(57)【要約】【課題】製造コストおよび複雑度の増大を避けながら、スパッタリングされた応力加工バネ構造の先端高が比較的高いバネ構造を製造する、高信頼性かつ反復可能なバネ構造の製造方法を提供することである。【解決手段】本発明に係るバネ構造の製造方法は、基板１０１に搭載されたバネフィンガ１２０を含むバネ構造１００の製造方法であって、前記基板１０１に接続されたアンカー部１２２および前記アンカー部１２２から伸びるカンチレバー部１２５を含む前記バネフィンガ１２０を形成するステップにおいて、前記バネフィンガ１２０が、金属および少なくとも１種の他の成分を含む固溶体から成る金属層を含むようにするステップと、前記金属層が前記固溶体から金属間化合物に転換するように前記バネフィンガ１２０を選択された温度でアニーリングするステップとを含むことを特徴とする。【選択図】図１
2006043878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に搭載されたバネフィンガを含むバネ構造の製造方法であって、
前記基板に接続されたアンカー部および前記アンカー部から伸びるカンチレバー部を含む前記バネフィンガを形成するステップにおいて、前記バネフィンガが、金属および少なくとも１種の他の成分を含む固溶体から成る金属層を含むようにするステップと、
前記金属層が前記固溶体から金属間化合物に転換するように前記バネフィンガを選択された温度でアニーリングするステップと、を含むバネ構造の製造方法。
【請求項２】
基板に取り付けられたアンカー部を含む細長いバネフィンガと、前記アンカー部から伸びるカンチレバー部と、前記カンチレバー部の遠位端にある先端とを含み、
前記バネフィンガが、２種以上の成分を含む金属間化合物からなる金属層を含むバネ構造。
【請求項３】
基板に取り付けられたアンカー部を含む細長いバネフィンガと、前記アンカー部から伸びるカンチレバー部と、中央部位の遠位端にある先端と、スプリングコアの上に形成された金属間コーティングとを含むバネ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に集積回路を相互接続するためのバネ構造に関し、より具体的にはめっきを施された金属膜から形成され、フォトリソグラフィ(photo lithographically)によりパターン付けされたバネ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィによりパターン付けされて、応力加工(stress engineered)されたバネ構造が開発されており、例えば低コストのプローブカード(probe cards)の製造や集積回路間の電気接続に利用されている。典型的な従来型バネ構造は、自身の下部／上部における内部引張応力が、上部／下部におけるよりも高くなるように意図的に作られた応力加工（別名「ストレッシー」）膜から形成されている。この内部応力勾配は、所望の応力特性を有する異なる材料を重ねて層にすることにより、あるいは単一の材料を用いて製造パラメータを変えることにより応力加工膜に生じる。応力加工膜はパターン付けされて、下地基板に直接または中間リリース材層を用いて固定されたフィンガーを形成する。リリース材（および／または下地基板）がバネフィンガ(spring finger)のカンチレバー(cantilever)（自由）部分の下側から選択的にエッチングされている場合、片持ち梁状のカンチレバー部は、内部応力勾配により生じた曲げ力により基板から離れる方向へ曲がり、そのため湾曲したバネフィンガが生じてアンカー部により基板と固定されたままになる。そのようなバネ構造をプローブカードに用いて、集積回路、回路基板、および電極アレイを電気的に接着したり、インダクタ、可変コンデンサ、および起動ミラー等の他の機器を製造することができる。そのようなバネ構造の例は、特許文献１または特許文献２に示されている。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第３８４２１８９号明細書
【特許文献２】米国特許第５６１３８６１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上に述べた種類のバネ構造の大多数は、現在、スパッタ蒸着技術を用いて製造されており、蒸着工程の間にスパッタ組成または工程パラメータ（例えば圧力および／または電力）を変更しながら応力加工された薄膜がスパッタ蒸着され、このスパッタ蒸着製造法は適当な応力加工された膜を小さいバッチで生成する場合には信頼性が高いことがわかっている。しかし、スパッタ蒸着製造方法で低コストのバネ構造を大量生産する場合には、いくつかの弊害に直面する。第一に、スパッタ蒸着を行なうために必要な装置の購入および保守は極めて高額である。第二に、スパッタ蒸着製造方法は、スパッタ実行を繰り返す間にスパッタリング装置の工程パラメータが時間と共にドリフト（変化）する傾向があり、常にスパッタリング装置の較正を行なう必要があることが一因となって、煩雑であることがわかっている。また、スパッタリング装置内の工程パラメータがローカライズされて互いに異なることから、特定のスパッタ実行の間に形成されたバネ構造の先端高が大幅に異なり、そのため不整合かつ予測不能な結果が生じる恐れがある。さらに、巨大な（すなわち、直径が１０．１６センチメートル（４インチ）を超える）ウェハーに高い応力の一様性を与える適当なスパッタ装置が未だ生産されていない。
【０００５】
スパッタを利用する製造技術に対して、近年開発された一つの代替案はめっき技術を用いることであり、途中で工程パラメータを変更して所望の応力勾配が得られる。そのようなめっきを利用した製造方法が魅力的なのは、装置のコストがはるかに小さい点だけでなく、めっきが巨大な基板にも高い信頼性を持って適用できる点である。しかし、めっき方法により内部応力勾配を示すめっき膜の製造が容易になるものの、応力加工された膜の圧縮領域において実現できる応力値は比較的低く、しかもめっきを施された応力加工膜は多くの場合、下地基板への接着力が弱い。
【０００６】
製造コストおよび複雑度の増大を避けながら、スパッタリングされた応力加工バネ構造の先端高が比較的高いバネ構造を製造する、極めて高信頼性かつ反復可能な方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るバネ構造の製造方法は、基板に搭載されたバネフィンガを含むバネ構造の製造方法であって、前記基板に接続されたアンカー部および前記アンカー部から伸びるカンチレバー部を含む前記バネフィンガを形成するステップにおいて、前記バネフィンガが、金属および少なくとも１種の他の成分を含む固溶体から成る金属層を含むようにするステップと、前記金属層が前記固溶体から金属間化合物に転換するように前記バネフィンガを選択された温度でアニーリングするステップとを含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るバネ構造は、基板に取り付けられたアンカー部を含む細長いバネフィンガと、前記アンカー部から伸びるカンチレバー部と、前記カンチレバー部の遠位端にある先端とを含み、前記バネフィンガが、２種以上の成分を含む金属間化合物からなる金属層を含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るバネ構造は、基板に取り付けられたアンカー部を含む細長いバネフィンガと、前記アンカー部から伸びるカンチレバー部と、前記中央部位の遠位端にある先端と、スプリングコアの上に形成された金属間コーティングとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記の金属間材料からなるバネ構造及びバネ構造の製造方法によれば、信頼性が極めて高く、繰返しが可能であり、かつ比較的安価なバネ構造の製造法及びバネ構造を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に従い製造された例証的なバネ構造１００を示す透視図である。バネ構造１００は一般に、オプションのアンカーパッド１１０により基板１０１に取り付けられたバネフィンガ１２０を含む。バネフィンガ１２０は、オプションのアンカーパッド１１０により基板１０１の表面１０１−Ｓに取り付けられたアンカー部１２２、およびアンカー部１２２から伸びて表面１０１−Ｓ全体を覆う湾曲したカンチレバー部１２５を含む。バネフィンガ１２０の先端１２５−Ｔが、カンチレバー部１２５の「自由」（すなわち支持されていない）端にある。一実施形態において、リリース工程の間にバネフィンガ１２０の湾曲したカンチレバー部１２５の下側から選択的にエッチング可能な材料を用いてオプションのアンカーパッド１１０が形成される。
【００１２】
図２は、本発明の一実施形態に従いバネフィンガ１２０を製造する簡素化された製造方法を示すフロー図である。全般的に、新規の方法は、バネフィンガ１２０を形成するステップを含み、当該バネフィンガが、少なくとも１個の基本成分（すなわちニッケル（Ｎｉ）や銅（Ｃｕ）などの金属））と、非晶質固溶体内で懸濁されているホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、シリコン（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）およびインジウム（Ｉｎ）等の１個以上の２次「金属間材料(intermetallic material)」（ＩＭ）成分とで構成された少なくとも１個の金属層を含むようにする（ブロック１５０）。バネフィンガ１２０は次いで、金属層を固溶体から金属間化合物（例えばＮｉ３ＢまたはＮｉ３P）に転換する所定の最高アニーリング温度でアニーリングされ、それにより、カンチレバー部１２５を基板１０１に対して（例えば、先端１２５−Ｔが基板表面１０１−Ｓから離れる方へ移動するように）曲げる、および／またはカンチレバー部１２５（ブロック１５５）の弾性を増すような曲げ力を金属層に発生させる。Ｎｉ＋ＰおよびＮｉ＋Ｂ金属間化合物以外に、他の例証的なＮｉを用いる金属間化合物は、Ｎｉ＋Ｓｉ、Ｎｉ＋Ｓｎ、Ｎｉ＋Ａｌ、およびＮｉ＋Ｚｒを含み、例証的なＣｕを用いる金属間化合物はＣｕ＋Ｂ、Ｃｕ＋Ｐ、Ｃｕ＋Ｓｎ、Ｃｕ＋Ａｕ、Ｃｕ＋Ａｌ、およびＣｕ＋Ｉｎを含む。曲げ力／増大した弾性が、誘導された内部応力勾配ではなくバネフィンガ１２０内に形成された金属層の位相転換により生じるため、金属層（従ってバネフィンガ１２０）は、単一のめっき浴および固定された工程パラメータを用いる低コストのめっき手順を用いて形成することができ、それにより、スパッタリングされた応力加工膜の製造工程が大幅に簡素化され、コストが大幅に削減される。さらに、比較的応力が小さい金属層は、基板１０１へのより高い接着力を示し、従来のめっきが施されたバネ構造に関連する、極めて圧縮された応力加工めっき膜よりも製造がはるかに容易である。さらに、アニーリングされた（金属間）金属層は、（バネフィンガ１２０に加えられる力が自身の弾性範囲内にある前提で）最高アニーリング温度以下であるすべての後続動作温度においてバネフィンガ１２０の曲げを「凍結する」。
【００１３】
本発明の一態様によれば、バネフィンガ１２０は、図１に示すように、および図３（Ａ）〜図７を参照しつつ後述する例証的な実施形態に述べるように、単一の金属層から完全に形成することができる。対照的に、図８〜図１２を参照しつつ後述する各種の実施形態に開示するように、１個以上の転換された金属層を選択的に他の構造と組み合わせてバネフィンガ１２０を形成してもよい。
【００１４】
図３（Ａ）〜図３（Ｉ）および図４に、本発明の第一の特定実施形態によるバネ構造１００の製造方法を示す。図３（Ａ）〜図３（Ｇ）および図４に、図２のブロック１５０に従い２個以上の選択された成分の非晶質固溶体からなる金属層を含むバネフィンガを形成する例証的な工程を示し、図３（Ｈ）に図２のブロック１５５に対応するアニーリング工程を示す。以下により詳細に述べるように、図３（Ａ）〜図３（Ｉ）に示す特定の工程はいくつかの変更を受ける場合があり、従って、これらの図に示す特定のシーケンスは特に明記しない限り、請求項を制限することを意図していない。
【００１５】
図３（Ａ）を参照するに、本製造方法は、基板１０１上への導電性リリース材層２１０の形成、およびリリース材層２１０上へのめっきシード（seed）層２１５の蒸着で始まる。基板１０１は、関連する相互接続ネットワークにより接続された（「接触パッド」）１０５を介して接触パッドまたは金属を含み、仕上げられたバネ構造への電気接触を与える。
【００１６】
一実施形態において、リリース材層２１０は、約５０〜２００ｎｍ以上の厚さに、基板１０１上にスパッタ蒸着されたチタン（Ｔｉ）である。チタンは、その塑性（すなわちひび割れに対する耐性）故に、リリース材層として好ましい特性を示す。チタンの有益な塑性を有する他のリリース材を用いてもよい。他の実施形態において、リリース材層２１０は、引き続き形成された金属層に応じて、Ｃｕ、Ｎｉ、アルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）またはコバルト（Ｃｏ）等の他の金属を含んでいてよい。リリース材層２１０はまた、シリコン（Ｓｉ）を用いて形成されていてよい。さらに、２個以上のリリース材層を順次蒸着させて多層リリース構造を形成することができる。さらに別の可能な実施形態において、上述のリリース材のいずれも、２個の非リリース材層（すなわち、以下に述べるバネ金属リリース工程の間に除去されない材料）に挟まれていてよい。
【００１７】
知られている技術により、オプションのシード層２１５（例えば金（Ａｕ）またはＮｉ）がリリース層２１０の上に形成される。一実施形態において、シード層２１５は、Ｔｉをベースとするリリース層２１０上へスパッタされた厚さが５０ｎｍ以上のＡｕの層である。
【００１８】
図３（Ｂ）に、リリース材層２１０上に形成された金属層２２０を示す。本発明の一実施形態に従い、基本成分（例えばＮｉまたはＣｕ）および1個以上の2次（ＩＭ）成分（例えばＰおよび／またはＢ）を含む固溶体を形成する仕方でリリース層２１０またはオプションのシード層２１５（図３（Ａ）に示す）の上に金属層２２０がめっきされる。当該金属層に内部応力勾配を形成する必要がないため、めっき工程は、単一のめっき浴を用いて、電気めっきまたは無電解めっき技術を用いて、固溶体が蒸着する間に工程パラメータを変更することなく実行できるため、応力加工された膜の形成に用いる技術に比べて蒸着工程を非常に簡素化することができる。ＮｉＰおよびＮｉＢめっき浴は通常、Ｎｉのソースとして塩化ニッケルおよび／または硫酸ニッケルを含む。無電解ＮｉＰめっきの場合、通常は次亜リン酸ナトリウムを還元剤およびＰのソースとして用いる。無電解ＮｉＢめっきの場合、通常は水素化ホウ素ナトリウムを還元剤およびＢのソースとして用いる。無電解ＮｉＰおよびＮｉＢの浴動作温度は通常６５℃〜９５℃である。使用できる代替的な還元剤は、ジメチルアミンボランおよびヒドラジンである。錯体、ｐＨ調整剤、緩衝剤、スタビライザ、ストレスレジューサー（stress reducers)および湿潤剤等の浴添加剤等の浴添加物が通常用いられる。電気めっきが施されたＮｉＰ浴は、Ｎｉのソースとして通常は、塩化ニッケルおよび／または硫酸ニッケルを含む。リン酸および／または亜リン酸がＰのソースとして通常用いられている。浴の動作温度は通常、６０℃〜９５℃である。ｐＨ調整剤、緩衝剤、光沢剤、ストレスレジューサーおよび湿潤剤等の浴添加剤が例証的に用いられる。めっきが施されたバネの典型的な厚さは、０．３μｍ〜２．５μｍである。
【００１９】
別の実施形態に従い、金属層２２０は、所望の固溶体を製造すべく工程パラメータが設定されたスパッタ蒸着技術を用いて形成することができる。通常、スパッタリングはより高価な製造ツールを必要とし、実行にはより長い時間がかかるが、発明者は結果として得られるスパッタ済み金属層は、余分の出費を正当化するだけの有益な特徴を提供できると信じる。さらに、以下により詳細に述べるように、スパッタリング工程パラメータを変更して金属層の応力勾配を生じさせることにより、リリースに際して、引き続き形成されたバネフィンガーを基板１０１から離れる方へ曲げる、上方曲げバイアスが誘発される。
【００２０】
図３（Ｃ）、図４を参照するに、１個以上の細長いエッチマスク２３０（例えば図４に示すマスク２３０（１）、２３０（２）、および２３０（３））が次いで、金属層２２０の選択された部分の上にパターン付け（例えばフォトレジストを用いて）される。
【００２１】
次に、図３（Ｄ）に示すように、１種以上のエッチング液２４０を用いて金属層２２０の露出部分がエッチングされ、全長にわたってリリース材層２１０に接続された細長いバネフィンガ２２０−１を形成する。一実施形態において、バネフィンガ２２０−１のアンダーカットを回避する異方性エッチング工程（例えば、フッ素プラズマ内の反応性イオンエッチングまたはアルゴンイオンミリングにより）が用いられる。他の実施形態では、バネフィンガ２２０−１の下に位置する、特にバネフィンガ２２０−１のアンカー部２２２の下に位置する領域で、リリース材の除去が最小化される前提で等方性エッチングを用いることができる。一実施形態において、等方性エッチングは、ＮｉＢまたはＮｉＰ金属層を除去すべく硝酸をベースとするエッチング液を用いる湿式エッチング工程を含んでいてよい。他の特定のエッチング手順およびエッチング液が従来技術において知られている。従って、バネフィンガ２２０−１の尚早なリリースが確実に回避され、これは特にアンカー部２２２において重要である。次いで、エッチマスク２３０が除去される。
【００２２】
図３（Ｅ）を参照するに、各種の理由によりオプションのリリース前アニーリング(pre-release annealing)工程を採用してもよい。一実施形態において、このリリース前アニーリング工程は、バネフィンガ１２０の金属層を固溶体から金属間化合物に転換する温度で実行してよい。転換された金属間化合物はバネフィンガ１２０に曲げ力を加えるが、バネフィンガはリリース層２１０により基板１０１に連結されているためにこの曲げ力に抵抗する。このリリース前アニーリング工程は、後続するリリースバネフィンガの先端高を比較的低くしたい場合（すなわち、曲げ力の一部を緩和されることにより）に利用してよい。以下により詳細に述べるように、別の実施形態において、比較的低温のリリース前アニーリング工程を用いて、後続のリリースが行なわれた際に、わずかに上方への曲げを生じさせることができる。次いでリリース後アニーリング(post-release annealing)工程を実行して、バネフィンガ１２０の先端１２５−Ｔを所望の先端高まで持ち上げる。
【００２３】
図３（Ｆ）を参照するに、リリースマスク２５０（例えばフォトレジスト）が次いで、リリース材層２１０のアンカー部２２２および隣接部２１２の上に形成され、それにより、バネフィンガ２２０−１の中央部２２５と先端２２５−Ｔ、リリース材層２１０のおよび周辺部（例えば部分２１４）が露出する。
【００２４】
図３（Ｇ）に、リリースエッチング液２６０（例えば緩衝化(buffered)酸化物エッチング）を用いて、リリースマスク２５０（例えば図３（Ｆ）を再度参照）により露出されたリリース層の部分、周辺部２１４、および中央部２２５と先端２２５−Ｔの下に位置する部位２１０Ｂを選択的に除去するリリース手順を示す。リリースマスク２５０がバネフィンガ２２０−１の、アンカーパッド１１０として保持されているアンカー部２２２の下に位置するリリース材の部分が大幅にエッチングされることを防止することに留意されたい。また、バネフィンガ２２０−１が単一のめっき浴を用いて、かつ工程パラメータを変更せずに（すなわち、内部応力勾配なしに）形成されている場合、図３（Ｇ）に示すようにバネフィンガ２２０−１はリリースに際してほとんどまたは全く曲げられない。リリース工程が完了した後でリリースマスク２５０が除去される。
【００２５】
図３（Ｈ）に、固溶体を金属間化合物に転換する所定の最大温度までバネフィンガ２２０−１を加熱し、それにより基板１０１から（すなわち、ほぼ直線状のバネフィンガ２２０−１から湾曲したバネフィンガ１２０へ）バネフィンガ２２０−１のカンチレバー１２５を離れる方へ曲げる曲げ力を発生させるリリース後アニーリング工程を示す。アンカー部２２２において生じた屈曲力は、アンカーパッド１１０により基板１０１へ接着していることにより抵抗を受ける点に注意されたい。リリース前アニーリング（上述）が採用されている場合、リリース後アニーリング工程は省略してよい。リリース後およびリリース前アニーリングの両方が、ホットプレートまたはオーブンを用いて実行することができ、ウェハー上の異なる領域において多様であってよいため、当該ウェハー上に形成された各種のバネが異なるバネ高を実現させることができる。例えば、長さが４００μｍ、幅が４０μｍ、厚さが１．７μｍであるＮｉＰのバネフィンガを、２００℃〜４００℃で１分間〜１０分間アニーリングすることができ、結果的に１００μｍ〜２００μｍの先端高が生じる。結果的に得られたバネ構造１００（図３（Ｉ）に示す）は、基板１０１の表面１０１―Ｓから所望の先端高さＨに先端１２５−Ｔを維持する湾曲したカンチレバー部１２５を示す。事実上、バネ構造１００の曲率は、所定の最大温度以下の全ての動作温度で「凍結され」、それによりバネ構造を極めて高い信頼性で、繰り返し可能に、かつ比較的安価に製造する方法を提供する。換言すれば、バネ構造が最大のアニーリング温度以下に維持されていて、加えられた力がバネフィンガ１２０に関連する弾性範囲内に残っている場合、先端高Ｈがほぼ一定に保たれている。
【００２６】
図５（Ａ）〜図５（Ｅ）にバネ構造１００を製造する代替方法を示し、ここでは図３（Ｃ）、３（Ｄ）を参照しつつ上で述べた第一の特定の実施形態で用いた蒸着後エッチング工程を回避すべく蒸着（硬質）マスクを用いている。図５（Ａ）に、図３（Ａ）を参照しつつ上で述べた方法で形成されたリリース層２１０およびシード層２１５を有する基板１０１を示す。さらに、図５（Ａ）に、シード層２１５の対応する領域を露出させる細長いウインドウ２７５を画定する蒸着（硬質）マスク２７０を示す。事実上、蒸着マスク２７０は、図４に示すエッチマスク２２０の実質的に陰画（反転）である。図５（Ｂ）を参照するに、金属層２２０−２は続いて、電気めっき、無電解めっき、またはスパッタ蒸着技術等によりリリース層２１０上に形成される。図５（Ｃ）に、蒸着マスクおよび未使用シード層（例えば、図５（Ｂ）に示すシード層部２１５Ａおよび２１５Ｂ）の残りの部位を除去した後でのバネフィンガ２２０−２およびその下にあるリリース層２１０を示す。図５（Ｃ）はまた、オプションのリリース前アニーリング工程を示す熱波を示している。図５（Ｄ）に、上述の（すなわち、リリースマスク２５０とエッチング液２６０を用いてリリースする）リリース動作と本質的に同一な方法でのバネフィンガ２２０−２のリリースを示す。最後に、図５（Ｅ）に示すように、アニーリングは上述のように実行されて、バネフィンガ２２０−２を固溶体から金属間化合物に転換し、それにより平面バネフィンガ２２０−２を湾曲したバネフィンガ１２０に曲げ、それによりバネ構造１００の製造が完了する。
【００２７】
図６、図７に、上述の製造方法に従い作られた実際のバネ構造を示す。特に、これらの図に示すプロトタイプは、無電解ニッケル−リンめっきを用いて製造された。最初に、Ａｕシード層を有するウェハーはリソグラフによりパターン付けされ、次いでめっき浴に露出された。ウェハーは、所望のビーム厚さに達するまでめっきが施された。図６のバネ構造には、市販の浴にてめっきが施された厚さ２μｍのバネ構造（ビーム）が含まれ、図７に示すバネ構造には自動混合無電解ＮｉＰ浴を用いてめっきが施された厚さ１．７μｍのビームが含まれる。いずれの製造工程の間も工程パラメータは一切変更されなかった。次に、レジストが剥ぎ取られて、残ったＡｕシード層がエッチングされ、次いでビームがアンダーエッチング（リリース）された。ウェハー全体が次いで、約３５０℃でアニーリングされた。金属間Ｎｉ３Ｐ相への転換に起因して、３００℃を超えるアニーリング温度でリリース高が劇的に増大した。この効果が自動混合めっき浴の場合だけでなく異なる市販のめっき浴でも同様に観察される点に留意されたい。
【００２８】
単一のめっき浴を用いてバネフィンガの製造が可能なため、本発明によりコスト面での大幅な利点が得られるが、２個以上のめっき浴を用いることにより他の有用な特徴も実現できる。
【００２９】
図８は、２個のめっき浴を用いた例証的な実施形態に従い、基板１０１上に形成されたバネフィンガ１２０−２を含むバネ構造１００−２を示す側面断面図である。この例では、２個以上のめっき浴を用いて、めっき工程の間に下層（第一の領域）１２３−２および上層１２４−２（第二の領域）におけるＩＭ成分の濃度を選択的に変化させる。ＩＭ成分濃度をこのように変える理由の一つは、アニーリング工程の間にカンチレバー部１２５−２の上方への曲げを促進するためであってよい。例えば、ＩＭ成分（例えばＮｉ内のＢまたはＰ）の量が、下層１２３−２に関連する固溶体を析出させるべく用いた第一のめっき浴において比較的高い（例えば７％〜１２％）可能性があるため、アニーリングの間の相転移の増大に起因してこの領域で生じる関連曲げ力が最小化される。対照的に、比較的低い濃度（約１％〜６％）のＩＭ成分を含む第二のめっき浴を用いて上層１２４−２を形成することができるため、固溶体から金属間への相転移の間にこの領域で生じる曲げ力が最大になる。結果的に得られるバネ構造１２０−２は従って、位相転換の間における上層の収縮が比較的低いために、上向きの所望の総曲げ力を示す。他の代替的な実施形態において、固溶体から金属間への相転移の間に、拡張的な曲げ力を減衰させる応力減衰成分（例えばサッカリン等の有機硫黄化合物）を上下のめっき浴のうちの１個に添加することより、同じＩＭ濃度を有する所望の応力差異を生成することができる。
【００３０】
上で示唆したように、金属間転換の間に生じた、かなりバランスが取れていて、ある場合には予測不可能な曲げ力に起因して、上述の方法に従って形成されたバネフィンガは、所望の曲げ方向とは反対向きに曲がる場合がある。例えば、上方への（すなわち基板から離れる方への）曲げ力が要求されているのに、金属間転換曲げ力が所与のバネフィンガの先端を下方へ（基板の方へ）引っ張る場合がある。初期曲げバイアスによりバネ構造を形成することにより、リリースおよび／またはアニーリングされた際のバネフィンガの曲げ方向の信頼性がより高くなる。例えば、バネ構造１００−２（図８）に再び参照するに、下層１２３−２より強い曲げ力を発揮するように上層１２４−２を形成することにより、アニーリング工程の間にバネフィンガ１２０−２が確実に上方へ曲げられる。製造されたバネ構造における初期曲げ力を発生させるべく改良された、バネ構造のいくつかの追加的な製造方法について以下に述べる。
【００３１】
図９（Ａ）〜９（Ｅ）に、応力加工された層を用いてバネフィンガのリリース時に初期曲げ力を生成するバネ構造の改良された製造方法を示す。図９（Ａ）に、図３（Ａ）を参照しつつ上で述べた方法で形成されたリリース層２１０およびオプションのシード層（図示せず）、およびリリース層２１０に形成された応力加工金属層２８０を備えた基板１０１を示す。一実施形態において、応力加工層２８０は、めっき工程の間に工程パラメータ（例えば電気めっきでの電流密度）を変化させて所望の応力勾配を生成する。別の実施形態において、加工層２８０は、工程パラメータ（例えばスパッタリング圧力）を変化させながら金属膜のスパッタ蒸着を行なって所望の応力勾配を生じさせることにより形成される。これらの方式のいずれにせよ応力加工層の製造構成は公知技術である。図９（Ｂ）を参照するに、金属層２９０は引き続き、上述の電気めっき、無電解めっき、あるいはスパッタ蒸着技術を用いて応力加工された層２８０の上に形成される。一実施形態において、金属層２９０はめっき技術により形成され、応力加工層２８０よりかなり厚い。図９  （Ｃ）に、上述の方式でエッチマスク２３０および１種類以上のエッチング液２４０を用いて、応力加工層部２８０−３および金属層部２９０−３を含むバネフィンガ２２０−３を製造するエッチング工程を示す。図９（Ｄ）に、上述のリリース操作（すなわちリリースマスク２５０とリリースエッチング液２６０を使用する）と基本的に同じ方式でのバネフィンガ２２０−３のリリースを示す。応力加工層部２８０−３により生じた曲げ力に起因して、バネフィンガ２２０−３のカンチレバー部２２５−３が僅かに上方へ曲げられている点に留意されたい。最後に、図９（Ｅ）に示すように、上述のようにアニーリングを実行して、バネフィンガ２２０−３の金属層部２９０−３を固溶体から金属間化合物に転換することにより、バネフィンガ２２０−３をさらに曲げる追加的な曲げ力を発生させ、それによりバネフィンガ１２０−３を形成し、バネ構造１００の製造が完了する。応力加工層部２８０−３により生じた初期曲げバイアスは、工程パラメータの変更および／またはスパッタリング方法の追加を求めることにより製造コストが増加する場合があるものの、初期曲げ力を与えることにより製造歩留まりを向上させ、それにより全体的な製造コストを減らすことができる。
【００３２】
金属間化合物から形成されたバネフィンガ以外に、本願発明者はまた、先にリリースされたバネフィンガの上に金属間コーティングを形成することで、優れた弾性および強度を示すバネ構造を製造できると結論付けた。
【００３３】
図１０は、本発明の例証的な他の実施形態に従い、基板１０１に形成されたバネフィンガ１２０−４およびアンカーパッド１１０−４を含むバネ構造１００−４を示す側面断面図である。この例では、バネフィンガ１２０−４はスプリングコア(spring core)１２３−４および金属間コーティング１２４−４の両方を含む。スプリングコア１２３−４は、上述の方法のいずれかを用いて形成され、次いでリリースされる（すなわち所望の湾曲した形状に曲げられる）。次いで、適切な非晶質固溶体（例えばＮｉＰまたはＮｉＢ）が、スプリングコア１２３−４の露出表面全体にコーティング（例えば、電気めっきまたは無電解めっき）される。コーティングされたバネは次いでアニーリングされて、非晶質固溶体を金属間コーティング１２４−４に転換する。本願発明者は、例えば応力負荷金属スプリングコア１２３−４上にＮｉ３PおよびＮｉ３Ｂ等の金属間コーティング１２４−４を施した場合、コーティングしてないかまたは非金属間化合物（例えば純粋なＮｉ）でコーティングされた被負荷金属バネ構造に比べて、結果的に得られるバネ構造の弾性および降伏点が向上（増加）することを発見した。この向上した弾性および降伏点は、非晶質固溶体の金属間コーティング１２４−４への転換に帰すべきものであり、スプリングコア１２３−４周囲で一種の「シュリンクラップ（shrink wrap)」として機能する。さらに、Ｎｉ３PおよびＮｉ３Ｂ等の金属間コーティングは、硬度、耐摩耗性、および導電性の向上に寄与することができる。
【００３４】
本願発明者が行なった研究は、金属間コーティング１２４−４は先に形成されたばねの弾性を大幅に増大させるとの結論を支持する。本願発明者が行なった実験により、応力加工された非金属間金属層（例えばＮｉ）からスプリングコア１２３−４を形成して、スプリングコア１２３−４を所望の最終形状にリリースし（曲げ）、スプリングコアを所望の非晶質固溶体（例えばＮｉＰ）でコーティングするのが好適であることが示された。代替的な実施形態において、応力加工（例えばめっきまたはスパッタリング）層、金属間化合物層、二金属構造、またはバイモルフ(bimorph)構造を用いて製造されたスプリングコア１２３−４は、金属間コーティング１２４−４でこれらのコア構造を変更することにより向上できる。スプリングコア１２３−４のリリース後コーティングは好ましい理由は、最小限の工程で必要な程度のバネ曲げを実現するためにはスプリングコア１２３−４をなるべく薄くしなければならないからである。さらに、コスト効率および信頼性が高い応力−勾配工程は、非金属間材料で実現する方が容易である。本願発明者が行なった実験において、０．３μｍ〜２．０μｍの電気めっきが施されたＮｉスプリングコアに対し、リリース後に無電解めっきにより０．１μｍ〜２０μｍのＮｉＰを重ねてめっきした。析出時点のＮｉＰ固溶体は次いで、３００℃で５分間〜１０分間のアニーリングにより転換されて結晶金属間Ｎｉ３Ｐが形成された。広く知られたアニーリング方式に従って異なる温度およびアニーリング時間で実施してもよい。発明者は、アニーリングの間にＮｉｘＰｙの他の位相も同様に形成できる点に注目している。ＮｉＢは、コーティング１２４−４として使用された場合にＮｉＰとして同様の特性を有する。
【００３５】
金属間コーティング以外に、バネ構造は、金属間コーティングの形成に用いた固溶体（金属層）のコーティング前および／または後にコーティングされる１種類以上の追加的なコーティング材料から利点が得られる場合がある。例えば、図１１に示すように、バネ構造１００−５は、上述の仕方で形成されたスプリングコア１２３−５および金属間コーティング１２４−５で構成されたバネフィンガ１２０−５を含み、さらに、追加的な非金属間コーティング１２６−５（例えばＡｕ、Ｎｉ、Ｃｕのうち１種以上）を含む。一実施形態において、非金属間コーティング１２６−５は、Ｎｉ＋ＡｕまたはＣｕ＋Ｎｉ＋Ａｕ等のバネコーティングの重なりを含んでいる。図１２に示す別の実施形態において、バネ構造１００−６は、スプリングコア１２３−６（例えばＮｉ）、バネ核１２３−６上に形成された非金属間コーティング１２６−６（例えばＮｉ＋ＡｕまたはＣｕ＋Ｎｉ＋Ａｕ）、および非金属間コーティング１２６−６上に形成された金属間コーティング１２４−６（例えばＮｉ３ＰまたはＮｉ３Ｂ）から成るバネフィンガ１２０−６を含む。追加的な非金属間コーティング１２７−６を金属間コーティング１２４−６上に、金属間コーティング１２４−６がコーティング１２３−６と１２７−６の金属間の拡散障壁（例えばＣｕとＡｕの内外コーティング層の間の拡散障壁としてのＮｉ３Ｐ）として機能する状態で形成してもよい。追加的な金属間要素をコーティング層に加えてもよい（例えばＮｉ−Ｐ−Ｂ、Ｎｉ−Ｐ−Ｃｕ）。
【００３６】
本発明を、特定の実施形態に関して記述してきたが、本発明の特徴が他の実施形態にも同様に適用できることは当業者に明らかであろう。これらの全ては本発明の範囲内に含まれることを意図している。また、本発明の上述および他の特徴、態様、並びに利点は本文の記述、請求項、および添付図面により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に従い形成されたバネ構造を示す透視図である。
【図２】本発明の別の実施形態に従い、図１のバネ構造を製造する簡素化された方法を示すフロー図である。
【図３（Ａ）】本発明の特定の実施形態に従い、図１のバネ構造を製造する方法を示す側面断面図である。
【図３（Ｂ）】本発明の特定の実施形態に従い、図１のバネ構造を製造する方法を示す側面断面図である。
【図３（Ｃ）】本発明の特定の実施形態に従い、図１のバネ構造を製造する方法を示す側面断面図である。
【図３（Ｄ）】本発明の特定の実施形態に従い、図１のバネ構造を製造する方法を示す側面断面図である。
【図３（Ｅ）】本発明の特定の実施形態に従い、図１のバネ構造を製造する方法を示す側面断面図である。
【図３（Ｆ）】本発明の特定の実施形態に従い、図１のバネ構造を製造する方法を示す側面断面図である。
【図３（Ｇ）】本発明の特定の実施形態に従い、図１のバネ構造を製造する方法を示す側面断面図である。
【図３（Ｈ）】本発明の特定の実施形態に従い、図１のバネ構造を製造する方法を示す側面断面図である。
【図３（Ｉ）】本発明の特定の実施形態に従い、図１のバネ構造を製造する方法を示す側面断面図である。
【図４】図３（Ｃ）、３（Ｄ）の工程で用いるエッチマスクを示す上面図である。
【図５（Ａ）】本発明の別の特定の実施形態に従い、図１のバネ構造を製造する方法を示す側面断面図である。
【図５（Ｂ）】本発明の別の特定の実施形態に従い、図１のバネ構造を製造する方法を示す側面断面図である。
【図５（Ｃ）】本発明の別の特定の実施形態に従い、図１のバネ構造を製造する方法を示す側面断面図である。
【図５（Ｄ）】本発明の別の特定の実施形態に従い、図１のバネ構造を製造する方法を示す側面断面図である。
【図５（Ｅ）】本発明の別の特定の実施形態に従い、図１のバネ構造を製造する方法を示す側面断面図である。
【図６】本発明に従い製造されたバネ構造を示す写真である。
【図７】本発明に従い製造されたバネ構造を示す写真である。
【図８】本発明の別の実施形態によるバネ構造を示す側面断面図である。
【図９（Ａ）】本発明の別の特定の実施形態に従い、バネ構造を製造する方法を示す側面断面図である。
【図９（Ｂ）】本発明の別の特定の実施形態に従い、バネ構造を製造する方法を示す側面断面図である。
【図９（Ｃ）】本発明の別の特定の実施形態に従い、バネ構造を製造する方法を示す側面断面図である。
【図９（Ｄ）】本発明の別の特定の実施形態に従い、バネ構造を製造する方法を示す側面断面図である。
【図９（Ｅ）】本発明の別の特定の実施形態に従い、バネ構造を製造する方法を示す側面断面図である。
【図１０】本発明の別の実施形態による金属間化合物コーティングを含むバネ構造を示す側面図である。
【図１１】本発明の別の実施形態による金属間化合物コーティングを含む別のバネ構造を示す側面図である。
【図１２】本発明の別の実施形態による金属間化合物コーティングを含むさらに別のバネ構造を示す側面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１００  バネ構造、１０１  基板、１０５  接触パッド、１１０  アンカーパッド、１２０  バネフィンガ、１２２  アンカー部、１２３−２  下層、１２３−４，１２３−５，１２３−６  スプリングコア、１２４−２  上層、１２４−４，１２４−５，１２４−６  金属間コーティング、１２５  カンチレバー部、１２５―Ｔ  先端、１２６−５，１２６−６，１２７−６  非金属間コーティング、２１０  リリース材層、２１２  隣接部、２１４  周辺部、２１５  シード層、２１５Ａ  シード層部、２２０  金属層、２２０−１，２２０−２，２２０−３  バネフィンガ、２２２  アンカー部、２２５  中央部、２２５−Ｔ  先端、２２５−３  カンチレバー部、２３０  エッチマスク、２４０  エッチング液、２５０  リリースマスク、２６０  リリースエッチング液、２７０  マスク、２８０  応力加工金属層、２９０  金属層。
【図１】
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【図２】
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【図３（Ａ）】
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【図３（Ｂ）】
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【図３（Ｃ）】
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【図３（Ｄ）】
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【図３（Ｅ）】
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【図３（Ｆ）】
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【図３（Ｇ）】
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【図３（Ｈ）】
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【図３（Ｉ）】
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【図４】
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【図５（Ａ）】
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【図５（Ｂ）】
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【図５（Ｃ）】
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【図５（Ｄ）】
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【図５（Ｅ）】
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【図８】
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【図９（Ａ）】
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【図９（Ｂ）】
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【図９（Ｃ）】
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【図９（Ｄ）】
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【図９（Ｅ）】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図６】
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【図７】
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