半導体検査装置用プローブピン、その製造方法及び半導体検査方法
【課題】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ことを防ぎ、耐スズ凝着性に優れた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プローブピンを提供することを目的とする。
【解決手段】 導電性基材と、銅およびジルコニウムを含有する銅−ジルコニウム皮膜とを含む半導体検査装置用プローブピンであって、前記銅−ジルコニウム皮膜において、ジルコニウムと銅の総原子数に対するジルコニウム原子数の割合が、１５〜８５原子％であり、前記皮膜の膜厚が、０．０５〜３μｍであることを特徴とする半導体検査装置用プローブピン。前記銅−ジルコニウム皮膜はさらに炭素原子を含み、前記銅−ジルコニウム皮膜の総原子数に対する炭素原子数の割合が、４０原子％以下であることが好適である。
【解決手段】 導電性基材と、銅およびジルコニウムを含有する銅−ジルコニウム皮膜とを含む半導体検査装置用プローブピンであって、前記銅−ジルコニウム皮膜において、ジルコニウムと銅の総原子数に対するジルコニウム原子数の割合が、１５〜８５原子％であり、前記皮膜の膜厚が、０．０５〜３μｍであることを特徴とする半導体検査装置用プローブピン。前記銅−ジルコニウム皮膜はさらに炭素原子を含み、前記銅−ジルコニウム皮膜の総原子数に対する炭素原子数の割合が、４０原子％以下であることが好適である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性基材と、銅−ジルコニウム皮膜とを含む半導体検査装置用プローブピン、その製造方法及び半導体検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。その際、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。この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。
【０００３】
プローブピンの先端側の接触部に着目した先行技術として、例えば、特許文献１，２では、ダイヤモンドライクカーボン中に金属元素を添加した皮膜をプローブの接触端子表面に被覆する技術が提案されている。上記技術において、プローブ端子部の接触抵抗を低くするとともに、接触端子の摩耗を低減させることができるとされている。しかし、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３１８２４７号公報
【特許文献２】特開２００１−２８９８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。しかしながら、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。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、導電性基材表面に導電性皮膜を形成して成る半導体検査装置用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ことを防ぎ、耐スズ凝着性に優れた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プローブピンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、皮膜の性質が耐スズ凝着性に与える影響に着目し、該皮膜に使用する金属に特定の金属を選択し、かつその原子数を特定の割合に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。
【０００８】
すなわち、本発明の第一の主題は、導電性基材と、銅およびジルコニウムを含有する銅−ジルコニウム皮膜とを含む半導体検査装置用プローブピンであって、前記銅−ジルコニウム皮膜において、ジルコニウムと銅の総原子数に対するジルコニウム原子数の割合が１５〜８５原子％であり、前記皮膜の膜厚が、０．０５〜３μｍであることを特徴とする半導体検査装置用プローブピンである。
【０００９】
このような構成によれば、導電性基材表面に形成される導電性皮膜は、前記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。
【００１０】
前記半導体検査装置用プローブピンにおいて、前記銅−ジルコニウム皮膜がさらに炭素原子を含み、前記銅−ジルコニウム皮膜の総原子数に対する炭素原子数の割合が４０原子％以下であることが好ましい。
【００１１】
このような構成によれば、前記導電性皮膜の外表面へのスズ凝着性をさらに低減させることができる。
【００１２】
前記半導体検査装置用プローブピンにおいて、銅−ジルコニウム皮膜が、気相成膜法によって形成されることが好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、アモルファス状態の皮膜を容易に得ることができる。
【００１４】
また、本発明の第二の主題は、導電性基材を含む半導体検査装置用プローブピンを製造する方法であって、ターゲットを用いてスパッタリングを行うことにより、前記導電性基材上に、銅およびジルコニウムを含有する銅−ジルコニウム皮膜を形成し、前記銅−ジルコニウム皮膜において、ジルコニウムと銅の総原子数に対するジルコニウム原子数の割合が１５〜８５原子％であり、膜厚が０．０５〜３μｍであることを特徴とする半導体検査装置用プローブピンの製造方法である。
【００１５】
このような製造方法によれば、はんだ中のスズがプローブピンの接触部に凝着するのを防ぐことができ、耐スズ凝着性に優れたアモルファス状態の銅−ジルコニウム皮膜を、半導体検査装置用コンタクトプローブピンの基材上に効果的にかつ容易に形成することができる。
【００１６】
前記導電性基材を含む半導体検査装置用プローブピンを製造する方法において、ターゲットを用いて炭素を含む反応性ガス中でスパッタリングを行うことにより、前記導電性基材上に、銅、ジルコニウム、及び炭素を含有する銅−ジルコニウム−炭素皮膜を形成する半導体検査装置用プローブピンの製造方法であって、前記銅−ジルコニウム−炭素皮膜におけるジルコニウム原子数が、ジルコニウムと銅の総原子数に対して１５〜８５原子％であり、前記炭素原子の数が、前記銅−ジルコニウム−炭素皮膜の総原子数に対して４０原子％以下であり、膜厚が０．０５〜３μｍであることが好ましい。
【００１７】
このような構成によれば、前記導電性皮膜の外表面へのスズ凝着性をさらに低減させる製造方法を提供することができる。
【００１８】
前記製造方法において、前記スパッタリングが、アンバランストマグネトロンスパッタリングであることが好ましい。
【００１９】
このような構成によれば、銅−ジルコニウム皮膜の表面性状が、平滑な銅−ジルコニウム皮膜を基材上に形成することができる。
【００２０】
また、本発明の第三の主題は、前記半導体検査装置用プローブピンの先端を、半導体素子の通電部に存在するはんだに接触させ、前記半導体素子の動作確認を行う半導体検査方法である。
【００２１】
このような構成によれば、はんだ中のスズがプローブピンの接触部に凝着せずに、半導体素子の動作確認を長期間行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
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した導電性皮膜は、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る。これにより、半導体検査装置用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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態にかかる半導体検査装置用プローブピンの模式図である。
【図２】本実施形態にかかる導電性皮膜を、スパッタ法により、基板表面の上に形成するためのチャンバ内の構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［半導体検査装置用プローブピン］
本発明の第一の主題は、導電性基材と、銅−ジルコニウム皮膜とを含む半導体検査装置用プローブピンである。
【００２５】
以下、本発明を一実施の形態により、図面を参照して説明する。
【００２６】
図１は、半導体検査装置用プローブピンの模式図である。プローブピン１０は、導電性基材１１と銅−ジルコニウム皮膜１２を含む。プローブピンの先端部は、基板２１に接続させたはんだ２０と接触させることによって、半導体素子の動作確認を行う。
【００２７】
導電性基材１１は銅−ジルコニウム皮膜１２で被覆されている。
【００２８】
はんだ２０は、公知のはんだ材料であれば特に限定はされないが、一般にＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）構成のはんだ材料などが使用される。
【００２９】
（導電性基材）
導電性基材の材質としては、特に限定はされないが、高い導電性と高い弾性率を有する金属が用いられる。一般に、該金属として、材質が硬くて弾力性のあるベリリウム銅などの銅合金、タングステン、レニウムタングステン、鋼などが使用される。また、基材の表面にはめっきが施されていてもよい。めっきとしては、例えば、クロム、コバルト、ニッケル、ロジウム、パラジウム、金などからなる群から選択される１種の純金属または２種以上の合金を含むものを使用することができる。
【００３０】
なお、図１ではプローブピンの先端部を単純なポイント型としているが、先端の形状は検査対象に応じて、王冠型、三角錐型、円錐型などへ任意に適用することができ、特に制限されるものではない。
【００３１】
（銅−ジルコニウム皮膜）
銅−ジルコニウム皮膜におけるジルコニウム原子数の割合は、ジルコニウムと銅の総原子数に対して１５〜８５原子％であり、３０〜７０原子％であることが好ましい。ジルコニウム原子数が１５原子％未満の場合、銅の割合が多くなることで表面粗さが大きくなり、スズの付着量が多くなる。一方、ジルコニウム原子数が８５原子％より多い場合、アモルファス構造が得られにくくなることで表面粗さが大きくなり、スズの付着量が多くなる。
【００３２】
また、前記の銅−ジルコニウム皮膜は、さらに炭素原子を含むことが好ましく、前記銅−ジルコニウム皮膜の総原子数に対する炭素原子数の割合が４０原子％以下であることが好ましい。該炭素原子数の割合が４０原子％を超えると、銅及びジルコニウムの炭化物が生成し、結晶成長が起こるためにスズの凝着が生じてしまう。
【００３３】
本発明にかかる半導体検査装置用プローブピンにおいて、被覆する銅−ジルコニウム皮膜の膜厚は、プローブピンの形状、導電性基材の種類等によっても異なるが、０．０５〜３μｍであり、０．１〜１．０μｍであることが好ましい。前記膜厚が３μｍより大きい場合には、プローブピンの表面の粗さが増加したり、膜厚の均一性に劣ることがある。また、０．０５μｍより小さい場合には、皮膜が薄いために耐久性が低下することがある。
【００３４】
ここで、従来の半導体検査装置用プローブピンは、半導体検査の際に半導体素子に接続されたはんだとの接触において、前記はんだの主成分であるスズがプローブピンの先端部に付着していた。このことにより、付着したスズが酸化することで抵抗の増大が発生し、半導体検査の際に不具合となることが問題となっていた。
【００３５】
従来の半導体検査用プローブピンにおいては、プローブピンの先端部の表面粗さを小さくすることでスズの付着を低減できることが知られている。そこで、ダイヤモンドライクカーボンに導電性を付与したタングステン添加ダイヤモンドライクカーボン皮膜をプローブピンに皮膜することでスズ付着の低減を実現していた。
【００３６】
前記タングステン添加ダイヤモンドライクカーボン皮膜は、タングステンの原子数の割合を多くしなければ電気抵抗を低減できない。しかし、タングステンの原子数の割合を多くしすぎると表面粗さが粗くなりスズの付着が多くなる傾向にあった。
【００３７】
これらの問題に鑑み、本発明者らが、プローブピンの導電性の観点から金属系皮膜について、表面性の観点から検討を行った。その結果、銅−ジルコニウム皮膜が、アモルファス構造が得られ、その結果、従来技術に比べてスズの付着が低減できることを見出した。
【００３８】
ジルコニウム原子数の割合が１５〜８５原子％である銅−ジルコニウム皮膜をプローブピンの導電性基材表面に被覆した場合、その他の２元皮膜（例えば、ニッケル−ジルコニウム皮膜や金属添加のアモルファス炭素（例えば、タングステン添加ダイヤモンドライクカーボン））に比べて、よりスズ付着量の少ないプローブピンが得られる理由について、本発明者等は次のように考えている。
【００３９】
特定原子数の割合における銅−ジルコニウム皮膜を用いた成膜では、アモルファス構造が得られやすいために、平滑な表面が形成されやすい。これに対して、ニッケル−ジルコニウム皮膜を被覆した場合には、アモルファス構造が得られにくく、結晶成分が残るために表面粗さが大きくなり、スズ凝着が発生しやすくなる。一方で、タングステン添加ダイヤモンドライクカーボン皮膜では、皮膜形成の際に添加された金属を中心として、クラスター状の構造が形成されやすくなるため、クラスターに起因した微細な凹凸が形成されやすい。結果として、これら特定の銅−ジルコニウム皮膜以外の皮膜や、金属を添加したアモルファス炭素で被覆した場合の皮膜表面の粗さは、銅−ジルコニウム皮膜で被覆した場合のそれに比べて増大するものと考えられる。
【００４０】
銅−ジルコニウム皮膜は、非平衡プロセスによりアモルファス状態が得られやすいため、気相成膜方法を用いることが好ましい。また、気相成膜方法は、真空蒸着法、アークイオンプレーティング法、スパッタ法などの方法が挙げられる。これらの方法によって作製された銅−ジルコニウム系皮膜は、幅広い原子数の割合域で表面平滑なアモルファス構造の皮膜を得ることができる。
【００４１】
本発明にかかる導電性皮膜は、基材や基材上にコートされた皮膜との間の密着性を強化するために各種金属薄膜（銅、ジルコニウム、クロム、タングステン、チタン、アルミニウム、タンタル、金、白金、銀、ロジウム等）を下地層として成膜しても良い。下地層薄膜に用いられる金属としては、０．０５〜０．５μｍが好ましい。
【００４２】
［製造方法］
本発明の第二の主題は、半導体検査装置用プローブピンの基材上に銅−ジルコニウム皮膜を製造する方法であって、前記銅−ジルコニウム皮膜は、ターゲットを用いてスパッタリングを行うことにより導電性基材上に形成されることを特徴とする半導体検査装置用プローブピンの製造方法である。
【００４３】
前記スパッタリングは、例えば、図２に示すようなスパッタ装置３０で行うことができる。具体的には、まず基材３６を各ターゲットからそれぞれ４５度の角度をなす基材ホルダー３５に並べて配置する。次に、真空チャンバ３１内を排気した後、不活性ガスを含むプロセスガスを導入し、基材３６表面に対し、所定の割合に調整した銅ターゲット３２とジルコニウムターゲット３３を用いて銅−ジルコニウム皮膜を成膜する。かかる装置によって、銅−ジルコニウム皮膜の被覆作業を行うことで、本発明のプローブピンを製造することができる。これらの手法の場合には、基材設定位置により原子数の割合を変化させることができる。
【００４４】
なお、前記銅ターゲット３２又はジルコニウムターゲット３３は、銅−ジルコニウム複合ターゲットに置き換えても良い。すなわち、ジルコニウムに銅を埋め込んだ複合金属の複合ターゲット、あるいは銅にジルコニウムを埋め込んだ複合金属の複合ターゲットを用いて、基材３６に対して銅−ジルコニウム皮膜の被覆作業を行うことができる。複合ターゲットを用いた場合には、基板３４を回転させて成膜させても良い。複合ターゲットにおいては、ジルコニウムへ埋め込む銅の個数、もしくは銅へ埋め込むジルコニウムの個数を変化させることで銅−ジルコニウム皮膜の原子数の割合を変化させることができる。
【００４５】
膜厚については、いずれの手法においても成膜時間やターゲットへの印加電力を制御することによって、任意の膜厚の銅−ジルコニウム皮膜を形成できる。
【００４６】
また、銅−ジルコニウム−炭素皮膜を製造する場合においては、前述の銅−ジルコニウム成膜と同様の方法を用いることができる。ただし、プロセスガスとして炭化水素などの炭素を含む反応性ガスを追加し、ガス全量に対する炭化水素の比率を調整することで、含有する炭素原子数の割合の制御を行うことができる。
【００４７】
（ターゲット）
本発明にかかるスパッタリング法に用いるターゲットは、銅ターゲット又はジルコニウムターゲットである。すなわち、両ターゲットを用いてスパッタリングを行うことにより、導電性基材に対して銅−ジルコニウム皮膜を形成する。
【００４８】
なお、ターゲットは前述のように、銅−ジルコニウム複合ターゲットに置き換えて用いることができる。すなわち、ターゲットに、ジルコニウムに銅を埋め込んだ複合金属を調整し、導電性基材に銅−ジルコニウム皮膜を形成することもできる。
【００４９】
（プロセスガス）
本発明にかかるスパッタリング法においては、プロセスガスとして、アルゴンガスなどの不活性ガス用いる。すなわち、アルゴンガスを真空チャンバ内に導入して、所定の条件でスパッタリングを行うことにより、銅−ジルコニウム皮膜を形成する。なお、銅−ジルコニウム−炭素皮膜を形成する場合は、プロセスガスとして、アルゴンなどの不活性ガスと炭化水素などの炭素を含むガスとの混合ガスを用いる。
【００５０】
（スパッタリング）
本発明において、銅−ジルコニウム皮膜は、銅ターゲット及びジルコニウムターゲット、又は銅−ジルコニウム複合ターゲットを用いて、アルゴンガス中でスパッタリングを行うことにより、コンタクトプローブピンの基材上に形成される。
【００５１】
スパッタリングとしては、銅−ジルコニウム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が好ましく、アンバランストマグネトロンスパッタリングがより好ましい。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、基材へＡｒイオンを照射することが可能となる。Ａｒイオンの照射によってＡｒ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。
【００５２】
（銅−ジルコニウム皮膜の形成）
本発明の製造方法を用いると、コンタクトプローブピンの基材上に被覆される銅−ジルコニウム皮膜に、表面性状上の平滑さを付与させることができる。その結果、プローブピンの接触部に凝着するはんだ中のスズの量を低減させることができる。
【００５３】
本発明の製造方法によって得られた銅−ジルコニウム皮膜としては、その外表面の表面粗さ（Ｒａ）が、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で４μｍ２の走査範囲において０．２ｎｍ以下である表面性状を有する銅−ジルコニウム皮膜が形成されることが好ましい。表面粗さ（Ｒａ）が前記範囲であれば、はんだ中のスズがプローブピンの接触部に凝着することをより効果的に防ぐことができる。
【００５４】
なお、上記の表面粗さ（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、例えば、次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、Ｙ方向の両方向で施した画像データを用い、表面処理ソフト（ＰｒｏＡｎａ３Ｄ）にて処理を行って、算出することができる。
【００５５】
［検査方法］
本発明の第三の主題は、前記半導体検査装置用プローブピンの先端を、半導体素子の通電部に存在するはんだに接触させ、前記半導体素子の動作確認を行うことを特徴とする半導体検査方法である。
【００５６】
具体的には、銅−ジルコニウム皮膜１２を被覆したプローブピン１０を用いて、検査パッドが設けられたプリント基板を用い、検査パッドにプローブピン１０を当てて交流信号源より交流信号を印加し、当該パッドに誘起される電界を配置したプローブ１０で検出することにより、断線及び動作不良の検出を行う。
【００５７】
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。
【実施例】
【００５８】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５９】
［実施例１］
（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２に、導電性皮膜を基材の上に形成した真空チャンバ１の内部の構造を示した。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。
【００６０】
本実験では純銅皮膜、純ジルコニウム皮膜、銅−ジルコニウム皮膜、銅−ジルコニウム−炭素皮膜をそれぞれ作製した。純銅皮膜、及び純ジルコニウム皮膜の作製には、各ターゲットの前面にガラス基板を該ターゲットに対して平行に配置して成膜を行った。
【００６１】
また、銅−ジルコニウム皮膜、及び銅−ジルコニウム−炭素皮膜の作製には、ターゲットとして銅ターゲット３２とジルコニウムターゲット３３を用いて成膜を行った。
【００６２】
銅−ジルコニウム皮膜の成膜においては、基材３６はガラス基板を用いて各ターゲットからそれぞれ４５度の角度をなす位置に並べて設置し、基材ステージ３４を回転させずに試料を作製することで、原子数の割合を種々変化させた資料を作成した。上記成膜において、プロセスガスはＡｒガスを用いた。さらに、銅−ジルコニウム−炭素皮膜の成膜には、前述の銅−ジルコニウム成膜と同様の方法を用いた。ただし、プロセスガスとしてアルゴンとアセチレンの混合ガスを用い、ガス（Ａｒ＋Ｃ２Ｈ２）全量に対するアセチレンガスの比率を変化させることで炭素量の制御を行った。成膜時のガス圧は全て０．６Ｐａで一定とし、成膜時の基板印加バイアスを−１００Ｖで一定とした。各ターゲットへの投入電力は２．０ｋＷとした。
【００６３】
また、比較用試料として、ニッケル−ジルコニウム皮膜とタングステン含有ダイヤモンドライクカーボン（Ｗ−ＤＬＣ）皮膜を作製した。これらの皮膜は、銅−ジルコニウムと同様にバルク材においてアモルファス構造が得られることが知られている。
【００６４】
ニッケル−ジルコニウム皮膜の作製は、前述の銅−ジルコニウム皮膜の作製と同一の方法を用い、銅ターゲットの位置にニッケルターゲットを配置して成膜した。Ｗ−ＤＬＣの成膜には銅ターゲットの位置にカーボンターゲットを配置し、タングステンワイヤーをカーボンターゲット上に配置した複合ターゲットを用い、ターゲットと平行の位置に配置したガラス基板上に成膜した。成膜時のガス圧、成膜時の基板印加バイアス、各ターゲットへの投入電力については、いずれも上述の銅―ジルコニウム系皮膜作製と同様の条件に統一して成膜した。
【００６５】
表１に、銅及びジルコニウムからなる皮膜を各々異なる原子数量の割合に成膜した試料（試料番号１〜９）、銅、ジルコニウム及び炭素からなる皮膜を各々異なる原子量に成膜した試料（試料番号１０〜１４）について、表２にはニッケル及びジルコニウムからなる皮膜を成膜した試料（試料番号１５〜１６）、タングステン含有ダイヤモンドライクカーボン（Ｗ−ＤＬＣ）皮膜を成膜した試料（試料番号１７〜１８）について、下記に示す各試料の皮膜構成、測定値及び評価を示した。
【００６６】
（皮膜構成）
皮膜の膜厚は０．５μｍから１．０μｍの範囲内に調整した。
【００６７】
皮膜の各原子数の割合はエネルギー分散型Ｘ線分析装置付き走査電子顕微鏡ＳＥＭ−ＥＤＸによる分析結果を示した。
【００６８】
（比抵抗の測定）
比抵抗の測定は、４探針法による電気抵抗測定により行った。
【００６９】
なお、比抵抗の算出には、銅−ジルコニウム皮膜の膜厚が必要である。この膜厚測定は、成膜前に基板上に修正液を塗布しておき、成膜後修正液を除去することで修正液塗布部の基材を露出させ、皮膜と基材の段差を測定して求めた膜厚を用いた。
【００７０】
（スズ凝着性の評価）
スズ付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点の平均値を表中に示した。付着量が０のものは、スズの付着が発生していないものである。
【００７１】
（結果）
結果を表１、表２に示した。
【００７２】
【表１】
【００７３】
表１の結果から、ジルコニウム原子量が０原子％である試料１（純銅皮膜）では、他の合金皮膜に比べ比抵抗が低いもののスズ付着量が多くなることが分かった。これは銅がスズと反応しやすいことに加え、純銅の結晶成長の結果、表面の粗さが増加したためであると考えられる。したがって、純銅にジルコニウムを加えることで、ジルコニウムの抵抗が銅に比べて高いため、抵抗が増加するもののスズ付着量は小さくなる。次に、ジルコニウムの原子数の割合が１３．５原子％である試料２では、スズの付着が発生した。
【００７４】
また、ジルコニウム原子数の割合１７．３原子％の試料３はスズの付着は発生しなかった。これはジルコニウムの原子数の割合が１３．５原子％である銅−ジルコニウム皮膜は、未だアモルファス化が進行しておらず、結晶成長が起こるために表面の粗さが増加してスズの付着が発生したと考えられるためである。これに対し、ジルコニウム原子数の割合１７．３原子％の試料３は、アモルファス化が進行したために表面の粗さが平滑になり、スズの付着が抑えられたものと考えられる。
【００７５】
さらに、ジルコニウム原子数の割合が３３．４原子％から８４．２原子％までの試料３〜７は比抵抗の変化の少ない、安定した値を示し、スズの付着も全く起こらないことからアモルファス皮膜が得られているものとされる。
【００７６】
一方で、ジルコニウム原子数の割合が８９．１原子％の試料８は、比抵抗がわずかに低減するものの、スズの付着が発生する。これはジルコニウムの構造に近い結晶性の構造を示すために表面の粗さが増したことが原因と考えられる。さらに、ジルコニウム原子数の割合が１００原子％である試料９においても、純銅である試料１に比べればスズの付着は小さいものの、スズの付着が発生した。このことは、結晶成長による表面粗さの増加が原因と考えられる。
【００７７】
さらに、試料１０〜１４は銅とジルコニウムの成膜中にアルゴンとアセチレンの混合ガスを導入して作製したものである。試料１０ではジルコニウム量が少ない、すなわち銅量が多くなることに加えて炭素が混入したことで炭化銅が生成したために結晶成長が起こり、このことに起因して表面が粗くなり、スズの凝着が発生したものと考えられる。さらに試料１１では、ジルコニウム量が多いため、ジルコニウムあるいは炭化ジルコニウムの結晶成長に起因して表面が粗くなり、スズの凝着が発生したものと考えられる。試料１２、１３では炭素が追加されてもアモルファス構造を示し、炭化物の生成も起こらないことからスズの凝着が起こらない。試料１４では、炭素量が多いため銅とジルコニウムの炭化物が生成することで、結晶成長が起こり、表面が荒れることでスズ凝着が発生したものと考えられる。
【００７８】
【表２】
【００７９】
また、表２には銅−ジルコニウム皮膜と同様にアモルファス構造が得られやすいニッケル−ジルコニウム皮膜の測定評価結果を、試料１５，１６として比較のために示す。表２の結果から、ニッケル−ジルコニウム皮膜ではスズの付着が発生することが分かった。これはニッケル−ジルコニウム皮膜が、アモルファス構造を銅−ジルコニウム皮膜よりも得られにくいからであると考えられる。また、結晶性成分が残るために表面粗さが増し、スズの付着が発生したものと考えられる。
【００８０】
さらに、タングステン含有ダイヤモンドライクカーボン皮膜の測定評価結果についても、表２に試料１７，１８として示す。タングステン量が１８．５原子％である試料１７は、スズの付着が発生しないが、比抵抗値においては上記銅−ジルコニウム合金よりも非常に高かった。一方で、比抵抗を下げるためにタングステン含有量２４．６原子％に上げた試料１８は、スズの付着が発生してしまった。
［実施例２］
上記実施例１と同様の方法で、ターゲットには１つの銅−ジルコニウム複合ターゲットを用いて（１つのターゲットは使用せず）銅−ジルコニウム皮膜を成膜した試料（試料番号１４〜１９）を形成した。ターゲットにはジルコニウム内に銅を埋めこんだジルコニウム−銅の複合ターゲットを用いて、ターゲット印加電力が２．０ｋＷで成膜を実施した。成膜時には基材ステージの回転を行い、基材内での組成ムラが無いように成膜を行った。なお、成膜ガスにはアルゴンガスを用い、炭化水素ガスを用いていないため炭素成分は含んでいない。
【００８１】
なお、試料１９〜２４は、それぞれ成膜時間を制御することで膜厚を変化させた皮膜とした。また、これらの製法で成膜した皮膜は、全て銅とジルコニウムの合計に対するジルコニウム原子数の割合が４７．０原子％である。
【００８２】
表３には各資料の評価を示す。
【００８３】
（結果）
結果を表３に示した。
【００８４】
【表３】
【００８５】
表３の結果から、銅−ジルコニウム皮膜の膜厚が２．８９μｍ以下である試料１９〜２４は、スズ付着は発生しなかった。しかしながら、膜厚が３．１１μｍである試料２３は、微量のスズ付着が発生した。さらに、膜厚が５．２４μｍである試料２４は、スズの付着量がさらに多くなった。これは表面が平滑な銅−ジルコニウム皮膜であっても、膜厚を厚くすることで表面の粗さが増加したためにスズの付着が発生したものと考えられる。
【符号の説明】
【００８６】
１０ プローブピン
１１ 導電性基材
１２ 銅−ジルコニウム皮膜
２０ はんだ
２１ 基板
３０ スパッタ装置
３１ 真空チャンバ
３２ 銅ターゲット
３３ ジルコニウムターゲット
３４ 基材ステージ
３５ 基材ホルダー
３６ 基材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性基材と、銅−ジルコニウム皮膜とを含む半導体検査装置用プローブピン、その製造方法及び半導体検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。その際、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。この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。
【０００３】
プローブピンの先端側の接触部に着目した先行技術として、例えば、特許文献１，２では、ダイヤモンドライクカーボン中に金属元素を添加した皮膜をプローブの接触端子表面に被覆する技術が提案されている。上記技術において、プローブ端子部の接触抵抗を低くするとともに、接触端子の摩耗を低減させることができるとされている。しかし、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３１８２４７号公報
【特許文献２】特開２００１−２８９８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。しかしながら、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。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、導電性基材表面に導電性皮膜を形成して成る半導体検査装置用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ことを防ぎ、耐スズ凝着性に優れた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プローブピンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、皮膜の性質が耐スズ凝着性に与える影響に着目し、該皮膜に使用する金属に特定の金属を選択し、かつその原子数を特定の割合に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。
【０００８】
すなわち、本発明の第一の主題は、導電性基材と、銅およびジルコニウムを含有する銅−ジルコニウム皮膜とを含む半導体検査装置用プローブピンであって、前記銅−ジルコニウム皮膜において、ジルコニウムと銅の総原子数に対するジルコニウム原子数の割合が１５〜８５原子％であり、前記皮膜の膜厚が、０．０５〜３μｍであることを特徴とする半導体検査装置用プローブピンである。
【０００９】
このような構成によれば、導電性基材表面に形成される導電性皮膜は、前記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。
【００１０】
前記半導体検査装置用プローブピンにおいて、前記銅−ジルコニウム皮膜がさらに炭素原子を含み、前記銅−ジルコニウム皮膜の総原子数に対する炭素原子数の割合が４０原子％以下であることが好ましい。
【００１１】
このような構成によれば、前記導電性皮膜の外表面へのスズ凝着性をさらに低減させることができる。
【００１２】
前記半導体検査装置用プローブピンにおいて、銅−ジルコニウム皮膜が、気相成膜法によって形成されることが好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、アモルファス状態の皮膜を容易に得ることができる。
【００１４】
また、本発明の第二の主題は、導電性基材を含む半導体検査装置用プローブピンを製造する方法であって、ターゲットを用いてスパッタリングを行うことにより、前記導電性基材上に、銅およびジルコニウムを含有する銅−ジルコニウム皮膜を形成し、前記銅−ジルコニウム皮膜において、ジルコニウムと銅の総原子数に対するジルコニウム原子数の割合が１５〜８５原子％であり、膜厚が０．０５〜３μｍであることを特徴とする半導体検査装置用プローブピンの製造方法である。
【００１５】
このような製造方法によれば、はんだ中のスズがプローブピンの接触部に凝着するのを防ぐことができ、耐スズ凝着性に優れたアモルファス状態の銅−ジルコニウム皮膜を、半導体検査装置用コンタクトプローブピンの基材上に効果的にかつ容易に形成することができる。
【００１６】
前記導電性基材を含む半導体検査装置用プローブピンを製造する方法において、ターゲットを用いて炭素を含む反応性ガス中でスパッタリングを行うことにより、前記導電性基材上に、銅、ジルコニウム、及び炭素を含有する銅−ジルコニウム−炭素皮膜を形成する半導体検査装置用プローブピンの製造方法であって、前記銅−ジルコニウム−炭素皮膜におけるジルコニウム原子数が、ジルコニウムと銅の総原子数に対して１５〜８５原子％であり、前記炭素原子の数が、前記銅−ジルコニウム−炭素皮膜の総原子数に対して４０原子％以下であり、膜厚が０．０５〜３μｍであることが好ましい。
【００１７】
このような構成によれば、前記導電性皮膜の外表面へのスズ凝着性をさらに低減させる製造方法を提供することができる。
【００１８】
前記製造方法において、前記スパッタリングが、アンバランストマグネトロンスパッタリングであることが好ましい。
【００１９】
このような構成によれば、銅−ジルコニウム皮膜の表面性状が、平滑な銅−ジルコニウム皮膜を基材上に形成することができる。
【００２０】
また、本発明の第三の主題は、前記半導体検査装置用プローブピンの先端を、半導体素子の通電部に存在するはんだに接触させ、前記半導体素子の動作確認を行う半導体検査方法である。
【００２１】
このような構成によれば、はんだ中のスズがプローブピンの接触部に凝着せずに、半導体素子の動作確認を長期間行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
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した導電性皮膜は、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る。これにより、半導体検査装置用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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態にかかる半導体検査装置用プローブピンの模式図である。
【図２】本実施形態にかかる導電性皮膜を、スパッタ法により、基板表面の上に形成するためのチャンバ内の構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［半導体検査装置用プローブピン］
本発明の第一の主題は、導電性基材と、銅−ジルコニウム皮膜とを含む半導体検査装置用プローブピンである。
【００２５】
以下、本発明を一実施の形態により、図面を参照して説明する。
【００２６】
図１は、半導体検査装置用プローブピンの模式図である。プローブピン１０は、導電性基材１１と銅−ジルコニウム皮膜１２を含む。プローブピンの先端部は、基板２１に接続させたはんだ２０と接触させることによって、半導体素子の動作確認を行う。
【００２７】
導電性基材１１は銅−ジルコニウム皮膜１２で被覆されている。
【００２８】
はんだ２０は、公知のはんだ材料であれば特に限定はされないが、一般にＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）構成のはんだ材料などが使用される。
【００２９】
（導電性基材）
導電性基材の材質としては、特に限定はされないが、高い導電性と高い弾性率を有する金属が用いられる。一般に、該金属として、材質が硬くて弾力性のあるベリリウム銅などの銅合金、タングステン、レニウムタングステン、鋼などが使用される。また、基材の表面にはめっきが施されていてもよい。めっきとしては、例えば、クロム、コバルト、ニッケル、ロジウム、パラジウム、金などからなる群から選択される１種の純金属または２種以上の合金を含むものを使用することができる。
【００３０】
なお、図１ではプローブピンの先端部を単純なポイント型としているが、先端の形状は検査対象に応じて、王冠型、三角錐型、円錐型などへ任意に適用することができ、特に制限されるものではない。
【００３１】
（銅−ジルコニウム皮膜）
銅−ジルコニウム皮膜におけるジルコニウム原子数の割合は、ジルコニウムと銅の総原子数に対して１５〜８５原子％であり、３０〜７０原子％であることが好ましい。ジルコニウム原子数が１５原子％未満の場合、銅の割合が多くなることで表面粗さが大きくなり、スズの付着量が多くなる。一方、ジルコニウム原子数が８５原子％より多い場合、アモルファス構造が得られにくくなることで表面粗さが大きくなり、スズの付着量が多くなる。
【００３２】
また、前記の銅−ジルコニウム皮膜は、さらに炭素原子を含むことが好ましく、前記銅−ジルコニウム皮膜の総原子数に対する炭素原子数の割合が４０原子％以下であることが好ましい。該炭素原子数の割合が４０原子％を超えると、銅及びジルコニウムの炭化物が生成し、結晶成長が起こるためにスズの凝着が生じてしまう。
【００３３】
本発明にかかる半導体検査装置用プローブピンにおいて、被覆する銅−ジルコニウム皮膜の膜厚は、プローブピンの形状、導電性基材の種類等によっても異なるが、０．０５〜３μｍであり、０．１〜１．０μｍであることが好ましい。前記膜厚が３μｍより大きい場合には、プローブピンの表面の粗さが増加したり、膜厚の均一性に劣ることがある。また、０．０５μｍより小さい場合には、皮膜が薄いために耐久性が低下することがある。
【００３４】
ここで、従来の半導体検査装置用プローブピンは、半導体検査の際に半導体素子に接続されたはんだとの接触において、前記はんだの主成分であるスズがプローブピンの先端部に付着していた。このことにより、付着したスズが酸化することで抵抗の増大が発生し、半導体検査の際に不具合となることが問題となっていた。
【００３５】
従来の半導体検査用プローブピンにおいては、プローブピンの先端部の表面粗さを小さくすることでスズの付着を低減できることが知られている。そこで、ダイヤモンドライクカーボンに導電性を付与したタングステン添加ダイヤモンドライクカーボン皮膜をプローブピンに皮膜することでスズ付着の低減を実現していた。
【００３６】
前記タングステン添加ダイヤモンドライクカーボン皮膜は、タングステンの原子数の割合を多くしなければ電気抵抗を低減できない。しかし、タングステンの原子数の割合を多くしすぎると表面粗さが粗くなりスズの付着が多くなる傾向にあった。
【００３７】
これらの問題に鑑み、本発明者らが、プローブピンの導電性の観点から金属系皮膜について、表面性の観点から検討を行った。その結果、銅−ジルコニウム皮膜が、アモルファス構造が得られ、その結果、従来技術に比べてスズの付着が低減できることを見出した。
【００３８】
ジルコニウム原子数の割合が１５〜８５原子％である銅−ジルコニウム皮膜をプローブピンの導電性基材表面に被覆した場合、その他の２元皮膜（例えば、ニッケル−ジルコニウム皮膜や金属添加のアモルファス炭素（例えば、タングステン添加ダイヤモンドライクカーボン））に比べて、よりスズ付着量の少ないプローブピンが得られる理由について、本発明者等は次のように考えている。
【００３９】
特定原子数の割合における銅−ジルコニウム皮膜を用いた成膜では、アモルファス構造が得られやすいために、平滑な表面が形成されやすい。これに対して、ニッケル−ジルコニウム皮膜を被覆した場合には、アモルファス構造が得られにくく、結晶成分が残るために表面粗さが大きくなり、スズ凝着が発生しやすくなる。一方で、タングステン添加ダイヤモンドライクカーボン皮膜では、皮膜形成の際に添加された金属を中心として、クラスター状の構造が形成されやすくなるため、クラスターに起因した微細な凹凸が形成されやすい。結果として、これら特定の銅−ジルコニウム皮膜以外の皮膜や、金属を添加したアモルファス炭素で被覆した場合の皮膜表面の粗さは、銅−ジルコニウム皮膜で被覆した場合のそれに比べて増大するものと考えられる。
【００４０】
銅−ジルコニウム皮膜は、非平衡プロセスによりアモルファス状態が得られやすいため、気相成膜方法を用いることが好ましい。また、気相成膜方法は、真空蒸着法、アークイオンプレーティング法、スパッタ法などの方法が挙げられる。これらの方法によって作製された銅−ジルコニウム系皮膜は、幅広い原子数の割合域で表面平滑なアモルファス構造の皮膜を得ることができる。
【００４１】
本発明にかかる導電性皮膜は、基材や基材上にコートされた皮膜との間の密着性を強化するために各種金属薄膜（銅、ジルコニウム、クロム、タングステン、チタン、アルミニウム、タンタル、金、白金、銀、ロジウム等）を下地層として成膜しても良い。下地層薄膜に用いられる金属としては、０．０５〜０．５μｍが好ましい。
【００４２】
［製造方法］
本発明の第二の主題は、半導体検査装置用プローブピンの基材上に銅−ジルコニウム皮膜を製造する方法であって、前記銅−ジルコニウム皮膜は、ターゲットを用いてスパッタリングを行うことにより導電性基材上に形成されることを特徴とする半導体検査装置用プローブピンの製造方法である。
【００４３】
前記スパッタリングは、例えば、図２に示すようなスパッタ装置３０で行うことができる。具体的には、まず基材３６を各ターゲットからそれぞれ４５度の角度をなす基材ホルダー３５に並べて配置する。次に、真空チャンバ３１内を排気した後、不活性ガスを含むプロセスガスを導入し、基材３６表面に対し、所定の割合に調整した銅ターゲット３２とジルコニウムターゲット３３を用いて銅−ジルコニウム皮膜を成膜する。かかる装置によって、銅−ジルコニウム皮膜の被覆作業を行うことで、本発明のプローブピンを製造することができる。これらの手法の場合には、基材設定位置により原子数の割合を変化させることができる。
【００４４】
なお、前記銅ターゲット３２又はジルコニウムターゲット３３は、銅−ジルコニウム複合ターゲットに置き換えても良い。すなわち、ジルコニウムに銅を埋め込んだ複合金属の複合ターゲット、あるいは銅にジルコニウムを埋め込んだ複合金属の複合ターゲットを用いて、基材３６に対して銅−ジルコニウム皮膜の被覆作業を行うことができる。複合ターゲットを用いた場合には、基板３４を回転させて成膜させても良い。複合ターゲットにおいては、ジルコニウムへ埋め込む銅の個数、もしくは銅へ埋め込むジルコニウムの個数を変化させることで銅−ジルコニウム皮膜の原子数の割合を変化させることができる。
【００４５】
膜厚については、いずれの手法においても成膜時間やターゲットへの印加電力を制御することによって、任意の膜厚の銅−ジルコニウム皮膜を形成できる。
【００４６】
また、銅−ジルコニウム−炭素皮膜を製造する場合においては、前述の銅−ジルコニウム成膜と同様の方法を用いることができる。ただし、プロセスガスとして炭化水素などの炭素を含む反応性ガスを追加し、ガス全量に対する炭化水素の比率を調整することで、含有する炭素原子数の割合の制御を行うことができる。
【００４７】
（ターゲット）
本発明にかかるスパッタリング法に用いるターゲットは、銅ターゲット又はジルコニウムターゲットである。すなわち、両ターゲットを用いてスパッタリングを行うことにより、導電性基材に対して銅−ジルコニウム皮膜を形成する。
【００４８】
なお、ターゲットは前述のように、銅−ジルコニウム複合ターゲットに置き換えて用いることができる。すなわち、ターゲットに、ジルコニウムに銅を埋め込んだ複合金属を調整し、導電性基材に銅−ジルコニウム皮膜を形成することもできる。
【００４９】
（プロセスガス）
本発明にかかるスパッタリング法においては、プロセスガスとして、アルゴンガスなどの不活性ガス用いる。すなわち、アルゴンガスを真空チャンバ内に導入して、所定の条件でスパッタリングを行うことにより、銅−ジルコニウム皮膜を形成する。なお、銅−ジルコニウム−炭素皮膜を形成する場合は、プロセスガスとして、アルゴンなどの不活性ガスと炭化水素などの炭素を含むガスとの混合ガスを用いる。
【００５０】
（スパッタリング）
本発明において、銅−ジルコニウム皮膜は、銅ターゲット及びジルコニウムターゲット、又は銅−ジルコニウム複合ターゲットを用いて、アルゴンガス中でスパッタリングを行うことにより、コンタクトプローブピンの基材上に形成される。
【００５１】
スパッタリングとしては、銅−ジルコニウム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が好ましく、アンバランストマグネトロンスパッタリングがより好ましい。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、基材へＡｒイオンを照射することが可能となる。Ａｒイオンの照射によってＡｒ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。
【００５２】
（銅−ジルコニウム皮膜の形成）
本発明の製造方法を用いると、コンタクトプローブピンの基材上に被覆される銅−ジルコニウム皮膜に、表面性状上の平滑さを付与させることができる。その結果、プローブピンの接触部に凝着するはんだ中のスズの量を低減させることができる。
【００５３】
本発明の製造方法によって得られた銅−ジルコニウム皮膜としては、その外表面の表面粗さ（Ｒａ）が、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で４μｍ２の走査範囲において０．２ｎｍ以下である表面性状を有する銅−ジルコニウム皮膜が形成されることが好ましい。表面粗さ（Ｒａ）が前記範囲であれば、はんだ中のスズがプローブピンの接触部に凝着することをより効果的に防ぐことができる。
【００５４】
なお、上記の表面粗さ（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、例えば、次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、Ｙ方向の両方向で施した画像データを用い、表面処理ソフト（ＰｒｏＡｎａ３Ｄ）にて処理を行って、算出することができる。
【００５５】
［検査方法］
本発明の第三の主題は、前記半導体検査装置用プローブピンの先端を、半導体素子の通電部に存在するはんだに接触させ、前記半導体素子の動作確認を行うことを特徴とする半導体検査方法である。
【００５６】
具体的には、銅−ジルコニウム皮膜１２を被覆したプローブピン１０を用いて、検査パッドが設けられたプリント基板を用い、検査パッドにプローブピン１０を当てて交流信号源より交流信号を印加し、当該パッドに誘起される電界を配置したプローブ１０で検出することにより、断線及び動作不良の検出を行う。
【００５７】
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。
【実施例】
【００５８】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５９】
［実施例１］
（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２に、導電性皮膜を基材の上に形成した真空チャンバ１の内部の構造を示した。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。
【００６０】
本実験では純銅皮膜、純ジルコニウム皮膜、銅−ジルコニウム皮膜、銅−ジルコニウム−炭素皮膜をそれぞれ作製した。純銅皮膜、及び純ジルコニウム皮膜の作製には、各ターゲットの前面にガラス基板を該ターゲットに対して平行に配置して成膜を行った。
【００６１】
また、銅−ジルコニウム皮膜、及び銅−ジルコニウム−炭素皮膜の作製には、ターゲットとして銅ターゲット３２とジルコニウムターゲット３３を用いて成膜を行った。
【００６２】
銅−ジルコニウム皮膜の成膜においては、基材３６はガラス基板を用いて各ターゲットからそれぞれ４５度の角度をなす位置に並べて設置し、基材ステージ３４を回転させずに試料を作製することで、原子数の割合を種々変化させた資料を作成した。上記成膜において、プロセスガスはＡｒガスを用いた。さらに、銅−ジルコニウム−炭素皮膜の成膜には、前述の銅−ジルコニウム成膜と同様の方法を用いた。ただし、プロセスガスとしてアルゴンとアセチレンの混合ガスを用い、ガス（Ａｒ＋Ｃ２Ｈ２）全量に対するアセチレンガスの比率を変化させることで炭素量の制御を行った。成膜時のガス圧は全て０．６Ｐａで一定とし、成膜時の基板印加バイアスを−１００Ｖで一定とした。各ターゲットへの投入電力は２．０ｋＷとした。
【００６３】
また、比較用試料として、ニッケル−ジルコニウム皮膜とタングステン含有ダイヤモンドライクカーボン（Ｗ−ＤＬＣ）皮膜を作製した。これらの皮膜は、銅−ジルコニウムと同様にバルク材においてアモルファス構造が得られることが知られている。
【００６４】
ニッケル−ジルコニウム皮膜の作製は、前述の銅−ジルコニウム皮膜の作製と同一の方法を用い、銅ターゲットの位置にニッケルターゲットを配置して成膜した。Ｗ−ＤＬＣの成膜には銅ターゲットの位置にカーボンターゲットを配置し、タングステンワイヤーをカーボンターゲット上に配置した複合ターゲットを用い、ターゲットと平行の位置に配置したガラス基板上に成膜した。成膜時のガス圧、成膜時の基板印加バイアス、各ターゲットへの投入電力については、いずれも上述の銅―ジルコニウム系皮膜作製と同様の条件に統一して成膜した。
【００６５】
表１に、銅及びジルコニウムからなる皮膜を各々異なる原子数量の割合に成膜した試料（試料番号１〜９）、銅、ジルコニウム及び炭素からなる皮膜を各々異なる原子量に成膜した試料（試料番号１０〜１４）について、表２にはニッケル及びジルコニウムからなる皮膜を成膜した試料（試料番号１５〜１６）、タングステン含有ダイヤモンドライクカーボン（Ｗ−ＤＬＣ）皮膜を成膜した試料（試料番号１７〜１８）について、下記に示す各試料の皮膜構成、測定値及び評価を示した。
【００６６】
（皮膜構成）
皮膜の膜厚は０．５μｍから１．０μｍの範囲内に調整した。
【００６７】
皮膜の各原子数の割合はエネルギー分散型Ｘ線分析装置付き走査電子顕微鏡ＳＥＭ−ＥＤＸによる分析結果を示した。
【００６８】
（比抵抗の測定）
比抵抗の測定は、４探針法による電気抵抗測定により行った。
【００６９】
なお、比抵抗の算出には、銅−ジルコニウム皮膜の膜厚が必要である。この膜厚測定は、成膜前に基板上に修正液を塗布しておき、成膜後修正液を除去することで修正液塗布部の基材を露出させ、皮膜と基材の段差を測定して求めた膜厚を用いた。
【００７０】
（スズ凝着性の評価）
スズ付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点の平均値を表中に示した。付着量が０のものは、スズの付着が発生していないものである。
【００７１】
（結果）
結果を表１、表２に示した。
【００７２】
【表１】
【００７３】
表１の結果から、ジルコニウム原子量が０原子％である試料１（純銅皮膜）では、他の合金皮膜に比べ比抵抗が低いもののスズ付着量が多くなることが分かった。これは銅がスズと反応しやすいことに加え、純銅の結晶成長の結果、表面の粗さが増加したためであると考えられる。したがって、純銅にジルコニウムを加えることで、ジルコニウムの抵抗が銅に比べて高いため、抵抗が増加するもののスズ付着量は小さくなる。次に、ジルコニウムの原子数の割合が１３．５原子％である試料２では、スズの付着が発生した。
【００７４】
また、ジルコニウム原子数の割合１７．３原子％の試料３はスズの付着は発生しなかった。これはジルコニウムの原子数の割合が１３．５原子％である銅−ジルコニウム皮膜は、未だアモルファス化が進行しておらず、結晶成長が起こるために表面の粗さが増加してスズの付着が発生したと考えられるためである。これに対し、ジルコニウム原子数の割合１７．３原子％の試料３は、アモルファス化が進行したために表面の粗さが平滑になり、スズの付着が抑えられたものと考えられる。
【００７５】
さらに、ジルコニウム原子数の割合が３３．４原子％から８４．２原子％までの試料３〜７は比抵抗の変化の少ない、安定した値を示し、スズの付着も全く起こらないことからアモルファス皮膜が得られているものとされる。
【００７６】
一方で、ジルコニウム原子数の割合が８９．１原子％の試料８は、比抵抗がわずかに低減するものの、スズの付着が発生する。これはジルコニウムの構造に近い結晶性の構造を示すために表面の粗さが増したことが原因と考えられる。さらに、ジルコニウム原子数の割合が１００原子％である試料９においても、純銅である試料１に比べればスズの付着は小さいものの、スズの付着が発生した。このことは、結晶成長による表面粗さの増加が原因と考えられる。
【００７７】
さらに、試料１０〜１４は銅とジルコニウムの成膜中にアルゴンとアセチレンの混合ガスを導入して作製したものである。試料１０ではジルコニウム量が少ない、すなわち銅量が多くなることに加えて炭素が混入したことで炭化銅が生成したために結晶成長が起こり、このことに起因して表面が粗くなり、スズの凝着が発生したものと考えられる。さらに試料１１では、ジルコニウム量が多いため、ジルコニウムあるいは炭化ジルコニウムの結晶成長に起因して表面が粗くなり、スズの凝着が発生したものと考えられる。試料１２、１３では炭素が追加されてもアモルファス構造を示し、炭化物の生成も起こらないことからスズの凝着が起こらない。試料１４では、炭素量が多いため銅とジルコニウムの炭化物が生成することで、結晶成長が起こり、表面が荒れることでスズ凝着が発生したものと考えられる。
【００７８】
【表２】
【００７９】
また、表２には銅−ジルコニウム皮膜と同様にアモルファス構造が得られやすいニッケル−ジルコニウム皮膜の測定評価結果を、試料１５，１６として比較のために示す。表２の結果から、ニッケル−ジルコニウム皮膜ではスズの付着が発生することが分かった。これはニッケル−ジルコニウム皮膜が、アモルファス構造を銅−ジルコニウム皮膜よりも得られにくいからであると考えられる。また、結晶性成分が残るために表面粗さが増し、スズの付着が発生したものと考えられる。
【００８０】
さらに、タングステン含有ダイヤモンドライクカーボン皮膜の測定評価結果についても、表２に試料１７，１８として示す。タングステン量が１８．５原子％である試料１７は、スズの付着が発生しないが、比抵抗値においては上記銅−ジルコニウム合金よりも非常に高かった。一方で、比抵抗を下げるためにタングステン含有量２４．６原子％に上げた試料１８は、スズの付着が発生してしまった。
［実施例２］
上記実施例１と同様の方法で、ターゲットには１つの銅−ジルコニウム複合ターゲットを用いて（１つのターゲットは使用せず）銅−ジルコニウム皮膜を成膜した試料（試料番号１４〜１９）を形成した。ターゲットにはジルコニウム内に銅を埋めこんだジルコニウム−銅の複合ターゲットを用いて、ターゲット印加電力が２．０ｋＷで成膜を実施した。成膜時には基材ステージの回転を行い、基材内での組成ムラが無いように成膜を行った。なお、成膜ガスにはアルゴンガスを用い、炭化水素ガスを用いていないため炭素成分は含んでいない。
【００８１】
なお、試料１９〜２４は、それぞれ成膜時間を制御することで膜厚を変化させた皮膜とした。また、これらの製法で成膜した皮膜は、全て銅とジルコニウムの合計に対するジルコニウム原子数の割合が４７．０原子％である。
【００８２】
表３には各資料の評価を示す。
【００８３】
（結果）
結果を表３に示した。
【００８４】
【表３】
【００８５】
表３の結果から、銅−ジルコニウム皮膜の膜厚が２．８９μｍ以下である試料１９〜２４は、スズ付着は発生しなかった。しかしながら、膜厚が３．１１μｍである試料２３は、微量のスズ付着が発生した。さらに、膜厚が５．２４μｍである試料２４は、スズの付着量がさらに多くなった。これは表面が平滑な銅−ジルコニウム皮膜であっても、膜厚を厚くすることで表面の粗さが増加したためにスズの付着が発生したものと考えられる。
【符号の説明】
【００８６】
１０ プローブピン
１１ 導電性基材
１２ 銅−ジルコニウム皮膜
２０ はんだ
２１ 基板
３０ スパッタ装置
３１ 真空チャンバ
３２ 銅ターゲット
３３ ジルコニウムターゲット
３４ 基材ステージ
３５ 基材ホルダー
３６ 基材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基材と、銅およびジルコニウムを含有する銅−ジルコニウム皮膜とを含む半導体検査装置用プローブピンであって、
前記銅−ジルコニウム皮膜において、ジルコニウムと銅の総原子数に対するジルコニウム原子数の割合が１５〜８５原子％であり、
前記皮膜の膜厚が、０．０５〜３μｍであることを特徴とする半導体検査装置用プローブピン。
【請求項２】
前記銅−ジルコニウム皮膜がさらに炭素原子を含み、
前記銅−ジルコニウム皮膜の総原子数に対する炭素原子数の割合が、４０原子％以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体検査装置用プローブピン。
【請求項３】
前記銅−ジルコニウム皮膜が、気相成膜法によって形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体検査装置用プローブピン。
【請求項４】
導電性基材を含む半導体検査装置用プローブピンを製造する方法であって、
ターゲットを用いてスパッタリングを行うことにより、前記導電性基材上に、銅およびジルコニウムを含有する銅−ジルコニウム皮膜を形成し、
前記銅−ジルコニウム皮膜において、ジルコニウムと銅の総原子数に対するジルコニウム原子数の割合が１５〜８５原子％であり、膜厚が０．０５〜３μｍであることを特徴とする半導体検査装置用プローブピンの製造方法。
【請求項５】
導電性基材を含む半導体検査装置用プローブピンを製造する方法であって、
ターゲットを用いて炭素を含む反応性ガス中でスパッタリングを行うことにより、前記導電性基材上に、銅、ジルコニウム、及び炭素を含有する銅−ジルコニウム−炭素皮膜を形成する半導体検査装置用プローブピンの製造方法であって、
前記銅−ジルコニウム−炭素皮膜におけるジルコニウム原子数が、ジルコニウムと銅の総原子数に対して１５〜８５原子％であり、
前記炭素原子の数が、前記銅−ジルコニウム−炭素皮膜の総原子数に対して４０原子％以下であり、
膜厚が０．０５〜３μｍであることを特徴とする請求項４に半導体検査装置用プローブピンの製造方法。
【請求項６】
前記スパッタリングが、アンバランストマグネトロンスパッタリングである請求項４または５に記載の半導体検査装置用プローブピンの製造方法。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれかに記載の半導体検査装置用プローブピンの先端を、半導体素子の通電部に存在するはんだに接触させ、前記半導体素子の動作確認を行う半導体検査方法。
【請求項１】
導電性基材と、銅およびジルコニウムを含有する銅−ジルコニウム皮膜とを含む半導体検査装置用プローブピンであって、
前記銅−ジルコニウム皮膜において、ジルコニウムと銅の総原子数に対するジルコニウム原子数の割合が１５〜８５原子％であり、
前記皮膜の膜厚が、０．０５〜３μｍであることを特徴とする半導体検査装置用プローブピン。
【請求項２】
前記銅−ジルコニウム皮膜がさらに炭素原子を含み、
前記銅−ジルコニウム皮膜の総原子数に対する炭素原子数の割合が、４０原子％以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体検査装置用プローブピン。
【請求項３】
前記銅−ジルコニウム皮膜が、気相成膜法によって形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体検査装置用プローブピン。
【請求項４】
導電性基材を含む半導体検査装置用プローブピンを製造する方法であって、
ターゲットを用いてスパッタリングを行うことにより、前記導電性基材上に、銅およびジルコニウムを含有する銅−ジルコニウム皮膜を形成し、
前記銅−ジルコニウム皮膜において、ジルコニウムと銅の総原子数に対するジルコニウム原子数の割合が１５〜８５原子％であり、膜厚が０．０５〜３μｍであることを特徴とする半導体検査装置用プローブピンの製造方法。
【請求項５】
導電性基材を含む半導体検査装置用プローブピンを製造する方法であって、
ターゲットを用いて炭素を含む反応性ガス中でスパッタリングを行うことにより、前記導電性基材上に、銅、ジルコニウム、及び炭素を含有する銅−ジルコニウム−炭素皮膜を形成する半導体検査装置用プローブピンの製造方法であって、
前記銅−ジルコニウム−炭素皮膜におけるジルコニウム原子数が、ジルコニウムと銅の総原子数に対して１５〜８５原子％であり、
前記炭素原子の数が、前記銅−ジルコニウム−炭素皮膜の総原子数に対して４０原子％以下であり、
膜厚が０．０５〜３μｍであることを特徴とする請求項４に半導体検査装置用プローブピンの製造方法。
【請求項６】
前記スパッタリングが、アンバランストマグネトロンスパッタリングである請求項４または５に記載の半導体検査装置用プローブピンの製造方法。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれかに記載の半導体検査装置用プローブピンの先端を、半導体素子の通電部に存在するはんだに接触させ、前記半導体素子の動作確認を行う半導体検査方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−３７５０６（Ｐ２０１２−３７５０６Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３７４０６（Ｐ２０１１−１３７４０６）
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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