JP2003311696A - ばね構造、ばね構造の製造方法、統合型処理ツール、及びウェハ上にばね構造を製造する方法 - Google Patents
ばね構造、ばね構造の製造方法、統合型処理ツール、及びウェハ上にばね構造を製造する方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 螺旋状の捻れが低減又は解消された薄膜ばね
構造の提供。 【解決手段】 ばね構造１００は、平面を定める上面を
有する基体１０１と、基体１０１上に付着させられた設
計された応力を有する薄膜から形成されたばねフィンガ
ーとを有する。ばねフィンガーは、基体１０１に取り付
けられ且つ第１平面と平行な第２平面を定める固定部１
２２と、固定部１２２から延出し且つ第２平面から逸れ
て基体から離れる方向に曲がった湾曲した自由部１２５
とを有する。ばねフィンガーの固定部１２２は、等方性
内部応力を有する少なくとも１つの層を含む。
構造の提供。 【解決手段】 ばね構造１００は、平面を定める上面を
有する基体１０１と、基体１０１上に付着させられた設
計された応力を有する薄膜から形成されたばねフィンガ
ーとを有する。ばねフィンガーは、基体１０１に取り付
けられ且つ第１平面と平行な第２平面を定める固定部１
２２と、固定部１２２から延出し且つ第２平面から逸れ
て基体から離れる方向に曲がった湾曲した自由部１２５
とを有する。ばねフィンガーの固定部１２２は、等方性
内部応力を有する少なくとも１つの層を含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に、フォト
リソグラフィでパターニングされたばね構造の製造方法
に関し、詳細には、ばね薄膜の付着（デポジション）中
に応力の異方性を制御する方法と、これらの方法によっ
て形成されるばね構造とに関する。
リソグラフィでパターニングされたばね構造の製造方法
に関し、詳細には、ばね薄膜の付着（デポジション）中
に応力の異方性を制御する方法と、これらの方法によっ
て形成されるばね構造とに関する。
【０００２】
【従来の技術】図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、ばね材料
膜中の異方性の応力偏差によって生じる螺旋状のねじれ
を示す、ばね材料応力ゲージ１０を示している。応力ゲ
ージ１０は、複数のばね１１−１乃至１１−８を有す
る。
膜中の異方性の応力偏差によって生じる螺旋状のねじれ
を示す、ばね材料応力ゲージ１０を示している。応力ゲ
ージ１０は、複数のばね１１−１乃至１１−８を有す
る。
【０００３】従来のばね材料膜からエッチングされた応
力ゲージ１０は、主成分が２つの直交する方向（σP1及
びσP2で示す）に沿っている二軸応力を受ける。応力の
異方性の影響は、応力ゲージ１０のばね１１−１等とい
った、解放されたばねのスキューＳを測定することによ
り定量化される。スキューＳは、ばね１１−１の基部１
１−Ｂの解放されていない材料に対する、ばね１１−１
の最上部１１−Ｔ（図１（Ｂ）参照）の変位として定義
される。スキューＳは、ばね１１−１が螺旋状に曲がっ
た結果であり、これは、（１）ばね１１−１が形成され
たばね材料膜の二軸応力の２つの主成分が等しくない場
合、及び（２）ばね１０−１の軸Ｘがいずれの主成分と
も揃っていない場合に生じる。
力ゲージ１０は、主成分が２つの直交する方向（σP1及
びσP2で示す）に沿っている二軸応力を受ける。応力の
異方性の影響は、応力ゲージ１０のばね１１−１等とい
った、解放されたばねのスキューＳを測定することによ
り定量化される。スキューＳは、ばね１１−１の基部１
１−Ｂの解放されていない材料に対する、ばね１１−１
の最上部１１−Ｔ（図１（Ｂ）参照）の変位として定義
される。スキューＳは、ばね１１−１が螺旋状に曲がっ
た結果であり、これは、（１）ばね１１−１が形成され
たばね材料膜の二軸応力の２つの主成分が等しくない場
合、及び（２）ばね１０−１の軸Ｘがいずれの主成分と
も揃っていない場合に生じる。
【０００４】図２は、応力ゲージ１０（図１）のばねに
おいて測定されたスキューを示している。ばねが様々な
方向を指すように応力ゲージ１０を作製することによ
り、スキューの大きさ及び方向が、二軸応力の主成分と
の関係において様々に変化する。螺旋状の曲がりが右回
りである場合には、スキューは正であると定義される。
異方性がゼロでないと、ばねの螺旋状の曲がりは、ばね
の向きによって右回り又は左回りとなり得るものであ
り、応力の主成分と揃った４つの特定の向きにおいて
は、スキューはゼロになると予測される。スキューがゼ
ロの角度は、選択された原点に対して概ね２０度、１１
０度、２００度及び２９０度である。しかし、スキュー
の量及び方向は、ウェハ上で大きく変わるので、ウェハ
上の異なる位置に形成されたばね構造は、方向及び程度
が様々な螺旋状の捻れを受ける。螺旋状の捻れを回避す
るためには、ばね構造が製造されるウェハ上の位置（以
下、ウェハ位置）において、各ばね構造が主応力軸と揃
うよう設計されなければならないので、このスキューの
大きなばらつきは、大量生産を複雑なものにする。この
問題を更に複雑にするのは、応力の主成分の方向が、ば
ね材料膜の層ごとにばらつくことである。少なくとも、
これらの設計上の考慮点は製造コストを大きく増加さ
せ、大量生産を実益のないものにする場合がある。
おいて測定されたスキューを示している。ばねが様々な
方向を指すように応力ゲージ１０を作製することによ
り、スキューの大きさ及び方向が、二軸応力の主成分と
の関係において様々に変化する。螺旋状の曲がりが右回
りである場合には、スキューは正であると定義される。
異方性がゼロでないと、ばねの螺旋状の曲がりは、ばね
の向きによって右回り又は左回りとなり得るものであ
り、応力の主成分と揃った４つの特定の向きにおいて
は、スキューはゼロになると予測される。スキューがゼ
ロの角度は、選択された原点に対して概ね２０度、１１
０度、２００度及び２９０度である。しかし、スキュー
の量及び方向は、ウェハ上で大きく変わるので、ウェハ
上の異なる位置に形成されたばね構造は、方向及び程度
が様々な螺旋状の捻れを受ける。螺旋状の捻れを回避す
るためには、ばね構造が製造されるウェハ上の位置（以
下、ウェハ位置）において、各ばね構造が主応力軸と揃
うよう設計されなければならないので、このスキューの
大きなばらつきは、大量生産を複雑なものにする。この
問題を更に複雑にするのは、応力の主成分の方向が、ば
ね材料膜の層ごとにばらつくことである。少なくとも、
これらの設計上の考慮点は製造コストを大きく増加さ
せ、大量生産を実益のないものにする場合がある。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，２３８，５３３号
【特許文献２】米国特許第５，１８６，７１８号
【非特許文献１】ロスナゲル（Ｓ．Ｍ．Ｒｏｓｓｎａｇ
ｅｌ）及びホプウッド（Ｊ．Ｈｏｐｗｏｏｄ）著，「イ
オン化マグネトロンスパッタリング放電による金属イオ
ン付着（Ｍｅｔａｌ Ｉｏｎ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｆ
ｒｏｍ Ｉｏｎｉｚｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｓｐｕｔ
ｔｅｒｉｎｇ）」、Ｊ．Ｖａｃ Ｓｃｉ Ｔｅｃｈ，Ｂ１
２（１），ｐｐ４４９−４５３
ｅｌ）及びホプウッド（Ｊ．Ｈｏｐｗｏｏｄ）著，「イ
オン化マグネトロンスパッタリング放電による金属イオ
ン付着（Ｍｅｔａｌ Ｉｏｎ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｆ
ｒｏｍ Ｉｏｎｉｚｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｓｐｕｔ
ｔｅｒｉｎｇ）」、Ｊ．Ｖａｃ Ｓｃｉ Ｔｅｃｈ，Ｂ１
２（１），ｐｐ４４９−４５３
【非特許文献２】グドムンドソン（Ｇｕｄｍｕｎｄｓｓ
ｏｎ，Ｊ．Ｔ．）、アラミ（Ａｌａｍｉ，Ｊ．）、及び
ヘルマーソン（Ｈｅｌｍｅｒｓｓｏｎ，Ｕ）著，「パル
ス式マグネトロン放電における電子エネルギー分布及び
プラズマパラメータの進化（Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ
ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｔｒｉ
ｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｌａｓｍａ Ｐａｒａｍｅｔｅ
ｒｓ ｉｎ ａ Ｐｕｌｓｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｄｉ
ｓｃｈａｒｇｅ）」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ，７８（２２），ｐｐ３４２７−９（２
００１）
ｏｎ，Ｊ．Ｔ．）、アラミ（Ａｌａｍｉ，Ｊ．）、及び
ヘルマーソン（Ｈｅｌｍｅｒｓｓｏｎ，Ｕ）著，「パル
ス式マグネトロン放電における電子エネルギー分布及び
プラズマパラメータの進化（Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ
ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｔｒｉ
ｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｌａｓｍａ Ｐａｒａｍｅｔｅ
ｒｓ ｉｎ ａ Ｐｕｌｓｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｄｉ
ｓｃｈａｒｇｅ）」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ，７８（２２），ｐｐ３４２７−９（２
００１）
【非特許文献３】ヘルマーソン、カーン（Ｋｈａｎ，
Ｚ．Ｓ．）及びアラミ著，「ＶＬＳＩにおける高アスペ
クト比構造の金属化のためのＴａのパルス式スパッタリ
ングによるイオン化ＰＶＤ（Iｏｎｉｚｅｄ−ＰＶＤ ｂ
ｙ Ｐｕｌｓｅｄ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｔａ ｆ
ｏｒ Ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ−Ａ
ｓｐｅｃｔ−Ｒａｔｉｏ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ Ｖ
ＬＳＩ）」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｒ
ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ａｄｖ
ａｎｃｅｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ
ｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ（ＡＳＤＡＭ），
ｐｐ１９１−５（２０００）
Ｚ．Ｓ．）及びアラミ著，「ＶＬＳＩにおける高アスペ
クト比構造の金属化のためのＴａのパルス式スパッタリ
ングによるイオン化ＰＶＤ（Iｏｎｉｚｅｄ−ＰＶＤ ｂ
ｙ Ｐｕｌｓｅｄ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｔａ ｆ
ｏｒ Ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ−Ａ
ｓｐｅｃｔ−Ｒａｔｉｏ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ Ｖ
ＬＳＩ）」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｒ
ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ａｄｖ
ａｎｃｅｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ
ｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ（ＡＳＤＡＭ），
ｐｐ１９１−５（２０００）
【０００６】
【発明の実施の形態】図３は、本発明によるばね構造１
００を示している。ばね構造１００は、基体１０１上に
形成され、剥離材料部１１０及びばねフィンガー１２０
を有する。基体１０１（例えばガラス）は、複数の形態
をとり得る導体１０５を任意に有する。剥離材料部１１
０は、導体１０５（存在する場合）に接触するように、
基体１０１上に形成される。一実施形態では、導体１０
５とばねフィンガー１２０との間の電気伝導を容易にす
るために、剥離材料部１１０は、チタン、銅、アルミニ
ウム、ニッケル、ジルコニウム及びコバルトから成る群
から選択される金属を用いて形成されてもよく、又は、
多量にドーピングされたシリコンを用いて形成されても
よい。ばねフィンガー１２０は、固定部１２２及び自由
（即ちカンチレバー）部１２５を有する。固定部１２２
は剥離材料部１１０に取り付けられている（即ち、剥離
材料部１１０が、固定部１２２と基体１０１との間に位
置する）。自由部１２５は、固定部１２２から基体１０
１の上方に延出している。
００を示している。ばね構造１００は、基体１０１上に
形成され、剥離材料部１１０及びばねフィンガー１２０
を有する。基体１０１（例えばガラス）は、複数の形態
をとり得る導体１０５を任意に有する。剥離材料部１１
０は、導体１０５（存在する場合）に接触するように、
基体１０１上に形成される。一実施形態では、導体１０
５とばねフィンガー１２０との間の電気伝導を容易にす
るために、剥離材料部１１０は、チタン、銅、アルミニ
ウム、ニッケル、ジルコニウム及びコバルトから成る群
から選択される金属を用いて形成されてもよく、又は、
多量にドーピングされたシリコンを用いて形成されても
よい。ばねフィンガー１２０は、固定部１２２及び自由
（即ちカンチレバー）部１２５を有する。固定部１２２
は剥離材料部１１０に取り付けられている（即ち、剥離
材料部１１０が、固定部１２２と基体１０１との間に位
置する）。自由部１２５は、固定部１２２から基体１０
１の上方に延出している。
【０００７】先行技術のばね構造と同様に、ばねフィン
ガー１２０は、ＤＣマグネトロンスパッタリング若しく
は化学蒸着（ＣＶＤ）技術で付着させられた、又はめっ
き技術によって付着させられた、設計された応力を有す
る薄膜からエッチングされる。一実施形態では、設計さ
れた応力を有する薄膜は、ばね構造の形成に適した１つ
以上の材料（例えば、モリブデン（Ｍｏ）、“モリ−ク
ロム”合金（ＭｏＣｒ）、タングステン（Ｗ）、チタン
−タングステン合金（Ｔｉ：Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、ニ
ッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）、窒化物、酸化物、
炭化物、又はダイヤモンドのうちの１つ以上）を含む。
付着プロセスは、公知の技術に従い、膜の成長中に付着
環境のガス圧の変化を用いて（例えば、ばね材料のスパ
ッタリング中にアルゴンガスの圧力を変化させることに
より）行われる。一般的に、この設計された応力を有す
る薄膜は、比較的圧縮性の（又は引張力が低い）内部応
力を有する少なくとも１つの層と、比較的引張性の（又
は圧縮力が低い）内部応力を有する少なくとも１つの層
とを有し、応力が異なるこれらの層は、その下の剥離材
料が除去されると上向きに曲がるバイアスを与え、その
結果、湾曲したカンチレバー型のばね構造を生じる。本
明細書で用いる“層”という用語は、設計された応力を
有する薄膜の、所与の時間に形成された断面領域を表
す。
ガー１２０は、ＤＣマグネトロンスパッタリング若しく
は化学蒸着（ＣＶＤ）技術で付着させられた、又はめっ
き技術によって付着させられた、設計された応力を有す
る薄膜からエッチングされる。一実施形態では、設計さ
れた応力を有する薄膜は、ばね構造の形成に適した１つ
以上の材料（例えば、モリブデン（Ｍｏ）、“モリ−ク
ロム”合金（ＭｏＣｒ）、タングステン（Ｗ）、チタン
−タングステン合金（Ｔｉ：Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、ニ
ッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）、窒化物、酸化物、
炭化物、又はダイヤモンドのうちの１つ以上）を含む。
付着プロセスは、公知の技術に従い、膜の成長中に付着
環境のガス圧の変化を用いて（例えば、ばね材料のスパ
ッタリング中にアルゴンガスの圧力を変化させることに
より）行われる。一般的に、この設計された応力を有す
る薄膜は、比較的圧縮性の（又は引張力が低い）内部応
力を有する少なくとも１つの層と、比較的引張性の（又
は圧縮力が低い）内部応力を有する少なくとも１つの層
とを有し、応力が異なるこれらの層は、その下の剥離材
料が除去されると上向きに曲がるバイアスを与え、その
結果、湾曲したカンチレバー型のばね構造を生じる。本
明細書で用いる“層”という用語は、設計された応力を
有する薄膜の、所与の時間に形成された断面領域を表
す。
【０００８】ばね構造１００は、基体１０１からの剥離
前には等方性内部応力を有するばねフィンガー１２０の
少なくとも１つの層（即ち、第１層１２６及び/又は第
２層１２７）を作る方法で製造される。本明細書で用い
る“等方性内部応力”という用語は、設計された応力を
有する薄膜の両方の主応力軸に沿って測定された、圧縮
性又は引張性の内部応力の大きさが、略同じである（即
ち両者の差が１％以下である）ことを意味する。定義に
よれば、ばねフィンガー１２０の等方性応力を有する１
つ以上の層を形成すると、全体の応力プロフィールの異
方性は、従来のばね構造より低くなる。異方性の応力分
布は、螺旋状の捻れ及びばねの先端部のスキューの主な
原因である。等方性内部応力を有する圧縮性の層及び引
張性の層の少なくとも一方を形成することにより、剥離
された際にばねフィンガー１２０に及ぼされる応力の合
計は、一般的に、異方性応力を有するばね構造（即ち、
従来の方法を用いて形成）より低くなり、これにより、
螺旋状の捻れが低減又は解消される。１つ以上の等方性
応力層を組み込むことによって螺旋状の捻れを低減する
と、その等方性層がウェハ全体の上に延在する場合に
は、大量生産が容易になる。剥離後にばねフィンガー１
２０の自由部１２５で生じる内部応力の緩和は、剥離前
の応力の等方性を解消する。剥離されない固定部１２２
は、等方性内部応力を有する１つ以上の層を保持する。
前には等方性内部応力を有するばねフィンガー１２０の
少なくとも１つの層（即ち、第１層１２６及び/又は第
２層１２７）を作る方法で製造される。本明細書で用い
る“等方性内部応力”という用語は、設計された応力を
有する薄膜の両方の主応力軸に沿って測定された、圧縮
性又は引張性の内部応力の大きさが、略同じである（即
ち両者の差が１％以下である）ことを意味する。定義に
よれば、ばねフィンガー１２０の等方性応力を有する１
つ以上の層を形成すると、全体の応力プロフィールの異
方性は、従来のばね構造より低くなる。異方性の応力分
布は、螺旋状の捻れ及びばねの先端部のスキューの主な
原因である。等方性内部応力を有する圧縮性の層及び引
張性の層の少なくとも一方を形成することにより、剥離
された際にばねフィンガー１２０に及ぼされる応力の合
計は、一般的に、異方性応力を有するばね構造（即ち、
従来の方法を用いて形成）より低くなり、これにより、
螺旋状の捻れが低減又は解消される。１つ以上の等方性
応力層を組み込むことによって螺旋状の捻れを低減する
と、その等方性層がウェハ全体の上に延在する場合に
は、大量生産が容易になる。剥離後にばねフィンガー１
２０の自由部１２５で生じる内部応力の緩和は、剥離前
の応力の等方性を解消する。剥離されない固定部１２２
は、等方性内部応力を有する１つ以上の層を保持する。
【０００９】本発明の１つの態様によれば、１つ以上の
等方性応力層は、等方性圧縮層、等方性引張層のいずれ
か、又は、等方性圧縮層及び等方性引張層の両方を含ん
でもよい。例えば、図４を参照すると、別の実施形態に
よれば、ばね構造１００の第１層１２６は等方性の圧縮
性内部応力を有し、第１層１２６の上には、非等方性で
引張性の第２層１２７が形成される。更に別の実施形態
では、ばね構造１００の第１層１２６は非等方性の圧縮
応力を有するように形成され、その上に等方性で引張性
の第２層１２７が形成される。更に別の例では、第１層
１２６の圧縮性内部応力及び第２層１２７の引張性内部
応力が共に等方性である。ばねフィンガー１２０全体が
等方性材料から形成される場合に、異方性が最小化され
るのは勿論である。しかし、さほど厳しい設計仕様を必
要としない幾つかの用途は、部分的に等方性のばねフィ
ンガーから適切に製造され得る。
等方性応力層は、等方性圧縮層、等方性引張層のいずれ
か、又は、等方性圧縮層及び等方性引張層の両方を含ん
でもよい。例えば、図４を参照すると、別の実施形態に
よれば、ばね構造１００の第１層１２６は等方性の圧縮
性内部応力を有し、第１層１２６の上には、非等方性で
引張性の第２層１２７が形成される。更に別の実施形態
では、ばね構造１００の第１層１２６は非等方性の圧縮
応力を有するように形成され、その上に等方性で引張性
の第２層１２７が形成される。更に別の例では、第１層
１２６の圧縮性内部応力及び第２層１２７の引張性内部
応力が共に等方性である。ばねフィンガー１２０全体が
等方性材料から形成される場合に、異方性が最小化され
るのは勿論である。しかし、さほど厳しい設計仕様を必
要としない幾つかの用途は、部分的に等方性のばねフィ
ンガーから適切に製造され得る。
【００１０】ばね構造が、等方性圧縮層及び等方性引張
層を含む場合には、ばねフィンガーの層剥離を防止する
ために、１つ以上のオプションの構造を用いてもよい。
図４を参照すると、２段階の応力（即ち圧縮層１２６及
び引張層１２７のみ）を含むばねフィンガー１２０は、
２つを超える応力層を有するばねフィンガーよりも大き
なモーメントを有し得る。従って、所与の設計半径に対
して、２段階のばねフィンガー１２０は、層剥離（即
ち、剥離材料部１１０又は基体１０１からの分離）をよ
り生じやすい場合がある。
層を含む場合には、ばねフィンガーの層剥離を防止する
ために、１つ以上のオプションの構造を用いてもよい。
図４を参照すると、２段階の応力（即ち圧縮層１２６及
び引張層１２７のみ）を含むばねフィンガー１２０は、
２つを超える応力層を有するばねフィンガーよりも大き
なモーメントを有し得る。従って、所与の設計半径に対
して、２段階のばねフィンガー１２０は、層剥離（即
ち、剥離材料部１１０又は基体１０１からの分離）をよ
り生じやすい場合がある。
【００１１】図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、別のばね構
造１００Ａ及び１００Ｂを示す、図３の線５−５に沿っ
た断面側面図である。
造１００Ａ及び１００Ｂを示す、図３の線５−５に沿っ
た断面側面図である。
【００１２】図５（Ａ）を参照すると、ばね構造１００
Ａは、下方の等方性圧縮層１２６Ａと上方の等方性引張
層１２７Ａとの間に挟まれた中間層１２８が形成された
ばねフィンガー１２０Ａを有する。圧縮層１２６Ａと引
張層１２７Ａとの間の応力勾配を低減するために、中間
層１２８は、層１２６の等方性の圧縮性内部応力と層１
２７の引張性内部応力との間の内部応力を有するよう形
成される。別の実施形態では、中間層１２８が、２つ以
上の大きさの内部応力を含んでもよく、又は、内部応力
が圧縮性から引張性へと徐々に変化する領域であっても
よい。なお、層１２８の中間応力は等方性でなくてもよ
いが、所与の用途のために適切に設計される場合には、
等方性層１２６及び１２７は、中間層１２８の異方性に
よって及ぼされるいかなる捻れ力をも実質的に凌駕する
よう製造可能である。
Ａは、下方の等方性圧縮層１２６Ａと上方の等方性引張
層１２７Ａとの間に挟まれた中間層１２８が形成された
ばねフィンガー１２０Ａを有する。圧縮層１２６Ａと引
張層１２７Ａとの間の応力勾配を低減するために、中間
層１２８は、層１２６の等方性の圧縮性内部応力と層１
２７の引張性内部応力との間の内部応力を有するよう形
成される。別の実施形態では、中間層１２８が、２つ以
上の大きさの内部応力を含んでもよく、又は、内部応力
が圧縮性から引張性へと徐々に変化する領域であっても
よい。なお、層１２８の中間応力は等方性でなくてもよ
いが、所与の用途のために適切に設計される場合には、
等方性層１２６及び１２７は、中間層１２８の異方性に
よって及ぼされるいかなる捻れ力をも実質的に凌駕する
よう製造可能である。
【００１３】図５（Ｂ）を参照すると、ばね構造１００
Ｂは、上記と同様のばねフィンガー１２０を有する。更
に、層剥離を防止するために、ばね構造１００Ｂは、自
由部１２５が剥離される前又は後（即ち、自由部１２５
の下に位置する剥離材料が除去された後）にばねフィン
ガー１２０の固定部１２２の上に形成されたコーティン
グ１３０（例えば、金又はニッケル等の金属めっき）を
含む。コーティング層１３０が、自由部１２５の剥離後
に形成された金属めっきである場合には、コーティング
１３０は、自由部１２５の上部層１２７及び下部層１２
６の露出面に付着させられてもよく、それにより、金属
めっきを有さずに形成された、又は片側のみに金属めっ
きが形成されたばね構造よりも優れた構造的及び電気的
な特性が与えられる。金属めっきコーティング１３０
（図５（Ｂ））は、ばね構造１００Ｂに、幾つかの他の
潜在的に重要な長所を与える（例えば、機械的に接触さ
せられた素子の封止の電気鋳造、パッシベーション、耐
摩耗性及び潤滑性の向上、圧縮停止の提供、延性の追
加、又は、処理の痕跡及び欠陥の範囲の鈍化）。
Ｂは、上記と同様のばねフィンガー１２０を有する。更
に、層剥離を防止するために、ばね構造１００Ｂは、自
由部１２５が剥離される前又は後（即ち、自由部１２５
の下に位置する剥離材料が除去された後）にばねフィン
ガー１２０の固定部１２２の上に形成されたコーティン
グ１３０（例えば、金又はニッケル等の金属めっき）を
含む。コーティング層１３０が、自由部１２５の剥離後
に形成された金属めっきである場合には、コーティング
１３０は、自由部１２５の上部層１２７及び下部層１２
６の露出面に付着させられてもよく、それにより、金属
めっきを有さずに形成された、又は片側のみに金属めっ
きが形成されたばね構造よりも優れた構造的及び電気的
な特性が与えられる。金属めっきコーティング１３０
（図５（Ｂ））は、ばね構造１００Ｂに、幾つかの他の
潜在的に重要な長所を与える（例えば、機械的に接触さ
せられた素子の封止の電気鋳造、パッシベーション、耐
摩耗性及び潤滑性の向上、圧縮停止の提供、延性の追
加、又は、処理の痕跡及び欠陥の範囲の鈍化）。
【００１４】オプションの導体１０５は、外部の電気シ
ステム（図示せず）へのばね構造１００の電気的結合を
設けるために含まれる。ばねフィンガー１２０と導体１
０５との間の電気的結合には、導電性剥離材料を用いて
剥離材料部１１０を形成することが必要である。しか
し、他の構造（例えばワイヤボンディング）によってば
ねフィンガー１２０に電気的結合を直接設けることも可
能であり、それにより、非導電性剥離材料の使用も可能
になる。
ステム（図示せず）へのばね構造１００の電気的結合を
設けるために含まれる。ばねフィンガー１２０と導体１
０５との間の電気的結合には、導電性剥離材料を用いて
剥離材料部１１０を形成することが必要である。しか
し、他の構造（例えばワイヤボンディング）によってば
ねフィンガー１２０に電気的結合を直接設けることも可
能であり、それにより、非導電性剥離材料の使用も可能
になる。
【００１５】次に、本発明で用いる等方性ばね材料膜を
作るための幾つかの方法を説明する。
作るための幾つかの方法を説明する。
【００１６】ばね構造は、ばね構造が作られるばね材料
の圧縮飽和点又は引張飽和点の内部応力を有する少なく
とも１つの層を有する。この文脈における「飽和点」と
いう用語は、ばね材料（即ち、ばね材料膜）の内部応力
が超えることができない最大値を意味する。更に応力が
加えられると、ばね材料がその降伏点を超えて押されて
材料の緩和を生じ、更なる応力を解放して内部応力を飽
和レベルにとどまらせるので、応力飽和により、ばね材
料が略等方性（均一）になる。材料に降伏点を超える応
力が加えられた（即ち、押された）場合には、材料は
「流れる」か、その内部構造を再構成して過剰な応力を
解放し、材料をその材料のいわゆる降伏点に戻す。応力
を飽和させることにより、材料は耐えられる全ての応力
を受け、飽和点を超えると、内部構造はもはや過剰な応
力を溜める構造的な反応はせず、更に課せられる歪みを
受け入れるために塑性流動する。
の圧縮飽和点又は引張飽和点の内部応力を有する少なく
とも１つの層を有する。この文脈における「飽和点」と
いう用語は、ばね材料（即ち、ばね材料膜）の内部応力
が超えることができない最大値を意味する。更に応力が
加えられると、ばね材料がその降伏点を超えて押されて
材料の緩和を生じ、更なる応力を解放して内部応力を飽
和レベルにとどまらせるので、応力飽和により、ばね材
料が略等方性（均一）になる。材料に降伏点を超える応
力が加えられた（即ち、押された）場合には、材料は
「流れる」か、その内部構造を再構成して過剰な応力を
解放し、材料をその材料のいわゆる降伏点に戻す。応力
を飽和させることにより、材料は耐えられる全ての応力
を受け、飽和点を超えると、内部構造はもはや過剰な応
力を溜める構造的な反応はせず、更に課せられる歪みを
受け入れるために塑性流動する。
【００１７】ばね材料の内部応力が、ばね材料の圧縮又
は引張飽和点にある場合には、ばね材料膜の圧縮応力の
異方性は小さくなる傾向がある。本発明者は、以下に述
べる、少なくとも１つの層に飽和内部応力を生じる方法
を用いて、複数のウェハ上に（上述したものと同様の）
ばねゲージを形成し、次に、各ウェハ上のＸ軸及びＹ軸
に沿って応力を測定した。異なるパレット位置における
応力レベルの差異も測定した（試験装置の各パレットは
２個以上のウェハを保持した）。ばね材料膜が飽和した
圧縮応力層を含んだ場合には、ウェハ全体にわたる異方
性が実質的に低減された。
は引張飽和点にある場合には、ばね材料膜の圧縮応力の
異方性は小さくなる傾向がある。本発明者は、以下に述
べる、少なくとも１つの層に飽和内部応力を生じる方法
を用いて、複数のウェハ上に（上述したものと同様の）
ばねゲージを形成し、次に、各ウェハ上のＸ軸及びＹ軸
に沿って応力を測定した。異なるパレット位置における
応力レベルの差異も測定した（試験装置の各パレットは
２個以上のウェハを保持した）。ばね材料膜が飽和した
圧縮応力層を含んだ場合には、ウェハ全体にわたる異方
性が実質的に低減された。
【００１８】ばね材料膜の少なくとも１つの層を飽和点
で形成することにより、得られるばね構造が示す応力の
異方性は、従来の製造方法を用いて作られれたものより
も低くなり、それにより、螺旋状の捻れの大きさが低減
される。即ち、従来の技術は、材料の降伏点を超えて応
力を飽和させることはないので、ばね材料膜は、直交す
る異なる方向において異なる応力を獲得する。一方、本
実施形態のばね材料膜は、それよりも遙かに大きい、ば
ね材料の降伏点に近い応力を用いて形成されるので、一
方向に、別の方向よりも大きな応力を生じる傾向がある
応力が加えられた場合には、材料は更なる応力を溜める
のを“拒否”し、応力を加えられた方向に緩和して、材
料の降伏点に至る。材料がその降伏点にある場合には、
異方性を有する余地がないという観点から、異方性の低
減は理に適ったものである。体積緩和のメカニズムと表
面緩和のメカニズムは異なっていてもいいので、体積降
伏点と成長中の膜の降伏点とは、必ずしも同じでなくて
もよい。
で形成することにより、得られるばね構造が示す応力の
異方性は、従来の製造方法を用いて作られれたものより
も低くなり、それにより、螺旋状の捻れの大きさが低減
される。即ち、従来の技術は、材料の降伏点を超えて応
力を飽和させることはないので、ばね材料膜は、直交す
る異なる方向において異なる応力を獲得する。一方、本
実施形態のばね材料膜は、それよりも遙かに大きい、ば
ね材料の降伏点に近い応力を用いて形成されるので、一
方向に、別の方向よりも大きな応力を生じる傾向がある
応力が加えられた場合には、材料は更なる応力を溜める
のを“拒否”し、応力を加えられた方向に緩和して、材
料の降伏点に至る。材料がその降伏点にある場合には、
異方性を有する余地がないという観点から、異方性の低
減は理に適ったものである。体積緩和のメカニズムと表
面緩和のメカニズムは異なっていてもいいので、体積降
伏点と成長中の膜の降伏点とは、必ずしも同じでなくて
もよい。
【００１９】理想的には、１つが圧縮応力層で形成さ
れ、１つが引張応力層で形成され、両者がばね材料の応
力飽和点で又はその付近で成長した、２段階のみの応力
プロフィールを有するばね構造を製造することにより、
異方性が最小化される。このような理想的な実施形態で
は、下部層１２６は、圧縮飽和応力レベルの内部応力を
有するように形成され、上部層１２７は、下部層１２６
の上に直接付着させられ、引張飽和応力レベルの内部応
力を有するように形成される。層１２６及び１２７をこ
れらの飽和点で形成し、いかなる非飽和層も省略するこ
とにより、異方性が効果的に解消された理想的なばね構
造が形成される。異方性の完全な解消が必要ない用途
（即ち、限られた量のスキューは許容可能な用途）もあ
り、それにより、１つ以上の非飽和層を有するばね構造
の製造が容易になる。再び図４を参照すると、別の一実
施形態では、ばね構造１００の第１層１２６が圧縮飽和
点で形成され、等方性で引張性の第２層１２７が引張飽
和点よりも低く形成される。別の実施形態では、ばね構
造１００の第１層１２６が圧縮飽和点よりも低く形成さ
れ、第２層１２７が引張飽和点で形成される。別の実施
形態では、ばね構造は、図５（Ａ）に示されるように、
非飽和層１２８で隔てられた飽和層１２６及び１２７を
含んでもよく、又は、上に非飽和層１３０が形成された
飽和層１２６及び１２７を含んでもよい。
れ、１つが引張応力層で形成され、両者がばね材料の応
力飽和点で又はその付近で成長した、２段階のみの応力
プロフィールを有するばね構造を製造することにより、
異方性が最小化される。このような理想的な実施形態で
は、下部層１２６は、圧縮飽和応力レベルの内部応力を
有するように形成され、上部層１２７は、下部層１２６
の上に直接付着させられ、引張飽和応力レベルの内部応
力を有するように形成される。層１２６及び１２７をこ
れらの飽和点で形成し、いかなる非飽和層も省略するこ
とにより、異方性が効果的に解消された理想的なばね構
造が形成される。異方性の完全な解消が必要ない用途
（即ち、限られた量のスキューは許容可能な用途）もあ
り、それにより、１つ以上の非飽和層を有するばね構造
の製造が容易になる。再び図４を参照すると、別の一実
施形態では、ばね構造１００の第１層１２６が圧縮飽和
点で形成され、等方性で引張性の第２層１２７が引張飽
和点よりも低く形成される。別の実施形態では、ばね構
造１００の第１層１２６が圧縮飽和点よりも低く形成さ
れ、第２層１２７が引張飽和点で形成される。別の実施
形態では、ばね構造は、図５（Ａ）に示されるように、
非飽和層１２８で隔てられた飽和層１２６及び１２７を
含んでもよく、又は、上に非飽和層１３０が形成された
飽和層１２６及び１２７を含んでもよい。
【００２０】第１層１２６及び第２層１２７がそれぞれ
の飽和点にある場合のように、ばねフィンガー全体が等
方性材料から形成される場合に、異方性が最小化され
る。応力プロフィールの端点を飽和点に固定することの
副作用は、ばね半径を調整するための他の残りの変数
が、ばね層の厚さであることである。このことは、ばね
材料膜の最適ではない厚さにつながり得る。図６は、Ｍ
ｏＣｒ合金（８５/１５原子％）から形成された、約５
００ミクロンのばね直径を有する、平衡したばね構造の
応力プロフィールである。このようなばね材料の室温で
の飽和点は、約−２及び＋１ＧＰａである。これらの飽
和点は、平衡した（即ち、実質的に正味ゼロの）合計内
部応力を生じるため、及び、圧縮層と引張層との界面に
おいて３ＧＰａの応力勾配を支持するために、ばね材料
膜が、約２．８ミクロンの厚さ（即ち、約０．９２３ミ
クロンの圧縮層と、約１．８４７ミクロン以上の引張
層）を有することを必要とする。これは、多くの用途に
必要な厚さの何倍も厚く、従って、このようなばねの製
造は遙かに高価になる。更に、この構成によって生じ
る、層１２６と剥離材料部１１０との界面における大き
な剥離モーメント（０．９２ＧＰａ−μｍ）により、ば
ねフィンガー１２０の層剥離が問題となり得る。剥離前
の応力レベルは太い実線で示され、剥離後の応力レベル
は細い破線で示されている。
の飽和点にある場合のように、ばねフィンガー全体が等
方性材料から形成される場合に、異方性が最小化され
る。応力プロフィールの端点を飽和点に固定することの
副作用は、ばね半径を調整するための他の残りの変数
が、ばね層の厚さであることである。このことは、ばね
材料膜の最適ではない厚さにつながり得る。図６は、Ｍ
ｏＣｒ合金（８５/１５原子％）から形成された、約５
００ミクロンのばね直径を有する、平衡したばね構造の
応力プロフィールである。このようなばね材料の室温で
の飽和点は、約−２及び＋１ＧＰａである。これらの飽
和点は、平衡した（即ち、実質的に正味ゼロの）合計内
部応力を生じるため、及び、圧縮層と引張層との界面に
おいて３ＧＰａの応力勾配を支持するために、ばね材料
膜が、約２．８ミクロンの厚さ（即ち、約０．９２３ミ
クロンの圧縮層と、約１．８４７ミクロン以上の引張
層）を有することを必要とする。これは、多くの用途に
必要な厚さの何倍も厚く、従って、このようなばねの製
造は遙かに高価になる。更に、この構成によって生じ
る、層１２６と剥離材料部１１０との界面における大き
な剥離モーメント（０．９２ＧＰａ−μｍ）により、ば
ねフィンガー１２０の層剥離が問題となり得る。剥離前
の応力レベルは太い実線で示され、剥離後の応力レベル
は細い破線で示されている。
【００２１】厚い平衡ばね材料膜を製造するための別の
一例は、複数の不平衡ばね構造を作ることである。不平
衡ばねは、大きな非ゼロの正味応力（ｎｅｔの応力）を
有し、その結果、不具合を避けるためにより注意深く設
計されなければならない。図７は、ＭｏＣｒ合金（８５
/１５原子％）から形成された、約５００ミクロンのば
ね直径を有する、不平衡ばね構造の応力プロフィールで
ある。このばね構造では、圧縮層は約０．４ミクロンの
厚さを有し、引張層は約１．６ミクロンの厚さを有す
る。共に同じ材料から作られたにも関わらず、この不平
衡ばねは、図６の平衡ばねの約７０％の厚さであり、そ
れにより、平衡ばねよりも製造コストが低減される。平
衡ばねとは異なり、不平衡ばね構造の正味応力は、実質
的に非ゼロである（例えば、０．４ＧＰａ以上）。この
実質的に非ゼロの正味応力は、応力及び膜厚の誤差に左
右されやすい直径を生じる点で、このような不平衡ばね
の設計では考慮されなければならない。剥離モーメント
も０．９２ＧＰａ−μｍ（図６に示される平衡ばねによ
って生じる）から約０．６ＧＰａ−μｍへと低減され
る。
一例は、複数の不平衡ばね構造を作ることである。不平
衡ばねは、大きな非ゼロの正味応力（ｎｅｔの応力）を
有し、その結果、不具合を避けるためにより注意深く設
計されなければならない。図７は、ＭｏＣｒ合金（８５
/１５原子％）から形成された、約５００ミクロンのば
ね直径を有する、不平衡ばね構造の応力プロフィールで
ある。このばね構造では、圧縮層は約０．４ミクロンの
厚さを有し、引張層は約１．６ミクロンの厚さを有す
る。共に同じ材料から作られたにも関わらず、この不平
衡ばねは、図６の平衡ばねの約７０％の厚さであり、そ
れにより、平衡ばねよりも製造コストが低減される。平
衡ばねとは異なり、不平衡ばね構造の正味応力は、実質
的に非ゼロである（例えば、０．４ＧＰａ以上）。この
実質的に非ゼロの正味応力は、応力及び膜厚の誤差に左
右されやすい直径を生じる点で、このような不平衡ばね
の設計では考慮されなければならない。剥離モーメント
も０．９２ＧＰａ−μｍ（図６に示される平衡ばねによ
って生じる）から約０．６ＧＰａ−μｍへと低減され
る。
【００２２】更に、応力の格差があれば、引張応力のみ
又は圧縮応力のみを用いてばねを形成することも可能で
ある。厚さが０．２ミクロンの飽和（第１）圧縮応力層
（即ち、−２ＧＰａの内部応力）と、その等方性層の上
に形成された、厚さが０．５７ミクロンで−１ＧＰａの
内部応力を有する異方性（第２）圧縮応力層とを用い
て、ばね構造を作ることができる。この例では、異方性
圧縮応力層は、等方性圧縮応力層に対しては比較的張力
が高い。得られるばね構造は、約０．７７ミクロンの厚
さ、約４１３ミクロンの直径、１．２９ＧＰａの剥離後
の正味応力、及び、１．０２ＧＰａ−μｍの正味の剥離
モーメントを有する。
又は圧縮応力のみを用いてばねを形成することも可能で
ある。厚さが０．２ミクロンの飽和（第１）圧縮応力層
（即ち、−２ＧＰａの内部応力）と、その等方性層の上
に形成された、厚さが０．５７ミクロンで−１ＧＰａの
内部応力を有する異方性（第２）圧縮応力層とを用い
て、ばね構造を作ることができる。この例では、異方性
圧縮応力層は、等方性圧縮応力層に対しては比較的張力
が高い。得られるばね構造は、約０．７７ミクロンの厚
さ、約４１３ミクロンの直径、１．２９ＧＰａの剥離後
の正味応力、及び、１．０２ＧＰａ−μｍの正味の剥離
モーメントを有する。
【００２３】ばね材料膜の応力の飽和は様々な方法で達
成される。図８乃至図１７を参照して説明される、開示
される１つの方法によれば、応力の飽和は、飽和引張応
力又は飽和圧縮応力を生じるために、ばね材料膜を成長
させる際の製造パラメータ（即ち、温度、圧力及びＲＦ
バイアス）を操作することによって達成される。更なる
方法を以下に説明する。
成される。図８乃至図１７を参照して説明される、開示
される１つの方法によれば、応力の飽和は、飽和引張応
力又は飽和圧縮応力を生じるために、ばね材料膜を成長
させる際の製造パラメータ（即ち、温度、圧力及びＲＦ
バイアス）を操作することによって達成される。更なる
方法を以下に説明する。
【００２４】図８を参照すると、この製造方法は、ガラ
ス（シリコン）基体１０１上に導電性剥離材料層２１０
を形成することから開始する。一実施形態では、剥離材
料層２１０は導電性材料から形成され、剥離材料層２１
０の部分２１０Ａが、基体１０１の上面に露出した導体
１０５に接触する。一実施形態では、剥離材料層２１０
は、スパッタリングで基体１０１に約０．２ミクロン以
上の厚さまで付着させられたチタン（Ｔｉ）である。チ
タンは、その可塑性（即ち、ひび割れに対する耐性）及
び強い付着力により、導電性剥離材料層としての望まし
い特性を与える。チタンの好ましい可塑特性を有する他
の剥離材料を用いてもよい。別の実施形態では、剥離材
料層２１０は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニ
ッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）又はコバルト
（Ｃｏ）等の別の金属を含む。剥離材料層２１０は、多
量にドーピングされたシリコン（Ｓｉ）を用いて形成さ
れてもよい。更に、２つ以上の剥離材料層を順次付着さ
せ、多層構造を形成してもよい。更に別の可能な実施形
態では、上述した剥離材料の任意のものを、２つの非剥
離材料層（即ち、後述するばねフィンガー剥離工程で除
去されない材料）の間に挟んでもよい。或いは、次に付
着させられるばね材料層と接触パッド（例えば導体１０
５等）との間に電気伝導を設ける必要がない場合には、
剥離材料層２１０は窒化シリコン（ＳｉＮ）等の非導電
性材料であってもよい。
ス（シリコン）基体１０１上に導電性剥離材料層２１０
を形成することから開始する。一実施形態では、剥離材
料層２１０は導電性材料から形成され、剥離材料層２１
０の部分２１０Ａが、基体１０１の上面に露出した導体
１０５に接触する。一実施形態では、剥離材料層２１０
は、スパッタリングで基体１０１に約０．２ミクロン以
上の厚さまで付着させられたチタン（Ｔｉ）である。チ
タンは、その可塑性（即ち、ひび割れに対する耐性）及
び強い付着力により、導電性剥離材料層としての望まし
い特性を与える。チタンの好ましい可塑特性を有する他
の剥離材料を用いてもよい。別の実施形態では、剥離材
料層２１０は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニ
ッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）又はコバルト
（Ｃｏ）等の別の金属を含む。剥離材料層２１０は、多
量にドーピングされたシリコン（Ｓｉ）を用いて形成さ
れてもよい。更に、２つ以上の剥離材料層を順次付着さ
せ、多層構造を形成してもよい。更に別の可能な実施形
態では、上述した剥離材料の任意のものを、２つの非剥
離材料層（即ち、後述するばねフィンガー剥離工程で除
去されない材料）の間に挟んでもよい。或いは、次に付
着させられるばね材料層と接触パッド（例えば導体１０
５等）との間に電気伝導を設ける必要がない場合には、
剥離材料層２１０は窒化シリコン（ＳｉＮ）等の非導電
性材料であってもよい。
【００２５】図９乃至図１１は、後述する本発明の様々
な実施形態に従った、ばね材料膜の形成及びオプション
のアニールを示している。図９は、下部層２２６に圧縮
飽和点又はその付近の圧縮性内部応力を生じるよう選択
された処理技術を用いて剥離材料層２１０上に形成され
た、設計された応力を有する下部（第１）ばね材料層２
２６を示している。一実施形態では、ばね材料層２２６
は、飽和圧縮応力を生じるのに適した処理パラメータを
用いて、スパッタリングで０．１〜２．５ミクロンの厚
さで付着させられたＭｏＣｒ合金（８５/１５原子％）
を含む。圧縮層２２６は、０．１ｍＴ以上の圧力に保た
れたアルゴン雰囲気中で、０．２ワット/ｃｍ2以上の無
線周波数（ＲＦ）バイアスを印加し、公称の室温で（即
ち、付着プロセスから幾分の基体の加熱が生じる）行わ
れるスパッタリング付着を用いて作られてもよい。一般
的に、この印加バイアスは、成長する膜への付加的な衝
撃を生じ、材料を圧縮飽和点に至らせる。より高いバイ
アス電力レベルはガス拡散の影響を補償でき、それによ
り、より高圧での動作が可能になる。図１０は、上部層
２２７に引張性内部応力を生じるよう選択された処理技
術を用いて下部層２２６上に形成された、上部（第２）
ばね材料層２２７を示している。別の実施形態では、上
部層２２７の引張性内部応力は、引張応力の飽和点又は
その付近にある。設計半径と、形成されるのが平衡ばね
であるか又は不平衡ばねであるかにより、ＭｏＣｒ（８
５/１５）ばね材料が、下部層２２６上にスパッタリン
グで０．１〜２．５ミクロンの厚さまで付着させられ
る。望ましい引張応力飽和を達成するために、基体１０
１は室温に保たれ、４ｍＴ以上の圧力に保たれたアルゴ
ン雰囲気中で、０〜０．２５ワット/ｃｍ2の範囲のＲＦ
バイアスを印加して、スパッタリング付着が行われる。
上記の処理パラメータを用いて、下部層２２６及び上部
層２２７の一方又は両方で許容可能な応力飽和が達成さ
れたら、アニール（図１１に示す）は省略されてもよ
い。
な実施形態に従った、ばね材料膜の形成及びオプション
のアニールを示している。図９は、下部層２２６に圧縮
飽和点又はその付近の圧縮性内部応力を生じるよう選択
された処理技術を用いて剥離材料層２１０上に形成され
た、設計された応力を有する下部（第１）ばね材料層２
２６を示している。一実施形態では、ばね材料層２２６
は、飽和圧縮応力を生じるのに適した処理パラメータを
用いて、スパッタリングで０．１〜２．５ミクロンの厚
さで付着させられたＭｏＣｒ合金（８５/１５原子％）
を含む。圧縮層２２６は、０．１ｍＴ以上の圧力に保た
れたアルゴン雰囲気中で、０．２ワット/ｃｍ2以上の無
線周波数（ＲＦ）バイアスを印加し、公称の室温で（即
ち、付着プロセスから幾分の基体の加熱が生じる）行わ
れるスパッタリング付着を用いて作られてもよい。一般
的に、この印加バイアスは、成長する膜への付加的な衝
撃を生じ、材料を圧縮飽和点に至らせる。より高いバイ
アス電力レベルはガス拡散の影響を補償でき、それによ
り、より高圧での動作が可能になる。図１０は、上部層
２２７に引張性内部応力を生じるよう選択された処理技
術を用いて下部層２２６上に形成された、上部（第２）
ばね材料層２２７を示している。別の実施形態では、上
部層２２７の引張性内部応力は、引張応力の飽和点又は
その付近にある。設計半径と、形成されるのが平衡ばね
であるか又は不平衡ばねであるかにより、ＭｏＣｒ（８
５/１５）ばね材料が、下部層２２６上にスパッタリン
グで０．１〜２．５ミクロンの厚さまで付着させられ
る。望ましい引張応力飽和を達成するために、基体１０
１は室温に保たれ、４ｍＴ以上の圧力に保たれたアルゴ
ン雰囲気中で、０〜０．２５ワット/ｃｍ2の範囲のＲＦ
バイアスを印加して、スパッタリング付着が行われる。
上記の処理パラメータを用いて、下部層２２６及び上部
層２２７の一方又は両方で許容可能な応力飽和が達成さ
れたら、アニール（図１１に示す）は省略されてもよ
い。
【００２６】別の実施形態では、ばね材料（即ち、Ｍｏ
Ｃｒの８５/１５原子％合金）の飽和点を調整するよう
選択された、より高い温度で、図９及び図１０の付着プ
ロセスが行われる。ＭｏＣｒ合金は、２０００℃以上で
溶融するという、非常に耐熱性の高いばね材料である。
しかし、ＭｏＣｒ合金の応力の一部は、（例えば、図１
１に示されているアニール処理中に）かなり低い温度
（即ち、３５０℃未満）のアニールによって合金成長後
に（ｅｘ−ｓｉｔｕ）失われることがある。図１８に、
ＭｏＣｒ（８５/１５）合金の内部応力に対する温度変
化の影響を示す、実験データが示されている。測定され
たデータは菱形（加熱）及び四角（冷却）で示され、理
論上のデータは三角形で示されている。線形弾性応答に
基づく理論上の挙動は、飽和したばね材料膜を高温（例
えば４００℃）で形成すると、冷却した際に応力の正味
の張力のシフトが生じることを示している。実際のデー
タは、ばね材料膜をアニールする及び/又はばね材料膜
を約１００℃以上で形成すると、緩和を生じ、続く冷却
の際に内部応力の張力シフトを生じることを示してい
る。これは、非常に高い応力レベルに達するために容易
に衝撃され得るが、均一にするのは困難な、圧縮応力を
受けるばね材料膜の層に関連する場合がある。圧縮成長
はより低い圧力で行われるので、均一な応力を生じるた
めの付着角度の均質化のために存在するガスの拡散は低
い。ばね材料膜（例えばＭｏＣｒ合金）が成長中（即
ち、図９及び図１０に示されているプロセスの一方又は
両方の処理中）にその場で（ｉｎ−ｓｉｔｕ）中間の温
度に保たれる場合には、ばね材料の飽和点は、その室温
で生じる飽和点を下回る点に下がる。より高い温度（即
ち、１００℃以上、より好ましくは１５０℃〜４００
℃、最も好ましくは３５０℃）での成長は、低温付着で
達成されるよりも低い応力で等方性の応力特性を達成す
ると思われる。飽和点を低く調整すると、材料の応力
が、室温で確実に降伏点から大きく離れるので、材料が
より強くなるという更なる長所があり得る。
Ｃｒの８５/１５原子％合金）の飽和点を調整するよう
選択された、より高い温度で、図９及び図１０の付着プ
ロセスが行われる。ＭｏＣｒ合金は、２０００℃以上で
溶融するという、非常に耐熱性の高いばね材料である。
しかし、ＭｏＣｒ合金の応力の一部は、（例えば、図１
１に示されているアニール処理中に）かなり低い温度
（即ち、３５０℃未満）のアニールによって合金成長後
に（ｅｘ−ｓｉｔｕ）失われることがある。図１８に、
ＭｏＣｒ（８５/１５）合金の内部応力に対する温度変
化の影響を示す、実験データが示されている。測定され
たデータは菱形（加熱）及び四角（冷却）で示され、理
論上のデータは三角形で示されている。線形弾性応答に
基づく理論上の挙動は、飽和したばね材料膜を高温（例
えば４００℃）で形成すると、冷却した際に応力の正味
の張力のシフトが生じることを示している。実際のデー
タは、ばね材料膜をアニールする及び/又はばね材料膜
を約１００℃以上で形成すると、緩和を生じ、続く冷却
の際に内部応力の張力シフトを生じることを示してい
る。これは、非常に高い応力レベルに達するために容易
に衝撃され得るが、均一にするのは困難な、圧縮応力を
受けるばね材料膜の層に関連する場合がある。圧縮成長
はより低い圧力で行われるので、均一な応力を生じるた
めの付着角度の均質化のために存在するガスの拡散は低
い。ばね材料膜（例えばＭｏＣｒ合金）が成長中（即
ち、図９及び図１０に示されているプロセスの一方又は
両方の処理中）にその場で（ｉｎ−ｓｉｔｕ）中間の温
度に保たれる場合には、ばね材料の飽和点は、その室温
で生じる飽和点を下回る点に下がる。より高い温度（即
ち、１００℃以上、より好ましくは１５０℃〜４００
℃、最も好ましくは３５０℃）での成長は、低温付着で
達成されるよりも低い応力で等方性の応力特性を達成す
ると思われる。飽和点を低く調整すると、材料の応力
が、室温で確実に降伏点から大きく離れるので、材料が
より強くなるという更なる長所があり得る。
【００２７】図１８に示されているデータは、（例えば
図１１に示される処理中に）１００℃以上のアニールを
用いて、室温で成長したばね材料膜に応力緩和を生じさ
せてもよいことも示している。特に、１００℃〜約４０
０℃の範囲でのアニールは緩和を生じることがあり、そ
の結果、冷却した際に内部応力が実質的に低くなる。約
３５０℃〜４００℃を大きく超える温度でアニールして
も、応力が更に認識可能なほど変化するとは思われな
い。
図１１に示される処理中に）１００℃以上のアニールを
用いて、室温で成長したばね材料膜に応力緩和を生じさ
せてもよいことも示している。特に、１００℃〜約４０
０℃の範囲でのアニールは緩和を生じることがあり、そ
の結果、冷却した際に内部応力が実質的に低くなる。約
３５０℃〜４００℃を大きく超える温度でアニールして
も、応力が更に認識可能なほど変化するとは思われな
い。
【００２８】膜が冷えると、シリコンに対する相対的な
熱膨張率により、ＭｏＣｒの張力はより高くなる。本発
明の別の実施形態によれば、この膨張率の差を利用し
て、圧縮層の応力レベルが低減される。一例では、圧縮
層２２６（図９）を、より高い温度（例えば２００℃を
超える温度、好ましくは３５０℃）で付着させ、次に、
引張層２２７（図１０）を、より低い付着温度（例えば
２００℃未満、好ましくは５０℃）で付着させる。必要
に応じて、高圧ガス拡散（後述する）を用いる等の飽和
させない方法により、層２２７の引張応力が均一に保た
れる。より低い温度に冷却中、圧縮応力は次式で求めら
れる量だけ低くなる。 Δσ＝Ｙ’(αMoCr−αSi)(Ｔ2−Ｔ1) 式中、αMoCr及びαSiはそれぞれＭｏＣｒ膜及びシリコ
ン基体の膨張率であり、Ｔ1及びＴ2は２通りの温度であ
る。Ｙ’はＭｏＣｒの二軸弾性係数である。
熱膨張率により、ＭｏＣｒの張力はより高くなる。本発
明の別の実施形態によれば、この膨張率の差を利用し
て、圧縮層の応力レベルが低減される。一例では、圧縮
層２２６（図９）を、より高い温度（例えば２００℃を
超える温度、好ましくは３５０℃）で付着させ、次に、
引張層２２７（図１０）を、より低い付着温度（例えば
２００℃未満、好ましくは５０℃）で付着させる。必要
に応じて、高圧ガス拡散（後述する）を用いる等の飽和
させない方法により、層２２７の引張応力が均一に保た
れる。より低い温度に冷却中、圧縮応力は次式で求めら
れる量だけ低くなる。 Δσ＝Ｙ’(αMoCr−αSi)(Ｔ2−Ｔ1) 式中、αMoCr及びαSiはそれぞれＭｏＣｒ膜及びシリコ
ン基体の膨張率であり、Ｔ1及びＴ2は２通りの温度であ
る。Ｙ’はＭｏＣｒの二軸弾性係数である。
【００２９】図１２を参照すると、上述した方法の１つ
以上を用いてばね材料膜を製造した後、細長いばね材料
（第１）マスク２３０（例えばフォトレジスト）を、露
出した上部層２２７の選択された部分を覆うようにパタ
ーニングする。次に、図１３に示されるように、ばねマ
スク２３０の周囲の、設計された応力を有する材料膜２
２０の露出部分が、１つ以上のエッチング液２４０を用
いてエッチングされ、ばねアイランド２２０−１が形成
される。このエッチングプロセスは、ばねアイランド２
２０−１の周囲の剥離層２１０の部分２１０Ｂに制限さ
れたエッチングが行われ、このエッチング工程の後に、
剥離層の部分２１０Ｂの少なくとも部分的な厚さが基体
１０１上に残るように、行われる。一実施形態では、設
計された応力を有する材料膜２２０の露出部分を除去す
るために、エッチング工程は、例えばウェットエッチン
グプロセスを用いて行われてもよい。この実施形態は、
ＭｏＣｒばね金属層を除去するために硝酸セリウムアン
モニウム溶液を用いて良好に行われた。ここに与えた、
限定を意図しない例の代わりに、多くの更なるエッチン
グプロセスの変形及び材料選択を用いてもよい。
以上を用いてばね材料膜を製造した後、細長いばね材料
（第１）マスク２３０（例えばフォトレジスト）を、露
出した上部層２２７の選択された部分を覆うようにパタ
ーニングする。次に、図１３に示されるように、ばねマ
スク２３０の周囲の、設計された応力を有する材料膜２
２０の露出部分が、１つ以上のエッチング液２４０を用
いてエッチングされ、ばねアイランド２２０−１が形成
される。このエッチングプロセスは、ばねアイランド２
２０−１の周囲の剥離層２１０の部分２１０Ｂに制限さ
れたエッチングが行われ、このエッチング工程の後に、
剥離層の部分２１０Ｂの少なくとも部分的な厚さが基体
１０１上に残るように、行われる。一実施形態では、設
計された応力を有する材料膜２２０の露出部分を除去す
るために、エッチング工程は、例えばウェットエッチン
グプロセスを用いて行われてもよい。この実施形態は、
ＭｏＣｒばね金属層を除去するために硝酸セリウムアン
モニウム溶液を用いて良好に行われた。ここに与えた、
限定を意図しない例の代わりに、多くの更なるエッチン
グプロセスの変形及び材料選択を用いてもよい。
【００３０】図１４は、ばねマスク２３０（図１３）を
除去した後の、ばねアイランド２２０−１及び剥離材料
２１０を示している。ここでも、剥離材料層２１０の部
分２１０Ａを介して、導体１０５とばねアイランド２２
０−１との間の電気接続が設けられることに留意された
い。
除去した後の、ばねアイランド２２０−１及び剥離材料
２１０を示している。ここでも、剥離材料層２１０の部
分２１０Ａを介して、導体１０５とばねアイランド２２
０−１との間の電気接続が設けられることに留意された
い。
【００３１】図１５を参照すると、次に、ばねアイラン
ド２２０−１の第１部分２２１０−１Ａの上に剥離（第
２）マスク２５０（例えばフォトレジスト）が形成され
る。剥離マスク２５０は、ばねアイランド２２０−１の
第２部分２２０−１Ｂ及びその周囲の剥離材料層２１０
の部分２１０Ｂを露出する剥離窓ＲＷを画定する。
ド２２０−１の第１部分２２１０−１Ａの上に剥離（第
２）マスク２５０（例えばフォトレジスト）が形成され
る。剥離マスク２５０は、ばねアイランド２２０−１の
第２部分２２０−１Ｂ及びその周囲の剥離材料層２１０
の部分２１０Ｂを露出する剥離窓ＲＷを画定する。
【００３２】図１６を参照すると、次に、剥離エッチン
グ液２６０（例えば、緩衝酸化物エッチング（buffered
oxide etch））を用いて、剥離材料層の一部を、ばね
アイランドの露出部分の下から選択的に除去し、ばねフ
ィンガー１２０（図１乃至図３を参照して上述）を形成
する。露出した剥離材料を除去すると、（上述した）ば
ね材料膜の形成中に発生した内部応力の偏差により、自
由部１２５が基体１０１から離れる方向に曲がる。固定
部１２２は、剥離マスク２５０で保護された剥離材料部
１１０によって基体１０１に固定されたままである。ま
た、剥離材料部１１０が導電性剥離材料で形成される場
合には、得られるばね構造は導体１０５に電気的に結合
される。
グ液２６０（例えば、緩衝酸化物エッチング（buffered
oxide etch））を用いて、剥離材料層の一部を、ばね
アイランドの露出部分の下から選択的に除去し、ばねフ
ィンガー１２０（図１乃至図３を参照して上述）を形成
する。露出した剥離材料を除去すると、（上述した）ば
ね材料膜の形成中に発生した内部応力の偏差により、自
由部１２５が基体１０１から離れる方向に曲がる。固定
部１２２は、剥離マスク２５０で保護された剥離材料部
１１０によって基体１０１に固定されたままである。ま
た、剥離材料部１１０が導電性剥離材料で形成される場
合には、得られるばね構造は導体１０５に電気的に結合
される。
【００３３】最後に、図１７は、剥離マスク２５０を除
去中のばね構造１００を示している。なお、図１６を参
照すると、剥離マスク２５０の負に傾斜した側壁によ
り、オプションの剥離後コーティング（例えば、図５
（Ａ）のコーティング１３０）の下方に露出端部２５０
−Ｅが生じている。この露出端部により、公知の技術を
用いて剥離マスクを溶かす溶媒のアクセスが可能にな
る。例えば、剥離マスクが画像反転フォトレジストであ
る場合には、溶媒としてアセトンを用いることができ
る。剥離マスクが溶かされると、その上に形成されたコ
ーティングの残存部分がリフトオフされる。リフトオフ
プロセスを加速するために、撹拌を用いてもよい。
去中のばね構造１００を示している。なお、図１６を参
照すると、剥離マスク２５０の負に傾斜した側壁によ
り、オプションの剥離後コーティング（例えば、図５
（Ａ）のコーティング１３０）の下方に露出端部２５０
−Ｅが生じている。この露出端部により、公知の技術を
用いて剥離マスクを溶かす溶媒のアクセスが可能にな
る。例えば、剥離マスクが画像反転フォトレジストであ
る場合には、溶媒としてアセトンを用いることができ
る。剥離マスクが溶かされると、その上に形成されたコ
ーティングの残存部分がリフトオフされる。リフトオフ
プロセスを加速するために、撹拌を用いてもよい。
【００３４】上述した例は、特に、ＭｏＣｒ（８５−１
５原子％）合金ばね材料に関するものである。本発明の
更に別の態様では、ばね材料の組成を、降伏点が好まし
く変更されるよう調整することにより、ばね材料の飽和
点が調整されてもよい。幾つかの金属はＭｏ及びＣｒよ
りも軟らかく、より低い降伏点を有するので、これらの
より軟らかい金属を含む組成物の応力は、一般的に、よ
り低い応力値で飽和する。所望の又は選択された範囲内
のばね半径を生じる、降伏点に対する弾性係数の割合を
有する材料を選択するのが好ましい。例えば、ＮｉＺｒ
合金は、ＭｏＣｒ合金よりも低い飽和応力を有する。別
の可能性としては、他のＮｉ合金、ＮｉＣｕ合金（例え
ばＭｏｎｅｌ(R)）、ＢｅＣｕ、燐青銅、又はＭｏ、Ｃ
ｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ等の耐熱性材料の合金を使用するこ
とが挙げられる。別の例では、１つ以上の“軟らかい”
金属（例えばＩｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ）を含むことによ
り、ＭｏＣｒ合金の降伏点を調整（低下）してもよい。
５原子％）合金ばね材料に関するものである。本発明の
更に別の態様では、ばね材料の組成を、降伏点が好まし
く変更されるよう調整することにより、ばね材料の飽和
点が調整されてもよい。幾つかの金属はＭｏ及びＣｒよ
りも軟らかく、より低い降伏点を有するので、これらの
より軟らかい金属を含む組成物の応力は、一般的に、よ
り低い応力値で飽和する。所望の又は選択された範囲内
のばね半径を生じる、降伏点に対する弾性係数の割合を
有する材料を選択するのが好ましい。例えば、ＮｉＺｒ
合金は、ＭｏＣｒ合金よりも低い飽和応力を有する。別
の可能性としては、他のＮｉ合金、ＮｉＣｕ合金（例え
ばＭｏｎｅｌ(R)）、ＢｅＣｕ、燐青銅、又はＭｏ、Ｃ
ｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ等の耐熱性材料の合金を使用するこ
とが挙げられる。別の例では、１つ以上の“軟らかい”
金属（例えばＩｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ）を含むことによ
り、ＭｏＣｒ合金の降伏点を調整（低下）してもよい。
【００３５】たとえ顕著な緩和及び/又は飽和点調整を
用いても、圧縮及び引張飽和応力層を用いたばね材料膜
は顕著な応力モーメントを生じ、その結果、ばね剥離層
に沿った又は剥離層/基体界面に沿ったばね構造の層剥
離を生じる場合がある。ばね材料が耐えられる圧縮の最
高値から引張の最高値までの範囲内で、連続して（徐々
に）レベルが変化する、等方性応力を有するばね材料を
付着させるのが望ましい。応力の連続変化は、剥離後の
ばねに溜まる残存弾性エネルギーの量を低減するので、
望ましい。例えば、図６では、応力飽和ばねの実質的な
残存応力（破線）が示されているが、初期応力が階段状
ではなく線形のプロフィールで構成されていた場合に
は、（曲がる方向の）残存応力は概ねゼロになる。２つ
を超える段階を有する階段状のプロフィールは、より良
好に線形プロフィールを近似し、より低い残存応力を有
する。このようなプロフィールでは、応力の変化もそれ
ほど急激ではない。各変化は、ばね内の内部剪断を生じ
る。本発明の発明者は、ある条件下では、ばねの破損が
応力レベルの変化の急激さと相関することを観察した。
図５（Ｂ）に示されているような飽和応力ばねと関連し
た、応力レベルの急激な変化に対する１つの解決法は、
破損を抑制するために、ばね材料の上及び/又は下に通
常はめっきではなくスパッタリングされる、付加的な金
属層（例えば金）を含むことである。しかし、この解決
法を含むと製造コストが増加する。従って、応力の連続
範囲（即ち、圧縮性から引張性へと徐々に変化）の上に
等方性の応力を作る工程を有するのが望ましい。
用いても、圧縮及び引張飽和応力層を用いたばね材料膜
は顕著な応力モーメントを生じ、その結果、ばね剥離層
に沿った又は剥離層/基体界面に沿ったばね構造の層剥
離を生じる場合がある。ばね材料が耐えられる圧縮の最
高値から引張の最高値までの範囲内で、連続して（徐々
に）レベルが変化する、等方性応力を有するばね材料を
付着させるのが望ましい。応力の連続変化は、剥離後の
ばねに溜まる残存弾性エネルギーの量を低減するので、
望ましい。例えば、図６では、応力飽和ばねの実質的な
残存応力（破線）が示されているが、初期応力が階段状
ではなく線形のプロフィールで構成されていた場合に
は、（曲がる方向の）残存応力は概ねゼロになる。２つ
を超える段階を有する階段状のプロフィールは、より良
好に線形プロフィールを近似し、より低い残存応力を有
する。このようなプロフィールでは、応力の変化もそれ
ほど急激ではない。各変化は、ばね内の内部剪断を生じ
る。本発明の発明者は、ある条件下では、ばねの破損が
応力レベルの変化の急激さと相関することを観察した。
図５（Ｂ）に示されているような飽和応力ばねと関連し
た、応力レベルの急激な変化に対する１つの解決法は、
破損を抑制するために、ばね材料の上及び/又は下に通
常はめっきではなくスパッタリングされる、付加的な金
属層（例えば金）を含むことである。しかし、この解決
法を含むと製造コストが増加する。従って、応力の連続
範囲（即ち、圧縮性から引張性へと徐々に変化）の上に
等方性の応力を作る工程を有するのが望ましい。
【００３６】本発明の別の実施形態では、付着プロセス
中に圧力を変化させることで、ばね材料膜の異方性が低
減される。特に、付着チャンバ内の圧力を高めることに
より、到達する種がスパッタリングガス（一般的にＡｒ
ガス）によって拡散される。Ｗｉｌｄｅｒ ＭＶ４０モ
ジュール垂直マグネトロン付着ツール（垂直陰極スパッ
タリングシステム）を用いた実験は、ＭｏＣｒ合金（８
５/１５）膜の異方性が、約２０ｍＴでほぼゼロに低下
することを示した。図１９は、基体とターゲットとの間
隔が１インチのＷｉｌｄｅｒツールのための、応力ｖｓ
圧力の較正データを示している。この図は、最も高い圧
力（２０ｍＴ）では、３つの個別のパレット位置で測定
された応力が集中していることを示している。一方、１
０ｍＴでは応力差が最大となる。約１５ｍＴを超える
と、適切な異方性の低減が達成される。高過ぎる圧力
（例えば２０ｍＴを超える圧力）では、低温及び/又は
ゼロのバイアスで成長した膜は機械的に脆弱になりがち
であり、その結果、引張応力が減少する。機械的に脆弱
になる原因は、恐らくは材料中の大きな空隙であろう。
この脆弱性が生じる圧力は、スパッタリング構成及び、
距離及び出力等の他のパラメータに非常に依存する。圧
力−距離の積が１０〜３５０ｍＴ−ｃｍの範囲内である
場合に、適切な膜が形成される。印加ＲＦバイアス（例
えば０．０５ワット/ｃｍ2以上）は、基体の衝撃を増加
させ、それにより密度を増加させる傾向がある。基体の
温度を上げると（例えば１５０℃以上）、成長膜に組み
込まれた材料の表面拡散が高まり、これも密度を増加さ
せる傾向がある。基体の加熱及び/又はバイアスは、機
械的に脆弱になることを回避するために有用である。圧
力、温度及びバイアスの適切なバランスをとると、多孔
性に起因する膜の機械的劣化を回避しつつ、ガス拡散を
介して引張応力の均質性を生じると思われる。ガス拡散
を介した応力の均質化は、ばねの設計で要求される任意
の応力設定点で効果が潜在的に作用可能な点と、応力が
潜在的に連続変化可能な点という、材料の飽和を凌駕す
る２つの顕著な長所を有する。図１９では、圧力の均質
化は、均一な引張応力を生じるためのみに作用するよう
に見えるかもしれないが、基体へ十分なバイアスを印加
すれば、高圧においてもばね材料が衝撃されて圧縮状態
になると、本発明者は考える。本実施形態によれば、圧
縮性から引張性への応力傾向を作るために、付着の実行
中に印加ＲＦバイアスを徐々に下げつつ高圧で付着させ
ることにより、圧縮（下部）層及び引張（上部）層を含
み、且つ、それらの間に連続変化する内部応力プロフィ
ールを有するばね構造が作られる。
中に圧力を変化させることで、ばね材料膜の異方性が低
減される。特に、付着チャンバ内の圧力を高めることに
より、到達する種がスパッタリングガス（一般的にＡｒ
ガス）によって拡散される。Ｗｉｌｄｅｒ ＭＶ４０モ
ジュール垂直マグネトロン付着ツール（垂直陰極スパッ
タリングシステム）を用いた実験は、ＭｏＣｒ合金（８
５/１５）膜の異方性が、約２０ｍＴでほぼゼロに低下
することを示した。図１９は、基体とターゲットとの間
隔が１インチのＷｉｌｄｅｒツールのための、応力ｖｓ
圧力の較正データを示している。この図は、最も高い圧
力（２０ｍＴ）では、３つの個別のパレット位置で測定
された応力が集中していることを示している。一方、１
０ｍＴでは応力差が最大となる。約１５ｍＴを超える
と、適切な異方性の低減が達成される。高過ぎる圧力
（例えば２０ｍＴを超える圧力）では、低温及び/又は
ゼロのバイアスで成長した膜は機械的に脆弱になりがち
であり、その結果、引張応力が減少する。機械的に脆弱
になる原因は、恐らくは材料中の大きな空隙であろう。
この脆弱性が生じる圧力は、スパッタリング構成及び、
距離及び出力等の他のパラメータに非常に依存する。圧
力−距離の積が１０〜３５０ｍＴ−ｃｍの範囲内である
場合に、適切な膜が形成される。印加ＲＦバイアス（例
えば０．０５ワット/ｃｍ2以上）は、基体の衝撃を増加
させ、それにより密度を増加させる傾向がある。基体の
温度を上げると（例えば１５０℃以上）、成長膜に組み
込まれた材料の表面拡散が高まり、これも密度を増加さ
せる傾向がある。基体の加熱及び/又はバイアスは、機
械的に脆弱になることを回避するために有用である。圧
力、温度及びバイアスの適切なバランスをとると、多孔
性に起因する膜の機械的劣化を回避しつつ、ガス拡散を
介して引張応力の均質性を生じると思われる。ガス拡散
を介した応力の均質化は、ばねの設計で要求される任意
の応力設定点で効果が潜在的に作用可能な点と、応力が
潜在的に連続変化可能な点という、材料の飽和を凌駕す
る２つの顕著な長所を有する。図１９では、圧力の均質
化は、均一な引張応力を生じるためのみに作用するよう
に見えるかもしれないが、基体へ十分なバイアスを印加
すれば、高圧においてもばね材料が衝撃されて圧縮状態
になると、本発明者は考える。本実施形態によれば、圧
縮性から引張性への応力傾向を作るために、付着の実行
中に印加ＲＦバイアスを徐々に下げつつ高圧で付着させ
ることにより、圧縮（下部）層及び引張（上部）層を含
み、且つ、それらの間に連続変化する内部応力プロフィ
ールを有するばね構造が作られる。
【００３７】本発明の別の実施形態によれば、指向性の
付着技術を用いて、等方性ばね材料膜が形成される。本
発明者は、ばね材料膜の内部応力を均一にする別の方法
は、成長膜に当たるあらゆる原子又はイオンが、少なく
とも平均的に、基体に垂直に移動する、指向性の付着プ
ロセスを用いることにあると判断した。
付着技術を用いて、等方性ばね材料膜が形成される。本
発明者は、ばね材料膜の内部応力を均一にする別の方法
は、成長膜に当たるあらゆる原子又はイオンが、少なく
とも平均的に、基体に垂直に移動する、指向性の付着プ
ロセスを用いることにあると判断した。
【００３８】図２０（Ａ）は、ウェハ（基体）１１０１
上のばね材料膜１１２０の形成に用いる、一般的なスパ
ッタリング付着プロセスを示しており、ウェハ１１０１
上には剥離材料層１１１０が形成される。公知の方法に
よれば、ばね材料（例えばＭｏＣｒ）でできているター
ゲット１１３０に電圧が印加され、ターゲット１１３０
から粒子状材料１１３５が分離（スパッタリング）さ
れ、ウェハ１１０１に向かって移動する。図２０（Ａ）
に示されるように、一般的なスパッタリング付着プロセ
スでは、付着材料１１３５が、ばね材料膜１１２０を形
成する幅広い角度分布をとる。ウェハ１１０１上の複数
の個別の点は、材料の異なる角度分布を受けるので、ば
ね材料膜１１２０に形成される応力の主軸は、ウェハ１
１０１全体にわたって様々な方向に揃う。例えば、ウェ
ハを二重回転機構に取り付けるプラネタリーシステムで
は、応力の主軸が、ウェハの半径方向及び接線方向に揃
う傾向がある。スパッタリング源の背後で回転磁石を用
いる最も集束したツールでは、類似の効果が期待され
る。
上のばね材料膜１１２０の形成に用いる、一般的なスパ
ッタリング付着プロセスを示しており、ウェハ１１０１
上には剥離材料層１１１０が形成される。公知の方法に
よれば、ばね材料（例えばＭｏＣｒ）でできているター
ゲット１１３０に電圧が印加され、ターゲット１１３０
から粒子状材料１１３５が分離（スパッタリング）さ
れ、ウェハ１１０１に向かって移動する。図２０（Ａ）
に示されるように、一般的なスパッタリング付着プロセ
スでは、付着材料１１３５が、ばね材料膜１１２０を形
成する幅広い角度分布をとる。ウェハ１１０１上の複数
の個別の点は、材料の異なる角度分布を受けるので、ば
ね材料膜１１２０に形成される応力の主軸は、ウェハ１
１０１全体にわたって様々な方向に揃う。例えば、ウェ
ハを二重回転機構に取り付けるプラネタリーシステムで
は、応力の主軸が、ウェハの半径方向及び接線方向に揃
う傾向がある。スパッタリング源の背後で回転磁石を用
いる最も集束したツールでは、類似の効果が期待され
る。
【００３９】図２０（Ｂ）に示される方法によれば、成
長膜１１２０に当たる原子又はイオンの大部分が基体１
１０１に垂直に移動するよう、ターゲット１１３０を離
れる材料１１３５がとる経路に影響を及ぼすために、１
つ以上の指向性の付着方法が用いられる。本発明者は、
実験から、材料１１３５がウェハ１１０１上の全ての点
に１方向のみから当たり、それによって従来の付着方法
に伴う異なる角度分布を解消するので、指向性の付着法
の使用がばね材料膜１１２０の応力の異方性を大きく低
減すると判断した。なお、剥離材料層１１１０は、図８
を参照して上述した方法で形成され、図１２乃至図１７
を参照して上述したように、等方性ばね材料膜１１２０
の更なる処理が行われる。
長膜１１２０に当たる原子又はイオンの大部分が基体１
１０１に垂直に移動するよう、ターゲット１１３０を離
れる材料１１３５がとる経路に影響を及ぼすために、１
つ以上の指向性の付着方法が用いられる。本発明者は、
実験から、材料１１３５がウェハ１１０１上の全ての点
に１方向のみから当たり、それによって従来の付着方法
に伴う異なる角度分布を解消するので、指向性の付着法
の使用がばね材料膜１１２０の応力の異方性を大きく低
減すると判断した。なお、剥離材料層１１１０は、図８
を参照して上述した方法で形成され、図１２乃至図１７
を参照して上述したように、等方性ばね材料膜１１２０
の更なる処理が行われる。
【００４０】本発明によれば、例えば、従来の集積回路
装置のバイア（ｖｉａ）構造を作るために用いられてき
た様々な指向性の付着方法が、等方性ばね材料膜の製造
に用いられる。このような方法は、バイアスされたイオ
ン付着、ロングスロー（longthrow）スパッタリング及
びコリメートスパッタリングの使用を含み、それぞれの
詳細については後述する。これらの指向性の付着方法
は、高いアスペクト比のバイアを埋めるのに用いられて
おり、この技術は、ＩＣ（集積回路）の製造にとって、
キャパシタンスを低減し、抵抗を下げ、１つのチップに
より多くの回路を詰め込むために重要である。しかし、
１つには、ばね材料膜の形成において対処される問題
は、バイア形成の問題とはかなり異なることを理由とし
て、本発明者は、これらの方法が、ばね材料膜の製造用
に以前から考慮されていたとは考えない。即ち、原子を
穴の中に向かわせるバイア形成とは対照的に、ばね材料
膜の形成中に内部応力の異方性を最小化するために指向
性の付着が用いられる。指向性の付着は、ばねの設計で
必要とされる任意の応力設定点で効果が潜在的に作用可
能な点と、本発明のばね材料膜と関連づけられた圧縮性
から引張性への応力プロフィールを生じるために応力が
潜在的に連続変化可能な点という、材料の飽和を凌駕す
る２つの顕著な長所を有する。
装置のバイア（ｖｉａ）構造を作るために用いられてき
た様々な指向性の付着方法が、等方性ばね材料膜の製造
に用いられる。このような方法は、バイアスされたイオ
ン付着、ロングスロー（longthrow）スパッタリング及
びコリメートスパッタリングの使用を含み、それぞれの
詳細については後述する。これらの指向性の付着方法
は、高いアスペクト比のバイアを埋めるのに用いられて
おり、この技術は、ＩＣ（集積回路）の製造にとって、
キャパシタンスを低減し、抵抗を下げ、１つのチップに
より多くの回路を詰め込むために重要である。しかし、
１つには、ばね材料膜の形成において対処される問題
は、バイア形成の問題とはかなり異なることを理由とし
て、本発明者は、これらの方法が、ばね材料膜の製造用
に以前から考慮されていたとは考えない。即ち、原子を
穴の中に向かわせるバイア形成とは対照的に、ばね材料
膜の形成中に内部応力の異方性を最小化するために指向
性の付着が用いられる。指向性の付着は、ばねの設計で
必要とされる任意の応力設定点で効果が潜在的に作用可
能な点と、本発明のばね材料膜と関連づけられた圧縮性
から引張性への応力プロフィールを生じるために応力が
潜在的に連続変化可能な点という、材料の飽和を凌駕す
る２つの顕著な長所を有する。
【００４１】バイアスイオン付着では、印加ＲＦバイア
スを用いて、原子/イオンの指向性に影響を及ぼす。ス
パッタリング付着は、通常、アルゴンガス雰囲気を含む
付着チャンバ内でプラズマを生じることによって行われ
る。従来のプラズマ中のアルゴンガス及びスパッタリン
グされるばね材料（即ち金属類）は、主に、ニュートラ
ル（中性原子）と陽イオンとで構成される。一般的なプ
ラズマ中の金属の大半はニュートラルであり、よって、
印加バイアスには影響されない。圧縮応力を生じるアル
ゴン衝撃の多くは、反射されたアルゴンニュートラルか
らのものである。従って、より多くのイオンを生じるた
めには、０．２５ワット/ｃｍ2以上のＲＦバイアスを使
用して、衝撃の方向及び付着するフラックスを配向する
必要がある。バイア形成及びスパッタリングされた膜の
リフトオフに関しては、スパッタリングのプラズマ中に
より多くのイオンを作るために、多くの努力が注がれて
きた。バイアの充填には、印加バイアス（一般的に、基
体に対するＲＦバイアスから生じる負の自己バイアス）
に加え、プラズマ中の金属種の大半（即ち、５０％を超
える）をイオン化する努力がなされなければならない。
より多くのイオンの生成は、当該技術分野で公知の様々
な方法で達成できる。
スを用いて、原子/イオンの指向性に影響を及ぼす。ス
パッタリング付着は、通常、アルゴンガス雰囲気を含む
付着チャンバ内でプラズマを生じることによって行われ
る。従来のプラズマ中のアルゴンガス及びスパッタリン
グされるばね材料（即ち金属類）は、主に、ニュートラ
ル（中性原子）と陽イオンとで構成される。一般的なプ
ラズマ中の金属の大半はニュートラルであり、よって、
印加バイアスには影響されない。圧縮応力を生じるアル
ゴン衝撃の多くは、反射されたアルゴンニュートラルか
らのものである。従って、より多くのイオンを生じるた
めには、０．２５ワット/ｃｍ2以上のＲＦバイアスを使
用して、衝撃の方向及び付着するフラックスを配向する
必要がある。バイア形成及びスパッタリングされた膜の
リフトオフに関しては、スパッタリングのプラズマ中に
より多くのイオンを作るために、多くの努力が注がれて
きた。バイアの充填には、印加バイアス（一般的に、基
体に対するＲＦバイアスから生じる負の自己バイアス）
に加え、プラズマ中の金属種の大半（即ち、５０％を超
える）をイオン化する努力がなされなければならない。
より多くのイオンの生成は、当該技術分野で公知の様々
な方法で達成できる。
【００４２】図２１は、本発明の一実施形態によるばね
材料膜を製造するために、付着（真空）チャンバ１２０
０内で高度にイオン化されたプラズマを生成するシステ
ムを示す概略側面図である。基体（ウェハ）１２０１
は、付着チャンバ１２００の底部の台座型電極１２０５
上に配置される。基体１２０１上には、既に、剥離材料
層１２１０が上述の方法で形成されている。チャンバ１
２００の上端部には、ターゲット１２３０が配置され、
垂直に配向されたコイル１２４０が、ターゲット１２３
０と基体１２０１との間に位置する空間を包んでいる。
ＤＣ電源１２５０は、ターゲット１２３０を負にバイア
スする。ＲＦ電源１２５３は、電力をメガヘルツの範囲
で誘導コイル１２４０に供給する。ターゲット１２３０
と基体１２０１との間にＤＣ電圧が印加されると、チャ
ンバに供給されたプロセスガスが放電してプラズマを形
成する。コイル１２４０によってチャンバ１２００内へ
と誘導的に結合されたＲＦコイルの電力は、プラズマ密
度を高める。スパッタリング効率を高めるために、ター
ゲット１２３０の上方に設けられた磁石１２６０が、タ
ーゲット１２３０付近のプラズマの密度を顕著に高め
る。台座１２０５をプラズマに関してバイアスするため
に、別のＲＦ電源１２５７が、台座１２０５に１００ｋ
Ｈｚ〜数メガヘルツの周波数範囲の電力を印加する。こ
の技術は、ロスナゲル（Ｓ．Ｍ．Ｒｏｓｓｎａｇｅｌ）
及びホプウッド（Ｊ．Ｈｏｐｗｏｏｄ）の「イオン化マ
グネトロンスパッタリング放電による金属イオン付着
（ＭｅｔａｌＩｏｎ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｆｒｏｍ
Ｉｏｎｉｚｅｄ ＭａｇｎｅｔｒｏｎＳｐｕｔｔｅｒｉ
ｎｇ）」、Ｊ．Ｖａｃ Ｓｃｉ Ｔｅｃｈ，Ｂ１２
（１），ｐｐ４４９−４５３で説明されており、サティ
トゥンワイチャ（Ｓａｔｉｔｕｎｗａｙｃｈａ）等の米
国特許第６，２３８，５３３号も参照されたい。得られ
る、ターゲット１２３０からスパッタリングされたＭｏ
Ｃｒ材料の付着は、ＲＦバイアスによって、剥離材料１
２１０上の成長膜に当たる原子又はイオンの大半が基体
１２０１に対して垂直に移動するよう作用される。
材料膜を製造するために、付着（真空）チャンバ１２０
０内で高度にイオン化されたプラズマを生成するシステ
ムを示す概略側面図である。基体（ウェハ）１２０１
は、付着チャンバ１２００の底部の台座型電極１２０５
上に配置される。基体１２０１上には、既に、剥離材料
層１２１０が上述の方法で形成されている。チャンバ１
２００の上端部には、ターゲット１２３０が配置され、
垂直に配向されたコイル１２４０が、ターゲット１２３
０と基体１２０１との間に位置する空間を包んでいる。
ＤＣ電源１２５０は、ターゲット１２３０を負にバイア
スする。ＲＦ電源１２５３は、電力をメガヘルツの範囲
で誘導コイル１２４０に供給する。ターゲット１２３０
と基体１２０１との間にＤＣ電圧が印加されると、チャ
ンバに供給されたプロセスガスが放電してプラズマを形
成する。コイル１２４０によってチャンバ１２００内へ
と誘導的に結合されたＲＦコイルの電力は、プラズマ密
度を高める。スパッタリング効率を高めるために、ター
ゲット１２３０の上方に設けられた磁石１２６０が、タ
ーゲット１２３０付近のプラズマの密度を顕著に高め
る。台座１２０５をプラズマに関してバイアスするため
に、別のＲＦ電源１２５７が、台座１２０５に１００ｋ
Ｈｚ〜数メガヘルツの周波数範囲の電力を印加する。こ
の技術は、ロスナゲル（Ｓ．Ｍ．Ｒｏｓｓｎａｇｅｌ）
及びホプウッド（Ｊ．Ｈｏｐｗｏｏｄ）の「イオン化マ
グネトロンスパッタリング放電による金属イオン付着
（ＭｅｔａｌＩｏｎ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｆｒｏｍ
Ｉｏｎｉｚｅｄ ＭａｇｎｅｔｒｏｎＳｐｕｔｔｅｒｉ
ｎｇ）」、Ｊ．Ｖａｃ Ｓｃｉ Ｔｅｃｈ，Ｂ１２
（１），ｐｐ４４９−４５３で説明されており、サティ
トゥンワイチャ（Ｓａｔｉｔｕｎｗａｙｃｈａ）等の米
国特許第６，２３８，５３３号も参照されたい。得られ
る、ターゲット１２３０からスパッタリングされたＭｏ
Ｃｒ材料の付着は、ＲＦバイアスによって、剥離材料１
２１０上の成長膜に当たる原子又はイオンの大半が基体
１２０１に対して垂直に移動するよう作用される。
【００４３】パルス式スパッタリングは、本発明による
等方性ばね材料膜を形成するためにより多くのイオンを
生じる別の方法である。高電流パルス式スパッタリング
は、多くのイオンを生じる１つの方法である。この分野
で、スウェーデン国リンケーピン（Ｌｉｎｋｏｐｉｎｇ
Ｓｗｅｄｅｎ）のウルフ・ヘルマーソン（Ｕｌｆ Ｈｅ
ｒｍｅｒｓｓｏｎ）が率いた幾つかの最近の進展があ
る。これらの開発された技術は、数十〜数百マイクロ秒
間持続する数百アンペアのパルス及び数メガワットの電
力を用いる（グドムンドソン（Ｇｕｄｍｕｎｄｓｓｏ
ｎ，Ｊ．Ｔ．）、アラミ（Ａｌａｍｉ，Ｊ．）、ヘルマ
ーソン（Ｈｅｌｍｅｒｓｓｏｎ，Ｕ）の「パルス式マグ
ネトロン放電における電子エネルギー分布及びプラズマ
パラメータの進化（Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉ
ｏｎ ａｎｄ Ｐｌａｓｍａ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ
ａ Ｐｕｌｓｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｄｉｓｃｈａｒ
ｇｅ）」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ，７８（２２），ｐｐ３４２７−９（２００１）を
参照されたい。また、ヘルマーソン、カーン（Ｋｈａ
ｎ，Ｚ．Ｓ．）、アラミの「ＶＬＳＩにおける高アスペ
クト比構造の金属化のためのＴａのパルス式スパッタリ
ングによるイオン化ＰＶＤ（Iｏｎｉｚｅｄ−ＰＶＤ ｂ
ｙ ＰｕｌｓｅｄＳｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｔａ ｆｏ
ｒ Ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ−Ａｓ
ｐｅｃｔ−Ｒａｔｉｏ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ ＶＬ
ＳＩ）」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎ
ａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ａｄｖａ
ｎｃｅｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ
ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ（ＡＳＤＡＭ），ｐ
ｐ１９１−５（２０００）も参照されたい。これは、連
続動作条件下で達成されるよりも遙かに密度の高いプラ
ズマを生じる。この技術の大きな長所は、処理チャンバ
内にＲＦコイルを配置する必要がないことである。イオ
ン化の程度は１００％に近く、電界又は磁界を与えるこ
とによって、基体に当たるばね材料の方向を制御でき
る。
等方性ばね材料膜を形成するためにより多くのイオンを
生じる別の方法である。高電流パルス式スパッタリング
は、多くのイオンを生じる１つの方法である。この分野
で、スウェーデン国リンケーピン（Ｌｉｎｋｏｐｉｎｇ
Ｓｗｅｄｅｎ）のウルフ・ヘルマーソン（Ｕｌｆ Ｈｅ
ｒｍｅｒｓｓｏｎ）が率いた幾つかの最近の進展があ
る。これらの開発された技術は、数十〜数百マイクロ秒
間持続する数百アンペアのパルス及び数メガワットの電
力を用いる（グドムンドソン（Ｇｕｄｍｕｎｄｓｓｏ
ｎ，Ｊ．Ｔ．）、アラミ（Ａｌａｍｉ，Ｊ．）、ヘルマ
ーソン（Ｈｅｌｍｅｒｓｓｏｎ，Ｕ）の「パルス式マグ
ネトロン放電における電子エネルギー分布及びプラズマ
パラメータの進化（Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉ
ｏｎ ａｎｄ Ｐｌａｓｍａ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ
ａ Ｐｕｌｓｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｄｉｓｃｈａｒ
ｇｅ）」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ，７８（２２），ｐｐ３４２７−９（２００１）を
参照されたい。また、ヘルマーソン、カーン（Ｋｈａ
ｎ，Ｚ．Ｓ．）、アラミの「ＶＬＳＩにおける高アスペ
クト比構造の金属化のためのＴａのパルス式スパッタリ
ングによるイオン化ＰＶＤ（Iｏｎｉｚｅｄ−ＰＶＤ ｂ
ｙ ＰｕｌｓｅｄＳｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｔａ ｆｏ
ｒ Ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ−Ａｓ
ｐｅｃｔ−Ｒａｔｉｏ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ ＶＬ
ＳＩ）」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎ
ａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ａｄｖａ
ｎｃｅｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ
ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ（ＡＳＤＡＭ），ｐ
ｐ１９１−５（２０００）も参照されたい。これは、連
続動作条件下で達成されるよりも遙かに密度の高いプラ
ズマを生じる。この技術の大きな長所は、処理チャンバ
内にＲＦコイルを配置する必要がないことである。イオ
ン化の程度は１００％に近く、電界又は磁界を与えるこ
とによって、基体に当たるばね材料の方向を制御でき
る。
【００４４】別の実施形態によれば、ウェハ（基体）が
ターゲットからウェハの直径１つ分以上離れて配置され
る（即ち、ウェハが静止している場合）、“ロングスロ
ー（ｌｏｎｇ ｔｈｒｏｗ）”技術を用いて、ばね材料
が成長させられる。スパッタリング源が離れているほ
ど、付着される材料がよりコリメートされる。このスパ
ッタリング系を作る手法は、バイアの充填にも用いられ
ている。一般的に、クラスターツール内でのターゲット
と基体との間の距離は約２インチである（１つのウェハ
の直径より小さい）。しかし、１つのウェハ直径以上に
距離を増加させた場合には、フラックスが到達する角度
範囲が小さくなる。最も浅い付着角度を除くことによ
り、応力の異方性が低くなると考えられる。ウェハ（基
体）が移動している場合、又は複数の基体を用いる場合
には、ロングスローの効果を達成するために、距離は、
基体を収容するホルダーのサイズ及び、ターゲットに対
するホルダーの相対的な移動範囲（もしあれば）とほぼ
同じでなければならない。
ターゲットからウェハの直径１つ分以上離れて配置され
る（即ち、ウェハが静止している場合）、“ロングスロ
ー（ｌｏｎｇ ｔｈｒｏｗ）”技術を用いて、ばね材料
が成長させられる。スパッタリング源が離れているほ
ど、付着される材料がよりコリメートされる。このスパ
ッタリング系を作る手法は、バイアの充填にも用いられ
ている。一般的に、クラスターツール内でのターゲット
と基体との間の距離は約２インチである（１つのウェハ
の直径より小さい）。しかし、１つのウェハ直径以上に
距離を増加させた場合には、フラックスが到達する角度
範囲が小さくなる。最も浅い付着角度を除くことによ
り、応力の異方性が低くなると考えられる。ウェハ（基
体）が移動している場合、又は複数の基体を用いる場合
には、ロングスローの効果を達成するために、距離は、
基体を収容するホルダーのサイズ及び、ターゲットに対
するホルダーの相対的な移動範囲（もしあれば）とほぼ
同じでなければならない。
【００４５】本発明者は、様々な付着ジオメトリー及び
ウェハ取扱い構成を調べた。複数のターゲットを有する
単一チャンバシステムでは、相互汚染（クロスコンタミ
ネーション）が幾つかの予期しない結果を生じている。
これには、所与の処理条件に対して膜の応力レベルを変
える金属汚染、界面での混合から生じるエッチング中の
電気化学的影響、及び、不溶性の汚染物質に起因するエ
ッチング後の残存物の存在が含まれる。これらの影響の
全ては、単一チャンバシステムが、ばねの剥離層、ばね
層、及びクラッド層を形成する複数の材料用の複数のス
パッタリング陰極を有することから生じている。１つの
陰極がスパッタリング中に、他の陰極が露出している
と、露出した陰極が、そのターゲット上にたまった汚染
を蓄積する。
ウェハ取扱い構成を調べた。複数のターゲットを有する
単一チャンバシステムでは、相互汚染（クロスコンタミ
ネーション）が幾つかの予期しない結果を生じている。
これには、所与の処理条件に対して膜の応力レベルを変
える金属汚染、界面での混合から生じるエッチング中の
電気化学的影響、及び、不溶性の汚染物質に起因するエ
ッチング後の残存物の存在が含まれる。これらの影響の
全ては、単一チャンバシステムが、ばねの剥離層、ばね
層、及びクラッド層を形成する複数の材料用の複数のス
パッタリング陰極を有することから生じている。１つの
陰極がスパッタリング中に、他の陰極が露出している
と、露出した陰極が、そのターゲット上にたまった汚染
を蓄積する。
【００４６】本発明の別の実施形態によれば、スパッタ
リングターゲット及びエッチング機能のそれぞれに対し
て個別のチャンバが用いられることにより、製造プロセ
スを通してスパッタリングターゲットの完全性が保たれ
るよう構成された、統合型複数チャンバツール（“クラ
スターツール”）を用いてばね構造が作られる。
リングターゲット及びエッチング機能のそれぞれに対し
て個別のチャンバが用いられることにより、製造プロセ
スを通してスパッタリングターゲットの完全性が保たれ
るよう構成された、統合型複数チャンバツール（“クラ
スターツール”）を用いてばね構造が作られる。
【００４７】図２２は、本発明の一実施形態に従って構
成されたクラスターツール１３００を示している。この
ようなクラスターツールの１つは、テップマン等（Ｔｅ
ｐｍａｎ ｅｔ ａｌ．）の米国特許第５，１８６，７１
８号に機能的に説明されているＥｎｄｕｒａ ＲＴＭ ５
５００プラットフォームである。
成されたクラスターツール１３００を示している。この
ようなクラスターツールの１つは、テップマン等（Ｔｅ
ｐｍａｎ ｅｔ ａｌ．）の米国特許第５，１８６，７１
８号に機能的に説明されているＥｎｄｕｒａ ＲＴＭ ５
５００プラットフォームである。
【００４８】個々のロードロックチャンバにロードされ
たウェハカセットからシステムへと、又はシステムか
ら、ウェハを移動させるよう構成された、独立操作され
る２つのロードロックチャンバ１３０５により、複数の
ウェハ１３０１がシステムにロードされる。図示しない
スリット弁を介してロードロックを選択的に接続可能
な、第１ウェハ移動チャンバ１３０４の圧力は、調整可
能である。第１移動チャンバ１３０４及び選択されたロ
ードロックチャンバ１３０３のポンプダウン後、第１移
動チャンバ１３０４内に配置された第１ロボット１３０
６が、カセットから２つのウェハ配向器１３０８の一方
へとウェハを移動させ、次に、脱ガス配向チャンバ１３
１２へと移動させる。次に、第１ロボット１３０６は、
中間に配置されたプラズマ予備クリーニングチャンバ１
３１４内にウェハを通し、そこから、第２ロボット１３
１６が、低圧に保たれた第２移動チャンバ１３１８へと
ウェハを移動させる。第２ロボット１３１６は、ウェハ
を、その周辺を取り囲むように配置された反応チャンバ
へと又は反応チャンバから選択的に移動させる。ポリイ
ミド等の基体中の材料が、水分を保持する傾向を有する
場合には、スパッタリングツールは、処理前に保持され
た水分をベーキングで除去する脱水チャンバを含むのが
一般的である。この工程は、通常、予備クリーニング工
程の前に行われる。
たウェハカセットからシステムへと、又はシステムか
ら、ウェハを移動させるよう構成された、独立操作され
る２つのロードロックチャンバ１３０５により、複数の
ウェハ１３０１がシステムにロードされる。図示しない
スリット弁を介してロードロックを選択的に接続可能
な、第１ウェハ移動チャンバ１３０４の圧力は、調整可
能である。第１移動チャンバ１３０４及び選択されたロ
ードロックチャンバ１３０３のポンプダウン後、第１移
動チャンバ１３０４内に配置された第１ロボット１３０
６が、カセットから２つのウェハ配向器１３０８の一方
へとウェハを移動させ、次に、脱ガス配向チャンバ１３
１２へと移動させる。次に、第１ロボット１３０６は、
中間に配置されたプラズマ予備クリーニングチャンバ１
３１４内にウェハを通し、そこから、第２ロボット１３
１６が、低圧に保たれた第２移動チャンバ１３１８へと
ウェハを移動させる。第２ロボット１３１６は、ウェハ
を、その周辺を取り囲むように配置された反応チャンバ
へと又は反応チャンバから選択的に移動させる。ポリイ
ミド等の基体中の材料が、水分を保持する傾向を有する
場合には、スパッタリングツールは、処理前に保持され
た水分をベーキングで除去する脱水チャンバを含むのが
一般的である。この工程は、通常、予備クリーニング工
程の前に行われる。
【００４９】本実施形態によれば、第１付着チャンバ１
３２０は、上述した方法に従って各基体の上に剥離材料
層を形成するために用いられ、１つ以上の第２付着チャ
ンバ１３２２及び１３２４は、剥離材料層の上にばね材
料膜を形成するために用いられる。第１付着チャンバ
は、選択された剥離材料（例えばチタン）から形成され
た適切なターゲットを有して構成され、第２付着チャン
バ１３２２及び/又は１３２４は、選択されたばね材料
（例えばＭｏＣｒ合金）から形成された適切なターゲッ
トを有して構成される。図２３のフロー図に示されるよ
うに、各ウェハ１３０１は、剥離層の形成（ブロック１
４２０）のために第１チャンバ１３２０へと移動され
（ブロック１４１０）、次に、上述した方法の１つ以上
に従ったばね材料膜形成（ブロック１４４０）のため
に、第２チャンバ１３２２/１３２４へと移動される
（ブロック１４３０）。圧縮層及引張層の製造に、２つ
の異なる処理パラメータを用いる場合には、チャンバ１
３２２及び１３２４は、類似のばね材料ターゲットを有
して構成され、異なる処理のそれぞれに対して別様で最
適化される。圧縮層及び引張層が異なる温度で形成され
る場合には、２つの温度間での変更に必要な時間を最小
限にするために、チャンバ１３２２及び１３２４はそれ
らの異なる温度に保たれる。ばね材料膜の形成後、基体
１３０１はクラスターツールから除去され、上述したプ
ロセスに従った、次のエッチング及びばねフィンガー形
成（ブロック１４６０）のために、適切な第３チャンバ
へと移動される（図２３のブロック１４５０）。これら
の付着プロセスを個別のチャンバで行い、エッチング/
剥離を更に別の（１つ以上の）チャンバで行うことによ
り、個々のターゲットの相互汚染が回避され、それによ
り、単一チャンバでの製造に伴う問題が回避される。
３２０は、上述した方法に従って各基体の上に剥離材料
層を形成するために用いられ、１つ以上の第２付着チャ
ンバ１３２２及び１３２４は、剥離材料層の上にばね材
料膜を形成するために用いられる。第１付着チャンバ
は、選択された剥離材料（例えばチタン）から形成され
た適切なターゲットを有して構成され、第２付着チャン
バ１３２２及び/又は１３２４は、選択されたばね材料
（例えばＭｏＣｒ合金）から形成された適切なターゲッ
トを有して構成される。図２３のフロー図に示されるよ
うに、各ウェハ１３０１は、剥離層の形成（ブロック１
４２０）のために第１チャンバ１３２０へと移動され
（ブロック１４１０）、次に、上述した方法の１つ以上
に従ったばね材料膜形成（ブロック１４４０）のため
に、第２チャンバ１３２２/１３２４へと移動される
（ブロック１４３０）。圧縮層及引張層の製造に、２つ
の異なる処理パラメータを用いる場合には、チャンバ１
３２２及び１３２４は、類似のばね材料ターゲットを有
して構成され、異なる処理のそれぞれに対して別様で最
適化される。圧縮層及び引張層が異なる温度で形成され
る場合には、２つの温度間での変更に必要な時間を最小
限にするために、チャンバ１３２２及び１３２４はそれ
らの異なる温度に保たれる。ばね材料膜の形成後、基体
１３０１はクラスターツールから除去され、上述したプ
ロセスに従った、次のエッチング及びばねフィンガー形
成（ブロック１４６０）のために、適切な第３チャンバ
へと移動される（図２３のブロック１４５０）。これら
の付着プロセスを個別のチャンバで行い、エッチング/
剥離を更に別の（１つ以上の）チャンバで行うことによ
り、個々のターゲットの相互汚染が回避され、それによ
り、単一チャンバでの製造に伴う問題が回避される。
【００５０】更に別の実施形態では、クラスターツール
１３００の代わりに、垂直の直列ジオメトリーに配列さ
れると共に上述のように構成された複数のチャンバを有
する、複数チャンバ式スパッタリングツールを用いるこ
とができる。
１３００の代わりに、垂直の直列ジオメトリーに配列さ
れると共に上述のように構成された複数のチャンバを有
する、複数チャンバ式スパッタリングツールを用いるこ
とができる。
【図１】（Ａ）は、従来のばね材料膜の異方性応力偏差
によって生じた螺旋状の捻れを示すばね材料応力ゲージ
の上面図であり、（Ｂ）はその部分正面図である。
によって生じた螺旋状の捻れを示すばね材料応力ゲージ
の上面図であり、（Ｂ）はその部分正面図である。
【図２】図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示されている応力
ゲージを用いて測定された二軸応力成分に対するスキュ
ーの偏差を示すグラフである。
ゲージを用いて測定された二軸応力成分に対するスキュ
ーの偏差を示すグラフである。
【図３】本発明によるばね構造を示す上面図である。
【図４】図３に示されているばね構造を線４−４に沿っ
て切り取った斜視図である。
て切り取った斜視図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明に従って形成され
たばね構造の別の実施形態を示す、図３の線５−５に沿
って切った正面断面図である。
たばね構造の別の実施形態を示す、図３の線５−５に沿
って切った正面断面図である。
【図６】平衡ばね構造の応力プロフィールを示すグラフ
である。
である。
【図７】不平衡ばね構造の応力プロフィールを示すグラ
フである。
フである。
【図８】本発明の複数の実施形態によるばね構造の製造
と関連づけられた処理工程を示す、簡略化した断面側面
図である。
と関連づけられた処理工程を示す、簡略化した断面側面
図である。
【図９】本発明の複数の実施形態によるばね構造の製造
と関連づけられた処理工程を示す、簡略化した断面側面
図である。
と関連づけられた処理工程を示す、簡略化した断面側面
図である。
【図１０】本発明の複数の実施形態によるばね構造の製
造と関連づけられた処理工程を示す、簡略化した断面側
面図である。
造と関連づけられた処理工程を示す、簡略化した断面側
面図である。
【図１１】本発明の複数の実施形態によるばね構造の製
造と関連づけられた処理工程を示す、簡略化した断面側
面図である。
造と関連づけられた処理工程を示す、簡略化した断面側
面図である。
【図１２】本発明の複数の実施形態によるばね構造の製
造と関連づけられた処理工程を示す、簡略化した断面側
面図である。
造と関連づけられた処理工程を示す、簡略化した断面側
面図である。
【図１３】本発明の複数の実施形態によるばね構造の製
造と関連づけられた処理工程を示す、簡略化した断面側
面図である。
造と関連づけられた処理工程を示す、簡略化した断面側
面図である。
【図１４】本発明の複数の実施形態によるばね構造の製
造と関連づけられた処理工程を示す、簡略化した断面側
面図である。
造と関連づけられた処理工程を示す、簡略化した断面側
面図である。
【図１５】本発明の複数の実施形態によるばね構造の製
造と関連づけられた処理工程を示す、簡略化した断面側
面図である。
造と関連づけられた処理工程を示す、簡略化した断面側
面図である。
【図１６】本発明の複数の実施形態によるばね構造の製
造と関連づけられた処理工程を示す、簡略化した断面側
面図である。
造と関連づけられた処理工程を示す、簡略化した断面側
面図である。
【図１７】本発明の複数の実施形態によるばね構造の製
造と関連づけられた処理工程を示す、簡略化した断面側
面図である。
造と関連づけられた処理工程を示す、簡略化した断面側
面図である。
【図１８】ＭｏＣｒ合金の内部応力に対するアニールの
効果を示すグラフである。
効果を示すグラフである。
【図１９】付着チャンバ内の様々な地点で測定された、
ＭｏＣｒ合金の内部応力に対する圧力の効果を示すグラ
フである。
ＭｏＣｒ合金の内部応力に対する圧力の効果を示すグラ
フである。
【図２０】（Ａ）及び（Ｂ）は、非指向性付着技術及び
指向性付着技術をそれぞれ用いたばね材料の付着を示す
簡略化した側面図である。
指向性付着技術をそれぞれ用いたばね材料の付着を示す
簡略化した側面図である。
【図２１】本発明の別の実施形態によるばね構造の製造
に用いられる付着チャンバを示す簡略化した側面図であ
る。
に用いられる付着チャンバを示す簡略化した側面図であ
る。
【図２２】本発明の更に別の実施形態によるばね構造の
製造に用いられるクラスターツールを示す簡略化した上
面図である。
製造に用いられるクラスターツールを示す簡略化した上
面図である。
【図２３】図２２のクラスターツールを用いてばね構造
を製造するためのプロセスを示すフロー図である。
を製造するためのプロセスを示すフロー図である。
１０ 応力ゲージ
１００ ばね構造
１０１ 基体
１１０ 剥離材料部
１２０ ばねフィンガー
１２２ 固定部
１２５ 自由部
１２６ 第１層（下部層）
１２７ 第２層（上部層）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 スコット イー．ソルバーグ
アメリカ合衆国 94041 カリフォルニア
州 マウンテン ビュー ナンバー４ マ
リポサ アベニュー 586
(72)発明者 カール エー．リッタウ
アメリカ合衆国 94306 カリフォルニア
州 パロ アルト ブライアント ストリ
ート 3278
Claims (8)
- 【請求項１】 平面を定める上面を有する基体と、 前記基体上に付着させられた設計された応力を有する薄
膜から形成されたばねフィンガーであって、前記基体に
取り付けられ且つ前記第１平面と平行な第２平面を定め
る固定部と、該固定部から延出し且つ前記第２平面から
逸れて前記基体から離れる方向に曲がった湾曲した自由
部とを有すると共に、前記ばねフィンガーの前記固定部
が等方性内部応力を有する少なくとも１つの層を含む、
前記ばねフィンガーと、 を含む、ばね構造。 - 【請求項２】 平面を定める上面を有する基体と、 前記基体上に付着させられた設計された応力を有する薄
膜から形成されたばねフィンガーであって、前記基体に
取り付けられ且つ前記第１平面と平行な第２平面を定め
る固定部と、該固定部から延出し且つ前記第２平面から
逸れて前記基体から離れる方向に曲がった湾曲した自由
部とを有すると共に、圧縮飽和点及び引張飽和点を定め
るばね材料から形成された前記ばねフィンガーと、 を含むばね構造であって、 前記ばねフィンガーの前記固定部が、前記圧縮飽和点及
び前記引張飽和点の一方の内部応力を有する少なくとも
１つの層を含む、 ばね構造。 - 【請求項３】 基体の上に剥離材料層を形成する工程
と、 前記剥離材料層の上に、前記基体に垂直な方向の応力偏
差を有すると共に等方性内部応力を有する少なくとも１
つの層を含むばねアイランドを形成する工程と、 前記剥離材料層の一部をエッチングすることにより、前
記基体に取り付けられた固定部及び前記内部応力勾配に
より前記基体から離れる方向に曲がった自由部を有する
ばねフィンガーを形成する工程と、 を含む、ばね構造の製造方法。 - 【請求項４】 基体の上に剥離材料層を形成する工程
と、 前記剥離材料層の上に、圧縮性内部応力を有するように
ばね材料の第１層を形成する工程と、 前記第１層の上に、引張性内部応力を有するようにばね
材料の第２層を形成する工程と、 前記第１及び第２層の固定部を覆う剥離マスクを用い
て、前記第１及び第２層の自由部の下方から前記剥離材
料層の第１部分を選択的に除去する工程であって、前記
剥離材料層の前記第１部分を除去する際に、前記第１及
び第２層の内部応力により前記第１及び第２層の前記自
由部が前記基体に対して曲がることによりばねフィンガ
ーを形成する、前記選択的に除去する工程と、 を含む、ばね構造の製造方法であって、 前記第１層の前記圧縮性内部応力及び前記第２層の前記
引張性内部応力の少なくとも一方が等方性である、 ばね構造の製造方法。 - 【請求項５】 基体の上に剥離材料層を形成する工程
と、 前記剥離材料層の上に、ばね材料膜が成長方向の内部応
力偏差を有するように基体温度及び印加ＲＦバイアスの
少なくとも一方を変化させつつ４ｍＴを超えるアルゴン
圧力で前記ばね材料膜を付着させる工程と、 前記剥離材料層の一部をエッチングすることにより、前
記基体に取り付けられた固定部及び前記内部応力勾配に
より前記基体から離れる方向に曲がった自由部を有する
ばねフィンガーを形成する工程と、 を含む、ばね構造の製造方法。 - 【請求項６】 基体の上に剥離材料層を形成する工程
と、 前記剥離材料層の上にばね材料膜を成長させるためにタ
ーゲットから基体に向かってばね材料の原子を付着させ
る工程であって、成長中の前記ばね材料膜に当たる前記
ばね材料の原子の大半が前記基体に対して垂直に移動す
るように前記付着が制御される、前記付着させる工程
と、 前記剥離材料層の一部をエッチングすることにより、前
記基体に取り付けられた固定部及び前記内部応力勾配に
より前記基体から離れる方向に曲がった自由部を有する
ばねフィンガーを形成する工程と、 を含む、ばね構造の製造方法。 - 【請求項７】 中央移動チャンバ内へ又は中央移動チャ
ンバからウェハを移動させるロボットを含む前記中央移
動チャンバと、 弁を介して前記中央移動チャンバと直接アクセス可能で
あり、且つ、選択された剥離材料を含むターゲットを有
する第１の物理的蒸着チャンバと、 弁を介して前記中央移動チャンバと直接アクセス可能で
あり、且つ、選択されたばね材料を含むターゲットを有
する第２の物理的蒸着チャンバと、 を含む、統合型処理ツール。 - 【請求項８】 中央移動チャンバ内へ又は中央移動チャ
ンバからウェハを移動させるロボットを含む前記中央移
動チャンバと、弁を介して前記中央移動チャンバと直接
アクセス可能であり、且つ、選択された剥離材料を含む
第１ターゲットを有する第１の物理的蒸着チャンバと、
弁を介して前記中央移動チャンバと直接アクセス可能で
あり、且つ、選択されたばね材料を含む第２ターゲット
を有する第２の物理的蒸着チャンバと、を有する統合型
複数チャンバ式ツールを用いて、ウェハ上にばね構造を
製造する方法であって、 前記ロボットに前記ウェハを前記第１の物理的蒸着チャ
ンバ内に配置させる工程と、 ウェハ上に前記第１ターゲットから剥離材料層を付着さ
せるために前記第１の物理的蒸着チャンバを制御する工
程と、 前記ロボットに前記ウェハを前記第１の物理的蒸着チャ
ンバから除去して前記第２の物理的蒸着チャンバ内に配
置させる工程と、 ばね材料膜が成長方向の応力偏差を有し且つ等方性内部
応力を有する少なくとも１つの層を含むように、前記剥
離材料層の上に前記第２ターゲットからばね材料層を付
着させるために前記第２の物理的蒸着チャンバを制御す
る工程と、 を含む、ウェハ上にばね構造を製造する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/121,644 US6866255B2 (en) | 2002-04-12 | 2002-04-12 | Sputtered spring films with low stress anisotropy |
| US121644 | 2002-04-12 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003311696A true JP2003311696A (ja) | 2003-11-05 |
| JP2003311696A5 JP2003311696A5 (ja) | 2006-06-01 |
| JP4454246B2 JP4454246B2 (ja) | 2010-04-21 |
Family
ID=28454029
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003104737A Expired - Fee Related JP4454246B2 (ja) | 2002-04-12 | 2003-04-09 | ばね構造、ばね構造の製造方法、統合型処理ツール、及びウェハ上にばね構造を製造する方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (3) | US6866255B2 (ja) |
| EP (1) | EP1353443B1 (ja) |
| JP (1) | JP4454246B2 (ja) |
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