JP6164770B2 - Substrate surface treatment method and apparatus - Google Patents

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本願発明は、粒子ビーム源を用いた基板表面処理方法及びその装置に関する。   The present invention relates to a substrate surface processing method and apparatus using a particle beam source.

イオンビーム源などの粒子ビーム源を用いて基板表面をエネルギー粒子で照射する技術は、表面層のスパッタ除去、改質、或いは表面の活性化など種々の目的に広範に用いられている。一例として、いわゆる表面活性化による常温接合は、半導体や絶縁性基板の固相接合に応用され、常温又は低温でのプロセスで高い接合強度を得ることを可能にしている。   A technique for irradiating a substrate surface with energetic particles using a particle beam source such as an ion beam source is widely used for various purposes such as sputter removal of a surface layer, modification, or surface activation. As an example, room temperature bonding by so-called surface activation is applied to solid phase bonding of a semiconductor or an insulating substrate, and it is possible to obtain high bonding strength by a process at normal temperature or low temperature.

また、粒子ビーム源で加速された粒子の束(粒子ビーム)に加えて、所望の物質の粒子又はクラスターを、粒子ビームと同時に又は別に基板表面に堆積させることで、薄膜を形成し、又は表面をドープするなどの表面改質が行われている。これにより、上記表面活性化による常温接合の際に、例えば、シリコンの基板表面を表面活性化し、又は表面活性化した基板表面にシリコン薄膜を形成し、これらの表面に少量の所定の鉄などの遷移金属を堆積させることで、強固な接合強度を得ることができる。(特許文献1)   In addition to a particle bundle accelerated by a particle beam source (particle beam), a thin film is formed by depositing particles or clusters of a desired substance on the substrate surface simultaneously with or separately from the particle beam, or the surface Surface modification such as doping is performed. Thereby, at the time of room temperature bonding by the surface activation, for example, the silicon substrate surface is surface activated, or a silicon thin film is formed on the surface activated substrate surface, and a small amount of predetermined iron or the like is formed on these surfaces. By depositing the transition metal, a strong bonding strength can be obtained. (Patent Document 1)

しかしながら、粒子ビーム源を用いる技術においては、エネルギー粒子(粒子ビーム)の照射が基板表面に亘って均一に行うことが困難な場合が多い。   However, in a technique using a particle beam source, it is often difficult to perform irradiation of energetic particles (particle beam) uniformly over the substrate surface.

たとえば、ビーム放射口が基板の寸法に対して小さい場合には、ビーム放射口から放射されるビームは次第に広がっていく。この場合、基板上の位置によって、衝突するビームの入射角、時間当たりの照射量などの照射条件が異なる。したがって、ビーム照射によるスパッタ除去速度や照射により得られる活性度などプロセスの結果における、基板上でのばらつきが生じうる。   For example, when the beam emission port is small with respect to the size of the substrate, the beam emitted from the beam emission port gradually spreads. In this case, irradiation conditions such as the incident angle of the colliding beam and the irradiation amount per time differ depending on the position on the substrate. Therefore, variations on the substrate, such as the sputter removal rate by beam irradiation and the activity obtained by irradiation, can occur.

より均一な粒子ビーム照射を行うために、ライン式粒子ビーム源を用いることができる。ライン式粒子ビーム源は、線状(ライン状;リニア;linear)のビーム放射口を有し、当該ビーム放射口から、ライン方向に延びた又はライン方向にある幅を有した線状の断面形状のビームを放射することができる。ライン式ビーム照射源は、ビームの照射量やエネルギーが、ライン方向に十分に均一となるように構成されうる。したがって、このライン式粒子ビーム源を、基板に対して相対的に移動させつつビームを照射することにより、基板上に極めて均一なビーム照射を行うことが可能になる。   In order to perform more uniform particle beam irradiation, a line type particle beam source can be used. The line type particle beam source has a linear (linear) linear beam emission port, and extends in the line direction from the beam emission port or has a width in the line direction. Can be emitted. The line-type beam irradiation source can be configured such that the beam irradiation amount and energy are sufficiently uniform in the line direction. Therefore, by irradiating the line type particle beam source while moving the line type particle beam source relative to the substrate, it becomes possible to perform very uniform beam irradiation on the substrate.

特開2003−152027号公報JP 2003-152027 A

しかしながら、ライン式粒子ビーム源を用いても問題がある。ライン式或いは通常のエネルギー粒子源を用いて基板表面をエネルギー粒子で照射すると、基板表面の材料がスパッタ除去される。基板表面からスパッタ除去された材料(スパッタ粒子)は、原子やクラスターの状態でプロセス雰囲気中に飛散する。たとえば、基板接合のために一対の基板が対向して配置されている場合には、一方の基板表面の粒子ビーム照射中に、飛散したスパッタ粒子が他の基板表面に付着する。これにより、基板表面に不純物や不要な材料が堆積することになり、他の基板表面に対するエネルギー粒子照射の際に、スパッタ量を正確に制御できなくなり、又は当該基板表面を適切に処理することができなくなる場合がある。   However, there is a problem even if a line type particle beam source is used. When the substrate surface is irradiated with energetic particles using a line type or normal energetic particle source, the material on the substrate surface is sputtered away. The material (sputtered particles) sputtered and removed from the substrate surface is scattered in the process atmosphere in the form of atoms and clusters. For example, when a pair of substrates are arranged facing each other for substrate bonding, scattered sputtered particles adhere to the other substrate surface during particle beam irradiation on the surface of one substrate. As a result, impurities and unnecessary materials are deposited on the substrate surface, and when the energetic particle irradiation is performed on the other substrate surface, the amount of sputtering cannot be accurately controlled, or the substrate surface can be appropriately processed. It may not be possible.

一方の基板からのスパッタ粒子の他の基板への堆積を回避するためには、2つの基板が対向する構成を避け、たとえば、基板面方向に互いに十分に離間させる構成をとることもできる。しかし、この構成では、粒子ビーム照射を行うためのチャンバの容積を大きくすることになり、好ましくない。また、基板を対向させないで、一枚ずつビーム照射を行うこともできる。しかし、これでは、プロセス時間が増加し、ハンドリング時間が長いと、ビーム照射後の基板表面の特性が雰囲気との接触により悪化することになり、好ましくない。   In order to avoid deposition of sputtered particles from one substrate on the other substrate, a configuration in which the two substrates are opposed to each other can be avoided, for example, a configuration in which the substrates are sufficiently separated from each other in the substrate surface direction can be employed. However, this configuration is not preferable because the volume of the chamber for performing particle beam irradiation is increased. Further, beam irradiation can be performed one by one without facing the substrate. However, if the process time is increased and the handling time is long, the characteristics of the substrate surface after beam irradiation are deteriorated by contact with the atmosphere, which is not preferable.

また、ビーム照射源にグリッド部や放射口にコーン形状の金属体を設け、これらを所定の金属などのドーパント(添加物)材料で構成することなどにより、ビーム照射を行いつつ当該金属粒子をビームに混ぜて、基板に対して放射させることができる。これにより、基板面をドーパント材料でドープし、或いは基板の表面又は表面近傍に上記ドーパント材料を分布させることが可能になる。金属体は、粒子源と照射対象である基板との間でエネルギー粒子に曝される位置に設置しても同様な現象が得られる。   In addition, by providing a cone-shaped metal body at the grid irradiation portion or radiation port at the beam irradiation source and configuring them with a dopant (additive) material such as a predetermined metal, the metal particles are irradiated while performing the beam irradiation. And radiate against the substrate. Thereby, it becomes possible to dope the substrate surface with the dopant material, or to distribute the dopant material on or near the surface of the substrate. The same phenomenon can be obtained even if the metal body is placed at a position where it is exposed to energetic particles between the particle source and the substrate to be irradiated.

通常、ドーパントの基板への添加量は、正確に行われる必要がある。しかし、上記のドーパント材料を有する金属体を用いる場合には、ドーパントの基板への添加量は、上記金属体などのドーパント材料の形状、粒子ビーム源(エネルギー粒子源)や基板の照射面に対する位置、エネルギー粒子の種類や運動エネルギーなどにより規定される。したがって、これらの構成で、ドーパント材料の基板に対するドープ量を正確に制御することは困難である。   Usually, the amount of dopant added to the substrate needs to be accurately performed. However, when a metal body having the above dopant material is used, the amount of dopant added to the substrate depends on the shape of the dopant material such as the metal body, the position relative to the irradiation surface of the particle beam source (energy particle source) and the substrate. It is defined by the type of energy particles and kinetic energy. Therefore, with these configurations, it is difficult to accurately control the doping amount of the dopant material with respect to the substrate.

さらに、ドーパント材料は、基板表面に付着しつつも、同時に粒子ビーム源から放射された粒子ビーム(エネルギー粒子)の衝突により、基板表面の物質がスパッタリングにより除去される。基板表面に付着したドーパント材料のエネルギー粒子の衝突による除去量は、ドーパント材料の付着量とエネルギー粒子によるスパッタ量との大小関係により決まる。すなわち、スパッタ量がドーパントの付着量より大きければ、ドーパントはすべて除去される。ドーパント付着量がスパッタ量より大きければ、基板表面はスパッタ除去されつつも、その差に相当する量のドーパントが基板表面に付着され残ることになる。しかし、例えば基板固相接合(常温接合)において、所定の表面活性化を行うためのスパッタ量と接合強度を上げるためのドーパント付着量(添加量)との関係は、微妙である。少しの条件の相違により、この関係のバランスが一方からもう片方へと移りえる。そのため、上記の場合の構成において、この関係のバランスを微細に調整することは困難であった。   Furthermore, while the dopant material adheres to the substrate surface, the material on the substrate surface is removed by sputtering due to the collision of particle beams (energy particles) emitted from the particle beam source at the same time. The removal amount of the dopant material adhering to the substrate surface by the collision of energetic particles is determined by the magnitude relationship between the adhering amount of the dopant material and the sputtering amount by the energetic particles. That is, if the amount of sputtering is greater than the amount of deposited dopant, all of the dopant is removed. If the amount of dopant attached is larger than the amount of sputtering, the substrate surface is sputtered away, but an amount of dopant corresponding to the difference remains attached to the substrate surface. However, for example, in substrate solid-phase bonding (normal temperature bonding), the relationship between the amount of sputtering for performing predetermined surface activation and the amount of added dopant (added amount) for increasing the bonding strength is delicate. A slight difference in conditions can shift the balance of this relationship from one to the other. Therefore, in the configuration in the above case, it is difficult to finely adjust the balance of this relationship.

そこで、上記の少なくとも1つ又は複数の課題を解決するために、本願発明は、一方の基板に対する表面処理により飛散するスパッタ粒子が他方の基板に影響をあたえずに、ライン式粒子ビーム源を用いた基板表面の処理方法及び処理装置を提供することを目的とする。   Therefore, in order to solve at least one or more of the problems described above, the present invention uses a line type particle beam source without causing sputtered particles scattered by surface treatment on one substrate to affect the other substrate. An object of the present invention is to provide a method and apparatus for treating a substrate surface.

またさらに、本願発明は、基板に対するビーム照射とスパッタ堆積とを独立に正確に制御する基板表面の処理方法及び処理装置を提供することをも目的とする。   Still another object of the present invention is to provide a substrate surface processing method and processing apparatus that accurately and independently controls beam irradiation and sputter deposition on a substrate.

本願において、ウエハ(以下、基板と称する。)は、板状の半導体を含むが、これに限定されない。ウエハ又は基板には、半導体以外にも、ガラス、セラミックス、金属、プラスチックなどの材料、又はこれらの複合材料により形成されていてもよい。剛性が高い材料も低い材料も含まれ、円形、長方形等の種々の形状に形成される。   In the present application, a wafer (hereinafter referred to as a substrate) includes a plate-shaped semiconductor, but is not limited thereto. In addition to the semiconductor, the wafer or substrate may be formed of a material such as glass, ceramics, metal, plastic, or a composite material thereof. The material includes a material having high rigidity and a material having low rigidity, and is formed into various shapes such as a circle and a rectangle.

本願において、「チップ」とは、半導体部品を含む成型加工半導体の板状部品、パッケージされた半導体集積回路(IC)などの電子部品等を示す広い概念の用語として与えられる。「チップ」には、一般に「ダイ」と呼ばれる部品や、基板よりも寸法が小さくて、複数個を当該基板に接合できるほどの大きさを有する部品又は小型の基板も含まれる。また、電子部品以外に、光部品、光電子部品、機械部品も含まれる。   In the present application, the “chip” is given as a broad concept term indicating a molded semiconductor plate-like component including a semiconductor component, an electronic component such as a packaged semiconductor integrated circuit (IC), and the like. The “chip” includes a component generally called a “die”, a component having a size smaller than that of the substrate, and a size that allows a plurality of components to be bonded to the substrate, or a small substrate. In addition to electronic components, optical components, optoelectronic components, and mechanical components are also included.

上記の技術的課題を解決するために、本願発明に係る基板表面処理方法は、2つの対向する基板の間に配置されたライン式粒子ビーム源を用いて、一方の基板の表面に対してビーム照射を行うことと、ビーム照射の際に、2つの基板の間に配置された遮蔽部材を用いて、一方の基板から放出される物質が他方の基板に付着することを防ぐことと、を備えるようにしたものである。本願発明によれば、照射を行うと同時に、ライン式粒子ビーム源で一方の基板の表面を処理しつつ、当該基板からスパッタされる物質の他方の基板への付着又は堆積を防止することができる。よって、他方の基板の表面のスパッタ除去などの表面処理特性をより正確に制御し、また基板表面への不純物の堆積など望ましくない物質による汚染を防ぐことができる。したがって、表面活性化処理による基板固相接合を行う場合には、適切な表面活性化処理を行って、接合強度などの所定の特性に優れた接合界面を形成させることができるという効果を奏する。   In order to solve the above technical problem, a substrate surface treatment method according to the present invention uses a line-type particle beam source disposed between two opposing substrates, and applies a beam to the surface of one substrate. Performing irradiation and preventing a substance released from one substrate from adhering to the other substrate using a shielding member disposed between the two substrates during beam irradiation. It is what I did. According to the present invention, at the same time as irradiation, the surface of one substrate is treated with a line type particle beam source, and adhesion or deposition of a substance sputtered from the substrate to the other substrate can be prevented. . Therefore, surface treatment characteristics such as sputter removal on the surface of the other substrate can be controlled more accurately, and contamination by undesirable substances such as deposition of impurities on the substrate surface can be prevented. Therefore, when performing substrate solid-phase bonding by surface activation treatment, there is an effect that a suitable interface activation treatment can be performed to form a bonding interface excellent in predetermined characteristics such as bonding strength.

本願発明に係る基板表面処理方法は、ライン式粒子ビーム源を用いて、スパッタ材料をスパッタさせて、ビーム照射が行われた基板表面上にスパッタ材料を堆積させることを更に備えるようにしてもよい。これにより、一つのライン式粒子ビーム源を用いて、基板の表面を直接粒子ビーム照射した直後または同時に、その基板表面に対してスパッタ堆積を行うことができる。したがって、ライン式粒子ビーム源を含む表面処理装置を小さく設計作成することができると共に、省スペース化により、基板周辺の雰囲気の制御が容易になる。   The substrate surface treatment method according to the present invention may further comprise depositing the sputtered material on the surface of the substrate irradiated with the beam by sputtering the sputtered material using a line type particle beam source. . Thereby, it is possible to perform sputter deposition on the surface of the substrate using one line type particle beam source immediately after or simultaneously with direct particle beam irradiation of the surface of the substrate. Therefore, the surface treatment apparatus including the line type particle beam source can be designed and made small, and the atmosphere around the substrate can be easily controlled by saving the space.

本願発明に係る基板表面処理方法は、遮蔽部材が、スパッタ材料を搭載可能な複数面を有し、遮蔽部材を、ライン式粒子ビーム源のライン方向に実質的に平行な軸周りに回転させて各面に搭載されたスパッタ材料をスパッタさせるようにしてもよい。遮蔽部材にスパッタ材料を搭載することで、ライン式粒子ビーム源を含む表面処理装置を更に小さく設計作成することができると共に、遮蔽とスパッタ処理とを効率的に入れ替えることができる。また、活性化工程と分離することでスパッタ量を適切に制御することができる。   In the substrate surface treatment method according to the present invention, the shielding member has a plurality of surfaces on which the sputtering material can be mounted, and the shielding member is rotated around an axis substantially parallel to the line direction of the line-type particle beam source. Sputtering material mounted on each surface may be sputtered. By mounting the sputtering material on the shielding member, the surface treatment apparatus including the line-type particle beam source can be designed and made smaller, and the shielding and the sputtering treatment can be efficiently exchanged. Moreover, the amount of sputtering can be appropriately controlled by separating from the activation step.

本願発明に係る基板表面処理方法は、遮蔽部材が、板状であり、一方の面が遮蔽面として使用することができ、他方の面にはスパッタ材料が搭載され、処理対象の基板、当該処理対象の基板に対して行う表面処理がビーム照射であるか、スパッタ堆積であるかに応じて、遮蔽部材を回転させることを更に備えるようにしてもよい。これにより、遮蔽部材を回転して、ビーム照射の際のスパッタ粒子の遮蔽とスパッタ堆積とを効率よく選択的に行うことができる。   In the substrate surface treatment method according to the present invention, the shielding member is plate-shaped, and one surface can be used as a shielding surface, and the other surface is loaded with a sputter material, the substrate to be treated, and the treatment You may make it further provide rotating a shielding member according to whether the surface treatment performed with respect to the object board | substrate is beam irradiation or sputter deposition. Thereby, the shielding member can be rotated to efficiently and selectively shield the sputtered particles and sputter deposition during the beam irradiation.

本願発明に係る基板表面処理方法は、スパッタ材料として複数面の一つの面にケイ素(Si)が搭載され、他の面に遷移金属が搭載された遮蔽部材を用いて、ビーム照射が行われた基板表面上にケイ素(Si)を堆積させ、堆積されたケイ素(Si)上に所定の量の遷移金属を堆積させるようにしてもよい。これにより、表面活性化した表面に、鉄などの遷移金属が適切な量だけドープされたケイ素(シリコン、Si)の薄膜を形成して、極めて高い接合強度を有する接合界面を、効率よく形成させることができる。   In the substrate surface treatment method according to the present invention, beam irradiation is performed using a shielding member in which silicon (Si) is mounted on one surface as a sputtering material and a transition metal is mounted on the other surface. Silicon (Si) may be deposited on the substrate surface, and a predetermined amount of transition metal may be deposited on the deposited silicon (Si). As a result, a thin film of silicon (silicon, Si) doped with an appropriate amount of a transition metal such as iron is formed on the surface activated surface, thereby efficiently forming a bonding interface having extremely high bonding strength. be able to.

本願発明に係る基板表面処理方法は、ライン式粒子ビーム源が導電性カーボンを含むグリッドを有するようにしてもよい。これにより、ライン式粒子ビーム源からの鉄などの金属の放出を抑制し、金属の基板表面への堆積量を抑制することで、スパッタ材料に金属を用いて正確にスパッタ材料の基板表面への堆積量を所望の値となるように制御することができる。   In the substrate surface treatment method according to the present invention, the line type particle beam source may have a grid containing conductive carbon. This suppresses the release of metal such as iron from the line type particle beam source and suppresses the amount of metal deposited on the substrate surface, so that the sputter material can be accurately applied to the substrate surface using metal. The amount of deposition can be controlled to a desired value.

本願発明に係る基板表面処理方法は、ライン式粒子ビーム源が、第1ライン式粒子ビーム源と第2ライン式粒子ビーム源とを有し、第1ライン式粒子ビーム源を用いて、基板表面に対してビーム照射を行い、第2ライン式粒子ビーム源を用いて、スパッタ材料をスパッタさせて、第1ライン式粒子ビーム源によりビーム照射が行われた基板表面上にスパッタ材料を堆積させるようにしてもよい。これにより、表面活性化処理をした直後または同時に、表面活性化処理された基板表面にスパッタ材料を堆積させることができるので、不純物の含有量が抑制され、高い活性の表面を形成することができる。その後、これらの表面を互いに接触させることで、高い接合強度を有する接合界面を形成させることができる。   In the substrate surface processing method according to the present invention, the line type particle beam source has a first line type particle beam source and a second line type particle beam source, and the first line type particle beam source is used to The second line particle beam source is used to perform beam irradiation, and the sputter material is sputtered to deposit the sputter material on the surface of the substrate irradiated with the first line particle beam source. It may be. Accordingly, the sputter material can be deposited on the surface activated substrate surface immediately after or simultaneously with the surface activation treatment, so that the content of impurities can be suppressed and a highly active surface can be formed. . Thereafter, by bringing these surfaces into contact with each other, a bonding interface having high bonding strength can be formed.

本願発明に係る基板表面処理方法は、ライン方向に実質的に平行な軸周りに回転可能なライン式粒子ビーム源を、2つの基板間を移動させつつ、両基板の表面に対して片方ずつビーム照射を行うようにしてもよい。これにより、基板ごとに粒子ビーム源を配置することを必要とせず、一つ又は一組のライン式粒子ビーム源を用いて、2つの基板に対して表面処理を行うことができる。   In the substrate surface treatment method according to the present invention, a line type particle beam source that is rotatable about an axis substantially parallel to the line direction is moved between two substrates, while one beam is directed to the surface of both substrates. Irradiation may be performed. Thereby, it is not necessary to arrange a particle beam source for each substrate, and surface treatment can be performed on two substrates using one or a set of line type particle beam sources.

本願発明に係る、ライン式粒子ビーム源を用いて基板表面に対してビーム照射を行う基板表面処理方法は、ライン式粒子ビーム源が、ライン方向に線状に配列され複数の粒子ビーム源を有し、基板のライン方向の大きさに対応する数のビーム照射源を作動させて、当該基板表面に対してビーム照射を行うようにしたものである。本願発明によれば、処理が行われる基板の寸法に合わせた長さの粒子ビームを放出することができる。たとえば、小さいサイズの基板表面に対して、基板のライン式粒子ビーム源の長手方向(ライン方向)のサイズに合わせた長さの粒子ビームを照射することができる。これにより、表面処理すべき基板表面領域以外の箇所へのビーム照射による、不要な物質の雰囲気への放射を抑制し、清浄な処理雰囲気を保つことができ、接合面を接合させる場合にも高い接合強度の接合界面を形成させることができる。さらに、粒子ビーム源の作動を省力化することもできる。   According to the present invention, a substrate surface treatment method for irradiating a substrate surface with a line-type particle beam source has a plurality of particle beam sources in which the line-type particle beam sources are linearly arranged in the line direction. Then, a number of beam irradiation sources corresponding to the size of the substrate in the line direction are operated to perform beam irradiation on the substrate surface. According to the present invention, it is possible to emit a particle beam having a length corresponding to the size of a substrate to be processed. For example, a particle beam having a length corresponding to the size of the substrate in the longitudinal direction (line direction) of the line type particle beam source can be irradiated onto the substrate surface having a small size. As a result, it is possible to suppress the emission of unnecessary substances to the atmosphere due to the beam irradiation to portions other than the substrate surface area to be surface-treated, and to maintain a clean processing atmosphere, which is also high when bonding the bonding surfaces. A bonding interface having a bonding strength can be formed. Furthermore, the operation of the particle beam source can be saved.

本願発明に係る表面処理方法は、線状に配列され複数の粒子ビーム源の各々に接続された指揮系統を通じて、処理する基板のサイズに応じて、放射する粒子ビームのライン方向の大きさを変えることを更に備えるようにしたものである。本願発明によれば、一つのライン式粒子ビーム源で、多くのサイズの基板に対して表面処理を行うことができる。よって、多品種プロセスを効率よく実施することができる。   In the surface treatment method according to the present invention, the size of the emitted particle beam in the line direction is changed according to the size of the substrate to be processed through a command system connected in a line and connected to each of a plurality of particle beam sources. This is a further provision. According to the present invention, surface treatment can be performed on substrates of many sizes with one line type particle beam source. Therefore, a multi-product process can be performed efficiently.

また上記の技術的課題を解決するために、本願発明に係る基板表面処理装置は、2つの対向する基板の間に配置され、選択的に一方の基板の表面に対してビーム照射を行うライン式粒子ビーム源と、2つの基板の間に配置され、ビーム照射を受ける基板から他の基板へ向けて飛散する物質を遮蔽する遮蔽部材と、を備えて構成されるようにしたものである。本願発明によれば、ライン式粒子ビーム源を用いて一方の基板に対して均一な粒子ビーム照射を行うと同時に、ライン式粒子ビーム源で一方の基板の表面を処理しつつ、当該基板からスパッタされる物質の他方の基板への付着又は堆積を防止することができる。よって、他方の基板の表面のスパッタ除去などの表面処理特性をより正確に制御し、また基板表面への不純物の堆積など望ましくない物質による汚染を防ぐことができる。したがって、表面活性化処理による基板固相接合を行う場合には、適切な表面活性化処理を行って、接合強度などの所定の特性に優れた接合界面を形成させることができる。   In order to solve the above technical problem, a substrate surface processing apparatus according to the present invention is a line type that is disposed between two opposing substrates and selectively irradiates the surface of one substrate with a beam. It is configured to include a particle beam source and a shielding member that is disposed between two substrates and shields a substance scattered from the substrate that receives the beam irradiation toward another substrate. According to the present invention, a uniform particle beam irradiation is performed on one substrate using a line type particle beam source, and at the same time, the surface of one substrate is processed with the line type particle beam source, and the substrate is sputtered. It is possible to prevent the material to be adhered or deposited on the other substrate. Therefore, surface treatment characteristics such as sputter removal on the surface of the other substrate can be controlled more accurately, and contamination by undesirable substances such as deposition of impurities on the substrate surface can be prevented. Therefore, when performing substrate solid-phase bonding by surface activation treatment, an appropriate surface activation treatment can be performed to form a bonding interface excellent in predetermined characteristics such as bonding strength.

本願発明に係る基板表面処理装置は、ライン式粒子ビーム源と遮蔽部材とが、2つの基板の間で並進可能であるように構成されてもよい。これにより、ライン式粒子ビーム源を走査(スキャン)することで比較的大きな面積の基板に対して均一に粒子ビーム照射を行うことができる。   The substrate surface treatment apparatus according to the present invention may be configured such that the line-type particle beam source and the shielding member can translate between two substrates. Thereby, the particle beam irradiation can be performed uniformly on the substrate having a relatively large area by scanning the line type particle beam source.

本願発明に係る基板表面処理装置は、2つの対向する基板の間に配置されるスパッタ部材を更に有し、ライン式粒子ビーム源が、基板とスパッタ部材とに対して選択的にビーム照射を行うことができるように構成され、スパッタ部材が、ライン式粒子ビーム源によるビーム照射を受けてスパッタ材料を基板表面に向けてスパッタさせるように構成されてもよい。これにより、一つのライン式粒子ビーム源を用いて、一方の基板に対する粒子ビーム照射と、スパッタリングによる堆積とを選択的又は交互に行い、同時に他方の基板への望ましくないスパッタ粒子の付着を回避することができる。したがって、たとえば、一方の基板に粒子ビーム照射により基板表面を活性化させ、高い付着力の薄膜を形成し、他方の基板に対しても同様に高い付着力の高品質の薄膜を形成することができる。   The substrate surface treatment apparatus according to the present invention further includes a sputtering member disposed between two opposing substrates, and the line particle beam source selectively irradiates the substrate and the sputtering member with beam irradiation. The sputter member may be configured to receive the beam irradiation from the line type particle beam source and to sputter the sputtered material toward the substrate surface. Thereby, using one line type particle beam source, irradiation of the particle beam on one substrate and deposition by sputtering are selectively or alternately performed, and at the same time, undesirable sputtered particles are prevented from adhering to the other substrate. be able to. Thus, for example, a substrate surface can be activated by particle beam irradiation on one substrate to form a thin film with high adhesion, and a high-quality thin film with high adhesion can be formed on the other substrate as well. it can.

本願発明に係る基板表面処理装置は、遮蔽部材が、ライン式粒子ビーム源のライン方向に実質的に平行な回転軸を有し、当該回転軸に平行な複数面を有し、当該複数面が、ビーム照射を受ける基板から他の基板へ向けて飛散する物質を遮蔽する遮蔽面と、スパッタ材料を搭載可能なスパッタ面とを有するように構成されてもよい。これにより、遮蔽部材を回転させて、選択的に、基板への粒子ビーム照射時には遮蔽面でスパッタ粒子の他の基板への飛散を防ぎ、スパッタリングによる堆積時には所定のスパッタ材料を搭載するスパッタ面に対してライン式粒子ビーム源からの粒子ビームを照射してスパッタリングを行うことができる。   In the substrate surface processing apparatus according to the present invention, the shielding member has a rotation axis substantially parallel to the line direction of the line-type particle beam source, has a plurality of surfaces parallel to the rotation axis, and the plurality of surfaces are Further, it may be configured to have a shielding surface that shields a substance scattered from the substrate that receives the beam irradiation toward another substrate, and a sputtering surface on which a sputtering material can be mounted. Thus, the shielding member is rotated to selectively prevent the sputtered particles from scattering to the other substrate at the shielding surface when the particle beam is irradiated onto the substrate, and to the sputtering surface on which a predetermined sputtering material is mounted at the time of deposition by sputtering. On the other hand, sputtering can be performed by irradiating a particle beam from a line type particle beam source.

本願発明に係る基板表面処理装置は、対向する2つの基板の間に配置されるスパッタ材料を更に有し、ライン式粒子ビーム源が、第1ライン式粒子ビーム源と第2ライン式粒子ビーム源とを有し、第1ライン式粒子ビーム源が基板表面に対してビーム照射を行い、第2ライン式粒子ビーム源がスパッタ材料に対してビーム照射を行い、スパッタ材料が、第2ライン式粒子ビーム源によるビーム照射によって基板表面に向けてスパッタ材料をスパッタさせるように構成されてもよい。これにより、2つのライン式粒子ビーム源の各々が基板表面に対するビーム照射とスパッタ堆積とを役割分担して同じスキャンで行うことができる。したがって、基板表面の活性化処理の直後に、付着力の極めて高く高品質の薄膜を形成することができる。更に、表面処理プロセスを高速に行うことができる。   The substrate surface treatment apparatus according to the present invention further includes a sputtering material disposed between two opposing substrates, and the line type particle beam source includes a first line type particle beam source and a second line type particle beam source. The first line type particle beam source irradiates the substrate surface with the beam, the second line type particle beam source irradiates the sputter material with the beam, and the sputter material becomes the second line type particle. The sputtering material may be sputtered toward the substrate surface by beam irradiation from a beam source. As a result, each of the two line type particle beam sources can perform beam irradiation and sputter deposition on the substrate surface in the same scan. Therefore, a high-quality thin film with extremely high adhesion can be formed immediately after the activation treatment of the substrate surface. Furthermore, the surface treatment process can be performed at high speed.

本願発明に係る基板表面処理装置は、ライン式粒子ビーム源が導電性カーボンを含むグリッドを有するように構成されてもよい。これにより、粒子ビームの衝突が最も頻繁に発生するグリッド部を、金属でなくカーボンで形成することで、ライン式粒子ビーム源からの望ましくない金属の放射を回避又は抑制することができる。たとえば、スパッタ材料としてシリコンと鉄とを用いて、シリコン薄膜を形成後、当該シリコン薄膜を鉄でドープする場合に有効である。従前は、グリッドなどライン式粒子ビームからの金属の放射量が制御困難であった。本願発明の当該態様によれば、処理される基板表面への金属のドープ量又はドープ条件は、微調整が可能なスパッタ部材からのスパッタ条件の制御により微細にかつ正確に制御することができる。   The substrate surface treatment apparatus according to the present invention may be configured such that the line type particle beam source has a grid containing conductive carbon. Thus, by forming the grid portion where the collision of the particle beam occurs most frequently with carbon instead of metal, it is possible to avoid or suppress undesirable metal radiation from the line type particle beam source. For example, it is effective when silicon and iron are used as sputtering materials and a silicon thin film is formed and then the silicon thin film is doped with iron. Previously, it was difficult to control the amount of metal radiation from a line-type particle beam such as a grid. According to this aspect of the present invention, the metal doping amount or doping conditions on the surface of the substrate to be processed can be finely and accurately controlled by controlling the sputtering conditions from the sputtering member that can be finely adjusted.

本願発明に係る基板表面処理装置は基板接合装置であってもよい。これにより、不純物の混入が少なく、かつ所望の特性を有する接合界面を形成することができる。   The substrate surface treatment apparatus according to the present invention may be a substrate bonding apparatus. As a result, it is possible to form a bonding interface with less impurities and desired characteristics.

本願発明に係るライン式粒子ビーム源は、ライン方向に線状に配列され、個別に作動可能な複数のビーム照射源を有して構成されるようにしたものである。本願発明によれば、同じライン式粒子ビーム源を用いても、ライン方向のサイズが適切となる所定の粒子ビーム源のみを作動させて、粒子ビームを照射する対象の基板サイズに応じた粒子ビームを放射することができる。したがって、多品種の基板に対して表面処理を行うことができる。   The line-type particle beam source according to the present invention is configured to have a plurality of beam irradiation sources that are linearly arranged in the line direction and can be individually operated. According to the present invention, even if the same line type particle beam source is used, only a predetermined particle beam source having an appropriate size in the line direction is operated, and the particle beam corresponding to the size of the target substrate to be irradiated with the particle beam Can be emitted. Accordingly, surface treatment can be performed on a wide variety of substrates.

本願発明に係るライン式粒子ビーム源は、線状に配列され複数の粒子ビーム源の各々に接続され作動指令を与え指揮系統を更に有し、当該指揮系統を通じて、放射する粒子ビームのライン方向の大きさを変えることができるように構成されてもよい。これにより、一つのライン式粒子ビーム源で、多くのサイズの基板に対して表面処理を行うことができる。よって、多品種プロセスを効率よく実施することができる。   The line-type particle beam source according to the present invention further includes a command system which is arranged in a line and is connected to each of a plurality of particle beam sources to give an operation command, and through the command system, in the line direction of the emitted particle beam. You may be comprised so that a magnitude | size can be changed. Thereby, surface treatment can be performed on substrates of many sizes with one line type particle beam source. Therefore, a multi-product process can be performed efficiently.

本願発明に係る粒子ビーム源は、加速された粒子が接触する基板表面周りの雰囲気及び筐体内部を、非作動中に、不活性ガスで充填し、充填した不活性ガスを排気することができるように構成したものである。加速粒子がグリッド及び筐体内部などに衝突すると、これらの表面の物質が弾き飛ばされ又は削られることで、不純物粒子が雰囲気中に生成される。この不純物粒子は、汚染物として、グリッド及び筐体内部の雰囲気に留まって浮遊する。したがって、この状態で続けて粒子ビーム源を作動すると、粒子ビーム(エネルギー粒子)の放射とともに、不純物粒子が粒子ビーム源から放出され、処理される基板表面にパーティクル(汚染物粒子)として付着する。パーティクル等の不純物の付着は、基板表面処理過程では、基板表面の特性を悪化させ、又は基板接合過程では、パーティクルの付着箇所を中心にその近傍で基板表面の接触を妨げ、接合界面でのボイドを発生させる原因となりうる。本願発明に係る粒子ビーム源は、筐体等の内部に粒子ビーム源のグリッド及び筐体内部に浮遊する不純物を、各作動又は一定量の作動ごとに、不活性ガス(パージガス)を導入して、不純物粒子をパージガスと共に外部へ排気することができる。よって、粒子ビーム源内部を比較的清浄に保ち、汚染原因としてのパーティクル等の発生を抑制することができる。したがって、本願発明により、清浄な基板表面処理又は基板接合を行うことが可能になる。   The particle beam source according to the present invention can fill the atmosphere around the substrate surface with which the accelerated particles are in contact and the inside of the housing with an inert gas during non-operation, and exhaust the filled inert gas. It is comprised as follows. When the accelerated particles collide with the grid and the inside of the housing, the substances on these surfaces are blown off or scraped, and impurity particles are generated in the atmosphere. The impurity particles stay as floating in the atmosphere inside the grid and the casing as contaminants. Accordingly, when the particle beam source is continuously operated in this state, the impurity particles are emitted from the particle beam source together with the radiation of the particle beam (energy particles), and adhere as particles (contaminant particles) to the substrate surface to be processed. The adhesion of impurities such as particles deteriorates the characteristics of the substrate surface in the substrate surface treatment process, or the substrate bonding process prevents the contact of the substrate surface in the vicinity of the particle adhesion site and causes voids at the bonding interface. May be caused. The particle beam source according to the present invention introduces a particle beam source grid inside the housing and the like and impurities floating inside the housing, and introduces an inert gas (purge gas) for each operation or a certain amount of operation. The impurity particles can be discharged to the outside together with the purge gas. Therefore, the inside of the particle beam source can be kept relatively clean, and generation of particles or the like as a cause of contamination can be suppressed. Therefore, according to the present invention, it is possible to perform clean substrate surface treatment or substrate bonding.

本願発明によれば、ライン式粒子ビーム源で一方の基板の表面を処理しつつ、当該基板からスパッタされ飛散する物質が他方の基板に付着又は堆積することを防止することができる。したがって、他方の基板の表面のスパッタ除去などの表面処理特性をより正確に制御し、また基板表面への不純物の堆積など望ましくない物質による汚染を防ぐことができる。したがって、表面活性化処理による基板固相接合を行う場合には、適切な表面活性化処理を行って、接合強度などの所定の特性に優れた接合界面を形成させることができるという効果を奏する。   According to the present invention, while the surface of one substrate is treated with a line type particle beam source, it is possible to prevent a substance sputtered and scattered from the substrate from adhering or depositing on the other substrate. Therefore, surface treatment characteristics such as sputter removal on the surface of the other substrate can be controlled more accurately, and contamination by undesirable substances such as impurity deposition on the substrate surface can be prevented. Therefore, when performing substrate solid-phase bonding by surface activation treatment, there is an effect that a suitable interface activation treatment can be performed to form a bonding interface excellent in predetermined characteristics such as bonding strength.

本願発明に係る基板表面処理装置の構成を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the structure of the substrate surface processing apparatus which concerns on this invention. ライン式粒子ビーム源を有する基板表面処理手段の構成を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the structure of the substrate surface processing means which has a line type particle beam source. 基板表面処理過程を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows a substrate surface treatment process. 基板接合過程を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows a board | substrate joining process. 一変形例に係る基板表面処理過程を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the substrate surface treatment process which concerns on one modification. 一変形例に係る基板表面処理過程を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the substrate surface treatment process which concerns on one modification. 一変形例に係る基板表面処理過程を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the substrate surface treatment process which concerns on one modification. 一変形例に係る基板表面処理過程を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the substrate surface treatment process which concerns on one modification. 複数のライン式粒子ビーム源を有して構成されるライン式粒子ビーム源の正面図である。It is a front view of a line type particle beam source having a plurality of line type particle beam sources. 複数のライン式粒子ビーム源を有して構成されるライン式粒子ビーム源の平面図である。It is a top view of a line type particle beam source constituted by having a plurality of line type particle beam sources. 中性高速原子ビーム源の断面図である。It is sectional drawing of a neutral fast atom beam source. イオンビーム源の断面図である。It is sectional drawing of an ion beam source. 一変形例に係る基板表面処理過程を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the substrate surface treatment process which concerns on one modification.

以下、添付の図面を参照して本願発明に係る実施形態を説明する。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

<1.基板表面装置の構成、及び基板表面処理方法>
図1は、本発明の一実施形態に係る基板表面処理装置100の内部の概略構造を示す正面図である。ライン式粒子ビーム源の構成や動作を説明する前に、まず全体の装置構成を説明する。なお、以下、各図においては、便宜上、XYZ直交座標系を用いて方向等を示している。
<1. Configuration of Substrate Surface Apparatus and Substrate Surface Treatment Method>
FIG. 1 is a front view showing a schematic structure inside a substrate surface treatment apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. Before describing the configuration and operation of the line-type particle beam source, the overall apparatus configuration will be described first. In the following, in each figure, directions and the like are shown using an XYZ orthogonal coordinate system for convenience.

基板表面処理装置100は、真空チャンバ200と、被接合物である基板301,302を対向して支持し、両基板の相対的な位置決めをする基板支持手段400と、基板の相対的位置関係を測定する位置測定手段500と、対向して支持された基板301,302の表面に対して表面処理を行う表面処理手段600と、を有して構成されている。   The substrate surface treatment apparatus 100 supports the substrate 301 and 302, which are the objects to be bonded, in opposition to the vacuum chamber 200 and the substrate support means 400 for relative positioning of both substrates, and the relative positional relationship between the substrates. A position measuring unit 500 for measuring and a surface processing unit 600 for performing a surface treatment on the surfaces of the substrates 301 and 302 supported to face each other are provided.

<真空チャンバ>
真空チャンバ200は、後述の基板支持手段400のステージ401,402と表面処理手段600とを収容する。また、真空チャンバ200は、内部を真空引きするための真空引き手段として、真空ポンプ201を備える。当該真空ポンプ201は、排気管202と排気弁203とを介して真空チャンバ200内の気体を外部に排出するように構成されている。
<Vacuum chamber>
The vacuum chamber 200 accommodates stages 401 and 402 of the substrate support unit 400 and a surface treatment unit 600 described later. The vacuum chamber 200 includes a vacuum pump 201 as a vacuuming means for evacuating the inside. The vacuum pump 201 is configured to discharge the gas in the vacuum chamber 200 to the outside through the exhaust pipe 202 and the exhaust valve 203.

真空ポンプ201の吸引動作に応じて真空チャンバ200内の圧力が低減(減圧)されることによって、真空チャンバ200内の雰囲気は真空又は低圧状態にされる。また、排気弁203は、その開閉動作と排気流量の調整動作とによって、真空チャンバ200内の真空度を制御、調整することができる。   As the pressure in the vacuum chamber 200 is reduced (reduced pressure) in accordance with the suction operation of the vacuum pump 201, the atmosphere in the vacuum chamber 200 is brought into a vacuum or a low pressure state. Further, the exhaust valve 203 can control and adjust the degree of vacuum in the vacuum chamber 200 by the opening / closing operation and the exhaust flow rate adjusting operation.

真空ポンプ201は、真空チャンバ200内の気圧を1Pa(パスカル)以下にする能力を有する。真空ポンプ201は、以下で説明する表面処理手段(粒子ビーム源)600が作動する前のバックグラウンド圧力を、1×10−2Pa(パスカル)以下にする能力を有することが好ましい。真空ポンプ201は、表面処理手段600が粒子ビーム源で1eVから2keVの運動エネルギーを有する粒子(エネルギー粒子)を放射する場合には、1×10−5Pa(パスカル)以下にする能力を有することが好ましい。これにより、粒子ビーム源600による表面処理中の雰囲気に存在する不純物の量を低減させ、表面処理後に、新生表面の不要な酸化や新生表面への不純物の付着などを防ぐことができる。さらに、粒子ビーム源600は、比較的高い加速電圧を印加することができるので、比較的高い真空度では、高い運動エネルギーを粒子に付与することができる。したがって、効率良く表面層の除去及び新生表面のアモルファス化を行い、表面を活性化することができると考えられる。 The vacuum pump 201 has a capability of reducing the atmospheric pressure in the vacuum chamber 200 to 1 Pa (Pascal) or less. It is preferable that the vacuum pump 201 has a capability of setting the background pressure before the surface treatment means (particle beam source) 600 described below is 1 × 10 −2 Pa (pascal) or less. The vacuum pump 201 has the ability to make the surface treatment means 600 below 1 × 10 −5 Pa (pascal) when the particle beam source emits particles (energy particles) having a kinetic energy of 1 eV to 2 keV. Is preferred. Thereby, the amount of impurities present in the atmosphere during the surface treatment by the particle beam source 600 can be reduced, and after the surface treatment, unnecessary oxidation of the new surface and adhesion of impurities to the new surface can be prevented. Further, since the particle beam source 600 can apply a relatively high acceleration voltage, a high kinetic energy can be imparted to the particles at a relatively high degree of vacuum. Therefore, it is considered that the surface layer can be efficiently removed and the nascent surface can be made amorphous to activate the surface.

真空ポンプ201の作動により比較的高い真空に引くことで、粒子ビームの照射により基板表面の表面層から除去された物質が効率よく雰囲気(真空チャンバ200)外へ排気される。すなわち、露出された新生表面へ再び付着し汚染するような、望ましくない物質が雰囲気外へ効率よく排気される。   By pulling a relatively high vacuum by the operation of the vacuum pump 201, the substance removed from the surface layer of the substrate surface by the irradiation of the particle beam is efficiently exhausted out of the atmosphere (vacuum chamber 200). That is, undesired substances that reattach and contaminate the exposed new surface are efficiently exhausted out of the atmosphere.

<基板支持手段>
図1に示す基板支持手段400は、基板301,302を支持するステージ401,402と、それぞれのステージを移動させるステージ移動機構403,404と、Z軸方向に基板同士を加圧する際の圧力を測定する圧力センサ408,411と、基板を加熱する基板加熱手段420とを有して構成されている。
<Substrate support means>
A substrate support means 400 shown in FIG. 1 has stages 401 and 402 that support the substrates 301 and 302, stage moving mechanisms 403 and 404 that move the respective stages, and pressure when the substrates are pressed together in the Z-axis direction. It has pressure sensors 408 and 411 for measuring, and a substrate heating means 420 for heating the substrate.

基板301,302は、ステージ401,402の支持面に取り付けられる。ステージ401,402は、機械式チャック、静電チャックなどの保持機構を有し、これにより基板を支持面に固定して保持し、又は保持機構を開放することで基板を取り外すことができるように構成されている。   The substrates 301 and 302 are attached to the support surfaces of the stages 401 and 402. The stages 401 and 402 have a holding mechanism such as a mechanical chuck or an electrostatic chuck so that the substrate can be fixedly held on the support surface or can be removed by opening the holding mechanism. It is configured.

図1において下側の第1ステージ401は、スライド式の第1ステージ移動機構403を有して構成され、これにより、第1ステージ401は、真空チャンバ200に対して又は上側の第2ステージ402に対してX方向に並進移動することができる。   In FIG. 1, the lower first stage 401 is configured to include a slide-type first stage moving mechanism 403, whereby the first stage 401 is configured with respect to the vacuum chamber 200 or the upper second stage 402. Can be translated in the X direction.

図1において上側の第2ステージ402は、アラインメントテーブルとも呼ばれるXY方向並進移動機構405を有し、これにより第2ステージ402は真空チャンバ200に対して又は下側の第1ステージ401に対して、XY方向に並進移動することができる。   In FIG. 1, the upper second stage 402 includes an XY direction translation mechanism 405, which is also referred to as an alignment table, whereby the second stage 402 is relative to the vacuum chamber 200 or the lower first stage 401. It can be translated in the XY directions.

第2ステージ402は、アラインメントテーブル405に連結されたZ方向昇降移動機構406を有し、これにより第2ステージ402は、上下方向又はZ方向に移動し、両ステージ401,402間のZ方向の間隔を変え又は調節することができるように構成されている。また、両ステージ401,402は、保持する基板301,302の対向する接合面同士を接触させ、又は接触後に加圧することができる。   The second stage 402 has a Z-direction up-and-down moving mechanism 406 connected to the alignment table 405, whereby the second stage 402 moves in the up-down direction or the Z-direction, and the Z-direction between both stages 401 and 402 is The interval can be changed or adjusted. Moreover, both the stages 401 and 402 can make the pressurization after contacting the contact surfaces which the board | substrates 301 and 302 which hold | maintain face each other.

したがって、図1に示す基板表面処理装置100は、基板接合装置としても使用することができる。   Therefore, the substrate surface treatment apparatus 100 shown in FIG. 1 can also be used as a substrate bonding apparatus.

Z方向昇降移動機構406には、そのZ軸に係る力を測定するZ軸圧力センサ408が配置され、これにより加圧下で接触している接合面に垂直方向に係る力を測定し、接合面に係る圧力を計算することができる。Z軸圧力センサ408には、例えばロードセルを用いてもよい。   A Z-axis pressure sensor 408 that measures the force related to the Z-axis is disposed in the Z-direction lifting and moving mechanism 406, thereby measuring the force related to the direction perpendicular to the joint surface that is in contact under pressure, and the joint surface Can be calculated. For the Z-axis pressure sensor 408, for example, a load cell may be used.

アラインメントテーブル405と第2ステージ402との間には、3つのステージ圧力センサ411と、各ステージ圧力センサ411においてZ軸方向にピエゾアクチュエータ412とが設けられている。各ステージ圧力センサ411とピエゾアクチュエータ412の組は、第2ステージ402の基板支持面上の非同一線上の異なる3つの位置に配置されている。より詳細には、3つのステージ圧力センサ411と、3つのピエゾアクチュエータ412とにより構成される各組は、略円柱状の第2ステージ402の略円形上面内の外周部付近において略等間隔で配置されている。また、3つの圧力検出センサ411は、対応する各ピエゾアクチュエータ412の上端面とアライメントテーブル405の下面とを接続している。これにより、ステージ圧力センサ411により基板の接合面に掛かる力又は圧力の分布を測定することができる。そして、ピエゾアクチュエータ412を互いに独立にZ方向に伸縮させることで上記力又は圧力の分布を微細又は正確に調節し、或いは基板の接合面に掛かる力又は圧力を、接合面に亘って均一又は所定の分布にするように制御することができる。   Between the alignment table 405 and the second stage 402, three stage pressure sensors 411 and a piezo actuator 412 in the Z-axis direction in each stage pressure sensor 411 are provided. Each set of the stage pressure sensor 411 and the piezo actuator 412 is arranged at three different positions on the same line on the substrate support surface of the second stage 402. More specifically, each set including three stage pressure sensors 411 and three piezo actuators 412 is arranged at substantially equal intervals in the vicinity of the outer peripheral portion in the substantially circular upper surface of the substantially cylindrical second stage 402. Has been. The three pressure detection sensors 411 connect the upper end surfaces of the corresponding piezoelectric actuators 412 and the lower surface of the alignment table 405. As a result, the force or pressure distribution applied to the bonding surface of the substrates can be measured by the stage pressure sensor 411. The distribution of the force or pressure is finely or accurately adjusted by extending or contracting the piezoelectric actuator 412 in the Z direction independently of each other, or the force or pressure applied to the bonding surface of the substrate is uniform or predetermined over the bonding surface. It is possible to control so that the distribution is.

第2ステージ402には、Z軸周り回転移動機構407が設けられ、第2ステージ402をZ軸周りに回転させることができる。回転移動機構407により、第2ステージ402を第1ステージ401に対してZ軸周りの回転位置θを制御して、両基板の回転方向の相対的位置を制御することができる。   The second stage 402 is provided with a rotation moving mechanism 407 around the Z axis, and can rotate the second stage 402 around the Z axis. The rotational movement mechanism 407 can control the rotational position θ around the Z-axis of the second stage 402 relative to the first stage 401 to control the relative position of both substrates in the rotational direction.

なお、図1に示す実施例では、Z方向昇降移動機構406は、基板支持手段400に連結されて構成されているが、これに限られない。たとえば、真空チャンバ200内で基板同士を接触させ接合させるのではなく、表面処理を行った後に、真空チャンバ200以外のチャンバに移動して、基板同士を接触させ接合させる接合機構(図示せず)を配置してもよい。   In the embodiment shown in FIG. 1, the Z-direction lifting / lowering mechanism 406 is configured to be connected to the substrate support unit 400, but is not limited thereto. For example, instead of bringing the substrates into contact with each other in the vacuum chamber 200 and bonding them, a bonding mechanism (not shown) that moves to a chamber other than the vacuum chamber 200 after surface treatment and brings the substrates into contact with each other to bond them. May be arranged.

<位置測定手段>
図1に示す基板表面処理装置100は、基板301,302の相対的位置関係を測定するための位置測定手段500として、真空チャンバ200に設けられた窓503と、光源(図示せず)と、光源から発せられ両基板301,302のマークが設けられた部分(図示せず)を通過して上記窓503を通過して真空チャンバ200の外部に伝播する光と上記マークの影とを撮像する複数のカメラ501,502とを有して構成されている。
<Position measuring means>
A substrate surface processing apparatus 100 shown in FIG. 1 includes a window 503 provided in a vacuum chamber 200, a light source (not shown), and a position measuring unit 500 for measuring the relative positional relationship between the substrates 301 and 302. The light emitted from the light source, passes through the portion (not shown) provided with the marks on both the substrates 301 and 302, passes through the window 503, and propagates outside the vacuum chamber 200 and images the shadow of the mark. It has a plurality of cameras 501 and 502.

図1に示される位置測定手段500は、Z方向に伝播する光をXY面方向に屈折させるミラー504,505を有し、カメラ501,502はY方向に屈折した光を撮像するように配置されている。この構成により、Z軸方向の装置の大きさを小さくすることができる。   The position measuring unit 500 shown in FIG. 1 includes mirrors 504 and 505 that refract light propagating in the Z direction in the XY plane direction, and the cameras 501 and 502 are arranged to image light refracted in the Y direction. ing. With this configuration, the size of the device in the Z-axis direction can be reduced.

図1では、カメラ501,502は、それぞれ、同軸照明系を有している。光源は、第1ステージ401の上側に設けられてもよく、また、カメラ501,502側からその光軸を進むように光を発するように設けられてもよい。なお、カメラ501,502の各同軸照明系の光としては、基板301,302のマークが附された部分及び両ステージなどの光が通過すべき箇所を透過する波長領域(例えば基板がシリコンで出来ている場合には、赤外光)の光を用いる。   In FIG. 1, the cameras 501 and 502 each have a coaxial illumination system. The light source may be provided on the upper side of the first stage 401, or may be provided so as to emit light so as to travel along the optical axis from the camera 501 or 502 side. In addition, as the light of each coaxial illumination system of the cameras 501 and 502, a wavelength region (for example, the substrate can be made of silicon) that passes through portions where the marks are provided on the substrates 301 and 302 and portions where light should pass such as both stages. If it is, infrared light) is used.

<基板のアラインメント手法>
本基板表面処理装置100は、上記位置測定手段500と、ステージの位置決めをする各移動機構と、これらに接続されたコンピュータ700とを用いて、水平方向(X及びY方向)並びにZ軸周りの回転方向(θ方向)について、基板301,302の各々の真空チャンバ200内の位置(絶対的位置)又は基板301,302間の相対的位置とを測定及び制御することができるように構成されている。
<Board alignment method>
The substrate surface processing apparatus 100 uses the position measuring means 500, each moving mechanism for positioning the stage, and a computer 700 connected thereto, in the horizontal direction (X and Y directions) and around the Z axis. With respect to the rotation direction (θ direction), the position (absolute position) of each of the substrates 301 and 302 in the vacuum chamber 200 or the relative position between the substrates 301 and 302 can be measured and controlled. Yes.

基板301,302には、測定用の光が通過する箇所が規定されており、ここにマークが附されていて、通過光の一部を遮断又は屈折させる。カメラ501,502が通過光を受光すると、明視野像である撮影画像内でマークは暗く現れる。マークは、好ましくは、基板に複数個、例えば基板の対向する2つの角に設けられている。これにより、複数個のマークの位置から、基板301又は302の絶対的位置を特定することができる。   In the substrates 301 and 302, a portion through which measurement light passes is defined, and a mark is attached here to block or refract part of the passing light. When the cameras 501 and 502 receive the passing light, the mark appears dark in the captured image that is a bright field image. Preferably, a plurality of marks are provided on the substrate, for example, at two opposite corners of the substrate. Thereby, the absolute position of the substrate 301 or 302 can be specified from the positions of the plurality of marks.

好ましくは、基板301,302の対応する箇所、例えば接合時にZ方向に重なり合う位置に、対応するマークが附されている。基板301,302の両方のマークを同じ視野内で観測して、その相対的ずれ(Δx,Δy)を測定する。複数個所での相対的ずれ(Δx,Δy)を測定することで、基板301,302間の相対的位置(ΔX,ΔY,Δθ)を計算することができる。   Preferably, corresponding marks are attached to corresponding portions of the substrates 301 and 302, for example, positions overlapping in the Z direction during bonding. Both marks on the substrates 301 and 302 are observed within the same field of view, and their relative deviations (Δx, Δy) are measured. By measuring the relative displacements (Δx, Δy) at a plurality of locations, the relative positions (ΔX, ΔY, Δθ) between the substrates 301 and 302 can be calculated.

基板301,302間の相対的位置(ΔX,ΔY,Δθ)に対応して、コンピュータ700から指示を出して、各ステージ401,402の移動機構に基板を(−ΔX,―ΔY,―Δθ)だけ移動させる。   In response to the relative positions (ΔX, ΔY, Δθ) between the substrates 301, 302, an instruction is issued from the computer 700, and the substrates are moved to the moving mechanisms of the stages 401, 402 (−ΔX, −ΔY, −Δθ). Just move.

基板301,302の相対的位置を正確に測定するために、一旦接近又は接触させてもよい。この場合、各ステージ401,402を移動させる際には、また基板301,302を離間させるようにしてもよい。   In order to accurately measure the relative positions of the substrates 301 and 302, they may be approached or brought into contact with each other. In this case, when the stages 401 and 402 are moved, the substrates 301 and 302 may be separated from each other.

相対的位置の測定及び位置決め動作は、複数回繰り返して行ってもよい。   The relative position measurement and positioning operation may be repeated a plurality of times.

<基板加熱手段>
図1のステージ401,402は、それぞれ基板加熱手段420として、ヒータ421,422を内蔵している。ヒータ421,422は、例えば電熱ヒータでジュール熱を発するように構成される。ヒータ421,422は、ステージ401,402を介して熱を伝導させ、ステージ401,402に支持されている基板301,302を加熱する。ヒータ421,422が発する熱量を制御することで、基板301,302の温度や各基板の接合面の温度を調節し制御することができる。
<Substrate heating means>
Stages 401 and 402 in FIG. 1 incorporate heaters 421 and 422 as substrate heating means 420, respectively. The heaters 421 and 422 are configured to generate Joule heat with, for example, an electric heater. The heaters 421 and 422 conduct heat through the stages 401 and 402 to heat the substrates 301 and 302 supported by the stages 401 and 402. By controlling the amount of heat generated by the heaters 421 and 422, the temperature of the substrates 301 and 302 and the temperature of the bonding surface of each substrate can be adjusted and controlled.

<表面処理手段>
表面処理手段600は、図1及び図2に示すように、ライン式粒子ビーム源601と、遮蔽部材602とを有して構成されている。図1及び図2では、表面処理手段600は、更に、ライン式粒子ビーム源601と遮蔽部材602とを基板301,302に対して平行に移動させ、又はライン式粒子ビーム源601等のライン方向(X方向)周りに揺動させるビーム源移動機構603とを有して構成されている。
<Surface treatment means>
As shown in FIGS. 1 and 2, the surface treatment means 600 includes a line type particle beam source 601 and a shielding member 602. 1 and 2, the surface treatment means 600 further moves the line-type particle beam source 601 and the shielding member 602 parallel to the substrates 301 and 302, or the line direction of the line-type particle beam source 601 or the like. And a beam source moving mechanism 603 that swings around (X direction).

図2は、ライン式粒子ビーム源601を有する表面活性化手段600の構成をより分かり易く説明するための鳥瞰概略図である。   FIG. 2 is a bird's-eye schematic diagram for explaining the configuration of the surface activation means 600 having the line-type particle beam source 601 in an easy-to-understand manner.

図2に示すように、ライン式粒子ビーム源601は、ライン方向又は長手方向をX方向と平行になるように配置されている。遮蔽部材602は、長方形の板状に形成され、その長手方向の長さはライン式粒子ビーム源601の長手方向の長さとほぼ同じであり、ライン式粒子ビーム源601のライン方向と平行に、X方向と平行になるように配置されている。   As shown in FIG. 2, the line type particle beam source 601 is arranged so that the line direction or the longitudinal direction is parallel to the X direction. The shielding member 602 is formed in a rectangular plate shape, and its length in the longitudinal direction is substantially the same as the length in the longitudinal direction of the line-type particle beam source 601, parallel to the line direction of the line-type particle beam source 601. They are arranged so as to be parallel to the X direction.

ライン式粒子ビーム源601と遮蔽部材602とは、ビーム源移動機構603により、そのY方向の間隔を一定に保ちつつ、両者の長手方向にほぼ垂直方向であるY方向に並進移動するように構成されている。Y方向の間隔を一定に保つために、ライン式粒子ビーム源601とビーム源移動機構603とを機械部材で連結してもよい。また、ライン式粒子ビーム源601とビーム源移動機構603とを同じ速度で移動させることで、Y方向の間隔を一定に保ってもよい。   The line-type particle beam source 601 and the shielding member 602 are configured to translate by a beam source moving mechanism 603 in the Y direction, which is substantially perpendicular to the longitudinal direction of the two, while maintaining a constant interval in the Y direction. Has been. In order to keep the interval in the Y direction constant, the line-type particle beam source 601 and the beam source moving mechanism 603 may be connected by a mechanical member. Further, the distance in the Y direction may be kept constant by moving the line type particle beam source 601 and the beam source moving mechanism 603 at the same speed.

Y方向に張られた複数のリニアガイド604,605,606が、ライン式粒子ビーム源601と遮蔽部材602との長手方向の両端を支持しつつ、Y方向に所望の距離を並進移動させ又は所望の位置に位置決めさせることができる。   A plurality of linear guides 604, 605, 606 stretched in the Y direction translate or move a desired distance in the Y direction while supporting both ends of the line-type particle beam source 601 and the shielding member 602 in the longitudinal direction. It can be made to position to.

図2では、リニアガイド604は、ライン式粒子ビーム源601と遮蔽部材602とのそれぞれの一端をY方向に移動可能に支持している。このリニアガイド604は、Y方向に延びるネジ604aと、ネジ604aの長手方向の回転により動くナット604bと、ネジ604aを回転させるサーボモータ604cとを有して構成されている。ナット604bは、ライン式粒子ビーム源601と遮蔽部材602とをX方向の各回転軸周りに回転可能に、かつXYZ方向に固定して支持している。このナット604bは、図2においては、ライン式粒子ビーム源601と遮蔽部材602との間のY方向の間隔又は距離を一定に保つ機能も有している。   In FIG. 2, the linear guide 604 supports one end of each of the line type particle beam source 601 and the shielding member 602 so as to be movable in the Y direction. The linear guide 604 includes a screw 604a extending in the Y direction, a nut 604b that moves by rotating the screw 604a in the longitudinal direction, and a servo motor 604c that rotates the screw 604a. The nut 604b supports the line-type particle beam source 601 and the shielding member 602 so as to be rotatable around respective rotation axes in the X direction and fixed in the XYZ directions. In FIG. 2, the nut 604b also has a function of keeping the distance or distance in the Y direction between the line-type particle beam source 601 and the shielding member 602 constant.

リニアガイド605及び606は、Z方向にずれて平行に配置されていて、それぞれ、ライン式粒子ビーム源601と遮蔽部材602との他端をY方向に移動可能に支持している。さらに、リニアガイド605,606は、回転式リニアガイドであり、それぞれの長手軸方向の軸周りに回転可能であり、当該回転を、ライン式粒子ビーム源601と遮蔽部材602とのライン方向(X方向)の回転軸609,610周りの回転運動に変換して伝達する機構を有している。具体的には、各回転式リニアガイド605,606は、Y方向に平行移動可能な回転ギア607L,608Lを有し、それぞれ、ライン式粒子ビーム源601に連結された回転ギア607Gと遮蔽部材602に連結された回転ギア608Sと歯車で連結されている。回転ギア607L,608L,607G,608Gは、傘歯車であり、噛み合う回転ギア間で回転運動を垂直回転軸周りの回転運動に変換して伝達することができる。これらのギアには、傘歯車を用いているが、これに限られない。例えばウォームギアを採用してもよい。   The linear guides 605 and 606 are arranged parallel to each other in the Z direction, and respectively support the other ends of the line type particle beam source 601 and the shielding member 602 so as to be movable in the Y direction. Further, the linear guides 605 and 606 are rotary linear guides that can be rotated around the respective longitudinal axes, and the rotation is caused by the line direction (X of the line type particle beam source 601 and the shielding member 602). Direction) and a mechanism for transmitting the rotational motion around the rotational axes 609 and 610. Specifically, each of the rotary linear guides 605 and 606 includes rotary gears 607L and 608L that can move in parallel in the Y direction, and the rotary gear 607G and the shielding member 602 connected to the line type particle beam source 601 respectively. Are connected to a rotating gear 608S connected to each other by a gear. The rotation gears 607L, 608L, 607G, and 608G are bevel gears, and can convert rotational motion between the meshing rotational gears into rotational motion around the vertical rotational axis and transmit the rotational motion. These gears use bevel gears, but are not limited thereto. For example, a worm gear may be adopted.

上記の構成により、回転式リニアガイド605,606をX方向軸周りに回転又は揺動させ、この回転角によって、ライン式粒子ビーム源601と遮蔽部材602とのY方向軸周りの揺動を制御又は設定することができる。   With the above configuration, the rotary linear guides 605 and 606 are rotated or swung about the X direction axis, and the swing of the line type particle beam source 601 and the shielding member 602 about the Y direction axis is controlled by the rotation angle. Or it can be set.

また、回転式リニアガイド605,606は、それぞれ個別にライン式粒子ビーム源601と遮蔽部材602に連結され、ライン式粒子ビーム源601と遮蔽部材602とのY方向軸周りの回転角を独立に制御又は設定することができるように構成されている。   In addition, the rotary linear guides 605 and 606 are individually connected to the line particle beam source 601 and the shielding member 602, and the rotation angles of the line particle beam source 601 and the shielding member 602 around the Y direction axis can be independently set. It can be controlled or set.

ライン式粒子ビーム源601は、回転軸609周りで基板301表面に対して所定の角度を保ったまま、粒子ビームBを放射しつつ、基板301上をY方向に並進移動することができる。ある時刻において、ライン式粒子ビーム源601は、基板301上のX方向に伸びた帯状の照射領域Rを粒子ビームBで照射しており、Y方向の並進移動にともない、照射領域Bは基板310の表面をスキャンする。   The line type particle beam source 601 can translate in the Y direction on the substrate 301 while emitting the particle beam B while maintaining a predetermined angle around the rotation axis 609 with respect to the surface of the substrate 301. At a certain time, the line-type particle beam source 601 irradiates a band-shaped irradiation region R extending in the X direction on the substrate 301 with the particle beam B. As the translational movement in the Y direction occurs, the irradiation region B is applied to the substrate 310. Scan the surface.

遮蔽部材602は、ライン式粒子ビーム源601とのY方向の上記所定の間隔を有して配置され、ライン式粒子ビーム源601のビーム照射により基板301から飛散するスパッタ粒子を遮蔽するように、回転軸610周りで基板301表面に対して所定の角度を保ちつつ、ライン式粒子ビーム源602と共にY方向に並進移動する。   The shielding member 602 is disposed with the predetermined distance in the Y direction from the line type particle beam source 601, and shields sputtered particles scattered from the substrate 301 by the beam irradiation of the line type particle beam source 601. The linear particle beam source 602 translates in the Y direction while maintaining a predetermined angle around the rotation axis 610 with respect to the surface of the substrate 301.

粒子ビームBの放射条件を一定に保ったまま一定速度でスキャンをすることで、基板301全面に亘り極めて均一な条件で粒子ビーム照射を行うことができる。粒子ビームBの基板上の単位面積当たりの照射量は、粒子ビーム源601の基板301に対するスキャン速度によっても調整することができる。   By scanning at a constant speed while keeping the radiation condition of the particle beam B constant, the particle beam can be irradiated on the entire surface of the substrate 301 under a very uniform condition. The irradiation amount per unit area of the particle beam B on the substrate can also be adjusted by the scanning speed of the particle beam source 601 with respect to the substrate 301.

図3A,図3Bに示すように、ライン式粒子ビーム源601と遮蔽部材602とは、それぞれ回転軸609,610周りに回転可能に構成されている。したがって、基板301に対して粒子ビーム照射スキャンを行った後に(図3A)、基板302に対しても、基板301と同様の工程を実行することができる(図3B)。   As shown in FIGS. 3A and 3B, the line-type particle beam source 601 and the shielding member 602 are configured to be rotatable around rotation axes 609 and 610, respectively. Therefore, after performing the particle beam irradiation scan on the substrate 301 (FIG. 3A), the same process as the substrate 301 can be performed on the substrate 302 (FIG. 3B).

基板301に対して粒子ビーム照射スキャンを行う場合(図3A)と、基板302に対して粒子ビーム照射スキャンを行う場合(図3B)との各々に応じて、遮蔽部材602とライン式粒子ビーム源601とは、各々の回転角αとβ(基準任意)が、それぞれ所定の回転角αI1とβI1(図3A)、αI2とβI2(図3B)に設定できるように構成されている。 The shielding member 602 and the line-type particle beam source are respectively used when the particle beam irradiation scan is performed on the substrate 301 (FIG. 3A) and when the particle beam irradiation scan is performed on the substrate 302 (FIG. 3B). 601 is configured so that the respective rotation angles α and β (reference arbitrary) can be set to predetermined rotation angles α I1 and β I1 (FIG. 3A) and α I2 and β I2 (FIG. 3B), respectively. .

すなわち、図3Aに示すように、基板301に対して粒子ビーム照射スキャンを行う場合には、ライン式粒子ビーム源601を所定の角度αI1に設定し、遮蔽部材602の遮蔽面611を所定の角度βI1に設定しほぼ基板301に向け、粒子ビーム照射によるスパッタで基板301から飛散してくるスパッタ粒子Pを当該遮蔽面611で遮断する。これにより、対向して配置された他方の基板302には、基板301からのスパッタ粒子が付着しないようにし、又はその付着量を最小限に抑制することができる。 That is, as shown in FIG. 3A, when performing a particle beam irradiation scan on the substrate 301, the line-type particle beam source 601 is set to a predetermined angle α I1 and the shielding surface 611 of the shielding member 602 is set to a predetermined angle. The angle β I1 is set to substantially face the substrate 301, and the sputtered particles P scattered from the substrate 301 by sputtering by particle beam irradiation are blocked by the shielding surface 611. Thereby, it is possible to prevent the sputtered particles from the substrate 301 from adhering to the other substrate 302 arranged opposite to the other substrate 302 or to suppress the adhering amount to the minimum.

そして、ライン式粒子ビーム源601と遮蔽部材602とは、上記の回転角αI1,βI1に保たれたまま、基板301上を走査(スキャン)される。これにより、ビーム照射領域RI1が基板301上をスキャンして、基板301表面全体に亘り均一にビーム照射を行うことができる。 The line-type particle beam source 601 and the shielding member 602 are scanned on the substrate 301 while being maintained at the rotation angles α I1 and β I1 . As a result, the beam irradiation region R I1 scans the substrate 301, and the beam irradiation can be performed uniformly over the entire surface of the substrate 301.

このような構成により、図3Aに示すように、基板302にスパッタ粒子Pが付着することは回避又は最小限に抑えつつ、基板301に対する粒子ビーム照射をスキャンすることができる。したがって、その後、基板302に対する粒子ビーム照射をほぼ理想的に行うことができる。すなわち、基板301に対する粒子ビーム照射中に基板302上にスパッタ粒子Pが付着してしまうと、これを除去するために本来基板302のみの処理に比べ粒子ビーム照射時間を長く設定することが必要となる。あるいは、望ましくない不純物が基板302上に付着している場合には、粒子ビーム照射による原子の衝突により当該不純物が基板302母材内に潜り込み又は混合(ミキシング)を起こすため、基板302の表面近傍を改質することがありえる。本願発明によれば、このような不具合を回避又は最小限に抑制することができる。   With such a configuration, as shown in FIG. 3A, particle beam irradiation onto the substrate 301 can be scanned while avoiding or minimizing the adhesion of sputtered particles P to the substrate 302. Accordingly, the particle beam irradiation to the substrate 302 can be performed almost ideally thereafter. That is, if the sputtered particles P adhere to the substrate 302 during the particle beam irradiation to the substrate 301, it is necessary to set the particle beam irradiation time longer than the processing of the original substrate 302 alone in order to remove it. Become. Alternatively, in the case where undesirable impurities are attached to the substrate 302, the impurities sneak into or mix with the base material of the substrate 302 due to the collision of atoms caused by particle beam irradiation. May be modified. According to the present invention, such a problem can be avoided or suppressed to a minimum.

また、図3Bに示すように、基板302に粒子ビーム照射を行う際に、基板302から飛散するスパッタ粒子を遮蔽部材602でブロックする。したがって、粒子ビーム照射を完了した基板301の領域RI1へのスパッタ粒子Bの付着を回避又は抑制することができる。これにより、粒子ビーム照射で得られた基板301表面領域RI1の所定の性質を維持することができる。たとえば、本願発明は、常温固相接合するために両基板301,302の表面を活性化処理するために有効である。一旦粒子ビーム照射により表面活性化された基板301表面は、基板302表面の表面活性化処理の間も、その活性度を維持することができる。したがって、交互に基板表面を活性化しても接合強度が高く、不純物の混入が少ない固相接合界面を形成することができる。 In addition, as illustrated in FIG. 3B, when the particle beam irradiation is performed on the substrate 302, sputtered particles scattered from the substrate 302 are blocked by a shielding member 602. Therefore, it is possible to avoid or suppress the adhesion of the sputtered particles B to the region R I1 of the substrate 301 that has completed the particle beam irradiation. Thereby, the predetermined property of the substrate 301 surface region R I1 obtained by the particle beam irradiation can be maintained. For example, the present invention is effective for activating the surfaces of both substrates 301 and 302 for room temperature solid phase bonding. The surface of the substrate 301 once surface-activated by particle beam irradiation can maintain its activity during the surface activation process of the surface of the substrate 302. Therefore, even if the substrate surface is activated alternately, it is possible to form a solid-phase bonding interface with high bonding strength and less impurity contamination.

図3A、図3Bのように、ライン式粒子ビーム源601と板状の遮蔽部材602とは、X方向に平行な回転軸周りに回転可能であるので、互いに近接して配置されてもよい。たとえば、板状の遮蔽部材602が基板面に平行な状態で、基板301に対するビーム照射が終わった後に、ライン式粒子ビーム源601のみを基板302に向けて回転させると、ライン式粒子ビーム源601が板状の遮蔽部材602に衝突又は接触する程度に近接して配置されていてもよい。このような場合には、板状の遮蔽部材602のライン式粒子ビーム源601側の辺を基板301側に近づくように板状の遮蔽部材602を回転させ、次にライン式粒子ビーム源601を基板302に向けて回転させることで板状の遮蔽部材602に接触せずに基板302に向くように姿勢を変更させることができる。その後、板状の遮蔽部材602は、基板302のビーム照射のために、回転して基板面に平行な位置に位置決めさせることができる。これは、以下の変形例においても同様である。   As shown in FIGS. 3A and 3B, the line-type particle beam source 601 and the plate-shaped shielding member 602 can be rotated around a rotation axis parallel to the X direction, and may be disposed close to each other. For example, when only the line type particle beam source 601 is rotated toward the substrate 302 after the beam irradiation to the substrate 301 is finished in a state where the plate-like shielding member 602 is parallel to the substrate surface, the line type particle beam source 601 is rotated. May be arranged close enough to collide with or come into contact with the plate-shaped shielding member 602. In such a case, the plate-shaped shielding member 602 is rotated so that the side of the plate-shaped shielding member 602 on the line-type particle beam source 601 side approaches the substrate 301 side, and then the line-type particle beam source 601 is moved. By rotating toward the substrate 302, the posture can be changed so as to face the substrate 302 without contacting the plate-shaped shielding member 602. Thereafter, the plate-shaped shielding member 602 can be rotated and positioned at a position parallel to the substrate surface for beam irradiation of the substrate 302. The same applies to the following modified examples.

なお、図3Bでは、ライン式粒子ビーム源601は基板302に対して図面上左から右(−Y方向)へ移動しているが、右から左(+Y方向)に移動しつつ粒子ビーム照射を行ってもよい。ライン式粒子ビーム源601と遮蔽部材602とを基板301に対して左から右へ移動させて粒子ビーム照射を行い、基板302に対して右から左へ移動させて粒子ビーム照射を行ってもよい。これにより、いずれの基板にも同じ方向(例えば図面上左から右)に移動させて粒子ビーム照射を行う場合よりも、移動距離を短くすることができるのでプロセス効率が向上する。   In FIG. 3B, the line type particle beam source 601 moves from the left to the right (−Y direction) on the drawing with respect to the substrate 302, but the particle beam irradiation is performed while moving from the right to the left (+ Y direction). You may go. The particle beam irradiation may be performed by moving the line type particle beam source 601 and the shielding member 602 from the left to the right with respect to the substrate 301 and performing the particle beam irradiation with respect to the substrate 302 from the right to left. . As a result, the moving distance can be shortened compared to the case where the particle beam irradiation is performed by moving any of the substrates in the same direction (for example, from the left to the right in the drawing), thereby improving the process efficiency.

すなわち、基板302に対して、基板302に対する粒子ビーム照射をスキャンして実行しつつ、これに併せて基板302から飛散するスパッタ粒子を遮蔽して基板301に付着するのを防ぐことができる。   That is, it is possible to prevent the sputtered particles scattered from the substrate 302 from being attached to the substrate 301 while scanning and executing the particle beam irradiation on the substrate 302 with respect to the substrate 302.

ライン式粒子ビーム源601と遮蔽部材602との間隔は常に同じである必要はない。たとえば、スパッタ粒子の飛散方向が、スキャン方向の相違などにより、基板301と基板302とで異なる場合には、上記間隔を変えてもよい。すなわち、遮蔽部材602は、粒子ビーム照射の各条件で、飛散するスパッタ粒子を効率よく遮蔽して、他の基板へ到達することを回避又は最小限に抑制する寸法、形状又は姿勢となるように構成されればよい。   The distance between the line type particle beam source 601 and the shielding member 602 need not always be the same. For example, when the scattering direction of the sputtered particles differs between the substrate 301 and the substrate 302 due to a difference in the scanning direction, the interval may be changed. In other words, the shielding member 602 has a size, shape, or posture that efficiently shields the sputtered particles that are scattered under each condition of particle beam irradiation, and prevents or minimizes reaching the other substrate. What is necessary is just to be comprised.

たとえば、所定のプロセス又はスキャンごとに、ライン式粒子ビーム源601の基板表面になす角度、粒子ビーム(エネルギー粒子)の種類や運動エネルギー、基板表面の材料、表面形状や結晶方向等々のビーム照射の条件に応じて、スパッタ粒子の飛散方向や飛散角度が変わる。したがって、所定のビーム照射の条件に応じて、飛散するスパッタ粒子を効率よく遮蔽するように、遮蔽部材602の角度や大きさ、ライン式粒子ビーム源601や基板301,302に対する位置又は姿勢等を変更することができるように装置が構成されてもよい。   For example, for each predetermined process or scan, the angle of the line-type particle beam source 601 formed on the substrate surface, the type and kinetic energy of the particle beam (energy particles), the material of the substrate surface, the surface shape, the crystal direction, etc. Depending on the conditions, the scattering direction and scattering angle of the sputtered particles change. Accordingly, the angle and size of the shielding member 602, the position or posture of the line type particle beam source 601 and the substrates 301 and 302, etc. are set so as to efficiently shield the scattered sputtered particles according to the predetermined beam irradiation conditions. The device may be configured so that it can be changed.

たとえば、接合工程のために表面処理が行われた両基板表面を接触させることができるように、粒子ビーム源601や遮蔽部材602などの、処理中に基板間に位置する部材は、基板間の空間の外部に移動することができるように構成されることが好ましい(図3C及び図3D)。たとえば、粒子ビーム源601と遮蔽部材602等は、表面処理の際に並進移動するY方向に、基板間の空間から退去できるように構成されることが好ましい。   For example, members positioned between the substrates during processing, such as the particle beam source 601 and the shielding member 602, can be brought into contact between the substrates so that the surfaces of both the substrates that have been surface-treated for the bonding process can be brought into contact with each other. It is preferably configured to be able to move outside the space (FIGS. 3C and 3D). For example, the particle beam source 601 and the shielding member 602 are preferably configured to be able to leave the space between the substrates in the Y direction that translates during surface treatment.

これにより、所定の表面処理が完了し次第、粒子ビーム源601と遮蔽部材602等は、速やかに基板間の空間から退去して(図3C)、基板表面同士を接触させる(図3D)ことができる。よって、処理後の基板表面の残留雰囲気への露出による、残留雰囲気からの望ましくない不純物の付着を最小限に抑えて、清浄で接合強度の高い接合界面を効率よく形成させることができる。   As a result, as soon as the predetermined surface treatment is completed, the particle beam source 601 and the shielding member 602 and the like quickly leave the space between the substrates (FIG. 3C) and bring the substrate surfaces into contact with each other (FIG. 3D). it can. Therefore, it is possible to efficiently form a clean and high bonding strength interface while minimizing the adhesion of undesirable impurities from the residual atmosphere due to exposure of the substrate surface after processing to the residual atmosphere.

なお、基板表面同士を接触させる際に加圧してもよい。   Note that pressure may be applied when the substrate surfaces are brought into contact with each other.

なお、上記実施例では、ライン式粒子ビーム源601と遮断部材602とは、2つの基板間を基板面に対して平行方向に移動するように構成されているが、これに限られない。基板が2次元的に平坦ではない場合など種々の場合に応じて、ライン式粒子ビーム源601等が基板間で適切な移動をするように装置が構成されてもよい。   In the above embodiment, the line type particle beam source 601 and the blocking member 602 are configured to move between two substrates in a direction parallel to the substrate surface, but are not limited thereto. The apparatus may be configured so that the line-type particle beam source 601 and the like appropriately move between the substrates depending on various cases such as a case where the substrate is not two-dimensionally flat.

また、上記実施例では、ライン式粒子ビーム源601と遮蔽部材602とは、長手方向をライン方向(X方向)にほぼ平行に配置され、ライン方向(X方向)にほぼ垂直方向(Y方向)に並進移動するように構成されているが、これに限られない。ライン式粒子ビーム源601等の長手方向は、並進移動方向に対して垂直(90度)でなくてもよく、たとえば、所定の角度(60度、45度)をなすように装置が構成されてもよい。当該所定の角度は、スキャンごとに可変であるように装置が構成されてもよい。   In the above embodiment, the line-type particle beam source 601 and the shielding member 602 are arranged so that the longitudinal direction is substantially parallel to the line direction (X direction), and substantially perpendicular to the line direction (X direction) (Y direction). However, the present invention is not limited to this. The longitudinal direction of the line type particle beam source 601 or the like does not have to be perpendicular (90 degrees) to the translational movement direction. For example, the apparatus is configured to form a predetermined angle (60 degrees, 45 degrees). Also good. The apparatus may be configured such that the predetermined angle is variable for each scan.

なお、図3に示す例では、ライン式粒子ビーム源601は、単一のライン式粒子ビーム源601により構成され、両基板301,302に対してビーム照射ができるように構成されていたが、これに限られない。たとえば、ライン式粒子ビーム源601は、複数のライン式粒子ビーム源601により構成されてもよい。   In the example shown in FIG. 3, the line-type particle beam source 601 is configured by a single line-type particle beam source 601 and configured to be able to perform beam irradiation on both the substrates 301 and 302. It is not limited to this. For example, the line type particle beam source 601 may be constituted by a plurality of line type particle beam sources 601.

たとえば、図11A,図11Bに示すライン式粒子ビーム源601は、第1ライン式粒子ビーム源6011と第2ライン式粒子ビーム減6012とを有して、2つの対向する基板間に配置されている。第1ライン式粒子ビーム源6011は第1基板に対してビーム照射を行い、第2ライン式粒子ビーム源6012は第2基板に対してビーム照射を行うことができるように構成することもできる。   For example, a line type particle beam source 601 shown in FIGS. 11A and 11B includes a first line type particle beam source 6011 and a second line type particle beam reduction 6012 and is disposed between two opposing substrates. Yes. The first line type particle beam source 6011 can be configured to perform beam irradiation on the first substrate, and the second line type particle beam source 6012 can be configured to perform beam irradiation on the second substrate.

この場合、遮蔽部材602は、基板間に配置され、両基板から飛散するスパッタ粒子を遮蔽する。すなわち、遮蔽部材602の基板301に向いた面6021は、第1基板用ライン式粒子ビーム源(第1ライン式粒子ビーム源)6011のビーム照射により基板301から基板302に向けて飛散するスパッタ粒子を遮蔽して、当該スパッタ粒子が基板302に付着することを回避又は最小限に抑えるように構成されている。一方、遮蔽部材602の基板302に向いた面6022は、第2基板用ライン式粒子ビーム源(第2ライン式粒子ビーム源)6012のビーム照射により基板302から基板301に向けて飛散するスパッタ粒子を遮蔽して、当該スパッタ粒子が基板301に付着することを回避又は最小限に抑えるように構成されている。   In this case, the shielding member 602 is disposed between the substrates and shields sputtered particles scattered from both substrates. That is, the surface 6021 of the shielding member 602 facing the substrate 301 is sputtered particles scattered from the substrate 301 toward the substrate 302 by beam irradiation of the first substrate line particle beam source (first line particle beam source) 6011. , So that the sputtered particles are prevented from adhering to the substrate 302 or minimized. On the other hand, the surface 6022 of the shielding member 602 facing the substrate 302 is sputtered particles scattered from the substrate 302 toward the substrate 301 by beam irradiation of the second substrate line particle beam source (second line particle beam source) 6012. , So that the sputtered particles are prevented from adhering to the substrate 301 or minimized.

遮蔽部材602は、板状に形成されている。両基板の対向する表面が平行である場合には、板状の遮蔽部材602は、その板の面方向が両基板の表面に平行となるように配置される。この構成により、効率よい基板表面処理を行うことができると共に、基板表面処理装置を小さく構成することができる。   The shielding member 602 is formed in a plate shape. When the opposing surfaces of both substrates are parallel, the plate-shaped shielding member 602 is disposed so that the surface direction of the plates is parallel to the surfaces of both substrates. With this configuration, an efficient substrate surface treatment can be performed, and a substrate surface treatment apparatus can be made smaller.

ライン式粒子ビーム源6011,6012を作動させて基板301,302に対して粒子ビーム照射を行いつつ、両ライン式粒子ビーム源6011,6012及び遮蔽部材602をY方向又は基板面に平行方向に並進移動させることで、両基板に対する粒子ビーム照射処理を同一スキャンで行うことができる。したがって、効率よく、清浄な基板表面処理が可能になる。   Both line type particle beam sources 6011 and 6012 and the shielding member 602 are translated in the Y direction or parallel to the substrate surface while the line type particle beam sources 6011 and 6012 are operated to irradiate the substrate 301 and 302 with the particle beam. By moving it, the particle beam irradiation processing for both substrates can be performed in the same scan. Therefore, efficient and clean substrate surface treatment becomes possible.

2つの対向する基板が平行に配置されている場合には、図11A、図11Bに示すように、両基板の対称中心面に対して鏡面対照となるように、両ライン式粒子ビーム源6011,6012及び遮蔽部材602を配置することが好ましい。この構成で、両ライン式粒子ビーム源6011,6012及び遮蔽部材602を基板301,302に対して、同一速度でスキャンし、或いはそれらの間の相対的位置関係を維持しつつスキャンすることができる。これにより、両基板301,302に対して同時にビーム照射を行い、かつビーム照射により各基板301,302から飛散するスパッタ粒子を同時に遮蔽することができる。したがって、両基板に対して清浄な基板表面処理を同時に、極めて効率よく行うことが可能になる。   When two opposing substrates are arranged in parallel, as shown in FIGS. 11A and 11B, both line type particle beam sources 6011, 6012 and the shielding member 602 are preferably disposed. With this configuration, the two-line particle beam sources 6011 and 6012 and the shielding member 602 can be scanned with respect to the substrates 301 and 302 at the same speed or while maintaining the relative positional relationship between them. . Thereby, it is possible to simultaneously irradiate both the substrates 301 and 302 and simultaneously shield the sputtered particles scattered from the respective substrates 301 and 302 by the beam irradiation. Accordingly, it becomes possible to perform clean substrate surface treatment on both substrates simultaneously and extremely efficiently.

図11Aに示す構成では、第1基板用ライン式粒子ビーム源6011と第2基板用ライン式粒子ビーム源6012とは、遮蔽部材602に対して進行方向側に配置され、Y方向から方向が逆でほぼ同じ角度である回転角α1I1とα2I1に設定されている。両基板用ライン式粒子ビーム源6011,6012は、それぞれ基板301,302のほぼ同じY方向位置のビーム照射領域RI1とRI2とにビーム照射を行うことができる。板状の遮蔽部材602は、適切な形状を有し、両基板用ライン式粒子ビーム源6011,6012に対して適切なY方向位置に配置されることで、両基板301,302から飛散するスパッタ粒子を遮蔽することができる。 In the configuration shown in FIG. 11A, the first substrate line type particle beam source 6011 and the second substrate line type particle beam source 6012 are arranged on the traveling direction side with respect to the shielding member 602, and the directions are reversed from the Y direction. Are set to rotation angles α1 I1 and α2 I1 , which are substantially the same angle. Both the substrate-type particle beam sources 6011 and 6012 can perform beam irradiation on the beam irradiation regions R I1 and R I2 at substantially the same Y-direction positions of the substrates 301 and 302, respectively. The plate-shaped shielding member 602 has an appropriate shape, and is disposed at an appropriate Y-direction position with respect to the line type particle beam sources 6011 and 6012 for both substrates, so that the spatter scattered from both the substrates 301 and 302 is obtained. Particles can be shielded.

なお、図示しないが、第1基板用ライン式粒子ビーム源6011と第2基板用ライン式粒子ビーム源6012とは、その両方が、遮蔽部材602に対して進行方向と逆側に配置されていてもよい。   Although not shown, the first substrate line type particle beam source 6011 and the second substrate line type particle beam source 6012 are both arranged on the opposite side of the traveling direction with respect to the shielding member 602. Also good.

図11Bに示す構成では、第1基板用ライン式粒子ビーム源6011と第2基板用ライン式粒子ビーム源6012とは、それぞれ、遮蔽部材602に対して進行方向側と進行方向と逆側に配置されている。この場合は、遮蔽部材602の長手方向軸を中心にほぼ回転対称に配置されている。遮蔽部材602は、両基板用ライン式粒子ビーム源6011,6012のほぼ中心に位置しており、適切な形状を有することで、両基板301,302から飛散するスパッタ粒子を遮蔽することができる。   In the configuration shown in FIG. 11B, the first substrate line type particle beam source 6011 and the second substrate line type particle beam source 6012 are disposed on the traveling direction side and the traveling direction opposite side with respect to the shielding member 602, respectively. Has been. In this case, the shielding member 602 is arranged substantially symmetrically about the longitudinal axis. The shielding member 602 is located substantially at the center of the line type particle beam sources 6011 and 6012 for both substrates, and can shield the sputtered particles scattered from both the substrates 301 and 302 by having an appropriate shape.

このような2つのライン式粒子ビーム源を用いて、各基板に対して表面処理を行う構成は、以下に説明するスパッタ部材を有する構成にも適用することができる。
The configuration in which surface treatment is performed on each substrate using such two line type particle beam sources can also be applied to a configuration having a sputtering member described below.

<ライン式粒子ビーム源>
ライン式粒子ビーム源601が放射する粒子ビームBは、イオン、中性原子又はラジカル種を含んでも、若しくはこれらの混合粒子を含んでもよい。すなわち、粒子ビーム源601は、イオンビーム源であっても中性原子ビーム源であってもよい。中性原子を放出するためには、例えばイオンを所定の運動エネルギーを与えて加速させた後に、電子雲などを通過させることで中性化するような構成を使用してもよい。このような加速されたイオンの中性化は、与えられた所定の運動エネルギーをほぼ失うことなく行われうる。所定の運動エネルギーを有する粒子を放射する粒子ビーム源601として、冷陰極型、熱陰極型、PIG(Penning Ionization Gauge)型、ECR(Electron Cyclotron Resonance)型の粒子ビーム源、あるいはクラスターイオン源などが採用されうる。
<Line-type particle beam source>
The particle beam B emitted from the line type particle beam source 601 may contain ions, neutral atoms, radical species, or a mixture of these. That is, the particle beam source 601 may be an ion beam source or a neutral atom beam source. In order to emit neutral atoms, for example, a configuration in which ions are accelerated by applying a predetermined kinetic energy and then neutralized by passing an electron cloud or the like may be used. Such neutralization of accelerated ions can be performed with almost no loss of a given predetermined kinetic energy. Examples of the particle beam source 601 that emits particles having a predetermined kinetic energy include a cold cathode type, a hot cathode type, a PIG (Penning Ionization Gauge) type, an ECR (Electron Cyclotron Resonance) type particle beam source, or a cluster ion source. It can be adopted.

粒子ビームを基板表面に照射することにより、表面活性化を行うことができる。表面活性化処理により、基板表面同士を常温又は非加熱で固相接合させることができ、又は比較的強固な接合を得るために加熱のサーマルバジェット(加熱温度、加熱時間)を低減させることができる。   Surface activation can be performed by irradiating the surface of the substrate with a particle beam. By the surface activation treatment, the substrate surfaces can be solid-phase bonded to each other at normal temperature or non-heating, or the thermal budget (heating temperature, heating time) of heating can be reduced to obtain a relatively strong bonding. .

中性原子ビーム源としては、高速原子ビーム源(FAB、Fast Atom Beam)を用いることができる。高速原子ビーム源(FAB)は、典型的には、ガスのプラズマを発生させ、このプラズマに電界をかけて、プラズマから電離した粒子の陽イオンを摘出し電子雲の中を通過させて中性化する構成を有している。この場合、例えば、希ガスとしてアルゴン(Ar)の場合、高速原子ビーム源(FAB)への供給電力を、1.5kV(キロボルト)、15mA(ミリアンペア)に設定してもよく、あるいは0.1から500W(ワット)の間の値に設定してもよい。たとえば、高速原子ビーム源(FAB)を100W(ワット)から200W(ワット)で稼動してアルゴン(Ar)の高速原子ビームを2分ほど照射すると、接合面の上記酸化物、汚染物等(表面層)は除去され、新生表面を露出させることができる。   As the neutral atom beam source, a fast atom beam source (FAB, Fast Atom Beam) can be used. Fast atom beam sources (FABs) typically generate a plasma of gas, apply an electric field to the plasma, extract the cations of particles ionized from the plasma, and pass them through an electron cloud. It has the composition which becomes. In this case, for example, when argon (Ar) is used as the rare gas, the power supplied to the fast atom beam source (FAB) may be set to 1.5 kV (kilovolt), 15 mA (milliampere), or 0.1 To a value between 500 W (watts). For example, when a fast atom beam source (FAB) is operated at 100 W (watts) to 200 W (watts) and irradiated with a fast atom beam of argon (Ar) for about 2 minutes, the oxide, contaminants, etc. (surface) Layer) can be removed to expose the nascent surface.

イオンビーム源は、例えば110V、3Aで稼動して、アルゴン(Ar)を加速させ600秒ほど接合面に照射せるように使用されてもよい。また、他の条件として、加速電圧1.5から2.5kV,電流350から400mAを採用してもよく、更に他の条件として、加速電圧1.0から2.0kV,電流300から500mAを採用してもよい。   The ion beam source may be used, for example, operated at 110 V and 3 A to accelerate argon (Ar) and irradiate the bonding surface for about 600 seconds. As other conditions, an acceleration voltage of 1.5 to 2.5 kV and a current of 350 to 400 mA may be adopted, and as other conditions, an acceleration voltage of 1.0 to 2.0 kV and a current of 300 to 500 mA are adopted. May be.

その他のビーム照射条件として、真空チャンバ200内のバックグラウンド圧力を10−6Paの状態から、ガスとしてArを100sccmの流量で流し真空チャンバ200内の圧力を10−3Pa以下として、粒子ビーム源600を2kV、20mAで作動し、粒子ビーム源600の基板301,302に対するスキャン速度を10mm/sとすることもできる。 As other beam irradiation conditions, the background pressure in the vacuum chamber 200 is set to 10 −6 Pa, Ar is supplied as a gas at a flow rate of 100 sccm, the pressure in the vacuum chamber 200 is set to 10 −3 Pa or less, and the particle beam source 600 may be operated at 2 kV and 20 mA, and the scanning speed of the particle beam source 600 with respect to the substrates 301 and 302 may be 10 mm / s.

上述の各ビーム照射条件は、例示を目的とするものであり、これに限定されない。各装置構成、ビーム照射条件、基板等の処理対象の物性等に応じて適宜変更することができる。   Each of the beam irradiation conditions described above is for illustrative purposes and is not limited thereto. It can be appropriately changed according to the configuration of each apparatus, beam irradiation conditions, physical properties of a processing target such as a substrate, and the like.

たとえば、本願発明において、粒子ビーム源から放射される粒子は、中性原子又はイオンでもよく、さらには、ラジカル種でもよく、またさらには、これらが混合した粒子群でもよい。   For example, in the present invention, the particles emitted from the particle beam source may be neutral atoms or ions, may be radical species, or may be a particle group in which they are mixed.

粒子ビームには、アルゴン(Ar)以外の不活性ガスを用いてもよい。あるいは、窒素を用いてもよい。あるいはまた、酸素や水を用いてもよい。   An inert gas other than argon (Ar) may be used for the particle beam. Alternatively, nitrogen may be used. Alternatively, oxygen or water may be used.

なお、ライン式粒子ビーム源は、放射口又はその近傍で、放射される粒子ビーム(エネルギー粒子)と接触する部位が導電性カーボンで構成されることが好ましい。たとえば、FABなどの中性原子ビーム源のグリッド、すなわち粒子ビーム源のグリッドは、放射される粒子ビームの衝突が激しい箇所である。   In the line-type particle beam source, it is preferable that a portion in contact with the emitted particle beam (energy particles) at or near the emission port is made of conductive carbon. For example, a neutral atom beam source grid such as FAB, that is, a particle beam source grid, is a place where collision of emitted particle beams is intense.

従来のグリッドはステンレスなどの金属で構成されていたため、粒子ビーム源の作動とともにグリッドの金属が放出され、処理される基板への望ましくない金属が付着していた。このような望ましくない物質の付着は、表面処理やその後の接合により形成される接合界面の特性の悪化につながり、表面処理が適切に制御されないことの原因であった。   Since conventional grids were constructed of a metal such as stainless steel, the metal of the grid was released with the operation of the particle beam source, causing undesirable metal to adhere to the substrate being processed. Such undesirable adhesion of substances leads to deterioration of the properties of the bonding interface formed by the surface treatment and subsequent bonding, and is a cause of the surface treatment not being properly controlled.

そこで、粒子ビーム源のグリッドをカーボンで形成することにより、粒子ビーム源からの金属の放出を回避し、又は最小限に抑えることができる。さらに、スパッタ材料に金属を用いて、スパッタ堆積により金属を堆積させることにより、粒子ビーム源から無制御で又は制御が不完全な状態で金属が堆積される場合と比べ、スパッタ材料の基板表面への堆積量を正確に制御することができる。   Therefore, by forming the grid of the particle beam source with carbon, metal emission from the particle beam source can be avoided or minimized. Furthermore, by using a metal as the sputter material and depositing the metal by sputter deposition, the metal is deposited on the substrate surface of the sputter material compared to the case where the metal is deposited uncontrolled or incompletely controlled from the particle beam source. It is possible to accurately control the amount of deposition.

高速原子ビーム源(FAB)の場合、グリッドは、電子を放出させるための電極(カソード)として機能する。このように、グリッドは、電気的機能を有する場合には、導電性を有して構成されることが好ましい。すなわち、粒子ビーム源601は、導電性カーボンで構成されることが好ましい。グリッドの位置は、図9を参照して理解することができる。   In the case of a fast atom beam source (FAB), the grid functions as an electrode (cathode) for emitting electrons. Thus, when a grid has an electrical function, it is preferable to be configured to have conductivity. That is, the particle beam source 601 is preferably composed of conductive carbon. The position of the grid can be understood with reference to FIG.

また、イオンビーム源(イオンガン、IG)の場合でも、グリッドをカーボンで形成することが好ましい。グリッドの位置は、図10を参照して理解することができる。   Even in the case of an ion beam source (ion gun, IG), the grid is preferably formed of carbon. The position of the grid can be understood with reference to FIG.

また、粒子ビーム源601は、加速された粒子が接触する表面周りの雰囲気及び筐体内部を、非作動中に、不活性ガスで充填し、充填した不活性ガスを排気することができるように構成されてもよい。   In addition, the particle beam source 601 can fill the atmosphere around the surface where accelerated particles contact and the inside of the housing with an inert gas during non-operation, and exhaust the filled inert gas. It may be configured.

加速粒子のグリッド及び筐体内部などへの衝突により、これらの表面の物質が弾き飛ばされ又は削られることで、不純物粒子が雰囲気中に生成される。不純物粒子(パーティクル)は、汚染物として、グリッド及び筐体内部の雰囲気に留まって浮遊する。この状態で続けて粒子ビーム源を作動すると、粒子ビーム(エネルギー粒子)の放射とともに、パーティクルが放出され、処理される基板表面にパーティクルが付着する。パーティクル等の不純物の付着は、基板表面処理過程では、基板表面の特性を悪化させ、又は基板接合過程では、パーティクルの付着箇所を中心にその近傍で基板表面の接触を妨げ、接合界面でのボイドを発生させる原因となりうる。そこで上記構成を有する粒子ビーム源は、筐体等の内部に粒子ビーム源のグリッド及び筐体内部に浮遊する不純物を、各作動又は一定量の作動ごとに、不活性ガス(パージガス)を導入して、不純物粒子(パーティクル)をパージガスと共に外部へ排気することができる。これにより、粒子ビーム源の内部を比較的清浄に保つことができる。したがって、上記構成の粒子ビーム源を用いることで、清浄な基板表面処理又は基板接合を行うことが可能になる。   Impurity particles are generated in the atmosphere by blasting off or scraping off these surface materials by collision of the accelerated particles with the grid and the inside of the housing. Impurity particles (particles) remain in the atmosphere inside the grid and the case as contaminants and float. When the particle beam source is continuously operated in this state, particles are emitted together with the radiation of the particle beam (energy particles), and the particles adhere to the surface of the substrate to be processed. The adhesion of impurities such as particles deteriorates the characteristics of the substrate surface in the substrate surface treatment process, or the substrate bonding process prevents the contact of the substrate surface in the vicinity of the particle adhesion site and causes voids at the bonding interface. May be caused. Therefore, the particle beam source having the above configuration introduces an inert gas (purge gas) for each operation or a certain amount of operation, with the particle beam source grid and impurities floating inside the case inside the case. Thus, the impurity particles (particles) can be exhausted together with the purge gas. Thereby, the inside of the particle beam source can be kept relatively clean. Therefore, by using the particle beam source having the above configuration, it is possible to perform clean substrate surface treatment or substrate bonding.

上記導電性カーボンにより形成されたグリッドは、ライン式粒子ビーム源にも、非ライン式粒子ビーム源にも有効である。   The grid formed of the conductive carbon is effective for both a line type particle beam source and a non-line type particle beam source.

各粒子ビーム源の稼動条件、又は放射される粒子の運動エネルギーに応じて、表面層の除去速度は変化しえる。そこで、必要な表面処理時間を調節する必要がある。たとえば、オージェ電子分光法(AES、Auger Electron Spectroscopy)やX線光電子分光法(XPS、X−ray Photo Electron Spectroscopy)などの表面分析法を用いて、表面層に含まれる酸素や炭素の存在が確認できなくなる時間又はそれより長い時間を、表面処理の処理時間として採用してもよい。   Depending on the operating conditions of each particle beam source or the kinetic energy of the emitted particles, the removal rate of the surface layer can vary. Therefore, it is necessary to adjust the necessary surface treatment time. For example, the presence of oxygen and carbon contained in the surface layer is confirmed using surface analysis methods such as Auger Electron Spectroscopy (AES, Auger Electron Spectroscopy) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS, X-ray Photo Electron Spectroscopy). You may employ | adopt as the processing time of surface treatment the time which becomes impossible or longer than that.

表面処理において基板表面をアモルファス化するためには、粒子の照射時間を、表面層を除去し新生表面を露出させるために必要な時間より、長く設定してもよい。長くする時間は、10秒から15分、あるいは、表面層を除去し新生表面を露出させるために必要な時間の5%以上に設定してもよい。表面処理において基板表面をアモルファス化するための時間は、基板表面を形成する材料の種類、性質、及び所定の運動エネルギーを有する粒子の照射条件によって適宜設定してもよい。   In order to make the substrate surface amorphous in the surface treatment, the particle irradiation time may be set longer than the time necessary for removing the surface layer and exposing the new surface. The lengthening time may be set to 10 to 15 minutes, or 5% or more of the time required for removing the surface layer and exposing the new surface. The time for amorphizing the substrate surface in the surface treatment may be appropriately set depending on the type and nature of the material forming the substrate surface and the irradiation conditions of particles having a predetermined kinetic energy.

表面処理において基板表面をアモルファス化するためには、照射される粒子の運動エネルギーは、表面層を除去し新生表面を露出させるために必要な運動エネルギーより、10%以上高く設定されてもよい。表面活性化処理において基板表面をアモルファス化するための粒子の運動エネルギーは、基板表面を形成する材料の種類、性質、及び粒子の照射条件によって適宜設定してもよい。   In order to make the substrate surface amorphous in the surface treatment, the kinetic energy of the irradiated particles may be set 10% or more higher than the kinetic energy required to remove the surface layer and expose the new surface. The kinetic energy of the particles for amorphizing the substrate surface in the surface activation treatment may be appropriately set depending on the type and properties of the material forming the substrate surface and the irradiation conditions of the particles.

ここで、「アモルファス化した表面」又は「結晶構造が乱れた表面」とは、具体的に表面分析手法を用いた測定により存在が確認されたアモルファス層又は結晶構造が乱れた層を含むとともに、粒子の照射時間を比較的長く設定した場合、又は粒子の運動エネルギーを比較的高く設定した場合に想定される結晶表面の状態を表現する概念的な用語であって、具体的に表面分析手法を用いた測定によりアモルファス層又は結晶構造が乱れた表面の存在が確認されていない表面をも含むものである。また、「アモルファス化する」又は「結晶構造を乱す」とは、上記アモルファス化した表面又は結晶構造が乱された表面を形成するための動作を概念的に表現したものである。これらの表面は、比較的高い表面エネルギーを有しており、常温又は非加熱若しくは低サーマルバジェット下での固相接合に有用である。   Here, the “amorphized surface” or “surface with disordered crystal structure” specifically includes an amorphous layer whose presence has been confirmed by measurement using a surface analysis technique or a layer with a disordered crystal structure, This is a conceptual term that expresses the state of the crystal surface assumed when the particle irradiation time is set to be relatively long or the particle kinetic energy is set to be relatively high. It includes a surface in which the presence of an amorphous layer or a surface having a disordered crystal structure is not confirmed by the measurement used. Also, “amorphize” or “disturb the crystal structure” conceptually represents the operation for forming the amorphized surface or the surface in which the crystal structure is disturbed. These surfaces have a relatively high surface energy and are useful for solid phase bonding at room temperature or under unheated or low thermal budget.

この高い表面エネルギーを維持するためにも、遮蔽部材602によりスパッタ粒子の付着を阻止又は最小限に抑えることが必要である。遮蔽部材602がない場合には、基板301に対するビーム照射を1スキャン後には、基板302上に数nmから数十nmの堆積が確認された。しかし、遮蔽部材602を有する本発明の構成によれば、一方の基板301から飛散する粒子の他方の基板302上への堆積を測定することは実質的に不可能であった。   In order to maintain this high surface energy, it is necessary to prevent or minimize the adhesion of sputtered particles by the shielding member 602. In the absence of the shielding member 602, deposition of several nm to several tens of nm was confirmed on the substrate 302 after one scan of beam irradiation on the substrate 301. However, according to the configuration of the present invention having the shielding member 602, it is practically impossible to measure the deposition of particles scattered from one substrate 301 on the other substrate 302.

上記又は以下に説明する構成の装置を用いることで、ライン式粒子ビーム源が2つの対向する基板の間にある状態で、ライン式粒子ビーム源により、その2つの基板の内の一方の基板の対向面に向けて粒子ビーム(エネルギー粒子)を放射することができる。その際、2つの対向する基板の間にある遮蔽部材によって、粒子ビームの照射を受ける基板表面からスパッタ現象により、又はスパッタ現象に関連して、飛散する物質を遮蔽又は遮断することができる。このような基板表面処理方法により、ビーム照射により当該一方の基板から放出される物質が他方の基板に付着することを防ぎ、又は回避若しくは最小限に抑えることができる。   By using the apparatus having the configuration described above or below, the line-type particle beam source is placed between two opposing substrates by the line-type particle beam source. A particle beam (energetic particles) can be emitted toward the opposite surface. At that time, the scattering member can be shielded or blocked from the surface of the substrate that is irradiated with the particle beam by the sputtering phenomenon or in connection with the sputtering phenomenon by the shielding member between the two opposing substrates. By such a substrate surface treatment method, a substance released from the one substrate by beam irradiation can be prevented from being attached to the other substrate, or avoided or minimized.

表面処理前の基板表面には、母材そのものの上に形成された酸化物や又は付着した有機物などの不純物が存在している。ビーム照射によりスパッタされ飛散したこれらの酸化物等は、他の基板の表面やチャンバ内に付着して汚染の原因となりうる。また、一方の基板の母材がスパッタされ他の基板の表面に付着又は堆積すると、当該他の基板の表面の特性を変化させる場合がある。また、当該他の基板上の堆積は、その基板の表面処理において、例えば、ビーム照射による表面除去時間や表面活性化処理の条件を変え、基板上で堆積が均一でないと、表面処理時間などの表面処理条件が不均一になる原因となる。上記の基板表面処理方法を行うことで、処理が行われる基板から飛散する物質の他の基板の表面への影響を回避又は最小限に抑えることができる。したがって、表面活性化処理による基板固相接合を行う場合には、適切な表面活性化処理を行って、接合強度などの所定の特性に優れた接合界面を形成させることができる。   On the surface of the substrate before the surface treatment, there are impurities such as oxides formed on the base material itself or attached organic substances. These oxides and the like sputtered and scattered by the beam irradiation can adhere to the surface of other substrates or the chamber and cause contamination. Further, when the base material of one substrate is sputtered and adhered or deposited on the surface of another substrate, the characteristics of the surface of the other substrate may be changed. In addition, the deposition on the other substrate may be performed in the surface treatment of the substrate, for example, by changing the surface removal time by the beam irradiation or the condition of the surface activation treatment. This may cause uneven surface treatment conditions. By performing the above-described substrate surface treatment method, the influence of substances scattered from the substrate to be treated on the surface of another substrate can be avoided or minimized. Therefore, when performing substrate solid-phase bonding by surface activation treatment, an appropriate surface activation treatment can be performed to form a bonding interface excellent in predetermined characteristics such as bonding strength.

なお、図3A,図3Bでは、遮蔽部材は、一方の基板から飛散する物質を遮蔽する機能みを有していたが、図4A,図4Bに示すように、板状の遮蔽部材602は、一方の面を遮蔽用の面(遮蔽面611)とし、他方の面にスパッタ材料からなるスパッタ部材612を配置して構成されてもよい。   In FIGS. 3A and 3B, the shielding member has a function of shielding a substance scattered from one of the substrates. However, as shown in FIGS. 4A and 4B, the plate-like shielding member 602 includes: One surface may be a shielding surface (shielding surface 611), and the other surface may be configured with a sputtering member 612 made of a sputtering material.

基板301に対して粒子ビーム照射スキャンを行う場合(図4A)と、基板301に対してスパッタ堆積を行う場合(図4B)との各々に応じて、遮蔽部材602とライン式粒子ビーム源601とは、各々の回転角αとβ(基準任意)が、それぞれ所定の回転角α´I1とβ´I1(図4A)、α´S1,β´S1(図4B)に設定できるように構成されている。 The shielding member 602, the line type particle beam source 601 and the case of performing the particle beam irradiation scan on the substrate 301 (FIG. 4A) and the case of performing the sputter deposition on the substrate 301 (FIG. 4B), respectively. Is configured such that the respective rotation angles α and β (reference arbitrary) can be set to predetermined rotation angles α ′ I1 and β ′ I1 (FIG. 4A), α ′ S1 and β ′ S1 (FIG. 4B), respectively. ing.

すなわち、図4Aに示すように、基板301に対して粒子ビーム照射スキャンを行う場合には、ライン式粒子ビーム源601を所定の角度α´I1に設定し、遮蔽部材602の遮蔽面611を所定の角度β´I1に設定しほぼ基板301に向けて設定される。ライン式粒子ビーム源601粒子ビーム照射によるスパッタで基板301から飛散してくるスパッタ粒子Pを当該遮蔽面611で遮断する。これにより、対向して配置された他方の基板302には、基板301からのスパッタ粒子が付着しないようにし、又はその付着量を最小限に抑制することができる。 That is, as shown in FIG. 4A, when performing a particle beam irradiation scan on the substrate 301, the line type particle beam source 601 is set to a predetermined angle α ′ I1 and the shielding surface 611 of the shielding member 602 is set to a predetermined value. The angle β ′ I1 is set substantially toward the substrate 301. Line-type particle beam source 601 Sputtered particles P scattered from the substrate 301 by sputtering by particle beam irradiation are blocked by the shielding surface 611. Thereby, it is possible to prevent the sputtered particles from the substrate 301 from adhering to the other substrate 302 arranged opposite to the other substrate 302 or to suppress the adhering amount to the minimum.

そして、ライン式粒子ビーム源601と遮蔽部材602とは、上記の回転角α´I1,β´I1に保たれたまま、基板301上を走査(スキャン)される。これにより、ビーム照射領域RI1が基板301上をスキャンして、基板301表面全体に亘り均一にビーム照射を行うことができる。 Then, the line-type particle beam source 601 and the shielding member 602, the above-described rotation angle [alpha] 'I1, remains kept at .beta.' I1, is on the substrate 301 is scanned (scan). As a result, the beam irradiation region R I1 scans the substrate 301, and the beam irradiation can be performed uniformly over the entire surface of the substrate 301.

次に、図4Bに示すように、基板301に対する粒子ビーム照射スキャンの後に、遮蔽部材602とライン式粒子ビーム源601をそれぞれの回転軸周りで回転させる。遮蔽部材602は、スパッタ面上のスパッタ材料612がライン式ビーム照射源601と基板301との両方から見える角度β´S1に位置決めされる。ライン式ビーム照射源601は、スパッタ材料612に向かって粒子ビームBを放射するような角度α´S1に位置決めされる。上記遮蔽部材602の角度β´S1は、粒子ビームBによりスパッタされて効率よくスパッタ材料が所望の基板領域に到達し又は堆積するように選択されることが好ましい。 Next, as shown in FIG. 4B, after the particle beam irradiation scan for the substrate 301, the shielding member 602 and the line type particle beam source 601 are rotated around the respective rotation axes. The shielding member 602 is positioned at an angle β ′ S1 at which the sputtered material 612 on the sputter surface can be seen from both the line beam irradiation source 601 and the substrate 301. The line beam irradiation source 601 is positioned at an angle α ′ S1 that emits the particle beam B toward the sputtered material 612. The angle β ′ S1 of the shielding member 602 is preferably selected so that the sputtered material reaches or deposits on a desired substrate region efficiently by being sputtered by the particle beam B.

そして、ライン式粒子ビーム源601と遮蔽部材602とは、上記の回転角α´S1,β´S1に保たれたまま、基板301上を走査(スキャン)される。これにより、ビーム照射領域Rs1が基板301上をスキャンして、基板301表面全体に亘り均一にスパッタ堆積Fさせることができる。 Then, the line-type particle beam source 601 and the shielding member 602, the above-described rotation angle [alpha] 'S1, remains kept at .beta.' S1, is on the substrate 301 is scanned (scan). This allows the beam irradiation region R s1 is scanned over the substrate 301, thereby uniformly sputter depositing F 1 over the entire substrate 301 surface.

基板301に対するビーム照射とスパッタ堆積とを行った(図4A,図4B)後、基板302に対しても、基板301と同様にビーム照射とスパッタ堆積とを行う(図4C,図4D)。上述のとおり、ライン式粒子ビーム源601と板状の遮蔽部材602とが近接して配置されていても、ライン式粒子ビーム源601の向きを基板302に向けるように変更させることができる。   After performing beam irradiation and sputter deposition on the substrate 301 (FIGS. 4A and 4B), beam irradiation and sputter deposition are performed on the substrate 302 in the same manner as the substrate 301 (FIGS. 4C and 4D). As described above, even if the line-type particle beam source 601 and the plate-shaped shielding member 602 are arranged close to each other, the direction of the line-type particle beam source 601 can be changed to face the substrate 302.

図4Cに示す基板302に対するビーム照射の際には、ライン式粒子ビーム源601は、図4Aのときと上下反対の位置に位置決めされている。所定の角度α´I2、遮蔽部材602の遮蔽面611は所定の角度β´I2に設定されている。これにより、ビーム照射領域RI2が基板302上をスキャンして、基板302表面全体に亘り均一にビーム照射を行うことができる。 At the time of beam irradiation on the substrate 302 shown in FIG. 4C, the line type particle beam source 601 is positioned at a position opposite to that in FIG. 4A. The predetermined angle α ′ I2 and the shielding surface 611 of the shielding member 602 are set to a predetermined angle β ′ I2 . As a result, the beam irradiation region R I2 scans the substrate 302, and the beam irradiation can be performed uniformly over the entire surface of the substrate 302.

また、図4Dに示す基板302に対するスパッタ堆積の際には、ライン式粒子ビーム源601は所定の角度α´S2、遮蔽部材602の遮蔽面611は所定の角度β´S2に設定されている。これにより、ビーム照射領域Rs2が基板302上をスキャンして、基板302表面全体に亘り均一にスパッタ堆積Fさせることができる。 4D, the line-type particle beam source 601 is set to a predetermined angle α ′ S2 and the shielding surface 611 of the shielding member 602 is set to a predetermined angle β ′ S2 . As a result, the beam irradiation region R s2 scans the substrate 302, and the sputter deposition F 2 can be uniformly performed over the entire surface of the substrate 302.

図4C,図4Dにおいて、粒子ビーム源601の回転角α´I2とα´S2とは同じであり、すなわちライン式粒子ビーム源601の位置は同じであるが、これに限られない。所定のスパッタ条件に応じて、回転角α´I2とα´S2とを異なる角度にしてもよい。 4C and 4D, the rotation angles α ′ I2 and α ′ S2 of the particle beam source 601 are the same, that is, the position of the line type particle beam source 601 is the same, but is not limited thereto. Depending on predetermined sputtering conditions, the rotation angles α ′ I2 and α ′ S2 may be different angles.

たとえば、ライン式粒子ビーム源601の回転角は、粒子ビームの方向が基板面に対して30°から60°の範囲となるように設定されてもよく、90°となるように設定されてもよい。あるいは、ビーム照射条件に応じて他の角度を採用することもできる。   For example, the rotation angle of the line type particle beam source 601 may be set so that the direction of the particle beam is in a range of 30 ° to 60 ° with respect to the substrate surface, or may be set to be 90 °. Good. Alternatively, other angles can be adopted depending on the beam irradiation conditions.

なお、一例として、シリコン(ケイ素、Si)基板に対して、スパッタ部材に鉄(Fe)などの遷移金属を採用してもよい。   As an example, a transition metal such as iron (Fe) may be employed as a sputter member for a silicon (silicon, Si) substrate.

上記遷移金属は、シリコン基板の表面近傍に0.1から30原子%含むように、当該シリコン薄膜上に堆積されるのが好ましい。さらには、上記遷移金属は、シリコン基板の表面近傍に3から10原子%含むように、当該シリコン基板上に堆積されるのが好ましい。   The transition metal is preferably deposited on the silicon thin film so as to contain 0.1 to 30 atomic% in the vicinity of the surface of the silicon substrate. Furthermore, the transition metal is preferably deposited on the silicon substrate so as to contain 3 to 10 atomic% in the vicinity of the surface of the silicon substrate.

適切な遷移金属のドーピングにより、表面処理後の基板を接触させることで、非加熱又は少ないサーマルバジェット(加熱温度、加熱時間)で強固な接合界面を形成することができる。   By bringing the substrate after the surface treatment into contact with appropriate transition metal doping, a strong bonding interface can be formed without heating or with a small thermal budget (heating temperature, heating time).

遷移金属のシリコン基板表面近傍での含有量が所定量より小さいと、その後の接合で形成される接合界面の接合強度が十分に強くならない場合がある。   If the content of the transition metal in the vicinity of the silicon substrate surface is smaller than a predetermined amount, the bonding strength at the bonding interface formed by subsequent bonding may not be sufficiently increased.

また、遷移金属のシリコン薄膜表面近傍での含有量が所定量より大きいと、表面処理において好ましくない場合がある。   Further, if the content of the transition metal in the vicinity of the silicon thin film surface is larger than a predetermined amount, it may not be preferable in the surface treatment.

上記又は以下に説明する構成の装置を用いることで、ビーム照射が行われた基板表面上に、スパッタ材料をスパッタ堆積させることができる。   By using the apparatus having the configuration described above or below, a sputter material can be sputter deposited on the surface of the substrate on which the beam irradiation has been performed.

図3、図4又は以下に説明する図5に示す構成では、ライン式粒子ビーム源は、ライン方向に実質的に平行な軸周りに回転可能であるが、これに限られない。一般に、ライン式粒子ビーム源は、揺動可能であればよい。より一般に、ライン式粒子ビーム源は、基板に対してビーム照射を行うことと、スパッタ材料に対してビーム照射を行うこととを選択的に行うことができるように構成されればよい。   In the configuration shown in FIG. 3, FIG. 4 or FIG. 5 described below, the line type particle beam source can rotate around an axis substantially parallel to the line direction, but is not limited thereto. Generally, the line type particle beam source only needs to be swingable. More generally, the line-type particle beam source may be configured to selectively perform beam irradiation on the substrate and beam irradiation on the sputtering material.

これにより、単一のライン式粒子ビーム源を用いて、基板の表面に対する直接粒子ビーム照射と、その基板表面に対するスパッタ堆積との両方を行うことができる。少なくとも2つの表面処理を行うために、複数のライン式粒子ビーム源を必要とせず、単一のライン式粒子ビーム源のみで装置を構成することができる。よって、ライン式粒子ビーム源を含む表面処理装置又は基板接合装置を小さく設計作成することができると共に、省スペース化により基板周辺の雰囲気の制御が容易になる。   Thereby, it is possible to perform both direct particle beam irradiation on the surface of the substrate and sputter deposition on the surface of the substrate by using a single line type particle beam source. In order to perform at least two surface treatments, a plurality of line-type particle beam sources are not required, and the apparatus can be configured with only a single line-type particle beam source. Therefore, the surface processing apparatus or the substrate bonding apparatus including the line type particle beam source can be designed and made small, and the atmosphere around the substrate can be easily controlled by saving space.

図4Aから図4Dに示す表面処理を行った後に、図3C及び図3Dと同様に、基板間の空間から退去できるように構成されることが好ましい。   After performing the surface treatment shown in FIGS. 4A to 4D, it is preferable to be configured to be able to leave the space between the substrates as in FIGS. 3C and 3D.

これにより、たとえば、粒子ビーム照射スキャンで表面活性化が行われた基板301表面RI1上に、所望のスパッタ膜SI1を、基板301表面全体に亘り高い均一性を維持し、高い付着力で形成することができる。 Thereby, for example, a desired sputtered film S I1 is maintained on the substrate 301 surface R I1 that has been surface-activated by the particle beam irradiation scan, with high uniformity over the entire surface of the substrate 301 and high adhesion. Can be formed.

スパッタ部材における材料をシリコン(ケイ素、Si)とすることで、粒子ビーム照射で表面活性化処理を行った基板301表面上にシリコン薄膜を高い付着力で形成することができる。   By using silicon (silicon, Si) as the material for the sputter member, a silicon thin film can be formed with high adhesion on the surface of the substrate 301 that has been subjected to surface activation treatment by particle beam irradiation.

表面活性化処理された基板301,302上に付着力が高いシリコン薄膜を形成し、当該シリコン薄膜を介して両基板表面を接触させ接合することで、高い接着力を有する接合界面を広い基板表面領域に対して均一に形成することができる。   A silicon thin film with high adhesion is formed on the substrates 301 and 302 subjected to the surface activation treatment, and the surfaces of both substrates are brought into contact with each other via the silicon thin film so that a bonding interface having high adhesion can be formed on a wide substrate surface. It can form uniformly with respect to an area | region.

なお、図3及び図4の各図において、遮蔽部材は板状であったが、これに限らない。たとえば、図5Aから図5Cに示すように、遮蔽部材602が三角柱で構成され、又はその側面の断面形状が三角形となるように構成されていてもよい(602A)。当該三角柱形状の遮蔽部材602Aは、第1の側面を遮蔽面611とし、第2の側面には第1スパッタ部材612Aを配置し、第3の側面には第2スパッタ部材612Bを配置して構成されている。   In addition, in each figure of FIG.3 and FIG.4, although the shielding member was plate shape, it is not restricted to this. For example, as shown in FIGS. 5A to 5C, the shielding member 602 may be configured as a triangular prism, or may be configured so that the cross-sectional shape of the side surface thereof is a triangle (602A). The triangular prism-shaped shielding member 602A has a first side surface as a shielding surface 611, a second side surface with a first sputter member 612A, and a third side surface with a second sputter member 612B. Has been.

図5Aに示すように基板301に対して粒子ビーム照射スキャンを行う場合には、ライン式粒子ビーム源601を所定の角度α´´I1に設定し、遮蔽部材602Aの遮蔽面611を所定の角度β´´I1に設定しほぼ基板301に向け、粒子ビーム照射によるスパッタで基板301から飛散してくるスパッタ粒子Pを当該遮蔽面611で遮断する。 As shown in FIG. 5A, when the particle beam irradiation scan is performed on the substrate 301, the line-type particle beam source 601 is set to a predetermined angle α ″ I1, and the shielding surface 611 of the shielding member 602A is set to a predetermined angle. β ″ I1 is set substantially toward the substrate 301, and the sputtered particles P scattered from the substrate 301 by the sputtering by the particle beam irradiation are blocked by the shielding surface 611.

そして、ライン式粒子ビーム源601と遮蔽部材602Aとは、上記の回転角α´´I1,β´´I1に保たれたまま、基板301上を走査(スキャン)される。これにより、ビーム照射領域RI1が基板301上をスキャンされて、基板301表面全体に亘り均一にビーム照射を行うことができる。 The line-type particle beam source 601 and the shielding member 602A are scanned on the substrate 301 while being maintained at the rotation angles α ″ I1 and β ″ I1 . As a result, the beam irradiation region R I1 is scanned over the substrate 301, and the beam irradiation can be performed uniformly over the entire surface of the substrate 301.

次に、図5Bに示すように基板301に対してスパッタ材料612Aを堆積させる場合には、遮蔽部材602Aを第1スパッタ部材612Aの面がライン式ビーム照射源601と基板301との両方から見える角度β´´S1に設定し、ライン式ビーム照射源601をスパッタ材料612に向かって粒子ビームBを放射するような角度α´´S1に設定する。 Next, when the sputtering material 612A is deposited on the substrate 301 as shown in FIG. 5B, the surface of the first sputtering member 612A can be seen from both the line beam irradiation source 601 and the substrate 301. The angle β ″ S1 is set, and the line type beam irradiation source 601 is set to an angle α ″ S1 that emits the particle beam B toward the sputtered material 612.

そして、ライン式粒子ビーム源601と遮蔽部材602Aとを、上記の回転角α´´S1,β´´S1に保たれたまま、基板301上を走査(スキャン)する。これにより、ビーム照射領域RsA1が基板301上をスキャンして、基板301表面全体に亘り均一にスパッタ堆積FA1させることができる。 Then, the line-type particle beam source 601 and the shielding member 602A are scanned on the substrate 301 while being maintained at the rotation angles α ″ S1 and β ″ S1 . As a result, the beam irradiation region R sA1 scans the substrate 301, and the sputter deposition F A1 can be uniformly performed over the entire surface of the substrate 301.

その次に、図5Cに示すように基板301に対して第2スパッタ部材612Bを堆積させる場合には、遮蔽部材602Aをスパッタ材料612Bの面がライン式ビーム照射源601と基板301との両方から見える角度β´´p1に設定し、ライン式ビーム照射源601をスパッタ材料612に向かって粒子ビームBを放射するような角度α´´p1に設定する。 Next, as shown in FIG. 5C, when the second sputter member 612B is deposited on the substrate 301, the shielding member 602A has the sputter material 612B faced from both the line beam irradiation source 601 and the substrate 301. The visible angle β ″ p1 is set, and the line type beam irradiation source 601 is set to an angle α ″ p1 that emits the particle beam B toward the sputtered material 612.

そして、ライン式粒子ビーム源601と遮蔽部材602Aとを、上記の回転角α´´p1,β´´p1に保たれたまま、基板301上を走査(スキャン)する。これにより、ビーム照射領域RsB1が基板301上をスキャンして、基板301表面全体に亘り均一にスパッタ堆積FA2させることができる。 Then, the line-type particle beam source 601 and the shielding member 602A are scanned on the substrate 301 while being maintained at the rotation angles α ″ p1 and β ″ p1 . As a result, the beam irradiation region R sB1 scans the substrate 301, and the sputter deposition F A2 can be uniformly performed over the entire surface of the substrate 301.

この場合、図5Cでの回転角α´´p1,β´´p1は、図5Bでの回転角α´´s1,β´´s1と同じであるが、スパッタ条件によって異なっていてもよい。 In this case, the rotation angles α ″ p1 and β ″ p1 in FIG. 5C are the same as the rotation angles α ″ s1 and β ″ s1 in FIG. 5B, but may be different depending on the sputtering conditions.

この図5Aから図5Cと同様のプロセスを他の基板302に対しても行い、その後、両基板表面を接触させることで高い接着力を有する接合界面を広い基板表面領域に対して均一に形成することができる。   The same process as FIG. 5A to FIG. 5C is also performed on the other substrate 302, and then the surfaces of both the substrates are brought into contact with each other to uniformly form a bonding interface having a high adhesive force over a wide substrate surface region. be able to.

一例として、第1スパッタ部材にシリコン(ケイ素、Si)を採用し、第2スパッタ部材に鉄(Fe)などの遷移金属を採用してもよい。そして、図5Aから図5Cに示すプロセスをその順番で行うことで、基板302へのスパッタ粒子の付着などの悪影響を最小限に抑制しつつ、基板301に対して表面活性化処理を行い(図5A)、表面活性化処理された基板301上に付着力が高いシリコン薄膜を形成し(図5B)、かつ当該シリコン薄膜に対して接合強度を向上させるために適切な量の鉄をドープする(図5V)ことが可能になる。   As an example, silicon (silicon, Si) may be employed for the first sputter member, and a transition metal such as iron (Fe) may be employed for the second sputter member. Then, by performing the processes shown in FIGS. 5A to 5C in that order, surface activation processing is performed on the substrate 301 while minimizing adverse effects such as adhesion of sputtered particles to the substrate 302 (FIG. 5). 5A), a silicon thin film having a high adhesion force is formed on the surface-activated substrate 301 (FIG. 5B), and an appropriate amount of iron is doped to the silicon thin film in order to improve the bonding strength ( FIG. 5V) becomes possible.

上記遷移金属は、スパッタ堆積されたシリコン薄膜の表面近傍に0.1から30原子%含むように、当該シリコン薄膜上に堆積されるのが好ましい。さらには、上記遷移金属は、スパッタ堆積されたシリコン薄膜の表面近傍に3から10原子%含むように、当該シリコン薄膜上に堆積されるのが好ましい。   The transition metal is preferably deposited on the silicon thin film so as to contain 0.1 to 30 atomic% in the vicinity of the surface of the sputter deposited silicon thin film. Further, the transition metal is preferably deposited on the silicon thin film so as to contain 3 to 10 atomic% in the vicinity of the surface of the sputter deposited silicon thin film.

上述のとおり、遷移金属のシリコン薄膜表面近傍での含有量が所定量より小さいと、その後の接合で形成される接合界面の接合強度が十分に強くならない場合がある。   As described above, when the content of the transition metal in the vicinity of the silicon thin film surface is smaller than the predetermined amount, the bonding strength at the bonding interface formed by the subsequent bonding may not be sufficiently increased.

また、遷移金属のシリコン薄膜表面近傍での含有量が所定量より大きいと、表面処理において好ましくない場合がある。   Further, if the content of the transition metal in the vicinity of the silicon thin film surface is larger than a predetermined amount, it may not be preferable in the surface treatment.

図5では、遮蔽部材602Aは三角柱形状を有しているが、これに限られない。遮蔽部材602Aは、より一般的に多角柱形状を有していてもよい。多角柱のように複数面を有する遮蔽部材を用いて、各面に搭載されたスパッタ材料をスパッタにより基板表面に堆積させることができる。   In FIG. 5, the shielding member 602A has a triangular prism shape, but is not limited thereto. The shielding member 602A may more generally have a polygonal column shape. Using a shielding member having a plurality of surfaces such as a polygonal column, a sputtering material mounted on each surface can be deposited on the substrate surface by sputtering.

多角柱の遮蔽部材の場合、適切なスパッタ材料の選択は、スパッタ材料が搭載された遮蔽部材を回転させて行われる。遮蔽部材は、当該多角柱の長手方向の回転軸周りに回転されるように構成されてもよい。   In the case of a polygonal column shielding member, selection of an appropriate sputtering material is performed by rotating the shielding member on which the sputtering material is mounted. The shielding member may be configured to be rotated around a rotation axis in the longitudinal direction of the polygonal column.

なお、ライン方向(X方向)でスパッタ性能を均一にするために、ライン式粒子ビーム源と遮蔽部材とをそれぞれの回転軸が互いにほぼ平行となるように配置されることが好ましい。   In order to make the sputtering performance uniform in the line direction (X direction), it is preferable to arrange the line-type particle beam source and the shielding member so that their rotation axes are substantially parallel to each other.

遮蔽部材にスパッタ材料を搭載することで、ライン式粒子ビーム源を含む表面処理装置を更に小さく設計作成することができると共に、遮蔽とスパッタ処理とを効率的に入れ替えることができる。   By mounting the sputtering material on the shielding member, the surface treatment apparatus including the line-type particle beam source can be designed and made smaller, and the shielding and the sputtering treatment can be efficiently exchanged.

なお、図4から図6の例では、複数種類のスパッタ材料が板状、三角柱又は多角柱の各面に配置されたが、これに限られない。各スパッタ堆積に応じてスパッタ材料がライン式ビーム源により適切にスパッタされるように構成されれば、いかなる構成を採用してもよい。   In the examples of FIGS. 4 to 6, a plurality of types of sputter materials are arranged on each surface of a plate shape, a triangular prism, or a polygonal column, but the present invention is not limited to this. Any configuration may be employed as long as the sputter material is appropriately sputtered by the line beam source in accordance with each sputter deposition.

図4から図5においては、スパッタ材料が遮蔽部材に搭載されていたがこれに限られない。スパッタ材料は、遮蔽部材と異なる部材、たとえばスパッタ部材に支持された基板間に配置されていてもよい。   4 to 5, the sputter material is mounted on the shielding member, but the present invention is not limited to this. The sputter material may be disposed between a member different from the shielding member, for example, a substrate supported by the sputter member.

更に好ましくは、図6A,図6Bに示すように、同一基板301上への粒子ビーム照射とスパッタ堆積との両方を単一スキャンで行うことができるように装置が構成される。   More preferably, as shown in FIGS. 6A and 6B, the apparatus is configured so that both the particle beam irradiation and the sputter deposition on the same substrate 301 can be performed in a single scan.

第1ライン式粒子ビーム源601Aは、基板301表面に対して粒子ビーム照射を行う。遮蔽板(遮蔽部材)602は、第1ライン式粒子ビーム源601Aによる粒子ビーム照射により基板301表面から飛散するスパッタ粒子を遮蔽するような、大きさ、位置、角度となるように構成されている。第2ライン式粒子ビーム源601Bとスパッタ部材612とは、第2ライン式粒子ビーム源601Bが放射する粒子ビームがスパッタ部材612に衝突して当該部材をスパッタさせ基板301上の所望の位置又は領域に堆積させるように構成されている。   The first line type particle beam source 601A irradiates the surface of the substrate 301 with a particle beam. The shielding plate (shielding member) 602 is configured to have a size, a position, and an angle so as to shield the sputtered particles scattered from the surface of the substrate 301 by the particle beam irradiation by the first line type particle beam source 601A. . The second line type particle beam source 601B and the sputter member 612 are a desired position or region on the substrate 301 by causing the particle beam emitted from the second line type particle beam source 601B to collide with the sputter member 612 and causing the member to sputter. It is comprised so that it may deposit on.

図6Aでは、第2ライン式粒子ビーム源601Bが、スパッタ部材612のスキャン進行方向前方から進行方向と逆方向に粒子ビームBを放射する態様が示されている。一方、図6Bでは、第2ライン式粒子ビーム源601Bが、スパッタ部材612のスキャン進行方向後方から進行方向と同方向に粒子ビームBを放射する態様が示されている。   FIG. 6A shows a mode in which the second-line particle beam source 601B emits the particle beam B from the front of the sputtering member 612 in the scanning direction in the direction opposite to the traveling direction. On the other hand, FIG. 6B shows a mode in which the second line type particle beam source 601B emits the particle beam B in the same direction as the traveling direction from behind the scanning direction of the sputtering member 612.

これらの構成により、第1ライン式粒子ビーム源601Aによる粒子ビーム照射領域Rと、第2ライン式粒子ビーム源601Bとスパッタ部材612とによるスパッタ堆積領域Rとを、基板301上で同時に同じ方向(Y方向)にスキャンさせることができる。 With these configurations, the particle beam irradiation region R I of the first line-type particle beam source 601A, and a sputter deposition region R S by the second line-type particle beam source 601B and the sputtering member 612, at the same time the same on the substrate 301 It is possible to scan in the direction (Y direction).

スパッタ堆積領域Rは、粒子ビーム照射領域Rのスキャンに追従するようにスキャンすることが好ましい。これにより、粒子ビーム照射により表面活性化の直後又はほぼ同時に基板301の表面に、スパッタ材料612を堆積させて薄膜を形成し、又は所定のドーパント材料をドーピングすることができる。すなわち、ビーム照射による表面活性化後、基板301表面では、時間の経過と共に、雰囲気中の不純物、酸素や水との接触などによる酸化や汚染が進行する。雰囲気を完全に清浄化することはできないので、表面活性化処理された表面特性の雰囲気との接触による劣化は、時間に比例して進行する。これに対し、本構成を採用することで、表面活性化処理からスパッタ堆積までの時間を最小限にすることができる。これにより、極めて付着力が高く、特性の良い薄膜と薄膜基板間の界面とを形成することができる。 Sputter deposition region R S is preferably scanned to follow the scanning of the particle beam irradiation region R I. As a result, a sputter material 612 can be deposited on the surface of the substrate 301 immediately after surface activation by particle beam irradiation to form a thin film, or a predetermined dopant material can be doped. That is, after surface activation by beam irradiation, oxidation and contamination due to contact with impurities in the atmosphere, oxygen, water, and the like proceed with time on the surface of the substrate 301. Since the atmosphere cannot be completely cleaned, the deterioration of the surface activated surface property due to contact with the atmosphere proceeds in proportion to time. On the other hand, by adopting this configuration, the time from the surface activation process to the sputter deposition can be minimized. Thereby, it is possible to form a thin film and an interface between the thin film substrate having extremely high adhesive force and good characteristics.

たとえば、スパッタ部材612のスパッタ材料にシリコン(ケイ素、Si)を採用することで、基板301上に極めて付着力が高く、特性の良いシリコン薄膜を形成することができる。   For example, by using silicon (silicon, Si) as the sputter material of the sputter member 612, a silicon thin film having extremely high adhesion and good characteristics can be formed on the substrate 301.

粒子ビーム照射領域Rとスパッタ堆積領域Rとのスキャンを同じ速度で行う際には、各ライン式粒子ビーム源の粒子ビーム特性、例えば粒子ビームの放射量、運動エネルギー、粒子種、スパッタ部材と基板との間隔などを調節することで、所望のビーム照射(表面活性化処理)とスパッタ堆積またはドーピングとを実現することができる。 When scanning the particle beam irradiation region RI and the sputter deposition region RS at the same speed, the particle beam characteristics of each line type particle beam source, for example, the radiation amount of the particle beam, the kinetic energy, the particle type, and the sputter member The desired beam irradiation (surface activation treatment) and sputter deposition or doping can be realized by adjusting the distance between the substrate and the substrate.

スキャン速度は必ずしも同じである必要はなく、異なっていてもよい。ただし、後続のスキャンが先行のスキャンより速い場合は、スキャンの間隔を十分に開ける必要がある。   The scanning speed is not necessarily the same and may be different. However, if the subsequent scan is faster than the previous scan, it is necessary to leave a sufficient interval between the scans.

このように図6A,図6Bに例示する構成を用いることで、一方のライン式粒子ビーム源(第1ライン式粒子ビーム源601A)を用いて、基板表面に対してビーム照射を行い、他方のライン式粒子ビーム源(第2ライン式粒子ビーム源602B)を用いて、スパッタ材料をスパッタさせて、第1ライン式粒子ビーム源によりビーム照射が行われた基板表面上にスパッタ材料を堆積又はドーピングさせることができる。   In this way, by using the configuration illustrated in FIG. 6A and FIG. 6B, one line type particle beam source (first line type particle beam source 601A) is used to irradiate the substrate surface with the beam, A sputter material is sputtered using a line type particle beam source (second line type particle beam source 602B), and the sputter material is deposited or doped on the substrate surface irradiated with the beam by the first line type particle beam source. Can be made.

なお、図6A,図6Bに示されるスパッタ部材は板状に形成され、その片面にスパッタ材料612Aが配置されているが、これに限らない。   Although the sputter member shown in FIGS. 6A and 6B is formed in a plate shape and the sputter material 612A is disposed on one surface thereof, the present invention is not limited to this.

たとえば、図4に示される遮蔽部材602のように、図6A,図6Bに示す板状のスパッタ部材の裏面に他のスパッタ材料が配置されてもよい。これにより、最初のスキャン後に、スパッタ部材612を回転して裏面の第2スパッタ材料を基板上に堆積させることができる(図示せず)。   For example, like the shielding member 602 shown in FIG. 4, another sputter material may be arranged on the back surface of the plate-like sputter member shown in FIGS. 6A and 6B. Thereby, after the first scan, the sputter member 612 can be rotated to deposit the second sputtered material on the back surface on the substrate (not shown).

また、図5に示される遮蔽部材602のように、三角柱(多角柱)で構成され、又はその側面の断面形状が三角形(多角柱)となるように構成されていてもよい。   Moreover, like the shielding member 602 shown by FIG. 5, it may be comprised by a triangular prism (polygonal prism), or it may be comprised so that the cross-sectional shape of the side surface may become a triangle (polygonal prism).

この場合、第1スパッタ部材にシリコン(ケイ素、Si)を採用し、第2スパッタ部材に鉄(Fe)などの遷移金属を採用してもよい。図6A,図6Bに示す基板に対して粒子ビーム照射又は表面活性化処理を行うスキャンに後続して、第1スパッタ部材(Si)をスパッタ堆積を行うスキャンをして第1スパッタ材料の第1薄膜(Si薄膜)を形成した後に、スパッタ部材612を回転させて、第2ライン式粒子ビーム源601Bの作動により、第1薄膜の表面近傍に所定量の第2スパッタ部材(Fe)でドープしてもよい。   In this case, silicon (silicon, Si) may be employed for the first sputter member, and a transition metal such as iron (Fe) may be employed for the second sputter member. 6A and 6B, a scan for performing sputter deposition on the first sputter member (Si) is performed after the scan for performing the particle beam irradiation or the surface activation process on the substrate shown in FIGS. 6A and 6B. After forming the thin film (Si thin film), the sputter member 612 is rotated, and the second line particle beam source 601B is operated to dope a predetermined amount of the second sputter member (Fe) in the vicinity of the surface of the first thin film. May be.

第2スパッタ部材を基板上に堆積する際にも、第1ライン式粒子ビーム源601Aによる粒子ビーム照射を先行スキャンさせてもよい。第1薄膜の表面に対して粒子ビーム照射を行うことで、その表面を活性化させ又は結晶構造を乱すことができる。これにより、第2スパッタ部材をドープしやすくなる。また、第1薄膜表面のエネルギーが上がり、その後の両基板の第1薄膜表面同士を接触させ、高い接合強度の接合界面を形成することが可能になる。   Even when the second sputter member is deposited on the substrate, the particle beam irradiation by the first line type particle beam source 601A may be scanned in advance. By irradiating the surface of the first thin film with a particle beam, the surface can be activated or the crystal structure can be disturbed. Thereby, it becomes easy to dope the second sputter member. Further, the energy of the surface of the first thin film is increased, and the first thin film surfaces of both substrates thereafter are brought into contact with each other, so that a bonding interface having high bonding strength can be formed.

上記例では、第2スパッタ材料を第1薄膜に対するドーパントして用いたが、第2スパッタ材料のスパッタ堆積量を増やして、第1薄膜上に第2薄膜を形成してもよい。   In the above example, the second sputter material is used as a dopant for the first thin film, but the second thin film may be formed on the first thin film by increasing the sputter deposition amount of the second sputter material.

また、スパッタ部材612は、上記のように、外形が三角柱などの多角柱の形状とし、各スパッタ面に所定のスパッタ材料を配置して構成されてもよい。この場合、スパッタ部材612を所定の角度分回転させて、所定のスパッタ材料をスパッタ堆積させることができる。   Further, as described above, the sputter member 612 may be configured such that the outer shape is a polygonal prism shape such as a triangular prism, and a predetermined sputtering material is disposed on each sputtering surface. In this case, the sputter member 612 can be rotated by a predetermined angle to deposit a predetermined sputter material.

なお、複数のライン式粒子ビーム源と複数のスパッタ部材とを設けて、基板上を、粒子ビーム照射領域Rのスキャンに追従して、複数のスパッタ堆積領域Rsを順次スキャンさせてもよい。これにより、複数層からなる多層膜構造や複数のドーパントを含む薄膜構造、或いはそれらの混合形態の薄膜構造を基板上に形成することができる。 Incidentally, by providing a plurality of line-type particle beam source and a plurality of sputtering members, the upper substrate, following the scanning of the particle beam irradiation region R I, may be sequentially scan multiple sputter deposition region Rs. Thereby, a multilayer film structure composed of a plurality of layers, a thin film structure including a plurality of dopants, or a thin film structure of a mixed form thereof can be formed on the substrate.

第1及び第2ライン式粒子ビーム源601A,601B、遮蔽板602、及びスパッタ部材612は、いずれも同じ方向(X方向)に伸びている。これらは、同X方向に平行な軸周りに回転可能に構成されてもよい。この構成を用いて、両基板の表面に対して片方ずつビーム照射を行うことができる。これにより、基板ごとに粒子ビーム源を配置することを必要とせず、一つ又は一組のライン式粒子ビーム源を用いて、2つの基板に対して表面処理を行うことができる。   The first and second line type particle beam sources 601A and 601B, the shielding plate 602, and the sputter member 612 all extend in the same direction (X direction). These may be configured to be rotatable around an axis parallel to the X direction. Using this configuration, beam irradiation can be performed on the surfaces of both substrates one by one. Thereby, it is not necessary to arrange a particle beam source for each substrate, and surface treatment can be performed on two substrates using one or a set of line type particle beam sources.

なお、図6では、遮蔽部材602とスパッタ部材612とは別部材として構成されているが、これに限らない。遮蔽部材602という部材を特に設けない場合もありえる。たとえば、粒子ビーム照射による基板に対する粒子ビーム照射とスパッタ粒子の他の基板302への飛散の遮蔽という両方の作用を有する構成であればよい。   In FIG. 6, the shielding member 602 and the sputtering member 612 are configured as separate members, but are not limited thereto. There may be a case where a member called the shielding member 602 is not particularly provided. For example, any structure may be used as long as it has both the effects of particle beam irradiation on the substrate by particle beam irradiation and shielding of the scattering of sputtered particles to the other substrate 302.

従来は、基板表面にスパッタ堆積を行う際に、そのスパッタによる飛散粒子がチャンバ内雰囲気中を飛び又は浮遊し、他の基板やチャンバ壁面などに付着して、これらの汚染原因となっていた。本願発明に係るスパッタ材料又はスパッタ部材612を有する構成においては、スパッタ部材612等やライン式粒子ビーム源601は、スパッタ材料のスパッタ粒子の飛散を遮蔽するように装置が構成されてもよい。いずれか又は両方の寸法、姿勢又は配置位置を適切に設定することにより、このように、遮蔽部材602のみならず、ライン式粒子ビーム源601もスパッタ材料のスパッタ粒子の飛散を遮蔽するように装置が構成されてもよい。遮蔽部材602及びライン式粒子ビーム源601は、対向する基板間に配置され、かつ粒子ビームの断面形状及びビーム照射領域と同様のライン形状を有しているので、基板表面又はスパッタ材料から飛散するスパッタ粒子を効率よく遮蔽するように構成されうる。このように、本願発明により、効率よくスパッタ粒子等の不純物の飛散を遮蔽して表面処理を行うことが可能になり、そのための装置を小型化又は省スペース化して構成することが可能になる。   Conventionally, when sputter deposition is performed on the substrate surface, the particles scattered by the sputtering fly or float in the atmosphere in the chamber and adhere to other substrates, chamber wall surfaces, and the like, thereby causing contamination. In the configuration having the sputter material or sputter member 612 according to the present invention, the sputter member 612 and the line type particle beam source 601 may be configured to shield the spatter of sputtered particles of the sputter material. In this way, not only the shielding member 602 but also the line-type particle beam source 601 can be configured to shield the scattering of sputtered particles of the sputtered material by appropriately setting one or both of the dimensions, postures, and arrangement positions. May be configured. Since the shielding member 602 and the line type particle beam source 601 are arranged between the opposing substrates and have the same line shape as the cross-sectional shape of the particle beam and the beam irradiation region, the shielding member 602 and the line type particle beam source 601 are scattered from the substrate surface or the sputtering material. It can be configured to shield the sputtered particles efficiently. As described above, according to the present invention, it is possible to efficiently perform the surface treatment by blocking the scattering of impurities such as sputtered particles, and it is possible to configure the apparatus for that purpose with a reduction in size or space.

なお、図3から図5では、2つの両基板に対して同種の表面処理を行う場合を示したが、これに限られない。基板301に対する表面処理と基板302に対する表面処理とを異なる処理としてもよい。また、基板302に対しては全く表面処理をしなくてもよい。   Although FIGS. 3 to 5 show the case where the same kind of surface treatment is performed on the two substrates, the present invention is not limited to this. The surface treatment for the substrate 301 and the surface treatment for the substrate 302 may be different processes. Further, the substrate 302 may not be subjected to any surface treatment.

また、図2から図6に示す構成では、一方の基板301が表面処理されている間に他方の基板302に対しては何らの表面処理もなされていなかった。しかし、同時に又は前後して、他方の基板302に対して同様又は他の表面処理を行ってもよい。   In the configurations shown in FIGS. 2 to 6, no surface treatment is performed on the other substrate 302 while one substrate 301 is surface-treated. However, the same or other surface treatment may be performed on the other substrate 302 simultaneously or before and after.

なお、図4から図6に関する説明で、スパッタ材料にシリコンを用い、ドーパント材(ドーピング材)として鉄を用いたが、これに限られない。   4 to 6, silicon is used as the sputtering material and iron is used as the dopant material (doping material). However, the present invention is not limited to this.

スパッタ材料として、半導体、絶縁体、金属など種々の材料を使用することができる。たとえば、シリコン(Si)の他に、ゲルマニウム(Ge)、シリコンゲルマニウム(SiGe)、炭化シリコン(SiC)、炭化シリコンゲルマニウム(SiGeC)などのIV族半導体、GaAs、InP,InGaAsなどのIII−V族半導体、ダイヤモンド(Cが採用されてもよい。酸化シリコン(SiO)、窒化シリコン(Si)などの絶縁体が採用されてもよい。金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)などの金属又は合金が採用されてもよい。 As the sputtering material, various materials such as a semiconductor, an insulator, and a metal can be used. For example, in addition to silicon (Si), group IV semiconductors such as germanium (Ge), silicon germanium (SiGe), silicon carbide (SiC), and silicon carbide germanium (SiGeC), and group III-V such as GaAs, InP, and InGaAs Semiconductors, diamond (C may be employed. Insulators such as silicon oxide (SiO 2 ) and silicon nitride (Si 3 N 4 ) may be employed. Gold (Au), silver (Ag), copper ( A metal or alloy such as Cu) or aluminum (Al) may be employed.

半導体基板又は半導体薄膜に対するドーパント材は、遷移金属であることが好ましい。シリコン表面に対して、遷移金属として鉄を所定量ドーピングさせることが好ましい。   The dopant material for the semiconductor substrate or semiconductor thin film is preferably a transition metal. It is preferable that a predetermined amount of iron is doped as a transition metal with respect to the silicon surface.

また、複数の材料を積層させて、多層膜を形成し、又は複数種類のドーピング、若しくはそれらの組合せを実行してもよい。   Further, a plurality of materials may be stacked to form a multilayer film, or a plurality of types of doping or a combination thereof may be executed.

なお、図1に示す基板表面処理装置、又は基板接合装置には、コンピュータ700が配置又は接続されている。コンピュータ700は、表面処理手段、遮蔽部材、スパッタ材料を支持する部材、各移動機構、センサ、カメラなどの部材と接続され、これらからの情報を受信し、演算し、各部材に指令を出すように、プログラムを搭載して構成されている。   Note that a computer 700 is arranged or connected to the substrate surface treatment apparatus or the substrate bonding apparatus shown in FIG. The computer 700 is connected to a member such as a surface treatment means, a shielding member, a member that supports a sputter material, each moving mechanism, a sensor, and a camera, receives information from these, calculates, and issues a command to each member. And is equipped with a program.

<2.ライン式粒子ビーム源>
ライン式粒子ビーム源は一つの粒子ビーム放射口を有していてもよく、複数の放射口を有していてもよい。また、複数の放射口は、各放射口について個別に作動、制御されるように構成さていてもよい。以下に説明するライン式粒子ビーム源は、上述の基板表面処理装置又は基板接合装置のライン式粒子ビーム源として採用することができる。
<2. Line-type particle beam source>
The line type particle beam source may have a single particle beam radiation port or a plurality of radiation ports. Further, the plurality of radiation openings may be configured to be operated and controlled individually for each radiation opening. The line type particle beam source described below can be employed as the line type particle beam source of the above-described substrate surface processing apparatus or substrate bonding apparatus.

従来のライン式粒子ビーム源は、単一の粒子ビーム放射口を有して構成されていた。上述の通り、ライン式粒子ビーム源を用いることで、比較的大きなサイズの基板表面に対して均一に粒子ビーム照射を行うことが可能になる。しかしながら、処理対象である基板表面のサイズに対して、ライン式粒子ビーム源のライン方向(長手方向)の長さが規定される。したがって、単一のライン式粒子ビーム源を用いて異なるサイズの基板に対して粒子ビーム照射を行う場合、使用するライン式粒子ビーム源のライン方向の長さは、対象となる基板の中で最大のサイズの基板サイズに合わせて設定される。したがって、このライン式粒子ビーム源を用いて、比較的に小さい基板に対して粒子ビーム照射を行うと、当該基板に当たらない粒子ビーム部分が発生する。粒子ビームが基板以外の部分に衝突すると、必ずしも望ましくない部材からスパッタ粒子が飛散し、処理雰囲気中に混合する。この望ましくないスパッタ粒子は、処理対象である基板表面の汚染原因となり、プロセスの質を低下させうる。また、目的とする処理に必要な粒子ビーム以外の粒子ビームを生成することは、不経済である。   Conventional line-type particle beam sources have been configured with a single particle beam radiation port. As described above, by using the line type particle beam source, it is possible to uniformly irradiate the particle surface with respect to the substrate surface having a relatively large size. However, the length of the line type particle beam source in the line direction (longitudinal direction) is defined with respect to the size of the substrate surface to be processed. Therefore, when a single-line particle beam source is used to irradiate a particle beam to substrates of different sizes, the length of the line particle beam source used in the line direction is the largest among the target substrates. Is set according to the substrate size. Therefore, when a particle beam is irradiated onto a relatively small substrate using this line type particle beam source, a particle beam portion that does not hit the substrate is generated. When the particle beam collides with a portion other than the substrate, sputtered particles are scattered from an undesired member and mixed in the processing atmosphere. This undesired sputtered particles can cause contamination of the substrate surface to be processed and reduce process quality. In addition, it is uneconomical to generate a particle beam other than the particle beam necessary for the intended processing.

本願発明は、これらの課題を解決するライン式粒子ビーム源を提供することをも目的とする。   Another object of the present invention is to provide a line type particle beam source that solves these problems.

上記課題を解決するために、本願発明に係るライン式粒子ビーム源は、ライン方向に線状に配列された複数のライン式又は非ライン式粒子ビーム源(サブ粒子ビーム源)を有するように構成されたものである。   In order to solve the above-mentioned problems, a line-type particle beam source according to the present invention is configured to have a plurality of line-type or non-line-type particle beam sources (sub-particle beam sources) arranged linearly in the line direction. It has been done.

このサブ粒子ビーム源は、放射口と反対側の面又はライン方向に平行な面に入力ラインを有して構成されている。図7から9に示す粒子ビーム源では、上記入力ラインとして、電力源に連結される電線やガス源に連結されるガス導入管が、放射口と反対側に設けられている。   This sub-particle beam source has an input line on a surface opposite to the radiation port or a surface parallel to the line direction. In the particle beam source shown in FIGS. 7 to 9, as the input line, an electric wire connected to the power source and a gas introduction pipe connected to the gas source are provided on the side opposite to the radiation port.

図7は、本願発明に係る、複数のサブ粒子ビーム源を有して構成されるライン式粒子ビーム源を放射口方向と垂直方向から見た正面図である。図8は、図7に示すライン式粒子ビーム源を、放射口側から見た上面図である。   FIG. 7 is a front view of a line-type particle beam source having a plurality of sub-particle beam sources according to the present invention as viewed from the direction perpendicular to the emission port direction. FIG. 8 is a top view of the line-type particle beam source shown in FIG. 7 as viewed from the radiation port side.

図7,図8に示すように、複数の粒子ビーム源601Nがライン方向(長手方向に)線状に配列されて、一つのライン式粒子ビーム源601Cが構成されている。   As shown in FIGS. 7 and 8, a plurality of particle beam sources 601N are linearly arranged in the line direction (longitudinal direction) to constitute one line type particle beam source 601C.

この構成により、それぞれの基板サイズに合った長さに対応するように、所定のライン式粒子ビーム源601Nを作動し、他のライン式粒子ビーム源601Nを作動しないことにより、適切なサイズの粒子ビームを生成し放射することができる。   With this configuration, by operating a predetermined line type particle beam source 601N and not operating other line type particle beam sources 601N so as to correspond to the length suitable for each substrate size, A beam can be generated and emitted.

たとえば、図7,図8に示す構成を用いて、直径が4インチ、8インチ、12インチの基板、又はライン式粒子ビーム源601Cのライン方向に垂直方向のサイズが4インチ、8インチ、12インチの基板(以降、4インチ、8インチ、12インチウエハと呼ぶ。)の各々に対応する粒子ビームを生成することができる。ライン式粒子ビーム源601Cの中央部に配置されているサブライン式粒子ビーム源601N3は、ライン方向に4インチ(約10cm)の長さの領域に対して粒子ビームを照射できる能力を有している。ライン式粒子ビーム源601N3のライン方向両端に配置されているライン式粒子ビーム源601N2及び601N4と、ライン式粒子ビーム源601N2及び601N4に接してその外側に配置されているライン式粒子ビーム源601N1及び601N5は、それぞれ、ライン方向に1インチ(約5cm)の長さの領域に対して粒子ビームを照射できる能力を有している。さらに、これらのライン式粒子ビーム源601N1から601N5は、それぞれ単位長さあたりでほぼ同じ特性で粒子ビームを照射できる能力を有し、個別に作動させることができる。   For example, using the configuration shown in FIGS. 7 and 8, a substrate having a diameter of 4 inches, 8 inches, and 12 inches, or a size perpendicular to the line direction of the line type particle beam source 601C is 4 inches, 8 inches, and 12 inches. Particle beams corresponding to each of the inch substrates (hereinafter referred to as 4 inch, 8 inch and 12 inch wafers) can be generated. The sub-line type particle beam source 601N3 disposed at the center of the line type particle beam source 601C has a capability of irradiating the particle beam to a region having a length of 4 inches (about 10 cm) in the line direction. . Line type particle beam sources 601N2 and 601N4 arranged at both ends in the line direction of the line type particle beam source 601N3, and line type particle beam sources 601N1 arranged outside and in contact with the line type particle beam sources 601N2 and 601N4 Each of the 601N5 has an ability to irradiate a particle beam to a region having a length of 1 inch (about 5 cm) in the line direction. Further, these line type particle beam sources 601N1 to 601N5 have the ability to irradiate the particle beam with substantially the same characteristics per unit length, and can be operated individually.

作動電力の提供のオンオフ、作動条件を制御する作動系統が各ライン式粒子ビーム源601Nに個別に接続されてもよい。   An operating system for controlling on / off of operating power supply and operating conditions may be individually connected to each line-type particle beam source 601N.

個別に作動する一例として、図7では、中央のライン式粒子ビーム源601N3には、作動指揮系統Iが接続されている。ライン式粒子ビーム源601N3のライン方向両端に配置されているライン式粒子ビーム源601N2及び601N4には、作動指揮系統IIが接続されている。さらにその外側に配置されているライン式粒子ビーム源601N1及び601N5には、作動指揮系統IIIが接続されている。これらの作動指揮系統は、好ましくは、コンピュータ700に接続されている。   As an example of individually operating, in FIG. 7, an operation command system I is connected to the central line type particle beam source 601N3. The operation command system II is connected to the line type particle beam sources 601N2 and 601N4 arranged at both ends of the line type particle beam source 601N3 in the line direction. Further, an operation command system III is connected to the line type particle beam sources 601N1 and 601N5 arranged on the outside thereof. These actuation command systems are preferably connected to the computer 700.

4インチウエハに対しては、作動指揮系統Iを通じて作動指令を与えてライン式粒子ビーム源601N3のみを作動させ、作動指揮系統II及びIIIからは作動指令を与えず、又は非作動指令を与えることで、他のライン式粒子ビーム源601N1,601N2,601N4及び601N5は作動させない。そして、ウエハに対して粒子ビームを放射しつつ、ウエハがライン式粒子ビーム源601N3の照射領域下であるライン式粒子ビーム源601Cのほぼ中央部を通るように、ウエハをライン式粒子ビーム源601Cに対して相対的に並進移動させる。   For a 4-inch wafer, an operation command is given through the operation command system I and only the line type particle beam source 601N3 is operated, and no operation command is given from the operation command systems II and III, or a non-operation command is given. Therefore, the other line type particle beam sources 601N1, 601N2, 601N4 and 601N5 are not operated. Then, while irradiating the wafer with the particle beam, the wafer is passed through the line type particle beam source 601C so that the wafer passes almost the center of the line type particle beam source 601C under the irradiation region of the line type particle beam source 601N3. Is translated relative to.

8インチウエハに対しては、作動指揮系統I及びIIを通じて作動指令を与えてライン式粒子ビーム源601N2、601N3及び601N4を作動させ、作動指揮系統IIIからは作動指令を与えず、又は非作動指令を与えることで、他のライン式粒子ビーム源601N1及び601N5は作動させないで、粒子ビーム照射を行う。同様に、12インチウエハに対しては、作動指揮系統IからIIIを通じて作動指令を与えてライン式粒子ビーム源601N1から601N5のすべてを作動させて粒子ビーム照射を行う。   For an 8-inch wafer, an operation command is given through the operation command systems I and II to operate the line type particle beam sources 601N2, 601N3 and 601N4, and no operation command is given from the operation command system III, or a non-operation command is given. , The other line type particle beam sources 601N1 and 601N5 are not operated and the particle beam irradiation is performed. Similarly, with respect to a 12-inch wafer, an operation command is given through the operation command systems I to III, and all of the line type particle beam sources 601N1 to 601N5 are operated to perform particle beam irradiation.

すなわち、複数の粒子ビーム源を、ライン方向に線状に配列することで、種々の基板サイズに対して柔軟に対応して粒子ビーム照射を行うことが可能になる。   That is, by arranging a plurality of particle beam sources linearly in the line direction, it becomes possible to perform particle beam irradiation flexibly corresponding to various substrate sizes.

図7,図8に示すサブ粒子ビーム粒子源の寸法や個数などの構成は、一例として理解すべきである。たとえば、放射口は、ライン状に形成されていても、非ライン状に形成されていてもよい。   The configuration such as the size and number of the sub-particle beam particle sources shown in FIGS. 7 and 8 should be understood as an example. For example, the radiation port may be formed in a line shape or a non-line shape.

図7に例示する構成によれば、ライン方向に線状に配列され複数の粒子ビーム源を有するライン式粒子ビーム源を用いて基板表面処理を行って、基板のライン方向の大きさに対応する数のビーム照射源を作動させて、当該基板表面に対してビーム照射を行うことができる。   According to the configuration illustrated in FIG. 7, substrate surface processing is performed using a line type particle beam source linearly arranged in the line direction and having a plurality of particle beam sources, so as to correspond to the size of the substrate in the line direction. Several beam irradiation sources can be operated to perform beam irradiation on the substrate surface.

これにより、処理が行われる基板の寸法に合わせた長さの粒子ビームを放出することができる。たとえば、大きいサイズの基板表面に対応可能なライン式粒子ビーム源を用いて、小さいサイズの基板表面に対して良好な粒子ビームを照射することができる。これにより、例えば、表面処理すべき基板表面領域以外の箇所へのビーム照射による、不要な物質の雰囲気への放射を抑制し、清浄な処理雰囲気を保つことができ、接合面を接合させる場合にも高い接合強度の接合界面を形成させることができる。さらに、粒子ビーム源の作動を省力化することもできる。   Thereby, a particle beam having a length corresponding to the dimension of the substrate to be processed can be emitted. For example, it is possible to irradiate a small particle surface with a good particle beam by using a line type particle beam source capable of accommodating a large substrate surface. Thereby, for example, when irradiation of a portion other than the substrate surface region to be surface-treated is prevented from irradiating unnecessary substances into the atmosphere, a clean treatment atmosphere can be maintained, and the joining surfaces are joined. In addition, a bonding interface having a high bonding strength can be formed. Furthermore, the operation of the particle beam source can be saved.

種々の基板サイズに対応できるように、複数の粒子ビーム源の線状に配列するには、各ライン式粒子ビーム源の寸法、特にライン方向の寸法又は形状が重要なファクターとなる。   In order to arrange a plurality of particle beam sources in a line so as to correspond to various substrate sizes, the size of each line type particle beam source, particularly the size or shape in the line direction, is an important factor.

しかし、従前のライン式粒子ビーム源は、電線やガスの取り出し又は冷却水の導管がライン方向の端面に設けられて構成されていたため、ライン方向に並べることが物理的に困難であった。   However, since the conventional line type particle beam source is configured by providing an electric wire, a gas take-out or a cooling water conduit on the end face in the line direction, it is physically difficult to arrange them in the line direction.

そこで、高速原子ビーム源においては、図7,図8に示すように、各粒子ビーム源は、ライン方向の端面は、ライン方向に対して垂直な平坦面で終端されるように構成されている(例えば図7に示す、601N2の両端面621N2,622N2を参照)。   Therefore, in the fast atom beam source, as shown in FIGS. 7 and 8, each particle beam source is configured such that the end surface in the line direction is terminated with a flat surface perpendicular to the line direction. (For example, see both end surfaces 621N2 and 622N2 of 601N2 shown in FIG. 7).

たとえば、図9に示すように、サブ粒子ビーム源601Nへのガスや電気の配線は、ライン方向の端面からライン方向外側に突出しないように設けることができる。図9において、冷却板624は、放射口623の反対側の面に密着して取り付けられ、冷却水を循環させる冷却管625を有し、各々のライン式粒子ビーム源601Nから作動中に発せられる熱を吸収するように構成されている。したがって、図9に示すように、FABの場合には、カソード電源627からカソード626へ動力を提供する電線628やライン式粒子ビーム源601N内にガスを導入するガス導入管629は、この冷却板624を通り抜けるように設けられている。冷却板624への冷却管625も、ライン方向に伸びて配置されるのではなく、放射口623の反対側の面の方向に伸びるように配管されている。   For example, as shown in FIG. 9, the gas and electric wiring to the sub-particle beam source 601N can be provided so as not to protrude outward in the line direction from the end face in the line direction. In FIG. 9, the cooling plate 624 is attached in close contact with the surface on the opposite side of the radiation port 623 and has a cooling pipe 625 for circulating cooling water, and is emitted from each line type particle beam source 601N during operation. It is configured to absorb heat. Therefore, as shown in FIG. 9, in the case of FAB, the electric wire 628 for supplying power from the cathode power source 627 to the cathode 626 and the gas introduction pipe 629 for introducing gas into the line type particle beam source 601N are provided on this cooling plate. 624 is provided to pass through. The cooling pipe 625 to the cooling plate 624 is also arranged so as to extend in the direction of the surface on the opposite side of the radiation port 623 rather than being arranged extending in the line direction.

図9の粒子ビーム源601Nの放射口623を構成する部材又はその近傍の部材は、導電性カーボンにより形成されていることが好ましい。図9の粒子ビーム源601Nの放射口623を構成する部材又はその近傍の部材は、グリッドとして形成されていてもよい。   The member constituting the radiation port 623 of the particle beam source 601N in FIG. 9 or a member in the vicinity thereof is preferably formed of conductive carbon. A member constituting the radiation port 623 of the particle beam source 601N in FIG. 9 or a member in the vicinity thereof may be formed as a grid.

また、粒子ビーム源601は、図10に示すようなイオンビーム源601Dの構成を有していてもよい。粒子ビーム源601Dは、磁石651を有し、これによりコーン形状のアノード652に開いた粒子ビームの放射口653に磁界を形成させる。粒子ビーム源601Dは、電子を有するカソード(ニュートライザー)としてグリッド654を有している。   Further, the particle beam source 601 may have a configuration of an ion beam source 601D as shown in FIG. The particle beam source 601 </ b> D includes a magnet 651, and thereby forms a magnetic field at the particle beam radiation port 653 opened in the cone-shaped anode 652. The particle beam source 601D has a grid 654 as a cathode (neutrizer) having electrons.

このグリッド654は、導電性カーボンで形成されていることが好ましい。   The grid 654 is preferably formed of conductive carbon.

グリッド654から放出された電子の一部は、上記磁界にトラップされる。これにより、ガス導入管655から磁界内に導入されたガス(不活性ガス、たとえばアルゴン)はプラズマ化される。そして、ガスの陽イオンは、アノード652に掛けられた電圧による電界中で、放射口653から粒子ビーム源601Dの外部へ加速される。グリッド654から放出された電子は、粒子ビームと同じ方向にも飛ぶことにより、粒子ビーム又は粒子ビームが衝突する基板の接合面の電荷を中和する作用をも有する。   Some of the electrons emitted from the grid 654 are trapped in the magnetic field. Thereby, the gas (inert gas, for example, argon) introduced into the magnetic field from the gas introduction pipe 655 is turned into plasma. The gas cations are accelerated from the radiation port 653 to the outside of the particle beam source 601D in an electric field generated by a voltage applied to the anode 652. The electrons emitted from the grid 654 also fly in the same direction as the particle beam, thereby having the effect of neutralizing the charge on the particle beam or the bonding surface of the substrate on which the particle beam collides.

図9、図10に示す粒子ビーム源の構造は一例を示しているにすぎず、複数のサブ粒子ビーム源からなるライン式粒子ビーム源601Cに用いられる各サブ粒子ビーム源として利用されうるが、これに限定されない。これらは、図9、図10に示す粒子ビーム源は、単体のライン式粒子ビーム源601として使用されうる。   The structure of the particle beam source shown in FIGS. 9 and 10 is merely an example, and can be used as each sub particle beam source used in the line-type particle beam source 601C including a plurality of sub particle beam sources. It is not limited to this. The particle beam source shown in FIGS. 9 and 10 can be used as a single line type particle beam source 601.

以上、本願発明の幾つかの実施形態及び実施例について説明したが、これらの実施形態及び実施例は、本願発明を例示的に説明するものである。特許請求の範囲は、本願発明の技術的思想から逸脱することのない範囲で、実施の形態に対する多数の変形形態を包括するものである。したがって、本明細書に開示された実施形態及び実施例は、例示のために示されたものであり、本願発明の範囲を限定するものと考えるべきではない。また、各実施形態で説明した態様は、実施形態間で矛盾がない限り、他の実施形態に適用することができる。   As mentioned above, although several embodiment and the Example of this invention were described, these embodiment and an Example demonstrate this invention exemplarily. The scope of the claims encompasses many modifications to the embodiments without departing from the technical idea of the present invention. Accordingly, the embodiments and examples disclosed herein are presented for purposes of illustration and should not be considered as limiting the scope of the present invention. In addition, the aspects described in each embodiment can be applied to other embodiments as long as there is no contradiction between the embodiments.

100 接合装置
200 真空チャンバ
201 真空ポンプ
301,302 基板
400 基板支持手段
401,402 ステージ
403 第1ステージ移動機構
404 第2ステージ移動機構
405 XY方向並進移動機構
406 Z方向昇降移動機構
407 Z軸周り回転移動機構
410 接合圧力調整機構
420 基板加熱手段
421,422 ヒータ
500 位置測定手段
501,502 カメラ
503 窓
504,505 ミラー
600 表面処理手段
601 ライン式粒子ビーム源
602 遮蔽部材
603 ビーム源移動機構
604 リニアガイド
605,606 回転式リニアガイド
607,608 回転ギア
609,610 回転軸
612 スパッタ部材
602A 多角柱型遮蔽部材
700 コンピュータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Joining apparatus 200 Vacuum chamber 201 Vacuum pump 301, 302 Substrate 400 Substrate support means 401, 402 Stage 403 First stage moving mechanism 404 Second stage moving mechanism 405 XY direction translation moving mechanism 406 Z direction raising / lowering moving mechanism 407 Rotation around Z axis Moving mechanism 410 Bonding pressure adjusting mechanism 420 Substrate heating means 421, 422 Heater 500 Position measuring means 501, 502 Camera 503 Window 504, 505 Mirror 600 Surface treatment means 601 Line type particle beam source 602 Shielding member 603 Beam source moving mechanism 604 Linear guide 605, 606 Rotating linear guides 607, 608 Rotating gears 609, 610 Rotating shaft 612 Sputter member 602A Polygonal column type shielding member 700 Computer

Claims (22)

2つの対向する基板の間に配置されたライン式粒子ビーム源を用いて、一方の基板の表面に対してビーム照射を行うことと、
前記ビーム照射の際に、前記2つの対向する基板の間に配置され、前記ライン式粒子ビーム源と同時に並進する遮蔽部材を用いて、前記一方の基板から放出される物質が他方の基板に付着することを防ぐことと、
を備える基板表面処理方法。
Irradiating the surface of one substrate with a line particle beam source disposed between two opposing substrates;
During the beam irradiation, a substance released from the one substrate adheres to the other substrate by using a shielding member that is arranged between the two opposing substrates and translates simultaneously with the line type particle beam source. To prevent and
A substrate surface treatment method comprising:
前記ライン式粒子ビーム源を用いて、スパッタ材料をスパッタさせて、ビーム照射が行われた前記基板表面上に前記スパッタ材料を堆積させることを更に備える、請求項1に記載の基板表面処理方法。   The substrate surface treatment method according to claim 1, further comprising depositing the sputtered material on the surface of the substrate on which the beam irradiation has been performed by sputtering the sputtered material using the line type particle beam source. 前記遮蔽部材は、スパッタ材料を搭載可能な少なくとも1つの面を有し、
前記遮蔽部材を、前記ライン式粒子ビーム源のライン方向に実質的に平行な軸周りに回転させて各面に搭載されたスパッタ材料をスパッタさせる、請求項2に記載の基板表面処理方法。
The shielding member has at least one surface on which a sputter material can be mounted,
The substrate surface treatment method according to claim 2, wherein the shielding member is rotated about an axis substantially parallel to a line direction of the line-type particle beam source to sputter the sputtering material mounted on each surface.
前記遮蔽部材は、板状であり、一方の面が遮蔽面として使用することができ、他方の面にはスパッタ材料が搭載され、
処理対象の基板、当該処理対象の基板に対して行う表面処理がビーム照射であるか、スパッタ堆積であるかに応じて、前記遮蔽部材を回転させることを更に備える、請求項3に記載の基板表面処理方法。
The shielding member is plate-shaped, and one surface can be used as a shielding surface, and the other surface is loaded with a sputter material,
The substrate according to claim 3, further comprising rotating the shielding member according to whether the substrate to be processed and the surface treatment performed on the substrate to be processed are beam irradiation or sputter deposition. Surface treatment method.
スパッタ材料として前記少なくとも1つの面の一つの面にケイ素(Si)が搭載され、他の面に遷移金属が搭載された遮蔽部材を用いて、
ビーム照射が行われた前記基板表面上にケイ素(Si)を堆積させ、
前記堆積されたケイ素(Si)上に所定の量の遷移金属を堆積させる、
請求項3又は4に記載の基板表面処理方法。
Using a shielding member in which silicon (Si) is mounted on one surface of the at least one surface as a sputtering material and a transition metal is mounted on the other surface,
Depositing silicon (Si) on the surface of the substrate subjected to beam irradiation;
Depositing a predetermined amount of transition metal on the deposited silicon (Si);
The substrate surface treatment method according to claim 3 or 4.
前記ライン式粒子ビーム源は導電性カーボンを含むグリッドを有する、請求項1から5のいずれか一項に記載の基板表面処理方法。   The substrate surface treatment method according to claim 1, wherein the line-type particle beam source has a grid containing conductive carbon. 前記ライン式粒子ビーム源は、第1ライン式粒子ビーム源と第2ライン式粒子ビーム源とを有し、
第1ライン式粒子ビーム源を用いて、基板表面に対してビーム照射を行い、
第2ライン式粒子ビーム源を用いて、スパッタ材料をスパッタさせて、第1ライン式粒子ビーム源によりビーム照射が行われた基板表面上に前記スパッタ材料を堆積させる、
請求項2から6のいずれか一項に記載の基板表面処理方法。
The line type particle beam source has a first line type particle beam source and a second line type particle beam source,
Using the first line type particle beam source, beam irradiation is performed on the substrate surface,
Sputtering material is sputtered using a second line type particle beam source, and the sputtered material is deposited on the substrate surface irradiated with the beam by the first line type particle beam source.
The substrate surface treatment method according to any one of claims 2 to 6.
ライン方向に実質的に平行な軸周りに回転可能な前記ライン式粒子ビーム源を、前記2つの対向する基板間を移動させつつ、両基板の表面に対して片方ずつビーム照射を行う、請求項1から7のいずれか一項に記載の基板表面処理方法。 The line-type particle beam source that is rotatable about an axis substantially parallel to the line direction is irradiated between the two opposing substrates while irradiating the surfaces of both substrates one by one. The substrate surface treatment method according to any one of 1 to 7. 2つの対向する基板の間に配置されたライン式粒子ビーム源を用いて、一方の基板の表面に対してビーム照射を行うことと、Irradiating the surface of one substrate with a line particle beam source disposed between two opposing substrates;
前記ビーム照射の際に、前記2つの対向する基板の間に配置され、前記ライン式粒子ビーム源と同時に並進するスパッタ材料をスパッタさせて、ビーム照射が行われた前記基板表面上に前記スパッタ材料を堆積させることと、During the beam irradiation, a sputtered material which is disposed between the two opposing substrates and translates simultaneously with the line type particle beam source is sputtered, and the sputtered material is applied onto the surface of the substrate on which the beam irradiation has been performed. Depositing
を備える基板表面処理方法。A substrate surface treatment method comprising:
前記ライン式粒子ビーム源は導電性カーボンを含むグリッドを有する、請求項9に記載の基板表面処理方法。The substrate surface processing method according to claim 9, wherein the line type particle beam source has a grid containing conductive carbon. 前記ライン式粒子ビーム源は、第1ライン式粒子ビーム源と第2ライン式粒子ビーム源とを有し、The line type particle beam source has a first line type particle beam source and a second line type particle beam source,
第1ライン式粒子ビーム源を用いて、基板表面に対してビーム照射を行い、Using the first line type particle beam source, beam irradiation is performed on the substrate surface,
第2ライン式粒子ビーム源を用いて、スパッタ材料をスパッタさせて、第1ライン式粒子ビーム源によりビーム照射が行われた基板表面上に前記スパッタ材料を堆積させる、Sputtering material is sputtered using a second line type particle beam source, and the sputtered material is deposited on the substrate surface irradiated with the beam by the first line type particle beam source.
請求項9又は10に記載の基板表面処理方法。The substrate surface treatment method according to claim 9 or 10.
ライン方向に実質的に平行な軸周りに回転可能な前記ライン式粒子ビーム源を、前記2つの対向する基板間を移動させつつ、両基板の表面に対して片方ずつビーム照射を行う、請求項9から11のいずれか一項に記載の基板表面処理方法。The line-type particle beam source that is rotatable about an axis substantially parallel to the line direction is irradiated between the two opposing substrates while irradiating the surfaces of both substrates one by one. The substrate surface treatment method according to any one of 9 to 11. 2つの対向する基板の間に配置され、選択的に一方の基板の表面に対してビーム照射を行うライン式粒子ビーム源と、
前記2つの対向する基板の間に配置され、前記ビーム照射を受ける基板から他の基板へ向けて飛散する物質を遮蔽する遮蔽部材と、
を備え、
前記ライン式粒子ビーム源と前記遮蔽部材とは、前記2つの対向する基板の間で同時に並進可能である基板表面処理装置。
A line-type particle beam source disposed between two opposing substrates and selectively irradiating the surface of one substrate;
A shielding member that is disposed between the two opposing substrates and shields a material scattered from the substrate receiving the beam irradiation toward another substrate;
With
The line type particle beam source and the shielding member can be simultaneously translated between the two opposing substrates .
前記基板表面処理装置は、前記2つの対向する基板の間に配置されるスパッタ部材を更に有し、
前記ライン式粒子ビーム源は、基板とスパッタ部材とに対して選択的にビーム照射を行うことができるように構成され、
前記スパッタ部材は、ライン式粒子ビーム源によるビーム照射を受けてスパッタ材料を基板表面に向けてスパッタさせるように構成された、
請求項13に記載の基板表面処理装置。
The substrate surface treatment apparatus further includes a sputtering member disposed between the two opposing substrates,
The line-type particle beam source is configured to selectively perform beam irradiation on the substrate and the sputter member,
The sputter member is configured to receive a beam irradiation from a line type particle beam source and to sputter the sputter material toward the substrate surface.
The substrate surface treatment apparatus according to claim 13 .
前記遮蔽部材は、前記ライン式粒子ビーム源のライン方向に実質的に平行な回転軸を有し、当該回転軸に平行な少なくとも1つの面を有し、当該少なくとも1つの面は、前記ビーム照射を受ける基板から他の基板へ向けて飛散する物質を遮蔽する遮蔽面と、スパッタ材料を搭載可能なスパッタ面とを有する、請求項13又は14に記載の基板表面処理装置。 The shielding member has a rotation axis substantially parallel to a line direction of the linear particle beam source, and has at least one surface parallel to the rotation axis, and the at least one surface is the beam irradiation The substrate surface processing apparatus according to claim 13 , further comprising: a shielding surface that shields a substance that scatters from a receiving substrate toward another substrate; and a sputtering surface on which a sputtering material can be mounted. 前記基板表面処理装置は、前記2つの対向する基板の間に配置されるスパッタ材料を更に有し、
前記ライン式粒子ビーム源は、第1ライン式粒子ビーム源と第2ライン式粒子ビーム源とを有し、
第1ライン式粒子ビーム源は基板表面に対してビーム照射を行い、
第2ライン式粒子ビーム源はスパッタ材料に対してビーム照射を行い、
前記スパッタ材料は、第2ライン式粒子ビーム源によるビーム照射によって基板表面に向けてスパッタ材料をスパッタさせるように構成された、
請求項13に記載の基板表面処理装置。
The substrate surface treatment apparatus further includes a sputter material disposed between the two opposing substrates,
The line type particle beam source has a first line type particle beam source and a second line type particle beam source,
The first line particle beam source irradiates the substrate surface with a beam,
The second line type particle beam source irradiates the sputter material with a beam,
The sputter material is configured to sputter the sputter material toward the substrate surface by beam irradiation by a second line type particle beam source.
The substrate surface treatment apparatus according to claim 13 .
前記ライン式粒子ビーム源は導電性カーボンを含むグリッドを有する、請求項13から16のいずれか一項に記載の基板表面処理装置。 It said line-type particle beam source has a grid including a conductive carbon, the substrate surface treating apparatus according to any one of claims 13 to 16. 請求項13から17のいずれか一項に記載の基板表面処理装置を備える基板接合装置。 Substrate bonding device comprising a substrate surface treating apparatus according to any one of claims 13 17. 2つの対向する基板の間に配置され、選択的に一方の基板の表面に対してビーム照射を行うライン式粒子ビーム源と、A line-type particle beam source disposed between two opposing substrates and selectively irradiating the surface of one substrate;
前記2つの対向する基板の間に配置され、スパッタ材料を基板表面に向けてスパッタさせるように構成されたスパッタ部材と、A sputter member disposed between the two opposing substrates and configured to sputter a sputtered material toward the substrate surface;
を備え、With
前記ライン式粒子ビーム源と前記スパッタ部材とは、前記2つの対向する基板の間で同時に並進可能である基板表面処理装置。The substrate surface processing apparatus, wherein the line type particle beam source and the sputtering member can be translated simultaneously between the two opposing substrates.
前記ライン式粒子ビーム源は、第1ライン式粒子ビーム源と第2ライン式粒子ビーム源とを有し、The line type particle beam source has a first line type particle beam source and a second line type particle beam source,
第1ライン式粒子ビーム源は基板表面に対してビーム照射を行い、The first line particle beam source irradiates the substrate surface with a beam,
第2ライン式粒子ビーム源はスパッタ材料に対してビーム照射を行い、The second line type particle beam source irradiates the sputter material with a beam,
前記スパッタ材料は、第2ライン式粒子ビーム源によるビーム照射によって基板表面に向けてスパッタ材料をスパッタさせるように構成された、The sputter material is configured to sputter the sputter material toward the substrate surface by beam irradiation by a second line type particle beam source.
請求項19に記載の基板表面処理装置。The substrate surface treatment apparatus according to claim 19.
前記ライン式粒子ビーム源は導電性カーボンを含むグリッドを有する、請求項19又は20に記載の基板表面処理装置。21. The substrate surface processing apparatus according to claim 19, wherein the line type particle beam source has a grid containing conductive carbon. 請求項19から21のいずれか一項に記載の基板表面処理装置を備える基板接合装置。A substrate bonding apparatus comprising the substrate surface treatment apparatus according to any one of claims 19 to 21.
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