．５８～０．８６、Ｌ／Ｌ０は、０．７０～０．９０、Ｈ／Ｈ０は、０．６８～０．９０であった。陰極以外は実施例１と同様にして照射試験を行った。初期状態からのパーティクル数の増加比率を算出した結果、増加比率は２．９倍であった。除去効率を評価したところ、除去効率の若干の低下が見られるが、製造効率への影響はほぼない程度（評価Ｂ）であった。また、真空度への影響は、評価Ｂであった。また、接合基板を製造した結果、高速原子ビーム線源を構成する陰極部材等の部材に破損はなく、また、接合基板における接合阻害は発生せず、正常に接合した接合基板が得られた。

［実施例４］
次に、実施例４を行った。高速原子ビーム線源として、陰極の角と辺に、ブロック体３００Ｄを貼り付けた高速原子ビーム線源５００Ｄ（図９）を用いた。ブロック体３００Ｄは、辺に貼り付けられた三角柱状のブロック体３１１，３１２，３１３と、ブロック体３１１，３１２，３１３の三角形の面に合うように、三角錐の４つの頂点を切断したブロック体３１０とを有する。また、ブロック体の体積割合は１４．６％、Ｗ／Ｗ０は、０．４６～０．８６、Ｌ／Ｌ０は、０．６１～０．９０、Ｈ／Ｈ０は、０．５９～０．９０であった。陰極以外は実施例１と同様にして照射試験を行った。初期状態からのパーティクル数の増加比率を算出した結果、増加比率は１．９倍であった。除去効率を評価したところ、除去効率の低下が見られるが、表面処理時間の増加による製造効率への影響は少ないと見なせる程度（評価Ｃ）であった。また、真空度への影響は、評価Ｂであった。また、接合基板を製造した結果、高速原子ビーム線源を構成する陰極部材等の部材に破損はなく、また、接合基板における接合阻害は発生せず、正常に接合した接合基板が得られた。

次に、実施例５を行った。実施例５は、ブロック体の陰極の内部に対する接着面において、粘着材の貼付面積は７５％としたこと以外は実施例１と同様にして行った。その結果、パーティクル数の増加比率は４．７％、除去効率はＡ評価、真空度への影響はＡ評価であった。また、接合基板を製造した結果、高速原子ビーム線源を構成する陰極部材等の部材に破損はなく、また、接合基板における接合阻害は発生せず、正常に接合した接合基板が得られた。

次に、実施例６を行った。実施例６は、ブロック体の陰極の内部に対する接着面において、粘着材の貼付面積は７５％としたこと以外は実施例２と同様にして行った。その結果、パーティクル数の増加比率は８．９％、除去効率はＡ評価、真空度への影響はＢ評価であった。また、接合基板を製造した結果、高速原子ビーム線源を構成する陰極部材等の部材に破損はなく、また、接合基板における接合阻害は発生せず、正常に接合した接合基板が得られた。

次に、実施例７を行った。実施例７は、ブロック体の陰極の内部に対する接着面において、粘着材の貼付面積は７５％としたこと以外は実施例３と同様にして行った。その結果、パーティクル数の増加比率は２．９％、除去効率はＢ評価、真空度への影響はＢ評価であった。また、接合基板を製造した結果、高速原子ビーム線源を構成する陰極部材等の部材に破損はなく、また、接合基板における接合阻害は発生せず、正常に接合した接合基板が得られた。

次に、実施例８を行った。実施例８は、ブロック体の陰極の内部に対する接着面において、粘着材の貼付面積は７５％としたこと以外は実施例４と同様にして行った。その結果、パーティクル数の増加比率は１．９％、除去効率はＣ評価、真空度への影響はＢ評価であった。また、接合基板を製造した結果、高速原子ビーム線源を構成する陰極部材等の部材に破損はなく、また、接合基板における接合阻害は発生せず、正常に接合した接合基板が得られた。

次に、実施例９を行った。実施例９は、ブロック体の陰極の内部に対する接着面において、粘着材の貼付面積は５０％としたこと以外は実施例１と同様にして行った。その結果、パーティクル数の増加比率は４．７％、除去効率はＡ評価、真空度への影響はＡ評価であった。また、接合基板を製造した結果、高速原子ビーム線源を構成する陰極部材等の部材に破損はなく、また、接合基板における接合阻害は発生せず、正常に接合した接合基板が得られた。

次に、実施例１０を行った。実施例１０は、ブロック体の陰極の内部に対する接着面において、粘着材の貼付面積は５０％としたこと以外は実施例２と同様にして行った。その結果、パーティクル数の増加比率は８．９％、除去効率はＡ評価、真空度への影響はＡ評価であった。また、接合基板を製造した結果、高速原子ビーム線源を構成する陰極部材等の部材に破損はなく、また、接合基板における接合阻害は発生せず、正常に接合した接合基板が得られた。

次に、実施例１１を行った。実施例１１は、ブロック体の陰極の内部に対する接着面において、粘着材の貼付面積は５０％としたこと以外は実施例３と同様にして行った。その結果、パーティクル数の増加比率は２．９％、除去効率はＢ評価、真空度への影響はＢ評価であった。また、接合基板を製造した結果、高速原子ビーム線源を構成する陰極部材等の部材に破損はなく、また、接合基板における接合阻害は発生せず、正常に接合した接合基板が得られた。

次に、実施例１２を行った。実施例１２は、ブロック体の陰極の内部に対する接着面において、粘着材の貼付面積は５０％としたこと以外は実施例４と同様にして行った。その結果、パーティクル数の増加比率は１．９％、除去効率はＣ評価、真空度への影響はＢ評価であった。また、接合基板を製造した結果、高速原子ビーム線源を構成する陰極部材等の部材に破損はなく、また、接合基板における接合阻害は発生せず、正常に接合した接合基板が得られた。

次に、実施例１３を行った。実施例１３は、ブロック体の陰極の内部に対する接着面において、粘着材の貼付面積は２５％としたこと以外は実施例１と同様にして行った。その結果、パーティクル数の増加比率は４．７％、除去効率はＡ評価、真空度への影響はＡ評価であった。また、接合基板を製造した結果、高速原子ビーム線源を構成する陰極部材等の部材に破損はなく、また、接合基板における接合阻害は発生せず、正常に接合した接合基板が得られた。

次に、実施例１４を行った。実施例１４は、ブロック体の陰極の内部に対する接着面において、粘着材の貼付面積は２５％としたこと以外は実施例２と同様にして行った。その結果、パーティクル数の増加比率は８．９％、除去効率はＡ評価、真空度への影響はＡ評価であった。また、接合基板を製造した結果、高速原子ビーム線源を構成する陰極部材等の部材に破損はなく、また、接合基板における接合阻害は発生せず、正常に接合した接合基板が得られた。

次に、実施例１５を行った。実施例１５は、ブロック体の陰極の内部に対する接着面において、粘着材の貼付面積は２５％としたこと以外は実施例３と同様にして行った。その結果、パーティクル数の増加比率は２．９％、除去効率はＢ評価、真空度への影響はＡ評価であった。また、接合基板を製造した結果、高速原子ビーム線源を構成する陰極部材等の部材に破損はなく、また、接合基板における接合阻害は発生せず、正常に接合した接合基板が得られた。

次に、実施例１６を行った。実施例１６は、ブロック体の陰極の内部に対する接着面において、粘着材の貼付面積は２５％としたこと以外は実施例４と同様にして行った。その結果、パーティクル数の増加比率は１．９％、除去効率はＣ評価、真空度への影響はＡ評価であった。また、接合基板を製造した結果、高速原子ビーム線源を構成する陰極部材等の部材に破損はなく、また、接合基板における接合阻害は発生せず、正常に接合した接合基板が得られた。

［比較例１］
次に、比較例１を行った。高速原子ビーム線源として、陰極にブロック体を貼り付けない高速原子ビーム線源を用いたこと以外は、実施例１と同様にして照射試験を行った。初期状態からのパーティクル数の増加比率を算出した結果、増加比率は２０倍であった。また、接合基板を製造した結果、高速原子ビーム線源を構成する陰極部材等の部材に破損はなかったものの、基板において接合阻害が発生し、得られた接合基板において破折箇所が確認された。

［比較例２］
次に、比較例２を行った。高速原子ビーム線源として、陰極の角にブロック体３００Ｅを貼り付けた高速原子ビーム線源５００Ｅ（図１０）を用いた。ブロック体３００Ｅは、三角錐状のブロック体３１４を有する。また、ブロック体の体積割合は０．４％、Ｗ／Ｗ０は、０．８３～１．０、Ｌ／Ｌ０は、０．８８～１．０、Ｈ／Ｈ０は、０．８７～１．０であった。陰極以外は実施例１と同様にして照射試験を行った。初期状態からのパーティクル数の増加比率を算出した結果、増加比率は１２倍であった。除去効率を評価したところ、ブロック体を用いない場合と同等（評価Ａ）であった。また、真空度への影響は、評価Ａであった。また、接合基板を製造した結果、高速原子ビーム線源を構成する陰極部材等の部材に破損はなかったものの、基板において接合阻害が発生し、得られた接合基板において破折箇所が確認された。

［比較例３］
次に、比較例３を行った。高速原子ビーム線源として、陰極にブロック体３００Ｆを貼り付けた高速原子ビーム線源５００Ｆ（図１１）を用いた。ブロック体３００Ｆは、三角錐状のブロックの頂点のうち２つの頂点を切断したブロック体３１５を有する。また、ブロック体の体積割合は２３．２％、Ｗ／Ｗ０は、０．３２～１．０、Ｌ／Ｌ０は、０．５４～０．８４、Ｈ／Ｈ０は、０．４９～０．９０であった。陰極以外は実施例１と同様にして照射試験を行った。真空度への影響は、評価Ｄであり、所定の真空度に到達することが難しい状態であったため、初期状態からのパーティクル数の増加比率の算出、および除去効率の評価は行わなかった。

次に、比較例４を行った。比較例４は、ブロック体の陰極の内部に対する接着面において、粘着材の貼付面積は１５％としたこと以外は実施例１と同様にして行った。その結果、パーティクル数の増加比率は４．７％、除去効率はＡ評価、真空度への影響はＡ評価であった。しかしながら、接合基板を製造した結果、正常に接合した接合基板が得られたものの、高速原子ビーム線源を構成する陰極部材等の部材に破損がみられた。

本発明の例示的態様である実施例１～実施例１６において、陰極部材における、スパッタリング現象により生じたパーティクルが堆積しやすい領域にブロック体を貼り付けることにより、パーティクル堆積物の放出が抑制され、高速原子ビームが照射された半導体基板の接合対象面上にパーティクルが付着することが抑制されたことが示された。また、パーティクル数の増加比率が１０倍以下となり、パーティクル堆積物の放出が十分に抑制され、半導体基板同士を接合するときに接合阻害が発生することを抑制して、接合基板の製造効率を高めることができることが示された。さらに、陰極部材の内面への粘着材の貼付面積を２５％以上とすることにより、真空度が低下して表面処理の効率低下を抑制すること、また、陰極部材の破損を抑制することができ、接合基板の製造効率を高めることができる。

１００ 陰極
１０１ 粒子線放出口
１０２ 不活性ガス導入口
１０３ 陰極部材
１０３ａ 隅角部
１０３ｂ 辺
１１０ 底面
１２０ 上面
１３０ 側面
１４０ 側面
１５０ 側面
１６０ 側面
２００ 陽極
３００ ブロック体
３０１Ａ１ 露出面
４００ 粘着材
５００ 高速原子ビーム線源
７００ 接合基板
７１０ 第１の半導体基板
７２０ 第２の半導体基板
７１１，７２１ 接合対象面

Claims (15)

1. 高速原子ビーム線源の陰極であって、
   前記陰極は、６つの内面を有し、内部が中空の箱状であり、
   ６つの前記内面として、底面と、前記底面と対向し、かつ、前記底面に平行な上面と、前記底面と前記上面とをつなぐ４つの側面と、を備えるとともに、６つの前記内面は、６枚の平板状の陰極部材から構成され、
   ４つの前記側面は、対向する前記側面同士が互いに平行であり、
   ４つの前記側面のうち、対向する２組の前記側面の１組において、一方には、前記陰極内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入口が設けられ、他方には、前記陰極の外部に高速原子ビームを放出する粒子線放出口が設けられており、
   前記陰極部材は、４つの隅角部と、前記隅角部をつなぐ４つの辺で輪郭が構成された形状であり、
   前記陰極の前記内面を構成する前記陰極部材の平面において、ブロック体が粘着材を介して貼り付けられたブロック体貼付領域を有し、
   前記ブロック体貼付領域は、前記高速原子ビーム線源の使用により発生するスパッタリングによる前記陰極部材の除去量よりも、前記スパッタリングにより発生したスパッタ塵の再付着量の方が大きい領域であり、
   前記ブロック体の体積は、前記陰極の前記内部の体積に対して、体積割合１％～１５％であり、
   前記ブロック体の前記陰極の前記内部に対する接着面において、前記粘着材の貼付面積が２５％以上である、陰極。
2. 前記ブロック体貼付領域が、前記隅角部を含む、請求項１に記載の陰極。
3. 前記ブロック体貼付領域が、前記辺をさらに含む、請求項２に記載の陰極。
4. 前記上面において、
   前記上面の２つの前記隅角部をつなぐ対角線である第１対角線の長さＷ０に対する、前記第１対角線でつながれる２つの前記隅角部に設けられた前記ブロック体同士の最短距離Ｗ１の比（Ｗ１／Ｗ０）が、０．４以上である、請求項２に記載の陰極。
5. 前記不活性ガス導入口および前記粒子線放出口が設けられていない前記側面において、
   当該側面の２つの前記隅角部をつなぐ対角線である第２対角線の長さＬ０に対する、前記第２対角線でつながれる２つの前記隅角部に設けられた前記ブロック体同士の最短距離Ｌ１の比（Ｌ１／Ｌ０）が、０．５以上である、請求項２に記載の陰極。
6. 前記不活性ガス導入口が設けられた前記側面において、
   当該側面の２つの前記隅角部をつなぐ対角線である第３対角線の長さＨ０に対する、前記第３対角線でつながれる２つの前記隅角部に設けられた前記ブロック体同士の最短距離Ｈ１の比（Ｈ１／Ｈ０）が、０．５以上である、請求項２に記載の陰極。
7. 前記隅角部に設けられる前記ブロック体の露出面は、当該隅角部に向かって略半球状に凹んだ面である、請求項２に記載の陰極。
8. 前記ブロック体が、グラファイト製、グラッシーカーボン製、シリコン製、炭化ケイ素製のいずれかである、請求項１に記載の陰極。
9. 前記陰極部材が、グラファイト製、グラッシーカーボン製、シリコン製、炭化ケイ素製のいずれかである、請求項１に記載の陰極。
10. 請求項１に記載の陰極と、
    前記陰極の内部に設けられた陽極と、を備える、高速原子ビーム線源。
11. 第１の半導体基板と、第２の半導体基板とが積層した接合基板を製造する方法であって、
    請求項１０に記載の高速原子ビーム線源を用いて、前記第１の半導体基板の接合対象面と、前記第２の半導体基板の接合対象面に、高速原子ビームを真空中で照射する照射工程と、
    前記高速原子ビームが照射された、前記第１の半導体基板の接合対象面と前記第２の半導体基板の接合対象面とを接触させて、接合界面を有する積層体を得る接触工程と、
    を備える、接合基板の製造方法。
12. 前記接合工程で得られた前記積層体を熱処理して接合基板を得る熱処理工程をさらに備える、請求項１１に記載の接合基板の製造方法。
13. 前記第１の半導体基板および前記第２の半導体基板が、それぞれ、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶基板、４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板、６Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板、ＳｉＣ多結晶基板のうちのいずれかである、請求項１１に記載の接合基板の製造方法。
14. 前記高速原子ビームが、アルゴン、ネオン、キセノンのいずれかを含む、請求項１１に記載の接合基板の製造方法。
15. 請求項１に記載の陰極を再生する方法であって、
    高速原子ビーム線源に使用後の陰極を構成する陰極部材の前記ブロック体貼付領域から、ブロック体を除去するブロック体除去工程と、
    前記ブロック体を除去した前記陰極部材の前記ブロック体貼付領域に新しいブロック体を貼り付ける貼付工程と、を含む、陰極の再生方法。

Images