(57)【要約】【課題】鉄を含む部材が使用されて構成されるコールドカソード型イオン源において、鉄の放射を回避又は抑制することができるコールドカソード型イオン源を提供することを目的とする。【解決手段】ガスのイオンを放射するコールドカソード型イオン源が、アノードとカソードとを有し、ガスのプラズマと接触するアノードの表面とカソードの表面との少なくとも一部が、非鉄材料により形成される。【選択図】図１
2014086137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードとカソードとを有し、ガスのイオンを放射するように構成されたコールドカソード型イオン源であって、
前記ガスのプラズマと接触するアノードの表面とカソードの表面との少なくとも一部が、非鉄材料により形成されることを特徴とするコールドカソード型イオン源。
【請求項２】
アノード全体が、前記非鉄材料から構成されることを特徴とする請求項１に記載のコールドカソード型イオン源。
【請求項３】
カソード全体が、前記非鉄材料から構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のコールドカソード型イオン源。
【請求項４】
前記コールドカソード型イオン源は、ガスのイオンとドーパントの粒子とを放射するように構成され、
前記ガスのプラズマと接触するアノードの表面とカソードの表面との少なくとも一部が、前記ドーパントの材料により形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のコールドカソード型イオン源。
【請求項５】
アノードと、当該アノードと対向する位置にガスのイオンの放射口を有するカソードとを有し、
前記アノードとカソードとの間に前記ガスのプラズマが発生されるように構成され、
前記ガスのプラズマと接触するカソードの放射口及び放射口近傍の表面の少なくとも一部が前記ドーパントの材料により形成されることを特徴とする請求項４に記載のコールドカソード型イオン源。
【請求項６】
プラズマと接触するアノードの表面の少なくとも一部が前記ドーパントの材料により形成されることを特徴とする請求項５に記載のコールドカソード型イオン源。
【請求項７】
カソードの表面に、前記ドーパント材料からなるカソード保護部材が着脱可能に取り付けられ、
アノードの表面に、前記ドーパント材料からなるアノード保護部材が着脱可能に取り付けられたことを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載のコールドカソード型イオン源。
【請求項８】
前記非鉄材料は、炭素（Ｃ）である請求項１から３のいずれか一項に記載のコールドカソード型イオン源。
【請求項９】
前記ドーパントの材料はニッケル（Ｎｉ）である請求項４から７のいずれか一項に記載のコールドカソード型イオン源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コールドカソード型イオン源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気電子デバイス製造過程における固体材料同士の接合技術として、接合される表面（接合面）に対して加速された粒子を照射して活性化させ、活性化された表面同士を直接接合させることで比較的高い接合強度を得る、いわゆる表面活性化による接合方法が開発されている。この手法によれば、表面活性化により活性化されたことによる表面エネルギーを利用することで、接合時又は接合後における加熱などによる熱エネルギーの付加を抑制し又は回避することで、常温などの比較的低温でも十分な接合界面の機械的強度を得ることができる。
【０００３】
表面活性化過程では、加速されて所定の運動エネルギーを有するアルゴンなどの粒子が接合面に衝突して、その運動エネルギーによるスパッタ現象により、当該接合面上にあった酸化物や汚染物質などからなる表面層が除去され、新生表面が露出することで、接合に寄与する表面エネルギーが上がる。さらには、露出した新生表面が加速された粒子の衝突を受けることで、新生表面近傍で種々の原子欠陥が発生することにより、表面エネルギーがより上がるとも考えられている。表面活性化による接合方法は、この高くなった表面エネルギーが、接触により接合面が接合界面を形成する駆動力となり、比較的低温低圧下での接合を可能にしている。
【０００４】
表面活性化手法の加速粒子の生成又は放射に使用される従来のコールドカソード型イオン源では、イオンを加速するための電界を生成するアノードとカソードなどを含む多くの部品が鉄を含む部材で構成されているので、プラズマと接触した部材から鉄粒子が放出され、表面活性化される材料表面に付着することがある。
【０００５】
しかし、鉄は、シリコンなどの半導体材料内での拡散速度が高く、不純物として好ましくない準位を形成するため、半導体プロセスにおいては極力避けるべき材料である。そこで、半導体表面等に対して表面活性化を行う際に、鉄の混入を回避することが課題であった。
【０００６】
また、表面活性化過程において、所定の運動エネルギーを有する粒子に、所定の材料の粒子を混ぜて照射することで、さらに生成される接合界面の機械的強度を上げる手法がある。例えば、接合面がシリコンで形成されている場合に、このシリコン表面に対して、アルゴンなどの不活性ガスの加速粒子ビームを照射して表面を活性化しつつ、上記加速粒子ビームに鉄などの金属粒子を混ぜて照射することで、シリコン表面に鉄原子を所定の割合で混ぜる、すなわちシリコン表面を鉄原子でドープすることができるので、これにより更に接合強度を高めることができる。（特許文献１）しかし、上述のとおり、鉄は半導体プロセスにおいては極力避けるべき材料である。
【０００７】
あるいは、イオン源を構成する材料が放射されることを抑制することが要求されるプロセスもありえる。そこで、半導体表面に対して適切なドーパントの注入を行いつつ表面活性化を行うに際に、鉄の混入を回避することが課題であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開番号  ＷＯ２０１２／１０５４７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本願発明は、鉄を含む部材が使用されて構成されるコールドカソード型イオン源において、鉄の放射を回避又は抑制し、表面活性化により清浄な接合面を形成することができるコールドカソード型イオン源を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本願発明は、表面活性化が行われる表面に対して、清浄な活性化を行いつつ、接合強度を上げるために接合表面に適切な材料をドープすることができるコールドカソード型イオン源を提供することを更なる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本願発明は、アノードとカソードとを有するコールドカソード型イオン源において、ガスのプラズマと接触するアノードの表面とカソードの表面との少なくとも一部が、非鉄材料により形成されることを特徴とするようにしたものである。これにより、コールドカソード型イオン源のアノード又はカソードからの鉄の放射を回避し又は抑制し、表面活性化手法を用いて清浄な接合面を形成することができる。
【００１２】
上記コールドカソード型イオン源は、アノード又はカソードの全体が、非鉄材料から構成されることを特徴とするようにしたものである。これにより、アノード又はカソードがプラズマとの接触に侵食されえても鉄を放射させないコールドカソード型イオン源を構成することができる。
【００１３】
上記コールドカソード型イオン源は、ガスのイオンとドーパントの粒子とを放射するように構成され、ガスのプラズマと接触するアノードの表面とカソードの表面との少なくとも一部が、ドーパントの材料により形成されることを特徴とするようにしたものである。本願発明によれば、カソード又はアノードに含まれる好ましくない材料がプラズマとの接触によってスパッタされてイオン源から放射されることを抑制すると同時に、好ましいドーパントの粒子を放射することができる。したがって、所望のドーピングを表面活性化処理と同時に行うことが可能になる。
【００１４】
上記コールドカソード型イオン源は、アノードと、当該アノードと対向する位置にガスのイオンの放射口を有するカソードとを有し、アノードとカソードとの間にガスのプラズマが発生されるように構成され、ガスのプラズマと接触するカソードの放射口及び放射口近傍の表面の少なくとも一部がドーパントの材料により形成されることを特徴とするようにしてもよい。これにより、特にプラズマとの接触量が多い部材表面をプラズマから保護すると共に、ここから効率的にドーパントの粒子を放射することができる。
【００１５】
上記コールドカソード型イオン源は、プラズマと接触するアノードの表面の少なくとも一部がドーパントの材料により形成されることを特徴とするようにしてもよい。これにより、カソード以外にもプラズマとの接触量が多い表面を保護と共に、ここからも効率的にドーパントの粒子を放射することができる。
【００１６】
上記コールドカソード型イオン源は、カソードの表面に、ドーパント材料からなるカソード保護部材が着脱可能に取り付けられ、アノードの表面に、ドーパント材料からなるアノード保護部材が着脱可能に取り付けられたことを特徴とするようにしてもよい。これにより、イオン源の使用に伴ってドーパント材料が減った際に、新しいドーパント材料の部品と交換することで、同じイオン源を長期間継続して使用することができる。また、プロセスに応じてドーパント材料を取り替えることもできる。
【００１７】
上記コールドカソード型イオン源は、非鉄材料が炭素（Ｃ）であるようにしてもよい。コールドカソード型イオン源から放射されにくい炭素によりアノード又はカソードの表面を構成することにより、表面化活性化される面への望まない材料が付着することを回避又は抑制することができる。
【００１８】
上記コールドカソード型イオン源は、ドーパントの材料がニッケル（Ｎｉ）であるようにしてもよい。これにより、鉄の放射を回避又は抑制すると同時に、表面活性化された表面にニッケル（Ｎｉ）を混入させることで、高い接合強度を形成しうる接合面を準備することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本願発明によれば、コールドカソード型イオン源のアノード又はカソードに含まれる好ましくない鉄などの材料の放射を回避し又は抑制し、表面活性化手法を用いて清浄な接合面を形成することができる。さらにまた、接合強度を増加させるような好ましいドーパントの粒子を表面活性化される表面に対して放射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本願発明の一実施形態に係るコールドカソード型イオン源の分解斜視図である。
【図２】コールドカソード型イオン源の概略横断面図である。
【図３】コールドカソード型イオン源のプラズマ発生領域を含む概略断面の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付の図面を参照して本願発明に係る実施形態を説明する。
【００２２】
＜実施形態＞
図１は、本願発明の実施形態に係るコールドカソード型イオン源１の分解斜視図である。
図２は、図１に示すイオン源１の長手方向に垂直な面での断面の模式図である。イオン源１の断面は、ほぼ左右対称な構造であるので、図２においては、主に右側に参照符号や他の説明を加えて、その作用の説明をするが、左側もほぼ同様に作用する。
図３は、図２に示すイオン源１のプラズマ発生領域を含む概略断面の拡大図である。
【００２３】
図１に示すコールドカソード型イオン源１は、ライン型又はリニア型の粒子ビーム源である。ライン型粒子ビーム源とは、ライン型（リニア型若しくは線状）の又は細長い粒子ビーム放射口又は引出口を有する粒子ビーム源であり、この放射口からライン型（線状）に粒子ビームを放射することができる（図２）。放射口１５の長さは、粒子ビームが照射される基板の直径より大きいことが好ましい。基板が円形でない場合には、放射口１５の長さは、コールドカソード型イオン源１に対して相対的に移動させられる基板に係る放射口１５が延びる方向の最大寸法より大きいことが好ましい。
【００２４】
ライン型のコールドカソード型イオン源１から放射された粒子ビームは、表面活性化処理中のある時刻においては、基板上の線状の領域を照射している。そして、ライン型イオン源１から基板に向けて粒子ビームを放射させつつ、放射口１５が延びる方向と垂直方向に基板を走査させることで、線状の粒子ビームの照射領域が基板のすべての接合部上を通過する。ライン型のコールドカソード型イオン源１が、基板上を通過し終えると、接合面全体が、粒子ビームにより均一に照射され、表面活性化される。
【００２５】
ライン型イオン源は、比較的面積の大きい基板の表面を、比較的均一に粒子ビームで照射する際に適している。また、ライン型のコールドカソード型イオン源は、基板の様々な形状に対応して、比較的均一に粒子ビームを照射することができる。
【００２６】
本実施形態においてはライン型の放射口を有するイオン源１が示されているが、本願発明は、ライン型の放射口を有するイオン源に限定されない。その他種々の放射口の形状を採用することが可能である。
【００２７】
以下、続けてライン型のコールドカソード型イオン源１の構成について説明する。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態に係るライン型のコールドカソード型イオン源１は、Ｎ極カソード１１及び１３とＳ極カソード１２及び１４とを有するカソード１０、これらカソードに対向かつ離間して配置され電界を発生させるためのアノード２０と、カソードの各々を所定の磁性にするための磁界発生装置５０とを有して構成されている。
【００２９】
さらに、コールドカソード型イオン源１は、ガスのプラズマと接触するアノードの表面とカソードの表面との少なくとも一部を形成する非鉄材料として、プラズマが発生する領域Ｐ（図３）に面するカソード１０及びアノード２０の表面を覆ってプラズマとの接触から保護するためのカソード保護部材３０とアノード保護部材４０とを有して構成されている。
【００３０】
また、コールドカソード型イオン源１は、カソード１０とアノード２０とに電位を印加するための電源６０と、カソード１０とアノード２０との間の空間に、ガスを導入するためのガス導入手段７０とを有して構成されている（図２）。
【００３１】
磁界発生装置５０は、放射口１５に向かって見たときにイオン源１とほぼ同じライン型の形状を有している。この磁界発生装置５０の放射口１５側面上の中心部に長手方向に延びたＮ極中間カソード１３が取り付けられ、Ｎ極中間カソード１３を囲むようにＮ極中間カソード１３と離間してＳ極中間カソード１４が取り付けられる。図１及び図２において、Ｓ極中間カソード１４は、Ｎ極中間カソード１３とほぼ同じ高さに設定されているが、これに限らない。Ｓ極中間カソード１４とＮ極中間カソード１３とは異なる高さに設定されてもよい。当該高さを変えることで、ビームの広がりを変えることができる。
【００３２】
Ｎ極中間カソード１３とＳ極中間カソード１４との間の、磁界発生装置５０の放射口１５側面上には、ガス導入手段７０を構成するガス導入口７１が開けられている（図２）。当該ガス導入口７１として、複数個のガス導入口７１が設けられることが好ましい。この場合、ガス導入口７１は、イオン源１から放射されるイオンビームが均等になるように設けられるのが好ましい。たとえば、ガス導入口７１は、磁界発生装置５０の放射口１５側面上に設けられてもよく、中間カソード１３又は１４のアノード２０に向く面に設けられてもよい。しかし、ガス導入口７１の配置位置はこれに限られない。
【００３３】
磁界発生装置５０の筐体５２の一部にガス供給源（図示せず）からガスの受け入れ口（図示せず）が設けられ、ここから磁界発生装置５０内を通るガス管７２を通ってガス導入口７１にガスが供給されるように、ガス導入手段７０が構成されることが好ましい。
【００３４】
本実施形態のイオン源１においては、Ｎ極中間カソード１３とＳ極中間カソード１４との間には、細長い環状の空間、又は一対の細長く伸びた空間が形成される（図１）。この空間内に、Ｎ極中間カソード１３とＳ極中間カソード１４及び磁界発生装置５０から離間するように、アノード２０が取り付けられる。アノード２０がＮ極中間カソード１３とＳ極中間カソード１４及び磁界発生装置５０に接触しないように、これらの部材とアノード２０との間に所定の寸法に形成されたセラミックスなどの絶縁材料を挟みこんでもよい。
【００３５】
Ｎ極中間カソード１３の上にはＮ極トップカソード１１が、Ｓ極中間カソード１４の上には、Ｓ極トップカソード１２が取り付けられる。Ｎ極トップカソード１１とＳ極トップカソード１２とは、放射口１５に向かって見たときに、それぞれＮ極中間カソード１３とＳ極中間カソード１４とほぼ同じ形状を有していることが好ましい。
【００３６】
Ｎ極トップカソード１１とＳ極トップカソード１２とは、Ｎ極中間カソード１３とＳ極中間カソード１４とに取り付けられたときに、アノード２０に対向して、イオン源１の長手方向に延びた線状の放射口１５となるスリットを形成する。
【００３７】
カソード保護部材３０として、Ｎ極中間カソード１３とＮ極トップカソード１１との間にＮ極トップガード保護部材３１が、Ｓ極中間カソード１４とＳ極トップカソード１２との間にＳ極トップガード保護部材３２が、挟まれて配置される。
【００３８】
Ｎ極トップガード保護部材３１とＳ極トップガード保護部材３２とは、プラズマとの接触により、コールドカソード型イオン源１から放射されにくい非鉄材料により形成されていることが好ましい。たとえば、当該非鉄材料として炭素が採用されることが好ましい。炭素は、ガスをイオン化させる確率が高く、イオン源のイオン化効率を高めると考えられる。
【００３９】
また、表面活性化の際にドーパントの材料をガスのイオンと共に放射するために、当該ドーパント材料として、表面活性化される対象物の表面又は表面近傍に入り込み、表面活性化された接合面が接合により形成された接合界面の機械的強度を上げるような、適切な種類の元素又は材料を採用することが好ましい。
【００４０】
この際、特に接合面がシリコンを主成分として含有している場合には、拡散速度が比較的低く、また半導体プロセスでも汎用されているニッケル（Ｎｉ）を採用されることが好ましい。
【００４１】
Ｎ極トップガード保護部材３１とＳ極トップガード保護部材３２とは、いずれもほぼ板状に形成されて、トップカソード１１及び１２のアノード２０側の面、すなわちカソード１０とアノード２０の空間であってプラズマが発生する領域に接する面を覆うように形成されていることが好ましい。さらには、ガスの放射口１５のところで折り曲げられ、トップカソード１１及び１２の、アノード２０に向かう面と放射口１５に向かう内面とがなす角の部分を覆うように形成されていることが好ましい。
【００４２】
放射口１５に隣接するトップカソード１１及び１２の領域は、特にプラズマとの接触が多い部分である。したがって、保護部材３１及び３２がないと、トップカソード１１及び１２に含まれる鉄のうちプラズマにより侵食されイオンビームに混じって放射される鉄の量が多くなるので、鉄の放射を回避又は抑制するためには、この部分を保護部材で覆うことが最も好ましい。上述のとおり、保護部材として炭素を使用することで、鉄の放射を防ぐと同時に、ガスのイオン化効率を高くすることができる。また、ドーパント材料からなる保護部材でこの部分を覆うことで、最も効率よくドーパントの粒子を放射させることができる。
【００４３】
図２に示すように、本実施形態に係るライン型のコールドカソード型イオン源１は、対になって電位又は電界を形成するためのカソード１０及びアノード２０と、カソード１０及びアノード２０の表面をそれぞれプラズマとの接触から保護するカソード保護部材３０及びアノード保護部材４０とを有して構成される。
【００４４】
＜電気回路＞
カソード１０は、対になって間に磁界を発生させるためのＮ極トップカソード１１とＳ極トップカソード１２とを有して構成される。Ｎ極トップカソード１１とＳ極トップカソード１２との間に形成されるスリットは、イオンの放射口１５を形成し、プラズマによって生じたイオンがトップカソード１１及び１２とアノード２０との間の電界によって加速され、この放射口１５から放射される。
【００４５】
カソード１０とアノード２０とには、直流電源６０が接続され、これによりカソード１０が負の電位、アノード２０が正の電位となるように電圧が印加される。図２では、直流電源６０は、カソード１０側においてはＳ極中間カソード１４と接続されているが、トップカソード１１及び１２とアノード２０との間に所定の電圧が形成されれば、又は所望の電界が形成されれば、この態様に限られない。
【００４６】
＜磁気回路＞
図２に示すように、磁界発生装置５０は、磁界を発生される磁石５１と、磁石５１を収容し中間カソード１３及び１４と機械的に接触又は接続される磁界発生装置筐体５２とを有して構成されている。
【００４７】
磁石５１は永久磁石であることが好ましい。例えば、当該磁石５１はネオジム（Ｎｄ）を含む、一般にネオジム磁石（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）と呼ばれる永久磁石で形成されていることが好ましい。
【００４８】
磁界発生装置５０の筐体５２、中間カソード１３及び１４、トップカソード１１及び１２は、いずれも磁性材料により構成されており、一般的に、磁性を示すステンレス鋼で形成されてもよく、例えば、ＪＩＳ規格でＳＵＳ４３０と呼ばれるステンレス鋼で形成されてもよい。
【００４９】
これにより、磁界発生装置５０により発生された磁界線Ｂは、磁石５１のＮ極から出て、磁界発生装置筐体５２、中間カソード１３、トップカソード１１の内部を伝って、トップカソード１１の放射口１５側の先端に至り、トップカソード１１と１２との間の空間を横切ってトップカソード１２の放射口１５側の先端に至り、トップカソード１２、中間カソード１４、磁界発生装置筐体５２の内部を伝って、磁石５１のＳ極に入るという磁気回路を構成する。
【００５０】
本実施形態におけるＮ極とＳ極は、入れ替えても構わない。
【００５１】
トップカソード１１及び１２とアノード２０との間の電位差が所定の値を超えると、トップカソード１１及び１２から、アノード２０に向けて電子が放射される。図３に示す構造においては、トップカソード１１及び１２とアノード２０の間であって放射口１５に近い領域Ｐでは、電界Ｅと磁界Ｂがほぼ直交に近い状態で交差している。したがって、この領域Ｐに電界Ｅによりトップカソード１１又は１２から放射された電子は、磁界Ｂ内を運動する電荷に作用するローレンツ力を受けて、螺旋（らせん）運動をする。
【００５２】
ガス導入口７１から導入されたガスは、電子が螺旋運動をしている領域Ｐで電子と衝突すると、ガスの陽イオンと電子とに電離（プラズマ化）する。（本願においては、イオン源１内で、導入されたガスのプラズマが発生する領域をプラズマ発生領域と呼ぶ。当該プラズマ発生領域は、領域Ｐとほぼ重なると考えられるが、図３における領域Ｐは、プラズマ発生領域の目安を示すに過ぎず、正確な位置を示すものではない。）当該ガスの電離により生じた陽イオンは、領域Ｐで電界Ｅの方向に加速され、電界Ｅ内で得た運動エネルギーを伴って、放射口１５を通って、イオン源１外部へと放射される。
【００５３】
イオン源１には、イオンが加速される領域又はプラズマ発生領域Ｐの外側に、加速されたガスのイオンを中性化するためのニュートライザ（図示せず）が更に設けられてもよい。ニュートライザは、例えば、放射口１５の外側に電子雲を形成し、加速されたイオンを当該電子雲の中を通過させることで電子と結合させて中性化させることができる。このようなニュートライザは、加速されたイオンの運動エネルギーを大きく減少させることなく、実質的に維持するように構成されていることが好ましい。中性化された粒子ビームは、衝突する物質に電荷を与えないという利点を有する。
【００５４】
プラズマは、比較的エネルギーが高いために、接触する部材を侵食する。したがって、カソード１０及びアノード２０の内であって、プラズマ発生領域Ｐに向いている面では、他の部位よりもプラズマに侵食される量が多くなる。例えば、図２における、トップカソード１１及び１２のアノード２０を向く面、アノード２０のトップカソード１１及び１２に向く面、そして、トップカソード１１及び１２の放射口１５近傍の面などが挙げられる。
【００５５】
図２に示すイオン源１では、特に、トップカソード１１及び１２のアノード２０を向く面のうち、放射口１５又は放射口１５近傍、すなわち放射口１５に隣接する領域や、放射口１５に対向するアノード２０の面は、プラズマによる侵食の量が多い箇所として考えられる。これらの領域は、図３においてプラズマ発生領域Ｐを示すために用いられている点線が、トップカソード１１及び１２と、アノード２０と重なる領域とほぼ一致する。
【００５６】
そして、プラズマと接触するカソード１０及びアノード２０を完全に保護部材で覆うことはしなくても、その少なくとも一部を保護部材で覆うことにより、上記プラズマとの接触によるカソード１０又はアノード２０からの鉄の放射量を抑制することができる。
【００５７】
プラズマと接触するカソード１０及びアノード２０の部位が、必ず上記例示した場合に限られるわけではない。より一般的には、プラズマと接触するアノードの表面のある部位、又はカソードの表面のある部位が、保護材で覆われていればよい。もっとも、プラズマの接触量が最も多い箇所から保護部材で覆うのが効率的である。
【００５８】
保護部材は、図２では、トップカソード１１又は１２やアノード２０と別個の部材として構成している。これにより、保護部材を適宜、交換又は着脱することができる。使用時間を経過するにつれ、プラズマとの接触により保護部材は侵食されて厚さが薄くなる。最後には最もプラズマとの接触が多かった部分に穴が開き、プラズマが直接カソード１０又はアノード２０と接触するに至ることもありえる。したがって、保護部材が所定の厚さ以下になった場合又は所定の使用時間を経過した場合など、所定の許容条件を超えた時に、保護部材を新たな保護部材に交換することが好ましい。イオン源の使用に伴って保護部材が減った際に、新しい保護部材の部品と交換することで、同じイオン源を長期間継続して使用することができる。また、プロセスに応じてドーパント材料を適宜取り替えることもできる。
【００５９】
また、保護部材が交換可能に表面活性化処理や活性化処理される材料の特性などに応じて、保護部材の材料又は材質を選択できることが好ましい。
【００６０】
このため、図１に示す実施形態では、保護部材は着脱可能に取り付けられている。図１に示す実施形態では、カソードの保護部材３１及び３２は、それぞれ、トップカソード１１及び１２が中間カソード１３及び１４にネジ止めで取り付けられる際に、これらの間に、挟みこまれて取り付けられ、アノードの保護部材４０は、アノード２０にネジ止めで取り付けられており、いずれも着脱可能に取り付けられている。
【００６１】
なお、これらの保護部材３１又は３２は、直接カソード１０やアノード２０の所望の表面部位に形成されてもよい。例えば、トップカソード１１及び１２のアノード２０に向かう面の所望の部位に、直接、所望の保護部材を蒸着することで形成してもよい。
【００６２】
また、アノード２０やカソード１１から１４の各々の全体又はその大部分を、炭素（Ｃ）で形成してもよく、ニッケル（Ｎｉ）で形成してもよい。これにより、プラズマとの接触により上記部材の侵食が進んでも、鉄の放射が全く起こらないイオン源を構成することができる。この際、アノード２０やカソード１１から１４は、アノード２０とトップカソード１１及び１２とへの適切な電圧の印加と、Ｎ極及びＳ極トップカソード１１及び１２間での適切な磁界の形成とが行えるように、電気回路と磁界回路とが形成されるように構成される必要がある。
【００６３】
保護部材は、上記記載の構成に限られない。たとえば、アノード２０やカソード１１から１４の表面の一部又は全体を、炭素（Ｃ）により形成された部材で覆い、当該炭素（Ｃ）の部材の表面上に、ニッケル（Ｎｉ）により形成された部材で覆うようにしてもよい。この際、たとえば、炭素（Ｃ）でアノード２０やカソード１１から１４の表面のプラズマと接触する部分をすべて覆った上で、アノード２０やカソード１１から１４の表面上の所定の位置にニッケル（Ｎｉ）による部材を配置してもよい。これにより、イオン源１からの鉄の放射を効率よく回避又は抑制するとともに、ニッケル（Ｎｉ）をドーパント材料として放射することもできる。ニッケル（Ｎｉ）の配置箇所、配置面積等を変えることで、ドーパントの放射量を制御することができる。さらにまた、たとえば、アノード２０やカソード１１から１４の各々の全体又はその大部分を、炭素（Ｃ）で形成し、当該炭素の表面上に、ニッケル（Ｎｉ）により形成された部材で覆うようにしてもよい。
【００６４】
＜コールドカソード型イオン源１の作動＞
表面活性化処理に用いるガスとして、例えば、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）などの希ガス又は不活性ガスを採用することが好ましい。これらの希ガスは、衝突される接合面を形成する物質と化学反応を起こしにくいので、化合物を形成するなどして、接合面の化学的性質を大きく変化させることはない。
【００６５】
表面活性化される接合面に衝突させる粒子の運動エネルギーは、１ｅＶから２ｋｅＶであることが好ましい。上記の運動エネルギーにより、効率的に表面層におけるスパッタリング現象が生じると考えられる。除去すべき表面層の厚さ、材質などの性質、新生表面の材質などに応じて、上記運動エネルギーの範囲から所望の運動エネルギーの値を設定することもできる。
【００６６】
イオン源１は、例えば圧力が１×１０−５Ｐａ（パスカル）以下などの、比較的高い真空中で作動する。比較的高い真空に引くために真空ポンプの作動により、表面活性化過程で表面から除去された物質が効率よく雰囲気外へ排気される。これにより、露出された新生表面への望ましくない物質の付着を抑制することができる。さらに、イオン源１は、比較的高い加速電圧を印加することができるので、高い運動エネルギーを粒子に付与することができる。したがって、効率よく表面層の除去及び新生表面の活性化を行うことができると考えられる。
【００６７】
また、無機材料層を非金属材料を主成分として形成する場合には、無機材料層に所定の量の金属を混合させることが好ましい。これにより、接合強度を向上させることができる。例えば、ケイ素（Ｓｉ）を主成分として無機材料層を形成する場合には、ニッケルなどの遷移金属を、無機材料層の表面に１原子層未満の割合で存在するように混合させることが好ましい。
【実施例】
【００６８】
まず、表面活性化が行われる材料としてシリコン（Ｓｉ）基板を採用した場合について説明する。トップカソード１１及び１２とアノード２０のプラズマに接する面を厚さ０．５ｍｍのニッケル（Ｎｉ）の板状の保護材で覆った。ガスとしてアルゴン（Ａｒ）を使用し、コールドカソード型イオン源１内でアルゴンをプラズマ化し、トップカソード１１及び１２とアノード２０の間の１．２ｋＶの電位差によりアルゴン（Ａｒ）イオンを加速し、上記シリコン（Ｓｉ）基板の表面に向けて放射した。イオン源１は、アルゴン（Ａｒ）ガスの供給量が７０ｓｃｃｍ、１．０ｋＶ、１００ｍＡの条件で駆動された。加速されたアルゴンイオンの大部分は、ニュートライザにより、運動エネルギーをほぼ保ちながら中性化された。アルゴンビームを照射しつつ、シリコン（Ｓｉ）基板を１２００ｍｍ／ｍｉｎの相対速度で１回、走査させて、この接合面同士を真空中で接触させて、加熱することなく、１０ＭＰａ程度の圧力下で３分ほど維持した。これにより、十分な強度の接合界面を形成することができた。
【００６９】
以上、本願発明の実施形態及び実施例について説明したが、これらの実施形態及び実施例は、本願発明を例示的に説明するものである。特許請求の範囲は、本願発明の技術的思想から逸脱することのない範囲で、実施の形態に対する多数の変形形態を包括するものである。したがって、本明細書に開示された実施形態及び実施例は、例示のために示されたものであり、本願発明の範囲を限定するものと考えるべきではない。
【符号の説明】
【００７０】
１    コールドカソード型イオン源
１０  カソード
１１  Ｎ極トップカソード
１２  Ｓ極トップカソード
１３  Ｎ極中間カソード
１４  Ｓ極中間カソード
１５  放射口
２０  アノード
３０  カソード保護部材
３１  Ｎ極トップガード保護部材
３２  Ｓ極トップガード保護部材
４０  アノード保護部材
５０  磁界発生装置
５１  磁石
５２  磁界発生装置筐体
６０  電源
７０  ガス導入手段
７１  ガス導入口
７２  ガス管
【図１】
2014086137.tif 000003
【図２】
2014086137.tif 000004
【図３】
2014086137.tif 000005