TWI418801B - Method for manufacturing a tungsten-containing carbon-coated coating on a substrate for a semiconductor inspection device using a probe probe pin - Google Patents

Method for manufacturing a tungsten-containing carbon-coated coating on a substrate for a semiconductor inspection device using a probe probe pin Download PDF

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Description

在半導體檢查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
本發明係關於在半導體檢查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。
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，錫之凝結成為使探針栓銷之耐久性下降之原因。
為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，對由鎢或錸鎢所構成之探針，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 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為佳。
[先行技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2001-289874號公報
[專利文獻2]日本特開2002-318247號公報
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，若藉由本發明者之研究，在後者之方法中，CVD法為了分解氣體，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，若藉由本發明者之研究，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為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。
本發明係鑑於如此之課題而所研究出，其目的為提供一種方法，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，其特徵為：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。
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。
[靶材]
本實施型態所涉及之用於濺鍍法之靶材為鎢碳化物(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，針對作為用以將鎢導入至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膜之表面性質的研究。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，比起表面粗糙之含鎢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，本發明者認為如下述般。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，雖然表面成為非晶質狀，但是於形成覆膜時，因以W粒子為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。
作為WC靶材，係可以使用一般超硬合金。例如，可以使用規定於JIS H 5501-1996之各種超硬合金。尤其，JIS H 5501-1996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，故為理想。並且，上述JIS H 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，作為製程氣體，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。
作為碳氫化合物氣體，係使用甲烷(CH4 )氣體及/或乙炔(C2 H2 )氣體為佳。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C2 H2 氣體作為碳氫氣體，可以更容易調整含鎢DLC覆膜中之W對C的組成比。
相對於氬氣之碳氫化合物氣體的濃度係1～20體積%為佳，更佳為2～10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體積%時，DLC之成膜速度比起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。
作為濺鍍，從使含鎢DLC覆膜之表面形狀成為平滑之觀點來看，以磁控濺鍍為佳，以非平衡磁控濺鍍為更佳。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，基板上之粒子變為容易移動，可取得膜緻密化且平滑的膜。為了更增大該些效果，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，係藉由其表面性質為平滑，可以防止焊劑中之錫凝結於探針栓銷之接觸部。
作為本實施型態之含鎢DLC覆膜，係形成具有在使用原子間顯微鏡(AFM)進行的4μm2 之掃描範圍中其外表面之表面粗度(Ra)為0.2nm以下之表面性質的含鎢DLC覆膜為佳。表面粗度(Ra)若為該範圍，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栓銷之接觸部。
並且，上述表面粗度(Ra)係以三次元求出JIS B0601所定義之算術平均粗度，例如可以如下述般算出。即是，作為畫像資料，可以使用AFM裝置(SII公司製造SP14000)而將2μm×2μm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、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，而予以算出。
含鎢DLC覆膜中之W含有比率係以10～50原子%為佳，以20～40原子%為更佳。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50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10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50～1000nm為佳。當覆膜之厚度超過1000nm時，外表面之凹凸容易變大，當低於50nm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，W對C之原子數之比例減少的傾斜組成亦可。再者，中間層即使為由Cr、Ti、W、Al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為佳，以5～200nm為更佳。藉由設為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。作為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為佳。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。作為電鍍，可以使用含有從由例如鉻、鈷、鎳、銠、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為例示，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。
[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(UBM202)而進行成膜。作為靶材，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 H 5501-1996之G種2號，使用Co當作黏著劑)(參照表1)。基板係以成為與靶材平行之方式，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。作為基材，使用玻璃基板。於將基材導入至裝置內之後，排氣至1×10-3 Pa以下之後，實施成膜。
作為製程氣體，係使用氬氣和碳氫化合物氣體之混合氣體，作為碳氫化合物氣體係使用CH4 氣體或C2 H2 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且為一定，成膜時之基板施加偏壓在-100V且為一定。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靶材之輸入電力設為2.0kW。膜厚係以在200nm左右成為一定之方式，執行成膜時間之調整。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之二元素成為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。將旋轉半徑設為1.5mm，旋轉速度設為0.2cm/s，荷重設為0.2N，球係使用在SUJ2(直徑9.5m)上電鍍10μm之錫。滑動距離係設為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點之平均值表示在表1中。值為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探針之長度為100μm者。測定係在大氣中實施，掃描範圍係在10μm×10μm中，確認無污染之部位之後，實施2μm×2μm之測定。作為表面粗度之參數，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2μm×2μm之畫像的值，表示在表1。
(結果)
將結果表示在表1。
試樣號碼14係使用W靶材，試樣號碼5～8係使用WC靶材，各為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20～40原子%之範圍。再者，在所有含鎢DLC覆膜中，比電阻係表示1×10-3 Ω‧cm以下之值。
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0.3nm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)成為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，其特徵為：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覆膜之表面形狀成為平滑，依此可以在半導體檢查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(C2 H2 )氣體，以更容易調整鎢對DLC覆膜中之碳的組成比的觀點來看為理想。
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為理想。
再者，上述濺鍍為非平衡磁控濺鍍，以使含鎢DLC覆膜之表面性質成為平滑之觀點來看為理想。
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4μm2 之掃描範圍中為0.2nm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查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覆膜之半導體檢查裝置用接觸探針栓銷。

Claims (6)

  1. 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類鑽碳覆膜之方法，其特徵為：上述含鎢類鑽碳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。
  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為甲烷(CH4 )氣體及/或乙炔(C2 H2 )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為1~20體積%。
  4. 如申請專利範圍第1項所記載之製造方法，其中，上述濺鍍為非平衡磁控濺鍍。
  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4μm2 之掃描範圍中，表面粗度(Ra)為0.2nm以下。
  6. 一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。
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