(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第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を形成する前記設計された応力を有する薄膜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】
上面を有する基体と、
該基体上に付着された設計された応力を有する薄膜から形成された複数のばねフィンガーであって、前記複数のばねフィンガーの各々は前記基体に取り付けられた固定部を有し、前記複数のばねフィンガーの各々は前記固定部から延出した湾曲した自由部を更に有する、前記複数のばねフィンガーと、を含むばね構造のアレイであって、
前記複数のばねフィンガーの各々の前記固定部を形成する前記設計された応力を有する薄膜は、等方性内部応力を有する少なくとも１つの層を含む、
前記ばね構造のアレイ。
【請求項４】
上面を有する基体と、
該基体上に付着された設計された応力を有する薄膜から形成された複数のばねフィンガーであって、前記複数のばねフィンガーの各々は前記基体に取り付けられた固定部を有し、前記複数のばねフィンガーの各々は前記固定部から延出した湾曲した自由部を更に有する、前記複数のばねフィンガーと、を含むばね構造のアレイであって、
前記複数のばねフィンガーの各々は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ており、
前記複数のばねフィンガーの各々の前記固定部は前記圧縮飽和点及び引張飽和点の内の１つである等方性内部応力を有する少なくとも１つの層を含む、
前記ばね構造のアレイ。
【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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１１−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、１１０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．Ｒｏｓｓｎａｇｅｌ）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 ｆｒｏｍ Ｉｏｎｉｚｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）」、Ｊ．Ｖａｃ Ｓｃｉ Ｔｅｃｈ，Ｂ１２（１），ｐｐ４４９−４５３
【非特許文献２】
グドムンドソン（Ｇｕｄｍｕｎｄｓｓｏｎ，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 Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｌａｓｍａ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ ａ Ｐｕｌｓｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，７８（２２），ｐｐ３４２７−９（２００１）
【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 ｂｙ Ｐｕｌｓｅｄ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｔａ ｆｏｒ Ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ−Ａｓｐｅｃｔ−Ｒａｔｉｏ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ ＶＬＳＩ）」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ 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１００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１１０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１０５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１０１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。
【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１２０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。
【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。
【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。
【００１２】
図５（Ａ）を参照すると、ばね構造１００Ａ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１２７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１００Ｂ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１２６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１０５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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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、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、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。
【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。
【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。
【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２１０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１０５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２２６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（８５/１５）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１０１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、ＭｏＣｒ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１１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４００℃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。
【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２２０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２２０−１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２２０−１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。
【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。
【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。
【００３４】
上述した例は、特に、ＭｏＣｒ（８５−１５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、Ｃｒ、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。
【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（８５/１５）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、１０ｍＴ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。
【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１１０１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１１０１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（long throw）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。
【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１２００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１２００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１２３０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１００ｋＨｚ〜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 Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）」、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ＭｏＣｒ材料の付着は、ＲＦバイアスによって、剥離材料１２１０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 Ｈｅｒｍｅｒｓｓｏｎ）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（Ｇｕｄｍｕｎｄｓｓｏｎ，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 Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｌａｓｍａ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ ａ Ｐｕｌｓｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，７８（２２），ｐｐ３４２７−９（２００１）を参照されたい。また、ヘルマーソン、カーン（Ｋｈａｎ，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 ｂｙ Ｐｕｌｓｅｄ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｔａ ｆｏｒ Ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ−Ａｓｐｅｃｔ−Ｒａｔｉｏ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ ＶＬＳＩ）」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ（ＡＳＤＡＭ），ｐｐ１９１−５（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。
【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。
【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。
【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（Ｔｅｐｍａｎ ｅｔ ａｌ．）の米国特許第５，１８６，７１８号に機能的に説明されているＥｎｄｕｒａ ＲＴＭ ５５００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１３０６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１３１２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１３１４内にウェハを通し、そこから、第２ロボット１３１６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１３２０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１４２０）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１３２２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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【符号の説明】
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）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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