TW202014059A - 原子線產生裝置、接合裝置、表面改質方法及接合方法 - Google Patents

原子線產生裝置、接合裝置、表面改質方法及接合方法 Download PDF

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Abstract

本發明的原子線產生裝置10，其具備：陰極20，其係設有可射出原子線的照射口23的射出面22的框體；陽極40，其係配設在陰極20的內部，在與陰極20之間產生電漿；及磁場產生部61、62，其具有產生第1磁場B1的第1磁場產生部61及產生第2磁場B2的第2磁場產生部62，從射出面22側，使第1磁場位在第2磁場上方觀看時，在陰極20內產生平行於射出面22的第1磁場及第2磁場，使磁場的方向在第1磁場為向左，第2磁場為向右，而將陰極20內所生成的陽離子導向射出面。

Description

原子線產生裝置、接合裝置、表面改質方法及接合方法
本發明係關於原子線產生裝置、接合裝置、表面改質方法及接合方法。
先前，已知具備成為框體的陰極及配置其內部的陽極的原子線產生裝置。在如此的原子線產生裝置，當導入稀少氣體，在陰極與陽極之間施加電壓形成放電空間，則會產生電漿。在電漿內生成的氣體離子，會被電場加速。其中，朝向設在框體的一部分的照射口運動的氣體離子，從照射口壁接收電子而中性化，從照射口以原子線射出。在如此的原子線產生裝置，有例如在端面設有照射口的筒狀陰極的內部，配設與陰極的中心軸平行的2支棒狀陽極，對陰極的外周施加與中心軸垂直的磁場的提案(參照專利文獻1)。在專利文獻1，從陰極射出的電子以陽極為中心在陰極之間振動，會在該中途與多數氣體分子發生撞擊而產生離子。再者，由於放電空間內的電子會以如纏繞磁力線地螺旋運動，故電子的實效射程會變大而與氣體分子的碰撞在放電空間內生成大量的離子。此外，有例如在端面設有照射口的筒狀陰極的內部，配設與陰極同軸的環狀陽極，沿著軸施加磁場的提案(參照非專利文獻1)。在非專利文獻1，由於電子會受到沿著軸的磁場而在軸的周圍做螺旋運動，故電子的移動距離會增加，電子與氣體分子碰撞生成多量的陽離子。該等陽離子會向陰極加速，而其大多數會成為高速原子。 ［先前技術文獻］ ［專利文獻］
[專利文獻1]日本特開昭62-180942號公報
[非專利文獻1]J. Appl. Phys. 72(1), 1 July 1992, p13-17
［發明所欲解決的課題］
但是以專利文獻1或非專利文獻1的原子線產生裝置，雖然會生成多量的陽離子，但生成的陽離子會以所有方向往陰極加速，因此有很多並非朝向照射口，而從照射口射出的原子量有不足的情形。因此，期望能射出更多的原子。
本發明係為解決如此的課題而完成，在原子線產生裝置，射出更多的原子為主要目標。 ［用於解決課題的手段］
即，本發明的原子線產生裝置，其具備： 陰極，其係設有可射出原子線的照射口的射出面的框體； 陽極，其係配設在上述陰極的內部，在與上述陰極之間產生電漿；及 磁場產生部，其具有產生第1磁場的第1磁場產生部及產生第2磁場的第2磁場產生部，從上述射出面側，使上述第1磁場位在上述第2磁場上方觀看時，在上述陰極內產生平行於上述射出面的上述第1磁場及上述第2磁場，使磁場的方向在上述第1磁場為向左，上述第2磁場為向右，而將陰極內所生成的陽離子導向上述射出面。
在此原子線產生裝置，藉由產生與射出面平行，而朝向既定方向的第1磁場及產生第2磁場，在框體的陰極產生而以與射出面大致平行的路徑朝向陽極移動的電子，受到磁場的勞侖茲力而變得朝向射出面移動。陽離子被該電子的電荷吸引而導向射出面，結果可從照射口射出更多原子。再者，在本說明書，所謂與射出面平行的磁場，係指完全與射出面平行的磁場之外，亦包含在陰極產生而朝向陽極移動的電子，藉由該磁場而可朝向射出面移動的程度的大致平行的磁場。此外，所謂向右的磁場，係指具有向右的成分的磁場，在僅具有向右的成分而完全向右的磁場之外，亦包含向右成分之外具有向上或向下的成分的磁場。向右的磁場，包含例如，大致向右的磁場，或對完全向右的磁場以±45°以內的範圍傾斜的磁場等。向左的磁場亦相同。此外，第1磁場可為至少在第1磁場產生部的N極與S極之間的區域，與射出面平行而朝向既定的方向。同樣地，第2磁場可為至少在第2磁場產生部的N極與S極之間的區域，與射出面平行而朝向既定的方向。
在本發明的原子線產生裝置，上述磁場產生部，可為從上述射出面側觀看時，在離開上述陽極的位置夾著上述陽極，產生上述第1磁場及上述第2磁場。如此，由於可將在夾著陽極兩側的陰極所產生的電子，藉由磁場使之朝向射出面移動，故可進一步增加從照射口射出的原子數目。
在本發明的原子線產生裝置，上述磁場產生部，可為配設在上述陰極的內部空間之中靠上述射出面。如此，可進一步增加從照射口射出的原子數目。
在本發明的原子線產生裝置，上述陽極，可為以垂直的既定假想平面，以面對稱配設在上述射出面，上述磁場產生部，以包夾上述假想平面地產生上述第1磁場及上述第2磁場。再者，在陰極內，所有從上述射出面側，使上述第1磁場位在上述第2磁場上方觀看時的磁場向量，與假想平面平行的成分，可在假想平面的上側係向左，而在上述假想平面的下側為向右。
在本發明的原子線產生裝置，上述陽極，可為具備棒狀的第1陽極及棒狀的第2陽極，上述第1陽極及上述第2陽極的軸，與上述假想平面平行。如此，由於以大致平行於射出面的路徑，從陰極向陽極移動電子之中，有更多的電子入射第1磁場與第2磁場，而可使更多的電子向射出面移動。
在本發明的原子線產生裝置，上述第1陽極及上述第2陽極，可配設成軸位在上述假想平面上。如此，由於在第1陽極，電子從第1陽極的兩側的陰極移動，在第2陽極，電子從第2陽極兩側的陰極移動，故可使更多電子入射第1磁場及第2磁場。
在本發明的原子線產生裝置，上述第1陽極及上述第2陽極，可為軸與上述射出面平行。
在本發明的原子線產生裝置，上述照射口，可為設在橫切上述假想平面的位置。如此，由於藉由第1磁場導向射出面的陽離子及藉由第2磁場導向射出面的陽離子的雙方會被導向照射口附近，故可從照射口射出更多的原子。
在本發明的原子線產生裝置，上述照射口，可為從上述射出面側觀看時，設在連接上述第1磁場產生部的N極與上述第2磁場產生部的S極的直線，與連接上述第1磁場產生部的S極與上述第2磁場產生部的N極的直線之間。在如此的範圍，由於可認為有更多的陽離子被第1磁場及第2磁場誘導，故藉由將照射口設在如此的範圍，可認為可從照射口射出更多的原子。
本發明的原子線產生裝置，可為上述陽極，具備：棒狀的第1陽極，其係配設在遠離上述射出面的位置，及棒狀的第2陽極，其係配設在更加遠離上述射出面的位置。如此，由於從陰極以對射出面大致平行的路徑向陽極移動的電子的比例較多，故可進一步增加從照射口射出的原子數目。
本發明的接合裝置，其具備：上述原子線產生裝置。以該接合裝置，由於可進一步增加從原子線產生裝置的照射口射出的原子數目，故可以更短的時間接合。
本發明的表面改質方法，其係使用原子線產生裝置，其具備： 陰極，其係設有可射出原子線的照射口的射出面的框體；及 陽極，其係配設在上述陰極的內部，在與上述陰極之間產生電漿， 為了將上述陰極內所生成的陽離子導向上述射出面，從上述射出面側，使上述第1磁場位在上述第2磁場上方觀看時，在上述陰極內產生平行於上述射出面的上述第1磁場及上述第2磁場，使磁場的方向在上述第1磁場為朝左，上述第2磁場為朝右，改質上述照射對象材的表面。
在該表面改質方法，藉由產生平行於原子線產生裝置的射出面而朝向既定方向的第1磁場及產生第2磁場，在框體的陰極產生而以與射出面大致平行的路徑朝向陽極移動的電子，受到磁場的勞侖茲力而變得朝向射出面移動。陽離子被該電子的電荷吸引而導向射出面，結果可從照射口射出更多原子。藉此，可以更短的時間改質照射對象材的表面。改質，包含例如，潔淨化、活化、非晶質化、去除等。
本發明的接合方法，包含：使用上述表面改質方法，改質作為上述照射對象材的第1構件及第2構件的表面的改質步驟；及將改質的面相互重疊將上述第1構件與上述第2構件的接合步驟。在該接合方法，由於可以更短的時間改質第1構件及第2構件的表面，故可更有效地接合第1構件與第2構件。
接著，使用圖面說明本發明的較佳的一實施形態。
[原子線產生裝置] 圖1係表示原子線產生裝置10的構成的示意立體圖；圖2係表示磁軛63的構成的示意立體圖；圖3係示意表示陰極20的內部構成的立體圖。在圖3，以虛線表示存在於陰極20的內牆面及陰極20的內牆面上的部分。此外，圖4係表示原子線產生裝置10的構成的示意正面圖；圖5係圖4的A-A剖面圖(只有陰極20及其內部)；圖6係從圖5的B-B剖面觀看的陰極20及其內部的剖面圖。再者，在本實施形態，左右方向、前後方向及上下方向，係如圖1所示。
原子線產生裝置10，具備：作為框體的陰極20；配設在陰極20內部的陽極40；及在陰極20內產生磁場的磁場產生部60。原子線產生裝置10，可使用於作為例如高速原子束槍(FAB槍)。
陰極20，係用於在與陽極40之間產生電漿，連接未示於圖的直流電源的低電位側(接地)。陰極20，係具有可射出原子線的照射口23的射出面22的箱型構件，在其內部產生電漿。陰極20，係以內鑲碳材料的金屬製冷卻水套構成。在陰極20，設有連接氣體管30的氣體導入口24，藉由該氣體導入口24對陰極20內導入生成電漿所需的氣體(例如氬氣)。照射口23，係開在陰極20的射出面22的牆壁的貫通孔，照射口23的尺寸及數量、配置等，設定成可將陰極20內的壓力(氣壓)穩定地保持在生成電漿所需的壓力，且可照射所期望量的原子線。
陽極40，係配設在陰極20內，在陰極20之間產生電漿，連接未示於圖的直流電源的高電位側。該陽極40，係以配設在離開射出面22的位置的棒狀第1陽極41；及配設進一步離開射出面22的位置的棒狀第2陽極42構成。第1、2陽極41、42，分別以配設在陰極20外部的支持構件43、44單持固定，從設在陰極20的牆壁的未示於圖的貫通口插入陰極20的內部。該貫通口，係在圖1前後方向延伸的長孔，第1、2陽極41、42被配設在陰極20的既定位置之後，以未示於圖的絕緣材料密封。藉由該絕緣材料，確保第1陽極41與陰極20的牆壁之間及第2陽極42與陰極20的牆壁之間的絕緣。支持構件43，係沿著固定在陰極20背面的移動軸47，固定在可前後移動的移動構件45，支持構件44，係沿著固定在陰極20背面的移動軸48，固定在可前後移動的移動構件46。藉由前後移動移動構件45、46，可改變第1、2陽極41、42的位置或兩者間的間隔。該陽極，係以碳材料構成。
磁場產生部60，係在在陰極20內產生平行於射出面22的磁場B1、B2，將陰極20內所生成的陽離子導向射出面22。該磁場產生部60，具備：產生第1磁場B1的第1磁場產生部61；及產生第2磁場B2的第2磁場產生部62，第1磁場產生部61及第2磁場產生部62，係各自以不同的磁軛63構成。在磁場產生部60，從射出面22側使第1磁場B1位在第2磁場B2上方觀看時，在陰極20內產生平行於射出面22的的第1磁場B1及第2磁場B2，使磁場方向在第1磁場B1為向左，第2磁場B2為向右。
磁軛63，係如圖2所示，具備：鐵製的主體64；配設在主體64的中途的釹製的兩塊永久磁鐵69。此外，在主體64的左右兩側，設有以肩65直角向下彎曲的上臂66、從上臂66以肘67直角對內彎曲的前臂68。該等亦與主體64同樣是鐵製。上臂66係朝向垂直方向，前臂係水平方向。另一方面．前臂68的端部係N極側端部63N、另一邊的前臂68的端部係S極側端部63S，二者以相同高度(上下方向的位置相同)隔著既定間隔相對。將構成第1磁場產生部61的磁軛63的N極側端部及S極側端部，分別稱為N極側端部61N、S極側端部61S。此外，構成第2磁場產生部62的磁軛63的N極側端部及S極側端部，分別稱為N極側端部62N、S極側端部62S。
構成第1磁場產生部61的磁軛63，係主體64配設在陰極20的外部上方，N極側端部61N從右側，S極側端部61S從左側，插入陰極20內。構成第2磁場產生部62的磁軛63，主體64係配設在陰極20的外部下方，N極側端部62N從左側，S極側端部62S從右側，插入陰極20內。藉此可將配設在陰極20的永久磁鐵69的磁力導向陰極20內。在N極側端部61N與S極側端部61S之間的區域，或N極側端部62N與S極側端部62S之間的區域，產生從N極側端部面向S極側端部筆直的磁場B1、B2(參照圖5、6)。
第1磁場產生部61與第2磁場產生部62，係配設成磁軛63的上述筆直的磁場B1、B2，從射出面22側觀看時，在離開陽極40的位置夾著陽極40，此外，與射出面22平行(參照圖6)。此外，將S極及N極配設成，在第1磁場產生部61，產生從圖5的紙面的正面向紙面的內面的第1磁場B1，第2磁場產生部62，產生從圖5的紙面的內面朝向紙面的正面的第2磁場B2。藉此，如圖5所示，勞侖茲力對陰極20所射出的電子作用，使電子朝向射出面22及配設在射出面22的照射口23移動。
此外，第1磁場產生部61及第2磁場產生部62，係配設成在沒有施加磁場時，存在於產生電漿的電漿區域80與陰極20的牆壁之間的鞘層區域81(參照圖7)，產生平行於射出面22的磁場B1、B2。在此，使用圖7，說明關於電漿區域80及鞘層區域81。在沒有施加磁場時，在陰極20與陽極40之間生成的電漿，會如圖7所示，夾著包含第1陽極41的軸及第2陽極42的軸的假想平面P1對稱，且從第1陽極41及第2陽極42的距離相等地，夾著平行於射出面22的假想平面P2對稱形成。此外，該電漿，具有電漿區域80及層區域81。鞘層區域81係電漿區域80與陰極20的牆壁之間的區域。鞘層區域81，基本上較電漿區域暗。鞘層區域81，會形成例如，存在於電漿區域80的周圍的第1暗部82；存在於第1暗部82周圍而較第1暗部82明亮的亮部83；及有時存在於亮部83的周圍而較亮部83更暗的第2暗部84。磁場B1、B2，施加在鞘層區域81之中，偏電漿區域80為佳，例如，施加在第1暗部82或亮部83等為佳。在平行於陰極20內部的A-A剖面，在其他剖面，在沒有施加磁場時，可觀察到同樣的電漿。
構成第1磁場產生部61的磁軛63，係以固定在陰極20的左右兩端的C字形構件70，以C字形構建的上側左右臂部71左右環抱地扣住。此外，構成第2磁場產生部62的磁軛63，係以固定在陰極20的左右兩端的C字形構件70，以C字形構建的下側左右臂部71左右環抱地扣住。C字形構件70，係臂部71朝向水平方向，C字的斷開部分向前固定在陰極20。磁軛63，可沿著C字形構件的臂部7在前後方向移動，可使磁軛63接近射出面22，或遠離射出面22。當磁軛63配設在所期望的位置，則藉由固定構件72固定該位置。
接著，將關於使用原子線產生裝置10，改質作為處理對象材的晶圓的表面的表面改質方法(表面改質體的製造方法)，以使用表面改質裝置100的情形為例說明。在此，說明關於照射原子為氬原子的情形。圖9係示意表示表面改質裝置100的構成的說明圖。表面改質裝置100，具備：腔體110；載置台120；及原子線產生裝置10。腔體110，係將內部從環境密閉的真空容器。在腔體110，設有抽氣口112，在抽氣口112連接未示於圖的真空幫浦，經由抽氣口112，將腔體110內部的氣體抽出。原子線產生裝置10，係配設在可對載置於載置台120的晶圓W照射原子線的位置。
在該表面改質方法，首先將晶圓W設定在載置台120，將腔體110內部抽成真空氣氛。此時，邊調整從抽氣口112的抽氣邊對原子線產生裝置10導入氬氣，使腔體110內及原子線產生裝置10內呈既定壓力。腔體110內的壓力，例如以1Pa左右為佳，原子線產生裝置10內的壓力以3Pa以上為佳。原子線產生裝置10內的壓力，取決於照射口23的壓損、氬氣的導入量、及腔體110內的壓力平衡。因此，可例如，將腔體110內部保持為1Pa，調整氬氣的導入量使原子線產生裝置10內的壓力為3Pa以上。再者，將腔體110內部保持為1Pa，使原子線產生裝置10內的壓力為4Pa時的氬氣導入量之一例為60sccm左右。惟，合適的壓力與氬導入量，由於根據真空抽氣能力及照射口的壓損而異，只要適當變更即可。
接著，使用直流電源在原子線產生裝置10的陰極20與陽極40之間施加高電壓。藉此，在原子線產生裝置10內，藉由陰極20與陽極40之間的高電場，生成包含氬離子的電漿，之後將電漿穩定化。按照設定的電流，決定原子線產生裝置10的陰極20與陽極40之間的距離、原子線產生裝置10內的氣體壓力、或施加電壓。電流，係經由電子或電漿中的氬離子(Ar+ 或Ar2+ )流動。
由於包含在電漿的氬離子帶正電荷，故會沿著電場從陰極20的中心向陰極20，做放射狀運動。其中，只有到達照射口23的氬離子束，藉由與照射口23附近的電子碰撞而被電中和(Ar+ +e- →Ar或Ar2+ +2e- →Ar)，以中性原子束，從原子線產生裝置10射出。在此，雖然在陰極20的內表面產生的電子，會朝向陽極40運動，但遵照弗萊明左手定則，會被磁場B1、B2的作用變成向射出面22移動(參照圖5)。被此電子的電荷吸引的氬離子被導向射出面22，結果，可增加從照射口23射出的氬原子。如此，原子線產生裝置10，可照射更多的氬原子。
如此，從原子線產生裝置10向晶圓照射氬原子的原子線，則可去除形成在晶圓表面的氧化物等；去除附著在晶圓表面的雜質；切斷鍵結活性化、非晶質化，表面被改質，而得到表面改質體。
在以上所說明的原子線產生裝置10及使用此表面改質方法，藉由產生平行於射出面22而朝向既定方向的第1磁場B1及第2磁場B2，在陰極20所產生而向陽極40移動的電子，因磁場B1、B2變得朝向射出面22移動。陽離子被該電子的電荷吸引而導向射出面22，結果可從照射口23射出許多原子，故可縮短晶圓W的處理時間，可有效地改質晶圓W的表面。此外，由於陽離子因磁場B1、B2而被導向射出面22，故可減少對陰極20或陽極40碰撞的陽離子，而可認為可抑制陰極20或陽極40被濺射。藉此可使原子線產生裝置10的壽命變長，且可抑制因陰極20或陽極40被濺射所產生的濺射粒子污染晶圓。此外，由於藉由產生平行於射出面22的磁場B1、B2，可使電漿的位置或狀態變佳，故可認為可增加從照射口23射出的原子數目。
此外，從射出面22側觀看時，由於產生從離開陽極40的位置夾著陽極40的磁場B1、B2，故可使夾著陽極40的兩側而在陰極20所產生的電子，因磁場B1、B2而向射出面22移動。藉此，可進一步增加從照射口射出的原子數目。
此外，由於磁場產生部60，係配設在上述陰極20的內部空間之中靠上述射出面22，故可進一步增加從照射口射出的原子數目。
此外，由於具備：配設在離開射出面22的位置的棒狀第1陽極41，及配設在進一步離開射出面22的位置的棒狀第2陽極42，可增加從陰極向射出面22以大致平行的路徑向陽極移動的電子的比例。藉此，可進一步增加從照射口射出的原子數目。
此外，陽極40，係以垂直的既定假想平面P0，以面對稱配設在射出面22，具備棒狀的第1陽極41及棒狀的第2陽極42，第1陽極41及第2陽極42的軸，與假想平面P0平行，磁場產生部60，係以包夾假想平面P0地產生第1磁場B1及第2磁場B2。因此，可使從陰極向射出面以大致平行的路徑向陽極移動的電子之中的更多的電子入射第1磁場及第2磁場，故可使更多的電子向射出面移動。此外，第1陽極41及第2陽極42，由於軸配設成位於假想平面P0上，故在第1陽極41，電子從第1陽極41兩側的陰極20移動，在第2陽極42，電子從第2陽極42兩側的陰極20移動，故可使更多的電子入射第1磁場41及第2磁場42。
此外，由於照射口23，係設在橫切假想平面P0的位置，藉由第1磁場B1導向射出面22的陽離子及藉由第2磁場B2導向射出面22的陽離子的的雙方會被導向照射口23附近，故可從照射口23射出更多的原子。
此外，照射口23，從射出面22側觀看時，設在包含連接第1磁場產生部61的N極與第2磁場產生部62的S極的直線，與連接第1磁場產生部61的S極與第2磁場產生部62的N的直線之間的區域。如此的範圍，由於可有更多的陽離子被第1磁場B1及第2磁場B2更許多的陽離子誘導，故藉由將照射口23設在如此的範圍，可認為可從照射口23射出更多的原子。
再者，本發明的原子線產生裝置及表面改質方法，並非限定於上述實施形態，只要屬於本發明的技術性範圍，可以各種態樣實施，不言而喻。
例如，陰極20，並非限定於上述，只要按照在所期望的範圍穩定生成電漿，生成可使電子運動的所期望的電場，適當構成陽極的形狀、尺寸、配置、照射對象材的形狀、尺寸、配置等即可。此外，陽極40，並非限定於上述，只要按照在所期望的範圍穩定生成電漿，生成可使電子運動的所期望的電場，適當構成陰極的形狀、尺寸、配置、照射對象材的形狀、尺寸、配置等即可。再者，所謂所期望的電場，係指磁場產生部60的磁場容易作用，使電子運動的電場。
在上述實施形態，雖然陰極20係作成箱型，亦可作成筒型。筒型時，照射口可設在筒面，亦可設在筒底面。陰極20的形狀及尺寸，以具有可在所期望的範圍穩定生成電漿的內部空間為佳，只要按照陽極的形狀、尺寸、配置、照射對象材的形狀、尺寸、配置等適當設定即可。
在上述實施形態，陰極20雖係以內鑲碳材料的金屬製冷卻水套構成，惟亦可省略金屬的冷卻水套，亦可使用碳材料之外的材料。碳材料之外的材料，以具有導電性，對陽離子(例如氬離子)濺射具有耐久性的材料為佳，可例示例如，鎢(W)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、該等的化合物、該等的合金的任何一種。更具體而言，以鎢(W)、鎢合金(W合金)、碳化鎢(WC)、鉬(Mo)、鉬合金(Mo合金)，硼化鈦(TiB)。此外，陰極20的碳材料表面，亦可以對陽離子的濺射具有耐久性的上述材料披覆。
上述實施形態，陰極20的照射口23，係設在陰極20之中的一面，惟亦可設在陰極20之中複數面。雖係作成以等間隔設置正方形的照射口23，惟照射口的形狀，亦可例如為圓形、橢圓形、及多角形，亦可以非等間隔設置。藉由調整該等，可改變原子線的照射分佈。
在上述實施形態，雖以對陰極20內氬氣導入的情形為主進行說明，惟導入陰極20內的氣體，只要可形成電漿的氣體，並非限定於氬，以惰性氣體為佳。惰性氣體，可為例如氦、氖、氙。
在上述實施形態，在陽極40，雖然第2陽極42係配設在較第1陽極41進一步離開射出面22的位置，惟第1陽極41與第2陽極42，亦可配設在與射出面22離相同距離的位置。此時，第1陽極41與第2陽極42，係配設在上下方向離開的位置。此外，第1陽極41與第2陽極42，係以二者平行，而從射出面22觀看時，配設成二者重疊，惟二者亦可不平行，從射出面22觀看時，二者不重疊亦可。此外，第1陽極41及第2陽極42，係配設成平行於射出面22，惟亦可配設成垂直於射出面22，亦可配設成對射出面22傾斜。此外，雖第1陽極41及第2陽極42的軸平行於假想平面P0，惟亦可垂直於假想平面P0，亦可對假想平面P0傾斜。此外，第1陽極41及第2陽極42，雖作成圓棒，惟剖面形狀並非限定於圓，亦可為橢圓及多角形，亦可為具有凹凸的形狀。此外，雖係作成使用第1陽極41及第2陽極42的2支棒狀陽極，惟棒狀陽極的數量，並無特別限定。
在上述實施形態，陽極40，雖作成具有棒狀的第1陽極41與棒狀的第2陽極42，惟亦可作成具有如圖8所示的環狀陽極50。再者，在圖8，藉由將環狀陽極50水平配設，使配設在從環的外徑的一端離開射出面22的位置的環的外徑的另一端，配設在進一步離開射出面22的位置，惟亦可垂直配設環狀陽極50，亦可傾斜配設。此外，在圖8，環狀陽極50，雖從射出面22觀看時，配設成環的外徑的一端與另一端重疊，惟從射出面22觀看時，二者亦可不重疊。
在上述實施形態，陽極40係以碳材料構成，惟亦可使用碳材料之外的材料。碳材料之外的材料，以具有導電性，對陽離子(例如氬離子)的濺射具有耐久性的材料為佳，可舉陰極20所例示的。此外，陽極40的碳材料的表面，亦可以對陽離子的濺射具有耐久性的材料的上述材料披覆。
此外，例如磁場產生部60，並非限定於上述，只要適當構成，可得可將在框體21內所生成的陽離子導向射出面22的平行於射出面22的方向的磁場即可。磁場的強度，只要設定成可將電子的運動改變所期望量即可。
在上述實施形態，磁場產生部60係作成具有第1磁場產生部61與第2磁場產生部62，惟亦可追加新的磁場產生部。使各磁場產生部所產生的磁場強度，可為相同，亦可不同。此外，磁場產生部60，係在陰極20的內部空間之中，作成配設在與射出面22的相反側的面的中央，惟亦可配設在靠射出面22，亦可配設在靠射出面22的相反側的面。配設在靠射出面22，可進一步增加從照射口23射出的原子數目。此外，磁場產生部60，係作成在鞘層區域81產生平行於射出面22的磁場B1、B2，惟亦可產生在電漿區域80。再者，產生在電漿區域80時，產生在圖7的較佳的區域內，即接近鞘層區域81的區域為佳。
在上述實施形態，磁場產生部60，係以磁軛63構成，惟亦可省略磁軛63，分別在磁軛的N極側端部與S極側端部的位置，配設各磁鐵的N極與S極。此外，磁場產生部60，亦可取代磁軛63或永久磁鐵69，具備電磁鐵。利用電磁鐵，則容易調整磁場的強度，此外，亦可使磁場強度經時變化。因此，可按照電壓‧電流‧氣體量‧陰極20內的壓力，施加更適當的磁場。
在上述實施形態，在磁場產生部60，磁軛63的永久磁鐵69以外的構成，係鐵製，惟只要是磁性體，並無特別限定，亦可為鋼等。此外，永久磁鐵69，雖係釹磁鐵，惟亦可為釤鈷磁鐵。釹磁鐵，由於可施加更強的磁場而佳。另一方面，原子線產生裝置10的溫度，會達300℃以上等的高溫時，以居禮溫度高達700~800℃的釤鈷磁鐵為佳。
在上述實施形態，陽極40或磁場產生部60，雖作成可以移動，惟亦可固定。
在上述實施形態，表面改質方法，係使用原子線產生裝置10改質晶圓表面，惟亦可使用省略磁場產生部60的原子線產生裝置10。此時，使用另外準備的磁鐵或磁場產生裝置等，在陰極20內產生可將在陰極20內所生成的陽離子導向射出面22的平行於射出面22的磁場B1、B2，以此狀態，對晶圓照射原子線改質晶圓表面即可。
[接合裝置] 接著，說明使用上述原子線產生裝置10的接合裝置200。圖10係示意表示接合裝置200的構成的剖面圖。在接合裝置200，可構成作為常溫接合裝置。
接合裝置200，具備：腔體210；第1載置台220；第2載置台230；第1原子線產生裝置270；及第2原子線產生裝置280。
腔體210，係將內部從環境密閉的真空容器。在腔體210設有抽氣口212，抽氣口212連接真空幫浦214，經由抽氣口212，抽出腔體210內部的氣體。
第1載置台220，配設在腔體210的底面。第1載置台220，其構成係在其上面具備介電層，在該介電層與晶圓W1之間施加電壓，藉由靜電力將晶圓W1，吸附在該介電層的靜電夾頭。
第2載置台230，係配設在腔體210內與第1載置台220相對的位置，藉由連接壓接機構234的支持構件232，以可在垂直方向移動地支持。藉由壓接機構234的動作，第2載置台230，可從用於對晶圓W2照射原子線的照射位置，移向用於將晶圓W2對晶圓W1按壓接合的接合位置，或從接合位置移向照射位置。第2載置台230，其構成係在其下面具有介電層，在該介電層與晶圓W2之間施加電壓，藉由靜電力將晶圓W2，吸附在該介電層的靜電夾頭。
第1原子線產生裝置270，係與上述原子線產生裝置10同樣地構成。第1原子線產生裝置270，配設在可向載置於第1載置台220的晶圓W1照射原子線的位置。
第2原子線產生裝置280，係與上述原子線產生裝置10同樣地構成。第2原子線產生裝置280，係第2載置台230在照射位置時，配設在可向載置於第2載置台230的晶圓W2照射原子線的位置。
接著，說明使用接合裝置200，接合照射對象材的晶圓W1(第1構件)與晶圓W2(第2構件)的接合方法(複合體的製造方法)。在此，係以照射的原子為氬原子的情形說明。該接合方法，包含：(a)改質步驟、(b)接合步驟。
(a)改質步驟 在該步驟，首先，將晶圓W1設定在第1載置台220，將晶圓W2設定在第2載置台230，使腔體210內部為真空氣氛。此時，邊調整從抽氣口212的抽氣，邊對第1、2原子線產生裝置270、280導入氬氣，使腔體210內及第1、2原子線產生裝置270，280內呈既定壓力。腔體內的壓力與第1、2原子線產生裝置270，280內的壓力，可與上述表面改質方法相同。
接著，第2載置台230沒有在照射位置時，藉由壓接機構234，將第2載置台移向照射位置。然後，使用直流電源在第1、2原子線產生裝置270、280的陰極20與陽極40之間施加高電壓。施加的電流及電壓，可與上述表面改質方法相同。如此，以與上述表面改質方法同樣的方法，在第1、2原子線產生裝置270、280，可照射更多的氬原子。
如此，從原子線產生裝置270，對載置在第1載置台220的晶圓W1，照射原子線，從原子線產生裝置280，對載置在第2載置台230的晶圓W2，照射氬原子的原子線。在照射氬原子的面，去除形成在晶圓W1、W2表面的氧化物等，或去除附著在晶圓W1、W2表面的雜質，而將表面改質，得到各個表面改質體。
(b)接合步驟 在該步驟，使壓接機構234動作，將第2載置台230移動到接合位置，將晶圓W1、W2的改質面相互重疊。藉此，使第1晶圓W1與第2晶圓W2接合，製造複合體。
在以上所說明的接合裝置200及其接合方法，由於使用上述原子線產生裝置10及表面改質方法，故可得與該等同樣的效果。然後，在該接合方法，由於可以更短的時間改質第1構件及第2構件的表面，故可更有效地接合第1構件與第2構件。
再者，使用本發明的接合裝置200及其接合方法，並非限定於上述實施形態，只要屬於本發明的技術性範圍，可以各種態樣實施，不言而喻。
例如，接合裝置200，係以具備第1原子線產生裝置270及第2原子線產生裝置280的兩台原子線產生裝置，惟亦可為只具備一台原子線產生裝置。此時，例如，使原子線產生裝置移動，或使第1、2載置台220、230的至少一方移動，依序進行晶圓W1的表面改質及晶圓W2的表面改質即可。此外，亦可具備三台以上的原子線產生裝置。以複數原子線產生裝置進行1片晶圓的表面改質，可以更短的時間進行表面改質。使用複數原子線產生裝置進行1片晶圓的表面改質時，亦可使每台原子線產生裝置表面改質晶圓表面的不同區域。此外，第1原子線產生裝置270及第2原子線產生裝置280，係與原子線產生裝置10相同的構成，惟亦可係與上述其他態樣的原子線產生裝置相同的構成的。
在上述實施形態，接合方法，係使用接合裝置200接合晶圓W1與晶圓W2，惟亦可不使用接合裝置200。例如，在改質步驟，使用具備磁場產生部60的原子線產生裝置270、280，改質晶圓W1、W2的表面，惟亦可使用省略磁場產生部60的原子線產生裝置。此時，使用另外準備的磁鐵及磁場產生裝置等，在陰極20內產生可將陰極20內所生成的陽離子導向射出面22的平行於射出面22的磁場B1、B2，以此狀態，將原子線照射晶圓改質晶圓表面即可。例如，在接合步驟，使壓接機構234動作，使第2載置台230移動到接合位置，使晶圓W1、W2的改質面相互重疊，惟重疊亦可不使用壓接機構234等而將晶圓W1、W2的改質面相互重疊。 [實施例]
以下，以實施例說明關於使用原子線產生裝置10對晶圓W照射氬原子的原子線之例。再者，本發明並非限定於以下實施例，只要屬於本發明的技術性範圍，可以各種態樣實施，不言而喻。
1.與不施加磁場的原子線產生裝置的比較 [實施例1] 如圖9所示，使用原子線產生裝置10(參照圖1~6)，在腔體110內，對晶圓W照射氬的原子線，測定氧化膜的去除輪廓。再者，晶圓W，使用從預先賦予氧化膜的4英寸Si晶圓切出1/4，載置在並非載置台120而在地板面。腔體內的壓力為1.2Pa。施加在電極間的電流為100mA、電壓為750mV，Ar流量為80sccm，Ar的照射時間為1小時。再者，在此，以固定原子線產生裝置10與載置台120的狀態進行處理。磁軛63，係永久磁鐵69以外為鐵製，永久磁鐵69為450mT的釹製。將使用這台原子線產生裝置10產生的磁場的模擬結果示於圖11、12。圖11係表示磁力線的樣子模擬結果，圖12係表示電場強度的模擬結果。在圖12，如圖的右側所示，磁場以10mT為基準，磁場變得越強，或變得越弱，以較深的深淺表示。再者，在圖12，左右兩端部、中央部、及在中央部的上方及下方，離開中央部的部分的磁場較弱，其以外的部分的磁場較強。將在作用點的磁場強度以特斯拉實測的結果為25~40mT。在實施例1，陽極間隔P及磁場的施加位置Q，與後述的實施例2相同。
[比較例1] 取代原子線產生裝置10，使用沒有施加磁場的先前的原子線產生裝置以外，與實施例1相同。在者，在實施例1所使用的原子線產生裝置，將陽極配設成夾著平行於射出面的面，使2支陽極相對，惟使用於比較例1的原子線產生裝置，將陽極配設成夾著垂直於射出面的面，使2支陽極相對。
[實驗結果] 在圖13表示，實施例1及比較例1實驗結果。膜厚分布，係晶圓Ｗ的氧化膜的膜厚分布，深淺越深的部分膜厚越薄，去除較多的氧化膜。此外，膜厚圖表，係表示將在膜厚分布圖以虛線表示的剖面的晶圓Ｗ的氧化膜的膜厚的圖表。由圖13，可知以平行於射出面的面方向施加磁場的實施例1，與沒有施加磁場的比較例比較，可從射出面射出較多的氬原子，可去除較多的氧化膜。推測在原子線產生裝置10，由於氬離子，被陰極所射出，藉由磁場將運動方向改變成朝向射出面的電子e- 的電荷吸引，而朝向射出面移動，可使更多的氬原子從射出面射出。
然而，沒有施加磁場時，如比較例1，在一方的陽極側與另一方的陽極側以大致對稱形成電漿。另一方面，在實施例1，電漿靠射出面形成。推測此係表示較多氬離子存在於射出面側。推測例如，電子e- 的運動方向被磁場改變成朝向射出面的方向，而氧離子被該電子吸引，藉由與該電子的碰撞使氬原子被離子化，而提高氬離子在射出面側的濃度。如此，可認為在實施例1，藉由使較多氬離子存在於射出面側，而可從射出面射出較多的氬原子。再者，在實施例1的電漿的樣子的圖，雖躲在磁軛或陽極支持部沒有呈現電漿全體，在沒有磁軛或陽極支持部左右上方等亦幾乎看不到電漿，可說電漿係形成在靠射出面。
2. 陽極間隔及磁場的施加位置的研究 [實施例2~10] 如圖9所示，使用原子線產生裝置10，在腔體110內，對載置在載置120的晶圓W照射氬的原子線，測定氧化膜的去除輪廓。使用預先賦予氧化膜的3英寸Si晶圓作為晶圓W。腔體內的壓力為1.2Pa。對電極間施加的電流為100mA，Ar流量為80sccm，Ar的照射時間為1小時。將作用點的磁場強度，以特斯拉計實測的結果為25~40mT。在實施例2，使陽極間隔P為1mm，磁軛位置Q(施加磁場的位置）為-15mm。陽極間隔P，係陽極相互最接近的部分的距離。磁軛位置Q，係磁軛的中心位置，以陰極內部空間的中央為基準(0mm)，在射出面側時為負，在射出面的相反側時為正。
在實施例3，使陽極間隔P為18mm以外，與實施例2相同。在實施例4，使陽極間隔P為32mm以外，與實施例2相同。
在實施例5，使磁軛位置Q為0mm以外，與實施例2相同。在實施例6，使陽極間隔P為18mm以外，與實施例5相同。在實施例7，使陽極間隔P為32mm以外，與實施例5相同。
在實施例8，使磁軛位置Q為+15mm以外，與實施例2相同。在實施例9，使陽極間隔P為18mm以外，與實施例8相同。在實施例10，使陽極間隔P為32mm以外，與實施例8相同。
[實驗結果] 在圖14表示實施例2~10的陽極間隔P及磁軛位置Q的說明圖，在圖15表示實施例2~10的晶圓W的處理深度分佈，在圖16表示實施例2~10的晶圓W的處理深度的圖表。再者，在圖15，處理深度，係如圖之右下部所示，使中央值為50時，越較中央值淺(接近0)，或較中央值深(接近100)，深淺以較深表示。在圖15，於對晶圓W的中央部照射原子線，越晶圓W的中央部，處理深度越深。此外，在圖16，以右下部表示X剖面及Y剖面的處理深度，但雙方並沒有看到很大的差異。
由圖14~16，可知根據陽極間隔P或磁軛位置Q，處理深度可見有所差異。在實施例2~10之中，可知陽極間隔P最窄而磁軛位置Q在射出面側的實施例2，可射出更多的氬原子而較佳。此外，可知磁軛位置Q在射出面側或中央的實施例2~7，電極間隔P越近，可射出更多的氬原子而較佳。另一方面，可知磁軛位置Q位在離開射出面的位置的實施例8~10，電極間隔P為18mm程度時，可射出更多的氬原子而較佳。
本發明係主張以日本專利申請編號2018-84961為優先權，其申請日為西元2018年4月26日，在此引用其內容 [產業上的可利性]
本發明可利用在使用原子線改質材料表面，或將改質的表面相互接合的技術領域，例如，半導体製造領域等。
10:原子線產生裝置 20:陰極 22:射出面 23:照射口 24:氣體導入口 30:氣體管 40:陽極 41:第1陽極 42:第2陽極 43、44:支持構件 45、46:移動構件 47、48:移動軸 50:環狀陽極 60:磁場產生部 61:第1磁場產生部 62:第2磁場產生部 63:磁軛 64:本體 65:肩 66:上臂 67:肘 68:前臂 69:永久磁鐵 70:C字形構件 71:臂部 72:固定構件 80:電漿區域 81:鞘層區域 82:第1暗部 83:明部 84:第2暗部 85:第3暗部 100:表面改質裝置 110:腔體 112:抽氣口 120:載置台 200:接合裝置 210:腔體 212:抽氣口 214:真空幫浦 220:第1載置台 230:第2載置台 232:支持構件 234:壓接機構 270:第1原子線產生裝置 280:第2原子線產生裝置 B1:第1磁場 B2:第2磁場 P0、P1、P2:假想平面 W、W1、W2:晶圓
[圖1]係示意表示原子線產生裝置10的構成的立體圖。 [圖2]係示意表示磁軛63的構成的立體圖。 [圖3]係示意表示陰極20的內部構成的立體圖。 [圖4]係示意表示原子線產生裝置10的構成的正面圖。 [圖5]係圖4的A-A剖面圖(只有陰極20及其內部)。 [圖6]係將陰極20及其內部以圖5的B-B剖面觀看的剖面圖。 [圖7]係說明沒有施加磁場時的電漿的情況。 [圖8]係示意表示陰極20的內部構成的其他例的立體圖。 [圖9]係示意表示表面改質裝置100的構成的說明圖。 [圖10]係示意表示接合裝置200的構成的剖面圖。 [圖11]係磁力線的樣子的模擬結果。 [圖12]係磁場強度的模擬結果。 [圖13]係實施例1及比較例1的實驗結果。 [圖14]係實施例2~10的陽極間隔P及磁軛位置Q的說明圖。 [圖15]係實施例2~10的晶圓W的處理深度的分佈。 [圖16]係實施例2~10的晶圓W的處理深度的圖表。
10:原子線產生裝置
20:陰極
22:射出面
23:照射口
30:氣體管
40:陽極
42:第2陽極
43、44:支持構件
45、46:移動構件
47、48:移動軸
60:磁場產生部
61:第1磁場產生部
62:第2磁場產生部
63:磁軛
64:本體
65:肩
66:上臂
67:肘
68:前臂
69:永久磁鐵
70:C字形構件
71:臂部
72:固定構件

Claims (13)

  1. 一種原子線產生裝置，其具備： 陰極，其係設有可射出原子線的照射口的射出面的框體； 陽極，其係配設在上述陰極的內部，在與上述陰極之間產生電漿；及 磁場產生部，其具有產生第1磁場的第1磁場產生部及產生第2磁場的第2磁場產生部，從上述射出面側，使上述第1磁場位在上述第2磁場上方觀看時，在上述陰極內產生平行於上述射出面的上述第1磁場及上述第2磁場，使磁場的方向在上述第1磁場為向左，上述第2磁場為向右，而將陰極內所生成的陽離子導向上述射出面。
  2. 如申請專利範圍第1項之原子線產生裝置，其中上述磁場產生部，從上述射出面側觀看時，在離開上述陽極的位置夾著上述陽極，產生上述第1磁場及上述第2磁場。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之原子線產生裝置，其中上述磁場產生部，係配設在上述陰極的內部空間之中靠上述射出面。
  4. 如申請專利範圍第1至3項之任何一項之原子線產生裝置，其中上述陽極，係以垂直的既定假想平面，以面對稱配設在上述射出面， 上述磁場產生部，係以包夾上述假想平面地產生上述第1磁場及上述第2磁場。
  5. 如申請專利範圍第4項之原子線產生裝置，其中上述陽極，具備棒狀的第1陽極及棒狀的第2陽極，上述第1陽極及上述第2陽極的軸，與上述假想平面平行。
  6. 如申請專利範圍第5項之原子線產生裝置，其中上述第1陽極及上述第2陽極，配設成軸位在上述假想平面上。
  7. 如申請專利範圍第5或6項之原子線產生裝置，其中上述第1陽極及上述第2陽極，軸與上述射出面平行。
  8. 如申請專利範圍第4至7項之任何一項之原子線產生裝置，其中上述照射口係設在橫切上述假想平面的位置。
  9. 如申請專利範圍第4至8項之任何一項之原子線產生裝置，其中上述照射口，從上述射出面側觀看時，設在連接上述第1磁場產生部的N極與上述第2磁場產生部的S極的直線，與連接上述第1磁場產生部的S極與上述第2磁場產生部的N極的直線之間。
  10. 如申請專利範圍第1至3項之任何一項之原子線產生裝置，其中上述陽極，具備：棒狀的第1陽極，其係配設在遠離上述射出面的位置，及棒狀的第2陽極，其係配設在更加遠離上述射出面的位置。
  11. 一種接合裝置，其具備：申請專利範圍第1至10項之任何一項之原子線產生裝置。
  12. 一種表面改質方法，其係使用原子線產生裝置，其具備： 陰極，其係設有可射出原子線的照射口的射出面的框體；及 陽極，其係配設在上述陰極的內部，在與上述陰極之間產生電漿， 為了將上述陰極內所生成的陽離子導向上述射出面，從上述射出面側，使上述第1磁場位在上述第2磁場上方觀看時，在上述陰極內產生平行於上述射出面的上述第1磁場及上述第2磁場，使磁場的方向在上述第1磁場為向左，上述第2磁場為向右，將上述原子線對照射對象材照射，改質上述照射對象材的表面。
  13. 一種接合方法，其包含： 使用申請專利範圍第12項之表面改質方法，改質作為上述照射對象材的第1構件及第2構件的表面的改質步驟；及 將改質的面相互重疊將上述第1構件與上述第2構件的接合步驟。
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