JP2006332289A

JP2006332289A - 偏向器及び偏向器作製方法

Info

Publication number: JP2006332289A
Application number: JP2005153087A
Authority: JP
Inventors: Masatake Akaike; 正剛赤池; Haruto Ono; 治人小野; Masatoshi Kanamaru; 昌敏金丸
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Canon Inc; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Canon Inc; Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2005-05-25
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2025-05-25
Also published as: JP4648087B2

Abstract

【課題】マルチの電子ビームを個々独立に偏向させるための全素子を容易に形成する。
【解決手段】荷電ビームの通過する複数の貫通孔及びアライメントマーク９，１８をそれぞれ設けた第一の基板１と第二の基板１１を備え、第一の基板１には、電気的接合用の電極バンプ５、及び電気的に絶縁された接合強度補強用の補強バンプ７が設けられ、第二の基板１１には、前記荷電ビームの軌道を偏向するための電極対を有する偏向電極１４、偏向電極１４と電気的に連結された電極パッド１５、及び電気的に絶縁された接合強度補強用の補強パッド１６が設けられ、両基板を相対向するようにアライメントマーク９，１８を用いて整合し、両基板を相互に押し付けて電極バンプ５と電極パッド１５及び補強バンプ７と補強パッド１６をそれぞれ常温接合した。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に半導体集積回路等の露光に用いられる電子ビーム露光装置、イオンビーム露光装置等の荷電粒子線露光装置に関するものである。特に、複数の荷電粒子線を用いてパターン描画を行う荷電粒子線露光装置に用いる偏向器、及び偏向器作製方法に関するものである。

半導体デバイスの生産において、電子ビーム露光技術は、０．１μｍ以下の微細パターン露光を可能とするリソグラフィの有力候補として脚光を浴びており、いくつかの方式がある。例えば、いわゆる一筆書きでパターンを描画する可変矩形ビーム方式がある。しかしこれはスループットが低く量産用露光機としては課題が多い。スループットの向上を図るものとして、ステンシルマスクに形成したパターンを縮小転写する図形一括露光方式が提案されている。この方式は、繰り返しの多い単純パターンには有利であるが、ロジック配線層等のランダムパターンではスループットの点で課題が多く、実用化に際して生産性向上の妨げが大きい。

これに対して、マスクを用いずに複数本の電子ビームで同時にパターンを描画するマルチビームシステムの提案がなされており、物理的なマスク作製や交換をなくし、実用化に向けて多くの利点を備えている。

複数の電子ビームを用いてパターン描画を行うマルチ電子ビーム露光装置を開示する文献の例として、“安田洋：応用物理６９、１１３５（１９９４）”がある。図９はそのマルチ電子ビーム露光装置に用いられるブランキングアパーチャアレイの断面図である。このブランキングアパーチャアレイは、開口及び偏向器をアレイ状に配列したものであり、複数の電子ビームの照射を個別に制御することができる。ここで、図中、５１が開口、５２，５３が第一及び第二のブランキング電極をそれぞれ示している。開口を通過した荷電粒子ビームを試料上に照射する時には、第一及び第二のブランキング電極５２，５３
に接地電位の信号を印加し、遮断する時には、第一及び第二のブランキング電極に正負の電位の信号を同時に印加する。

従来の技術では、電子ビームに電界を加えて電子ビームを偏向する偏向器及びその製造方法について開示する文献として、特開平１１−４００９３号公報（特許文献１）及び特開２００１−３０７９９０号公報（特許文献２）がある。前記特許文献１に記載の偏向器は、複数の基板を絶縁体を介して貼りあわせてなり、電子ビームを通過するためのビーム通過孔に対して平行に開口され、複数の基板に所定の電圧を印加することによりビーム通過孔を通過する電子ビームを偏向している。

前記特許文献２に記載の偏向器は、同一基板上に偏向電極、接地電極、偏向パッド、接地電極パッド及びアパーチャ―（電子の通過する開口部）を有し、さらに偏向電極パッド及び接地電極パッドを偏向電極及び接地電極より短く形成し、偏向電極と電気的に連結している偏向電極パッドに電圧を印加することにより、アパーチャーを通過する電子ビームを偏向している。
特開平１１−４００９３号公報特開２００１−３０７９９０号公報 "安田洋：応用物理６９、１１３５（１９９４）"

上述した特許文献１に開示している電子ビーム偏向器の製造方法は、偏向電極及び電子ビーム通過口を長くとることが容易であり、このため電子ビームを十分に偏向させることができる利点があるが、しかしながら、マルチの電子ビームを偏向するための偏向器を作製することは困難である。

さらに、上述した特許文献２に開示している電子偏向器をアレイ化したデバイス製造方法は、電子ビームの通過口、偏向電極、接地電極、偏向電極パッド、接地電極パッド及び偏向電極と接地電極に電気的に結合している配線層を同一基板上に作製しているため、複雑なプロセスを伴うことからマルチの電子ビームを個々独立に偏向させるための全素子を形成することは困難である。

本発明は、マルチの電子ビームを個々独立に偏向させるための全素子を容易に形成することができる偏向器及び偏向器作製方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る偏向器は、荷電ビームが通過する複数の貫通孔及びアライメントマークをそれぞれ設けた第一の基板と第二の基板を備える偏向器において、前記第一の基板には、電気的接合用の電極バンプ、及び、電気的に絶縁された接合強度補強用の補強バンプが設けられ、前記第二の基板には、前記荷電ビームの軌道を偏向するための電極対を有する偏向電極、前記偏向電極と電気的に連結された電極パッド、及び、電気的に絶縁された接合強度補強用の補強パッドが設けられ、前記第一の基板と前記第二の基板を相対向するように前記アライメントマークを用いて整合し、前記第一の基板と前記第二の基板を相互に押し付けて前記電極バンプと前記電極パッド及び前記補強バンプと前記補強パッドをそれぞれ常温接合したことを特徴とする。

また、本発明に係る偏向器は、荷電ビームが通過する複数の貫通孔及びアライメントマークをそれぞれ設けた第一の基板と第二の基板を備える偏向器において、前記第一の基板には、電気的接合用の電極バンプ、電気的に絶縁された接合強度補強用の補強バンプ、及び、接合時ストッパーとして作用するストッパーバンプが設けられ、前記第二の基板には、前記荷電ビームの軌道を偏向するための電極対を有する偏向電極、前記偏向電極と電気的に連結された電極パッド、電気的に絶縁された接合強度補強用の補強パッド、及び、接合時に前記ストッパーバンプと当接するストッパーパッドが設けられ、前記第一の基板と第二の基板を相対向するように前記アライメントマークを用いて整合し、前記ストッパーバンプと前記ストッパーパッドが互いに接触し当接するまで前記第一の基板と第二の基板を相互に押し付けて前記電極バンプと前記電極パッド及び前記補強バンプと前記補強パッドを常温接合したことを特徴としてもよい。

また、本発明では、前記補強バンプの１個当たりの平面における面積は、前記電極バンプの１個当たりの平面における面積に対して同等以上の大きさであることが好ましく、前記ストッパーバンプの１個当たりの平面における面積は、前記電極バンプ及び前記補強バンプの１個当たりの平面における面積よりも大きいことが好ましく、前記ストッパーバンプの高さは、前記電極バンプの高さ及び前記補強バンプの高さより低いことが好ましい。また、前記各バンプ、及び前記各パッドは塑性変形能を有する金属材料からなることが好ましく、前記各バンプ、及び前記各パッドは塑性変形能を有する低融点の金属材料であることがさらに好ましい。

本発明に係る偏向器作製方法は、荷電ビームが通過する複数の貫通孔及びアライメントマークをそれぞれ設けた第一の基板と第二の基板を備える偏向器の作製方法において、前記第一の基板には、電気的接合用の電極バンプ、及び、電気的に絶縁された接合強度補強用の補強バンプが設けられ、前記第二の基板には、前記荷電ビームの軌道を偏向するための電極対を有する偏向電極、前記偏向電極と電気的に連結された電極パッド、及び、電気的に絶縁された接合強度補強用の補強パッドが設けられ、前記第一の基板と第二の基板を相対向するように前記アライメントマークを用いて整合する整合工程と、前記第一の基板と第二の基板を相互に押し付けて前記電極バンプと前記電極パッド及び前記補強バンプと前記補強パッドをそれぞれ常温接合する工程とを含むことを特徴とする。

また、本発明に係る偏向器作製方法は、荷電ビームが通過する複数の貫通孔及びアライメントマークをそれぞれ設けた第一の基板と第二の基板を備える偏向器の作製方法において、前記第一の基板には、電気的接合用の電極バンプ、電気的に絶縁された接合強度補強用の補強バンプ、及び、接合時にストッパーとして作用するストッパーバンプが設けられ、前記第二の基板には、前記荷電ビームの軌道を偏向するための電極対を有する偏向電極、前記偏向電極と電気的に連結された電極パッド、電気的に絶縁された接合強度補強用の補強パッド、及び、接合時に前記ストッパーバンプと当接するストッパーパッドが設けられ、前記第一の基板と第二の基板を相対向するように前記アライメントマークを用いて整合する整合工程と、前記ストッパーバンプと前記ストッパーパッドが互いに接触し当接するまで前記第一の基板と第二の基板を相互に押し付けて前記電極バンプと前記電極パッド及び前記補強バンプと前記補強パッドを常温接合する工程とを含むことを特徴としてもよい。

前記ストッパーバンプは、前記常温接合前にバンプ潰しによって、予め所定の高さまで高さ調整することが好ましく、整合工程の前に前記前記第一の基板と第二の基板表面を清浄化する工程を含み、前記清浄化はイオンあるいは中性粒子による衝撃で行うことが好ましい。

本発明は、常温接合により第一の基板と第二の基板間の電気的結合を行い、同時に両基板間の接合強度を得ることができるため、第一の基板に主として多層配線回路を、第二の基板に主として偏向電極を形成することが可能であり、高密度なマトリックス状のマルチの偏向器を作製することが容易であるという効果を奏する。

また、ストッパーとしての機能を有するストッパーバンプ及びストッパーパッドを有することで、接合の際の相互押し付け荷重の加え過ぎによる電極バンプの過剰な潰れを回避できるので、隣接した電極への電気的な短絡を防止することができ、及びバンプの高さのバラツキによる影響を回避できる。そして補強バンプと補強パッド間の接合によって、さらに強固な接合力を得ることができるので、残留応力有する基板間の接合においても、電極バンプと電極パッド間の剥離を防止できる。

本発明に係る偏向器の好ましい形態は、第一の基板である配線基板に荷電ビームの通過する複数の貫通孔、電気的接合用の電極バンプ、該電極バンプと電気的に連結している配線、該配線の終端で電気的に連結している外部制御電極、電気的に絶縁されている接合強度補強用の補強バンプ及びアライメントマークを設け、第二の基板である電極基板に荷電ビームの通過する複数の貫通孔、該貫通孔を通過する荷電ビームの軌道を偏向制御するために該各貫通孔の両側壁の相対向した位置に第一の偏向電極及び第二の偏向電極から成る電極対を有する偏向電極、該偏向電極と電気的に連結した電極パッド、電気的に絶縁されている接合強度補強用の補強パッド及びアライメントマークを設け、前記第一の基板と前記第二の基板の両基板表面を清浄化し、該清浄化後、前記両基板を相対向して前記アライメントマークを用いて整合し、前記両基板の両側から荷重を印加させ、該荷重印加によって前記電極バンプと前記電極パッド、及び前記補強バンプと前記補強パッドをそれぞれ常温接合させて前記両基板を一体化したことを特徴とする。

本発明に係る偏向器の他の好ましい形態は、第一の基板基板に荷電ビームの通過する複数の貫通孔、電気的接合用の電極バンプ、該電極バンプと電気的に連結している配線、該配線の終端で電気的に連結している外部制御電極、電気的に絶縁されている接合強度補強用の補強バンプ、接合時ストッパーとして作用するストッパーバンプ及びアライメントマークを設け、第二の基板に荷電ビームの通過する複数の貫通孔、該貫通孔を通過する荷電ビームの軌道を偏向制御するために該各貫通孔の両側壁の相対向した位置に第一の偏向電極及び第二の偏向電極から成る電極対を有する偏向電極、該偏向電極と電気的に連結した電極パッド、電気的に絶縁されている接合強度補強用の補強パッド、接合時に該ストッパーバンプと当接するストッパーパッド及びアライメントマークを設け、前記第一の基板と前記第二の基板の両基板表面を清浄化し、該清浄化後、前記両基板を相対向して前記アライメントマークを用いて整合し、前記ストッパーバンプと前記ストッパーパッドが互いに接触し当接するまで前記両基板の両側から荷重を印加して行き、該荷重印加によって前記電極バンプと前記電極パッドを及び前記補強バンプと補強パッドを常温接合させることによって前記両基板を一体化したことを特徴とする。

前記補強バンプの１個当たりの平面における面積は、前記電極バンプの１個当たりの平面における面積に対して同等以上の大きさであり、好ましくは１００［μｍ^２］以上、１［ｍｍ^２］以下で前記両基板を一体化させる。

前記ストッパーバンプの１個当たりの平面における面積は、前記電極バンプ及び前記補強バンプの１個当たりの平面における面積よりも大きく、好ましくは、平面におけるストッパーバンプの総面積は、平面における前記電極バンプ及び前記補強バンプの総面積の和の２０％以上で前記両基板を一体化させる。前記ストッパーバンプの高さは、前記電極バンプの高さ及び前記補強バンプの高さより低いことが好ましい。

前記バンプ及び前記パッドは、塑性変形能を有する金属材料からなり、好ましくは面心立方晶を有する金属材料であり、Ａｕ、ＣｕまたはＡｌであることを特徴とする。

前記バンプ及び前記パッドは、塑性変形能を有する金属材料からなり、好ましくは低融点を有する金属材料であり、ＩｎまたはＳｎであることを特徴とする。

本発明に係る偏向器作製方法の好ましい形態は、第一の基板である配線基板に荷電ビームの通過する複数の貫通孔、電気的接合用の電極バンプ、該電極バンプと電気的に連結している配線、該配線の終端で電気的に連結している外部制御電極、電気的に絶縁されている接合強度補強用の補強バンプ、接合時ストッパーとして作用するストッパーバンプ及びアライメントマークを設け、第二の基板である電極基板に荷電ビームの通過する複数の貫通孔、該貫通孔を通過する荷電ビームの軌道を偏向制御するために該各貫通孔の両側壁の相対向した位置に第一の偏向電極及び第二の偏向電極から成る電極対を有する偏向電極、該偏向電極と電気的に連結した電極パッド、電気的に絶縁されている接合強度補強用の補強パッド、接合時に前記ストッパーバンプと当接するストッパーパッド及びアライメントマークを設け、前記配線基板と前記電極基板の両基板表面を清浄化し、該清浄化後、前記両基板を相対向して前記アライメントマークを用いて整合し、前記ストッパーバンプと前記ストッパーパッドが互いに接触し当接するまで前記両基板の両側から荷重を印加して行き、該荷重印加によって前記電極バンプと前記電極パッド及び前記補強バンプと補強パッドを常温接合させることによって前記両基板を一体化させる。

前記ストッパーバンプは、前記常温接合前にバンプ潰しによって、予め所定の高さまで高さ調整する。また、前記清浄化はイオンあるいは中性化したイオン（中性粒子）による衝撃で行うことができる。

図１、図２、図３及び図４は本発明の特徴を良く表す図である。これらの図において、１は第一のＳｉ基板（配線基板）であり、２は第一のＳｉ基板１に形成した絶縁体からなるＳｉ酸化膜であり、３は第一のＳｉ基板１に貫通孔明けによって形成した電子線通過口である。４は電子線通過口３の内壁に帯電防止のために形成した導電体からなるシールド電極であり、５は第一のＳｉ基板に形成したＡｕからなる電極バンプである。６は個々の電極バンプ５と一対一に各々独立に電気的結合しており、第一のＳｉ基板に形成した多層配線回路である。７は電極バンプ５の周囲に配置したＡｕからなる補強バンプであり、９，１８は第一のＳｉ基板と第二のＳｉ基板を常温接合する時、基板同士を整合するためのアライメントマークである。

１１は第二のＳｉ基板（電極基板）であり、１２は第二のＳｉ基板１１の両表面に形成した絶縁体からなるＳｉ酸化膜であり、１３は第二のＳｉ基板に貫通孔明けによって形成した電子線通過口である。１４は電子線通過口１３の両側壁に各々独立に設け、電子線を偏向させるための電極対を有する偏向電極であり、１５は個々の偏向電極１４と各々独立に電気的に結合しているＡｕからなる電極パッドである。１６は両Ｓｉ基板１，１１を接合する際に、接合強度をさらに補強するためのＡｕからなる補強パッドであり、１９は両Ｓｉ基板１，１１を常温接合する時、該両Ｓｉ基板の両側から印加する印加荷重である。

上記構成において、第一のＳｉ基板１は、一方の面に絶縁体であるＳｉ酸化膜２をスパッター成膜により形成し、さらに該Ｓｉ酸化膜２上に半導体プロセスを用いて３層から成るＡｌ配線を有する多層配線回路６（各層のＡｌ配線は、Ｓｉ酸化膜２によってそれぞれ電気的に絶縁されている）を形成し、該多層配線回路６上にスルーホールを形成し、該スルーホールを通して電気的に結合させるための電極バンプ５をＡｕメッキによって形成した。各々の該電極バンプ５は、多層配線回路６を介して各々の外部制御電極１０と一対一に電気的に連結している。すなわち電極バンプ５と外部制御電極１０は、各々独立に多層配線回路６（電極バンプ５の個数と、同数の多層配線回路６が必要であるが、図２においては２本の配線のみを図示し、残りの配線については図示を省略している）を通して電気的に結合している。さらに、Ａｕからなる補強バンプ７は、Ｓｉ基板１の電極バンプ５の周辺位置にＡｕメッキによって形成した。上記の外部制御電極１０は、多層配線回路６の終端の直上に形成したスルーホールを通して該多層配線回路６と電気的に結合しており、Ａｕメッキによって作製した。

そして、アライメントマーク９は、外周位置にＡｕ薄膜成膜によって形成した。上記電極バンプ５、補強バンプ７及び外部制御電極１０は、フォトレジスト工程とＡｕメッキ工程によって同時に形成した。従って、上記Ａｕメッキ工程においては、上記電極バンプ５、補強バンプ７及び外部制御電極１０の各バンプ高さは同一であり、約１５μｍであった。この後、第一のＳｉ基板１は、裏面を研磨により薄片化し、２００μｍの厚さとした。さらに、２００μｍの厚さに加工した第一のＳｉ基板１には、フォトレジスト工程及びＩＣＰＲＩＥエッチング手法を用い電子線通過口３となる貫通孔を形成した。電子線通過口３は、６０μｍ×３０μｍの矩形であり、３２×３２のマトリックス状に配列（図２においては模式的に６×６マトリックス状に図示している）されている。そして、この後、電子線通過口３の内壁に帯電防止のために導電体Ａｕからなるシールド電極４を形成した。上記工程を経た第一のＳｉ基板１は、薄片化研磨によって片面にのみＳｉ酸化膜２を有することを余儀なくされため、Ｓｉ酸化膜２を有する面を凸状にして湾曲している。すなわち、残留応力が発生している状態にある。

一方、第二のＳｉ基板１１は、両面に絶縁体であるＳｉ酸化膜１２を形成し、フォトレジスト工程及びＩＣＰＲＩＥエッチング工程を用いて偏向電極１４の作製個所に、先ず貫通孔（図示なし）を形成し、該貫通孔にＣｕメッキ工程によって導電体であるＣｕを充填することにより、電極対を有する偏向電極１４を形成した。この後さらにフォトレジスト工程及びＩＣＰＲＩＥエッチング工程を用いて電子線通過口１３となる貫通孔を形成した。ここで、該電子線通過口１３は５０μｍ×３０μｍの矩形であり、３２×３２のマトリックス状に配列して作製されている。上記工程において、電子線通過口１３の両側壁に偏向電極１４を形成した。そして、フォトレジスト工程及び成膜工程を用いて偏向電極１４の近傍位置に個々の偏向電極１４とそれぞれ一対一に電気的に連結した電極パッド１５を、該電極パッド１５の周辺位置に補強パッド１６を、及びアライメントマーク１８をＡｕ薄膜成膜でそれぞれ形成した。

上記工程を経た第一のＳｉ基板１と第二のＳｉ基板１１は、減圧Ａｒ雰囲気中に導入し、Ａｒイオンスパッターリングでそれぞれ両接合面の洗浄を行い、この後大気中で該両Ｓｉ基板を相対向させ、それぞれのアライメントマーク９及び１８を用いてＳｉ基板１及びＳｉ基板１１を整合して、すなわち電極バンプ５と電極パッド１５及び補強バンプ７と補強パッド１６が互いに相対向して重畳するように整合し、この整合状態で、図４に見るように印加荷重１９を該両Ｓｉ基板１，１１に印加し、第一のＳｉ基板１と第二のＳｉ基板１１を室温で常温接合した。

本実施例において、電極バンプ５及び補強バンプ７は、いずれも同一形状であり、１９μｍ直径であって、高さが１５μｍある。これらのバンプは一括のＡｕメッキで形成したものである。好ましくは、補強バンプの１個当たりの平面における面積は電極バンプの１個当たりの平面における面積に比較して同等以上であり、１００［μｍ^２］以上１［ｍｍ^２］以下であることが望ましい。尚、電極バンプ５は配線上にメッキで形成するため、どうしても該バンプの下部個所に狭窄部を生ずる。このため、強度的に考えた場合、６μｍ角よりも小さい電極バンプを形成できない。従って、好ましくは該電極バンプ５の平面での面積は３６［μｍ^２］（６μｍ角）以上、２５００［μｍ^２］（５０μｍ角）以下が望ましい。

第一のＳｉ基板１は、上記したように片面研磨によってＳｉ酸化膜を除去したため、残留応力により湾曲変形している。このため、湾曲変形していない第二のＳｉ基板１１と湾曲変形している第一のＳｉ基板１を常温接合した後、該湾曲変形の復元力によって接合個所の剥離が懸念されたが、剥離することなく該接合部での電極バンプ５と電極パッド１５、及び補強バンプ７と補強パッド１６はそれぞれ強固に接合した。

本実施例において、第一のＳｉ基板１及び第二のＳｉ基板１１に設けたそれぞれ電子線通過口３及び１３は、３２×３２（＝１０２４個）の正方マトリックス状に配置されている。第二のＳｉ基板１１の電子線通過口１３を通過する電子線を偏向させるための偏向電極１４は該電子線通過口１３の両側壁に２０４８個、該偏向電極１４の近傍に該偏向電極１４と電気的に連結した電極パッド１５は該偏向電極１４と同数の２０４８個、電極パッド１５の周辺に配置した強度補強用の補強パッド１６は３８０個それぞれ設けられており、そして第一のＳｉ基板１の電極バンプ５は第二のＳｉ基板１１の該電極パッド１５と同数の２０４８個、及び補強バンプ７は該補強パッド１６と同数の３８０個それぞれ配置されている。そして両Ｓｉ基板の両側から上記手法によって５０［ｋｇ］の印加荷重を加えることによって、それぞれ電極バンプ５と電極パッド１５及び補強バンプ７と補強パッド１６間を接合した。接合後の該バンプと該パッドの接合応力は約１３０［Ｍｐａ］であり、強固に接合した。尚、この接合応力は上記の一組のバンプとパッド間の最大剥離応力３２［Ｍｐａ］（最大剥離応力をシミュレ一ションによって求めた）よりも大きい値であった。すなわち、上記の接合方法によって、電極バンプ５と電極パッド１５間の接合部は剥離することなく強固に接合した。

上記接合過程を経て、第一のＳｉ基板１である配線基板と第二のＳｉ基板１１である電極基板を一体化して作製した偏向器は、真空装置内に設けた測定装置に取り付け、電子線（図示なし）を電子線通過口３，１３に導き、任意の電子線通過口１３の両壁の偏向電極１４に同電圧（零電圧）を外部制御電極１０から印加した時、該電子線は蛍光板（図示なし）の中央部上で蛍光（図示なし）を発した。そして該両側壁の偏向電極１４にそれぞれ−５［Ｖ］及び＋５［Ｖ］になるように外部制御電極１０から電圧を印加した時、電子線通過口３，１３を通過した電子線は、＋５［Ｖ］を印加した偏向電極側に大きく偏向し、蛍光板（図示なし）の隅部で蛍光を発したことが確認された。さらに、該電子線通過口１３を通過する電子線の偏向を上記方法と同様にして調べたところ、全ての電子線通過口１３で上記と同様な電子線の偏向が観察された。すなわちマルチの偏向器としての機能を果たすことが確認された。

本実施例の場合、電子線を用いて偏向を確認したが、電荷を有する荷電ビームであっても良く、何ら本発明の意図するところに変わりはない。

図５、図６、図７及び図８は本発明の特徴を良く表す図である。これらの図において、１は第一のＳｉ基板であり、２は第一のＳｉ基板１に形成した絶縁体からなるＳｉ酸化膜であり、３は第一のＳｉ基板１に貫通孔明けによって形成した電子線通過口である。４は電子線通過口３の内壁に帯電防止のために形成した導電体からなるシールド電極であり、５は第一のＳｉ基板に形成したＡｕからなる電極バンプである。６は個々の電極バンプ５と一対一に各々独立に電気的結合しており、第一のＳｉ基板に形成した多層配線回路であり、７は電極バンプ５の周囲に配置したＡｕからなる補強バンプである。８は第一のＳｉ基板１と第二のＳｉ基板１１を常温接合した時にストッパーとしての機能を有するストッパーバンプであり、９，１８は第一のＳｉ基板１と第二のＳｉ基板１１を常温接合する時、基板同士を整合するためのアライメントマークである。１１は第二のＳｉ基板であり、１２は第二のＳｉ基板１１の両表面に形成した絶縁体からなるＳｉ酸化膜であり、１３は第二のＳｉ基板１１に貫通孔明けによって形成した電子線通過口である。１４は電子線通過口１３の両側壁に各々独立に設け、電子線を偏向させるための偏向電極であり、１５は個々の偏向電極１４と各々独立に電気的に結合しているＡｕからなる電極パッドである。１６は両Ｓｉ基板１，１１を接合する際に、接合強度をさらに補強するためのＡｕからなる補強パッドであり、１７は第一のＳｉ基板１と第二のＳｉ基板１１を常温接合した時にストッパーバンプ８と接触し、当接するＡｕからなるストッパーパッドである。１９は両Ｓｉ基板１，１１を常温接合する時、該両Ｓｉ基板の両側から印加する印加荷重である。

上記構成において、第一のＳｉ基板１の両面に絶縁体であるＳｉ酸化膜２をスパッター成膜により形成し、さらに該Ｓｉ酸化膜２上に半導体プロセスを用いて３層から成るＡｌ配線を有する多層配線回路６（各層のＡｌ配線は、Ｓｉ酸化膜２によってそれぞれ電気的に絶縁されている）を形成し、該多層配線回路６上にスルーホールを形成し、該スルーホールを通して電気的に結合させるための電極バンプ５をＡｕメッキによってそれぞれ形成した。各々の該電極バンプ５は多層配線回路６を介して各々の外部制御電極１０と一対一に電気的に連結している。すなわち各々独立に多層配線回路６（電極バンプ５の個数と、同数の多層配線回路６が必要であるが、図６においては２本の配線のみを図示し、残りの配線については図示を省略してある）を通して電気的に結合している。

さらに、第一のＳｉ基板１は、電極バンプ５の周辺位置にＡｕからなる補強バンプ７及びストッパーバンプ８をＡｕメッキによってそれぞれ形成した。上記の外部制御電極１０は、多層配線回路６の終端の直上に形成したスルーホールを通して該多層配線回路６と電気的に結合しており、Ａｕメッキによって作製した。そして外周位置にアライメントマーク９をＡｕ薄膜成膜によって形成した。上記電極バンプ５、補強バンプ７及び外部制御電極１０はフォトレジスト工程とＡｕメッキ工程によって同時に形成した。従って、上記Ａｕメッキ工程においては、上記電極バンプ５、補強バンプ７、ストッパーバンプ８及び外部制御電極１０の各バンプ高さは同一であり、約１５μｍであった。この後、第一のＳｉ基板１は、裏面を研磨により薄片化し、２００μｍの厚さとした。さらに、２００μｍの厚さに加工した第一のＳｉ基板１には、フォトレジスト工程及びＩＣＰＲＩＥエッチング手法を用い電子線通過口３となる貫通孔を形成した。電子線通過口３は６０μｍ×３０μｍの矩形であり、３２×３２のマトリックス状に配列（図６においては模式的に６×６のマトリックス状に図示している）されている。そして、この後、電子線通過口３の内壁に帯電防止のために導電体Ａｕからなるシールド電極４を無電解メッキで形成した。上記工程を経た第一のＳｉ基板１は薄片化研磨によって片面にのみＳｉ酸化膜２を有することを余儀なくされたため、Ｓｉ酸化膜２を有する面を凸状にして湾曲している。すなわち、残留応力が発生している状態である。

一方、第二のＳｉ基板１１は、両面に絶縁体からなるＳｉ酸化膜１２を形成し、フォトレジスト工程及びＩＣＰＲＩＥエッチング工程を用いて偏向電極１４の作製個所に先ず貫通孔（図示なし）を形成し、該貫通孔にＣｕメッキ工程によって導電体であるＣｕを充填することにより電極対を有する偏向電極１４を形成た。この後さらにフォトレジスト工程及びＩＣＰＲＩＥエッチング工程を用いて電子線通過口１３となる貫通孔を形成した。ここで、該電子線貫通口１３は、５０μｍ×３０μｍの矩形であり、３２×３２のマトリックス状に配列して作製されている。上記工程において、電子線通過口１３の両壁に偏向電極１４を形成した。そして、フォトレジスト工程及び成膜工程を用いて偏向電極１４の近傍位置に個々の偏向電極１４とそれぞれ一対一に電気的に連結した電極パッド１５を形成し、該電極パッド１５の周辺位置には、補強パッド１６、ストッパーパッド１７、及びアライメントマーク１８をＡｕ薄膜成膜でそれぞれ形成した。

次に、予め第一のＳｉ基板１のストッパーバンプ８を、該ストッパーバンプ８に当接した押圧板（図示なし）を介して荷重（図示なし）を印加し、該荷重印加によって約８μｍの高さまで塑性変形させた。上記手法で予め塑性変形したバンプはストッパーバンプ８として用いた。該塑性変形によってストッパーバンプ８の硬度は、当初のビッカース硬度４５から、ビッカース硬度８０まで急激に硬化した。該硬化によって該ストッパーバンプ８は、塑性変形を生じにくくなり、ストッパーとして好適になった。ストッパーバンプ８は、電極バンプ５を所望の高さに変形させるためのものであり、行き過ぎた該変形を抑制するためのものである。従って、印加荷重１９を加えた時、ストッパーバンプ８に作用する応力を電極バンプ５及び補強バンプ７に作用する応力に比較して小さくする必要がある。従って、ストッパーバンプ８の平面における面積は、電極バンプ５及び補強バンプ７の平面における面積よりも大きいことが必要になる。ストッパーバンプ８の平面における面積を大きくすることにより、該ストッパーバンプ８に作用する印加応力は小さくなる。従って、常温接合時、該ストッパーバンプ８は小さな変形量で変形し、ストッパーとしての機能を果たすことになる。好ましくは、平面におけるストッパーバンプ８の総面積は、電極バンプ５及び補強バンプ７の総面積の２０％以上が望ましい（発明者等の実験において、電極バンプ５及び補強バンプ７の面積がそれぞれ０．７３９［ｍｍ^２］、０．１３４［ｍｍ^２］であり、一方のストッパーバンプ８の面積が０．２１６［ｍｍ^２］であった場合、すなわちストッパーバンプ８の総面積が電極バンプ５と補強バンプ７のそれぞれの総面積の和の２０％以上の場合、何れのバンプ及びパッド間においても強固に接合していた）。

上記工程を経た第一のＳｉ基板１と第二のＳｉ基板１１は、減圧Ａｒ雰囲気中に導入し、Ａｒイオンスパッターリングでそれぞれ両接合面の洗浄を行い、この後大気中で該両Ｓｉ基板を相対向してそれぞれのアライメントマーク９及び１８を用いて第一のＳｉ基板１及び第二のＳｉ基板１１を整合して、すなわち電極バンプ５と電極パッド１５及び補強バンプ７と補強パッド１６が互いに相対向して重畳するように整合し、この整合状態で、図８に見るように印加荷重１９を該両Ｓｉ基板１，１１に印加し、第一のＳｉ基板１と第二のＳｉ基板１１を室温で常温接合した。該常温接合の際、該両Ｓｉ基板の両側から印加荷重１９を加え、次第に印加荷重１９を増加して行った場合、最初に電極バンプ５と電極パッド１５、及び補強バンプ７と補強パッド１６が接触し、次第に塑性変形して行く。そして、ストッパーバンプ８とストッパーパッド１７が接触し、当接した時、これらの該バンプ及び該パッド間に作用する圧縮応力は急激に小さくなり、このため該塑性変形は極めて小さくなる。この時点で印加荷重を除去する。上記の方法で印加荷重を作用することによってストッパーバンプ８の高さと同等の高さまで電極バンプ５及び補強バンプ７を塑性変形することが出来た。このため、該電極バンプ５の過度な塑性変形による（すなわち潰れ過ぎによる）隣接した電極パッド１５との電気的干渉、すなわち電気的短絡をなくすことができた。従って、予めストッパーバンプ８の高さを上記手法によって任意の所定の高さに設定することによって、電極バンプ５の過度な塑性変形を防止でき、隣接する電極バンプ５間の電気的な短絡を防止することが出来る。ストッパーバンプ８のアスペクト比（アスペクト比；バンプの高さ／バンプの直径）が電極バンプ５及び補強バンプ７よりも小さい場合、ストッパーバンプとしての機能を好適に果たすことができる。発明者の実験によれば、同等な応力でバンプを押し付けた場合、バンプの塑性変形能は、該アスペクト比が小さくなるに従って小さくなる。この現象を利用することによって上記手法でストッパーバンプとしての機能を付与することができた。

本実施例において、電極バンプ５及び補強バンプ７は、いずれも同一形状であり、１９μｍ直径であって、高さが１５μｍであり、金属材料のＡｕからなっている。（尚、電極バンプ５、補強バンプ７及びストッパーバンプ８は同一工程で一括のＡｕメッキによって形成したものである。）一方、ストッパーバンプ８は１２０μｍ角であり、高さは上記塑性変形工程で７μｍ減少したため、８μｍになった。

第一のＳｉ基板１は、上記した理由から、すなわち片面研磨によってＳｉ酸化膜を除去したため、内部応力により湾曲変形している。このため、湾曲変形していない第二のＳｉ基板１１と湾曲変形している第一のＳｉ基板１との常温接合後、湾曲変形している第一のＳｉ基板１の復元力によって接合個所の剥離が懸念されたが、剥離することなく電極バンプ５と電極パッド１５、及び補強バンプ７と補強パッド１６はそれぞれ強固に接合した。

本実施例において、第一のＳｉ基板１及び第二のＳｉ基板１１に設けたそれぞれ電子線通過口３及び１３は３２×３２（＝１０２４個）の正方マトリックス状に配置されている。第二のＳｉ基板１１の該電子線通過口１３を通過する電子線を偏向させるための偏向電極１４は該電子線通過口１３の両側壁に２０４８個、該偏向電極１４の近傍に該偏向電極１４と電気的に連結した電極パッド１５は該偏向電極１４と同数の２０４８個、電極パッド１５の周辺に配置した強度補強用の補強パッド１６は３８０個、それぞれ配置されており、さらに第一のＳｉ基板１の電極バンプ５は第二のＳｉ基板１１の該電極パッド１５と同数の２０４８個、及び補強バンプ７は該補強パッド１６と同数の３８０個それぞれ配置されている。そして両Ｓｉ基板は、両側から上記手法によって５０［ｋｇ］の印加荷重１９を加えて押し付け合うことによって、それぞれ電極バンプ５と電極パッド１５及び補強バンプ７と補強パッド１６間を常温接合し一体化した。接合後の該バンプと該パッドの接合応力は約１３０［Ｍｐａ］であり、強固に接合した。尚、この接合応力は上記の一組のバンプとパッド間の最大剥離応力３２［Ｍｐａ］（最大剥離応力をシミュレ一ションによって求めた）よりも大きい値であった。すなわち、上記の接合方法によって、電極バンプ５と電極パッド１５間は剥離することなく強固に接合した。

本実施例において、電極バンプ５と電極パッド１５、補強バンプ７と補強パッド１６及びストッパーバンプ８とストッパーパッド１７は、その材料として、金属材料であるＡｕを用いた。

尚、本実施例において接合表面をＡｒイオン衝撃で清浄化したが、この他にも例えばＡｒイオンを中性化したイオン、すなわち中性粒子を用いても良い。.
さらに、両基板間の接合は、室温において常温接合で行ったものであり、接合による熱的な残留応力は発生しなかった。

上記接合過程を経て、第一のＳｉ基板１である配線基板と第二のＳｉ基板１１である電極基板を一体化して作製した偏向器は、真空装置内に設けた測定装置に取り付け、電子線（図示なし）を電子線通過口３，１３に導き、任意の電子線通過口１３の両壁の偏向電極１４に同電圧（零電圧）を外部制御電極１０から印加した。この時、該電子線は蛍光板（図示なし）の中央部上で蛍光（図示なし）を発した。そして該両側壁の偏向電極１４にそれぞれ−５［Ｖ］及び＋５［Ｖ］になるように外部制御電極１０から電圧を印加した場合、電子線通過口３，１３を通過した電子線は、＋５［Ｖ］を印加した偏向電極側に大きく偏向し、蛍光板（図示なし）の隅部で蛍光を発したことが確認された。さらに、該電子線通過口３，１３を通過する電子線の偏向を上記方法と同様にして調べたところ、全ての電子線通過口３，１３で上記と同様な電子線の偏向が観察された。すなわちマルチの偏向器としての機能を果たすことが確認された。

以上説明したように本発明は、第一の基板に電子線通過口、電極バンプ、該電極バンプと電気的に結合している多層配線回路、接合強度を補強するための補強バンプ、接合時にストッパーとしての役割を担うストッパーバンプ、該多層配線回路と電気的に結合している外部制御電極及びアライメントマークをそれぞれ形成し、第二の基板に電子線通過口、偏向電極、該偏向電極と電気的に結合している電極パッド、接合強度を補強するための補強パッド、接合時に該ストッパーバンプと当接するストッパーパッド及びアライメントマークを形成し、この後両基板をアライメントマークを用いて整合し、両基板の両側から荷重印加することによって、それぞれ電極バンプと電極パッド及び補強バンプと補強パッド間で常温接合し、該常温接合により電気的結合と同時に該両基板間の接合強度を得ることが出来る。このため、第一の基板に主として配線を、第二の基板に主として偏向電極を形成することが可能であるため、高密度なマットリックス状の偏向器を作製することが容易である。

また、ストッパーとしての機能を有するストッパーバンプ及びストッパーパッドを有し、接合の際の相互押し付け荷重の加え過ぎによる電極バンプの過剰な潰れを回避できるので、隣接した電極への電気的な短絡を防止することができ、及びバンプの高さのバラツキによる影響を回避できる。さらに、補強バンプと補強パッドの接合によって、予め内部応力を有している基板の基板間電極間接合を剥離することなく可能にする。そして、予めバンプを無機能化処理することによって、接合する必要のないバンプとパッド間の接合を回避することが可能であり、該無機能化したバンプをストッパーバンプとして利用することが可能になる。

次に、上記実施例に係る露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図１０は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（ＥＢデータ変換）では設計した回路パターンに基づいて露光装置の露光制御データを作成する。
一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記露光制御データが入力された露光装置とウエハを用い、リソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップ７でこれを出荷する。
上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに焼付け露光する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。

本発明の実施例１に係る偏向器における第一の基板と第二の基板を常温接合によって一体化する前の状態を示した断面図である。図１のＡ矢視図である。図１のＢ矢視図である。本発明の実施例１に係る偏向器における第一の基板と第二の基板を常温接合によって一体化した状態を示した断面図である。本発明の実施例２に係る偏向器における第一の基板と第二の基板を常温接合によって一体化する前の状態を示した断面図である。図５のＣ矢視図である。図５のＤ矢視図である。本発明の実施例２に係る偏向器における第一の基板と第二の基板を常温接合によって一体化した状態を示した断面図である背景技術の説明図である。半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。

符号の説明

１：第一のＳｉ基板、２：Ｓｉ酸化膜、３：電子線通過口、４：シールド電極、５：電極バンプ、６：多層配線回路、７：補強バンプ、８：ストッパーバンプ、９：アライメントマーク、１０：外部制御電極、１１：第二のＳｉ基板、１２：Ｓｉ酸化膜、１３：電子線通過口、１４：偏向電極、１５：電極パッド、１６：補強パッド、１７：ストッパーパッド、１８：アライメントマーク、１９：印加荷重、５１：開口、５２：第一のブランキング電極、５３：第二のブランキング電極。

Claims

荷電ビームが通過する複数の貫通孔及びアライメントマークをそれぞれ設けた第一の基板と第二の基板を備える偏向器において、
前記第一の基板には、電気的接合用の電極バンプ、及び、電気的に絶縁された接合強度補強用の補強バンプが設けられ、
前記第二の基板には、前記荷電ビームの軌道を偏向するための電極対を有する偏向電極、前記偏向電極と電気的に連結された電極パッド、及び、電気的に絶縁された接合強度補強用の補強パッドが設けられ、
前記第一の基板と前記第二の基板を相対向するように前記アライメントマークを用いて整合し、前記第一の基板と前記第二の基板を相互に押し付けて前記電極バンプと前記電極パッド及び前記補強バンプと前記補強パッドをそれぞれ常温接合したことを特徴とする偏向器。
荷電ビームが通過する複数の貫通孔及びアライメントマークをそれぞれ設けた第一の基板と第二の基板を備える偏向器において、
前記第一の基板には、電気的接合用の電極バンプ、電気的に絶縁された接合強度補強用の補強バンプ、及び、接合時にストッパーとして作用するストッパーバンプが設けられ、
前記第二の基板には、前記荷電ビームの軌道を偏向するための電極対を有する偏向電極、前記偏向電極と電気的に連結された電極パッド、電気的に絶縁された接合強度補強用の補強パッド、及び、接合時に前記ストッパーバンプと当接するストッパーパッドが設けられ、
前記第一の基板と第二の基板を相対向するように前記アライメントマークを用いて整合し、前記ストッパーバンプと前記ストッパーパッドが互いに接触し当接するまで前記第一の基板と第二の基板を相互に押し付けて前記電極バンプと前記電極パッド及び前記補強バンプと前記補強パッドを常温接合したことを特徴とする偏向器。
前記補強バンプの１個当たりの平面における面積は、前記電極バンプの１個当たりの平面における面積に対して同等以上の大きさであることを特徴とする請求項１または２に記載の偏向器。
前記ストッパーバンプの１個当たりの平面における面積は、前記電極バンプ及び前記補強バンプの１個当たりの平面における面積よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の偏向器。
前記ストッパーバンプの高さは、前記電極バンプの高さ及び前記補強バンプの高さより低いことを特徴とする請求項２に記載の偏向器。
前記各バンプ、及び前記各パッドは塑性変形能を有する金属材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載の偏向器。
前記各バンプ、及び前記各パッドは塑性変形能を有する低融点の金属材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載の偏向器。
荷電ビームが通過する複数の貫通孔及びアライメントマークをそれぞれ設けた第一の基板と第二の基板を備える偏向器の作製方法において、
前記第一の基板には、電気的接合用の電極バンプ、及び、電気的に絶縁された接合強度補強用の補強バンプが設けられ、
前記第二の基板には、前記荷電ビームの軌道を偏向するための電極対を有する偏向電極、前記偏向電極と電気的に連結された電極パッド、及び、電気的に絶縁された接合強度補強用の補強パッドが設けられ、
前記第一の基板と第二の基板を相対向するように前記アライメントマークを用いて整合する整合工程と、前記第一の基板と第二の基板を相互に押し付けて前記電極バンプと前記電極パッド及び前記補強バンプと前記補強パッドをそれぞれ常温接合する工程とを含むことを特徴とする偏向器作製方法。
荷電ビームが通過する複数の貫通孔及びアライメントマークをそれぞれ設けた第一の基板と第二の基板を備える偏向器の作製方法において、
前記第一の基板には、電気的接合用の電極バンプ、電気的に絶縁された接合強度補強用の補強バンプ、及び、接合時にストッパーとして作用するストッパーバンプが設けられ、
前記第二の基板には、前記荷電ビームの軌道を偏向するための電極対を有する偏向電極、前記偏向電極と電気的に連結された電極パッド、電気的に絶縁された接合強度補強用の補強パッド、及び、接合時に前記ストッパーバンプと当接するストッパーパッドが設けられ、
前記第一の基板と第二の基板を相対向するように前記アライメントマークを用いて整合する整合工程と、前記ストッパーバンプと前記ストッパーパッドが互いに接触し当接するまで前記第一の基板と第二の基板を相互に押し付けて前記電極バンプと前記電極パッド及び前記補強バンプと前記補強パッドを常温接合する工程とを含むことを特徴とする偏向器作製方法。
前記ストッパーバンプは、前記常温接合前にバンプ潰しによって、予め所定の高さまで高さ調整することを特徴とする請求項９に記載の偏向器作製方法。
前記整合工程の前に前記第一の基板と第二の基板表面を清浄化する工程を含み、前記清浄化はイオンあるいは中性粒子による衝撃で行うことを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の偏向器作製方法。
請求項１〜７のいずれかに記載の偏向器を備えることを特徴とする露光装置。
請求項１２に記載の露光装置を用いて、露光対象に露光を行う工程と、露光された前記露光対象を現像する工程と、を具備することを特徴とするデバイス製造方法。