TW201140071A - Method for producing tungsten-containing diamond-like carbon film on base of contact probe pin for semiconductor inspection device - Google Patents

Description

201140071 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於在半導體檢査裝置用接觸探針栓銷之基 材上製造含鎢類鑽碳覆膜之方法。尤其關於用以在基材上 形成防止探針栓銷與焊劑接觸時焊劑之主成分的錫凝結在 探針栓銷之接觸部的耐錫凝結性佳，且導電性也佳之含鎢 類鑽碳覆膜之方法。 【先前技術】 半導體檢查裝置用接觸探針栓銷在半導體檢查時，因 與探針栓銷之對方側材料的焊劑重複接觸，此時，有焊劑 之主成分的錫凝結於探針栓銷之接觸部的情形。當凝結之 錫被氧化時，則有產生增大電阻，於檢查時造成不順利之 情形。因此，錫之凝結成爲使探針栓銷之耐久性下降之原 因。 爲了抑制錫凝結於探針栓銷表面，並且使導電性良好 ’提案有在探針栓銷基材之表面上形成含鎢類鑽碳（DLC )覆膜。 例如，在專利文獻1中，對由鎢或銶鎢所構成之探針 ’於前端側接觸部之至少前端部形成有含鎢等之金屬的 DLC膜。揭示著含金屬之DLC膜係藉由使用碳靶材和金屬 靶材而執行濺鍍，被形成探針單元之表面。再者’在專利 文獻2中，提案有在半導體元件等之檢查裝置用之連接裝 置中’於接觸端子之至少前端附近之表面’形成含鎢等之 -5- 201140071 金屬元素的碳覆膜。其主旨係揭示含金屬元素之碳覆膜係 藉由使用碳靶材和金屬靶材之濺鍍法而形成爲佳。 [先行技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本特開200 1 -2 898 74號公報 [專利文獻2]日本特開2002-318247號公報 【發明內容】 就以在基材上形成DLC膜之方法，除如上述般使用固 體碳源當作靶材的濺鍍法之外，其他所知的也有在電漿中 使碳氫化合物氣體分解之化學氣相蒸鍍（CVD )法。另外 ，就以使DLC膜含有鎢等之金屬的方法而言，不僅如專利 文獻1或專利文獻2提案般並用碳靶材和金屬靶材而執行濺 鍍之成膜方法，亦可以考慮邊利用分解碳氫化合物氣體之 CVD法邊使用金屬靶材而執行濺鍍的成膜方法。 但是，若藉由本發明者之硏究，在後者之方法中， CVD法爲了分解氣體，藉由CVD法之DLC之成膜速度係大 於藉由濺鍍法之金屬的成膜速度，由於產生成膜速度差， 故難以調整DLC膜中之金屬組成。 再者，若藉由本發明者之硏究，可知於在含碳氫化合 物氣體的氣體中執行濺鍍法而形成含鎢DLC膜之時，依照 所使用之金屬靶材爲鎢把材或是鎢合金靶材，所取得之 DLC膜之表面性質有所不同，此也影響到耐氣體凝結性。 201140071 本發明係鑑於如此之課題而所硏究出，其目的爲提供 一種方法，該方法係在半導體檢查裝置用接觸探針栓銷之 基材上形成含鎢DLC覆膜的方法，形成容易調整DLC覆膜 中之鎢組成，防止於探針栓銷與焊劑接觸時焊劑之主成分 的錫凝結於探針栓銷之接觸部之耐錫凝結性佳，並且導電 性也佳之含鎢的DLC覆膜。 本發明之一觀點係提供一種製造方法，其係在半導體 檢查裝置用接觸探針栓銷之基材上製造含鎢DLC膜之方法 ，其特徵爲：上述含鎢DLC覆膜係使用鎢碳化物靶材，而 在碳氫化合物氣體和氬氣之混合氣體中進行濺鍍，依此被 形成在基材上。 再者，本發明之另一觀點係一種半導體檢查裝置用接 觸探針栓銷，其係具備使用上述方法所取得之含鎢DLC覆 膜。 本發明之目的、特徵、觀點及優點藉由以下詳細說明 ，更加明確。 【實施方式】 本發明之一觀點係一種在半導體檢查裝置用接觸探針 栓銷之基材上製造含鎢DLC膜之方法，上述含鎢DLC覆膜 係使用鎢碳化物靶材，而在碳氫化合物氣體和氬氣之混合 氣體中進行濺鍍，依此被形成在接觸探針栓銷之基材上。 以下，針對在基材上形成該含鎢DLC覆膜之方法，說 明其實施型態。 201140071 [靶材] 本實施型態所涉及之用於濺鍍法之靶材爲鎢碳化物（ WC)靶材。即是，藉由使用WC靶材而執行濺鍍，將鎢（ W)導入至DLC覆膜中。 本發明者等係在進行於含碳氫化合物氣體之氣體中執 行濺鍍法而在基材上形成含鎢DLC膜之試驗的過程中，針 對作爲用以將鎢導入至DLC膜中之靶材，於使用鎢（W) 靶材之時和使用鎢碳化物（WC )之時，進行比較所取得 之DLC膜之表面性質的硏究。其結果，找出於使用WC靶 材之時，比起使用W靶材之時，含鎢DLC膜係取得具有更 平滑表面之表面性質。本發明者更也找出在表面平滑之含 鎢DLC膜，比起表面粗糖之含鎢DLC膜，顯著改善含鎢 DLC膜的耐錫凝結性。 於使用WC靶材之時，比起使用W靶材之時，針對取 得持有更平滑表面之含鎢DLC膜的理由，本發明者認爲如 下述般。在使用WC靶材之成膜中，因與金屬W結合之碳 (C)元素到達至基板，故容易形成平滑之非晶質狀之表 面。對此，在使用W靶材之成膜中，雖然表面成爲非晶質 狀，但是於形成覆膜時，因以W粒子爲基點而容易形成叢 集狀之構造，故容易形成因叢集所引起之微細凹凸。其結 果，可想使用W靶材之時的覆膜表面之粗度’較使用WC 靶材之時增大。 作爲WC靶材，係可以使用一般超硬合金。例如，可 201140071 以使用規定於JIS Η 5501-1996之各種超硬合金。尤其， JIS Η 55〇1-1996之G種及D種實質上不含Ti，適合形成非 晶質之含鎢DLC膜，並且因取得表面粗度小之含鎢DLC膜 ，故爲理想。並且，上述JIS Η 5501-1996所規定之各種超 硬合金，含有2原子％以下之W ' Co、C以外的其他元素。 [製程氣體] 在本實施型態所涉及之濺鍍法中，作爲製程氣體，係 使用碳氫化合物氣體和氬氣之混合氣體。即是，將碳氫化 合物氣體和氬氣之混合氣體導入至真空腔室內，而以特定 條件進行反應性濺鍍，依此形成DLC覆膜。 作爲碳氫化合物氣體，係使用甲烷（CH4)氣體及/或 乙炔（C2H2 )氣體爲佳。在藉由反應性濺鍍所形成之含鎢 DLC覆膜中，因W從上述WC靶材被導入至DLC覆膜中，一 方DLC覆膜中之碳不僅從WC靶材也從碳氫化合物氣體中 之C被導入，故藉由使用CH4氣體及/或C2H2氣體作爲碳氫 氣體，可以更容易調整含鎢DLC覆膜中之W對C的組成比 〇 相對於氬氣之碳氫化合物氣體的濃度係1〜20體積％ 爲佳’更佳爲2〜1 0體積％。使碳氫化合物之混合比對氬 氣之混合比變化，調整DLC覆膜中之C含有量，依此可以 控制DLC覆膜中之W含有量。當碳氫化合物氣體對氬氣低 於1體積％，DLC之成膜速度比起W導入至DLC的導入速度 相對性容易變小，當超過20體準％時，DLC之成膜速度比 201140071 起W導入至DLC的導入速度相對性容易變大，容易產生成 膜速度差》 [濺鍍] 在本實施型態中，含鎢DLC覆膜係使用WC靶材，在 碳氫化合物氣體和氬氣之混合氣體中進行反應性濺鍍，依 此被形成在接觸探針栓銷之基材上。 作爲濺鍍，從使含鎢DLC覆膜之表面形狀成爲平滑之 觀點來看，以磁控濺鍍爲佳，以非平衡磁控濺鍍爲更佳。 若藉由該方法，因使電漿空間擴展至基板附近，故增加Ar 離子量，並且也可對基板照射Ar離子。藉由照射Ar離子， Ar離子之運動能有助於提升到達至基板之濺鍍粒子之熱能 。藉由濺鍍粒子之熱能提升，基板上之粒子變爲容易移動 ，可取得膜緻密化且平滑的膜。爲了更增大該些效果，藉 由對基板施加偏壓，可以控制Ar離子之能，並可以更提高 表面平滑性。 [含鎢DLC覆膜] 藉由本實施型態之方法，形成在接觸探針栓銷之基材 上的含鎢DLC覆膜，係藉由其表面性質爲平滑，可以防止 焊劑中之錫凝結於探針栓銷之接觸部。 作爲本實施型態之含鎢DLC覆膜，係形成具有在使用 原子間顯微鏡（AFM)進行的4μιη2之掃描範圍中其外表面 之表面粗度（Ra)爲0.2nm以下之表面性質的含鎢DLC覆 -10- 201140071 膜爲佳。表面粗度（Ra )若爲該範圍，則如後述實施例所 示般，可以幾乎完全防止焊劑中之錫凝結於探針检0肖之接 觸部。 並且，上述表面粗度（Ra)係以三次元求出jis B 060 1所定義之算術平均粗度，例如可以如下述般算出。 即是，作爲畫像資料，可以使用AFM裝置（sil公司製造 SP14000)而將2μπιχ2μηι之掃描範圍下的畫像，在附屬於 該裝置之表面處理軟體，使用在X方向、Υ方向之兩方向 施予平均傾斜補正之畫像資料，利用表面處理軟體（Pro Ana 3D)進行處理，而予以算出。 含鎢DLC覆膜中之W含有比率係以1〇〜50原子％爲佳 ，以2 0〜40原子％爲更佳。W可以一面將凝結性抑制成低 程度，一面提升電傳導性小之DLC覆膜之電導性。當W之 含有比率超過5 0原子％時，因產生錫之凝結並且錫成分氧 化，導致增大電阻，故半導體檢查之信賴性容易降低。再 者，低於1 〇原子％時，依據W所賦予電導性效果則容易降 低。 含鎢DLC覆膜之厚度係以50〜lOOOnm爲佳。當覆膜之 厚度超過10〇〇nm時，外表面之凹凸容易變大，當低於 5 Onm時，覆膜容易磨損而露出基材。覆膜之厚度由於越 薄表面越平滑，並且內部應力變小而覆膜難以剝離，故以 500nm以下更佳，300nm以下又更佳。 並且，含鎢DLC覆膜即使與接觸探針栓銷之基材之間 存在中間層，而被形成在基材上亦可。中間層具有強化含 -11 - 201140071 鎢DLC覆膜密接於基材表面的密接性的作用。中間層包含 W及C，即使具有在從基板表面朝向含鎢DLC覆膜之厚度 方向中，以對C之原子數之比例減少的傾斜組成亦可。再 者，中間層即使爲由Cr、Ti、W、A1等之純金屬所構成之 層亦可，即使組合由純金屬所構成之層和具有傾斜組成之 層亦可。中間層之厚度係以5〜400nm爲佳，以5〜200nm 爲更佳。藉由設爲400nm以下，因可以抑制中間層所含之 W的結晶粒生長，故可以縮小形成在中間層上之含鎢DLC 覆膜之外表面的凹凸。作爲用以在探針栓銷之基材上形成 中間層的方法，係以使用濺鍍法，尤其非平衡磁控濺鍍法 爲佳。此時，可以先在導電性基材上形成中間層，之後在 中間層上形成含鎢DLC覆膜。 再者，基材之材質並不特別限定，亦可以使用各種之 金屬或合金基材。即使對基材表面施予電鍍亦可。作爲電 鍍，可以使用含有從由例如鉻、鈷、鎳、铑、鈀、金等所 構成之群中所選擇之一種純金屬或兩種以上之合金者。 以上，雖然詳細說明本發明之實施型態，但是上述說 明在所有觀點中僅爲例示，本發明並不限定於該些例示。 無例示的無數變形例解釋成在不脫離本發明之範圍下可想 到的技術。 [實施例] 以下，雖然表示本發明有關之實施例，但是本發明並 不限定於該些實施例。 -12- 201140071 [含鎢DLC覆膜之形成] 使用神戶製鋼所（股）製造之非平衡磁控濺鍍裝置（ UB M2 02 )而進行成膜。作爲耙材，係使用w靶材（純度 :99.9%)，或是WC靶材（超硬合金靶材，相當於JIS Η 5501-1996之G種2號，使用Co當作黏著劑）（參照表1) 。基板係以成爲與靶材平行之方式，設置在配置於基板工 作台上之基板支持具，使工作台旋轉而實施成膜。作爲 基材，使用玻璃基板。於將基材導入至裝置內之後，排氣 至lxl(T3Pa以下之後，實施成膜。 作爲製程氣體，係使用氬氣和碳氫化合物氣體之混合 氣體，作爲碳氫化合物氣體係使用CH4氣體或C2H2氣體。 將氬氣和碳氫氣體之混合氣體導入至腔室內，實施成膜。 表1係表示所使用之相對於氬氣的碳氫氣體之濃度的體積 %。成膜時之氣壓在0.6Pa且爲一定，成膜時之基板施加 偏壓在-100 V且爲一定。使成膜時之混合氣體比變化，而 調整DLC覆膜中之C含有量，依此可以控制DLC覆膜中之W 含有量。 將輸入至W靶材或WC靶材之輸入電力設爲2.OkW。膜 厚係以在200nm左右成爲一定之方式’執fT成膜時間之調 整。膜厚係以觸針式表面粗度計（DEKTAK6M)來測定。 (DLC覆膜中之W含有量之分析）

針對所取得之DLC覆膜中之W含有量，藉由SEM-EDX 5 -13- 201140071 進行分析。 針對使用WC標靶而所取得之含鎢DLC覆膜，雖然也 檢測出些許黏著成分之Co，但以W和C之二元素成爲100原 子％之方式，算出w含有量。 (比電阻之測定） 針對所取得之含鎢DLC覆膜中之比電阻之測定，係藉 由4探針測定而進行》 (錫凝結性之評估） 錫凝結性之評估係實施使用錫電鍍球之滑動試驗。滑 動試驗係藉由球對盤（Ball-On-Disk)試驗裝置（CSM公 司製造：Tribometer )，實施旋轉滑動試驗。將旋轉半徑 設爲1.5mm，旋轉速度設爲0.2cm/s，荷重設爲0.2N，球係 使用在311】2(直徑9.5111)上電鍍1(^111之錫。滑動距離係 設爲0.5m且一定，藉由滑動試驗後之錫附著量進行評估。 錫附著量之評估係以表面粗度計測量滑動圓周上之4 點，求出各處之附著剖面面積，將4點之平均値表示在表1 中。値爲零係不產生錫的附著者。 (表面性質之評估） 因評估表面性質，故使用AFM裝置（SII公司製造 SPI4000 )，測量表面粗度。探針使用附屬之SN-AF01探 針之長度爲1〇〇 μηι者。測定係在大氣中實施，掃描範圍係 -14- 201140071 在ΙΟμιηχΙΟμιη中，確認無污染之部位之後’實施2μηιχ2μπι 之測定。作爲表面粗度之參數，使用算數平均（Ra )， Ra之算出係將以附屬於裝置（SPI4000 )之表面處理軟體 ，使用在X方向、Y方向之兩方向施予平均傾斜補正之畫 像資料，利用表面處理軟體（Pro Ana 3D )進行處理，而 算出2μιη><2μπι之畫像的値，表示在表1。 (結果） 將結果表不在表1。 [表1] 試樣 號碼 靶材 碳化氫化合 物氣體濃度 覆膜中 之W量 (at% ) 覆膜之 比電阻 (Ω · cm) 錫附 著量 (μηι2) 覆膜之表 面粗度Ra (nm) ch4 (vol%) c2h2 (vol%) 1 W 18 _ 29.4 6.9x1ο·4 0.9 0.350 2 W 20 . 25.3 8.9x1 O'4 0.5 0.300 3 W - 3 28.2 2.7x10-4 1.2 0.445 4 W • 4 21.7 4.7x1ο·4 0.5 0.303 5 WC 5 _ 39.8 2.1Χ10·4 0 0.170 6 WC 8 — 23.9 5.0Χ10·4 0 0.160 7 WC - 2 25.2 4.6x1 Ο·4 0 0.168 8 WC - 3 21.9 6.8x10—4 0 0.113

試樣號碼14係使用W靶材，試樣號碼5〜8係使用WC 靶材，各爲在碳氫化合物氣體和氬氣之混合氣體中進行反 應性濺鍍而取得之含鎢DLC覆膜。 在所有之含鎢DLC覆膜中，W含有比率係被控制在20 〜4〇原子％之範圍。再者，在所有含鎢DLC覆膜中，比電 阻係表不1χ1〇_3Ω . cm以下之値。 -15- 201140071 但是，使用錫電鍍球之滑動試驗後之錫附著量，在使 用WC靶所取得之含鎢DLC覆膜（試樣號碼5〜8 )係幾乎 不會產生錫之附著，對此使用WC靶材而所取得之含鎢 DLC覆膜（試樣號碼1〜4)會產生錫之附著。 並且，針對表面粗度（Ra )，在使用W靶材所取得之 含鎢DLC覆膜（試樣號碼1〜4 )係0·3ηπι以上，對此使用 WC靶材而所取得之含鎢DLC覆膜（試樣號碼5〜8 )係 0.2nm以下。在試樣號碼1〜4中，可知表面粗度和錫附著 量之間具有相關關係，表面平滑之一方錫附著量少。然後 ，在試樣號碼5〜8中，表面粗度（Ra)成爲0.2nm以下， 幾乎不會產生錫之附著。 以上，如所說明般，本發明之一觀點係提供一種製造 方法，其係在半導體檢査裝置用接觸探針栓銷之基材上製 造含鎢DLC膜之方法，其特徵爲：上述含鎢DLC覆膜係使 用鎢碳化物靶材，而在碳氫化合物氣體和氬氣之混合氣體 中進行濺鍍，依此被形成在基材上。 若藉由該方法，含鎢DLC覆膜之表面形狀成爲平滑， 依此可以在半導體檢査裝置用接觸探針栓銷之基材上，形 成防止焊劑中之錫凝結於探針栓銷之接觸部的錫凝結性佳 之含鎢DLC覆膜。再者，可以在半導體檢查裝置用接觸探 針栓銷之基材上，形成容易調整DLC覆膜中之鎢組成，並 且導電性也佳之含鎢DLC覆膜。 再者，在該方法中所使用之碳氫化合物氣體係甲烷（ CH4 )氣體及/或乙炔（C2H2 )氣體，以更容易調整鎢對 -16- 201140071 DLC覆膜中之碳的組成比的觀點來看爲理想。 並且，相對於氬氣之上述碳氫化合物氣體的濃度係1 〜20體積％，以容易控制DLC覆膜中之鎢含有量的觀點來 看爲理想。 再者，上述濺鍍爲非平衡磁控濺鍍，以使含鎢DLC覆 膜之表面性質成爲平滑之觀點來看爲理想。 並且，所形成之含鎢DLC覆膜之表面粗度（Ra ))在 使用原子間力顯微鏡進行的4μηι2之掃描範圍中爲0.2 nm以 下較理想。若在該範圍，可以幾乎完全防止錫凝結於探針 栓銷之接觸部。 再者，本發明之另一觀點係一種半導體檢查裝置用接 觸探針栓銷，其係具備使用上述方法所取得之含鎢DLC覆 膜。使用上述方法，可以製造出具備提升耐久性之含鎢 DLC覆膜之半導體檢查裝置用接觸探針栓銷。 [產業上之利用可行性] 若藉由本發明之方法，可以製造出被形成在半導體檢 査裝置用接觸探針栓銷之基材上的含鎢DLC覆膜，尤其， 該含鎢DLC覆膜係容易調整DLC覆膜中之鎢組成，防止焊 劑中之錫凝結於探針栓銷之接觸部的耐錫凝結性佳，且導 電性也佳。再者，使用該方法，可以製造出具備提升耐久 性之含鎢DLC覆膜之半導體檢査裝置用接觸探針栓銷。 -17-

Claims (1)

1. 201140071 七、申請專利範圍： 1. 一種製造方法’其係在半導體檢査裝置用接觸探針 栓銷之基材上製造含鎢類鑽碳覆膜之方法，其特徵爲：上 述含鎢類鑽碳覆膜係使用鶴碳化物祀材，而在碳氫化合物 氣體和氬氣之混合氣體中進行濺鍍，依此被形成在基材上 〇 2. 如申請專利範圍第1項所記載之製造方法，其中， 上述碳氫化合物氣體爲甲烷（CH4)氣體及/或乙炔（C2H2 )氣體。 3 .如申請專利範圍第1項所記載之製造方法，其中， 相對於氬氣之上述碳氫化合物氣體的濃度爲1〜20體積％ 〇 4.如申請專利範圍第1項所記載之製造方法，其中， 上述濺鍍爲非平衡磁控濺鍍。 5 .如申請專利範圍第1項所記載之製造方法，其中， 上述含鎢類鑽碳覆膜在使用原子間力顯微鏡進行的4μπι2之 掃描範圍中，表面粗度（Ra)爲0.2 nm以下。 6.—種半導體檢查裝置用接觸探針栓銷，具備使用如 申請專利範圍第1〜5項中之任一項所記載之製造方法所取 得之含鎢類鑽碳覆膜。 -18- 201140071 四 指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：無 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明：無 201140071 五 本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學 式：無