專利名稱：碳膜覆蓋部件的制作方法
技術領域：
本發明涉及碳膜覆蓋部件，特別涉及具有低摩擦性、良好耐磨耗性和耐久性的作為晶片盒、仿晶片和探針等半導體制造裝置用部件使用的碳膜覆蓋部件，該部件即使在惡劣條件下使用時，也不會剝離、落塵、發生劣化，不會影響到半導體產品的質量。
背景技術：
以前，在較廣范圍的技術領域采用利用氣體氮化法、離子氮化法、弧離子電鍍法(AIP)等表面改質法改善金屬部件地表面性狀而獲得低磨耗化的部件，而且，利用浸碳燒入法、氮化法、高頻燒入法、火炎燒入法等表面硬化處理方法硬化鐵鋼材的表面層，提高耐磨耗特性的部件。
另一方面，近年，在金屬基材表面一體形成了具有近似鉆石的高硬度和極低的摩擦系數的無定形碳覆蓋膜的部件作為機械工具或部件材料廣泛普及。
例如，特開平5-279854號公報公開了這種鉆石膜的形成方法。具體來說，采用在基材表面離子化汽相淀積碳化合物，形成帶有圖案的鉆石狀碳膜，接著，利用氣相合成法一體形成規定厚度的鉆石膜的方法。根據該形成方法，基材表面和鉆石膜的密合性提高，可以緊密、平坦地形成鉆石膜。用這樣的鉆石膜包覆工具的情況下，可以將鉆石膜緊固密合在工具表面，提高工具耐磨耗性。
另一方面，隨著計算機和移動設備為代表的信息設備的發展，對成為這些設備的主要結構裝置的半導體集成電路越來越要求通過提高集成度來實現高速處理和小型化。在制造半導體裝置時，從確保性能方面考慮，原料比原來在制造工藝階段極度忌諱有雜質混入，所以在如清潔室的高度凈化了作業環境的清凈環境下進行各種制造工序。當然，需要構成這些半導體裝置的各部件不產生雜質。
另外，半導體制造工藝的離子注入、干蝕刻、CVD濺射、CVD為代表的晶片的處理工藝在稱為“腔”的高真空下可減壓的反應室內進行。一般，作為該腔的結構材料采用設計自由度高、結構強度卓越的鋁等構成的金屬部件。以前，從腔內壁產生金屬雜物無大礙，但隨著半導體集成電路的集成度的提高，需要滿足更高水平的純度，所以要求腔內的雜質污染減少。
作為雜質污染少的材料，公知的有石墨材料，一般的石墨材料為多孔性，難以達到高真空，而且，因離子脫落容易產生微粒，該微粒污染導致集成電路短路和線路不暢。
另一方面，作為具有不透氣性的均質碳材料，近年，作為半導體制造裝置用部件使用玻璃狀碳。該玻璃狀碳不僅雜質污染極少，而且因其均勻連續的結晶組織結構而很少產生微粒。
另外，作為半導體裝置用部件的具體例子有仿晶片。該仿晶片以LSI和VLSI制造工藝的工具和設備的操作試驗以及在線凈化為目的，替代硅晶片使用。
LSI和VLSI等半導體制造過程中，利用化學汽相淀積法(CVD)、物理汽相淀積法(PVD)、濺射法等在硅晶片上成膜的工藝占重要位置，要求成膜的薄膜具有高度均質性。因此，在成膜工藝的品質管理和薄膜的評價是半導體制造過程中不可缺少的要素。
上述成膜工藝中的品質管理和薄膜的評價采用仿晶片。具體來說，測定成膜時間和晶片溫度等成膜條件和在晶片上形成的膜的厚度的關系，采用仿晶片進行膜的純度分析等。另外，仿晶片也可以用于防止在濺射中膜從結構部件剝離而產生微粒的仿濺射。
半導體制造工藝中的濺射、CVD、干蝕刻、離子注入為代表的對晶片的成膜處理工藝在稱為“腔”的高真空可減壓的反應室內進行。一般，作為在該成膜裝置使用的仿晶片采用雜質污染少、不會導致成品率降低的硅晶單片。另外，硅晶片的厚度一般是0.725mm左右。
在上述的成膜工藝中，在作為仿晶片采用硅晶片時，利用藥液和機械方法(例如，磨光)去除附著在晶片的各種膜，再生、再利用硅晶片。近年開發了采用特開平10-270433號公報或特開平11-102847號公報的玻璃狀碳板的仿晶片。但是，在作為板材使用玻璃狀碳時，需要將玻璃狀碳的燒結體研削加工成制造所需的大小。要研削玻璃狀碳的板材(燒結體)，必需使用鉆石加工機，這就成為成本上升的主要原因。
另外，作為半導體制造裝置用部件的具體例有探針和插座用連接器(接觸器)。這些探針和連接器用于檢查半導體集成電路(LSI)等半導體裝置是否正常工作。如圖4(a)所示，特開平10-221366號公報揭示了探針30是通過削尖Re-W合金線的前端部形成的，通過對基板37上形成的Al電極墊38直接接觸前端部，通電連接測試電路，測定電子設備或半導體標準部件的電特性。
但是，上述Re-W合金線構成的探針由于耐磨耗性和強度不夠，所以在重復與電極部接觸時前端部被磨耗、變形而降低形狀精度。另外，由于在前端部容易凝集電極的金屬成分和焊錫的金屬成分，所以接觸電阻值增大，檢查精度降低，而且縮短探針壽命。
另一方面，上述純鉆石膜(DLC膜Diamond-Like Carbon膜)應適用于機械設備和工具等惡劣條件下使用的部件，若將其膜厚設定得較大，則在鉆石膜里存在的應力變得非常大，具有在短期間剝落剝離的致命缺點。
上述剝落剝離的覆蓋膜成為微粉并附著到半導體產品上，成為降低產品成品率的重要原因之一。
另外，在制造半導體裝置的工藝中所用的晶片處理裝置中，特別是被等離子體、離子束或電子流等能量線照射的部件因能量線而使部件的結構成分分離并混入晶片，給晶片帶來極壞影響，而且由于部件本身容易劣化，所以降低了裝置的耐久性。
另外，離子注入處理、干蝕刻處理、濺射處理為代表的晶片和液晶顯示(LCD)基板的處理工藝中，一定要有搬送晶片或玻璃基板的搬送裝置和放置多個晶片的晶片盒等。這些裝置和盒必需具有可使半導體產品滑動的滑動部。
但是，隨著半導體集成電路的集成度和液晶顯示裝置的像素提高，半導體制造裝置的滑動部的半導體產品的摩擦等產生的微粒(微細粒子)的影響更顯著，為了提高半導體產品的制造成品率而減少微粒成為一個技術課題。
另一方面，如上所述，在作為半導體制造裝置用部件使用玻璃狀碳時，具有以下難點。即，玻璃狀碳加工性差且價格昂貴。另外，玻璃狀碳難以得到較大壁厚的材料，在通過晶片的大面積化而進一步大型化的腔中，難以在高真空下以穩定狀態使用。
形成了只由上述純無定形碳構成的覆蓋膜(以下，稱為“純無定形碳膜”)的部件，摩擦系數低、耐磨耗性卓越，但考慮在使用機械部件和工具的惡劣條件下使用，要確保大的膜厚，則覆蓋膜的內部應力變大，容易產生剝落剝離。因此，限定在較窄的使用范圍內。
另外，成膜工藝中，作為仿晶片采用硅晶片進行成膜時，若為了去除附著在晶片上的各種膜并再生而將仿晶片浸漬在強酸溶液中，則硅晶片本身在酸溶液中熔化并在短時間內變薄，低于硅晶片厚度的下限值0.6mm而不能再使用。
另外，晶片通過浸漬在酸溶液而變薄，強度不夠，有時產生破損。另外，利用脫落的機械方法進行膜去除時，由于硅晶片也同時被研磨，所以硅晶片的厚度變薄，小于晶片厚度下限值，不能重復使用。如機械化學拋光(CMP)的化學(使用藥品)脫落中也同樣存在問題。
另外，仿晶片在用于制造半導體裝置的工藝，如在等離子體、離子束、或電子流等能量線照射的晶片處理裝置時，結構成分被等離子體等能量線分離并混入晶片，給晶片帶來很壞影響。
另外，隨著半導體集成電路的集成度和液晶顯示裝置的像素數提高，由于半導體制造裝置的滑動部的半導體產品的摩擦等產生的微粒(細微粒子)的影響顯著，所以仿晶片材料不能采用與搬送部件接觸產生微粒的材料。
如上所述，仿晶片材料限于必需使用不影響晶片品質的材質，該材料還必須具有耐藥品和耐久性。
另一方面，有時代替硅制的仿晶片采用CVD制法獲得的SiC制仿晶片或玻璃狀碳制仿晶片，但SiC或玻璃狀碳加工性差且價格昂貴。另外，使用這些材料時難以得到12英寸級的大面積晶片。
例如，在使用材質與硅不同的仿晶片時，在品質管理和薄膜的評價過程中，難以用位置傳感器進行檢測，而且難以提供可在真空下以穩定狀態使用的晶片。
另一方面，根據在晶片基材的表面形成了只由純無定形碳構成的覆蓋膜的部件，摩擦系數低、耐磨耗性卓越，但考慮到要求具有耐藥性和耐磨耗性并在惡劣條件下使用，若要確保較大膜厚，則覆蓋膜的內部應力變大，容易產生剝落剝離。因此，限定在較窄的使用范圍內。
本發明是為了解決上述問題而完成的，其目的1在于提供一種作為碳膜覆蓋部件的半導體制造裝置用部件，該部件具備低磨耗性、良好的耐磨耗性和耐久性，即使在惡劣條件下使用，也很少出現剝離、落塵和劣化，不會給半導體產品帶來不良影響。
本發明的目的2在于提供一種仿晶片，該仿晶片的再生利用性有所提高，即使在酸洗或機械研磨等惡劣條件下重復進行去膜處理，晶片基材也不會損耗，不會給半導體產品帶來不良影響，不會因剝離和落塵而產生微粒，且耐久性卓越。
本發明的目的3在于提供一種探針，該探針的耐磨耗性和強度卓越、重復接觸也很少出現磨耗和變形，且接觸電阻值的變化很小，可以長時間對半導體產品維持較高的檢查精度，且使用壽命長。
發明內容
為了達到上述目的，本發明者為了改善覆蓋膜的特性而進行了研究。其結果是，調制在基材表面的至少一部分形成了無定形碳構成的基體中含有特定金屬和/或金屬碳化物的覆蓋膜(以下，稱為“含金屬(金屬碳化物)的無定形碳膜”)的部件時，大幅度緩和覆蓋膜的內部應力，改善了覆蓋膜和基材的密合性和接合強度，抑制覆蓋膜的剝落和剝離，得到了具備低摩擦特性和良好耐磨耗性、耐腐蝕性、耐久性的碳膜覆蓋部件。
特別是上述部件用于在晶片或玻璃基板處理裝置內受到等離子體、離子束、電子流等能量線照射的半導體制造裝置用部件時，因能量線而導致的部件結構成分的分離較少，不會污染晶片等，而且部件本身的劣化少，可以提高半導體設備和液晶顯示裝置的制造成品率。
另外，將形成了上述覆蓋膜的部件作為晶片或玻璃基板搬送裝置的滑動部的結構材料使用時，部件對半導體產品的摩擦系數小，大幅度降低因摩擦產生的微粒數，可以防止微粒帶來的缺陷，有效提高半導體產品和液晶顯示裝置的制造成品率。
另外，本發明者著眼于仿晶片的覆蓋膜，為了改善該覆蓋膜特性而進行了研究。其結果是，獲得了耐藥性、低摩擦特性、耐磨耗性、耐久性等卓越的仿晶片，在晶片基材表面的至少一部分形成了無定形碳構成的基體中含有特定金屬和金屬碳化物的覆蓋膜(以下，稱為“含金屬(金屬碳化物)的無定形碳膜”)，改善了覆蓋膜和基材的密合性和接合強度，還抑制了覆蓋膜的剝離。
在將該仿晶片用于受到等離子體、離子束或電子流等能量線的照射的晶片或玻璃基板處理裝置時，因能量線而導致的晶片基材結構成分的分離較少，不會污染晶片等，而且晶片基材本身的劣化少，其結果是，可以有效提高半導體裝置和液晶顯示裝置的制造成品率。
將形成了含金屬(金屬碳化物)的無定形碳膜的仿晶片用于晶片或玻璃基板的處理裝置時，晶片對玻璃搬送部件的摩擦系數小，可以大幅度減少摩擦產生的微粒數，防止微粒帶來的缺陷，其結果是，可以有效提高半導體裝置和液晶顯示設備的制造成品率。
將形成了上述覆蓋膜的部件作為半導體產品檢查裝置的探針或插座用連接器的結構材使用時，耐磨耗性和強度卓越，即使重復接觸動作也很少出現磨耗和變形，且接觸電阻值的變化較少，可以長時間對半導體產品的檢查精度維持較高水平，且使用壽命較長。
本發明是基于上述而完成的發明。即，本發明的碳膜覆蓋部件是在基材表面的至少一部分形成了無定形碳構成的基體中含有金屬和/或金屬碳化物的覆蓋膜的碳膜覆蓋部件，該部件的特征是，構成上述覆蓋膜的金屬(M)與碳(C)的原子比(M/C)在0.01～0.7的范圍內。
以前使用的純無定形碳膜由于具有類似鉆石性質的細密膜結構，所以對藥品無浸透性，并具有很低的摩擦系數和高硬度，但浸漬在氫氟酸等強酸去除碳膜上形成的其他膜或用機械強制力去除膜時，考慮到在惡劣條件下使用機械部件或工具等，需要設定較大膜厚，這樣在覆蓋膜內存在的應力變得非常大，從而容易引起剝落和剝離。
因此，本發明的碳膜覆蓋部件中，使無定形碳構成的基體中含有金屬和/或金屬碳化物，緩和上述內部應力，有效抑制覆蓋膜的脫落。因此，在覆蓋膜的厚度達到305μm左右時，內部應力上升較少，能夠對基材維持良好的密合強度，這樣即使在惡劣條件下使用滑動部件或工具等時，也可以使用現有膜厚。
本發明中，作為上述基體中所含的金屬和/或金屬碳化物，只要可發揮無定形碳構成的基體的應力緩和作用即可，對其沒有特別限定，但最好采用選自鉬(Mo)、鎢(W)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、硅(Si)、硼(B)、鈦(Ti)、鉻(Cr)及這些元素的碳化物的至少1種。
作為金屬碳化物，較好的是使用W-C、Ta-C、B-C、Nb-C、Ti-C等。這些金屬和/或金屬碳化物最好以粒徑為納米水平的微細粒子分散在無定形碳的基體中。
從發揮卓越的耐藥性、耐磨耗性、低摩擦特性、耐久性考慮，構成上述金屬和/或金屬碳化物的金屬元素最好為W和Ta。另外，雖然B也可以發揮良好特性，但由于組成范圍較窄，所以不理想。從降低材料成本方面考慮，最好采用Ti。
本發明中，分散了上述金屬及其碳化物構成的粒子狀物質的覆蓋膜的厚度在5μm以下。
另外，上述覆蓋膜的厚度放大沿穿過碳膜覆蓋部件的近中央部分的平面切斷的截面部的膜厚而測定的。對近中央部分、從中央部分朝兩個外周側的大約90％的距離的3處分別進行5次測定。
另外，以往的只由純無定形碳構成的覆蓋膜的內部應力較大，為2～6GPa/μm，容易引起脫落，所以限制膜厚最厚為1μm左右，但本發明的含有緩和內部應力的金屬和/或金屬碳化物的覆蓋膜的厚度即使達到5μm，由于其內部應力被控制在1.5GPa/μm以下，所以增大膜厚即可加強耐久性，適用于在惡劣條件下使用的部件。
因上述覆蓋膜的內部應力的關系，覆蓋膜的厚度一般在5μm以下，但實用時最好在2μm～3μm的范圍內。另外，在分散了作為粒子狀物質的Cr的情況下，可以將覆蓋膜厚度提高到30μm左右。
本發明中，上述覆蓋膜中所含的金屬(M)與碳(C)的原子比(M/C)最好在0.01～0.7的范圍內。M/C的原子比在上述范圍內時，可以得到與基材的密合力高，耐藥性和耐磨耗性卓越的覆蓋膜。
特別是形成了上述覆蓋膜的碳膜覆蓋部件為半導體制造裝置用部件時，在構成與其他產品或部件接觸滑動的滑動部的情況下，將上述覆蓋膜內的原子比(M/C)控制在0.1～0.5的范圍內，可以得到特別理想的耐磨耗性。
碳膜覆蓋部件是在晶片基材表面形成了覆蓋膜的仿晶片的情況下，最好降低金屬成分量而提高耐腐蝕性。此時，上述覆蓋膜內的金屬(M)與碳(C)的原子比最好在0.05～0.2的范圍內。
碳膜覆蓋部件是在晶片基材表面形成了覆蓋膜的探針的情況下，最好增加金屬成分量確保適當的導電性和阻抗值，同時提高可防止與接觸的材料或焊錫凝集的耐凝集性。此時，上述覆蓋膜內的金屬(M)與碳(C)的原子比最好在0.2～0.7的范圍內。
上述原子比可以通過用EPMA(X線微分析器)定量分析含有金屬(金屬碳化物)的無定形碳膜表面來測定各元素量而求出。在此，金屬量為單體存在的金屬量和以碳化物存在的金屬量的合計量，碳量為構成金屬碳化物的碳量和無定形碳量的合計量。
作為一體形成覆蓋膜的基材，只要能承受形成覆蓋膜時的200℃以下的處理溫度即可，對其無特別限定，可以使用鋼鐵材料，例如用于半導體制造裝置用部件的鋁、鈦或其合金和不銹鋼、石墨和硅等非鐵材料，氧化物、氮化物、碳化物或硼化物構成的陶瓷材料，玻璃材料和樹脂材料等。但是，為使粒子狀金屬分散在無定形碳中，大多采用濺射法，所以最好使用具有一定程度的導電性的基材。
本發明中，通過在上述覆蓋膜和基材之間由金屬、氮化物、碳化物或硼化物形成單層或多層作為中間層，可以形成覆蓋膜和基材的接合強度良好，且具備良好耐久性的碳膜覆蓋部件。
上述中間層可根據基材與形成含金屬(金屬碳化物)的無定形碳膜的種類作適當選擇，可以是金屬、氮化物、碳化物或硼化物形成的單層中間層，也可以是層疊結構中間層。例如，在基材側形成金屬層，在其上層形成氮化物、碳化物或硼化物構成的層后，獲得含金屬(金屬碳化物)的無定形碳膜的層疊結構。
上述中間層可以采用在基材表面預先形成的鍍金屬層、氮化層、浸碳處理層等。利用濺射法在基材表面形成金屬薄膜構成的中間層，可以提高碳覆蓋膜的密合性。特別是通過在中間層中采用碳化物，即使在含金屬(金屬碳化物)的無定形碳膜中存在針孔等缺陷時，也可以防止蝕刻時腐蝕基材。
作為本發明的碳膜覆蓋部件的半導體制造裝置用部件、仿晶片、探針等可以按以下制造工序制得。即，在填充了作為無定形碳的原料的碳氫氣體和氬氣(Ar)的濺射裝置的反應容器內，相對配置作為金屬和/或金屬碳化物的材料的金屬或金屬碳化物對電極和主要由金屬構成的基材。
在該狀態下，通過實施磁控管濺射，使包含碳氫氣體分解而生成的碳成分的反應氣體在基材表面汽相淀積，同時因Ar離子的沖突，從對電極沖出來的微細金屬和金屬碳化物混入汽相淀積的無定形碳膜中。無定形碳膜中的金屬或金屬碳化物的混入量的調整可以通過改變磁控管濺射時的輸入電壓、偏置電壓、回轉工作臺的回轉速度或反應容器內的碳氫氣體的濃度等來實現。作為碳氫氣體處理，除了乙炔氣之外，還可以使用甲烷、乙烷、苯等。
其結果是，在基材表面上一體形成無定形碳構成的基體中含有金屬和/或金屬碳化物的覆蓋膜，得到作為本發明的碳膜覆蓋部件的半導體制造裝置用部件。
具有上述結構的碳膜覆蓋部件，由于在基材表面的至少一部分上一體形成了無定形碳構成的基體中含有金屬和/或金屬碳化物的覆蓋膜，所以可以發揮作為基體的無定形碳的耐磨耗性和低摩擦特性，同時無定形碳的內部應力可以通過所含的金屬和/或金屬碳化物有效得到緩和，從而使覆蓋膜的剝離和落塵減少，且具備良好的耐久性。
特別是本發明的碳膜覆蓋部件作為半導體制造裝置的能量線照射部或滑動部的部件使用時，由于該部件很少出現劣化、剝離或因滑動而產生落塵微粒，所以能以高成品率穩定制造半導體產品。
具體來說，作為本發明的碳膜覆蓋部件被用于晶片處理裝置或玻璃基板處理裝置，構成接受等離子體、離子束或電子流等能量線的照射的半導體制造裝置用部件。更具體來說，上述晶片處理裝置為蝕刻裝置、濺射裝置、CVD裝置或離子注入裝置。更進一步來說，為晶片搬送裝置或玻璃基板搬送裝置中與半導體部件或裝置結構材料接觸而滑動的滑動部。
另外，只要可以實現本發明的目的，則本發明并不限于上述用途，還可以用于半導體制造裝置用部件和滑動部件等。本發明的碳膜覆蓋部件也適用于光盤、磁盤等各種成膜裝置用仿晶片。作為其他用途，可以用于廚房用品、溫水栓部件(龍頭部件)、工作機械部件、汽車部件等一般民用部件或工業用部件等各種用途。
圖1是將本發明的碳膜覆蓋部件用于半導體制造裝置用部件的一個實施例的層結構的部分模擬截面圖。
圖2是將本發明的碳膜覆蓋部件用于半導體制造裝置用晶片盒的一個實施例的立體圖。
圖3是將本發明的碳膜覆蓋部件用于仿晶片的一個實施例的層結構的部分模擬截面圖。
圖4表示探針結構，(a)表示現有例，(b)是將本發明的碳膜覆蓋部件用于探針的一個實施例的部分截面圖。
圖5是本發明的碳膜覆蓋部件用于插座用連接器的一個實施例的立體圖。
符號說明1為碳膜覆蓋部件(半導體制造裝置用部件、仿晶片、切削工具、探針和插座用連接器)，2為基材(SUS304)，3為中間層(氮化層)，4為無定形碳(基體材料)，5為粒子狀物質，6為覆蓋膜(含金屬(金屬碳化物)的無定形碳膜)，11為晶片盒，12為上葉片，13為下葉片，14為支撐壁面，15為晶片，16為保持槽，21為仿晶片，22為晶片基材(硅晶單片)，23為中間層(碳化物層)，24為無定形碳(基體材料)，25為粒子狀物質，26為覆蓋膜(含金屬(金屬碳化物)的無定形碳膜)，30和30a為探針，32為基材，33為中間層，36為覆蓋膜，37為基板，38為Al電極墊片，40為插座用連接器，42為基材，43為中間層，44為焊錫球，45為連接部，46為覆蓋膜。
具體實施例方式
下面，通過實施例和比較例具體說明本發明的實施方式。
實施例1～3
在表面預先形成了氮化層的SUS304制基材表面，利用磁控管濺射法形成具有表1所示的組成和膜厚的覆蓋膜，該膜中分散了粒子狀物質，制得作為各實施例的碳膜覆蓋部件的半導體制造裝置用部件。
如圖1所示，各實施例的半導體制造裝置用部件1具備層結構，在SUS304構成的基材2表面形成了作為中間層3的氮化層(CrN)，在該氮化層的表面側具有一體形成的覆蓋膜6，該膜6中包含無定形碳4構成的基體和該基體中所含(分散)的金屬和/或金屬碳化物5。
比較例1
除了不含金屬和/或金屬碳化物，以及覆蓋膜厚度為1μm之外，其他都與實施例1相同，只汽相淀積無定形碳，制得比較例1的半導體制造裝置用部件。
將以上制得的實施例和比較例的部件作為構成晶片處理裝置的等離子照射部的部件進行組裝，通過累計電量500kwh對晶片進行處理。
接著，利用微粒計數器(WM-3)對于經過以上處理的各晶片上附著的微粒量進行測定，從總微粒數中減去雜質微粒高于規定值的晶片數，算出可從產品中取得的合格晶片的制造成品率。
另外，觀察部件表面形成的覆蓋膜的剝離時間作為部件壽命特性。各實施例的部件壽命以比較例1的部件壽命作為基準值(100)進行相對表示。下述表1所示為測定結果。
表1半導體制造裝置用部件
從上述表1所示的結果可以看出，形成了分散有W、Ta、B的粒子狀物質的無定形碳構成的覆蓋膜的各實施例的部件與比較例1的部件相比，劣化和微粒產生量少，所以可以改善作為產品的晶片的制造成品率。
特別是可以確認各實施例的部件，由于覆蓋膜的內部應力因粒子狀物質而緩和，所以在膜厚為3μm的情況下，不會長時間剝離，可以得到較長的使用壽命(耐久性)。即，與只形成純無定形碳膜的現有例相比，可以將部件的使用壽命延長2.1倍～3.5倍。
另一方面，汽相淀積了只由純無定形碳構成的覆蓋膜的比較例1的部件，由于覆蓋膜內的應力值變高，最多只形成1μm厚的薄覆蓋膜，所以耐久性有所下降。
實施例4～6
如圖2所示，分別制造設置在作為半導體制造裝置的晶片搬送裝置，插入放置多個晶片的鋁合金制開放型晶片盒。該圖2所示的晶片盒11構成為在上葉片12和下葉片13構成的一對近似圓形葉片間相對配設一對支撐壁面14，按晶片15個數部分設置在各支撐壁面14的內側面插入保持晶片15的周邊部的保持槽16。在將多個圓板狀晶片15滑動插入保持槽16而多段設置的狀態下，搬送各半導體制造裝置。
在該晶片盒11的保持槽16中插入晶片15，從保持槽16取出時，由于晶片15滑動，所以保持槽16的滑動要求高平滑性和耐磨耗性。
上述制造的基材的晶片盒的保持槽表面形成具有表2所示的組成和膜厚，且含有粒子狀金屬和/或金屬化合物的覆蓋膜，分別制造各實施例的作為碳膜覆蓋部件的晶片盒。
比較例2～3
除了覆蓋膜中不含粒子狀物質而形成了只由無定形碳構成的厚度1μm的覆蓋膜之外，其他都與實施例4相同，制造具有同一尺寸的比較例2的晶片盒。另外，制造了不形成覆蓋膜的比較例3的晶片盒。
重復1200次在上述各實施例和比較例的晶片盒的保持槽內插入和取出晶片的動作。接著，利用微粒計數器測定附著在各晶片的微粒量，從雜質微粒數大于規定值的微粒數的比例算出可從產品獲得的合格晶片的制造成品率。
另外，觀察保持槽表面形成的覆蓋膜的剝離時間作為部件壽命特性。各實施例和比較例的部件壽命以比較例1的部件壽命作為基準值(100)進行相對表示。下述表2所示為測定結果。
表2 晶片盒
從上述表2所示的結果可知，在成為晶片盒的滑動部的保持槽表面形成了含有金屬和/或金屬碳化物的無定形碳構成的覆蓋膜的各實施例的晶片盒，很少給晶片的純度帶來不良影響，可以得到耐久性卓越的耐磨耗部件。通過將形成了本實施例的覆蓋膜的部件用于半導體裝置的滑動部，可以一直在穩定的狀態下，以高成品率大量生產微粒和落塵導致的缺陷少的半導體設備和液晶顯示設備。
另一方面，形成了不含粒子狀物質的純無定形碳膜的比較例2，由于膜的應力高，所以膜厚最大為1μm，耐久性低。沒有設置覆蓋膜的比較例3可以看出微粒產生數急增而不能使用。
實施例7和比較例4～6
如表3所示，在SUS304制平板上分別形成含W的無定形碳、純無定形碳、MoS2(二硫化鉬)、TiN(氮化鈦)構成的鍍膜，分別制造在表3所示的實用的膜厚范圍形成的部件，測定這些膜厚范圍的摩擦系數、內部應力和維氏硬度(Hv0.05)的變動范圍，得到了下述表3所示的結果。
表3 SUS平板上的膜
從上述表3所示的結果可知，實施例7所用的含W金屬(金屬碳化物)的無定形碳膜的摩擦系數比純無定形碳膜略有增加，與現有的MoS2構成的潤滑層同等水準，滑動特性良好。
另外，有關覆蓋膜的內部應力，純無定形碳膜構成的比較例4的覆蓋膜的膜應力高，膜厚限制在1μm左右，含金屬(金屬碳化物)的無定形碳膜構成的實施例7的覆蓋膜的膜厚為5μm左右。因此，可將適用范圍擴大到在更惡劣條件下使用的工具等。另外，有關硬度，用實施例7的覆蓋膜可以得到800～2200Hv，作為半導體制造裝置的結構部件可以充分得到實用上要求的耐磨耗性。
實施例8～10以及比較例7
在超硬合金構成的切削工具的表面利用磁控管濺射法一體形成表4所示的含金屬(金屬碳化物)的無定形碳膜和純無定形碳膜，分別制造各實施例和比較例的切削工具部件。
在工作機械上實際安裝這些切削工具時，測定在工具表面形成的覆蓋膜被剝離為止的加工延長時間作為工具壽命。另外，以比較例7的切削工具的壽命為基準值(100)相對示出工具壽命。下述表4示出測定結果。
表4 切削工具
從上述表4所示的結果可知，一體形成了在無定形碳基體中含有(分散)規定的金屬和/或金屬碳化物的覆蓋膜的各實施例的切削工具與比較例7相比，具有良好的覆蓋膜的密合性，所以工具壽命可以大幅度延長2.3～3.7倍，具有卓越的耐久性。
以上各實施例中說明了將形成了含金屬(金屬碳化物)的無定形碳膜的碳膜覆蓋部件用于構成半導體裝置的部件和切削工具的例子，但本發明的碳膜覆蓋部件不限于上述用途。如下所述，還適用于抑制燒結或凝集現象的結構部件，而且特別適用于可滿足耐藥性、低摩擦性和耐磨耗性等特性的部件。
下面，通過以下實施例和比較例具體說明將本發明的碳膜覆蓋部件用于仿晶片的實施方式。
實施例11～16
利用磁控管濺射法制造在8英寸硅晶單片表面形成了具有表5所示的組成和膜厚的覆蓋膜的仿晶片1。在覆蓋膜中作為粒子狀物質分散表5所示的成分(及其碳化物)。
如圖3所示，實施例11～實施例16的仿晶片21在單結晶硅構成的晶片基材22表面形成作為中間層23的碳化物(WC)層，在該碳化物層23的表面側具有一體形成的無定形碳24基體和分散在該基體中的金屬25構成的覆蓋膜26的層結構。另外，制造沒有鍍覆蓋膜的硅晶單片作為比較例8的仿晶片。除了將M/C原子比設為0.8之外，其他操作與實施例11相同，制得比較例9的仿晶片。
接著，檢測各仿晶片的利用酸進行膜去除作業時的耐藥性。即，將以上制得的實施例11～16和比較例8～9的仿晶片在氟硝酸溶液(氫氟酸1∶硝酸1∶水10)中浸漬5小時，觀察酸腐蝕造成的晶片厚度的變化，得到下述表5所示的結果。
另外，實施例11和實施例12在浸漬時間為30小時的條件下進行測定。表5一并示出其結果。
表 5
從上述表5所示的結果可知，形成了含有W、Si、Ta等金屬(金屬碳化物)粒子的無定形碳覆蓋膜的實施例11～16的仿晶片，在含有成分為W、Si、Ta的任一種時，在5小時的氟硝酸溶液浸漬試驗中厚度不產生變化，這說明具有卓越的抗腐蝕性。另外，膜厚大于8μm的實施例11浸漬30小時也沒有變化。因此，要求較好的耐腐蝕性的適用領域中最好采用8μm以上的膜厚。
另一方面，沒有形成覆蓋膜的比較例8的仿晶片，通過5小時的氟硝酸溶液浸漬試驗，因腐蝕厚度減少85μm，難以重復使用。另外，從比較例9可知，M/C原子比超過0.7時，無定形碳膜的耐腐蝕性降低。
這樣，通過在仿晶片上形成分散了粒子狀物質W、Si、Ta的覆蓋膜，可以提高重復使用的仿晶片的利用酸去除膜的耐受性(耐藥性)。
下面，通過濺射裝置在上述實施例11～16和比較例8的仿晶片21上交替成膜Ti/TiN層和Al層，獲得成膜5次的Ti/TiN層和Al層的層疊膜(濺射膜)。
將實施例11～16和比較例8的仿晶片浸漬在上述氟硝酸溶液以去除濺射膜，并測定晶片厚度。其結果是，實施例11～16中的任一實施例重復10次以上膜去除作業實施，晶片厚度也沒有變化。這表示實施例11～16的仿晶片重復10次以上利用氟硝酸溶液進行的膜去除作業，晶片基材本身也不產生損傷。這樣，實施例11～16的仿晶片可以重復膜去除處理，得到具有可重復使用的耐久性(耐藥性)的仿晶片。
另一方面，比較例8的仿晶片的膜厚通過濺射膜的去除作業產生變化，進行5次膜去除之后，厚度低于0.6mm，不能作為晶片使用。
從該結果可知，實施例11～16的仿晶片進行利用氟硝酸重復10次以上的膜去除，膜厚也不產生變化，從而，可以節約仿晶片的使用個數，降低成本。
另外，在使用實施例11～16的仿晶片進行濺射時，查看晶片產生的微粒個數，可知微粒沒有增加，與無覆蓋膜而濺射了仿晶片時的微粒相比大幅度減少。即，實施例11～16形成了覆蓋膜的仿晶片具有可以防止產生影響產品品質的微粒的效果。
通過將實施例11～16的形成了覆蓋膜的仿晶片用于半導體制造裝置，可以一直在穩定的狀態下，以高成品率大量生產因微粒和落塵而導致的缺陷較少的半導體設備和液晶顯示設備。
實施例17～22
在8英寸硅晶單片表面利用磁控管濺射法形成具有表6所示的組成、膜厚和中間層的分散有粒子狀物質的覆蓋膜，制造實施了17～22的仿晶片。另外，將沒有形成覆蓋膜的硅晶片作為比較例10。
在上述實施例17～22和比較例10的仿晶片上用濺射裝置交替成膜Ti/TiN層和Al層，形成成膜5次的Ti/TiN層和Al層的層疊膜(濺射膜)后，檢測利用研磨裝置去除膜(機械去除膜)的晶片的厚度變化。還檢測可重復膜去除作業的次數，即，作為晶片所需厚度的下限值0.6mm的膜去除次數，得到了下述表6所示的結果。
表 6
從上述表6所示的結果可知，實施例17～22的在硅晶片形成含金屬(金屬碳化物)的無定形碳覆蓋膜的仿晶片，在含有成分為W、Si、Ta的任一情況下，在進行10次以上膜去除作業之后，厚度也不變化(減少)。另外，在膜厚為8.7μm和8μm以上的實施例17，進行20次以上的膜去除作業之后，厚度也不變化(減少)。
另一方面，沒有形成覆蓋膜的比較例10的仿晶片進行3次膜去除之后，晶片厚度小于0.6mm，不能作為晶片使用。
實施例17～22通過在仿晶片表面形成含金屬(金屬碳化物)的無定形碳覆蓋膜，可以顯著提高仿晶片的重復使用次數，提高再使用率，從而降低仿晶片的成本。
實施例17～22的仿晶片是一種耐磨耗性卓越的仿晶片，可以防止產生影響產品品質的微粒，從而提高了產品的成品率。
實施例23～26
下面，利用磁控管濺射法制作在8英寸的玻璃和鋁制晶片上形成了具有表7所示的組成、膜厚、中間層的覆蓋膜的仿晶片。將沒有實施鍍覆蓋膜的玻璃晶片作為比較例11，同樣將沒有鍍覆蓋膜的氧化鋁晶片作為比較例12。將實施例23～26和比較例11、12的仿晶片在稀氫氟酸溶液(氫氟酸1∶水10)中浸漬5小時并檢測厚度變化量，得到下述表7所示的結果。
表 7
從上述表7所示的結果可知，形成了分散有W、S粒子狀物質的含金屬(金屬碳化物)的無定形碳覆蓋膜的晶片中，晶片基材為玻璃制或氧化鋁制的任一種時，與實施例11～16相同，其厚度沒有變化。
另一方面，沒有形成覆蓋膜的比較例11、12的仿晶片的玻璃制晶片的厚度減少27μm，鋁制晶片厚度減少15μm。
實施例23～26的晶片基材為玻璃制或氧化鋁制的情況下，通過在晶片基材表面形成含金屬(金屬碳化物)的無定形碳膜，可以提高其耐藥性。
即，本實施例23～26的仿晶片在晶片基材為硅基材以外的材質的情況下，對氫氟酸的膜去除作業的耐性(耐藥性)良好，其結果是，提供了可重復使用的仿晶片，從而仿晶片的成本少，有效降低制造成本。另外，通過作為基材使用加工比較簡單的玻璃或氧化鋁，可以降低成本。
另外，通過在半導體制造裝置使用實施例23～26形成覆蓋膜的仿晶片，可以一直在穩定的狀態下，以高成品率大量生產因微粒和落塵而導致的缺陷較少的半導體設備和液晶顯示設備。
實施例23～26的形成了覆蓋膜的仿晶片，由于在覆蓋膜內部具有粒子狀物質，可以緩和覆蓋膜的內部應力，所以在形成5μm左右厚的膜厚的情況下，也不會因藥液出現膜剝離，可以得到卓越的耐藥性。
如上所述，本實施例的仿晶片由于在晶片基材的至少部分形成了無定形碳基體中含有金屬和/或金屬碳化物的覆蓋膜(含金屬(金屬碳化物)的無定形碳覆蓋膜)，所以提高晶片基材的耐藥性、耐磨耗性以及摩擦特性。并且，覆蓋膜中的無定形碳的內部應力因在其內部含有的金屬和金屬碳化物而有所緩和，所以很少產生覆蓋膜的剝離和落塵，顯現出卓越的耐久性。
本實施例的仿晶片，在晶片基材為玻璃或氧化鋁制的情況下，通過設置含金屬(金屬碳化物)的無定形碳覆蓋膜，提高了耐藥性和耐磨耗性。
特別是在將本實施例的仿晶片用于半導體制造裝置的情況下，由于可以有效防止晶片和滑動部的滑動而產生(落塵)微粒，從而能以高成品率穩定制造半導體產品。
下面，通過以下實施例和比較例具體說明將本發明的碳膜覆蓋部件用于探針和插座用連接器的實施方式。
實施例27～32
通過將含有5％的錸的線徑0.1mm的鎢基材32加工為圖4(b)所示的形狀之后，在表面形成表8所示的碳化物構成的中間層33，再利用磁控管濺射法形成具有表8所示的組成、M/C原子比、膜厚的分散了粒子狀物質的覆蓋膜36，制得各實施例的探針30a。
如圖4(b)所示，各實施例的探針30a在Re-W構成的基材32表面形成作為中間層33的碳化層，在該碳化層的表面側具有一體形成圖1所示的無定形碳4構成的基體和基體中含(分散)金屬和/或金屬碳化物5構成的覆蓋膜36的層結構。
比較例13～14
另一方面，除了沒有鍍上述覆蓋膜和中間層之外，進行與實施例27同樣的處理，獲得圖4(a)所示的只由Re-W構成的比較例13(現有例)的探針30。另外，除了將M/C原子比設為0.001之外，進行與實施例27同樣的處理作為比較例14。
測定以上制得的各實施例和比較例的探針30a、30的接觸電阻值，得到下述表8所示的結果。另外，測定方法是對Al電極墊片38接觸20萬次10gf重的探針后，測定了接觸電阻值。
表 8
從上述表8所示的結果可知，形成分散有W、Si、Ta粒子狀物質的無定形碳構成的覆蓋膜36的各實施例的探針30a，由于接觸電阻值與沒有形成覆蓋膜36的比較例13相比沒有增大，所以可以改善作為探針卡用連接器針的檢查精度。
特別是各實施例的探針30a，由于覆蓋膜36的內部應力因粒子狀物質而緩和，所以形成接近5μm厚的膜厚的情況下，接觸電阻值也不會變化，可以得到卓越的壽命(耐凝集性)。
另一方面，比較例13的探針30，由于Al電極墊片對Al的附著沒有抗凝集性，所以增大接觸電阻值，引起探針的壽命劣化。另外，比較例14的M/C原子比小于0.01，膜中的金屬成分量很少，反而增加接觸電阻。
另外，觀察形成了覆蓋膜的各實施例的探針的前端，其針上沒有附著Al，具有卓越的耐凝集性。通過形成了本實施例的覆蓋膜的探針用于半導體設備的檢查，可以一直在穩定狀態下測定電特性，能以高精度檢查半導體設備和液晶顯示裝置。
實施例33～38
將在鈹銅合金上實施Au電鍍而獲得的基材42加工成圖5所示的形狀后，在表面形成表9所示的鉻(Cr)、碳化物或氮化物構成的中間層43，再利用磁控管濺射法形成具有表9所示的組成、M/C原子比、膜厚的分散了粒子狀物質的覆蓋膜46，制造各實施例的用于BGA(球格子陣列)包的插座用連接器40。
如圖5所示，各實施例的插座用連接器40具有在對鈹銅合金實施了Au電鍍的基材42上形成作為中間層43的鉻層、碳化物層或氮化物層，在該中間層43的表面側一體形成圖1所示的無定形碳4構成的基體和在該基體中含有(分散)的金屬和/或金屬碳化物5構成的覆蓋膜46的層結構。BGA包的焊錫球44構成為與插座用連接器40的連接器部45重復接觸的形式。
比較例15
另一方面，除了沒有對上述覆蓋膜和中間層鍍進行敷涂之外，其他操作與實施了33相同，制得只由對鈹銅合金實施了Au電鍍的基材構成的比較例15的插座用連接器。
對于以上制得的各實施例和比較例的插座用連接器測定接觸電阻值，得到下述表9所示的結果。測定方法是對Al電極墊片38接觸20萬次10gf重的探針后，測得的接觸電阻值。
表 9
從上述表9所示的結果可知，形成分散有W、Si、Ta粒子狀物質的無定形碳構成的覆蓋膜的各實施例的插座用連接器，其接觸電阻值與比較例15相比沒有變化，所以可以改善作為插座用連接器的檢查精度。
特別是各實施例的插座用連接器，由于覆蓋膜的內部應力因粒子狀物質有所緩和，所以形成超過5μm厚的情況下，接觸電阻值也不會增大，可以得到卓越的壽命(耐凝集性)。
本實施例的探針和插座用連接器，由于在晶片基材表面的至少一部分形成了無定形碳構成的基體中含有金屬和/或金屬碳化物的覆蓋膜，所以可以發揮基材的耐藥性、耐磨耗性以及低摩擦特性，同時無定形碳的內部應力因其內部含有的金屬和/或金屬碳化物有效緩和，其結果是，很少產生覆蓋膜剝離和落塵，具有卓越的耐久性。
特別是將本實施例的探針和插座用連接器用于半導體產品檢查裝置時，由于在電極部沒有附著軟質金屬，能夠得到穩定的接觸電阻，所以檢查用探針和插座用連接器的使用壽命變長，能以較高檢查精度穩定檢查半導體產品。
如上所述，本發明的碳膜覆蓋部件由于在基材表面的至少一部分形成了無定形碳構成的基體中含有金屬和/或金屬碳化物的覆蓋膜，所以可以發揮作為基體的無定形碳的耐磨耗性和低摩擦特性，同時無定形碳的內部應力因其內部含有的金屬和/或金屬碳化物有效緩和，其結果是，很少產生覆蓋膜剝離和落塵，具有卓越的耐久性。
特別是將本發明的碳膜覆蓋部件用于構成半導體制造裝置的能量線的照射部或滑動部的部件時，由于很少因該部件的劣化、剝離或滑動產生(落塵)微粒，因此能以高成品率穩定制造半導體產品。
權利要求
1.碳膜覆蓋部件，所述部件的基材表面的至少一部分形成了無定形碳構成的基體中含有金屬和/或金屬碳化物的覆蓋膜，其特征在于，構成上述覆蓋膜的金屬(M)與碳(C)的原子比(M/C)在0.01～0.7的范圍內。
2.如權利要求1所述的碳膜覆蓋部件，其特征還在于，上述基體中所含的金屬和/或金屬碳化物選自鉬、鎢、鉭、鈮、硅、硼、鈦、鉻及這些元素的碳化物的至少1種。
3.如權利要求1所述的碳膜覆蓋部件，其特征還在于，上述含有金屬和/或金屬碳化物的覆蓋膜厚度在30μm以下。
4.如權利要求1所述的碳膜覆蓋部件，其特征還在于，在上述覆蓋膜和基材之間由金屬、氮化物、碳化物或硼化物形成了單層或多層的中間層。
5.如權利要求1所述的碳膜覆蓋部件，其特征還在于，上述碳膜覆蓋部件被用于晶片處理裝置或玻璃基板處理裝置，構成接受等離子體、離子束或電子流的照射的半導體制造裝置用部件。
6.如權利要求5所述的碳膜覆蓋部件，其特征還在于，上述晶片處理裝置為蝕刻裝置、濺射裝置、CVD裝置或離子注入裝置。
7.如權利要求1所述的碳膜覆蓋部件，其特征還在于，上述碳膜覆蓋部件是半導體制造裝置用部件，構成與半導體部件或裝置結構材料接觸而滑動的滑動部。
8.如權利要求7所述的碳膜覆蓋部件，其特征還在于，上述覆蓋膜內的金屬(M)與碳(C)的原子比(M/C)在0.1～0.5的范圍內。
9.如權利要求1所述的碳膜覆蓋部件，其特征還在于，上述碳膜覆蓋部件為在晶片基材表面形成了覆蓋膜的仿晶片，上述覆蓋膜內的金屬(M)與碳(C)的原子比(M/C)在0.05～0.2的范圍內。
10.如權利要求9所述的碳膜覆蓋部件，其特征還在于，上述晶片基材由選自硅、玻璃或陶瓷的任一種材料形成。
11.如權利要求9所述的碳膜覆蓋部件，其特征還在于，上述仿晶片作為通過濺射、CVD、蝕刻、離子注入或機械化學拋光的方式進行成膜操作的仿晶片使用。
12.如權利要求9所述的碳膜覆蓋部件，其特征還在于，上述覆蓋膜覆蓋上述晶片基材的至少一部分。
13.如權利要求1所述的碳膜覆蓋部件，其特征還在于，上述碳膜覆蓋部件是在基材表面形成了覆蓋膜的探針，上述覆蓋膜內的金屬(M)與碳(C)的原子比(M/C)在0.2～0.7的范圍內。
全文摘要
本發明提供了一種低磨耗性、耐磨耗性、耐腐蝕性卓越的在惡劣條件下使用時也很少產生剝離、落塵、劣化，很少給半導體產品帶來不良影響，并且耐久性卓越的碳膜覆蓋部件。在基材2表面的至少一部分形成了無定形碳4構成的基體中含有金屬和/或金屬碳化物5的覆蓋膜6的碳膜覆蓋部件1中，構成上述覆蓋膜的金屬(M)與碳(C)的原子比(M/C)在0.01～0.7的范圍內。
文檔編號H01L21/683GK1419262SQ0214292
公開日2003年5月21日 申請日期2002年8月21日 優先權日2001年8月21日
發明者佐藤道雄, 山野邊尚 申請人:株式會社東芝