KR101156865B1 - 반도체 검사 장치용 콘택트 프로브 핀 - Google Patents

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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

본 발명은 프로브 핀이 땜납과 접촉했을 때에, 땜납의 주성분인 주석이 프로브 핀의 접촉부에 응착하는 것을 방지하는, 내주석 응착성이 우수한 비정질 탄소계 도전성 피막을 프로브 핀 기재 표면에 형성하여 이루어지는 반도체 검사 장치용 콘택트 프로브 핀을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도전성 기재 표면에 비정질 탄소계 도전성 피막을 형성하여 이루어지는 반도체 검사 장치용 콘택트 프로브 핀이며, 상기 비정질 탄소계 도전성 피막은, 원자간력 현미경으로 4㎛2의 주사 범위에 있어서, 표면 거칠기(Ra)가 6.0㎚ 이하이고, 자승 평방근 경사(RΔq)가 0.28 이하이고, 표면 형태의 볼록부의 선단 곡률 반경의 평균치(R)가 180㎚ 이상인 외표면을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 검사 장치용 콘택트 프로브 핀을 사용한다.

Description

반도체 검사 장치용 콘택트 프로브 핀 {CONTACT PROBE PIN FOR SEMICONDUCTOR TEST APPARATUS}
본 발명은 도전성 기재(基材) 표면에 비정질 탄소계 도전성 피막을 형성하여 이루어지는 반도체 검사 장치용 콘택트 프로브 핀에 관한 것으로, 특히 프로브 핀이 땜납과 접촉했을 때에, 땜납의 주성분인 주석이 프로브 핀의 접촉부에 응착하는 것을 방지하는, 내주석 응착성이 우수한 비정질 탄소계 도전성 피막을 기재 표면에 형성하여 이루어지는 반도체 검사 장치용 콘택트 프로브 핀에 관한 것이다.
반도체 검사 장치용 프로브 핀은 반도체 검사에 있어서, 프로브 핀의 상대측 재료인 땜납과 반복해서 접촉하므로, 그때에 땜납의 주성분인 주석이 프로브 핀의 접촉부에 응착하는 경우가 있다. 응착한 주석이 산화되면, 저항의 증대가 발생하여, 검사 시에 문제를 일으키게 된다. 이로 인해, 주석의 응착은 프로브 핀으로서의 수명을 짧게 하는 원인이 되고 있을 뿐만 아니라, 반도체의 생산성을 저하시키는 원인이 되고 있다.
프로브 핀 자체의 표면성과, 그 표면으로의 주석의 응착성의 관계에 착안한 선행 기술로서, 예를 들어 특허문헌 1에서는, 접촉 단자의 표면 거칠기에 있어서의 최대 높이(Ry)를 10㎛ 이하로 하는 기술이 제안되어 있다. 특허문헌 1에서는, 이 표면 거칠기는 접촉 단자 기재 표면을 메커니컬ㆍ케미컬 연마 또는 드라이 연마함으로써 달성할 수 있다고 되어 있다. 또한, 최상면에는 금속 원소를 함유하는 탄소 피막이 형성되어 있지만, 탄소 피막의 표면 거칠기에 대해서는, 기재 표면의 형상을 반영하는 것으로 되어, 탄소 피막 자체의 표면 성상이 주석 응착성에 미치는 영향에 대해서는 검토되어 있지 않다.
또한, 비정질 탄소계 피막과 그 표면 성상에 대한 선행 기술로서, 예를 들어 특허문헌 2에서는 아크 이온 플레이팅에 있어서 발생하는 이물질 입자의 부착, 이탈에 기인한 표면 성상을 제어하기 위해, T자형 필터드 아크로 함으로써 성막 시의 이물질 입자의 발생을 억제하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 특허문헌 2에서는 스패터법으로 얻어지는 막과 같은 이물질 입자가 없는 상태에서의 미세한 구조를 제어하는 기술에 대해서는 제시되어 있지 않다.
[특허문헌 1] 일본공개특허 제2007-24613호 공보 [특허문헌 2] 일본공개특허 제2009-6470호 공보
반도체 검사 장치용 프로브 핀을 고수명화하는 관점으로부터는, 반도체 검사 시의 땜납과의 접촉에 있어서, 땜납의 주성분인 주석이 프로브 핀의 접촉부에 응착하는 것을 방지할 필요가 있지만, 지금까지 이루어져 온 제안에서는, 만족스러운 것은 얻어져 있지 않다.
예를 들어, 특허문헌 1에서는 프로브 핀 기재의 표면을 연마함으로써, 표면 거칠기에 있어서의 최대 높이(Ry)를 10㎛ 이하로 하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 본 발명자들의 검토에 따르면, 기재 상에 피막을 형성한 경우에는, 피막 표면의 표면 성상이 주석 응착성에 영향을 미쳐, Ry가 10㎛ 이하를 만족시키는 표면 거칠기의 영역에서도, 피막 제작 시의 조건 등에 의해 주석의 응착이 문제가 되는 것이 명백해졌다.
본 발명은 이와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 도전성 기재 표면에 비정질 탄소계 도전성 피막을 형성하여 이루어지는 반도체 검사 장치용 콘택트 프로브 핀이며, 프로브 핀이 땜납과 접촉했을 때에, 땜납의 주성분인 주석이 프로브 핀의 접촉부에 응착하는 것을 방지하는, 내주석 응착성이 우수한 비정질 탄소계 도전성 피막을 기재 표면에 형성하여 이루어지는 반도체 검사 장치용 콘택트 프로브 핀을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 반도체 검사 장치용 프로브 핀 표면에 형성한 피막의 표면 성상과 내주석 응착성의 관계에 대해 검토하는 과정에 있어서, 종래 검토되지 않았던, 피막의 미세 영역의 표면 성상이 내주석 응착성에 미치는 영향에 착안하여, 피막의 미세 영역의 표면 성상 파라미터를 컨트롤함으로써 내주석 응착성이 현저하게 개선되는 것을 발견하여, 본 발명에 도달하였다.
즉, 본 발명의 일 국면은 도전성 기재 표면에 비정질 탄소계 도전성 피막을 형성하여 이루어지는 반도체 검사 장치용 콘택트 프로브 핀이며, 상기 비정질 탄소계 도전성 피막은 원자간력 현미경으로 4㎛2의 주사 범위에 있어서, 표면 거칠기(Ra)가 6.0㎚ 이하이고, 자승 평방근 경사(RΔq)가 0.28 이하이고, 표면 형태의 볼록부의 선단 곡률 반경의 평균치(R)가 180㎚ 이상인 외표면을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 검사 장치용 콘택트 프로브 핀이다.
이 구성에 따르면, 도전성 기재 표면에 형성되는 비정질 탄소계 도전성 피막은 외표면의 미세한 요철을 검출하여 표면 성상의 적절한 평가가 가능한 주사 범위에 있어서, 3개의 표면 성상 파라미터가 상기 소정의 수치 범위로 컨트롤되므로, 상기 비정질 탄소계 도전성 피막의 외표면으로의 주석 응착성을 현저하게 저감시킬 수 있고, 이에 의해 반도체 검사 장치용 콘택트 프로브 핀의 문제 발생을 저하시켜, 고수명화를 도모할 수 있다.
또한, 상기 반도체 검사 장치용 콘택트 프로브 핀은 프로브 핀의 도전성 기재 표면과 상기 비정질 탄소계 도전성 피막 사이에 중간층을 구비하고, 상기 중간층은 금속 원소를 포함하고, 두께가 5 내지 600㎚인 것이 바람직하다. 이 구성에 따르면, 중간층에 포함되는 금속의 결정립의 성장이 억제되므로, 중간층 상에 형성되는 비정질 탄소계 도전성 피막의 외표면의 요철을 작게 할 수 있고, 또한 프로브 핀 기재와의 밀착성을 확보할 수 있다.
또한, 상기 반도체 검사 장치용 콘택트 프로브 핀에 있어서, 상기 중간층과 상기 비정질 탄소계 도전성 피막을 합한 두께는 코팅 효과를 유지하는 동시에 비정질 탄소계 도전성 피막 표면의 요철을 작게 하는 관점으로부터, 50 내지 2000㎚인 것이 바람직하다.
또한, 상기 중간층은 금속 원소로 이루어지는 제1 중간층과, 상기 금속 원소 및 탄소를 포함하고, 탄소에 대한 금속 원소의 원자수의 비율이, 기재 표면으로부터 비정질 탄소계 도전성 피막을 향하는 두께 방향에 있어서 감소하는 경사 조성을 갖는 제2 중간층을 갖고, 상기 제2 중간층이 상기 제1 중간층과 상기 비정질 탄소계 도전성 피막 사이에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 따르면, 비정질 탄소계 도전성 피막의 프로브 핀 기재 표면으로의 밀착성을 더욱 강화할 수 있다.
본 발명에 따르면, 반도체 검사 장치용 프로브 핀의 도전성 기재 표면에 형성되는 비정질 탄소계 도전성 피막은 프로브 핀이 땜납과 접촉했을 때에, 땜납의 주성분인 주석이 프로브 핀의 접촉부에 응착하는 주석 응착성을 현저하게 저감시킬 수 있고, 이에 의해, 반도체 검사 장치용 콘택트 프로브 핀의 문제 발생을 저하시켜, 고수명화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 비정질 탄소계 도전성 피막을, 스퍼터링법에 의해, 기판 표면 상에 형성하기 위한 챔버 내의 구조를 도시하는 모식도.
[제1 실시 형태]
본 발명의 일 국면은, 프로브 핀의 도전성 기재의 표면에 비정질 탄소계 도전성 피막을 형성하여 이루어지는 반도체 검사 장치용 콘택트 프로브 핀이다. 우선, 제1 실시 형태에 있어서, 도전성 기재의 표면 상에 비정질 탄소계 도전성 피막이 직접 형성되는 실시 형태, 즉 도전성 기재 표면과 상기 비정질 탄소계 도전성 피막 사이에 후술하는 중간층을 설치하지 않는 실시 형태에 대해 설명한다.
본 실시 형태에 관한 비정질 탄소계 도전성 피막은 원자간력 현미경으로 4㎛2의 주사 범위에 있어서, 표면 거칠기(Ra)가 6.0㎚ 이하이고, 자승 평방근 경사(RΔq)가 0.28 이하이고, 표면 형태의 볼록부의 선단 곡률 반경의 평균치(R)가 180㎚ 이상인 외표면을 갖는다.
본 실시 형태에 있어서, 비정질 탄소계 도전성 피막의 상기 표면 성상 파라미터를 검출하는 외표면의 범위를, 원자간력 현미경으로 4㎛2의 주사 범위로 한 것은 이하의 이유에 의한다.
전술한 특허문헌 1에 따르면, 프로브 핀의 기재를 연마함으로써, 기재의 표면 거칠기를 최대 높이(Ry)가 10㎛ 이하로 되도록 하는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 1에서는 레이저 현미경에 의해 100㎛ × 200㎛의 범위를 139 × 277 픽셀로 측정함으로써 Ry를 구하고 있다. 따라서, 약 720㎚ 간격으로 측정하고 있는 것으로 되어, 그 이하의 요철 형상은 놓치는 것으로 되어 있다. 이에 대해, 본 실시 형태에서 사용한 원자간력 현미경(AFM)에 의한 2㎛ × 2㎛에서의 측정에서는, 데이터 점수가 X방향 : 512점, Y방향 : 256점이므로, 256점으로 계산해도 7.8㎚ 간격으로 측정하고 있는 것이 된다. 그로 인해, AFM에 따르면, 레이저 현미경으로는 검출할 수 없었던 미세한 요철에 대해서도 검출할 수 있다.
AFM에서의 스캔 영역의 크기에 대해서는, 예를 들어 10㎛ × 10㎛ 이하이면 표면 성상의 평가는 가능하지만, 2 ㎛ × 2㎛를 초과하여 영역이 커지면, 기재의 영향이나 오염의 영향을 받기 쉬워져 적절한 평가를 할 수 없게 될 우려가 있다. 또한, 2㎛ × 2㎛ 미만, 예를 들어 1㎛ × 1㎛ 이하에서는, 표면의 요철수가 충분하지 않으므로 측정 개소에 따라서 각 표면 성상 파라미터가 변동될 가능성이 높아진다. 따라서, 2㎛ × 2㎛ ＝ 4㎛2의 영역을 주사 범위로 함으로써, 비정질 탄소계 도전성 피막의 표면 성상을 적절하게 평가할 수 있다.
다음에, 비정질 탄소계 도전성 피막의 외표면에 있어서의 상기 표면 성상 파라미터에 대해 설명한다. 본 발명자들이 각종 표면 성상 파라미터와 주석 응착성의 관계에 대해 검토한 결과에 따르면, 표면 거칠기(Ra), 자승 평방근 경사(RΔq) 및 표면 형태의 볼록부의 선단 곡률 반경의 평균치(R)라고 하는 3개의 표면 성상 파라미터가, 주석 응착성에 큰 영향을 미치는 것이 명확해졌다.
본 실시 형태에 있어서의 표면 거칠기(Ra)는 JIS B0601에서 정의되는 산술 평균 거칠기를 3차원으로 구한 것으로, 기준면으로부터 지정면까지의 편차의 절대치를 평균한 값이다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 자승 평방근 경사(RΔq)는 JIS B0601에서 정의되는 자승 평균 평방근 경사를 3차원으로 구한 것으로, 거칠기의 경사를 나타내고, 매끄러울수록 RΔq는 작은 값으로 된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의, 표면 형태의 볼록부의 선단 곡률 반경의 평균치(R)는 표면 형태의 볼록부에 대해 곡률 반경을 구하여, 각각의 값을 평균한 값이다.
이들 표면 성상 파라미터는, 예를 들어 이하와 같이 하여 산출할 수 있다. 즉, 화상 데이터로서는, AFM 장치(SII사제 SPI4000)를 사용하여 2㎛ × 2㎛의 주사 범위에 있어서의 화상을, 이 장치에 부속된 표면 처리 소프트로, 평균 기울기 보정을 X방향(512픽셀), Y방향(256픽셀)의 양 방향에서 실시한 화상 데이터를 사용할 수 있다. 각 파라미터는 처리 소프트(ProAna 3D)로 처리를 행하여, 산출할 수 있다. 또한, ProAna 3D는 이하의 URL에서 입수할 수 있다 : http//www13.plala.or.jp/Uchi/ProgFrame1.html.
표면 거칠기(Ra) 및 자승 평방근 경사(RΔq)(ProAna 3D에서는 2차원 데이터이므로 각각 Sa 및 SΔq로 표기되어 있음)에 대해서는, 평균 기울기 보정을 X방향, Y방향의 양 방향에서 실시한 화상 데이터를 사용하여 처리할 수 있다. 표면 형태의 볼록부의 선단 곡률 반경의 평균치(R)에 대해서는, 평균 기울기 보정을 X방향, Y방향의 양 방향에서 실시한 화상 데이터를 사용하여, 처리 소프트(ProAna 3D)에 있어서 부하 면적률(전체에 관한 돌기부의 면적)이 20％로 되는 처리를 실시한 후에 R값을 구할 수 있다. 곡률 반경에 대해서는, 소프트에서는 볼록부를 타원으로 하여 장축과 단축이 구해지지만, 장축 방향은 몇 개의 입자가 연결된 상태에서의 곡률 반경을 구하고 있는 경우가 있으므로, 단축 방향의 곡률 반경을 선단 곡률 반경의 평균치(R)로 할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, 비정질 탄소계 도전성 피막의 외표면에 있어서의 표면 거칠기(Ra)는 6.0㎚ 이하이다. 표면 거칠기(Ra)가 6.0㎚를 초과하면, 주석의 응착량이 지나치게 많아져, 실제의 프로브에서 사용할 때에 문제가 되기 쉽다. Ra는 5.0㎚ 이하인 것이 보다 바람직하고, 2.5㎚ 이하인 것이 더욱 바람직하고, 1.0㎚ 이하인 것이 가장 바람직하다. Ra가 0에 가까울수록 주석의 응착량은 작아지므로, Ra의 하한치에 대해서는 특별히 한정되지 않는다.
본 실시 형태에 있어서, 비정질 탄소계 도전성 피막의 외표면에 있어서의 자승 평방근 경사(RΔq)는 0.28 이하이다. 자승 평방근 경사(RΔq)가 0.28을 초과하면, 주석의 응착량이 지나치게 많아지는 경향이 있으므로, 실제의 프로브에서 사용할 때에 문제가 되는 경우가 있다. RΔq는 0.20 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.15 이하인 것이 더욱 바람직하고, 0.10 이하인 것이 가장 바람직하다. RΔq가 0에 가까울수록 주석의 응착량이 작아지는 경향이 있으므로, RΔq의 하한치에 대해서는 특별히 한정되지 않는다.
본 실시 형태에 있어서, 비정질 탄소계 도전성 피막의 외표면에 있어서의, 표면 형태의 볼록부의 선단 곡률 반경의 평균치(R)는 180㎚ 이상이다. 표면 형태의 볼록부의 선단 곡률 반경의 평균치(R)가 180㎚ 미만으로 되면, 주석의 응착량이 지나치게 많아져, 실제의 프로브에서 사용할 때에 문제가 되기 쉽다. R은 250㎚ 이상인 것이 보다 바람직하고, 350㎚ 이상인 것이 더욱 바람직하고, 400㎚ 이상인 것이 가장 바람직하다. R이 무한대에 가까울수록 주석의 응착량은 작아지므로, R의 상한치에 대해서는 특별히 한정되지 않는다.
본 실시 형태에 관한 상기 비정질 탄소계 도전성 피막은, Ti, V, Nb, Zr, Mo, W, Ta, Hf, Cr, Mn, Fe, Co 및 Ni로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 0.5 내지 50원자％ 함유하는 것이 바람직하다. 이들 금속을 함유시킴으로써, 본래 전기 전도 특성이 작은 비정질 탄소 피막에 전도성을 부여할 수 있다. 특히, 적어도 1종의 금속으로서, 주석 응착성을 억제하는 효과를 갖는 W를 함유시키는 것이 바람직하다. 상기 금속의 함유 비율이 50원자％를 초과하면, 금속의 산화물이 발생하기 쉬워져, 반도체 검사의 신뢰성이 저하되기 쉬워진다. 또한, 0.5원자％ 미만에서는, 금속 첨가에 의한 전도성 부여 효과가 불충분해지기 쉽다. 비정질 탄소계 도전성 피막 중에 있어서의 상기 금속의 함유 비율은 5 내지 40원자％인 것이 보다 바람직하고, 10 내지 30원자％인 것이 더욱 바람직하다.
본 실시 형태에 관한 비정질 탄소계 도전성 피막의 두께는 후술하는 중간층을 설치하지 않은 경우에는, 50 내지 2000㎚인 것이 바람직하다. 피막의 두께가 2000㎚를 초과하면, 외표면의 요철이 커지기 쉽고, 그로 인해 상기 3개의 표면 성상 파라미터가 소정의 수치 범위를 만족시키지 않게 되는 경우가 많아진다. 한편, 50㎚ 미만으로 되면, 피막이 마모되어 기재가 노출되기 쉬워진다. 피막의 두께는 얇을수록 표면이 평활해지는 동시에, 내부 응력이 작아져 피막이 박리되기 어려워지므로, 1000㎚ 이하인 것이 보다 바람직하고, 700㎚ 이하인 것이 더욱 바람직하고, 400㎚ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
본 실시 형태에 있어서, 상기 3개의 표면 성상 파라미터가 소정의 수치 범위를 만족시키는 외표면을 갖는 비정질 탄소계 도전성 피막을 반도체 검사 장치용 프로브 핀의 기재 표면 상에 형성하기 위한 방법으로서는, 스퍼터링법을 사용하는 것이 바람직하다. 스퍼터링법에서는, 예를 들어 하나의 카본 타깃과, 비정질 탄소 피막에 함유시키는 상기 각 금속의 개개의 타깃을 동시에 사용하거나, 또는 카본과 이들 금속의 복합 타깃을 사용할 수 있다. 스퍼터링법에 따르면, 전기 저항이 낮고 또한 양질인 비정질 탄소계 도전성 피막을 형성할 수 있고, 또한 비정질 탄소계 도전성 피막 중에, 상기한 금속을, 임의의 함유 비율로 용이하게 도입할 수 있다. 또한, 스퍼터링법은, 아크 이온 플레이팅(AIP)법에서 보이는 드롭렛과 같은 성막면의 평활성을 손상시키는 원인이 발생하기 어려운 점에서도, 바람직한 성막 방법이다.
비정질 탄소계 도전성 피막의 표면 성상을 평활하게 하는 관점으로부터는, 마그네트론 스퍼터링법, 특히 언밸런스 마그네트론 스퍼터링법을 사용하는 것이, 보다 바람직하다. 이 방법에 따르면, 플라즈마 공간을 기판 부근까지 넓힐 수 있으므로, Ar 등의 불활성 가스 이온량을 늘리는 동시에, 기판으로 불활성 가스 이온을 조사하는 것도 가능해진다. 불활성 가스 이온의 조사에 의해 불활성 가스 이온의 운동 에너지는 기판에 도달한 스패터 입자의 열 에너지 향상에 기여한다. 스패터 입자의 열 에너지가 향상됨으로써, 기판 상에서의 입자의 이동이 용이해져, 막이 치밀화되어 평활한 막이 얻어진다. 이들의 효과를 더욱 증대시키기 위해, 기판으로 바이어스를 인가함으로써 Ar 가스 이온의 에너지를 제어할 수 있어, 표면 평활성을 더욱 높일 수 있다.
[제2 실시 형태]
다음에, 반도체 검사 장치용 프로브 핀의 도전성 기재 표면과 상술한 비정질 탄소계 도전성 피막 사이에, 중간층이 형성되는 실시 형태에 대해 설명한다.
본 실시 형태에 관한 중간층은 비정질 탄소계 도전성 피막의 도전성 기재 표면으로의 밀착성을 강화시키는 역할을 갖는다. 이로 인해, 프로브 핀 표면으로의 밀착성을 확보하는 관점으로부터, 프로브 핀의 기재 표면과 비정질 탄소계 도전성 피막 사이에 중간층을 형성하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 관한 중간층은 Cr, W, Ti 및 Ni로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 원소를 포함하는 것이 바람직하다. 이들 금속 중에서는 Cr 또는 W가 바람직하다.
본 실시 형태에 있어서, 중간층의 두께는 5 내지 600㎚인 것이 바람직하다. 600㎚ 이하로 함으로써, 중간층에 포함되는 상기 금속의 결정립의 성장이 억제되므로, 중간층 상에 형성되는 비정질 탄소계 도전성 피막의 외표면의 요철을 작게 할 수 있다. 중간층의 두께는 결정립의 성장을 억제하는 관점으로부터, 500㎚ 이하인 것이 보다 바람직하고, 더욱 바람직하게는 300㎚ 이하이다. 또한, 프로브 핀 기재와의 밀착성을 확보하는 관점으로부터는, 중간층의 두께는 5㎚ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 중간층과 비정질 탄소계 도전성 피막을 합한 두께는 50 내지 2000㎚인 것이 바람직하다. 2000㎚를 초과하면, 막 두께의 증대에 기인한 비정질 탄소계 도전성 피막 표면의 요철이 커져, 상기 표면 성상 파라미터를 소정의 범위로 컨트롤하는 것이 곤란해진다. 상기 막 두께는 얇게 할수록 비정질 탄소계 도전성 피막 표면이 평활해지므로, 보다 바람직하게는 1500㎚ 이하이고, 더욱 바람직하게는 1000㎚ 이하이다. 또한, 막 두께가 지나치게 얇은 경우에는, 피막이 마모되어 프로브 핀 기재가 노출되기 쉬워져 코팅의 효과가 약해지므로, 상기 막 두께는 50㎚ 이상인 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 있어서, 중간층은 프로브 핀의 도전성 기재 상에 형성되는 제1 중간층과, 제1 중간층과 비정질 탄소계 도전성 피막 사이에 형성되는 제2 중간층을 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 중간층은 제2 중간층에 의해 대체되어도 좋다.
제1 중간층은 상기 금속 원소, 즉 Cr, W, Ti 및 Ni로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 원소만으로 이루어지는 것이 바람직하다. 특히, Cr 또는 W만으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 제2 중간층은 상기 금속 원소 및 탄소를 포함하고, 탄소에 대한 금속 원소의 원자수의 비율이, 기재 표면으로부터 비정질 탄소계 도전성 피막을 향하는 두께 방향에 있어서 감소하는 경사 조성을 갖는 것이 바람직하다. 제2 중간층에서는 비정질 탄소계 도전성 피막으로부터 기재 표면을 향하는 두께 방향에 있어서 탄소에 대한 금속 원소의 조성이 연속적으로 증가하므로, 비정질 탄소계 도전성 피막의 기재 표면으로의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 제2 중간층이 없는 경우, 즉 제1 중간층만으로 중간층이 구성되는 경우에는, 금속 원소만으로 이루어지는 제1 중간층과 비정질 탄소계 도전성 피막의 계면에서 상기 조성이 크게 변화되므로, 힘이 가해졌을 때에, 비정질 탄소계 도전성 피막이 계면으로부터 박리되는 경우가 있다.
본 실시 형태에 있어서, 상기 중간층, 즉 바람직하게는 두께가 5 내지 600㎚인 중간층을 프로브 핀의 도전성 기재 상에 형성하기 위한 방법으로서는, 비정질 탄소계 도전성 피막의 경우와 동일한 이유로, 스퍼터링법, 특히 언밸런스 마그네트론 스퍼터링법을 사용하는 것이 바람직하다. 그 경우에는 먼저 도전성 기재 상에 중간층을 형성하고, 그 후에 중간층 상에 상기 제1 실시 형태에서 설명한 비정질 탄소계 도전성 피막을 형성할 수 있다.
또한, 제1 중간층을 프로브 핀의 도전성 기재 상에 형성하기 위한 방법, 혹은 제2 중간층을 제1 중간층 상에 또는 직접 도전성 기재 상에 형성하기 위한 방법으로서도, 스퍼터링법을 사용하는 것이 바람직하다.
제1 중간층은 상기 금속의 타깃을 사용함으로써, 용이하게 그 금속으로 이루어지는 제1 중간층을 성막할 수 있다. 또한, 상기한 경사 조성을 갖는 제2 중간층을 형성하는 경우에는 스퍼터링법으로 복수의 타깃을 준비해 두고, 각각의 타깃으로의 투입 전력을 조정함으로써, 연속적으로 변화된 경사 조성을 갖는 제2 중간층을 용이하게 성막할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태가 상세하게 설명되었지만, 상기한 설명은 모든 국면에 있어서 예시이며, 본 발명은 그들로 한정되는 것은 아니다. 예시되어 있지 않은 무수한 변형예가, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 상정될 수 있는 것으로 이해된다.
(실시예)
이하에, 본 발명에 관한 실시예가 개시되지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
(비정질 탄소계 도전성 피막의 형성)
고베세이꼬우쇼(神戶製鋼所)사제 언밸런스 마그네트론 스퍼터 장치(UBM202)를 사용하여 성막을 행하였다. 도 1에, 비정질 탄소계 도전성 피막을 기판 상에 형성하는 진공 챔버(1)의 내부의 구조를 도시하였다. 제1 중간층의 성막에는 금속 타깃(2)으로서, Cr 혹은 W 타깃을 사용하였다. 비정질 탄소계 도전성 피막의 성막에는 타깃으로서, 탄소 타깃 상에 직경이 1㎜인 텅스텐 와이어를 배치한 복합 타깃(3)을 사용하였다. 기판은 기판 스테이지(4) 상에 배치한 기판 홀더(5)에, 타깃과 평행해지도록 설치하여, 테이블을 회전시켜 성막을 실시하였다. 기재로서는, 글래스 기판(6)을 사용하였다. 기재를 장치 내에 도입 후, 1 × 10-3㎩ 이하로 배기한 후에, 성막을 실시하였다. 프로세스 가스는 Ar 가스를 사용하고, 성막 시의 가스압은 0.6㎩로 일정한 것으로 하였다.
처음에 Cr 혹은 W 타깃으로 0.2㎾의 투입 전력을 인가하고, 그 후 일정 시간을 가하여 Cr(또는 W) 타깃으로의 투입 전력을 0.2㎾로부터 0㎾로, 복합 타깃으로의 투입 전력을 0.02㎾로부터 2.0㎾로 함으로써, Cr(또는 W)으로 이루어지는 제1 중간층과, Cr(또는 W)-WC의 경사 조성을 갖는 제2 중간층을 형성하였다. 중간층을 형성한 후, 복합 타깃으로의 투입 전력을 2.0㎾로 함으로써, W를 포함하는 비정질 탄소계 도전성 피막[다이아몬드 라이크 카본(DLC)](이하, W-DLC라고도 함)을 성막하였다.
각 층의 두께는 성막 시간을 변화시킴으로써 목표의 막 두께로 하였다. 미리 각 층의 성막 속도를 조사하여, 각 층 두께가 되는 성막 시간을 산출한 후에 성막을 행하였다. 단층 막의 막 두께는 촉침식 표면 거칠기계(DEKTAK6M)로 측정하여, 적층된 것에 대해서는 전체의 막 두께를 촉침식 표면 거칠기계로 측정한 후에, 각 층 두께를 성막 속도, 성막 시간을 고려하여 산출하였다. 일부 시료에 대해서는 단면의 TEM 관찰을 행하여, 각 층의 두께가 계산치와 차이가 없는 것을 확인하였다.
표 1에는 비정질 탄소계 도전성 피막만을 성막한 시료(번호 8 및 번호 9), 제1 중간층을 갖는 시료(번호 7) 및 제1 중간층과 제2 중간층을 갖는 시료(Cr을 제1 중간층으로 하는 번호 1 내지 번호 6 및 W를 제1 중간층으로 하는 번호 10 내지 번호 14)에 대해, 각 시료의 피막 구성, 중간층의 두께 및 전체의 막 두께를 나타냈다.
(표면 성상 파라미터의 측정)
표면 성상 파라미터는 AFM 장치(SII사제 SPI4000)를 사용하여 측정하였다. 탐침에는 부속의 SN-AF01 탐침의 길이가 100㎛인 것을 사용하였다. 측정은 대기 중에서 실시하고, 주사 범위는 10㎛ × 10㎛에서 오염 등이 없는 부위를 확인한 후, 2㎛ × 2㎛에서의 측정을 실시하였다. 표면 성상의 각종 파라미터의 산출에는 2㎛ × 2㎛의 화상을 장치(SPI4000)에 부속된 표면 처리 소프트로, 평균 기울기 보정을 X방향, Y방향의 양 방향에서 실시한 화상 데이터를 사용하였다. 각종 파라미터에 대해서는 처리 소프트(ProAna 3D)로 처리를 행하였다.
Ra, RΔq(ProAna 3D에서는 2차원 데이터이므로 각각 Sa, SΔq로 표기되어 있음)에 대해서는, 평균 기울기 보정을 X방향(512픽셀), Y방향(256픽셀)의 양 방향에서 실시한 화상 데이터를 사용하여 처리를 실시하였다. 표면 형태의 볼록부의 선단 곡률 반경의 평균치(R)에 대해서는, 평균 기울기 보정을 X방향, Y방향의 양 방향에서 실시한 화상 데이터를 사용하여, 처리 소프트(ProAna 3D)에 있어서 부하 면적률(전체에 대한 돌기부의 면적)이 20％로 되는 처리를 실시한 후에 R값을 구하였다. 곡률 반경에 대해서는 소프트에서는 볼록부를 타원으로 하여 장축과 단축이 구해지지만, 장축 방향은 몇 개의 입자가 연결된 상태에서의 곡률 반경을 구하고 있는 경우가 있으므로, 단축 방향의 곡률 반경을 선단 곡률 반경의 평균치(R)로 하였다.
표 1에는 상기 각 시료에 있어서의 비정질 탄소계 도전성 피막의 표면 성상에 대해, AFM에 의해 측정된 표면 거칠기(Ra), 자승 평방근 경사(RΔq), 표면 형태의 볼록부의 선단 곡률 반경의 평균치(R)를 나타냈다.
(주석 응착성의 평가)
주석 응착성의 평가에는 주석 볼을 사용한 미끄럼 이동 시험을 실시하였다. 미끄럼 이동 시험은 볼 온 디스크 시험 장치(CSM사제 : Tribometer)에 의해 회전 미끄럼 이동 시험을 실시하였다. 회전 반경은 1.5㎜이고, 회전 속도는 0.2㎝/s, 하중은 0.2N으로 하고, 볼에는 SUJ2(직경 9.5㎜) 상에 10㎛의 주석 도금한 것을 사용하였다. 미끄럼 이동 거리는 0.5m 일정으로 하여, 미끄럼 이동 시험 후의 주석 부착량에 의해 평가를 행하였다.
주석 부착량의 평가에는 미끄럼 이동 원주 상의 3점을 표면 거칠기계로 측정하여, 각 개소의 부착 단면적을 구하여 3점의 평균치를 표 1 중에 나타냈다. 값이 0인 것은 주석의 부착이 발생되어 있지 않은 것이다. 주석의 응착량에 대해서는, 20㎛2보다 적은 경우에는 일부에 주석이 부착되어 있을 뿐이고 전체적으로는 응착이 발생되어 있지 않지만, 20㎛2 보다 많은 경우에는, 전체에 주석이 부착되어 있으므로 응착성이 나쁘다는 평가를 행하였다.
(결과)
결과를 표 1에 나타냈다.
Figure 112010059490417-pat00001
제1 중간층이 Cr이거나, W임에도 불구하고, 전체의 막 두께가 2000㎚를 초과하고, 또한 중간층의 두께가 600㎚를 초과하는 경우(시료 번호 1 및 시료 번호 10)에는, Ra가 6.0㎚를 초과하고, RΔq가 0.28을 초과하고, R이 180㎚ 미만으로 되고, 이것에 상관하여 Sn의 응착량도 20㎛2보다 많아진다. 이는, 중간층에 포함되는 금속의 결정립의 성장에 의해 중간층의 표면이 거칠어져, 결과적으로 그 위에 형성된 아몰퍼스 WC층(W-DLC막)의 표면의 요철이 커진 것이라고 생각된다. 또한, 중간층의 두께가 600㎚ 이하인 경우라도, 전체의 막 두께가 2000㎚를 초과하는 경우(시료 번호 2 및 시료 번호 11)에는 W-DLC막의 표면이 거칠어지므로, Ra가 6.0㎚를 초과하고, RΔq가 0.28을 초과하고, R이 180㎚ 미만으로 되고, Sn의 응착량도 20㎛2보다 많아진다. 또한, 전체의 막 두께가 2000㎚ 이하라도, 중간층의 두께가 600㎚보다도 두꺼운 경우(시료 번호 3 및 시료 번호 12)에서도, 중간층에 포함되는 금속의 결정립 성장이 촉진됨으로써 중간층의 표면 형태는 거칠어지므로, 그 위에 형성된 W-DLC막의 표면도 거칠어져, Ra가 6.0㎚를 초과하고, RΔq가 0.28을 초과하고, R이 180㎚ 미만으로 되고, Sn의 응착량도 20㎛2보다 많아진다.
이에 대해, 전체의 막 두께가 2000㎚ 이하이고, 또한 중간층의 두께가 600㎚ 이하인 것(시료 번호 4)에서는 Ra가 6.0㎚ 이하, RΔq가 0.28 이하, R이 180㎚ 이상으로 되고, Sn의 응착량은 20㎛2보다 적어진다. 또한, 전체 막 두께가 1500㎚ 이하이고, 또한 중간층의 두께가 500㎚ 이하인 것(시료 번호 5 및 시료 번호 13)에서는, Ra가 5.0㎚ 이하, RΔq가 0.20 이하, R이 250㎚ 이상으로 되고, Sn의 응착량은 1자리로 되어, Sn 응착성이 보다 우수한 피막이 얻어진다. 또한, 전체 막 두께가 1000㎚ 이하이고, 또한 중간층의 두께가 300㎚ 이하인 것(시료 번호 6 및 시료 번호 14)에서는 Ra가 2.5㎚ 이하, RΔq가 0.15 이하, R이 350㎚ 이상으로 되고, Sn의 응착량은 0으로 되어, Sn 응착성이 특히 우수한 피막이 얻어진다.
또한, 제1 중간층만을 갖는 것(시료 번호 7) 및 W-DLC막만을 성막한 것(시료 번호 8 및 시료 번호 9)에서도, Sn의 응착량은 0으로 되어, Sn 응착성이 특히 우수한 피막이 얻어진다.
또한, 비정질 탄소계 도전성 피막의 두께(전체의 막 두께로부터 중간층의 두께를 빼서 산출)가 50 내지 1000㎚ 이하인 것(시료 번호 5 내지 시료 번호 9, 시료 번호 13 및 시료 번호 14)에서는, Sn의 응착량은 1자리로 되어, Sn 응착성이 우수한 피막이 얻어지는 것을 알 수 있다.
1 : 진공 챔버
2 : 금속 타깃
3 : 텅스텐 와이어/카본 복합 타깃
4 : 기판 스테이지
5 : 기판 홀더
6 : 글래스 기판

Claims (4)

  1. 도전성 기재 표면에 비정질 탄소계 도전성 피막을 형성하여 이루어지는 반도체 검사 장치용 콘택트 프로브 핀이며, 상기 비정질 탄소계 도전성 피막은 원자간력 현미경으로 4㎛2의 주사 범위에 있어서, 표면 거칠기(Ra)가 0 초과 6.0㎚ 이하이고, 자승 평방근 경사(RΔq)가 0 초과 0.28 이하이고, 표면 형태의 볼록부의 선단 곡률 반경의 평균치(R)가 180㎚ 이상인 외표면을 갖는 것을 특징으로 하는, 반도체 검사 장치용 콘택트 프로브 핀.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도전성 기재 표면과 비정질 탄소계 도전성 피막 사이에 중간층을 구비하고, 상기 중간층은 금속 원소를 포함하고, 두께가 5 내지 600㎚인, 반도체 검사 장치용 콘택트 프로브 핀.
  3. 제2항에 있어서, 상기 중간층과 상기 비정질 탄소계 도전성 피막을 합한 두께가 50 내지 2000㎚인, 반도체 검사 장치용 콘택트 프로브 핀.
  4. 제2항에 있어서, 상기 중간층은,
    금속 원소로 이루어지는 제1 중간층과,
    상기 금속 원소 및 탄소를 포함하고, 탄소에 대한 금속 원소의 원자수의 비율이, 기재 표면으로부터 비정질 탄소계 도전성 피막을 향하는 두께 방향에 있어서 감소하는 경사 조성을 갖는 제2 중간층을 갖고,
    상기 제2 중간층이 상기 제1 중간층과 상기 비정질 탄소계 도전성 피막 사이에 형성되어 있는, 반도체 검사 장치용 콘택트 프로브 핀.
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