WO2019207958A1 - 原子線発生装置、接合装置、表面改質方法及び接合方法 - Google Patents

原子線発生装置、接合装置、表面改質方法及び接合方法 Download PDF

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WO2019207958A1
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anode
atomic beam
emission surface
cathode
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秦　誠一
淳平 櫻井
友喜 平井
裕之 辻
赤尾　隆嘉
智毅 長江
知典 高橋
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国立大学法人名古屋大学
日本碍子株式会社
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    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/14—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using charge exchange devices, e.g. for neutralising or changing the sign of the electrical charges of beams
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    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3452—Supplementary electrodes between cathode and anode, e.g. cascade

Definitions

  • the present invention relates to an atomic beam generator, a bonding apparatus, a surface modification method, and a bonding method.
  • an apparatus including a cathode serving as a casing and an anode disposed inside the casing is widely known.
  • plasma is generated when a rare gas is introduced and a voltage is applied between the cathode and the anode to form a discharge space.
  • the gas ions generated in the plasma are accelerated by the electric field.
  • the gas ions that move toward the irradiation port provided in a part of the casing receive electrons from the irradiation port wall, become neutral, and are emitted as atomic beams from the irradiation port.
  • Non-Patent Document 1 since the electrons move spirally around the axis when receiving a magnetic field along the axis, the movement distance of the electrons increases, and the electrons collide with gas molecules to generate a large amount of cations. To do. These cations are accelerated toward the cathode, and many of them become fast atoms.
  • Patent Document 1 Although a large amount of cations are generated, the generated cations are accelerated in all directions toward the cathode, so there are many that do not face the irradiation port. In some cases, the amount of atoms emitted from the irradiation port is not sufficient. For this reason, it has been desired to release more atoms.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and has as its main object to release more atoms in an atomic beam generator.
  • the atomic beam generator of the present invention is A cathode that is a housing having an emission surface provided with an irradiation port capable of emitting an atomic beam; An anode disposed inside the cathode and generating plasma with the cathode; When the first magnetic field generating unit that generates the first magnetic field and the second magnetic field generating unit that generates the second magnetic field are viewed from the emission surface side above the second magnetic field. The first magnetic field and the second magnetic field parallel to the emission surface are generated in the cathode so that the direction of the magnetic field is leftward in the first magnetic field and rightward in the second magnetic field.
  • a magnetic field generator for guiding the generated cations to the emission surface It is equipped with.
  • a first magnetic field and a second magnetic field that are parallel to the emission surface and oriented in a predetermined direction are generated, so that they are generated at the cathode that is the casing and toward the anode through a path that is substantially parallel to the emission surface.
  • the moving electrons receive Lorentz force by the magnetic field and move toward the emission surface.
  • the positive ions are attracted to the charge of the electrons and led to the emission surface. As a result, more atoms can be emitted from the irradiation port.
  • the magnetic field parallel to the emission surface is a magnetic field that is completely parallel to the emission surface, and is such that electrons generated at the cathode and moving toward the anode can move toward the emission surface by the magnetic field.
  • a rightward magnetic field is a magnetic field having a rightward component.
  • the rightward magnetic field includes, for example, a substantially rightward magnetic field and a magnetic field tilted within a range of ⁇ 45 ° with respect to a magnetic field that is completely facing right. The same applies to the left magnetic field.
  • first magnetic field may be parallel to the emission surface and directed in a predetermined direction at least in a region between the N pole and the S pole of the first magnetic field generation unit.
  • second magnetic field may be parallel to the emission surface and directed in a predetermined direction at least in a region between the N pole and the S pole of the second magnetic field generation unit.
  • the magnetic field generator generates the first magnetic field and the second magnetic field so as to sandwich the anode at a position away from the anode when viewed from the emission surface side. It is good. In this way, electrons generated at the cathodes on both sides of the anode can be moved toward the emission surface by the magnetic field, so that the number of atoms emitted from the irradiation port can be further increased.
  • the magnetic field generator may be disposed near the emission surface in the internal space of the cathode. In this way, the number of atoms emitted from the irradiation port can be further increased.
  • the anode is disposed so as to be plane symmetric with respect to a predetermined virtual plane perpendicular to the emission surface, and the magnetic field generator is configured to sandwich the virtual plane.
  • the magnetic field and the second magnetic field may be generated.
  • all of the magnetic field vectors when the first magnetic field is viewed above the second magnetic field from the emission surface side, the component parallel to the virtual plane is directed leftward above the virtual plane. It is good also as what is facing right below a virtual plane.
  • the anode may include a rod-shaped first anode and a rod-shaped second anode, and the axes of the first anode and the second anode may be parallel to the virtual plane. Good. In this way, more electrons out of the electrons moving from the cathode toward the anode along a path substantially parallel to the emission surface are incident on the first magnetic field and the second magnetic field, so that more electrons are directed toward the emission surface. Can be moved.
  • the first anode and the second anode may be arranged so that an axis is located on the virtual plane.
  • electrons move from the cathodes on both sides of the first anode to the first anode, and electrons move from the cathodes on both sides of the second anode to the second anode. It can be incident on the second magnetic field.
  • the first anode and the second anode may have an axis parallel to the emission surface.
  • the irradiation port may be provided at a position where the virtual plane crosses. By doing so, both the cation guided to the emission surface by the first magnetic field and the cation guided to the emission surface by the second magnetic field are guided near the irradiation port, so that more atoms can be emitted from the irradiation port.
  • a straight line connecting the N pole of the first magnetic field generation unit and the S pole of the second magnetic field generation unit You may provide between the S pole of a 1st magnetic field generation part and the straight line which connects the N pole of the said 2nd magnetic field generation part. In such a range, it is considered that more cations are guided by the first magnetic field and the second magnetic field. Therefore, it is considered that more atoms can be emitted from the irradiation port by providing the irradiation port in such a range.
  • the ratio of electrons moving from the cathode toward the anode along a path substantially parallel to the emission surface is large, the number of atoms emitted from the irradiation port can be further increased.
  • the bonding apparatus of the present invention includes the above-described atomic beam generator.
  • bonding apparatus since the number of atoms emitted from the irradiation port of the atomic beam generator can be increased, bonding can be performed in a shorter time.
  • the surface modification method of the present invention comprises: A cathode that is a housing having an emission surface provided with an irradiation port capable of emitting an atomic beam; An anode disposed inside the cathode and generating plasma with the cathode; Using an atomic beam generator equipped with The direction of the magnetic field when viewed from the emission surface side with the first magnetic field above the second magnetic field is directed to the left in the first magnetic field so that the cations generated in the cathode are guided to the emission surface.
  • the irradiation target material is irradiated with the atomic beam in a state where the first magnetic field and the second magnetic field parallel to the emission surface are generated in the cathode so that the second magnetic field faces right. It modifies the surface.
  • a first magnetic field and a second magnetic field that are parallel to the emission surface of the atomic beam generator and are directed in a predetermined direction are generated, thereby generating a path substantially parallel to the emission surface that is generated at the cathode that is the housing.
  • the electrons moving toward the anode move toward the emission surface under the Lorentz force by the magnetic field.
  • the positive ions are attracted to the charge of the electrons and led to the emission surface.
  • more atoms can be emitted from the irradiation port.
  • the modification includes, for example, cleaning, activation, amorphization, removal, and the like.
  • the modification step of modifying the surfaces of the first member and the second member as the irradiation target material using the surface modification method described above, and the modified surfaces are overlapped with each other.
  • a joining step of joining the first member and the second member since the surfaces of the first member and the second member can be modified in a shorter time, the first member and the second member can be joined more efficiently.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an outline of the configuration of an atomic beam generator 10.
  • FIG. FIG. 3 is a perspective view illustrating an outline of an internal configuration of a cathode 20.
  • 1 is a front view showing an outline of the configuration of an atomic beam generator 10.
  • FIG. AA sectional view of FIG. 4 (only the cathode 20 and the inside thereof). Sectional drawing which looked at the cathode 20 and its inside from the BB cross section of FIG. Explanatory drawing which shows the mode of the plasma when a magnetic field is not applied.
  • the perspective view which shows the outline of another example of a structure inside the cathode 20.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of the configuration of a surface modification apparatus 100.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a bonding apparatus 200. Simulation results showing the state of magnetic field lines. Simulation results showing the strength of the magnetic field.
  • Experimental results of Example 1 and Comparative Example 1. Explanatory drawing of the anode space
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the configuration of the atomic beam generator 10
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing the configuration of the yoke 63
  • FIG. 3 is a perspective view schematically showing the internal configuration of the cathode 20.
  • the inner wall surface of the cathode 20 and the portion existing on the inner wall surface of the cathode 20 are indicated by broken lines.
  • 4 is a front view schematically showing the configuration of the atomic beam generator 10
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 4 (only the cathode 20 and its inside)
  • FIG. 6 shows the cathode 20 and its inside.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 5.
  • the left-right direction, the front-rear direction, and the up-down direction are as shown in FIG.
  • the atomic beam generator 10 includes a cathode 20 as a housing, an anode 40 disposed inside the cathode 20, and a magnetic field generator 60 that generates a magnetic field in the cathode 20.
  • the atomic beam generator 10 is used as, for example, a fast atom beam gun (FAB gun).
  • FAB gun fast atom beam gun
  • the cathode 20 generates plasma between the anode 40 and is connected to a low potential side (ground side) of a DC power source (not shown).
  • the cathode 20 is a box-shaped member having an emission surface 22 provided with an irradiation port 23 capable of emitting an atomic beam, and plasma is generated therein.
  • the cathode 20 is composed of a metal water-cooled jacket lined with a carbon material.
  • the cathode 20 is provided with a gas inlet 24 connected to the gas pipe 30, and a gas (for example, argon gas) necessary for plasma generation is introduced into the cathode 20 through the gas inlet 24.
  • a gas for example, argon gas
  • the irradiation port 23 is a through-hole formed in the wall of the emission surface 22 of the cathode 20, and the size, number, and arrangement of the irradiation port 23 are set so that the pressure (atmospheric pressure) in the cathode 20 is set to a pressure necessary for stable plasma generation. It is set so that a desired amount of atomic beams can be irradiated in a desired range.
  • the anode 40 is disposed in the cathode 20 and generates plasma between the cathode 20 and is connected to a high potential side of a DC power source (not shown).
  • the anode 40 is composed of a rod-shaped first anode 41 disposed at a position away from the emission surface 22 and a rod-shaped second anode 42 disposed at a position further away from the emission surface 22. Yes.
  • the first and second anodes 41 and 42 are each fixed in a cantilever manner to support members 43 and 44 disposed outside the cathode 20, and the inside of the cathode 20 is passed through a through-hole (not shown) provided on the wall of the cathode 20. Has been inserted.
  • This through hole is a long hole extending in the front-rear direction of FIG. 1, and after the first and second anodes 41 and 42 are disposed at predetermined positions of the cathode 20, they are sealed with an insulating material (not shown). With this insulating material, insulation between the first anode 41 and the wall of the cathode 20 and between the second anode 42 and the wall of the cathode 20 is ensured.
  • the supporting member 43 is fixed to a moving member 45 that moves back and forth along a moving shaft 47 that is fixed to the back surface of the cathode 20, and the supporting member 44 is moved back and forth along a moving shaft 48 that is fixed to the back surface of the cathode 20. It is being fixed to the moving member 46 which moves to. By moving the moving members 45 and 46 back and forth, the positions of the first and second anodes 41 and 42 and the distance between them can be changed.
  • the anode is made of a carbon material.
  • the magnetic field generation unit 60 generates magnetic fields B1 and B2 parallel to the emission surface 22 in the cathode 20 so as to guide cations generated in the cathode 20 to the emission surface 22.
  • the magnetic field generation unit 60 includes a first magnetic field generation unit 61 that generates the first magnetic field B1 and a second magnetic field generation unit 62 that generates the second magnetic field B2, and the first magnetic field generation unit 61 and the second magnetic field generation unit.
  • the parts 62 are composed of different yokes 63.
  • the direction of the magnetic field when viewed from the emission surface 22 side with the first magnetic field B1 above the second magnetic field B2 is leftward in the first magnetic field B1 and rightward in the second magnetic field B2.
  • a first magnetic field B 1 and a second magnetic field B 2 parallel to the emission surface 22 are generated in the cathode 20.
  • the yoke 63 includes an iron main body 64 and two neodymium permanent magnets 69 disposed in the middle of the main body 64. Further, on the left and right sides of the main body 64, there are provided an upper arm 66 bent at a right angle downward by a shoulder 65 and a forearm 68 bent at a right angle inward by an elbow 67 from the upper arm 66. These are also made of iron like the main body 64.
  • the upper arm 66 faces the vertical direction, and the forearm faces the horizontal direction.
  • the end of the forearm 68 is the N pole side end 63N
  • the other forearm 68 is the S pole side end 63S, both of which have the same height (the same vertical position) and a predetermined distance. Open each other and face each other.
  • the N pole side end portion and the S pole side end portion of the yoke 63 constituting the first magnetic field generation unit 61 are referred to as an N pole side end portion 61N and an S pole side end portion 61S, respectively.
  • the N pole side end and the S pole side end of the yoke 63 constituting the second magnetic field generation unit 62 are referred to as an N pole side end 62N and an S pole side end 62S, respectively.
  • the yoke 63 constituting the first magnetic field generation unit 61 has a main body 64 disposed on the outside of the cathode 20, the N pole side end 61 N from the right side, and the S pole side end 61 S from the left side into the cathode 20. Has been inserted.
  • the yoke 63 constituting the second magnetic field generator 62 has a main body 64 disposed outside the cathode 20, the N pole side end 62 N from the left side, and the S pole side end 62 S from the right side into the cathode 20. Has been inserted. As a result, the magnetic force of the permanent magnet 69 disposed outside the cathode 20 can be guided into the cathode 20.
  • the N pole side end portion to the S pole side end portion Magnetic fields B1 and B2 that are straight toward the part are generated (see FIGS. 5 and 6).
  • the first magnetic field generator 61 and the second magnetic field generator 62 are arranged so that the straight magnetic fields B1 and B2 described above by the yoke 63 sandwich the anode 40 at a position away from the anode 40 when viewed from the emission surface 22 side. Moreover, it arrange
  • the S pole and the N pole are arranged so as to generate. Thereby, as shown in FIG. 5, Lorentz force acts on the electrons emitted from the cathode 20, and the electrons move toward the emission surface 22 and the irradiation port 23 provided on the emission surface 22.
  • first magnetic field generator 61 and the second magnetic field generator 62 are provided in a sheath region 81 (see FIG. 7) that exists between the plasma region 80 where plasma is generated when no magnetic field is applied and the wall of the cathode 20.
  • the magnetic fields B1 and B2 parallel to the emission surface 22 are generated.
  • the plasma region 80 and the sheath region 81 will be described with reference to FIG.
  • the plasma generated between the cathode 20 and the anode 40 when no magnetic field is applied is symmetrical with respect to the virtual plane P1 including the axis of the first anode 41 and the axis of the second anode 42.
  • this plasma has a plasma region 80 and a sheath region 81.
  • the sheath region 81 is a region between the plasma region 80 and the cathode 20 wall.
  • the sheath region 81 is basically darker than the plasma region.
  • the sheath region 81 exists around the plasma region 80 and exists around the first dark portion 82, the bright portion 83 around the first dark portion 82 and brighter than the first dark portion 82, and the bright portion 83.
  • the second dark portion 84 is darker than the bright portion 83.
  • the magnetic fields B1 and B2 are preferably applied closer to the plasma region 80 in the sheath region 81, for example, more preferably applied to the first dark portion 82, the bright portion 83, and the like. In a cross section parallel to the AA cross section inside the cathode 20, similar plasma is observed in other cross sections when no magnetic field is applied.
  • the yoke 63 constituting the first magnetic field generator 61 is configured such that the left and right arms 71 on the upper side of the C-shaped member are held by the left and right arms on the C-shaped member 70 fixed to the left and right ends of the cathode 20. It is locked. Further, the yoke 63 constituting the second magnetic field generator 62 holds the left and right arms 71 on the lower side of the C-shaped member 70 on the left and right arms of the C-shaped member 70 fixed to the left and right ends of the cathode 20. It is locked in this way. The C-shaped member 70 is fixed to the cathode 20 so that the arm portion 71 faces in the horizontal direction and the opened portion of the C-shape faces forward.
  • the yoke 63 is movable in the front-rear direction along the arm portion 71 of the C-shaped member, and the yoke 63 can be brought close to or away from the discharge surface 22.
  • the position is fixed by the fixing member 72.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing an outline of the configuration of the surface modifying apparatus 100.
  • the surface modification apparatus 100 includes a chamber 110, a mounting table 120, and an atomic beam generator 10.
  • the chamber 110 is a vacuum container that seals the inside from the environment.
  • the chamber 110 is provided with an exhaust port 112, and a vacuum pump (not shown) is connected to the exhaust port 112, and the gas inside the chamber 110 is exhausted through the exhaust port 112.
  • the atomic beam generator 10 is disposed at a position where the atomic beam can be irradiated toward the wafer W mounted on the mounting table 120.
  • the wafer W is set on the mounting table 120, and the inside of the chamber 110 is set to a vacuum atmosphere.
  • argon gas is introduced into the atomic beam generator 10 to bring the inside of the chamber 110 and the atomic beam generator 10 to a predetermined pressure.
  • the pressure in the chamber 110 is preferably about 1 Pa, and the pressure in the atomic beam generator 10 is preferably 3 Pa or more.
  • the pressure in the atomic beam generator 10 is determined by the pressure loss due to the irradiation port 23, the amount of argon gas introduced, and the balance of the pressure in the chamber 110.
  • the amount of argon gas introduced may be adjusted so that the pressure in the atomic beam generator 10 is 3 Pa or more while the interior of the chamber 110 is kept at 1 Pa.
  • the amount of argon gas introduced when the pressure in the atomic beam generator 10 is 4 Pa while keeping the inside of the chamber 110 at 1 Pa is, for example, about 60 sccm.
  • the suitable pressure and the amount of argon introduced vary depending on the evacuation capability and the pressure loss at the irradiation port, and may be changed as appropriate.
  • a high voltage is applied between the cathode 20 and the anode 40 of the atomic beam generator 10 using a DC power source.
  • plasma containing argon ions is generated in the atomic beam generator 10 by a high electric field between the cathode 20 and the anode 40, and then the plasma is stabilized.
  • the distance between the cathode 20 and the anode 40 of the atomic beam generator 10, the gas pressure in the atomic beam generator 10, and the voltage to be applied are determined. Current flows through argon ions (Ar + and Ar 2+ ) in electrons and plasma.
  • argon ions contained in the plasma have a positive charge, they move radially from the center of the cathode 20 toward the cathode 20 along the electric field. Among them, only the argon ion beam reaching the irradiation port 23 is electrically neutralized by collision with nearby electrons at the irradiation port 23 (Ar + + e ⁇ ⁇ Ar or Ar 2+ + 2e ⁇ ⁇ Ar), The beam is emitted from the atomic beam generator 10 as a beam of neutral atoms.
  • the electrons generated on the inner surface of the cathode 20 move toward the anode 40, but move toward the emission surface 22 by the action of the magnetic fields B1 and B2 in accordance with Fleming's left-hand rule (FIG. 5). reference).
  • Argon ions attracted by the charge of the electrons are guided to the emission surface 22, and as a result, the number of argon atoms emitted from the irradiation port 23 increases.
  • the atomic beam generator 10 can irradiate more argon atoms.
  • the first magnetic field B1 and the second magnetic field B2 that are parallel to the emission surface 22 and directed in a predetermined direction are generated at the cathode 20. Electrons moving toward the anode 40 move toward the emission surface 22 by the magnetic fields B1 and B2. The positive ions are attracted to the charge of the electrons and led to the emission surface 22. As a result, many atoms can be emitted from the irradiation port 23, so that the processing time of the wafer W is shortened and the surface of the wafer W is efficiently modified. You can quality.
  • the magnetic fields B1 and B2 since cations are guided to the emission surface 22 by the magnetic fields B1 and B2, it is considered that cations that collide with the cathode 20 and the anode 40 can be reduced, and the cathode 20 and the anode 40 can be prevented from being sputtered. . As a result, the lifetime of the atomic beam generator 10 is prolonged, and contamination of the wafer by sputtered particles generated by sputtering the cathode 20 and the anode 40 can be suppressed.
  • the plasma position and state are suitable, and it is considered that the number of atoms emitted from the irradiation port 23 can be increased.
  • the magnetic fields B1 and B2 are generated so as to sandwich the anode 40 at a position distant from the anode 40 when viewed from the emission surface 22 side, electrons generated at the cathodes 20 on both sides of the anode 40 are used as the magnetic field B1. , B2 can be moved toward the discharge surface 22. Thereby, the number of atoms emitted from the irradiation port can be further increased.
  • the magnetic field generator 60 is disposed near the emission surface 22 in the internal space of the cathode 20, the number of atoms emitted from the irradiation port can be further increased.
  • the cathode since it includes a rod-shaped first anode 41 disposed at a position away from the emission surface 22 and a rod-shaped second anode 42 disposed at a position further away from the emission surface 22, the cathode Thus, the proportion of electrons moving toward the anode along a path substantially parallel to the emission surface 22 can be increased. Thereby, the number of atoms emitted from the irradiation port can be further increased.
  • the anode 40 is disposed so as to be plane-symmetrical on a predetermined virtual plane P0 perpendicular to the emission surface 22, and includes a rod-shaped first anode 41 and a rod-shaped second anode 42, and the first anode 41 and The axis of the second anode 42 is parallel to the virtual plane P0, and the magnetic field generator 60 generates the first magnetic field B1 and the second magnetic field B2 so as to sandwich the virtual plane P0. For this reason, more electrons out of the electrons moving from the cathode toward the anode along a path substantially parallel to the emission surface are incident on the first magnetic field and the second magnetic field, so that more electrons are directed toward the emission surface. Can be moved.
  • first anode 41 and the second anode 42 are arranged so that the axes are located on the virtual plane P0, electrons move from the cathodes 20 on both sides of the first anode 41 to the first anode 41. Since electrons move from the cathodes 20 on both sides of the second anode 42 to the second anode 42, more electrons can be incident on the first magnetic field 41 and the second magnetic field 42.
  • both the cation guided to the emission surface 22 by the first magnetic field B1 and the cation guided to the emission surface 22 by the second magnetic field B2 are present. Since the light is guided to the vicinity of the irradiation port 23, more atoms can be emitted from the irradiation port 23.
  • the irradiation port 23 has a straight line connecting the N pole of the first magnetic field generation unit 61 and the S pole of the second magnetic field generation unit 62 and the S of the first magnetic field generation unit 61. It is provided so as to include a region between the pole and a straight line connecting the N pole of the second magnetic field generator 62. Since it is considered that more positive ions are introduced into such a range by the first magnetic field B1 and the second magnetic field B2, more atoms can be emitted from the irradiation port 23 by providing the irradiation port 23 in such a range. it is conceivable that.
  • atomic beam generator and the surface modification method of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various modes as long as they belong to the technical scope of the present invention. Absent.
  • the cathode 20 is not limited to the above-described one, and the shape, size, arrangement, and irradiation target material of the anode are generated so as to stably generate plasma in a desired range and generate a desired electric field that moves electrons. What is necessary is just to comprise suitably according to a shape, a dimension, arrangement
  • the anode 40 is not limited to the above-described one, and the shape, size, arrangement, and irradiation target material of the cathode are stably generated so as to generate a desired electric field that stably generates plasma in a desired range and moves electrons. What is necessary is just to comprise suitably according to a shape, a dimension, arrangement
  • the desired electric field is an electric field in which electrons move so that a magnetic field generated by the magnetic field generator 60 is easily applied.
  • the cathode 20 has a box shape, but may have a cylindrical shape.
  • the irradiation port may be provided on the cylinder surface, or may be provided on the cylinder bottom surface.
  • the shape and dimensions of the cathode 20 are preferably those having an internal space that can stably generate plasma in a desired range, and are appropriately selected according to the shape, dimensions, and arrangement of the anode, the shape, dimensions, and arrangement of the irradiation target material. You only have to set it.
  • the cathode 20 is composed of a metal water-cooled jacket lined with a carbon material.
  • the metal water-cooled jacket may be omitted, or a material other than the carbon material may be used. It may be used.
  • a material that has conductivity and is resistant to sputtering of cations (for example, argon ions) is preferable.
  • tungsten W
  • W alloy tungsten alloy
  • WC tungsten carbide
  • Mo molybdenum alloy
  • TiB titanium boride
  • the surface of the carbon material of the cathode 20 may be coated with the above-described material that is durable to cation sputtering.
  • the irradiation port 23 of the cathode 20 is provided on one surface of the cathode 20, but may be provided on a plurality of surfaces of the cathode 20.
  • the square irradiation ports 23 are provided at equal intervals, the shape of the irradiation ports may be, for example, a circle, an ellipse, or a polygon, or may not be provided at equal intervals. By adjusting these, the distribution of atomic beam irradiation can be changed.
  • the gas introduced into the cathode 20 is not limited to argon as long as it is a gas that forms plasma.
  • the inert gas may be, for example, helium, neon, xenon or the like.
  • the second anode 42 is disposed at a position farther from the emission surface 22 than the first anode 41.
  • the first anode 41 and the second anode 42 are emitted. It may be disposed at a position away from the surface 22 by the same distance.
  • the first anode 41 and the second anode 42 are arranged at positions separated in the vertical direction.
  • the first anode 41 and the second anode 22 are arranged so that both are parallel and overlap each other when viewed from the emission surface 22, but they may not be parallel. However, the two do not have to overlap when viewed from the emission surface 22.
  • first anode 41 and the second anode 42 are arranged in parallel to the emission surface 22, but may be arranged perpendicular to the emission surface 22, or with respect to the emission surface 22. It may be inclined and arranged.
  • the axes of the first anode 41 and the second anode 42 are parallel to the virtual plane P0, but may be perpendicular to the virtual plane P0 or may be inclined with respect to the virtual plane P0.
  • the first anode 41 and the second anode 42 are round bars, but the cross-sectional shape is not limited to a circle, and may be an ellipse, a polygon, or an uneven shape.
  • the number of rod-like anodes is not particularly limited.
  • the anode 40 includes the rod-shaped first anode 41 and the rod-shaped second anode 42, but may include the annular anode 50 as shown in FIG.
  • FIG. 8 by arranging the annular anode 50 horizontally, one end of the outer diameter of the ring is arranged at a position away from the emission surface 22 and the other end of the outer diameter of the ring is further away from the emission surface 22.
  • the annular anode 50 may be arranged vertically or inclined.
  • the annular anode 50 is disposed so that one end and the other end of the outer diameter of the ring overlap when viewed from the emission surface 22, but when viewed from the emission surface 22. The two do not have to overlap.
  • the anode 40 is made of a carbon material, but a material other than the carbon material may be used.
  • a material having conductivity and durability against sputtering of cations for example, argon ions
  • examples thereof include those exemplified for the cathode 20.
  • the surface of the carbon material of the anode 40 may be coated with the above-described material with a material that is durable to cation sputtering.
  • the magnetic field generator 60 is not limited to the above-described one, and may be appropriately selected so as to obtain a magnetic field in a direction parallel to the emission surface 22 that guides cations generated in the housing 21 to the emission surface 22. What is necessary is just to comprise.
  • the strength of the magnetic field may be set so that the movement of electrons can be changed by a desired amount.
  • the magnetic field generation unit 60 includes the first magnetic field generation unit 61 and the second magnetic field generation unit 62, but a new magnetic field generation unit may be added.
  • the strength of the magnetic field generated by each magnetic field generator may be the same or different.
  • the magnetic field generator 60 is disposed in the center of the inner surface of the cathode 20 between the emission surface 22 and the opposite surface, but may be disposed closer to the emission surface 22. Alternatively, it may be disposed from a surface opposite to the discharge surface 22. In the case of being arranged closer to the emission surface 22, the number of atoms emitted from the irradiation port 23 can be further increased.
  • the magnetic field generation unit 60 generates the magnetic fields B1 and B2 parallel to the emission surface 22 in the sheath region 81, it may be generated in the plasma region 80.
  • the magnetic field generation unit 60 when generating in the plasma area
  • the magnetic field generation unit 60 is configured by the yoke 63.
  • the yoke 63 is omitted, and the N of the magnet is positioned at the positions of the N pole side end and the S pole side end of the yoke.
  • a pole and an S pole may be provided.
  • the magnetic field generator 60 may include an electromagnet instead of the yoke 63 or the permanent magnet 69. If an electromagnet is used, it is easy to adjust the strength of the magnetic field, and the strength of the magnetic field can be changed over time. For this reason, a more appropriate magnetic field can be applied according to voltage, current, gas amount, pressure in the cathode 20, and the like.
  • the configuration other than the permanent magnet 69 of the yoke 63 is made of iron, but is not particularly limited as long as it is a magnetic material, and may be steel or the like.
  • the permanent magnet 69 is a neodymium magnet, but may be a samarium cobalt magnet. Neodymium magnets are preferred because they can apply a stronger magnetic field.
  • a samarium cobalt magnet having a high Curie temperature of 700 to 800 ° C. is preferable.
  • the anode 40 and the magnetic field generator 60 are movable, but may be fixed.
  • the surface modification method uses the atomic beam generator 10 to modify the surface of the wafer.
  • the atomic beam generator 10 in which the magnetic field generator 60 is omitted may be used.
  • magnetic fields B1 and B2 parallel to the emission surface 22 are generated in the cathode 20 so as to guide the cations generated in the cathode 20 to the emission surface 22 by using a separately prepared magnet or a magnetic field generator.
  • the wafer surface may be modified by irradiating the wafer with atomic beams.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically illustrating the configuration of the bonding apparatus 200.
  • the bonding apparatus 200 may be configured as a room temperature bonding apparatus.
  • the bonding apparatus 200 includes a chamber 210, a first mounting table 220, a second mounting table 230, a first atomic beam generator 270, and a second atomic beam generator 280.
  • the chamber 210 is a vacuum container that seals the inside from the environment.
  • An exhaust port 212 is provided in the chamber 210, and a vacuum pump 214 is connected to the exhaust port 212, and the gas inside the chamber 210 is exhausted through the exhaust port 212.
  • the first mounting table 220 is disposed on the bottom surface of the chamber 210.
  • the first mounting table 220 is configured as an electrostatic chuck that includes a dielectric layer on the upper surface thereof, applies a voltage between the dielectric layer and the wafer W1, and attracts the wafer W1 to the dielectric layer by electrostatic force. .
  • the second mounting table 230 is disposed at a position facing the first mounting table 220 in the chamber 210, and is supported by a support member 232 connected to the pressure contact mechanism 234 so as to be movable in the vertical direction.
  • the second mounting table 230 moves from the irradiation position for irradiating the wafer W2 to the atomic beam to the bonding position for pressing the wafer W2 against the wafer W1 and bonding from the bonding position.
  • the second mounting table 230 includes a dielectric layer on its lower surface, and is configured as an electrostatic chuck that applies a voltage between the dielectric layer and the wafer W2 and attracts the wafer W2 to the dielectric layer by electrostatic force. .
  • the first atomic beam generator 270 is configured in the same manner as the atomic beam generator 10 described above.
  • the first atomic beam generator 270 is disposed at a position where it can irradiate the atomic beam toward the wafer W ⁇ b> 1 placed on the first mounting table 220.
  • the second atomic beam generator 280 is configured in the same manner as the atomic beam generator 10 described above.
  • the second atomic beam generator 280 is disposed at a position where the atomic beam can be irradiated toward the wafer W ⁇ b> 2 placed on the second mounting table 230 when the second mounting table 230 is at the irradiation position.
  • This joining method includes (a) a reforming step and (b) a joining step.
  • (A) Modification Step In this step, first, the wafer W1 is set on the first mounting table 220, the wafer W2 is set on the second mounting table 230, and the inside of the chamber 210 is set to a vacuum atmosphere. At that time, while adjusting the exhaust from the exhaust port 212, argon gas is introduced into the first and second atomic beam generators 270 and 280, and the inside of the chamber 210 and the first and second atomic beam generators 270 and 280 are predetermined. Of pressure. The pressure in the chamber and the pressure in the first and second atomic beam generators 270 and 280 can be the same as those in the surface modification method described above.
  • the second mounting table 230 is not at the irradiation position, the second mounting table is moved to the irradiation position by the press contact mechanism 234. Then, a high voltage is applied between the cathode 20 and the anode 40 of the first and second atomic beam generators 270 and 280 using a DC power source.
  • the applied current and voltage can be the same as those in the surface modification method described above.
  • the first and second atomic beam generators 270 and 280 can irradiate more argon atoms.
  • the atomic beam generator 270 emits an atomic beam toward the wafer W1 placed on the first mounting table 220, and from the atomic beam generator 280 toward the wafer W2 placed on the second mounting table 230. Irradiate an atomic beam of argon atoms. On the surface irradiated with argon atoms, the oxides and the like formed on the surfaces of the wafers W1 and W2 are removed, and impurities adhering to the surfaces of the wafers W1 and W2 are removed. Thus, each surface modified body is obtained.
  • (B) Bonding Step the pressure contact mechanism 234 is operated to move the second mounting table 230 to the bonding position, and the modified surfaces of the wafers W1 and W2 are overlapped. Thereby, the 1st wafer W1 and the 2nd wafer W2 are joined, and a joined object is manufactured.
  • the above-described bonding apparatus 200 and the bonding method using the same use the above-described atomic beam generation apparatus 10 and the surface modification method, the same effects as these can be obtained. And in this joining method, since the surface of the 1st member and the 2nd member can be improved in a shorter time, the 1st member and the 2nd member can be joined more efficiently.
  • the joining apparatus 200 of this invention and the joining method using the same are not limited to embodiment mentioned above at all, and it can be implemented in various aspects, as long as it belongs to the technical scope of this invention. Nor.
  • the bonding apparatus 200 includes the two atomic beam generation apparatuses, the first atomic beam generation apparatus 270 and the second atomic beam generation apparatus 280.
  • the bonding apparatus 200 may include only one atomic beam generation apparatus. Good.
  • the surface modification of the wafer W1 and the surface modification of the wafer W2 are sequentially performed by moving the atomic beam generator or moving at least one of the first and second mounting tables 220 and 230. What should I do? Three or more atomic beam generators may be provided. By modifying the surface of a single wafer with a plurality of atomic beam generators, the surface can be modified in a shorter time.
  • the 1st atomic beam generator 270 and the 2nd atomic beam generator 280 shall be comprised similarly to the atomic beam generator 10, it is comprised similarly to the atomic beam generator of the other aspect mentioned above. It is good also as what is done.
  • the bonding method uses the bonding apparatus 200 to bond the wafer W1 and the wafer W2, but the bonding apparatus 200 may not be used.
  • the surfaces of the wafers W1 and W2 are modified using the atomic beam generators 270 and 280 provided with the magnetic field generator 60, but the atomic beam generator without the magnetic field generator 60 is used. May be used.
  • magnetic fields B1 and B2 parallel to the emission surface 22 are generated in the cathode 20 so as to guide the cations generated in the cathode 20 to the emission surface 22 by using a separately prepared magnet or a magnetic field generator.
  • the wafer surface may be modified by irradiating the wafer with atomic beams.
  • the pressure contact mechanism 234 is operated to move the second mounting table 230 to the bonding position and the modified surfaces of the wafers W1 and W2 are overlapped, but the pressure contact mechanism 234 or the like is not used.
  • the modified surfaces of the wafers W1 and W2 may be overlapped.
  • the atomic beam generator 10 (see FIGS. 1 to 6) was used to irradiate the wafer W with an atomic beam of argon in the chamber 110 and measure the removal profile of the oxide film.
  • wafer W what cut out 1/4 from the 4-inch Si wafer which provided the oxide film previously was used, and it mounted in the floor surface instead of the mounting base 120.
  • the pressure in the chamber was 1.2 Pa.
  • the current applied between the electrodes was 100 mA, the voltage was 750 mV, the Ar flow rate was 80 sccm, and the Ar irradiation time was 1 hour.
  • FIG. 11 is a simulation result showing the state of the lines of magnetic force
  • FIG. 12 is a simulation result showing the strength of the electric field.
  • the intensity of the magnetic field is shown darker as the magnetic field becomes stronger or weaker with 10 mT as a reference.
  • Example 12 the magnetic field is weak in the left and right ends, the central part, and the part away from the central part above and below the central part, and the magnetic field in the other parts is strong.
  • the result of measuring the strength of the magnetic field at the working point with a teslameter was 25 to 40 mT.
  • the anode spacing P and the magnetic field application position Q were the same as in Example 2 described later.
  • Example 1 It replaced with the atomic beam generator 10, and it was the same as that of Example 1 except having used the conventional atomic beam generator which does not apply a magnetic field.
  • the anodes were arranged so that the two anodes face each other across a plane parallel to the emission surface.
  • the anodes were arranged so that the two anodes face each other across a plane perpendicular to the emission surface.
  • FIG. 13 shows the experimental results of Example 1 and Comparative Example 1.
  • the film thickness distribution is the film thickness distribution of the oxide film on the wafer W, and the darker the darker the portion, the thinner the film thickness, and the greater the oxide film is removed.
  • the film thickness graph is a graph showing the film thickness of the oxide film of the wafer W in the cross section indicated by the broken line in the film thickness distribution diagram. From FIG. 13, in Example 1 in which a magnetic field was applied in a direction parallel to the surface of the emission surface, more argon atoms can be emitted from the emission surface and more oxide film can be removed than in the comparative example in which no magnetic field was applied. I understood.
  • Example 1 plasma is formed so as to be substantially symmetrical between one anode side and the other anode side.
  • plasma is formed near the emission surface. This is presumed to indicate that a large amount of argon ions are present on the emission surface side.
  • the movement direction of the electron e ⁇ changes in the direction toward the emission surface by a magnetic field, and argon ions are attracted to the electron, or argon atoms are ionized by collision with the electron, and argon on the emission surface side It is assumed that the ion concentration has increased.
  • Example 1 it is thought that many argon atoms can be discharge
  • the entire plasma does not appear hidden behind the yoke or anode support, but almost no plasma is seen even in the upper left and right directions without the yoke or anode support. It can be said that the plasma is formed near the emission surface.
  • the atomic beam generator 10 was used to irradiate the wafer W mounted on the mounting table 120 with an atomic beam of argon in the chamber 110 and measure the removal profile of the oxide film.
  • the wafer W a 3-inch Si wafer provided with an oxide film in advance was used.
  • the pressure in the chamber was 1.2 Pa.
  • the current applied between the electrodes was 100 mA
  • the Ar flow rate was 80 sccm
  • the Ar irradiation time was 1 hour.
  • the result of measuring the strength of the magnetic field at the working point with a teslameter was 25 to 40 mT.
  • Example 2 the anode interval P was 1 mm, and the yoke position Q (magnetic field application position) was ⁇ 15 mm.
  • the anode interval P is the distance of the portion where the anodes are closest to each other.
  • the yoke position Q is the position of the center of the yoke, and the center of the inner space of the cathode is set as a reference (0 mm), and when it is on the emission surface side, it is minus, and when it is on the opposite side of the emission surface, it is plus.
  • Example 3 was the same as Example 2 except that the anode interval P was 18 mm.
  • Example 4 was the same as Example 2 except that the anode interval P was 32 mm.
  • Example 5 was the same as Example 2 except that the yoke position Q was set to 0 mm.
  • Example 6 was the same as Example 5 except that the anode interval P was 18 mm.
  • Example 7 was the same as Example 5 except that the anode interval P was 32 mm.
  • Example 8 was the same as Example 2 except that the yoke position Q was +15 mm.
  • Example 9 was the same as Example 8 except that the anode interval P was 18 mm.
  • Example 10 was the same as Example 8 except that the anode interval P was 32 mm.
  • FIG. 14 shows an explanatory diagram of the anode interval P and yoke position Q in Examples 2 to 10
  • FIG. 15 shows the distribution of the processing depth of the wafer W in Examples 2 to 10
  • FIG. 16 shows Examples 2 to 10
  • the graph of the processing depth of the wafer W is shown.
  • the processing depth is shallower (closer to 0) and deeper than the median ( The closer it is to 100, the darker the shade.
  • the processing depth is deeper toward the central portion of the wafer W.
  • FIG. 16 shows the processing depths in the X cross section and the Y cross section shown in the lower right portion, but no significant difference was found between them.
  • Example 14 to 16 it can be seen that there is a difference in the processing depth depending on the anode interval P and the yoke position Q.
  • Example 2 in which the anode interval P is the smallest and the yoke position Q is on the emission surface side can release more argon atoms and is preferable.
  • Examples 2 to 7 in which the yoke position Q is on the emission surface side or the center, it was found that the closer the electrode distance P is, the more argon atoms can be emitted, which is preferable.
  • Examples 8 to 10 where the yoke position Q is away from the emission surface, it was found that more argon atoms can be emitted when the electrode interval P is about 18 mm.
  • the present invention can be used in the technical field where the surface of a material is modified using an atomic beam or the modified surfaces are joined together, for example, in the semiconductor manufacturing field.
  • 10 atomic beam generator 20 cathode, 22 emission surface, 23 irradiation port, 24 gas introduction port, 30 gas tube, 40 anode, 41 first anode, 42 second anode, 43, 44 support member, 45, 46 moving member 47, 48 moving axis, 50 annular anode, 60 magnetic field generator, 61 first magnetic field generator, 62 second magnetic field generator, 63 yoke, 64 body, 65 shoulder, 66 upper arm, 67 elbow, 68 forearm, 69 permanent Magnet, 70 C-shaped member, 71 arm part, 72 fixing member, 80 plasma region, 81 sheath region, 82 1st dark part, 83 bright part, 84 2nd dark part, 85 3rd dark part, 100 surface reformer, 110 Chamber, 112 exhaust port, 120 mounting table, 200 joining device, 210 chamber, 212 exhaust port, 214 vacuum pump, 220 1st mounting table, 230 2nd mounting table, 232 support member, 234 pressure welding mechanism, 270 1st atomic beam generator, 280 2

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Abstract

原子線発生装置１０は、原子線を放出可能な照射口２３が設けられた放出面２２を有する筐体である陰極２０と、陰極２０の内部に配設され、陰極２０との間でプラズマを発生させる陽極４０と、第１磁場Ｂ１を発生させる第１磁場発生部６１と第２磁場Ｂ２を発生させる第２磁場発生部６２とを有し、放出面２２側から第１磁場を第２磁場よりも上にして見たときの磁場の向きが第１磁場では左向きで第２磁場では右向きとなるように放出面２２に平行な第１磁場及び第２磁場を陰極２０内に発生させて、陰極２０内で生成した陽イオンを放出面に導く磁場発生部６１，６２と、を備えている。

Description

原子線発生装置、接合装置、表面改質方法及び接合方法
　本発明は、原子線発生装置、接合装置、表面改質方法及び接合方法に関する。
　従来、原子線発生装置として、筐体となる陰極とその内部に配設される陽極とを備えたものが広く知られている。こうした原子線発生装置では、希薄ガスを導入し、陰極と陽極との間に電圧を印加して放電空間を形成すると、プラズマが発生する。プラズマ内で生成したガスイオンは、電場によって加速される。このうち、筐体の一部に設けられた照射口に向かって運動するガスイオンは、照射口壁から電子を受け取って中性化し、照射口から原子線として放出される。こうした原子線発生装置において、例えば、端面に照射口が設けられた筒状陰極の内部に陰極の中心軸と平行な２本の棒状陽極を配設し、陰極の外周に中心軸と垂直な磁場を印加することが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１では、陰極から放出された電子は陽極を中心として陰極間で振動し、その途中で多くのガス分子と衝突してイオンを生じる。さらに、放電空間内の電子は磁力線に絡みつくようにらせん運動するため、電子の実効的な飛程が大きくなりガス分子との衝突により放電空間内に大量のイオンが生成されるとしている。また例えば、端面に照射口が設けられた筒状陰極の内部に陰極と同軸の環状陽極を配設し、軸に沿った磁場を印加することが提案されている（非特許文献１参照）。非特許文献１では、軸に沿った磁場を受けて軸周りに電子がらせん運動をするようになるため、電子の移動距離が増加し、電子がガス分子と衝突して多量の陽イオンが生成する。これらの陽イオンは陰極に向けて加速され、その多くが高速原子となるとされている。
特開昭６２－１８０９４２号公報
J. Appl. Phys. 72(1), 1 July 1992, pp13-17
　しかしながら、特許文献１や非特許文献１の原子線発生装置では、多量の陽イオンが生成するものの、生成した陽イオンは陰極に向けてあらゆる方向に加速するため、照射口に向かわないものも多く、照射口から放出される原子の量が十分でないことがあった。このため、より多くの原子を放出することが望まれていた。
　本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、原子線発生装置において、より多くの原子を放出することを主目的とする。
　すなわち、本発明の原子線発生装置は、
　原子線を放出可能な照射口が設けられた放出面を有する筐体である陰極と、
　前記陰極の内部に配設され、前記陰極との間でプラズマを発生させる陽極と、
　第１磁場を発生させる第１磁場発生部と第２磁場を発生させる第２磁場発生部とを有し、前記放出面側から前記第１磁場を前記第２磁場よりも上にして見たときの磁場の向きが前記第１磁場では左向きで前記第２磁場では右向きとなるように前記放出面に平行な前記第１磁場及び前記第２磁場を前記陰極内に発生させて、前記陰極内で生成した陽イオンを前記放出面に導く磁場発生部と、
　を備えたものである。
　この原子線発生装置では、放出面に平行で所定方向を向いた第１磁場及び第２磁場を発生させることで、筐体である陰極で発生し放出面に略平行な経路で陽極に向かって移動する電子が、磁場によってローレンツ力を受けて放出面に向けて移動するようになる。この電子の電荷に引き寄せられて陽イオンが放出面に導かれ、結果として、照射口からより多くの原子を放出できる。なお、本明細書において、放出面に平行な磁場とは、放出面と完全に平行な磁場のほか、陰極で発生し陽極に向かって移動する電子がその磁場によって放出面に向けて移動できる程度に略平行な磁場を含む。また、右向きの磁場とは、右向きの成分を有している磁場をいい、右向きの成分のみを有していて完全に右を向いている磁場のほか、右向きの成分の他に上向きや下向きの成分を有している磁場をも含む。右向きの磁場は、例えば、略右向きの磁場や、完全に右を向いている磁場に対して±４５°以内の範囲で傾いている磁場などを含む。左向きの磁場も同様である。また、第１磁場は少なくとも第１磁場発生部のＮ極とＳ極との間の領域において放出面に平行で所定の方向を向いているものとしてもよい。同様に、第２磁場は少なくとも第２磁場発生部のＮ極とＳ極との間の領域において放出面に平行で所定の方向を向いていものとしてもよい。
　本発明の原子線発生装置において、前記磁場発生部は、前記放出面側から見たときに前記陽極から離れた位置に前記陽極を挟むように前記第１磁場及び前記第２磁場を発生させるものとしてもよい。こうすれば、陽極を挟んだ両側の陰極で発生した電子を、磁場によって放出面に向けて移動させることができるため、照射口から放出される原子の数をより増加させることができる。
　本発明の原子線発生装置において、前記磁場発生部は、前記陰極の内部空間のうち、前記放出面寄りに配設されているものとしてもよい。こうすれば、照射口から放出される原子の数をより増加させることができる。
　本発明の原子線発生装置において、前記陽極は、前記放出面に垂直な所定の仮想平面で面対称となるように配設され、前記磁場発生部は、前記仮想平面を挟むように前記第１磁場及び前記第２磁場を発生させるものとしてもよい。なお、陰極内において、放出面側から第１磁場を第２磁場よりも上にして見たときの磁場のベクトルの全てで、仮想平面に平行な成分が、仮想平面よりも上側では左向きで前記仮想平面よりも下側では右向きであるものとしてもよい。
　本発明の原子線発生装置において、前記陽極は、棒状の第１陽極と棒状の第２陽極とを備え、前記第１陽極及び前記第２陽極の軸は前記仮想平面に平行であるものとしてもよい。こうすれば、放出面に略平行な経路で陰極から陽極に向かって移動する電子のうちのより多くの電子が第１磁場や第２磁場に入射するため、より多くの電子を放出面に向けて移動させることができる。
　本発明の原子線発生装置において、前記第１陽極及び前記第２陽極は、軸が前記仮想平面上に位置するように配設されるものとしてもよい。こうすれば、第１陽極には第１陽極の両側の陰極から電子が移動し、第２陽極には第２陽極の両側の陰極から電子が移動するため、より多くの電子を第１磁場や第２磁場に入射させることができる。
　本発明の原子線発生装置において、前記第１陽極及び前記第２陽極は、軸が前記放出面に平行であるものとしてもよい。
　本発明の原子線発生装置において、前記照射口は、前記仮想平面が横切る位置に設けられているものとしてもよい。こうすれば、第１磁場によって放出面に導かれる陽イオン及び第２磁場によって放出面に導かれる陽イオンの両方が照射口付近に導かれるため、照射口からより多くの原子を放出できる。
　本発明の原子線発生装置において、前記照射口は、前記放出面側から見たときに、前記第１磁場発生部のＮ極と前記第２磁場発生部のＳ極とを結ぶ直線と、前記第１磁場発生部のＳ極と前記第２磁場発生部のＮ極とを結ぶ直線と、の間に設けられていてもよい。こうした範囲には、第１磁場及び第２磁場によってより多くの陽イオンが導かれると考えられるため、そうした範囲に照射口を設けることで、照射口からより多くの原子を放出できると考えられる。
　本発明の原子線発生装置は、前記陽極として、前記放出面から離れた位置に配設された棒状の第１陽極と、前記放出面からさらに離れた位置に配設された棒状の第２陽極と、を備えているものとしてもよい。こうすれば、陰極から放出面に略平行な経路で陽極に向かって移動する電子の割合が多いため、照射口から放出される原子の数をより増加させることができる。
　本発明の接合装置は、上述した原子線発生装置を備えている。この接合装置では、原子線発生装置の照射口から放出される原子の数をより増加させることができるため、より短時間で接合できる。
　本発明の表面改質方法は、
　原子線を放出可能な照射口が設けられた放出面を有する筐体である陰極と、
　前記陰極の内部に配設され、前記陰極との間でプラズマを発生させる陽極と、
　を備えた原子線発生装置を用い、
　前記陰極内で生成した陽イオンを前記放出面に導くように、前記放出面側から第１磁場を第２磁場よりも上にして見たときの磁場の向きが前記第１磁場では左向きで前記第２磁場では右向きとなるように前記放出面に平行な前記第１磁場及び前記第２磁場を前記陰極内に発生させた状態で前記原子線を照射対象材に照射して前記照射対象材の表面を改質するものである。
　この表面改質方法では、原子線発生装置の放出面に平行で所定方向を向いた第１磁場及び第２磁場を発生させることで、筐体である陰極で発生し放出面に略平行な経路で陽極に向かって移動する電子が、磁場によってローレンツ力を受けて放出面に向けて移動するようになる。この電子の電荷に引き寄せられて陽イオンが放出面に導かれ、結果として、照射口からより多くの原子を放出できる。これにより、照射対象材の表面をより短時間で改質できる。改質には、例えば、清浄化、活性化、非晶質化、除去などが含まれる。
　本発明の接合方法は、上述した表面改質方法を用いて前記照射対象材としての第１部材及び第２部材の表面を改質する改質工程と、改質した面同士を重ね合わせて前記第１部材と前記第２部材とを接合する接合工程と、を含むものである。この接合方法では、第１部材及び第２部材の表面をより短時間で改質できるため、第１部材と第２部材とをより効率よく接合できる。
原子線発生装置１０の構成の概略を示す斜視図。 ヨーク６３の構成の概略を示す斜視図。 陰極２０の内部の構成の概略を示す斜視図。 原子線発生装置１０の構成の概略を示す正面図。 図４のＡ－Ａ断面図（陰極２０及びその内部のみ）。 陰極２０及びその内部を図５のＢ－Ｂ断面から見た断面図。 磁場を印加しない場合のプラズマの様子を示す説明図。 陰極２０の内部の構成の別例の概略を示す斜視図。 表面改質装置１００の構成の概略を示す説明図。 接合装置２００の構成の概略を示す断面図。 磁力線の様子を示すシミュレーション結果。 磁場の強さを示すシミュレーション結果。 実施例１及び比較例１の実験結果。 実施例２～１０の陽極間隔Ｐ及びヨーク位置Ｑの説明図。 実施例２～１０のウェハＷの処理深さの分布。 実施例２～１０のウェハＷの処理深さのグラフ。
　次に、本発明の好適な一実施形態を、図面を用いて説明する。
［原子線発生装置］
　図１は原子線発生装置１０の構成の概略を示す斜視図、図２はヨーク６３の構成の概略を示す斜視図、図３は陰極２０の内部の構成を概略を示す斜視図である。図３では、陰極２０の内壁面及び陰極２０の内壁面に存在する部分を破線で示した。また、図４は原子線発生装置１０の構成の概略を示す正面図、図５は図４のＡ－Ａ断面図（陰極２０及びその内部のみ）であり、図６は陰極２０及びその内部を図５のＢ－Ｂ断面から見た断面図である。なお、本実施形態において、左右方向、前後方向及び上下方向は、図１に示した通りとする。
　原子線発生装置１０は、筐体である陰極２０と、陰極２０の内部に配設された陽極４０と、磁場を陰極２０内に発生させる磁場発生部６０と、を備えている。原子線発生装置１０は、例えば、高速原子ビームガン（ＦＡＢガン）として用いられる。
陰極２０は、陽極４０との間でプラズマを発生させるものであり、図示しない直流電源の低電位側（接地側）に接続されている。陰極２０は、原子線を放出可能な照射口２３が設けられた放出面２２を有する箱状の部材であり、その内部にプラズマが発生する。陰極２０は、炭素材料が内張りされた金属製の水冷ジャケットで構成されている。陰極２０には、ガス管３０に接続されたガス導入口２４が設けられ、このガス導入口２４を通じてプラズマ生成に必要なガス（例えばアルゴンガス）が陰極２０内に導入される。照射口２３は、陰極２０の放出面２２の壁にあいた貫通孔であり、照射口２３の寸法や数、配置などは、陰極２０内の圧力（気圧）を安定なプラズマ生成に必要な圧力に保持でき、かつ、所望の範囲に所望量の原子線を照射できるように設定されている。
　陽極４０は、陰極２０内に配設され、陰極２０との間でプラズマを発生させるものであり、図示しない直流電源の高電位側に接続されている。この陽極４０は、放出面２２から離れた位置に配設された棒状の第１陽極４１と、放出面２２からさらに離れた位置に配設された棒状の第２陽極４２と、で構成されている。第１，２陽極４１，４２は、各々、陰極２０の外部に配設された支持部材４３，４４に片持ちで固定され、陰極２０の壁に設けられた図示しない貫通口から陰極２０の内部に挿入されている。この貫通口は、図１の前後方向に伸びる長穴であり、第１，２陽極４１，４２が陰極２０の所定の位置に配設されたのちに図示しない絶縁材料で封止されている。この絶縁材料により、第１陽極４１と陰極２０の壁との間や第２陽極４２と陰極２０の壁との間の絶縁が確保されている。支持部材４３は陰極２０の背面に固定された移動軸４７に沿って前後に移動する移動部材４５に固定されており、支持部材４４は陰極２０の背面に固定された移動軸４８に沿って前後に移動する移動部材４６に固定されている。移動部材４５，４６を前後に移動させることにより、第１，２陽極４１，４２の位置や両者の間隔を変化させることができる。この陽極は、炭素材料で構成されている。
　磁場発生部６０は、陰極２０内で生成した陽イオンを放出面２２に導くように放出面２２に平行な磁場Ｂ１，Ｂ２を陰極２０内に発生させるものである。この磁場発生部６０は、第１磁場Ｂ１を発生させる第１磁場発生部６１と第２磁場Ｂ２を発生させる第２磁場発生部６２とを備えおり、第１磁場発生部６１及び第２磁場発生部６２は、各々異なるヨーク６３で構成されている。磁場発生部６０では、放出面２２側から第１磁場Ｂ１を第２磁場Ｂ２よりも上にして見たときの磁場の向きが第１磁場Ｂ１では左向きで第２磁場Ｂ２では右向きとなるように放出面２２に平行な第１磁場Ｂ１及び第２磁場Ｂ２を陰極２０内に発生させる。
　ヨーク６３は、図２に示すように、鉄製の本体６４と、本体６４の途中に配設されたネオジム製の２つの永久磁石６９とを備えている。また、本体６４の左右両側には、肩６５で直角下向きに曲がった上腕６６、上腕６６から肘６７で直角内向きに曲がった前腕６８とが設けられている。これらも本体６４と同様に鉄製である。上腕６６は鉛直方向、前腕は水平方向を向いている。一方、前腕６８の端部はＮ極側端部６３Ｎ、もう一方の前腕６８の端部はＳ極側端部６３Ｓであり、両者は同じ高さ（上下方向の位置が同じ）で所定の間隔をあけて互いに向かい合っている。第１磁場発生部６１を構成するヨーク６３のＮ極側端部及びＳ極側端部を、それぞれＮ極側端部６１Ｎ、Ｓ極側端部６１Ｓと称する。また、第２磁場発生部６２を構成するヨーク６３のＮ極側端部及びＳ極側端部を、それぞれＮ極側端部６２Ｎ、Ｓ極側端部６２Ｓと称する。
　第１磁場発生部６１を構成するヨーク６３は、本体６４が陰極２０の外部上方に配設され、Ｎ極側端部６１Ｎが右側から、Ｓ極側端部６１Ｓが左側から、陰極２０内に挿入されている。第２磁場発生部６２を構成するヨーク６３は、本体６４が陰極２０の外部下方に配設され、Ｎ極側端部６２Ｎが左側から、Ｓ極側端部６２Ｓが右側から、陰極２０内に挿入されている。これにより、陰極２０の外部に配設された永久磁石６９の磁力を陰極２０内に導くことができる。Ｎ極側端部６１ＮとＳ極側端部６１Ｓとの間の領域や、Ｎ極側端部６２ＮとＳ極側端部６２Ｓとの間の領域では、Ｎ極側端部からＳ極側端部に向けて真っ直ぐな磁場Ｂ１，Ｂ２が発生する（図５，６参照）。
　第１磁場発生部６１と第２磁場発生部６２とは、ヨーク６３による上述した真っ直ぐな磁場Ｂ１，Ｂ２が、放出面２２側からみたときに陽極４０から離れた位置に陽極４０を挟むように、また、放出面２２に平行になるように、配設されている（図６参照）。また、第１磁場発生部６１では、図５の紙面手前から紙面奥に向かう第１磁場Ｂ１を発生させ、第２磁場発生部６２では、図５の紙面奥から紙面手前に向かう第２磁場Ｂ２を発生させるように、Ｓ極とＮ極とが配設されている。これにより、図５に示すように、陰極２０から放出された電子にローレンツ力が働き、電子は放出面２２や放出面２２に設けられた照射口２３に向かって移動する。
　また、第１磁場発生部６１及び第２磁場発生部６２は、磁場を印加しない場合にプラズマが発生するプラズマ領域８０と陰極２０の壁との間に存在するシース領域８１（図７参照）に、放出面２２に平行な磁場Ｂ１，Ｂ２を発生させるように配設されている。ここで、図７を用いて、プラズマ領域８０及びシース領域８１について説明する。磁場を印加しない場合に陰極２０と陽極４０との間に生成するプラズマは、図７に示すように、第１陽極４１の軸及び第２陽極４２の軸を含む仮想平面Ｐ１を挟んで対称で、かつ、第１陽極４１及び第２陽極４２からの距離が等しく放出面２２に平行な仮想平面Ｐ２を挟んで対称に形成されている。また、このプラズマは、プラズマ領域８０と、シース領域８１とを有している。シース領域８１はプラズマ領域８０と陰極２０の壁との間の領域である。シース領域８１は、基本的にはプラズマ領域よりも暗い。シース領域８１は、例えば、プラズマ領域８０の周囲に存在し第１暗部８２と、第１暗部８２の周囲に存在し第１暗部８２よりも明るい明部８３と、明部８３の周囲に存在することがあり明部８３よりも暗い第２暗部８４とで形成されている。磁場Ｂ１，Ｂ２は、シース領域８１のうち、プラズマ領域８０寄りに印加されていることが好ましく、例えば、第１暗部８２や、明部８３などに印加されていることがより好ましい。陰極２０内部のＡ－Ａ断面に平行な断面では、他の断面でも、磁場を印加しない場合には同様のプラズマが観察される。
　第１磁場発生部６１を構成するヨーク６３は、陰極２０の左右両端に固定されたＣ字状部材７０に、Ｃ字状部材の上側の左右の腕部７１を左右の腕で抱えるようにして係止されている。また、第２磁場発生部６２を構成するヨーク６３は、陰極２０の左右両端に固定されたＣ字状部材７０に、Ｃ字状部材の下側の左右の腕部７１を左右の腕で抱えるようにして係止されている。Ｃ字状部材７０は、腕部７１が水平方向を向き、Ｃ字の開いた部分が前を向くように陰極２０に固定されている。ヨーク６３は、Ｃ字状部材の腕部７１に沿って前後方向に移動可能であり、ヨーク６３を放出面２２に近づけたり、放出面２２から遠ざけたりすることができる。ヨーク６３が所望の位置に配設されると、固定部材７２によってその位置が固定される。
　次に、原子線発生装置１０を用いて処理対象材としてのウェハの表面を改質する表面改質方法（表面改質体の製造方法）について、表面改質装置１００を用いる場合を例として説明する。ここでは、照射する原子がアルゴン原子である場合について説明する。図９は、表面改質装置１００の構成の概略を示す説明図である。表面改質装置１００は、チャンバー１１０と、載置台１２０と、原子線発生装置１０と、を備えている。チャンバー１１０は、内部を環境から密閉する真空容器である。チャンバー１１０には排気口１１２が設けられ、排気口１１２に図示しない真空ポンプが接続されており、排気口１１２を介してチャンバー１１０の内部の気体が排出される。原子線発生装置１０は、載置台１２０に載置されたウェハＷに向けて原子線を照射できる位置に配設されている。
　この表面改質方法では、まず、ウェハＷを載置台１２０にセットし、チャンバー１１０の内部を真空雰囲気とする。その際、排気口１１２からの排気を調整しながら原子線発生装置１０にアルゴンガスを導入し、チャンバー１１０内及び原子線発生装置１０内を所定の圧力にする。チャンバー１１０内の圧力は、例えば１Ｐａ程度が好ましく、原子線発生装置１０内の圧力は３Ｐａ以上が好ましい。原子線発生装置１０内の圧力は、照射口２３による圧損や、アルゴンガスの導入量、チャンバー１１０内の圧力のバランスによって決まる。そこで、例えば、チャンバー１１０の内部を１Ｐａに保ったまま、原子線発生装置１０内の圧力が３Ｐａ以上になるように、アルゴンガスの導入量を調整してもよい。なお、チャンバー１１０の内部を１Ｐａに保ったまま原子線発生装置１０内の圧力を４Ｐａとするときのアルゴンガス導入量は、一例では６０ｓｃｃｍ程度である。但し好適な圧力とアルゴン導入量は、真空排気能力や照射口での圧損により異なるため、適宜変更すればよい。
　次に、原子線発生装置１０の陰極２０と陽極４０との間に直流電源を用いて高電圧を印加する。これにより、原子線発生装置１０内に、陰極２０と陽極４０との間の高電場によって、アルゴンイオンを含むプラズマが生成し、その後プラズマが安定化する。設定した電流に応じ、原子線発生装置１０の陰極２０と陽極４０との間の距離や、原子線発生装置１０内のガス圧力、印加する電圧は決まる。電流は、電子やプラズマ中のアルゴンイオン（Ａｒ+やＡｒ2+）を介して流れる。
　プラズマに含まれるアルゴンイオンは正電荷を持つため、電場に沿って陰極２０の中心部から陰極２０に向かって、放射状に運動する。そのうち、照射口２３に達したアルゴンイオンのビームのみが、照射口２３で近傍の電子との衝突により電気的に中和されて（Ａｒ+＋ｅ-→ＡｒやＡｒ2+＋２ｅ-→Ａｒ）、中性原子のビームとして、原子線発生装置１０から放出される。ここで、陰極２０の内表面で発生した電子は、陽極４０に向かって運動するが、フレミングの左手の法則に従って磁場Ｂ１，Ｂ２の作用によって放出面２２に向けて移動するようになる（図５参照）。この電子の電荷に引き寄せられたアルゴンイオンが放出面２２に導かれ、結果として、照射口２３から放出されるアルゴン原子の数が増加する。こうして、原子線発生装置１０では、より多くのアルゴン原子を照射することができる。
　こうして、ウェハに向けて原子線発生装置１０からアルゴン原子の原子線を照射すると、ウェハの表面に形成された酸化物等が除去されたり、ウェハの表面に付着している不純物が除去されたり、結合が切れて活性化したり、非晶質化したりして、表面が改質され、表面改質体が得られる。
　以上説明した原子線発生装置１０及びそれを用いた表面改質方法では、放出面２２に平行で所定方向を向いた第１磁場Ｂ１及び第２磁場Ｂ２を発生させることで、陰極２０で発生し陽極４０に向かって移動する電子が、磁場Ｂ１，Ｂ２によって放出面２２に向けて移動するようになる。この電子の電荷に引き寄せられて陽イオンが放出面２２に導かれ、結果として、照射口２３から多くの原子を放出できるため、ウェハＷの処理時間が短縮され、ウェハＷの表面を効率よく改質できる。また、磁場Ｂ１，Ｂ２によって陽イオンが放出面２２に導かれるため、陰極２０や陽極４０に衝突する陽イオンを減らすことができ、陰極２０や陽極４０がスパッタされるのを抑制できると考えられる。これにより、原子線発生装置１０の寿命が長くなるし、陰極２０や陽極４０がスパッタされて生じたスパッタ粒子によってウェハが汚染されることを抑制できる。また、放出面２２に平行な磁場Ｂ１，Ｂ２を発生させることで、プラズマの位置や状態が好適になるため、照射口２３から放出される原子の数を増加させることができると考えられる。
　また、放出面２２側から見たときに陽極４０から離れた位置に陽極４０を挟むように磁場Ｂ１，Ｂ２を発生させるため、陽極４０を挟んだ両側の陰極２０で発生した電子を、磁場Ｂ１，Ｂ２によって放出面２２に向けて移動させることができる。これにより、照射口から放出される原子の数をより増加させることができる。
　また、陰極２０の内部空間のうち、放出面２２寄りに磁場発生部６０が配設されているため、照射口から放出される原子の数をより増加させることができる。
　また、放出面２２から離れた位置に配設された棒状の第１陽極４１と、放出面２２からさらに離れた位置に配設された棒状の第２陽極４２と、を備えているため、陰極から放出面２２に略平行な経路で陽極に向かって移動する電子の割合を増やすことができる。これにより、照射口から放出される原子の数をより増加させることができる。
　また、陽極４０は、放出面２２に垂直な所定の仮想平面Ｐ０で面対称となるように配設され、棒状の第１陽極４１と棒状の第２陽極４２とを備え、第１陽極４１及び第２陽極４２の軸は仮想平面Ｐ０に平行であり、磁場発生部６０は、仮想平面Ｐ０を挟むように第１磁場Ｂ１及び第２磁場Ｂ２を発生させる。このため、放出面に略平行な経路で陰極から陽極に向かって移動する電子のうちのより多くの電子が第１磁場や第２磁場に入射するため、より多くの電子を放出面に向けて移動させることができる。また、第１陽極４１及び第２陽極４２は、軸が仮想平面Ｐ０上に位置するように配設されるため、第１陽極４１には第１陽極４１の両側の陰極２０から電子が移動し、第２陽極４２には第２陽極４２の両側の陰極２０から電子が移動するため、より多くの電子を第１磁場４１や第２磁場４２に入射させることができる。
　また、照射口２３は、仮想平面Ｐ０が横切る位置に設けられているため、第１磁場Ｂ１によって放出面２２に導かれる陽イオン及び第２磁場Ｂ２によって放出面２２に導かれる陽イオンの両方が照射口２３付近に導かれるため、照射口２３からより多くの原子を放出できる。
　また、照射口２３は、放出面２２側から見たときに、第１磁場発生部６１のＮ極と第２磁場発生部６２のＳ極とを結ぶ直線と、第１磁場発生部６１のＳ極と第２磁場発生部６２のＮ極とを結ぶ直線と、の間の領域を含むように設けられている。こうした範囲には、第１磁場Ｂ１及び第２磁場Ｂ２によってより多くの陽イオンが導かれると考えられるため、そうした範囲に照射口２３を設けることで、照射口２３からより多くの原子を放出できると考えられる。
　なお、本発明の原子線発生装置及び表面改質方法は、上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
　例えば、陰極２０は、上述したものに限定されず、プラズマを所望の範囲に安定に生成し、電子を運動させる所望の電場を生成するように、陽極の形状、寸法、配置、照射対象材の形状、寸法、配置等に応じて適宜構成すればよい。また、陽極４０は、上述したものに限定されず、プラズマを所望の範囲に安定に生成し、電子を運動させる所望の電場を生成するように、陰極の形状、寸法、配置、照射対象材の形状、寸法、配置等に応じて適宜構成すればよい。なお、所望の電場とは、磁場発生部６０による磁場が作用しやすいように電子が運動するような電場である。
　上述した実施形態では、陰極２０は箱状としたが、筒状などとしてもよい。筒状の場合、照射口は筒面に設けられていてもよいし、筒底面に設けられていてもよい。陰極２０の形状や寸法は、プラズマを所望の範囲に安定に生成できるような内部空間を有するものが好ましく、陽極の形状、寸法、配置、照射対象材の形状、寸法、配置等に応じて適宜設定すればよい。
　上述した実施形態では、陰極２０は、炭素材料が内張りされた金属製の水冷ジャケットで構成されているものとしたが、金属製の水冷ジャケットを省略してもよいし、炭素材料以外の材料を用いてもよい。炭素材料以外の材料としては、導電性を有し、陽イオン（例えばアルゴンイオン）のスパッタに耐久性がある材料が好ましく、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、それらの化合物、それらの合金のいずれかに例示される。より具体的には、タングステン（Ｗ）、タングステン合金（Ｗ合金）、炭化タングステン（ＷＣ）、モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン合金（Ｍｏ合金）、ほう化チタン（ＴｉＢ）が挙げられる。また、陰極２０の炭素材料の表面が、陽イオンのスパッタに耐久性がある上述した材料で被覆されていてもよい。
　上述した実施形態では、陰極２０の照射口２３は、陰極２０のうちの一面に設けられたものとしたが、陰極２０のうちの複数の面に設けられていてもよい。正方形の照射口２３が等間隔で設けられているものとしたが、照射口の形状は、例えば円形や楕円形、多角形としてもよいし、等間隔で設けられていなくてもよい。これらを調整することで、原子線の照射の分布を変化させることもできる。
　上述した実施形態では、陰極２０内にアルゴンガスを導入する場合について主に説明したが、陰極２０内に導入するガスは、プラズマを形成するガスであればアルゴンに限定されないが、不活性ガスが好ましい。不活性ガスは、例えばヘリウム、ネオン、キセノンなどとしてもよい。
　上述した実施形態では、陽極４０において、第２陽極４２は第１陽極４１よりも放出面２２から離れた位置に配設されたものとしたが、第１陽極４１と第２陽極４２とは放出面２２から同じ距離だけ離れた位置に配設されていてもよい。その場合、第１陽極４１と第２陽極４２は、上下方向に離れた位置に配設される。また、第１陽極４１と第２陽極２２とは、両者が平行で、放出面２２から見たときに両者が重なるように配設されているものとしたが、両者は平行でなくてもよいし、放出面２２から見たときに両者が重ならなくてもよい。また、第１陽極４１及び第２陽極４２は、放出面２２に平行に配設されているものとしたが、放出面２２に垂直に配設されていてもよいし、放出面２２に対して傾斜して配設されていてもよい。また、第１陽極４１及び第２陽極４２の軸は仮想平面Ｐ０に平行としたが、仮想平面Ｐ０に垂直でもよいし、仮想平面Ｐ０に対して傾斜していてもよい。また、第１陽極４１及び第２陽極４２は、丸棒としたが、断面形状は丸に限定されず、楕円や、多角形などとしてもよいし、凹凸のある形状としてもよい。また、第１陽極４１及び第２陽極４２の２本の棒状陽極を用いるものとしたが、棒状陽極の数は特に限定されない。
　上述した実施形態では、陽極４０は、棒状の第１陽極４１と棒状の第２陽極４２とを備えているものとしたが、図８に示すように環状陽極５０を備えていてもよい。なお、図８では、環状陽極５０を水平に配設することによって、環の外径の一端が放出面２２から離れた位置に配設され環の外径の他端が放出面２２からさらに離れた位置に配設されたものとしたが、環状陽極５０を垂直に配設してもよいし、傾けて配設してもよい。また、図８では、環状陽極５０は、放出面２２から見たときに環の外径の一端と他端とが重なるように配設されているものとしたが、放出面２２から見たときに両者が重ならなくてもよい。
　上述した実施形態では、陽極４０は、炭素材料で構成されているものとしたが、炭素材料以外の材料を用いてもよい。炭素材料以外の材料としては、導電性を有し、陽イオン（例えばアルゴンイオン）のスパッタに耐久性がある材料が好ましく、陰極２０で例示したものが挙げられる。また、陽極４０の炭素材料の表面が、陽イオンのスパッタに耐久性がある材料で上述した材料で被覆されていてもよい。
　また例えば、磁場発生部６０は、上述したものに限定されず、筐体２１内で生成した陽イオンを放出面２２に導くような、放出面２２に平行な方向の磁場が得られるように適宜構成すればよい。磁場の強さは、電子の運動を所望量だけ変化させられるように設定すればよい。
　上述した実施形態では、磁場発生部６０は第１磁場発生部６１と第２磁場発生部６２とを備えているものとしたが、新たな磁場発生部を追加してもよい。各磁場発生部が発生させる磁場の強さは、同じでも異なってもよい。また、磁場発生部６０は、陰極２０の内部空間のうち、放出面２２とその反対側の面との中央に配設されているものとしたが、放出面２２寄りに配設されていてもよいし、放出面２２とは反対側の面よりに配設されていてもよい。放出面２２寄りに配設されているものでは、照射口２３から放出される原子の数をより増加させることができる。また、磁場発生部６０は、放出面２２に平行な磁場Ｂ１，Ｂ２をシース領域８１に発生させるものとしたが、プラズマ領域８０に発生させてもよい。なお、プラズマ領域８０に発生させる場合、図７の好適領域内、すなわち、シース領域８１に近い領域に発生させることが好ましい。
　上述した実施形態では、磁場発生部６０は、ヨーク６３で構成されているものとしたが、ヨーク６３を省略してヨークのＮ極側端部とＳ極側端部の位置に各々磁石のＮ極とＳ極を配設してもよい。また、磁場発生部６０ではヨーク６３に代えて又は永久磁石６９に代えて電磁石を備えたものとしてもよい。電磁石を利用すれば、磁場の強さの調整が容易であり、また、磁場の強さを経時的に変化させることもできる。このため、電圧・電流・ガス量・陰極２０内の圧力などに応じて、より適切な磁場を加えることができる。
　上述した実施形態では、磁場発生部６０において、ヨーク６３の永久磁石６９以外の構成は、鉄製のもとのしたが、磁性体であればとくに限定されず、鋼などとしてもよい。また、永久磁石６９は、ネオジム磁石としたが、サマリウムコバルト磁石などとしてもよい。ネオジム磁石はより強い磁場を印加できるため好ましい。一方、原子線発生装置１０の温度が３００℃以上などの高温となる場合には、キュリー温度が７００～８００℃と高いサマリウムコバルト磁石が好ましい。
　上述した実施形態では、陽極４０や磁場発生部６０は、移動可能なものとしたが、固定されていてもよい。
　上述した実施形態では、表面改質方法は、原子線発生装置１０を用いてウェハの表面を改質するものとしたが、磁場発生部６０を省略した原子線発生装置１０を用いてもよい。この場合、別途準備した磁石や磁場発生装置等を用いて、陰極２０内で生成した陽イオンを放出面２２に導くように放出面２２に平行な磁場Ｂ１，Ｂ２を陰極２０内に発生させ、その状態で、原子線をウェハに照射してウェハの表面を改質すればよい。
［接合装置］
次に、上述した原子線発生装置１０を用いた接合装置２００について説明する。図１０は、接合装置２００の構成の概略を示す断面図である。この接合装置２００は、常温接合装置として構成されているものとしてもよい。
　接合装置２００は、チャンバー２１０と、第１載置台２２０と、第２載置台２３０と、第１原子線発生装置２７０と、第２原子線発生装置２８０と、を備えている。
　チャンバー２１０は、内部を環境から密閉する真空容器である。チャンバー２１０には排気口２１２が設けられ、排気口２１２に真空ポンプ２１４が接続されており、排気口２１２を介してチャンバー２１０の内部の気体が排出される。
　第１載置台２２０は、チャンバー２１０の底面に配設されている。第１載置台２２０は、その上面に誘電層を備え、その誘電層とウェハＷ１との間に電圧を印加し、静電力によってウェハＷ１をその誘電層に吸着する静電チャックとして構成されている。
　第２載置台２３０は、チャンバー２１０内の第１載置台２２０に対向する位置に配設されており、圧接機構２３４に接続された支持部材２３２によって、鉛直方向に移動可能に支持されている。圧接機構２３４の動作によって、第２載置台２３０は、ウェハＷ２に原子線を照射するための照射位置から、ウェハＷ２をウェハＷ１に押しつけて接合するための接合位置に移動したり、接合位置から照射位置に移動したりする。第２載置台２３０は、その下面に誘電層を備え、その誘電層とウェハＷ２との間に電圧を印加し、静電力によってウェハＷ２をその誘電層に吸着する静電チャックとして構成されている。
　第１原子線発生装置２７０は、上述した原子線発生装置１０と同様に構成されている。第１原子線発生装置２７０は、第１載置台２２０に載置されたウェハＷ１に向けて原子線を照射できる位置に配設されている。
　第２原子線発生装置２８０は、上述した原子線発生装置１０と同様に構成されている。第２原子線発生装置２８０は、第２載置台２３０が照射位置にあるときに、第２載置台２３０に載置されたウェハＷ２に向けて原子線を照射できる位置に配設されている。
　次に、接合装置２００を用いて照射対象材であるウェハＷ１（第１部材）とウェハＷ２（第２部材）とを接合する接合方法（接合体の製造方法）について説明する。ここでは、照射する原子がアルゴン原子である場合について説明する。この接合方法は、（ａ）改質工程、（ｂ）接合工程、を含む。
（ａ）改質工程
　この工程では、まず、ウェハＷ１を第１載置台２２０にセットし、ウェハＷ２を第２載置台２３０にセットし、チャンバー２１０の内部を真空雰囲気とする。その際、排気口２１２からの排気を調整しながら、第１，２原子線発生装置２７０，２８０にアルゴンガスを導入し、チャンバー２１０内及び第１，２原子線発生装置２７０，２８０内を所定の圧力にする。チャンバー内の圧力や、第１，２原子線発生装置２７０，２８０内の圧力は、上述した表面改質方法と同様とすることができる。
　次に、第２載置台２３０が照射位置にない場合には圧接機構２３４によって第２載置台を照射位置に移動させる。そして、第１，２原子線発生装置２７０，２８０の陰極２０と陽極４０との間に直流電源を用いて高電圧を印加する。印加する電流や電圧は、上述した表面改質方法と同様とすることができる。こうして、上述した表面改質方法と同様に、第１，２原子線発生装置２７０，２８０では、より多くのアルゴン原子を照射することができる。
　こうして、第１載置台２２０に載置されたウェハＷ１に向けて原子線発生装置２７０から原子線を照射し、第２載置台２３０に載置されたウェハＷ２に向けて原子線発生装置２８０からアルゴン原子の原子線を照射する。アルゴン原子が照射された面では、ウェハＷ１，Ｗ２の表面に形成された酸化物等が除去されたり、ウェハＷ１，Ｗ２の表面に付着している不純物が除去されたりして、表面が改質され、各々の表面改質体が得られる。
（ｂ）接合工程
　この工程では、圧接機構２３４を動作させて第２載置台２３０を接合位置まで移動させて、ウェハＷ１，Ｗ２の改質した面同士を重ねあわせる。これにより、第１ウェハＷ１と第２ウェハＷ２とが接合され、接合体が製造される。
　以上説明した接合装置２００及びそれを用いた接合方法では、上述した原子線発生装置１０や表面改質方法を用いるため、これらと同様の効果が得られる。そして、この接合方法では、第１部材及び第２部材の表面をより短時間で改質できるため、第１部材と第２部材とをより効率よく接合できる。
　なお、本発明の接合装置２００及びそれを用いた接合方法は、上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
　例えば、接合装置２００は、第１原子線発生装置２７０と第２原子線発生装置２８０の２つの原子線発生装置を備えているものとしたが、原子線発生装置を１つだけ備えていてもよい。この場合、例えば、原子線発生装置を移動させたり、第１，２載置台２２０，２３０の少なくとも一方を移動させたりして、ウェハＷ１の表面改質とウェハＷ２の表面改質とを順次行うようにすればよい。また、原子線発生装置を３つ以上備えていてもよい。複数の原子線発生装置で１枚のウェハの表面改質を行うことで、より短時間で表面改質を行うことができる。複数の原子線発生装置で１枚のウェハの表面改質を行う場合、原子線発生装置毎にウェハ表面の異なる領域を表面改質するものとしてもよい。また、第１原子線発生装置２７０及び第２原子線発生装置２８０は、原子線発生装置１０と同様に構成されているものとしたが、上述した他の態様の原子線発生装置と同様に構成されているものとしてもよい。
　上述した実施形態では、接合方法は、接合装置２００を用いてウェハＷ１とウェハＷ２とを接合するものとしたが、接合装置２００を用いなくてもよい。例えば、改質工程では、磁場発生部６０を備えた原子線発生装置２７０，２８０を用いてウェハＷ１，Ｗ２の表面を改質するものとしたが、磁場発生部６０を省略した原子線発生装置を用いてもよい。この場合、別途準備した磁石や磁場発生装置等を用いて、陰極２０内で生成した陽イオンを放出面２２に導くように放出面２２に平行な磁場Ｂ１，Ｂ２を陰極２０内に発生させ、その状態で、原子線をウェハに照射してウェハの表面を改質すればよい。例えば、接合工程では、圧接機構２３４を動作させて第２載置台２３０を接合位置まで移動させて、ウェハＷ１，Ｗ２の改質した面同士を重ねあわせたが、圧接機構２３４等を用いることなくウェハＷ１，Ｗ２の改質した面同士を重ねあわせてもよい。
　以下には、原子線発生装置１０を用いてウェハＷにアルゴン原子の原子線を照射した例について、実施例として説明する。なお、本発明は、以下の実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
１．磁場を印加しない原子線発生装置との比較
［実施例１］
　図９に示すように、原子線発生装置１０（図１～６参照）を用い、チャンバー１１０内で、ウェハＷにアルゴンの原子線を照射し、酸化膜の除去プロファイルを測定した。なお、ウェハＷとしては、あらかじめ酸化膜を付与した４インチのＳｉウェハから１／４を切り出したものを用い、載置台１２０ではなく床面に載置した。チャンバー内の圧力は１．２Ｐａとした。電極間に印加する電流は１００ｍＡ、電圧は７５０ｍＶとし、Ａｒ流量は８０ｓｃｃｍとし、Ａｒの照射時間は１時間とした。なお、ここでは、原子線発生装置１０や載置台１２０を固定した状態で処理を行った。ヨーク６３は、永久磁石６９以外が鉄製で、永久磁石６９が４５０ｍＴのネオジム製であるものとした。この原子線発生装置１０で発生する磁場のシミュレーション結果を図１１，１２に示す。図１１は磁力線の様子を示すシミュレーション結果であり、図１２は電場の強さを示すシミュレーション結果である。図１２では、図の右側に示すように、磁場が１０ｍＴを基準として、磁場が強くなるほど、あるいは磁場が弱くなるほど、濃淡が濃く示されている。なお、図１２では、左右両端部と、中央部と、中央部の上方及び下方で中央部から離れた部分の磁場が弱く、それ以外の部分の磁場が強い。作用点での磁場の強さをテスラメーターで実測した結果は２５～４０ｍＴであった。実施例１では、陽極間隔Ｐ及び磁場の印加位置Ｑは、後述する実施例２と同じとした。
［比較例１］
　原子線発生装置１０に代えて、磁場を印加しない従来の原子線発生装置を用いた以外は、実施例１と同様とした。なお、実施例１で用いた原子線発生装置では、放出面に平行な面を挟んで２本の陽極が対向するように陽極を配設したが、比較例１で用いた原子線発生装置では、放出面に垂直な面を挟んで２本の陽極が対向するように陽極を配設した。
［実験結果］
　図１３に、実施例１及び比較例１の実験結果を示す。膜厚分布は、ウェハＷの酸化膜の膜厚分布であり、濃淡の濃い部分ほど膜厚が薄く、酸化膜が多く除去されている。また、膜厚グラフは、膜厚分布の図の破線で示された断面でのウェハＷの酸化膜の膜厚を示すグラフである。図１３より、放出面の面に平行な方向に磁場を印加した実施例１では、磁場を印加していない比較例よりも、多くのアルゴン原子を放出面から放出でき、酸化膜を多く除去できることがわかった。原子線発生装置１０では、陰極から放出され、磁場によって放出面に向かう方向に運動方向が変えられた電子ｅ-の電荷に引き寄せられてアルゴンイオンが放出面に向けて移動するため、より多くのアルゴン原子を放出面から放出することができたと推察された。
　ところで、磁場を印加しない場合には、比較例１のように、一方の陽極側と他方の陽極側とでほぼ対称となるようにプラズマが形成される。一方、実施例１では、放出面寄りにプラズマが形成されている。これは、アルゴンイオンが放出面側に多く存在していることを示していると推察される。例えば、電子ｅ-の運動方向が磁場によって放出面に向かう方向に変化し、その電子にアルゴンイオンが引き寄せられたり、その電子との衝突によりアルゴン原子がイオン化されたりして、放出面側のアルゴンイオン濃度が高まったと推察される。このように、実施例１では、アルゴンイオンが放出面側に多く存在していることにより、多くのアルゴン原子を放出面から放出できると考えられる。なお、実施例１のプラズマの様子の図では、ヨークや陽極支持部に隠れてプラズマの全体が現れていないが、ヨークや陽極支持部のない左右上方などにおいてもプラズマがほとんど見られないことから、プラズマが放出面寄りに形成されているといえる。
２．陽極間隔及び磁場の印加位置の検討
［実施例２～１０］
　図９に示すように、原子線発生装置１０を用い、チャンバー１１０内で、載置台１２０に載置したウェハＷにアルゴンの原子線を照射し、酸化膜の除去プロファイルを測定した。ウェハＷとしては、あらかじめ酸化膜を付与した３インチのＳｉウェハを用いた。チャンバー内の圧力は１．２Ｐａとした。電極間に印加する電流は１００ｍＡとし、Ａｒ流量は８０ｓｃｃｍとし、Ａｒの照射時間は１時間とした。作用点での磁場の強さをテスラメーターで実測した結果は２５～４０ｍＴであった。実施例２では、陽極間隔Ｐを１ｍｍ、ヨーク位置Ｑ（磁場の印加位置）を－１５ｍｍとした。陽極間隔Ｐは、陽極同士が最も近づく部分の距離である。ヨーク位置Ｑは、ヨークの中心の位置であり、陰極の内部空間の中央を基準（０ｍｍ）とし、放出面側にあるときをマイナス、放出面の反対側にあるときをプラスとした。
　実施例３では、陽極間隔Ｐを１８ｍｍとした以外は実施例２と同様とした。実施例４では、陽極間隔Ｐを３２ｍｍとした以外は、実施例２と同様とした。
　実施例５では、ヨーク位置Ｑを０ｍｍとした以外は、実施例２と同様とした。実施例６では、陽極間隔Ｐを１８ｍｍとした以外は実施例５と同様とした。実施例７では、陽極間隔Ｐを３２ｍｍとした以外は実施例５と同様とした。
　実施例８では、ヨーク位置Ｑを＋１５ｍｍとした以外は、実施例２と同様とした。実施例９では、陽極間隔Ｐを１８ｍｍとした以外は実施例８と同様とした。実施例１０では、陽極間隔Ｐを３２ｍｍとした以外は実施例８と同様とした。
［実験結果］
　図１４に実施例２～１０の陽極間隔Ｐ及びヨーク位置Ｑの説明図を示し、図１５に実施例２～１０のウェハＷの処理深さの分布を示し、図１６に実施例２～１０のウェハＷの処理深さのグラフを示す。なお、図１５では、処理深さは、図の右下部に示すように、中央値を５０としたときに、中央値よりも浅くなる（０に近づく）ほど、また中央値よりも深くなる（１００に近づく）ほど、濃淡が濃く示されている。図１５では、ウェハＷの中央部に向けて原子線を照射したため、ウェハＷの中央部ほど処理深さが深い。また、図１６では、右下部に示すＸ断面及びＹ断面での処理深さを示したが、両者に大きな違いは見られなかった。
　図１４～１６より、陽極間隔Ｐやヨーク位置Ｑによって、処理深さに差が見られることがわかった。実施例２～１０の中では、陽極間隔Ｐが最も狭くヨーク位置Ｑが放出面側にある実施例２が、アルゴン原子をより多く放出でき、好ましいことがわかった。また、ヨーク位置Ｑが放出面側や中央にある実施例２～７においては、電極間隔Ｐが近いほど、アルゴン原子をより多く放出でき、好ましいことがわかった。一方、ヨーク位置Ｑが放出面から離れた位置にある実施例８～１０においては、電極間隔Ｐが１８ｍｍ程度である場合に、アルゴン原子をより多く放出でき、好ましいことがわかった。
  本出願は、２０１８年４月２６日に出願された日本国特許出願第２０１８－８４９６１号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。
　本発明は、原子線を用いて材料の表面を改質したり、改質した表面同士を接合したりする技術の分野、例えば半導体製造分野などに利用可能である。
　１０　原子線発生装置、２０　陰極、２２　放出面、２３　照射口、２４　ガス導入口、３０　ガス管、４０　陽極、４１　第１陽極、４２　第２陽極、４３，４４　支持部材、４５，４６　移動部材、４７，４８　移動軸、５０　環状陽極、６０　磁場発生部、６１　第１磁場発生部、６２　第２磁場発生部、６３　ヨーク、６４　本体、６５　肩、６６　上腕、６７　肘、６８　前腕、６９　永久磁石、７０　Ｃ字状部材、７１　腕部、７２　固定部材、８０　プラズマ領域、８１　シース領域、８２　第１暗部、８３　明部、８４　第２暗部、８５　第３暗部、１００　表面改質装置、１１０　チャンバー、１１２　排気口、１２０　載置台、２００　接合装置、２１０　チャンバー、２１２　排気口、２１４　真空ポンプ、２２０　第１載置台、２３０　第２載置台、２３２　支持部材、２３４　圧接機構、２７０　第１原子線発生装置、２８０　第２原子線発生装置、Ｂ１　第１磁場、Ｂ２　第２磁場、Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２　仮想平面、Ｗ，Ｗ１，Ｗ２　ウェハ。

Claims (13)

  1. 　原子線を放出可能な照射口が設けられた放出面を有する筐体である陰極と、
    　前記陰極の内部に配設され、前記陰極との間でプラズマを発生させる陽極と、
    　第１磁場を発生させる第１磁場発生部と第２磁場を発生させる第２磁場発生部とを有し、前記放出面側から前記第１磁場を前記第２磁場よりも上にして見たときの磁場の向きが前記第１磁場では左向きで前記第２磁場では右向きとなるように前記放出面に平行な前記第１磁場及び前記第２磁場を前記陰極内に発生させて、前記陰極内で生成した陽イオンを前記放出面に導く磁場発生部と、
    　を備えた、原子線発生装置。
  2. 　前記磁場発生部は、前記放出面側から見たときに前記陽極から離れた位置に前記陽極を挟むように前記第１磁場及び前記第２磁場を発生させる、請求項１に記載の原子線発生装置。
  3. 　前記磁場発生部は、前記陰極の内部空間のうち、前記放出面寄りに配設されている、請求項１又は２に記載の原子線発生装置。
  4. 　前記陽極は、前記放出面に垂直な所定の仮想平面で面対称となるように配設され、
    　前記磁場発生部は、前記仮想平面を挟むように前記第１磁場及び前記第２磁場を発生させる、
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の原子線発生装置。
  5. 　前記陽極は、棒状の第１陽極と棒状の第２陽極とを備え、前記第１陽極及び前記第２陽極の軸は前記仮想平面に平行である、
    　請求項４に記載の原子線発生装置。
  6. 　前記第１陽極及び前記第２陽極は、軸が前記仮想平面上に位置するように配設される、
    　請求項５に記載の原子線発生装置。
  7. 　前記第１陽極及び前記第２陽極は、軸が前記放出面に平行である、
    　請求項５又は６に記載の原子線発生装置。
  8. 　前記照射口は、前記仮想平面が横切る位置に設けられている、
    　請求項４～７のいずれか１項に記載の原子線発生装置。
  9. 　前記照射口は、前記放出面側から見たときに、前記第１磁場発生部のＮ極と前記第２磁場発生部のＳ極とを結ぶ直線と、前記第１磁場発生部のＳ極と前記第２磁場発生部のＮ極とを結ぶ直線と、の間に設けられている、請求項４～８のいずれか１項に記載の原子線発生装置。
  10. 　前記陽極として、前記放出面から離れた位置に配設された棒状の第１陽極と、前記放出面からさらに離れた位置に配設された棒状の第２陽極と、を備えている、請求項１～３のいずれか１項に記載の原子線発生装置。
  11. 　請求項１～１０のいずれか１項に記載の原子線発生装置を備えた、接合装置。
  12. 　原子線を放出可能な照射口が設けられた放出面を有する筐体である陰極と、
    　前記陰極の内部に配設され、前記陰極との間でプラズマを発生させる陽極と、
    　を備えた原子線発生装置を用い、
    　前記陰極内で生成した陽イオンを前記放出面に導くように、前記放出面側から第１磁場を第２磁場よりも上にして見たときの磁場の向きが前記第１磁場では左向きで前記第２磁場では右向きとなるように前記放出面に平行な前記第１磁場及び前記第２磁場を前記陰極内に発生させた状態で前記原子線を照射対象材に照射して前記照射対象材の表面を改質する、
    　表面改質方法。
  13. 　請求項１２に記載の表面改質方法を用いて前記照射対象材としての第１部材及び第２部材の表面を改質する改質工程と、
    　改質した面同士を重ね合わせて前記第１部材と前記第２部材とを接合する接合工程と、
    　を含む、接合方法。
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