特開 2023-169957 陰極部材、陰極、高速原子ビーム線源、および、接合基板の製造方法

(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】P2023169957

(43)【公開日】2023-12-01

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

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/02 20060101AFI20231124BHJP

   H05H 3/02 20060101ALI20231124BHJP

【ＦＩ】

H01L21/02 B

H05H3/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022081320

(22)【出願日】2022-05-18

(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】八田 直記

(72)【発明者】

【氏名】西村 英一郎

(72)【発明者】

【氏名】岡田 治朗

(72)【発明者】

【氏名】坂田 豊和

【テーマコード（参考）】

2G085

【Ｆターム（参考）】

2G085BA01

2G085DA03

2G085EA08

(57)【要約】

【課題】高速原子ビーム線源からのサイズの大きい異物の射出を抑制することができる陰極部材、陰極、高速原子ビーム線源、および、接合基板の製造方法を提供する。
【解決手段】
高速原子ビーム線源の陰極を構成する平板状の陰極部材であって、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、前記陰極の内面を構成する平面を備え、前記平面において、前記隅角部と前記辺とを含み、かつ、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る第一領域と、前記平面から前記第一領域を除いた領域である第二領域と、を有し、前記第一領域は、前記第二領域よりも、表面粗さＲａの平均値が大きい。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高速原子ビーム線源の陰極を構成する平板状の陰極部材であって、
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、前記陰極の内面を構成する平面を備え、
前記平面において、前記隅角部と前記辺とを含み、かつ、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る第一領域と、
前記平面から前記第一領域を除いた領域である第二領域と、を有し、
前記第一領域は、前記第二領域よりも、表面粗さＲａの平均値が大きい、陰極部材。

【請求項2】

グラファイト製、ガラス状カーボン製、炭化ケイ素製のいずれかである、請求項１に記載の陰極部材。

【請求項3】

高速原子ビーム線源の陰極であって、
請求項１に記載の陰極部材を備え、６つの内面を有する、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、
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高速原子ビーム放出口が設けられている、陰極。

【請求項4】

請求項３に記載の陰極と、
円柱状、かつ、円柱断面の形状が同一である、第１陽極および第２陽極と、を備え、
前記第１陽極および前記第２陽極は、前記陰極の内部において、互いに離隔しており、
前記第１陽極および前記第２陽極の中心軸は、互いに平行であるとともに、４つの前記側面のいずれに対しても平行であり、
前記第１陽極の中心軸と、前記高速原子ビーム放出口を有する前記側面と、の最短距離と、前記第２陽極の中心軸と、前記高速原子ビーム放出口を有する前記側面と、の最短距離と、が同じである、高速原子ビーム線源。

【請求項5】

前記第１陽極と前記第２陽極の中心軸間距離をＰ、前記第１陽極および前記第２陽極の円柱断面の半径をｒとすると、
前記第１陽極および前記第２陽極の中心軸と直交する断面において、前記高速原子ビーム放出口を備える前記陰極部材の、前記断面における前記第二領域の幅Ｗが、Ｗ≧Ｐ－２ｒである、請求項４に記載の高速原子ビーム線源。

【請求項6】

前記第１陽極と前記第２陽極の中心軸間距離をＰ、前記第１陽極と前記第２陽極の円柱断面の半径をｒとすると、
前記第１陽極および前記第２陽極の中心軸と直交する断面において、前記高速原子ビーム放出口を備える前記陰極部材の、前記断面における前記第二領域の幅Ｗが、Ｗ≦Ｐ＋２ｒである、請求項４に記載の高速原子ビーム線源。

【請求項7】

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8】

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７に記載の接合基板の製造方法。

【請求項9】

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７に記載の接合基板の製造方法。

【請求項10】

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７に記載の接合基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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

【背景技術】

【0002】

半導体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基板接合技術がある。これは、接合対象の半導体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、未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、半導体基板の接合対象面同士を重ね合わせて圧接することで、半導体基板同士を接合する技術である（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、薄層に形成された単結晶基板を支持基板の上に備えた構造の接合基板の製造方法が開示されている。この製造方法においては、基板接合技術の適用により、二つの異なる材料を一体化している。

【0003】

半導体基板の接合に用いられる原子ビーム線源（ＦＡＢガン、（Ｆａｓｔ Ａｔｏｍ Ｂｅａｍ））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。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やネオン、キセノン等の不活性ガスを供給し、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不活性ガス原子のビームを取り出し、半導体基板の接合対象面へ照射するものである。イオン化された不活性ガス原子の大部分は陰極に向かう途中で電子を捕獲して中性の原子ビームとして照射されるため、原子間の静電反発が少なく、指向性の高い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】特開２０１２－１４６６９４号

【特許文献2】特開２０１４－８６４００号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

基板接合技術を用いた接合基板（図１）の製造においては、接合工程内において接合不良が発生することがある。図１は、第１の半導体基板７１０と第２の半導体基板７２０とを接合して製造された接合基板７５０を模式的に示す斜視図である。ここで、図３は、接合不良の一例を示す断面図である。図３に示された接合不良は、第１の半導体基板７１０および第２の半導体基板７２０の接触部位にあたる接合界面７３０に、異物ｍが混入することにより、局所的に接触していない空隙Ｖが生じたものである。接合界面７３０に空隙Ｖが生じると、最終製品である接合基板７５０の各種特性に影響を与えることがある。

【0006】

異物ｍの混入経路としては、例えば、第１の半導体基板７１０，第２の半導体基板７２０の洗浄不足、接合工程に用いる各装置内の清浄度、または、接合工程の照射工程に用いられる各種粒子線の粒子線源からの異物の射出等が挙げられる。図２は、高速原子ビーム線源８００から第１の半導体基板７１０の接合対象面７１１に高速原子ビーム８１０を照射する様子を模式的に示す図である。図２においては、高速原子ビーム線源８００から異物ｍが射出され、第１の半導体基板７１０の接合対象面７１１に付着している。このような異物ｍが付着した接合対象面７１１に第２の半導体基板７２０を接合させると、図３に示したように、空隙Ｖが発生し得る。

【0007】

異物ｍの混入経路のうち、各種粒子線の粒子線源からの異物の射出に注目して、高速原子ビーム線源からの異物の射出を抑制することができる、高速原子ビーム線源、およびそれを具備した接合装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に開示された発明では、基板の接合対象面への原子ビームの照射に用いる高速原子ビーム線源において、原子ビームを照射するときに発生する異物の射出を抑制する目的で、高速原子ビーム線源内部に用いる陰極部材の材質を選定している。

【0008】

本願発明者らの実験において、高速原子ビーム線源からの異物の射出について、定常的に一定数発生するものと、経時的に発生数が増加するものとがあることが明らかとなった。さらに、経時的に増加するものについては、数自体が増加するだけでなく、そのサイズも大きくなる傾向にあることが分かった。

【0009】

図４は、第１の半導体基板７１０，第２の半導体基板７２０を接合させた接合基板７５０の接合界面７３０にサイズの大きい異物（図４のＭ）が混入したときに発生する接合不良の一例を示す図である。接合界面７３０に混入する異物のサイズが大きくなると、発生する接合不良のサイズ（図４のＦ）が大きくなることに加えて、接合対象である第１の半導体基板７１０の破損Ｃを伴った接合不良の発生につながる。破損Ｃを伴う接合不良は、接合対象の第１の半導体基板７１０が薄層の場合に発生する割合が高くなる。図４に示された第１の半導体基板７１０の破損Ｃを伴った接合不良は、破損していないものと比較して、大きさの面でも構造の面でも、接合基板７５０の特性に対して及ぼす影響が大きいため、特に発生を抑制する必要がある。このことから、高速原子ビーム線源の異物の射出に関しては、数だけでなく、特にサイズの大きい異物の発生を抑制する必要がある。

【0010】

よって、本発明は、高速原子ビーム線源からのサイズの大きい異物の射出を抑制することができる陰極部材、陰極、高速原子ビーム線源、および、接合基板の製造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】

【0011】

本発明の陰極部材は、高速原子ビーム線源の陰極を構成する平板状の陰極部材であって、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、前記陰極の内面を構成する平面を備え、前記平面において、前記隅角部と前記辺とを含み、かつ、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る第一領域と、前記平面から前記第一領域を除いた領域である第二領域と、を有し、前記第一領域は、前記第二領域よりも、表面粗さＲａの平均値が大きい。

【0012】

本発明の陰極部材において、グラファイト製、ガラス状カーボン製、炭化ケイ素製のいずれかであってもよい。

【0013】

本発明の陰極は、高速原子ビーム線源の陰極であって、本発明の陰極部材を備え、６つの内面を有する、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、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高速原子ビーム放出口が設けられている。

【0014】

本発明の高速原子ビーム線源は、本発明の陰極と、円柱状、かつ、円柱断面の形状が同一である、第１陽極および第２陽極と、を備え、前記第１陽極および前記第２陽極は、前記陰極の内部において、互いに離隔しており、前記第１陽極および前記第２陽極の中心軸は、互いに平行であるとともに、４つの前記側面のいずれに対しても平行であり、前記第１陽極の中心軸と、前記高速原子ビーム放出口を有する前記側面と、の最短距離と、前記第２陽極の中心軸と、前記高速原子ビーム放出口を有する前記側面と、の最短距離と、が同じである。

【0015】

本発明の高速原子ビーム線源において、前記第１陽極と前記第２陽極の中心軸間距離をＰ、前記第１陽極および前記第２陽極の円柱断面の半径をｒとすると、前記第１陽極および前記第２陽極の中心軸と直交する断面において、前記高速原子ビーム放出口を備える前記陰極部材の、前記断面における前記第二領域の幅Ｗが、Ｗ≧Ｐ－２ｒであってもよい。

【0016】

本発明の高速原子ビーム線源において、前記第１陽極と前記第２陽極の中心軸間距離をＰ、前記第１陽極および前記第２陽極の円柱断面の半径をｒとすると、前記第１陽極および前記第２陽極の中心軸と直交する断面において、前記高速原子ビーム放出口を備える前記陰極部材の、前記断面における前記第二領域の幅Ｗが、Ｗ≦Ｐ＋２ｒであってもよい。

【0017】

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、請求項４～６のいずれか１項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、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と、を備える。

【0018】

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。

【0019】

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。

【発明の効果】

【0020】

本発明の陰極部材であれば、本発明の陰極部材を備える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サイズの大きい異物の射出を抑制することができる。これにより、大きいサイズの異物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破損を伴う接合不良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。

【0021】

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サイズの大きい異物の射出を抑制することができる。これにより、大きいサイズの異物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破損を伴う接合不良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。

【0022】

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により、高速原子ビーム線源からのサイズの大きい異物の射出を抑制することができる。これにより、大きいサイズの異物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破損を伴う接合不良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。

【0023】

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サイズの大きい異物の射出を抑制することができる。これにより、大きいサイズの異物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破損を伴う接合不良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。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本実施形態の接合基板の製造方法において製造される接合基板を示す斜視図である。

【図2】従来の高速原子ビーム線源から半導体基板に高速原子ビーム８１０を照射する様子を模式的に示す図である。

【図3】接合基板の製造において発生する接合不良の一例を模式的に示す断面図である。

【図4】接合基板の製造において発生する接合不良の他の一例を模式的に示す断面図である。

【図5】本実施形態の高速原子ビーム線源を模式的に示す斜視図である。

【図6】本実施形態の陰極部材である、側面１３０を示す平面図である。

【図7】本実施形態の高速原子ビーム線源の断面を示す断面図である。

【図8】本実施形態の高速原子ビーム線源の断面において、第一領域Ｒ１、第二領域Ｒ２の箇所を説明する断面図である。

【図9】従来の高速原子ビーム線源８００において、高速原子ビーム線照射時の様子を示す断面図である。

【図10】本実施形態の接合基板の製造方法のフローを説明する図である。

【図11】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12】異物のサイズと接合不良のサイズの関係について一例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0025】

［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。

【0026】

本実施形態の高速原子ビーム線源は、サドルフィールド型の高速原子ビーム線源であり、内部に不活性ガスを供給して、イオン化された不活性ガスの高速原子ビームを高速原子ビーム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。

【0027】

図１は、２枚の半導体基板を接合して製造される接合基板の一例を示す斜視図である。接合基板７５０は略円盤状に形成されている。図１に示された接合基板７５０は、例えば、下側に配置された支持基板である第２の半導体基板７２０と、第２の半導体基板７２０の上面に貼り合わされた単結晶層である第１の半導体基板７１０と、を備えている。第１の半導体基板７１０は、例えば、化合物半導体（例：６Ｈ－ＳｉＣ、４Ｈ－ＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮ）の単結晶によって形成されていてもよい。また例えば、単元素半導体（例：Ｓｉ、Ｃ）の単結晶によって形成されていてもよい。

【0028】

また、支持基板となる第２の半導体基板７２０には、各種の材料を用いることができる。第２の半導体基板７２０は、第１の半導体基板７１０に適用される各種の熱プロセスに対する耐性を有することが好ましい。また第２の半導体基板７２０は、第１の半導体基板７１０との熱膨張率の差が小さい材料であることが好ましい。例えば、第１の半導体基板７１０にＳｉＣを用いる場合には、第２の半導体基板７２０には、単結晶ＳｉＣ、多結晶ＳｉＣ、単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ、サファイア、ＧａＮ、カーボンなどを用いることが可能である。多結晶ＳｉＣには、様々なポリタイプのＳｉＣ結晶が混在していても良い。様々なポリタイプが混在する多結晶ＳｉＣは、厳密な温度制御を行うことなく製造することができるため、第２の半導体基板７２０を製造するコストを低減させることが可能となる。

【0029】

図５には、本発明の一実施形態にかかる高速原子ビーム線源５００が示されている。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、円柱状、かつ、円柱断面の形状が同一である、第１陽極２１０および第２陽極２２０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、第１陽極２１０および第２陽極２２０において、図５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。

【0030】

本実施形態の陰極１００は、後述する陰極部材１０３を備え、６つの内面を有する、内部が中空の箱状である。また、陰極１００は、６つの内面として、底面１１０と、底面１１０と対向する上面１２０と、底面１１０と上面１２０とをつなぐ４つの側面１３０，１４０，１５０，１６０と、を備える。また、底面１１０と上面１２０、側面１３０と側面１４０、側面１５０と側面１６０は互いに平行である。例えば、陰極１００は、内寸が幅５６ｍｍ、奥行きが６４ｍｍ、高さが１０２ｍｍの直方体状である。

【0031】

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

【0032】

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、高速原子ビーム放出口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高速原子ビーム放出口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、高速原子ビーム放出口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５列、幅方向に５列に、等間隔に並んで合計２５個設けられている。また、不活性ガス導入口１０２は、側面１４０に、直径３ｍｍの円形状の貫通孔が設けられている。高速原子ビーム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。

【0033】

図７は、高速原子ビーム線源５００のＸＹ平面に平行な断面を示す断面図である。本実施形態において、第１陽極２１０および第２陽極２２０は、陰極１００の内部において、互いに離隔しており、第１陽極２１０および第２陽極２２０の中心軸は、互いに平行であるとともに、４つの側面１３０，１４０，１５０，１６０のいずれに対しても平行であり、第１陽極２１０の中心軸２１０ａと、高速原子ビーム放出口１０１を有する側面１３０と、の最短距離（図７のＬ１）と、第２陽極２２０の中心軸２２０ａと、高速原子ビーム放出口１０１を有する側面１３０と、の最短距離（図７のＬ２）と、が同じである。すなわち、第１陽極２１０と第二陽極２２０は、それぞれ、第１陽極２１０の中心軸２１０ａと第２陽極２２０の中心軸２２０ａが高速原子ビーム線源５００のＸＺ平面に平行な１つの断面上においてＺ方向に平行になるように、配置されている。

【0034】

また、第１陽極２１０、第２陽極２２０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、第１陽極２１０、第２陽極２２０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。第１陽極２１０、第２陽極２２０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７に示すように、２本の第１陽極２１０、第２陽極２２０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本の第１陽極２１０、第２陽極２２０の中心軸間距離が２５ｍｍとなるように、互いに離隔して設けられている。

【0035】

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

【0036】

また、陰極１００には直流電源の負極が接続され、第１陽極２１０、第２陽極２２０には直流電源の正極が接続されており、例えば、０．８ｋＶ～２ｋＶ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本の第１陽極２１０、第２陽極２２０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、高速原子ビーム放出口１０１を有する側面１３０、およびそれに対向する側面１４０の近傍に滞留する電子を捕獲して中性化し、高速原子ビーム放出口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１１）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、不活性ガスの流量を調整する。

【0037】

陰極部材１０３は、平板状であり、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、陰極１００の内面を構成する平面を備える。この平面において、隅角部１０３ａと辺１０３ｂとを含み、かつ、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の再付着量の方が大きい領域である第一領域Ｒ１（図６，図８）と、平面から第一領域Ｒ１を除いた領域である第二領域Ｒ２（図６，図８）と、を有する。

【0038】

ここで、図６は、陰極部材１０３である側面１３０の平面図であり、高速原子ビーム線源を一定時間使用後にスパッタ塵が堆積しやすい領域を斜線で示している。このように、陰極部材の隅角部１０３ａおよび辺１０３ｂを含む、スパッタ塵が堆積しやすい領域が第一領域Ｒ１であり、第一領域Ｒ１を除く内部の領域が第二領域Ｒ２である。本実施形態の陰極部材において、第一領域Ｒ１は、第二領域Ｒ２よりも、表面粗さＲａの平均値が大きい。なお、以下の記載において、表面粗さＲａと記載した場合には、当該領域における表面粗さＲａの平均値を示すものとする。また、陰極部材１０３の厚さは、例えば、１ｍｍ～５ｍｍ程度とすることができる。

【0039】

なお、第一領域Ｒ１は、第二領域Ｒ２よりも、表面粗さＲａの平均値が大きければよく、例えば第一領域Ｒ１と第二領域Ｒ２の境界において、緩衝領域として第一領域Ｒ１と第二領域Ｒ２の中間となる表面粗さＲａを有する領域を設けてもよい。また、第一領域Ｒ１と第二領域Ｒ２の境界近傍の表面粗さＲａを連続的に変化させてもよい。このように表面粗さＲａを段階的に設定することにより、破損を伴う接合不良の低減に向けた、より細かな設計が可能となる。

【0040】

また、所定の表面粗さＲａに設定するための陰極部材の表面形状は、限定されない。特に第一領域Ｒ１においては、スパッタ塵の堆積物が剥がれることを抑制するために、表面積を大きくすることが有効であるが、等方的な形状だけではなく、例えば堆積したスパッタ塵が平面状となる事を避けるために、内部応力を分散できるように凹凸状もしくは波状にするなど、様々な形状を適用することができる。

【0041】

ここで、図８に示すように、第１陽極２１０と第２陽極２２０の中心軸間距離をＰ、第１陽極２１０および第２陽極２２０の円柱断面の半径をｒとすると、第１陽極２１０および第２陽極２２０の中心軸２１０ａ、２２０ａと直交する断面（図１１に示すＸＹ平面に平行な断面Ｓ）において、高速原子ビーム放出口１０１を備える陰極部材（側面１３０）の、断面Ｓにおける第二領域Ｒ２の幅Ｗが、Ｗ≧Ｐ－２ｒとすることができる。また、第１陽極２１０と第２陽極２２０の中心軸間距離をＰ、第１陽極２１０および第２陽極２２０の円柱断面の半径をｒとすると、第１陽極２１０および第２陽極２２０の中心軸２１０ａ、２２０ａと直交する断面Ｓにおいて、高速原子ビーム放出口１０１を備える陰極部材（側面１３０）の、断面Ｓにおける第二領域Ｒ２の幅Ｗが、Ｗ≦Ｐ＋２ｒとすることができる。本発明者らの検討により、所定時間高速原子ビームを照射後の陰極部材において、陰極部材の中心に対して幅がＰ－２ｒまでの範囲までは比較的平滑な表面形状をしており、Ｐ－２ｒからＰ＋２ｒまでの範囲にかけて徐々に平滑性が失われていく様子が観察されたものの、堆積物は確認されないことが分かっており、また、Ｐ＋２ｒよりも外側の領域は膜状の堆積物が存在し、さらに、一部が剥落している様子が確認された。以上のように第二領域Ｒ２を規定することにより、異物の発生機序に応じて第一領域Ｒ１、第二領域Ｒ２における陰極部材の表面粗さＲａを適切に設定して、高速原子ビーム線源からの異物の射出を効果的に抑制することができる。

【0042】

また、本実施形態の陰極部材としては、例えば、導電性を有し、かつ、粒子線照射時に高速原子ビーム線源内部において発生するスパッタリングに対する耐性の高い材質を用いて形成することが適しており、例えば、グラファイト製、ガラス状カーボン製、炭化ケイ素製のいずれかとすることができる。

【0043】

（接合基板の製造工程における接合不良）
ここで、接合基板の製造工程において発生しうる接合不良について説明する。
＜接合不良における異物のサイズ＞
接合基板の製造工程における接合不良の形成のうち、高速原子ビーム線源からの異物の射出に起因するものについて説明する。図２は、照射工程において、高速原子ビーム線源８００から第１の半導体基板７１０の接合対象面７１１に高速原子ビーム８１０を照射する様子を模式的に示す図である。ここでは、第１の半導体基板７１０への照射を例に挙げているが、同様の現象は、対向位置に配置されている第２の半導体基板７２０への照射においても発生しうる。高速原子ビーム線源の内部から異物ｍが射出され、図２に示すように、この異物ｍが飛来して第１の半導体基板７１０の接合対象面７１１に付着することがある。この状態で、第１の半導体基板７１０と第２の半導体基板７２０の接合が行われると、第１の半導体基板７１０と第２の半導体基板７２０の接合対象面７１１，７１２の接触により形成される接合界面７３０において、異物ｍが存在する部位において接合対象面７１１，７２１同士の接触が阻害されることになり、その結果、図３に示すように、局所的に接触していない空隙Ｖが生じることがある。この空隙Ｖが接合不良となる。

【0044】

接合不良のサイズは、異物ｍの大きさ、接合対象面７１１，７２１の接合強度および第１の半導体基板７１０、第２の半導体基板７２０の機械的強度に依存する。このうち、接合対象面７１１，７２１の接合強度については、高速原子ビーム線の照射における照射条件や接合後の熱処理条件に依存する。また、第１の半導体基板７１０、第２の半導体基板７２０の機械的強度については、これらの基板の物性と厚みに依存し、接合不良のサイズは、接合対象面７１１，７２１に付着する異物ｍのサイズに強く依存する。

【0045】

図１２に異物ｍのサイズと接合不良のサイズの関係について一例を示す。ここでの第１の半導体基板７１０の厚みはおよそ１μｍである。図１２により、異物ｍのサイズ（直径）と接合不良のサイズ（直径）とが正の相関を示すことが分かる。また、異物ｍのサイズが大きくなると、接合不良のサイズが大きくなるだけではなく、その形態にも違いが現れる。接合不良における異物ｍは、接合対象である第１の半導体基板７１０、第２の半導体基板７２０に対して、くさびのような役割を果たしており、各々の表面に圧力を加えている。そのため、異物ｍのサイズが大きくなるに従い、接合対象に対して加わる圧力が大きくなっていき、接合対象である半導体基板自身の機械的強度を超えると図４に示すような半導体基板自身の破損を伴った接合不良となる。この傾向は、特に接合対象である半導体基板が薄層の場合に顕著となる。接合対象の破損を伴った接合不良は、図３に示された破損していない接合不良と比較して、基板の特性に対して及ぼす影響が大きいため、特にその発生を抑制する必要がある。図１２の例では、異物のサイズ（直径）の増加に伴い接合不良のサイズが拡大していき、およそ５μｍを超えてくると、接合不良のサイズとして４０μｍ以上あり、且つ接合対象の破損を伴ったものが発生することを示しており、ここでは特に５μｍを超えるサイズの異物の発生を抑制する必要性を示している。

【0046】

＜異物のサイズと接合不良発生機構の分類＞
高速原子ビーム線源内部から飛来する異物ｍの発生機構について、図９を参照して説明する。

【0047】

図９に、ＸＹ平面に平行な断面における従来の高速原子ビーム線源８００の断面における、高速原子ビーム線照射時の様子を示す。高速原子ビーム線源８００は、陰極部材９０３の表面粗さＲａが一様であること以外は高速原子ビーム線源５００と同様の構成である。

【0048】

まず、不活性ガス導入口９０２より導入された不活性ガスＧが、直流電圧（例えば、約０．８ｋＶ～２ｋＶ）が印可された第１陽極２１０、第２陽極２２０の間においてイオン化し、陽イオンｅとなる。この陽イオンｅが、陰極９００に向かって加速しながら飛行し、高速原子ビーム放出口９０１近傍に滞留している電子により中性化されて、高速原子ビーム８１０として高速原子ビーム線源８００の外側に放出される。

【0049】

一方、高速原子ビーム線源８００の外側に放出されなかった陽イオンｅは、高速原子ビーム線源８００を構成する陰極９００の内面に衝突し、陰極部材９０３をスパッタリングする。このスパッタリングにより生じた陰極の塵（以降、スパッタ塵９０５と呼ぶ）が、異物ｍの源となる。本願発明者らの実験の結果、高速原子ビーム線源８００内部で発生したスパッタ塵９０５に由来する異物の発生機構が２種類存在していることが明らかとなった。

【0050】

一つは、スパッタリングにより生じた陰極由来のスパッタ塵がそのまま外部に射出されたものであり、比較的サイズの小さい異物として作用する。一方、外部に射出されずに高速原子ビーム線源内部に留まったスパッタ塵については、陰極内面に再付着すると、陰極の角などで膜状に堆積した集合体となり、堆積物を形成する。この堆積物は、その厚みが増すに従い陰極の内面から剥落し、一部が外部に射出されることがある。この射出された堆積物片がもう一つの異物であり、この異物はスパッタ塵の集合体であるため、サイズが大きいという特徴をもつ。このようなサイズの大きい異物は、接合不良の中でも図４にある破損Ｃを伴う接合不良発生の原因として作用する。

【0051】

このように、高速原子ビーム線源の陰極のスパッタ塵を源として発生する異物については、その発生機構と発生源である陰極材の表面形状に強い相関がある。まず異物の源であるスパッタ塵については、陰極部材のうち、スパッタリングにより削られる除去量と発生したスパッタ塵の再付着量を比較して、除去量の多い部位（第二領域Ｒ２）において発生する。その発生数は荷電粒子によりスパッタリングを受けた陰極部材の除去量に依存しており、スパッタリングによる除去量は、荷電粒子の持つエネルギーおよびスパッタリングを受ける対象の表面積に依存する。

【0052】

そのため、本実施形態の高速原子ビーム線源５００においてスパッタ塵の発生を抑制するためには、荷電粒子が衝突する対象の表面積を低減するといった手段が有効であると考えられ、スパッタリングの対象である陰極部材の表面粗さについては、粗さを小さくすることが有効である。第二領域Ｒ２の最適な表面最適な粗さについては、最終製品に求める接合不良の仕様にもよるが、例えば、表面粗さＲａとして０．３μｍ以下、更には０．１μｍ以下とすることができる。

【0053】

サイズの大きい異物は、陰極部材のうち、スパッタリングによる除去量と発生したスパッタ塵の再付着量を比較して、スパッタ塵の再付着量の多い部位（第一領域Ｒ１）において発生する。その発生数は、異物の源となるスパッタ塵の発生量に加えて、スパッタ塵の再付着により形成された堆積物の剥がれやすさに依存する。堆積物の剥がれやすさは、堆積物と陰極部材の接着強度および堆積物の堆積様式に依存する。一般的に、二体間の接着強度は、その接触面積が大きいほど強くなる傾向が知られている。

【0054】

そのため、本実施形態の高速原子ビーム線源５００においてサイズの大きい異物の発生を抑制するためには、堆積物と接触する陰極部材の表面積を大きくするといった手段が有効であると考えられ、高速原子ビーム線によるスパッタリングの対象である陰極部材の表面粗さについて、表面粗さを大きくすることが有効であると考えられる。第一領域Ｒ１の最適な表面粗さについては、最終製品に求める接合不良の仕様にもよるが、例えば、表面粗さＲａとして０．３μｍより大きく、更には１．０μｍ以上とすることができる。

【0055】

本願発明では、接合基板の製造における接合不良の発生要因である高速原子ビーム線源から射出される異物について、異物により発生する接合不良の態様と、高速原子ビーム線源から発生する異物の種類およびその発生箇所の関係を明らかにした。その知見に基づき、第一領域Ｒ１の表面粗さＲａの平均値を第二領域Ｒ２の表面粗さＲａの平均値よりも大きくすることで、特に基板特性に及ぼす影響が大きい、接合対象の破損を伴った接合不良の発生源となりうるサイズの大きい異物の発生を抑えることができる。

【0056】

本実施形態の陰極部材であれば、第一領域Ｒ１は、第二領域Ｒ２よりも、表面粗さＲａの平均値が大きいことにより、第二領域Ｒ２においてサイズの大きい異物の源となるスパッタ塵の発生を抑制するとともに、第一領域Ｒ１においてスパッタ塵の再付着により形成された堆積物の剥落を抑制することができる。その結果、堆積物が剥離、落下することにより発生する、高速原子ビーム線源からのサイズの大きい異物の射出を抑制することができる。すなわち、本実施形態の陰極部材を備える陰極を高速原子ビーム線源に用いると、サイズの大きい異物Ｍの半導体基板の接合対象面への付着が低減することで破損を伴う接合不良の発生が抑制されて、接合基板の製造効率を高めることができる。

【0057】

［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１０、図１１を参照して説明する。図１０は、本実施形態の接合基板の製造方法のフローを説明する図である。図１１（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１１（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１１（Ｃ）は、接触工程後に得られた積層体７００を模式的に示す断面図である。本実施形態においては、一例として、第１の半導体基板７１０が単結晶層である単結晶４Ｈ－ＳｉＣ基板であり、第２の半導体基板７２０が支持基板である多結晶ＳｉＣ基板である場合を例示する。

【0058】

本実施形態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る。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（図１０のＳ１）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を有する積層体を得る接触工程（図１０のＳ２）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（図１０のＳ３）をさらに備えていてもよい。

【0059】

本実施形態の接合基板の製造方法において、第１の半導体基板７１０および第２の半導体基板７２０は、それぞれ、３Ｃ－ＳｉＣ単結晶基板、４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板、６Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板、ＳｉＣ多結晶基板のうちのいずれかとすることができる。また、第１の半導体基板７１０を単結晶層とする場合、４Ｈ－ＳｉＣの単結晶に限られない。３Ｃ－ＳｉＣや６Ｈ－ＳｉＣなど、様々なポリタイプの単結晶ＳｉＣを用いることができ、単結晶層を形成するために、水素原子のアブレーションによる剥離技術（スマートカット（登録商標）とも呼ばれる）を用いてもよい。また、第１の半導体基板７１０を単結晶層とする場合、第２の半導体基板７２０は、単結晶層に適用される各種の熱プロセスに対する耐性を有する材料であれば、どのような材料であってもよい。

【0060】

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。

【0061】

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１１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。

【0062】

具体的な手順について、図１０，図１１を参照して説明する。まず、第１の半導体基板７１０と第２の半導体基板７２０を準備する。第１の半導体基板７１０と第２の半導体基板７２０の表面は、平坦化されていることが好ましい。平坦化は、研削や切削によって行われてもよいし、ＣＭＰ法によって行われてもよい。

【0063】

まず、ステップＳ１として照射工程を行う。照射工程は、図１１（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。

【0064】

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、未結合手であるダングリングボンドを表出させることを指す。また、高速原子ビーム照射時に、接合対象面７１１，７２１の結晶構造を、表面から一定の深さで破壊することができる。その結果、第１の半導体基板７１０、第２の半導体基板７２０の表面に、ＳｉとＣを含んでいる非晶質層が形成される。非晶質層とは、原子が結晶構造のような規則性を持たない状態となっている層のことである。

【0065】

手順としては、図１１（Ａ）のように、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のチャンバー内に設置して相対位置の位置合わせを行う。位置合わせは、後述する接合工程で両基板が正しい位置関係で接触できるように行われる。次に、筐体の内部を真空引きして、例えば１×１０^－４～１×１０^－７（Ｐａ）程度の真空状態としておく。

【0066】

次に、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とに高速原子ビーム線源５００を用いて、高速原子ビーム５１０を照射する。

【0067】

高速原子ビーム５１０は、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の全面に対して照射される。

【0068】

次に、ステップＳ２として接触工程を行う。図１１（Ｂ）に示すように、接合対象面７１１，７２１が近づく方向（図１１（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。接合対象面７１１，７２１が接触したのちに、所定の荷重（例えば、１００ｋｇｆ（０．９８ｋＮ））を印加し、所定時間（例えば、３分間）保持する。これにより、活性状態の接合対象面７１１，７２１に存在するダングリングボンド同士が結びつき、第１の半導体基板７１０’と第２の半導体基板７２０’とを接合させることができる。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１１（Ｃ））が得られる。

【0069】

次に、ステップ３として熱処理工程を行う。熱処理工程は、第１の半導体基板７１０’、および第２の半導体基板７２０’の非晶質層同士が接触している状態で、積層体７００を熱処理する。熱処理工程は、ファーネス（加熱炉）を用いて行われる。熱処理工程は、接合装置６００のチャンバー内で減圧下において行われてもよいし、チャンバー以外の他の炉内で行われてもよい。

【0070】

熱処理工程では、第１の半導体基板７１０’と第２の半導体基板７２０’の積層体７００が、所定温度に加熱される。所定温度は、接合基板の材料に応じて決定してもよい。例えば、ＳｉＣを用いる場合には、１０００℃以上（好ましくは１５００℃程度）に加熱してもよい。これにより、第１の半導体基板７１０’と第２の半導体基板７２０’の非晶質層を、原子配列に規則性がない状態から、原子配列に規則性を有する状態へ再結晶化させることができる。再結晶化が完了すると、非晶質層が消滅し、第１の半導体基板７１０と第２の半導体基板７２０とが直接に接合している接合基板が形成される。

【0071】

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からの堆積物の放出、すなわち、サイズの大きい異物の射出が抑制され、接合対象面７１１，７２１上へのサイズの大きい異物の付着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同士を接合する際に、特に第１の半導体基板７１０，第２の半導体基板７２０の破損を伴う接合不良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。

【0072】

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。

【0073】

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【0074】

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0075】

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。

【0076】

［実施例１］
陰極として、前述した実施形態の陰極１００を用いた。すなわち、陰極は、ガラス状カーボン製で幅５６ｍｍ、高さ１０２ｍｍ、奥行き６４ｍｍ、とし、陰極部材の厚さは３ｍｍとした。

【0077】

また、第１陽極２１０と第２陽極２２０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。２本の陽極は、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本の陽極の中心軸間距離が２５ｍｍ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。

【0078】

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ガス流量を調整して、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１５０ｍｍ（６インチ）、厚さ６２５μｍのシリコン基板を用いた。実施例１においては、陰極１００の内面を構成する、陰極部材の平面において、ブラスト加工により第一領域の表面粗さＲａを１．０μｍ、第二領域の表面粗さＲａを０．１μｍとした。なお、表面粗さは、各領域より３ヵ所測定し、その平均値とした。

【0079】

まず、未使用の状態から積算照射時間３時間後の陰極１００を用いて、上記照射条件にて、シリコン基板上に３００秒ビーム照射した後、シリコン基板の表面に付着した異物の数を計測した。次に、積算使用時間１５時間後の陰極１００を用いて、シリコン基板上に３００秒ビーム照射した後、シリコン基板の表面に付着した異物の数を計測した。なお、異物の数はパーティクルカウンタ（型式ＷＭ－７Ｓ、ＴＯＰＣＯＮ社製）を使用し、異物の総数、直径５μｍ以下の異物の数、直径５μｍよりも大きい異物の数を計測した。積算使用時間１５時間後において、直径５μｍ以下の異物の数が４００個以下、直径５μｍよりも大きい異物の数が５個以下の場合、異物の射出が十分に抑制され、破損を伴う接合不良の発生が極めて低くなると判断した。結果を表１に示す。
結果を表１に示した。

【0080】

さらに、積算照射時間１５時間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（厚さ３５０μｍの単結晶ＳｉＣ基板）、第２の半導体基板（厚さ３５０μｍの多結晶ＳｉＣ基板）を用いて、接触工程、熱処理工程を行い、接合基板を作製した。水素原子のアブレーションによる剥離加工を施し、単結晶ＳｉＣ基板を薄層化して厚さ1μｍの単結晶ＳｉＣ層としたのちに、接合不良（サイズが４０μｍ以上、且つ破損を伴うもの）の有無を評価した。その結果、当該接合不良の発生は認められなかった。

【0081】

［実施例２］
陰極１００の内面を構成する、陰極部材の平面において、第一領域の表面粗さＲａを０．５μｍ、第二領域の表面粗さＲａを０．１μｍとしたこと以外は実施例１と同様にしてシリコン基板の表面に付着した異物を計測した。結果を表１に示す。

【0082】

さらに、実施例１に記載の方法と同様にして、積算照射時間１５時間後の高速原子ビーム線源を用いて、接合基板を作製し、接合不良（サイズが４０μｍ以上、且つ破損を伴うもの）の有無を評価した。その結果、当該接合不良の発生は認められなかった。

【0083】

［実施例３］
陰極１００の内面を構成する、陰極部材の平面において、第一領域の表面粗さＲａを１．０μｍ、第二領域の表面粗さＲａを０．３μｍとしたこと以外は実施例１と同様にしてシリコン基板の表面に付着した異物を計測した。結果を表１に示す。

【0084】

さらに、実施例１に記載の方法と同様にして、積算照射時間１５時間後の高速原子ビーム線源を用いて、接合基板を作製し、接合不良（サイズが４０μｍ以上、且つ破損を伴うもの）の有無を評価した。その結果、当該接合不良の発生は認められなかった。

【0085】

［比較例１］
陰極１００の内面を構成する、陰極部材の平面において、第一領域の表面粗さＲａを０．１μｍ、第二領域の表面粗さＲａを０．１μｍとしたこと以外は実施例１と同様にしてシリコン基板の表面に付着した異物を計測した。結果を表１に示す。

【0086】

さらに、実施例１に記載の方法と同様にして、積算照射時間１５時間後の高速原子ビーム線源を用いて、接合基板を作製し、接合不良（サイズが４０μｍ以上、且つ破損を伴うもの）の有無を評価した。その結果、サイズとして、６０μｍ～２００μｍ、且つ破損を伴う接合不良が８個認められた。

【0087】

【表1】

【0088】

表１の結果に示されたように、実施例１～実施例３においては、第一領域よりも第二領域の表面粗さＲａを大きくすることにより、特に５μｍよりも大きいサイズの異物の射出が抑制された。また、表面粗さＲａが大きいほど５μｍよりも大きいサイズの異物の射出抑制効果が高いことが示唆された。

【0089】

本発明の例示的態様である実施例１～実施例３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スパッタ塵が堆積しやすい領域（第一領域）の表面粗さＲａを第二領域よりも大きくすることにより堆積物の放出が抑制され、高速原子ビームが照射された半導体基板の接合対象面上に特に大きいサイズの異物の付着を抑制できることが示された。これにより、半導体基板同士を接合するときに接合不良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。

【符号の説明】

【0090】

１００ 陰極
１０１ 高速原子ビーム放出口
１０２ 不活性ガス導入口
１０３ 陰極部材
１０３ａ 隅角部
１０３ｂ 辺
１１０ 底面
１２０ 上面
１３０ 側面
１４０ 側面
１５０ 側面
１６０ 側面
２１０ 第１陽極
２２０ 第２陽極
５００ 高速原子ビーム線源
７５０ 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
Ｒ１ 第一領域
Ｒ２ 第二領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】