JP5568268B2 - 半導体検査装置用コンタクトプローブピン - Google Patents

Description

本発明は、導電性基材表面に非晶質炭素系導電性皮膜を形成して成る半導体検査装置用コンタクトプローブピンに関し、特に、プローブピンがはんだと接触した際に、はんだの主成分であるスズがプローブピンの接触部に凝着するのを防ぐ、耐スズ凝着性に優れた非晶質炭素系導電性皮膜を基材表面に形成して成る半導体検査装置用コンタクトプローブピンに関する。

半導体検査装置用プローブピンは、半導体検査において、プローブピンの相手側材料であるはんだと繰り返し接触するため、その際に、はんだの主成分であるスズがプローブピンの接触部に凝着する場合がある。凝着したスズが酸化されると、抵抗の増大が発生し、検査の際に不具合を引き起こすこととなる。このため、スズの凝着は、プローブピンとしての寿命を短くする原因となっているだけでなく、半導体の生産性を低下させる原因ともなっている。

プローブピン自体の表面性と、その表面へのスズの凝着性との関係に着目した先行技術として、例えば、特許文献１では、接触端子の表面粗さにおける最大高さＲｙを１０μｍ以下とする技術が提案されている。特許文献１では、この表面粗さは、接触端子基材表面をメカニカル・ケミカル研磨またはドライ研磨することで達成できるとされている。さらに最上面には金属元素を含有する炭素皮膜が形成されているが、炭素皮膜の表面粗さについては、基材表面の形状を反映するものとされ、炭素皮膜自体の表面性状がスズ凝着性に与える影響については検討されていない。

また、非晶質炭素系皮膜とその表面性状についての先行技術として、例えば特許文献２では、アークイオンプレーティングにおいて発生する異物粒子の付着、脱離に起因した表面性状を制御するために、Ｔ字型フィルタードアークにすることで成膜時の異物粒子の発生を抑える方法が提案されている。しかし、特許文献２では、スパッタ法で得られる膜のような異物粒子の無い状態での微細な構造を制御する技術については提示されていない。

特開２００７−２４６１３号公報 特開２００９−６４７０号公報

半導体検査装置用プローブピンを高寿命化する観点からは、半導体検査の際のはんだとの接触において、はんだの主成分であるスズがプローブピンの接触部に凝着することを防止する必要があるが、これまでなされてきた提案では、満足のいくものは得られていない。

例えば、特許文献１では、プローブピン基材の表面を研磨することで、表面粗さにおける最大高さＲｙを１０μｍ以下とする方法が提案されている。しかし、本発明者等の検討によれば、基材上に皮膜を形成した場合には、皮膜表面の表面性状がスズ凝着性に影響を与え、Ｒｙが１０μｍ以下を満たす表面粗さの領域でも、皮膜作製時の条件等によりスズの凝着が問題となることが明らかになった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、導電性基材表面に非晶質炭素系導電性皮膜を形成して成る半導体検査装置用コンタクトプローブピンであって、プローブピンがはんだと接触した際に、はんだの主成分であるスズがプローブピンの接触部に凝着するのを防ぐ、耐スズ凝着性に優れた非晶質炭素系導電性皮膜を基材表面に形成して成る半導体検査装置用コンタクトプローブピンを提供することを目的とする。

本発明者等は、半導体検査装置用プローブピン表面に形成した皮膜の表面性状と耐スズ凝着性との関係について検討する過程において、従来検討されていなかった、皮膜の微細領域の表面性状が耐スズ凝着性に与える影響に着目し、皮膜の微細領域の表面性状パラメータをコントロールすることにより耐スズ凝着性が著しく改善されることを見出し、本発明に到達した。

すなわち、本発明の一局面は、導電性基材表面に非晶質炭素系導電性皮膜を形成して成る半導体検査装置用コンタクトプローブピンであって、前記非晶質炭素系導電性皮膜は、原子間力顕微鏡で４μｍ^２の走査範囲において、表面粗さ（Ｒａ）が６．０ｎｍ以下であり、二乗平方根傾斜（ＲΔq）が０．２８以下であり、表面形態の凸部の先端曲率半径の平均値（Ｒ）が１８０ｎｍ以上である外表面を有することを特徴とする半導体検査装置用コンタクトプローブピンである。

この構成によれば、導電性基材表面に形成される非晶質炭素系導電性皮膜は、外表面の微細な凹凸を検出して表面性状の適切な評価が可能な走査範囲において、３つの表面性状パラメータが上記所定の数値範囲にコントロールされるため、前記非晶質炭素系導電性皮膜の外表面へのスズ凝着性を著しく低減させることができ、これにより、半導体検査装置用コンタクトプローブピンの不具合発生を低下させて、高寿命化を図ることができる。

また、前記半導体検査装置用コンタクトプローブピンは、プローブピンの導電性基材表面と前記非晶質炭素系導電性皮膜との間に中間層を備え、前記中間層は金属元素を含み、厚さが５〜６００ｎｍであることが好ましい。この構成によれば、中間層に含まれる金属の結晶粒の成長が抑えられるため、中間層の上に形成される非晶質炭素系導電性皮膜の外表面の凹凸を小さくすることができ、またプローブピン基材との密着性を確保することができる。

また、前記半導体検査装置用コンタクトプローブピンにおいて、前記中間層と前記非晶質炭素系導電性皮膜とを合わせた厚さは、コーティング効果を維持するとともに非晶質炭素系導電性皮膜表面の凹凸を小さくする観点から、５０〜２０００ｎｍであることが好ましい。

また、前記中間層は、金属元素からなる第１の中間層と、前記金属元素および炭素を含み、炭素に対する金属元素の原子数の割合が、基材表面から非晶質炭素系導電性皮膜に向かう厚み方向において減少する傾斜組成を有する第２の中間層とを有し、前記第２の中間層が前記第１の中間層と前記非晶質炭素系導電性皮膜との間に形成されていることが好ましい。この構成によれば、非晶質炭素系導電性皮膜のプローブピン基材表面への密着性をさらに強化することができる。

本発明によれば、半導体検査装置用プローブピンの導電性基材表面に形成される非晶質炭素系導電性皮膜は、プローブピンがはんだと接触した際に、はんだの主成分であるスズがプローブピンの接触部に凝着するスズ凝着性を著しく低減させることができ、これにより、半導体検査装置用コンタクトプローブピンの不具合発生を低下させて、高寿命化を図ることができる。

本実施形態に係る非晶質炭素系導電性皮膜を、スパッタリング法により、基板表面の上に形成するためのチャンバー内の構造を示す模式図である。

［実施形態１］
本発明の一局面は、プローブピンの導電性基材の表面に非晶質炭素系導電性皮膜を形成して成る半導体検査装置用コンタクトプローブピンである。まず、実施形態１において、導電性基材の表面上に非晶質炭素系導電性皮膜が直接形成される実施形態、すなわち、導電性基材表面と前記非晶質炭素系導電性皮膜との間に後述する中間層を設けない実施形態について、説明する。

本実施形態に係る非晶質炭素系導電性皮膜は、原子間力顕微鏡で４μｍ^２の走査範囲において、表面粗さ（Ｒａ）が６．０ｎｍ以下であり、二乗平方根傾斜（ＲΔq）が０．２８以下であり、表面形態の凸部の先端曲率半径の平均値（Ｒ）が１８０ｎｍ以上である外表面を有する。

本実施形態において、非晶質炭素系導電性皮膜の前記表面性状パラメータを検出する外表面の範囲を、原子間力顕微鏡で４μｍ^２の走査範囲としたのは、以下の理由による。

前述の特許文献１によれば、プローブピンの基材を研磨することにより、基材の表面粗さを最大高さＲｙが１０μｍ以下となるようにする技術が示されている。特許文献１ではレーザー顕微鏡により１００μｍ×２００μｍの範囲を１３９×２７７ピクセルで測定することでＲｙを求めている。従って、約７２０ｎｍ間隔で測定していることになり、それ以下の凹凸形状は見逃されていることになる。これに対して、本実施形態で用いた原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による２μｍ×２μｍでの測定では、データ点数がＸ方向：５１２点、Ｙ方向：２５６点であることから、２５６点で計算しても７．８ｎｍ間隔で測定していることになる。そのため、ＡＦＭによれば、レーザー顕微鏡では検出できなかった微細な凹凸についても検出できる。

ＡＦＭでのスキャン領域の大きさについては、例えば１０μｍ×１０μｍ以下であれば表面性状の評価は可能ではあるが、２μｍ×２μｍを超えて領域が大きくなると、基材の影響やコンタミの影響を受けやすくなり適正な評価ができなくなる恐れがある。また、２μｍ×２μｍ未満、例えば１μｍ×１μｍ以下では、表面の凹凸数が十分ではないため測定箇所により各表面性状パラメータがばらつく可能性が高くなる。従って、２μｍ×２μｍ＝４μｍ^２の領域を走査範囲とすることで、非晶質炭素系導電性皮膜の表面性状を適切に評価することができる。

次に、非晶質炭素系導電性皮膜の外表面における前記表面性状パラメータについて説明する。本発明者等が各種表面性状パラメータとスズ凝着性との関係について検討した結果によれば、表面粗さ（Ｒａ）、二乗平方根傾斜（ＲΔq）、及び表面形態の凸部の先端曲率半径の平均値（Ｒ）という３つの表面性状パラメータが、スズ凝着性に大きな影響を及ぼすことが明らかとなった。

本実施形態における表面粗さ（Ｒａ）は、ＪＩＳ Ｂ０６０１で定義される算術平均粗さを３次元で求めたものであり、基準面から指定面までの偏差の絶対値を平均した値である。また、本実施形態における二乗平方根傾斜（ＲΔq）は、ＪＩＳ Ｂ０６０１で定義される二乗平均平方根傾斜を３次元で求めたものであり、粗さの傾斜を表し、滑らかであるほどＲΔqは小さな値となる。さらに、本実施形態における、表面形態の凸部の先端曲率半径の平均値（Ｒ）は、表面形態の凸部について曲率半径を求め、各々の値を平均した値である。

これらの表面性状パラメータは、例えば、以下のようにして算出することができる。すなわち、画像データとしては、ＡＦＭ装置（ＳＩＩ社製ＳＰＩ４０００）を用いて２μｍ×２μｍの走査範囲における画像を、この装置に付属の表面処理ソフトで、平均傾き補正をＸ方向（５１２ピクセル）、Ｙ方向（２５６ピクセル）の両方向で施した画像データを用いることができる。各パラメータは、処理ソフト（ＰｒｏＡｎａ３Ｄ）にて処理を行って、算出することができる。なお、ＰｒｏＡｎａ３Ｄは、以下のＵＲＬで入手することができる：ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ１３．ｐｌａｌａ．ｏｒ．ｊｐ／Ｕｃｈｉ／ＰｒｏｇＦｒａｍｅ１．ｈｔｍｌ。

表面粗さ（Ｒａ）および二乗平方根傾斜（ＲΔq）（ＰｒｏＡｎａ３Ｄでは２次元データであることからそれぞれＳａおよびＳΔｑと表記されている）については、平均傾き補正をＸ方向、Ｙ方向の両方向で施した画像データを用いて処理することができる。表面形態の凸部の先端曲率半径の平均値（Ｒ）については、平均傾き補正をＸ方向、Ｙ方向の両方向で施した画像データを用い、処理ソフト（ＰｒｏＡｎａ３Ｄ）において負荷面積率（全体に対する突起部の面積）が２０％になるような処理を施した後にＲ値を求めることができる。曲率半径については、ソフトでは凸部を楕円として長軸と短軸が求められるが、長軸方向はいくつかの粒子が繋がった状態での曲率半径を求めている場合があることから、短軸方向の曲率半径を先端曲率半径の平均値（Ｒ）とすることができる。

本実施形態において、非晶質炭素系導電性皮膜の外表面における表面粗さ（Ｒａ）は６．０ｎｍ以下である。表面粗さ（Ｒａ）が６．０ｎｍを超えると、スズの凝着量が多くなりすぎて、実際のプローブで使用する際に問題となりやすい。Ｒａは５．０ｎｍ以下であることがより好ましく、２．５ｎｍ以下であることがさらに好ましく、１．０ｎｍ以下であることが最も好ましい。Ｒａがゼロに近いほどスズの凝着量は小さくなるため、Ｒａの下限値については特に限定されない。

本実施形態において、非晶質炭素系導電性皮膜の外表面における二乗平方根傾斜（ＲΔq）は０．２８以下である。二乗平方根傾斜（ＲΔq）が０．２８を超えると、スズの凝着量が多くなりすぎる傾向があるため、実際のプローブで使用する際に問題となる場合がある。ＲΔｑは０．２０以下であることがより好ましく、０．１５以下であることがさらに好ましく、０．１０以下であることが最も好ましい。ＲΔｑがゼロに近いほどスズの凝着量が小さくなる傾向があるため、ＲΔｑの下限値については特に限定されない。

本実施形態において、非晶質炭素系導電性皮膜の外表面における、表面形態の凸部の先端曲率半径の平均値（Ｒ）は１８０ｎｍ以上である。表面形態の凸部の先端曲率半径の平均値（Ｒ）が１８０ｎｍ未満になると、スズの凝着量が多くなりすぎて、実際のプローブで使用する際に問題となりやすい。Ｒは２５０ｎｍ以上であることがより好ましく、３５０ｎｍ以上であることがさらに好ましく、４００ｎｍ以上であることが最も好ましい。Ｒが無限大に近いほどスズの凝着量は小さくなるため、Ｒの上限値については特に限定されない。

本実施形態に係る前記非晶質炭素系導電性皮膜は、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選択される少なくとも１種の金属を０．５〜５０原子％含有することが好ましい。これらの金属を含有させることで、本来電気伝導特性の小さい非晶質炭素皮膜に電導性を付与することができる。特に、少なくとも１種の金属として、スズ凝着性を抑える効果をもつＷを含有させることが好ましい。前記金属の含有比率が５０原子％を超えると、金属の酸化物が生じやすくなり、半導体検査の信頼性が低下しやすくなる。また、０．５原子％未満では、金属添加による電導性付与効果が不十分となりやすい。非晶質炭素系導電性皮膜中における前記金属の含有比率は、５〜４０原子％であることがより好ましく、１０〜３０原子％であることがさらに好ましい。

本実施形態に係る非晶質炭素系導電性皮膜の厚さは、後述する中間層を設けない場合には、５０〜２０００ｎｍであることが好ましい。皮膜の厚さが２０００ｎｍを超えると、外表面の凹凸が大きくなりやすく、そのため、上記３つの表面性状パラメータが所定の数値範囲を満たさなくなる場合が多くなる。一方、５０ｎｍ未満になると、皮膜が摩耗して基材が露出しやすくなる。皮膜の厚さは、薄いほど表面が平滑になるとともに、内部応力が小さくなって皮膜が剥離しにくくなることから、１０００ｎｍ以下であることがより好ましく、７００ｎｍ以下であることがさらに好ましく、４００ｎｍ以下であることがさらに好ましい。

本実施形態において、上記３つの表面性状パラメータが所定の数値範囲を満たす外表面を有する非晶質炭素系導電性皮膜を半導体検査装置用プローブピンの基材表面上に形成するための方法としては、スパッタリング法を用いることが好ましい。スパッタリング法では、例えば、一つのカーボンターゲットと、非晶質炭素皮膜に含有させる上記各金属の個々のターゲットとを同時に使用するか、又はカーボンとこれら金属との複合ターゲットを使用することができる。スパッタリング法によれば、電気抵抗が低くかつ良質な非晶質炭素系導電性皮膜を形成することができ、また非晶質炭素系導電性皮膜中に、上記の金属を、任意の含有比率で、容易に導入することができる。また、スパッタリング法は、アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法で見られるドロップレットのような成膜面の平滑性を損なう原因が発生しにくい点でも、好ましい成膜方法である。

非晶質炭素系導電性皮膜の表面性状を平滑にする観点からは、マグネトロンスパッタリング法、特にアンバランストマグネトロンスパッタリング法を用いることが、より好ましい。この方法によれば、プラズマ空間を基板付近まで広げることができるため、Ａｒなどの不活性ガスイオン量を増やすとともに、基板へ不活性ガスイオンを照射することも可能となる。不活性ガスイオンの照射によって不活性ガスイオンの運動エネルギーは、基板へ到達したスパッタ粒子の熱エネルギー向上へ寄与する。スパッタ粒子の熱エネルギーが向上することで、基板上での粒子の移動が容易になり、膜が緻密化し平滑な膜が得られる。これらの効果をさらに増大させるために、基板へバイアスを印加することでＡｒガスイオンのエネルギーを制御でき、表面平滑性をさらに高めることができる。

［実施形態２］
次に、半導体検査装置用プローブピンの導電性基材表面と上述の非晶質炭素系導電性皮膜との間に、中間層が形成される実施形態について説明する。

本実施形態に係る中間層は、非晶質炭素系導電性皮膜の導電性基材表面への密着性を強化する役割を有する。このため、プローブピン表面への密着性を確保する観点から、プローブピンの基材表面と非晶質炭素系導電性皮膜との間に中間層を形成することが好ましい。

本実施形態に係る中間層は、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ及びＮｉから選択される少なくとも１種の金属元素を含むことが好ましい。これらの金属のなかでは、Ｃｒ又はＷが好ましい。

本実施形態において、中間層の厚さは５〜６００ｎｍであることが好ましい。６００ｎｍ以下とすることにより、中間層に含まれる上記金属の結晶粒の成長が抑えられるため、中間層の上に形成される非晶質炭素系導電性皮膜の外表面の凹凸を小さくすることができる。中間層の厚さは、結晶粒の成長を抑える観点から、５００ｎｍ以下であることがより好ましく、さらに好ましくは３００ｎｍ以下である。また、プローブピン基材との密着性を確保する観点からは、中間層の厚さは５ｎｍ以上とすることが好ましい。

また、本実施形態において、中間層と非晶質炭素系導電性皮膜とを合わせた厚さは、５０〜２０００ｎｍであることが好ましい。２０００ｎｍを超えると、膜厚の増大に起因した非晶質炭素系導電性皮膜表面の凹凸が大きくなり、上記表面性状パラメータを所定の範囲にコントロールすることが困難になる。前記膜厚は、薄くするほど非晶質炭素系導電性皮膜表面が平滑になることから、より好ましくは１５００ｎｍ以下であり、さらに好ましくは１０００ｎｍ以下である。また、膜厚が薄すぎる場合には、皮膜が摩耗してプローブピン基材が露出しやすくなりコーティングの効果が薄れてしまうことから、前記膜厚は５０ｎｍ以上であることが好ましい。

本実施形態において、中間層は、プローブピンの導電性基材上に形成される第１の中間層と、第１の中間層と非晶質炭素系導電性皮膜との間に形成される第２の中間層とを備えることが好ましい。なお、第１の中間層は第２の中間層によって代替されてもよい。

第１の中間層は、上記金属元素、すなわちＣｒ、Ｗ、Ｔｉ及びＮｉから選択される少なくとも１種の金属元素のみからなることが好ましい。特に、Ｃｒ又はＷのみからなることが好ましい。

また、第２の中間層は、上記金属元素および炭素を含み、炭素に対する金属元素の原子数の割合が、基材表面から非晶質炭素系導電性皮膜に向かう厚み方向において減少する傾斜組成を有することが好ましい。第２の中間層では、非晶質炭素系導電性皮膜から基材表面に向かう厚み方向において炭素に対する金属元素の組成が連続的に増加するため、非晶質炭素系導電性皮膜の基材表面への密着性を向上させることができる。第２の中間層がない場合、すなわち第１の中間層のみで中間層が構成される場合には、金属元素のみからなる第１の中間層と非晶質炭素系導電性皮膜との界面で上記組成が大きく変化するため、力が加わった際に、非晶質炭素系導電性皮膜が界面から剥離することがある。

本実施形態において、上記中間層、すなわち好ましくは厚さが５〜６００ｎｍの中間層をプローブピンの導電性基材上に形成するための方法としては、非晶質炭素系導電性皮膜の場合と同様の理由で、スパッタリング法、特にアンバランストマグネトロンスパッタリング法を用いることが好ましい。その場合は、先に導電性基材上に中間層を形成し、その後に中間層の上に、上記実施形態１で説明した非晶質炭素系導電性皮膜を形成することができる。

また、第１の中間層をプローブピンの導電性基材上に形成するための方法、あるいは第２の中間層を第１の中間層の上に又は直接導電性基材の上に形成するための方法としても、スパッタリング法を用いることが好ましい。

第１の中間層は、上記金属のターゲットを使用することで、容易にその金属からなる第１の中間層を成膜することができる。また、上記の傾斜組成をもつ第２の中間層を形成する場合は、スパッタリング法で複数のターゲットを準備しておき、それぞれのターゲットへの投入電力を調整することにより、連続的に変化した傾斜組成をもつ第２の中間層を容易に成膜することができる。

以上、本発明の実施の形態が詳細に説明されたが、上記の説明は全ての局面において例示であって、本発明はそれらに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

以下に、本発明に関する実施例が示されるが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（非晶質炭素系導電性皮膜の形成）
神戸製鋼所社製アンバランストマグネトロンスパッタ装置（ＵＢＭ２０２）を用いて成膜を行った。図１に、非晶質炭素系導電性皮膜を基板の上に形成した真空チャンバー１の内部の構造を示した。第１の中間層の成膜には、金属ターゲット２として、ＣｒあるいはＷターゲットを用いた。非晶質炭素系導電性皮膜の成膜には、ターゲットとして、炭素ターゲット上に直径が１ｍｍのタングステンワイヤーを配置した複合ターゲット３を用いた。基板は、基板ステージ４の上に配置した基板ホルダー５に、ターゲットと平行になるように設置し、テーブルを回転させて成膜を実施した。基材としては、ガラス基板６を用いた。基材を装置内に導入後、１×１０^−３Ｐａ以下に排気した後に、成膜を実施した。プロセスガスはＡｒガスを用い、成膜時のガス圧は０．６Ｐａで一定とした。

始めにＣｒあるいはＷターゲットへ０．２ｋＷの投入電力を印加し、その後一定時間をかけてＣｒ（又はＷ）ターゲットへの投入電力を０．２ｋＷから０ｋＷへ、複合ターゲットへの投入電力を０．０２ｋＷから２．０ｋＷとすることで、Ｃｒ（又はＷ）からなる第１の中間層と、Ｃｒ（又はＷ）−ＷＣの傾斜組成をもつ第２の中間層とを形成した。中間層を形成した後、複合ターゲットへの投入電力を２．０ｋＷとすることで、Ｗを含む非晶質炭素系導電性皮膜（ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ））（以下、Ｗ−ＤＬＣともいう）を成膜した。

各層の厚さは、成膜時間を変化させることで目標の膜厚とした。あらかじめ各層の成膜速度を調査し、各層厚となるような成膜時間を算出した上で成膜を行った。単層膜の膜厚は、触針式表面粗さ計（ＤＥＫＴＡＫ６Ｍ）で測定し、積層されたものについては全体の膜厚を触針式表面粗さ計で測定した上で、各層厚を成膜速度、成膜時間を考慮して算出した。一部試料については断面のＴＥＭ観察を行い、各層の厚さが計算値と差がないことを確認した。

表１には、非晶質炭素系導電性皮膜のみを成膜した試料（Ｎｏ．８及び９）、第１の中間層を有する試料（Ｎｏ．７）、及び第１の中間層と第２の中間層を有する試料（Ｃｒを第１の中間層とするＮｏ．１〜６、及びＷを第１の中間層とするＮｏ．１０〜１４）について、各試料の皮膜構成、中間層の厚さ、及び全体の膜厚を示した。

（表面性状パラメータの測定）
表面性状パラメータは、ＡＦＭ装置（ＳＩＩ社製ＳＰＩ４０００）を用いて測定した。探針には付属のＳＮ−ＡＦ０１探針の長さが１００μｍのものを使用した。測定は大気中で実施し、走査範囲は１０μｍ×１０μｍでコンタミ等の無い部位を確認した後、２μｍ×２μｍでの測定を実施した。表面性状の各種パラメータの算出には、２μｍ×２μｍの画像を装置（ＳＰＩ４０００）に付属の表面処理ソフトで、平均傾き補正をＸ方向、Ｙ方向の両方向で施した画像データを用いた。各種パラメータについては処理ソフト（ＰｒｏＡｎａ３Ｄ）にて処理を行った。

Ｒａ、ＲΔｑ（ＰｒｏＡｎａ３Ｄでは２次元データであることからそれぞれＳａ、ＳΔｑと表記されている）については、平均傾き補正をＸ方向（５１２ピクセル）、Ｙ方向（２５６ピクセル）の両方向で施した画像データを用いて処理を実施した。表面形態の凸部の先端曲率半径の平均値（Ｒ）については、平均傾き補正をＸ方向、Ｙ方向の両方向で施した画像データを用い、処理ソフト（ＰｒｏＡｎａ３Ｄ）において負荷面積率（全体に対する突起部の面積）が２０％になるような処理を施した後にＲ値を求めた。曲率半径についてはソフトでは凸部を楕円として長軸と短軸が求められるが、長軸方向はいくつかの粒子が繋がった状態での曲率半径を求めている場合があることから、短軸方向の曲率半径を先端曲率半径の平均値（Ｒ）とした。

表１には、上記各試料における非晶質炭素系導電性皮膜の表面性状について、ＡＦＭにより測定された表面粗さ（Ｒａ）、二乗平方根傾斜（ＲΔq）、表面形態の凸部の先端曲率半径の平均値（Ｒ）を示した。

（スズ凝着性の評価）
スズ凝着性の評価には、スズボールを用いた摺動試験を実施した。摺動試験はボールオンディスク試験装置（ＣＳＭ社製：Tribometer）により回転摺動試験を実施した。回転半径は１．５ｍｍで、回転速度は０．２ｃｍ／ｓ、荷重は０．２Ｎとし、ボールにはＳＵＪ２（直径９．５ｍｍ）上に１０μｍのスズめっきしたものを使用した。摺動距離は０．５ｍ一定とし、摺動試験後のスズ付着量によって評価を行った。

スズ付着量の評価には、摺動円周上の３点を表面粗さ計で測定し、各箇所の付着断面積を求め３点の平均値を表１中に示した。値がゼロのものはスズの付着が発生していないものである。スズの凝着量については、２０μｍ^２より少ない場合には、一部にスズが付着しているだけで全体的に凝着が発生していないが、２０μｍ^２より多い場合には、全体にスズが付着していることから凝着性が悪いとの評価を行った。

（結果）
結果を表１に示した。

第１の中間層がＣｒであるかＷであるかにかかわらず、全体の膜厚が２０００ｎｍを超え、かつ中間層の厚さが６００ｎｍを超える場合（試料Ｎｏ．１及び１０）では、Ｒａが６．０ｎｍを超え、ＲΔｑが０．２８を超え、Ｒが１８０ｎｍ未満となり、これに相関してＳｎの凝着量も２０μｍ^２より多くなる。これは、中間層に含まれる金属の結晶粒の成長により中間層の表面が粗くなり、結果としてその上に形成されたアモルファスＷＣ層（Ｗ−ＤＬＣ膜）の表面の凹凸が大きくなったものと考えられる。また、中間層の厚さが６００ｎｍ以下の場合でも、全体の膜厚が２０００ｎｍを超える場合（試料Ｎｏ．２及び１１）では、Ｗ−ＤＬＣ膜の表面が粗くなるために、Ｒａが６．０ｎｍを超え、ＲΔｑが０．２８を超え、Ｒが１８０ｎｍ未満となり、Ｓｎの凝着量も２０μｍ^２より多くなる。さらに、全体の膜厚が２０００ｎｍ以下であっても、中間層の厚さが６００ｎｍよりも厚い場合（試料Ｎｏ．３及び１２）でも、中間層に含まれる金属の結晶粒成長が促進されることで中間層の表面形態は粗くなるため、その上に形成されたＷ−ＤＬＣ膜の表面も粗くなり、Ｒａが６．０ｎｍを超え、ＲΔｑが０．２８を超え、Ｒが１８０ｎｍ未満となり、Ｓｎの凝着量も２０μｍ^２より多くなる。

これに対し、全体の膜厚が２０００nm以下で、かつ中間層の厚さが６００ｎｍ以下のもの（試料Ｎｏ．４）では、Ｒａが６．０ｎｍ以下、ＲΔｑが０．２８以下、Ｒが１８０ｎｍ以上となり、Ｓｎの凝着量は２０μｍ^２より少なくなる。また、全膜厚が１５００ｎｍ以下で、かつ中間層の厚さが５００ｎｍ以下のもの（試料Ｎｏ．５及び１３）では、Ｒａが５．０ｎｍ以下、ＲΔｑが０．２０以下、Ｒが２５０ｎｍ以上となり、Ｓｎの凝着量は一桁となり、Ｓｎ凝着性がより優れる皮膜が得られる。さらに、全膜厚が１０００ｎｍ以下で、かつ中間層の厚さが３００ｎｍ以下のもの（試料Ｎｏ．６及び１４）ではＲａが２．５ｎｍ以下、ＲΔｑが０．１５以下、Ｒが３５０ｎｍ以上となり、Ｓｎの凝着量はゼロとなり、Ｓｎ凝着性が特に優れる皮膜が得られる。

また、第１の中間層のみを有するもの（試料Ｎｏ．７）、及びＷ−ＤＬＣ膜のみを成膜したもの（試料Ｎｏ．８及び９）でも、Ｓｎの凝着量はゼロとなり、Ｓｎ凝着性が特に優れる皮膜が得られる。

さらに、非晶質炭素系導電性皮膜の厚さ（全体の膜厚から中間層の厚さを引いて算出）が５０〜１０００ｎｍ以下であるもの（試料Ｎｏ．５〜９、１３及び１４）では、Ｓｎの凝着量は一桁となり、Ｓｎ凝着性に優れる皮膜が得られることがわかる。

１ 真空チャンバ
２ 金属ターゲット
３ タングステンワイヤー／カーボン複合ターゲット
４ 基板ステージ
５ 基板ホルダー
６ ガラス基板

Claims (2)

1. 導電性基材表面に非晶質炭素系導電性皮膜を形成して成る半導体検査装置用コンタクトプローブピンであって、
   前記非晶質炭素系導電性皮膜は、原子間力顕微鏡で４μｍ^２の走査範囲において、表面粗さ（Ｒａ）が６．０ｎｍ以下であり、二乗平方根傾斜（ＲΔq）が０．２８以下であり、表面形態の凸部の先端曲率半径の平均値（Ｒ）が１８０ｎｍ以上である外表面を有し、
   前記導電性基材表面と前記非晶質炭素系導電性皮膜との間に中間層を備え、前記中間層は金属元素を含み、厚さが５〜６００ｎｍであり、
   前記中間層と前記非晶質炭素系導電性皮膜とを合わせた厚さが、５０〜２０００ｎｍであることを特徴とする半導体検査装置用コンタクトプローブピン。
2. 前記中間層は、
   金属元素からなる第１の中間層と、
   前記金属元素および炭素を含み、炭素に対する金属元素の原子数の割合が、基材表面から非晶質炭素系導電性皮膜に向かう厚み方向において減少する傾斜組成を有する第２の中間層とを有し、
   前記第２の中間層が前記第１の中間層と前記非晶質炭素系導電性皮膜との間に形成されている請求項１に記載の半導体検査装置用コンタクトプローブピン。

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