特開 2023-144786 陰極、高速原子ビーム線源、接合基板の製造方法、および、陰極の再生方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023144786

(43)【公開日】2023-10-11

(54)【発明の名称】陰極、高速原子ビーム線源、接合基板の製造方法、および、陰極の再生方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 3/02 20060101AFI20231003BHJP

   H01L 21/02 20060101ALI20231003BHJP

   G21K 1/00 20060101ALI20231003BHJP

   H05H 1/24 20060101ALI20231003BHJP

   G21K 1/14 20060101ALI20231003BHJP

【ＦＩ】

H05H3/02

H01L21/02 B

G21K1/00 A

H05H1/24

G21K1/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022051927

(22)【出願日】2022-03-28

(71)【出願人】

【識別番号】313001309

【氏名又は名称】株式会社サイコックス

(74)【代理人】

【識別番号】100134832

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧野 文雄

(74)【代理人】

【識別番号】100165308

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 俊明

(74)【代理人】

【識別番号】100115048

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 康弘

(74)【代理人】

【識別番号】100161001

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 篤司

(72)【発明者】

【氏名】岡田 治朗

【テーマコード（参考）】

2G084

2G085

【Ｆターム（参考）】

2G084AA03

2G084AA07

2G084AA13

2G084AA16

2G084BB26

2G084CC02

2G084DD12

2G084DD17

2G084DD21

2G084DD63

2G084FF02

2G084GG04

2G084GG07

2G084GG12

2G084GG13

2G084GG14

2G084GG15

2G084GG18

2G085BA02

2G085DA03

2G085EA08

(57)【要約】      （修正有）

【課題】高速原子ビーム線源からのパーティクルの放出を抑制する。
【解決手段】高速原子ビーム線源の陰極であって、前記陰極は６つの内面を有し、内部が中空の箱状であり、底面と上面と４つの側面とを備えるとともに、４つの前記側面のうち、対向する２組の前記側面の１組において、一方には前記陰極内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入口が設けられ、他方には前記陰極の外部に高速原子ビームを放出する粒子線放出口が設けられており、前記陰極の前記内面を構成する平面において、粘着材被覆領域を有し、前記粘着材被覆領域は前記高速原子ビーム線源の使用により発生するスパッタリングによる前記陰極部材の除去量よりも、スパッタ塵の再付着量の方が大きい領域であり、前記粘着材被覆領域は前記内面全体の面積に対して面積割合５％以上の領域であり、前記陰極の内面側に露出した前記粘着材の表面の粘着力が５Ｎ／２５ｍｍ～１５Ｎ／２５ｍｍである。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高速原子ビーム線源の陰極であって、
前記陰極は、６つの内面を有し、内部が中空の箱状であり、
６つの前記内面として、底面と、前記底面と対向する上面と、前記底面と前記上面とをつなぐ４つの側面と、を備えるとともに、６つの前記内面は、６枚の平板状の陰極部材から構成され、
４つの前記側面は、対向する前記側面同士が互いに平行であり、
４つの前記側面のうち、対向する２組の前記側面の１組において、一方には、前記陰極内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入口が設けられ、他方には、前記陰極の外部に高速原子ビームを放出する粒子線放出口が設けられており、
前記陰極部材は、４つの隅角部と、前記隅角部をつなぐ４つの辺で輪郭が構成された形状であり、
前記陰極の前記内面を構成する前記陰極部材の平面において、粘着材により被覆された粘着材被覆領域を有し、
前記粘着材被覆領域は、前記高速原子ビーム線源の使用により発生するスパッタリングによる前記陰極部材の除去量よりも、前記スパッタリングにより発生したスパッタ塵の再付着量の方が大きい領域であり、
前記粘着材被覆領域は、前記内面全体の面積に対して、面積割合５％以上の領域であり、
前記陰極の内面側に露出した前記粘着材の表面の粘着力が、５Ｎ／２５ｍｍ～１５Ｎ／２５ｍｍである、陰極。

【請求項2】

前記粘着材被覆領域が、前記隅角部を含む、請求項１に記載の陰極。

【請求項3】

前記陰極部材が、グラファイト製、グラッシーカーボン製、シリコン製、炭化ケイ素製のいずれかである、請求項１または２に記載の陰極。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の陰極と、
前記陰極の内部に設けられた陽極と、を備える、高速原子ビーム線源。

【請求項5】

第１の半導体基板と、第２の半導体基板とが積層した接合基板を製造する方法であって、
請求項４に記載の高速原子ビーム線源を用いて、前記第１の半導体基板の接合対象面と、前記第２の半導体基板の接合対象面に、高速原子ビームを真空中で照射する照射工程と、
前記高速原子ビームが照射された、前記第１の半導体基板の接合対象面と前記第２の半導体基板の接合対象面とを接触させて、接合界面を有する積層体を得る接触工程と、
を備える、接合基板の製造方法。

【請求項6】

前記接合工程で得られた前記積層体を熱処理して接合基板を得る熱処理工程をさらに備える、請求項５に記載の接合基板の製造方法。

【請求項7】

前記第１の半導体基板および前記第２の半導体基板が、それぞれ、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶基板、４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板、６Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板、ＳｉＣ多結晶基板のうちのいずれかである、請求項５または６に記載の接合基板の製造方法。

【請求項8】

前記高速原子ビームが、アルゴン、ネオン、キセノンのいずれかを含む、請求項５～７のいずれか１項に記載の接合基板の製造方法。

【請求項9】

請求項１～４のいずれか１項に記載の陰極を再生する方法であって、
高速原子ビーム線源に使用後の陰極を構成する陰極部材の前記粘着材被覆領域から、粘着材を除去する粘着材除去工程と、
前記粘着材を除去した前記陰極部材の前記粘着剤被覆領域を新しい粘着材により被覆する被覆工程と、を含む、陰極の再生方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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

【背景技術】

【0002】

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

【0003】

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

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１７／０３８４７６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述の高速原子ビーム線源（ＦＡＢガン、（Ｆａｓｔ Ａｔｏｍ Ｂｅａｍ））を用いた基板接合技術において、Ａｒ原子ビームとともに、高速原子ビーム線源内で生じたパーティクルの一部がガンから飛び出して基板に付着し、接合の阻害要因となることがある。すなわち、高速原子ビーム線源内において、Ａｒビームの一部が陰極筐体に照射されてスパッタリング現象が生じた結果、陰極筐体の破片に起因する粒子が発生して、これがパーティクルとなる。上述のように、このパーティクルがＡｒガスフローに乗って陰極の開口部から外部に飛び出して基板に付着すると、接合の阻害要因となりうる。

【0006】

さらに、高速原子ビーム線源の陰極の内面では、上述のスパッタリング現象とスパッタリングによって生じたパーティクルの再付着（以下、「リデポ」と称することがある。）が同時に起こっている。このようにスパッタリングによるパーティクルが堆積した堆積層はその厚みが増すほどに陰極の内面から剥離・落下しやすくなり、より大きなパーティクルとして高速原子ビーム線源から飛び出して、基板同士を接合する際に接合阻害が発生する大きな要因となる。

【0007】

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

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の陰極は、高速原子ビーム線源の陰極であって、前記陰極は、６つの内面を有し、内部が中空の箱状であり、６つの前記内面として、底面と、前記底面と対向する上面と、前記底面と前記上面とをつなぐ４つの側面と、を備えるとともに、６つの前記内面は、６枚の平板状の陰極部材から構成され、４つの前記側面は、対向する前記側面同士が互いに平行であり、４つの前記側面のうち、対向する２組の前記側面の１組において、一方には、前記陰極内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入口が設けられ、他方には、前記陰極の外部に高速原子ビームを放出する粒子線放出口が設けられており、前記陰極部材は、４つの隅角部と、前記隅角部をつなぐ４つの辺で輪郭が構成された形状であり、前記陰極の前記内面を構成する前記陰極部材の平面において、粘着材により被覆された粘着材被覆領域を有し、前記粘着材被覆領域は、前記高速原子ビーム線源の使用により発生するスパッタリングによる前記陰極部材の除去量よりも、前記スパッタリングにより発生したスパッタ塵の再付着量の方が大きい領域であり、前記粘着材被覆領域は、前記内面全体の面積に対して、面積割合５％以上の領域であり、前記陰極の内面側に露出した前記粘着材の表面の粘着力が、５Ｎ／２５ｍｍ～１５Ｎ／２５ｍｍである。

【0009】

本発明の陰極において、前記粘着材被覆領域が、前記隅角部を含んでもよい。

【0010】

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

【0011】

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

【0012】

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

【0013】

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

【0014】

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

【0015】

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

【0016】

本発明の陰極の再生方法は、高速原子ビーム線源に使用後の陰極を構成する陰極部材の前記粘着材被覆領域から、粘着材を除去する粘着材除去工程と、前記粘着材を除去した前記陰極部材の前記粘着剤被覆領域を新しい粘着材により被覆する被覆工程と、を含む。

【発明の効果】

【0017】

本発明の陰極であれば、本発明の陰極を高速原子ビーム線源に用いることにより、高速原子ビーム線源からのパーティクルの放出を抑制することができる。これにより、パーティクルが半導体基板の接合対象面に付着することが抑制され、半導体基板同士を接合するときに接合阻害が発生することを抑制して、接合基板の製造効率を高めることができる。

【0018】

本発明の高速原子ビーム線源であれば、本発明の陰極を備えることから、高速原子ビーム線源からのパーティクルの放出を抑制することができる。これにより、パーティクルが半導体基板の接合対象面に付着することが抑制され、半導体基板同士を接合するときに接合阻害が発生することを抑制して、接合基板の製造効率を高めることができる。

【0019】

本発明の接合基板の製造方法であれば、本発明の陰極を備える高速原子ビーム線源を用いて基板の接合対象面を照射することから、高速原子ビーム線源からのパーティクルの放出が抑制され、接合対象面にパーティクルが付着することを抑制することができる。これにより、基板同士を接合するときに接合阻害が発生することを抑制して歩留まりを改善することにより、接合基板の製造効率を高めることができる。

【0020】

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

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の一実施形態にかかる高速原子ビーム線源を模式的に示す斜視図である。

【図2】従来の高速原子ビーム線源を使用後の陰極を構成する陰極部材の内面の状態を模式的に示す平面図である。

【図3】実施例１において用いる陰極を構成する６枚の陰極部材の内面を模式的に示す平面図である。

【図4】実施例２において用いる陰極を構成する６枚の陰極部材の内面を模式的に示す平面図である。

【図5】実施例３において用いる陰極を構成する６枚の陰極部材の内面を模式的に示す平面図である。

【図6】実施例４において用いる陰極を構成する６枚の陰極部材の内面を模式的に示す平面図である。

【図7】比較例２において用いる陰極を構成する６枚の陰極部材の内面を模式的に示す平面図である。

【図8】本発明の一実施形態にかかる接合基板の製造方法を説明する図である。

【図9】本発明の一実施形態にかかる陰極の再生方法を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

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

【0023】

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

【0024】

図１に示す、本実施形態の高速原子ビーム線源５００は、陰極１００と、陰極１００の内部に設けられた陽極２００と、を備える。なお、本実施形態の高速原子ビーム線源５００、陰極１００、陽極２００において、図１における矢印Ｘ方向、矢印Ｙ方向、矢印Ｚ方向を、それぞれ、幅方向、奥行き方向、高さ方向とする。なお、図１においては、後述する粘着材が省略して図示されている。

【0025】

本実施形態の陰極１００は、６つの内面を有する、内部が中空の箱状である。例えば、陰極１００は、内寸が幅（図１のｗ）５６ｍｍ、奥行き（図１のｄ）が６４ｍｍ、高さ（図１のｈ）が１０２ｍｍの直方体状である。また、６つの内面として、底面１１０と、底面１１０と対向する上面１２０と、底面１１０と上面１２０とをつなぐ４つの側面１３０，１４０，１５０，１６０と、を備える。

【0026】

また、底面１１０と上面１２０は、ＸＹ平面に平行であり、側面１３０、１４０は対向しているとともにＸＺ平面に平行であり、側面１５０、１６０は対向しているとともにＹＺ平面に平行である。また、これらの６つの内面は、６枚の平板状の陰極部材１０３から構成されている。本実施形態においては、６枚の陰極部材１０３を箱状に組み立てることで陰極１００が形成されている。

【0027】

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

【0028】

本実施形態において、陽極２００は、陰極１００の内部に２本設けられており、陰極１００の内部には絶縁部材（不図示）を介して固定されている。また、陽極２００の形状は、断面の直径が１０ｍｍ、高さ寸法は陰極１００の高さとほぼ同じ円柱状である。陽極２００は、円形の断面がＸＹ平面に平行であり、かつ、円柱の中心軸がＺ方向と平行である。また、図３に示すように、２本の陽極２００は、陰極１００の奥行き方向の真ん中の位置（側面１３０，１４０からそれぞれ３２ｍｍの位置）において、２本の陽極２００の中心軸間距離が３６ｍｍとなるように、互いに離隔して設けられている。

【0029】

また、陽極の材質は、グラファイト、グラッシーカーボン、シリコン、炭化ケイ素などを用いることができる。

【0030】

また、陰極１００には直流電流の負極が接続され、陽極２００には直流電流の正極が接続されており、例えば、０．５ｋＶ～５ｋＶ程度の高電圧が印加される。これにより電界が生じて、不活性ガス導入口１０２から陰極１００内部に導入された不活性ガスが電離して２本の陽極２００間にプラズマが発生する。さらに、不活性ガスの陽イオンが、陰極１００から電子を受け取るともに、粒子線放出口１０１より高速原子ビーム線源５００の外部に高速原子ビーム５１０（図８）として放出される。このとき、照射電流は、例えば、１０ｍＡ～１００ｍＡ程度となるように、不活性ガスのフローを調整する。

【0031】

次に、陰極部材１０３について、図３に示された陰極１００の側面１３０を参照して説明する。図３は、陰極１００を構成する６枚の陰極部材１０３（底面１１０、上面１２０、側面１３０，１４０，１５０，１６０）を、陰極の内部側の平面が見えるように置いた平面図である。

【0032】

陰極部材１０３は、板状であり、４つの隅角部１０３ａと、隅角部１０３ａをつなぐ４つの辺１０３ｂで輪郭が構成された形状である。厚さは、例えば、１ｍｍ～５ｍｍ程度とすることができる。また、陰極部材１０３は、陰極１００の内面を構成する陰極部材１０３の平面において、粘着材１０４により被覆された粘着材被覆領域を有している。なお、側面１３０，１４０に設けられた粒子線放出口１０１、不活性ガス導入口１０２の貫通孔は、粘着材１０４により塞がないようにする。

【0033】

一般的に、高速原子ビーム線源の使用において、陰極の内面（陰極部材１０３の表面）に高速原子ビームが照射されることによりスパッタリング現象が生じた結果、陰極筐体の破片に起因する粒子が発生して、これがパーティクルとなる。さらに、このパーティクルは、粒子線放出口から放出されたり、陰極部材１０３の表面に再度付着して堆積したりすることがある。すなわち、陰極を構成する陰極部材１０３においては、スパッタリング現象とスパッタリング現象により生じたパーティクルの陰極部材１０３表面への再付着が同時に起こっている。このようにスパッタリング現象によるパーティクルが堆積した堆積層は、その厚みが増すほどに陰極の内面から剥離・落下しやすくなり、より大きなパーティクルとして高速原子ビーム線源から放出され、基板同士を接合するときに接合阻害が発生する大きな要因となる。

【0034】

本実施形態の陰極部材１０３において、粘着材被覆領域は、高速原子ビーム線源５００の使用により発生するスパッタリングによる陰極部材１０３の除去量よりも、スパッタリングにより発生したスパッタ塵（パーティクル）の再付着量の方が大きい領域である。また、粘着材被覆領域は、陰極１００の内面を構成する陰極部材１０３の平面において、前記内面全体の面積に対して、面積割合５％以上の領域である。また、粘着剤被覆領域の面積割合の上限は、１００％であり、すなわち、陰極１００の内面を構成する陰極部材１０３の平面全体が粘着材により被覆されていてもよい。また、粘着材被覆領域の面積割合（％）は、「粘着材で被覆した面積／陰極部材内面全体の面積×１００（％）」の式により算出することができる。なお、粘着材被覆領域の面積割合の算出において、側面１３０，１４０に設けられた粒子線放出口１０１および不活性ガス導入口１０２は穴が開いていないものとして陰極部材１０３内面の面積に算入するものとする。粘着材被覆領域が小さすぎる場合、高速原子ビーム線源からのパーティクルの放出を十分に抑制することが困難になる。

【0035】

また、陰極１００の内面側に露出した粘着材１０４の表面の粘着力は、スパッタリング現象によるパーティクルが付着して堆積した場合に剥離や落下しない程度であることが必要であり、５Ｎ／２５ｍｍ～１５Ｎ／２５ｍｍである。

【0036】

また、粘着材１０４の厚さは特に限定されないが、例えば、５０μｍ～３００μｍ程度とすることができる。

【0037】

また、本実施形態の陰極部材１０３としては、例えば、グラファイト製、グラッシーカーボン製、シリコン製、炭化ケイ素製のいずれかとすることができる。また、その他にも、タングステン、モリブデン、チタン、ニッケルやそれらの合金、化合物を用いることができる。

【0038】

以上のような陰極部材１０３を用いて陰極１００を構成することにより、スパッタリング現象により生じたパーティクルが陰極部材１０３表面に再付着した場合においても、粘着材１０４にパーティクルが付着すれば、パーティクルが剥離・落下することを抑制することができる。これにより、本実施形態の陰極部材１０３により構成された陰極１００を高速原子ビーム線源５００に用いて、接合する半導体基板の接合対象面を活性化することにより、高速原子ビーム線源からの大きなパーティクルの放出を抑制することができる。以上により、基板同士を接合するときに接合阻害が発生することを抑制して、接合基板の製造効率を高めることができる。

【0039】

ここで、図２は、従来の高速原子ビーム線源を使用後の陰極を構成する陰極部材の一例である側面８３０の状態を模式的に示す平面図である。図２においては、陰極の内面側に位置する面が見えるように置かれている。図２に示す陰極部材８０３（側面８３０）を用いた高速原子ビーム線源は、陰極部材に粘着材被覆領域がないこと以外は、本実施形態の高速原子ビーム線源と５００同じ構成である。従来の高速原子ビーム線源を使用すると、陰極の頂点の内側の部分は、高速原子ビームが他の部分よりも照射されにくいことから、スパッタリングレートよりもリデポレートが大きく、リデポによる堆積層が生じやすい。すなわち、図２に示すように、陰極部材の４点の隅角部８０３ａを含む陰極部材の輪郭に近い領域Ｓにスパッタリング現象により生じたパーティクルが再付着して堆積しやすい。

【0040】

このことから、図３に示すように、陰極部材１０３の粘着材被覆領域（粘着材１０４で被覆された領域）は、陰極部材の隅角部１０３ａを含むことが好ましい。粘着材被覆領域に隅角部１０３ａを含むことにより、特にリデポレートが大きい領域を被覆することができ、より効果的にパーティクルの放出を抑制することができる。

【0041】

［接合基板の製造方法］
次に、本発明の一実施形態にかかる接合基板の製造方法について図８を参照して説明する。図８（Ａ）は、第１の半導体基板７１０、第２の半導体基板７２０の接合対象面７１１，７２１に高速原子ビーム５１０を照射する接合装置６００の様子を示す模式図である。また、図８（Ｂ）は、照射工程後の、第１の半導体基板７１０’および第２の半導体基板７２０’を模式的に示す断面図である。また、図８（Ｃ）は、接触工程後に得られた積層体７００を模式的に示す断面図である。

【0042】

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

【0043】

接合装置６００は、筐体と、２つの高速原子ビーム線源５００と、筐体内を真空にする真空ポンプ（不図示）と、第１の半導体基板７１０と第２の半導体基板７２０を保持するとともに、製造の各工程において第１の半導体基板７１０と第２の半導体基板７２０を所定の位置に移動させる保持手段（不図示）と、を備える。２つの高速原子ビーム線源５００は、図８に示すように、第１の半導体基板７１０の接合対象面７１１、第２の半導体基板７２０の接合対象面７２１に高速原子ビーム５１０を照射するように設置されている。なお、本実施形態においては、第１の半導体基板７１０、第２の半導体基板７２０それぞれに高速原子ビーム５１０を照射する実施形態を示したが、高速原子ビーム５１０の照射は第１の半導体基板７１０、第２の半導体基板７２０の少なくとも一方に照射すればよい。

【0044】

具体的な手順について、図８を参照して説明する。第１の半導体基板７１０の接合対象面７１１と、第２の半導体基板７２０の接合対象面７２１とが相対するように、第１の半導体基板７１０と第２の半導体基板７２０を接合装置６００内に設置し、筐体の内部を真空引きして、例えば１０^－４Ｐａ以下程度の真空状態にしておく。

【0045】

まず、照射工程を行う。照射工程は、図８（Ａ）に示すように、高速原子ビーム線源５００から高速原子ビーム５１０を第１の半導体基板７１０の接合対象面７１１と、第２の半導体基板７２０の接合対象面７２１とに照射する工程である。これにより、接合対象面７１１，７２１が活性化された、第１の半導体基板７１０’と第２の半導体基板７２０’が得られる。

【0046】

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

【0047】

次に、接触工程を行う。図８（Ｂ）に示すように、接合対象面７１１，７２１が近づく方向（図８（Ｂ）の矢印方向）に、接合対象面７１１，７２１が接するまで、第１の半導体基板７１０’、第２の半導体基板７２０’を移動させる。筐体６００内部を所定圧力（例えば、１００ｋｇｆ（０．９８ｋＮ））、に加圧する。所定時間（例えば、３分間）保持して、第１の半導体基板７１０’と第２の半導体基板７２０’とを接合させる。以上により接触工程が終了し、接合界面７３０を有する、積層体７００（図８（Ｃ））が得られる。

【0048】

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

【0049】

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

【0050】

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

【0051】

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

【0052】

［陰極の再生方法］
次に、本発明の一実施形態にかかる陰極の再生方法について図９を参照して説明する。図９においては、陰極１００を構成する陰極部材１０３である側面１３０を例示して説明する。

【0053】

本実施形態の陰極の再生方法は、前述した実施形態の陰極１００を再生する目的に適用されるものである。高速原子ビーム線源５００に使用後の陰極１００を構成する陰極部材１０３の粘着材被覆領域から、粘着材１０４を除去する粘着材除去工程と、粘着材１０４を除去した陰極部材１０３の粘着剤被覆領域を新しい粘着材１０４により被覆する被覆工程と、を含む。

【0054】

具体的な手順について、図９を参照して説明する。はじめに、一定時間使用後の陰極１００を解体して、それぞれ１枚ずつの陰極部材としておく。図９においては、一定時間使用後の陰極１００を構成する側面１３０’を再生する工程が例示されている。まず、粘着材除去工程（Ｓ１）において、陰極部材１０３（側面１３０’）から、粘着材１０４’を除去して、粘着材が除去された陰極部材１０３を得る。次に、被覆工程（Ｓ２）において、所定の形状の新しい粘着材１０４により陰極部材の粘着材被覆領域を再度被覆して、陰極部材（側面１３０）が得られる。このようにして、陰極１００を構成する他の陰極部材についても、粘着材除去工程と被覆工程により新しい粘着材１０４により被覆された緩衝部材が得られる。

【0055】

さらに、被覆工程により得られた緩衝部材を用いて、陰極１００の形状に組み立てて再生された陰極１００を得る。以上のようにして、一定時間使用後の陰極を再生することができる。陰極１００には、パーティクルが堆積しやすい箇所に粘着材１０４が被覆されていることから、本実施形態の陰極の再生方法により、パーティクルが堆積した粘着材１０４’を取り除いて、未使用の粘着材１０４に交換するという簡便な方法により、陰極１００をパーティクルの堆積が少ない状態に再生することができる。

【0056】

一定時間以上使用した後の陰極１００には、粘着材被覆領域にパーティクルが堆積しており、堆積したパーティクルが脱落して高速原子ビーム線源５００の外に放出される可能性がある。よって、一定時間使用された陰極１００は、未使用の陰極１００（または、パーティクルの堆積が少ない陰極１００）に交換したほうがよいと考えられる。そこで、本実施形態の陰極の再生方法であれば、一定時間使用後の陰極１００にパーティクルが堆積していたとしても、陰極１００を簡便な工程によって、パーティクルの堆積が少ない状態とすることができ、再度パーティクルの放出を十分に抑制することができる状態に再生することができる。よって、高速原子ビーム線源５００からのパーティクルの放出を抑制して接合基板の製造効率を高めるとともに、パーティクルの堆積にともなって陰極部材を丸ごと交換しなくてもよくなり、陰極の高寿命化を図ることができる。

【0057】

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

【0058】

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

【実施例0059】

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

【0060】

［実施例１］
陰極部材として、前述した実施形態の陰極部材（図３、底面１１０，上面１２０，側面１３０，１４０，１５０，１６０）を用いた。すなわち、陰極は、幅５６ｍｍ、高さ１０２ｍｍ、奥行き６４ｍｍとし、陰極部材の厚さは３．２ｍｍとした。また、陰極部材は、グラファイト製とし、図３に記載の寸法の粘着材１０４で被覆し、粘着剤被覆領域（図３の斜線で示した領域）を形成した。粘着材は、粘着力が、陰極部材に貼り付ける面、陰極内部に露出する面ともに１０Ｎ／２５ｍｍで、厚さが１５０μｍのものを用いた。実施例１の陰極１００においては、粘着材被覆領域の面積割合（粘着材で被覆した面積／陰極部材内面全体の面積×１００（％））は６６．２％であった。

【0061】

以上のような陰極部材を図１に示すような直方体状に組み立てて、陰極とした。また、陽極２００として、直径１０ｍｍ、長さ１００ｍｍの円柱状でグラファイト製の陽極を２本用いた。図３に示すように、２本の陽極２００は、絶縁部材を介して、陰極１００の奥行き方向の真ん中の位置（側面１３０，１４０からそれぞれ３２ｍｍの位置）において、２本の陽極２００の中心軸間距離が３６ｍｍとなるように、互いに離隔して底面１１０と上面１２０に固定した。

【0062】

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

【0063】

上記照射条件にて、まず高速原子ビーム線源５００の設置初期状態にて、シリコン基板上に３００秒ビーム照射した後、第１の半導体基板上のパーティクル数を計測した。このパーティクル数を「初期パーティクル数」とした。なお、パーティクル数はパーティクルカウンタ（型式ＷＭ－７Ｓ、ＴＯＰＣＯＮ社製）を使用し、エッジエクスクルージョン５ｍｍ、最小パーティクル検出サイズ０．１５μｍの条件にて実施した。

【0064】

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

【0065】

さらに、２０時間使用後の高速原子ビーム線源を用いて照射工程を行った第１の半導体基板、第２の半導体基板を用いて、接触工程、熱処理工程を行い、接合基板を製造した。その結果、接合阻害は発生せず、正常に接合した接合基板が得られた。

【0066】

［実施例２］
次に、実施例２を行った。陰極は図４に示した陰極１００Ａとし、陰極部材として、（底面１１０Ａ，上面１２０Ａ，側面１３０Ａ，１４０Ａ，１５０Ａ，１６０Ａ）を用いた。陰極部材は、図面のように、粘着材１０４Ａで被覆されている。また、粘着材被覆領域の面積割合（粘着材で被覆した面積／陰極部材表面全体の面積）３１．７％であった。陰極部材以外は実施例１と同様にして照射試験を行った。初期状態からのパーティクル数の増加比率を算出した結果、増加比率は３倍であった。また、接合基板を製造した結果、接合阻害は発生せず、正常に接合した接合基板が得られた。

【0067】

［実施例３］
次に、実施例３を行った。陰極は図５に示した陰極１００Ｂとし、陰極部材として、（底面１１０Ｂ，上面１２０Ｂ，側面１３０Ｂ，１４０Ｂ，１５０Ｂ，１６０Ｂ）を用いた。陰極部材は、図面のように、粘着材１０４Ｂで被覆されている。また、粘着材被覆領域の面積割合（粘着材で被覆した面積／陰極部材表面全体の面積）８．７％であった。陰極部材以外は実施例１と同様にして照射試験を行った。初期状態からのパーティクル数の増加比率を算出した結果、増加比率は５倍であった。また、接合基板を製造した結果、接合阻害は発生せず、正常に接合した接合基板が得られた。

【0068】

［実施例４］
次に、実施例４を行った。陰極は図６に示した陰極１００Ｃとし、陰極部材として、（底面１１０Ｃ，上面１２０Ｃ，側面１３０Ｃ，１４０Ｃ，１５０Ｃ，１６０Ｃ）を用いた。陰極部材は、図面のように、粘着材１０４Ｃで被覆されている。また、粘着材被覆領域の面積割合（粘着材で被覆した面積／陰極部材表面全体の面積）８３．７％であった。陰極部材以外は実施例１と同様にして照射試験を行った。初期状態からのパーティクル数の増加比率を算出した結果、増加比率は１．５倍であった。また、接合基板を製造した結果、接合阻害は発生せず、正常に接合した接合基板が得られた。

【0069】

［比較例１］
次に、比較例１を行った。陰極部材として、粘着材により被覆されていない陰極部材を用いたこと以外は、実施例１と同様にして照射試験を行った。初期状態からのパーティクル数の増加比率を算出した結果、増加比率は２０倍であった。また、接合基板を製造した結果、接合阻害が発生し、得られた接合基板において破折箇所が確認された。

【0070】

［比較例２］
次に、比較例２を行った。陰極は図７に示した陰極１００Ｄとし、陰極部材として、（底面１１０Ｄ，上面１２０Ｄ，側面１３０Ｄ，１４０Ｄ，１５０Ｄ，１６０Ｄ）を用いた。陰極部材は、図面のように、粘着材１０４Ｄで被覆されている。また、粘着材被覆領域の面積割合（粘着材で被覆した面積／陰極部材表面全体の面積）１．９％であった。陰極部材以外は実施例１と同様にして照射試験を行った。初期状態からのパーティクル数の増加比率を算出した結果、増加比率は１８倍であった。また、接合基板を製造した結果、接合阻害が発生し、得られた接合基板において破折箇所が確認された。

【0071】

【表1】

【0072】

本発明の例示的態様である実施例１～実施例４において、陰極部材における、スパッタリング現象により生じたパーティクルが堆積しやすい領域を、粘着性を有する粘着材により被覆することで、パーティクルの放出が抑制され、高速原子ビームが照射された半導体基板の接合対象面上にパーティクルが付着することが抑制されたことが示された。また、パーティクル数の増加比率が１０倍以下となり、パーティクルの放出が十分に抑制され、半導体基板同士を接合するときに接合阻害が発生することを抑制して、接合基板の製造効率を高めることができることが示された。

【符号の説明】

【0073】

１００ 陰極
１０１ 粒子線放出口
１０２ ガス導入口
１０４ 粘着材
１０３ 陰極部材
１０３ａ 隅角部
１１０ 底面
１２０ 上面
１３０ 側面
１４０ 側面
１５０ 側面
１６０ 側面
２００ 陽極
５００ 高速原子ビーム線源
７００ 接合基板
７１０ 第１の半導体基板
７２０ 第２の半導体基板
７１１，７２１ 接合対象面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】