专利名称：碳膜覆盖部件的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及碳膜覆盖部件，特别涉及具有低摩擦性、良好耐磨耗性和耐久性的作为晶片盒、仿晶片和探针等半导体制造装置用部件使用的碳膜覆盖部件，该部件即使在恶劣条件下使用时，也不会剥离、落尘、发生劣化，不会影响到半导体产品的质量。
背景技术：
以前，在较广范围的技术领域采用利用气体氮化法、离子氮化法、弧离子电镀法(AIP)等表面改质法改善金属部件地表面性状而获得低磨耗化的部件，而且，利用浸碳烧入法、氮化法、高频烧入法、火炎烧入法等表面硬化处理方法硬化铁钢材的表面层，提高耐磨耗特性的部件。
另一方面，近年，在金属基材表面一体形成了具有近似钻石的高硬度和极低的摩擦系数的无定形碳覆盖膜的部件作为机械工具或部件材料广泛普及。
例如，特开平5-279854号公报公开了这种钻石膜的形成方法。具体来说，采用在基材表面离子化汽相淀积碳化合物，形成带有图案的钻石状碳膜，接着，利用气相合成法一体形成规定厚度的钻石膜的方法。根据该形成方法，基材表面和钻石膜的密合性提高，可以紧密、平坦地形成钻石膜。用这样的钻石膜包覆工具的情况下，可以将钻石膜紧固密合在工具表面，提高工具耐磨耗性。
另一方面，随着计算机和移动设备为代表的信息设备的发展，对成为这些设备的主要结构装置的半导体集成电路越来越要求通过提高集成度来实现高速处理和小型化。在制造半导体装置时，从确保性能方面考虑，原料比原来在制造工艺阶段极度忌讳有杂质混入，所以在如清洁室的高度净化了作业环境的清净环境下进行各种制造工序。当然，需要构成这些半导体装置的各部件不产生杂质。
另外，半导体制造工艺的离子注入、干蚀刻、CVD溅射、CVD为代表的晶片的处理工艺在称为“腔”的高真空下可减压的反应室内进行。一般，作为该腔的结构材料采用设计自由度高、结构强度卓越的铝等构成的金属部件。以前，从腔内壁产生金属杂物无大碍，但随着半导体集成电路的集成度的提高，需要满足更高水平的纯度，所以要求腔内的杂质污染减少。
作为杂质污染少的材料，公知的有石墨材料，一般的石墨材料为多孔性，难以达到高真空，而且，因离子脱落容易产生微粒，该微粒污染导致集成电路短路和线路不畅。
另一方面，作为具有不透气性的均质碳材料，近年，作为半导体制造装置用部件使用玻璃状碳。该玻璃状碳不仅杂质污染极少，而且因其均匀连续的结晶组织结构而很少产生微粒。
另外，作为半导体装置用部件的具体例子有仿晶片。该仿晶片以LSI和VLSI制造工艺的工具和设备的操作试验以及在线净化为目的，替代硅晶片使用。
LSI和VLSI等半导体制造过程中，利用化学汽相淀积法(CVD)、物理汽相淀积法(PVD)、溅射法等在硅晶片上成膜的工艺占重要位置，要求成膜的薄膜具有高度均质性。因此，在成膜工艺的品质管理和薄膜的评价是半导体制造过程中不可缺少的要素。
上述成膜工艺中的品质管理和薄膜的评价采用仿晶片。具体来说，测定成膜时间和晶片温度等成膜条件和在晶片上形成的膜的厚度的关系，采用仿晶片进行膜的纯度分析等。另外，仿晶片也可以用于防止在溅射中膜从结构部件剥离而产生微粒的仿溅射。
半导体制造工艺中的溅射、CVD、干蚀刻、离子注入为代表的对晶片的成膜处理工艺在称为“腔”的高真空可减压的反应室内进行。一般，作为在该成膜装置使用的仿晶片采用杂质污染少、不会导致成品率降低的硅晶单片。另外，硅晶片的厚度一般是0.725mm左右。
在上述的成膜工艺中，在作为仿晶片采用硅晶片时，利用药液和机械方法(例如，磨光)去除附着在晶片的各种膜，再生、再利用硅晶片。近年开发了采用特开平10-270433号公报或特开平11-102847号公报的玻璃状碳板的仿晶片。但是，在作为板材使用玻璃状碳时，需要将玻璃状碳的烧结体研削加工成制造所需的大小。要研削玻璃状碳的板材(烧结体)，必需使用钻石加工机，这就成为成本上升的主要原因。
另外，作为半导体制造装置用部件的具体例有探针和插座用连接器(接触器)。这些探针和连接器用于检查半导体集成电路(LSI)等半导体装置是否正常工作。如图4(a)所示，特开平10-221366号公报揭示了探针30是通过削尖Re-W合金线的前端部形成的，通过对基板37上形成的Al电极垫38直接接触前端部，通电连接测试电路，测定电子设备或半导体标准部件的电特性。
但是，上述Re-W合金线构成的探针由于耐磨耗性和强度不够，所以在重复与电极部接触时前端部被磨耗、变形而降低形状精度。另外，由于在前端部容易凝集电极的金属成分和焊锡的金属成分，所以接触电阻值增大，检查精度降低，而且缩短探针寿命。
另一方面，上述纯钻石膜(DLC膜Diamond-Like Carbon膜)应适用于机械设备和工具等恶劣条件下使用的部件，若将其膜厚设定得较大，则在钻石膜里存在的应力变得非常大，具有在短期间剥落剥离的致命缺点。
上述剥落剥离的覆盖膜成为微粉并附着到半导体产品上，成为降低产品成品率的重要原因之一。
另外，在制造半导体装置的工艺中所用的晶片处理装置中，特别是被等离子体、离子束或电子流等能量线照射的部件因能量线而使部件的结构成分分离并混入晶片，给晶片带来极坏影响，而且由于部件本身容易劣化，所以降低了装置的耐久性。
另外，离子注入处理、干蚀刻处理、溅射处理为代表的晶片和液晶显示(LCD)基板的处理工艺中，一定要有搬送晶片或玻璃基板的搬送装置和放置多个晶片的晶片盒等。这些装置和盒必需具有可使半导体产品滑动的滑动部。
但是，随着半导体集成电路的集成度和液晶显示装置的像素提高，半导体制造装置的滑动部的半导体产品的摩擦等产生的微粒(微细粒子)的影响更显著，为了提高半导体产品的制造成品率而减少微粒成为一个技术课题。
另一方面，如上所述，在作为半导体制造装置用部件使用玻璃状碳时，具有以下难点。即，玻璃状碳加工性差且价格昂贵。另外，玻璃状碳难以得到较大壁厚的材料，在通过晶片的大面积化而进一步大型化的腔中，难以在高真空下以稳定状态使用。
形成了只由上述纯无定形碳构成的覆盖膜(以下，称为“纯无定形碳膜”)的部件，摩擦系数低、耐磨耗性卓越，但考虑在使用机械部件和工具的恶劣条件下使用，要确保大的膜厚，则覆盖膜的内部应力变大，容易产生剥落剥离。因此，限定在较窄的使用范围内。
另外，成膜工艺中，作为仿晶片采用硅晶片进行成膜时，若为了去除附着在晶片上的各种膜并再生而将仿晶片浸渍在强酸溶液中，则硅晶片本身在酸溶液中熔化并在短时间内变薄，低于硅晶片厚度的下限值0.6mm而不能再使用。
另外，晶片通过浸渍在酸溶液而变薄，强度不够，有时产生破损。另外，利用脱落的机械方法进行膜去除时，由于硅晶片也同时被研磨，所以硅晶片的厚度变薄，小于晶片厚度下限值，不能重复使用。如机械化学抛光(CMP)的化学(使用药品)脱落中也同样存在问题。
另外，仿晶片在用于制造半导体装置的工艺，如在等离子体、离子束、或电子流等能量线照射的晶片处理装置时，结构成分被等离子体等能量线分离并混入晶片，给晶片带来很坏影响。
另外，随着半导体集成电路的集成度和液晶显示装置的像素数提高，由于半导体制造装置的滑动部的半导体产品的摩擦等产生的微粒(细微粒子)的影响显著，所以仿晶片材料不能采用与搬送部件接触产生微粒的材料。
如上所述，仿晶片材料限于必需使用不影响晶片品质的材质，该材料还必须具有耐药品和耐久性。
另一方面，有时代替硅制的仿晶片采用CVD制法获得的SiC制仿晶片或玻璃状碳制仿晶片，但SiC或玻璃状碳加工性差且价格昂贵。另外，使用这些材料时难以得到12英寸级的大面积晶片。
例如，在使用材质与硅不同的仿晶片时，在品质管理和薄膜的评价过程中，难以用位置传感器进行检测，而且难以提供可在真空下以稳定状态使用的晶片。
另一方面，根据在晶片基材的表面形成了只由纯无定形碳构成的覆盖膜的部件，摩擦系数低、耐磨耗性卓越，但考虑到要求具有耐药性和耐磨耗性并在恶劣条件下使用，若要确保较大膜厚，则覆盖膜的内部应力变大，容易产生剥落剥离。因此，限定在较窄的使用范围内。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的1在于提供一种作为碳膜覆盖部件的半导体制造装置用部件，该部件具备低磨耗性、良好的耐磨耗性和耐久性，即使在恶劣条件下使用，也很少出现剥离、落尘和劣化，不会给半导体产品带来不良影响。
本发明的目的2在于提供一种仿晶片，该仿晶片的再生利用性有所提高，即使在酸洗或机械研磨等恶劣条件下重复进行去膜处理，晶片基材也不会损耗，不会给半导体产品带来不良影响，不会因剥离和落尘而产生微粒，且耐久性卓越。
本发明的目的3在于提供一种探针，该探针的耐磨耗性和强度卓越、重复接触也很少出现磨耗和变形，且接触电阻值的变化很小，可以长时间对半导体产品维持较高的检查精度，且使用寿命长。
发明内容
为了达到上述目的，本发明者为了改善覆盖膜的特性而进行了研究。其结果是，调制在基材表面的至少一部分形成了无定形碳构成的基体中含有特定金属和/或金属碳化物的覆盖膜(以下，称为“含金属(金属碳化物)的无定形碳膜”)的部件时，大幅度缓和覆盖膜的内部应力，改善了覆盖膜和基材的密合性和接合强度，抑制覆盖膜的剥落和剥离，得到了具备低摩擦特性和良好耐磨耗性、耐腐蚀性、耐久性的碳膜覆盖部件。
特别是上述部件用于在晶片或玻璃基板处理装置内受到等离子体、离子束、电子流等能量线照射的半导体制造装置用部件时，因能量线而导致的部件结构成分的分离较少，不会污染晶片等，而且部件本身的劣化少，可以提高半导体设备和液晶显示装置的制造成品率。
另外，将形成了上述覆盖膜的部件作为晶片或玻璃基板搬送装置的滑动部的结构材料使用时，部件对半导体产品的摩擦系数小，大幅度降低因摩擦产生的微粒数，可以防止微粒带来的缺陷，有效提高半导体产品和液晶显示装置的制造成品率。
另外，本发明者着眼于仿晶片的覆盖膜，为了改善该覆盖膜特性而进行了研究。其结果是，获得了耐药性、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无定形碳构成的基体中含有特定金属和金属碳化物的覆盖膜(以下，称为“含金属(金属碳化物)的无定形碳膜”)，改善了覆盖膜和基材的密合性和接合强度，还抑制了覆盖膜的剥离。
在将该仿晶片用于受到等离子体、离子束或电子流等能量线的照射的晶片或玻璃基板处理装置时，因能量线而导致的晶片基材结构成分的分离较少，不会污染晶片等，而且晶片基材本身的劣化少，其结果是，可以有效提高半导体装置和液晶显示装置的制造成品率。
将形成了含金属(金属碳化物)的无定形碳膜的仿晶片用于晶片或玻璃基板的处理装置时，晶片对玻璃搬送部件的摩擦系数小，可以大幅度减少摩擦产生的微粒数，防止微粒带来的缺陷，其结果是，可以有效提高半导体装置和液晶显示设备的制造成品率。
将形成了上述覆盖膜的部件作为半导体产品检查装置的探针或插座用连接器的结构材使用时，耐磨耗性和强度卓越，即使重复接触动作也很少出现磨耗和变形，且接触电阻值的变化较少，可以长时间对半导体产品的检查精度维持较高水平，且使用寿命较长。
本发明是基于上述而完成的发明。即，本发明的碳膜覆盖部件是在基材表面的至少一部分形成了无定形碳构成的基体中含有金属和/或金属碳化物的覆盖膜的碳膜覆盖部件，该部件的特征是，构成上述覆盖膜的金属(M)与碳(C)的原子比(M/C)在0.01～0.7的范围内。
以前使用的纯无定形碳膜由于具有类似钻石性质的细密膜结构，所以对药品无浸透性，并具有很低的摩擦系数和高硬度，但浸渍在氢氟酸等强酸去除碳膜上形成的其他膜或用机械强制力去除膜时，考虑到在恶劣条件下使用机械部件或工具等，需要设定较大膜厚，这样在覆盖膜内存在的应力变得非常大，从而容易引起剥落和剥离。
因此，本发明的碳膜覆盖部件中，使无定形碳构成的基体中含有金属和/或金属碳化物，缓和上述内部应力，有效抑制覆盖膜的脱落。因此，在覆盖膜的厚度达到305μm左右时，内部应力上升较少，能够对基材维持良好的密合强度，这样即使在恶劣条件下使用滑动部件或工具等时，也可以使用现有膜厚。
本发明中，作为上述基体中所含的金属和/或金属碳化物，只要可发挥无定形碳构成的基体的应力缓和作用即可，对其没有特别限定，但最好采用选自钼(Mo)、钨(W)、钽(Ta)、铌(Nb)、硅(Si)、硼(B)、钛(Ti)、铬(Cr)及这些元素的碳化物的至少1种。
作为金属碳化物，较好的是使用W-C、Ta-C、B-C、Nb-C、Ti-C等。这些金属和/或金属碳化物最好以粒径为纳米水平的微细粒子分散在无定形碳的基体中。
从发挥卓越的耐药性、耐磨耗性、低摩擦特性、耐久性考虑，构成上述金属和/或金属碳化物的金属元素最好为W和Ta。另外，虽然B也可以发挥良好特性，但由于组成范围较窄，所以不理想。从降低材料成本方面考虑，最好采用Ti。
本发明中，分散了上述金属及其碳化物构成的粒子状物质的覆盖膜的厚度在5μm以下。
另外，上述覆盖膜的厚度放大沿穿过碳膜覆盖部件的近中央部分的平面切断的截面部的膜厚而测定的。对近中央部分、从中央部分朝两个外周侧的大约90％的距离的3处分别进行5次测定。
另外，以往的只由纯无定形碳构成的覆盖膜的内部应力较大，为2～6GPa/μm，容易引起脱落，所以限制膜厚最厚为1μm左右，但本发明的含有缓和内部应力的金属和/或金属碳化物的覆盖膜的厚度即使达到5μm，由于其内部应力被控制在1.5GPa/μm以下，所以增大膜厚即可加强耐久性，适用于在恶劣条件下使用的部件。
因上述覆盖膜的内部应力的关系，覆盖膜的厚度一般在5μm以下，但实用时最好在2μm～3μm的范围内。另外，在分散了作为粒子状物质的Cr的情况下，可以将覆盖膜厚度提高到30μm左右。
本发明中，上述覆盖膜中所含的金属(M)与碳(C)的原子比(M/C)最好在0.01～0.7的范围内。M/C的原子比在上述范围内时，可以得到与基材的密合力高，耐药性和耐磨耗性卓越的覆盖膜。
特别是形成了上述覆盖膜的碳膜覆盖部件为半导体制造装置用部件时，在构成与其他产品或部件接触滑动的滑动部的情况下，将上述覆盖膜内的原子比(M/C)控制在0.1～0.5的范围内，可以得到特别理想的耐磨耗性。
碳膜覆盖部件是在晶片基材表面形成了覆盖膜的仿晶片的情况下，最好降低金属成分量而提高耐腐蚀性。此时，上述覆盖膜内的金属(M)与碳(C)的原子比最好在0.05～0.2的范围内。
碳膜覆盖部件是在晶片基材表面形成了覆盖膜的探针的情况下，最好增加金属成分量确保适当的导电性和阻抗值，同时提高可防止与接触的材料或焊锡凝集的耐凝集性。此时，上述覆盖膜内的金属(M)与碳(C)的原子比最好在0.2～0.7的范围内。
上述原子比可以通过用EPMA(X线微分析器)定量分析含有金属(金属碳化物)的无定形碳膜表面来测定各元素量而求出。在此，金属量为单体存在的金属量和以碳化物存在的金属量的合计量，碳量为构成金属碳化物的碳量和无定形碳量的合计量。
作为一体形成覆盖膜的基材，只要能承受形成覆盖膜时的200℃以下的处理温度即可，对其无特别限定，可以使用钢铁材料，例如用于半导体制造装置用部件的铝、钛或其合金和不锈钢、石墨和硅等非铁材料，氧化物、氮化物、碳化物或硼化物构成的陶瓷材料，玻璃材料和树脂材料等。但是，为使粒子状金属分散在无定形碳中，大多采用溅射法，所以最好使用具有一定程度的导电性的基材。
本发明中，通过在上述覆盖膜和基材之间由金属、氮化物、碳化物或硼化物形成单层或多层作为中间层，可以形成覆盖膜和基材的接合强度良好，且具备良好耐久性的碳膜覆盖部件。
上述中间层可根据基材与形成含金属(金属碳化物)的无定形碳膜的种类作适当选择，可以是金属、氮化物、碳化物或硼化物形成的单层中间层，也可以是层叠结构中间层。例如，在基材侧形成金属层，在其上层形成氮化物、碳化物或硼化物构成的层后，获得含金属(金属碳化物)的无定形碳膜的层叠结构。
上述中间层可以采用在基材表面预先形成的镀金属层、氮化层、浸碳处理层等。利用溅射法在基材表面形成金属薄膜构成的中间层，可以提高碳覆盖膜的密合性。特别是通过在中间层中采用碳化物，即使在含金属(金属碳化物)的无定形碳膜中存在针孔等缺陷时，也可以防止蚀刻时腐蚀基材。
作为本发明的碳膜覆盖部件的半导体制造装置用部件、仿晶片、探针等可以按以下制造工序制得。即，在填充了作为无定形碳的原料的碳氢气体和氩气(Ar)的溅射装置的反应容器内，相对配置作为金属和/或金属碳化物的材料的金属或金属碳化物对电极和主要由金属构成的基材。
在该状态下，通过实施磁控管溅射，使包含碳氢气体分解而生成的碳成分的反应气体在基材表面汽相淀积，同时因Ar离子的冲突，从对电极冲出来的微细金属和金属碳化物混入汽相淀积的无定形碳膜中。无定形碳膜中的金属或金属碳化物的混入量的调整可以通过改变磁控管溅射时的输入电压、偏置电压、回转工作台的回转速度或反应容器内的碳氢气体的浓度等来实现。作为碳氢气体处理，除了乙炔气之外，还可以使用甲烷、乙烷、苯等。
其结果是，在基材表面上一体形成无定形碳构成的基体中含有金属和/或金属碳化物的覆盖膜，得到作为本发明的碳膜覆盖部件的半导体制造装置用部件。
具有上述结构的碳膜覆盖部件，由于在基材表面的至少一部分上一体形成了无定形碳构成的基体中含有金属和/或金属碳化物的覆盖膜，所以可以发挥作为基体的无定形碳的耐磨耗性和低摩擦特性，同时无定形碳的内部应力可以通过所含的金属和/或金属碳化物有效得到缓和，从而使覆盖膜的剥离和落尘减少，且具备良好的耐久性。
特别是本发明的碳膜覆盖部件作为半导体制造装置的能量线照射部或滑动部的部件使用时，由于该部件很少出现劣化、剥离或因滑动而产生落尘微粒，所以能以高成品率稳定制造半导体产品。
具体来说，作为本发明的碳膜覆盖部件被用于晶片处理装置或玻璃基板处理装置，构成接受等离子体、离子束或电子流等能量线的照射的半导体制造装置用部件。更具体来说，上述晶片处理装置为蚀刻装置、溅射装置、CVD装置或离子注入装置。更进一步来说，为晶片搬送装置或玻璃基板搬送装置中与半导体部件或装置结构材料接触而滑动的滑动部。
另外，只要可以实现本发明的目的，则本发明并不限于上述用途，还可以用于半导体制造装置用部件和滑动部件等。本发明的碳膜覆盖部件也适用于光盘、磁盘等各种成膜装置用仿晶片。作为其他用途，可以用于厨房用品、温水栓部件(龙头部件)、工作机械部件、汽车部件等一般民用部件或工业用部件等各种用途。
图1是将本发明的碳膜覆盖部件用于半导体制造装置用部件的一个实施例的层结构的部分模拟截面图。
图2是将本发明的碳膜覆盖部件用于半导体制造装置用晶片盒的一个实施例的立体图。
图3是将本发明的碳膜覆盖部件用于仿晶片的一个实施例的层结构的部分模拟截面图。
图4表示探针结构，(a)表示现有例，(b)是将本发明的碳膜覆盖部件用于探针的一个实施例的部分截面图。
图5是本发明的碳膜覆盖部件用于插座用连接器的一个实施例的立体图。
符号说明1为碳膜覆盖部件(半导体制造装置用部件、仿晶片、切削工具、探针和插座用连接器)，2为基材(SUS304)，3为中间层(氮化层)，4为无定形碳(基体材料)，5为粒子状物质，6为覆盖膜(含金属(金属碳化物)的无定形碳膜)，11为晶片盒，12为上叶片，13为下叶片，14为支撑壁面，15为晶片，16为保持槽，21为仿晶片，22为晶片基材(硅晶单片)，23为中间层(碳化物层)，24为无定形碳(基体材料)，25为粒子状物质，26为覆盖膜(含金属(金属碳化物)的无定形碳膜)，30和30a为探针，32为基材，33为中间层，36为覆盖膜，37为基板，38为Al电极垫片，40为插座用连接器，42为基材，43为中间层，44为焊锡球，45为连接部，46为覆盖膜。
具体实施例方式
下面，通过实施例和比较例具体说明本发明的实施方式。
实施例1～3
在表面预先形成了氮化层的SUS304制基材表面，利用磁控管溅射法形成具有表1所示的组成和膜厚的覆盖膜，该膜中分散了粒子状物质，制得作为各实施例的碳膜覆盖部件的半导体制造装置用部件。
如图1所示，各实施例的半导体制造装置用部件1具备层结构，在SUS304构成的基材2表面形成了作为中间层3的氮化层(CrN)，在该氮化层的表面侧具有一体形成的覆盖膜6，该膜6中包含无定形碳4构成的基体和该基体中所含(分散)的金属和/或金属碳化物5。
比较例1
除了不含金属和/或金属碳化物，以及覆盖膜厚度为1μm之外，其他都与实施例1相同，只汽相淀积无定形碳，制得比较例1的半导体制造装置用部件。
将以上制得的实施例和比较例的部件作为构成晶片处理装置的等离子照射部的部件进行组装，通过累计电量500kwh对晶片进行处理。
接着，利用微粒计数器(WM-3)对于经过以上处理的各晶片上附着的微粒量进行测定，从总微粒数中减去杂质微粒高于规定值的晶片数，算出可从产品中取得的合格晶片的制造成品率。
另外，观察部件表面形成的覆盖膜的剥离时间作为部件寿命特性。各实施例的部件寿命以比较例1的部件寿命作为基准值(100)进行相对表示。下述表1所示为测定结果。
表1半导体制造装置用部件
从上述表1所示的结果可以看出，形成了分散有W、Ta、B的粒子状物质的无定形碳构成的覆盖膜的各实施例的部件与比较例1的部件相比，劣化和微粒产生量少，所以可以改善作为产品的晶片的制造成品率。
特别是可以确认各实施例的部件，由于覆盖膜的内部应力因粒子状物质而缓和，所以在膜厚为3μm的情况下，不会长时间剥离，可以得到较长的使用寿命(耐久性)。即，与只形成纯无定形碳膜的现有例相比，可以将部件的使用寿命延长2.1倍～3.5倍。
另一方面，汽相淀积了只由纯无定形碳构成的覆盖膜的比较例1的部件，由于覆盖膜内的应力值变高，最多只形成1μm厚的薄覆盖膜，所以耐久性有所下降。
实施例4～6
如图2所示，分别制造设置在作为半导体制造装置的晶片搬送装置，插入放置多个晶片的铝合金制开放型晶片盒。该图2所示的晶片盒11构成为在上叶片12和下叶片13构成的一对近似圆形叶片间相对配设一对支撑壁面14，按晶片15个数部分设置在各支撑壁面14的内侧面插入保持晶片15的周边部的保持槽16。在将多个圆板状晶片15滑动插入保持槽16而多段设置的状态下，搬送各半导体制造装置。
在该晶片盒11的保持槽16中插入晶片15，从保持槽16取出时，由于晶片15滑动，所以保持槽16的滑动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所示的组成和膜厚，且含有粒子状金属和/或金属化合物的覆盖膜，分别制造各实施例的作为碳膜覆盖部件的晶片盒。
比较例2～3
除了覆盖膜中不含粒子状物质而形成了只由无定形碳构成的厚度1μm的覆盖膜之外，其他都与实施例4相同，制造具有同一尺寸的比较例2的晶片盒。另外，制造了不形成覆盖膜的比较例3的晶片盒。
重复1200次在上述各实施例和比较例的晶片盒的保持槽内插入和取出晶片的动作。接着，利用微粒计数器测定附着在各晶片的微粒量，从杂质微粒数大于规定值的微粒数的比例算出可从产品获得的合格晶片的制造成品率。
另外，观察保持槽表面形成的覆盖膜的剥离时间作为部件寿命特性。各实施例和比较例的部件寿命以比较例1的部件寿命作为基准值(100)进行相对表示。下述表2所示为测定结果。
表2 晶片盒
从上述表2所示的结果可知，在成为晶片盒的滑动部的保持槽表面形成了含有金属和/或金属碳化物的无定形碳构成的覆盖膜的各实施例的晶片盒，很少给晶片的纯度带来不良影响，可以得到耐久性卓越的耐磨耗部件。通过将形成了本实施例的覆盖膜的部件用于半导体装置的滑动部，可以一直在稳定的状态下，以高成品率大量生产微粒和落尘导致的缺陷少的半导体设备和液晶显示设备。
另一方面，形成了不含粒子状物质的纯无定形碳膜的比较例2，由于膜的应力高，所以膜厚最大为1μm，耐久性低。没有设置覆盖膜的比较例3可以看出微粒产生数急增而不能使用。
实施例7和比较例4～6
如表3所示，在SUS304制平板上分别形成含W的无定形碳、纯无定形碳、MoS2(二硫化钼)、TiN(氮化钛)构成的镀膜，分别制造在表3所示的实用的膜厚范围形成的部件，测定这些膜厚范围的摩擦系数、内部应力和维氏硬度(Hv0.05)的变动范围，得到了下述表3所示的结果。
表3 SUS平板上的膜
从上述表3所示的结果可知，实施例7所用的含W金属(金属碳化物)的无定形碳膜的摩擦系数比纯无定形碳膜略有增加，与现有的MoS2构成的润滑层同等水准，滑动特性良好。
另外，有关覆盖膜的内部应力，纯无定形碳膜构成的比较例4的覆盖膜的膜应力高，膜厚限制在1μm左右，含金属(金属碳化物)的无定形碳膜构成的实施例7的覆盖膜的膜厚为5μm左右。因此，可将适用范围扩大到在更恶劣条件下使用的工具等。另外，有关硬度，用实施例7的覆盖膜可以得到800～2200Hv，作为半导体制造装置的结构部件可以充分得到实用上要求的耐磨耗性。
实施例8～10以及比较例7
在超硬合金构成的切削工具的表面利用磁控管溅射法一体形成表4所示的含金属(金属碳化物)的无定形碳膜和纯无定形碳膜，分别制造各实施例和比较例的切削工具部件。
在工作机械上实际安装这些切削工具时，测定在工具表面形成的覆盖膜被剥离为止的加工延长时间作为工具寿命。另外，以比较例7的切削工具的寿命为基准值(100)相对示出工具寿命。下述表4示出测定结果。
表4 切削工具
从上述表4所示的结果可知，一体形成了在无定形碳基体中含有(分散)规定的金属和/或金属碳化物的覆盖膜的各实施例的切削工具与比较例7相比，具有良好的覆盖膜的密合性，所以工具寿命可以大幅度延长2.3～3.7倍，具有卓越的耐久性。
以上各实施例中说明了将形成了含金属(金属碳化物)的无定形碳膜的碳膜覆盖部件用于构成半导体装置的部件和切削工具的例子，但本发明的碳膜覆盖部件不限于上述用途。如下所述，还适用于抑制烧结或凝集现象的结构部件，而且特别适用于可满足耐药性、低摩擦性和耐磨耗性等特性的部件。
下面，通过以下实施例和比较例具体说明将本发明的碳膜覆盖部件用于仿晶片的实施方式。
实施例11～16
利用磁控管溅射法制造在8英寸硅晶单片表面形成了具有表5所示的组成和膜厚的覆盖膜的仿晶片1。在覆盖膜中作为粒子状物质分散表5所示的成分(及其碳化物)。
如图3所示，实施例11～实施例16的仿晶片21在单结晶硅构成的晶片基材22表面形成作为中间层23的碳化物(WC)层，在该碳化物层23的表面侧具有一体形成的无定形碳24基体和分散在该基体中的金属25构成的覆盖膜26的层结构。另外，制造没有镀覆盖膜的硅晶单片作为比较例8的仿晶片。除了将M/C原子比设为0.8之外，其他操作与实施例11相同，制得比较例9的仿晶片。
接着，检测各仿晶片的利用酸进行膜去除作业时的耐药性。即，将以上制得的实施例11～16和比较例8～9的仿晶片在氟硝酸溶液(氢氟酸1∶硝酸1∶水10)中浸渍5小时，观察酸腐蚀造成的晶片厚度的变化，得到下述表5所示的结果。
另外，实施例11和实施例12在浸渍时间为30小时的条件下进行测定。表5一并示出其结果。
表 5
从上述表5所示的结果可知，形成了含有W、Si、Ta等金属(金属碳化物)粒子的无定形碳覆盖膜的实施例11～16的仿晶片，在含有成分为W、Si、Ta的任一种时，在5小时的氟硝酸溶液浸渍试验中厚度不产生变化，这说明具有卓越的抗腐蚀性。另外，膜厚大于8μm的实施例11浸渍30小时也没有变化。因此，要求较好的耐腐蚀性的适用领域中最好采用8μm以上的膜厚。
另一方面，没有形成覆盖膜的比较例8的仿晶片，通过5小时的氟硝酸溶液浸渍试验，因腐蚀厚度减少85μm，难以重复使用。另外，从比较例9可知，M/C原子比超过0.7时，无定形碳膜的耐腐蚀性降低。
这样，通过在仿晶片上形成分散了粒子状物质W、Si、Ta的覆盖膜，可以提高重复使用的仿晶片的利用酸去除膜的耐受性(耐药性)。
下面，通过溅射装置在上述实施例11～16和比较例8的仿晶片21上交替成膜Ti/TiN层和Al层，获得成膜5次的Ti/TiN层和Al层的层叠膜(溅射膜)。
将实施例11～16和比较例8的仿晶片浸渍在上述氟硝酸溶液以去除溅射膜，并测定晶片厚度。其结果是，实施例11～16中的任一实施例重复10次以上膜去除作业实施，晶片厚度也没有变化。这表示实施例11～16的仿晶片重复10次以上利用氟硝酸溶液进行的膜去除作业，晶片基材本身也不产生损伤。这样，实施例11～16的仿晶片可以重复膜去除处理，得到具有可重复使用的耐久性(耐药性)的仿晶片。
另一方面，比较例8的仿晶片的膜厚通过溅射膜的去除作业产生变化，进行5次膜去除之后，厚度低于0.6mm，不能作为晶片使用。
从该结果可知，实施例11～16的仿晶片进行利用氟硝酸重复10次以上的膜去除，膜厚也不产生变化，从而，可以节约仿晶片的使用个数，降低成本。
另外，在使用实施例11～16的仿晶片进行溅射时，查看晶片产生的微粒个数，可知微粒没有增加，与无覆盖膜而溅射了仿晶片时的微粒相比大幅度减少。即，实施例11～16形成了覆盖膜的仿晶片具有可以防止产生影响产品品质的微粒的效果。
通过将实施例11～16的形成了覆盖膜的仿晶片用于半导体制造装置，可以一直在稳定的状态下，以高成品率大量生产因微粒和落尘而导致的缺陷较少的半导体设备和液晶显示设备。
实施例17～22
在8英寸硅晶单片表面利用磁控管溅射法形成具有表6所示的组成、膜厚和中间层的分散有粒子状物质的覆盖膜，制造实施了17～22的仿晶片。另外，将没有形成覆盖膜的硅晶片作为比较例10。
在上述实施例17～22和比较例10的仿晶片上用溅射装置交替成膜Ti/TiN层和Al层，形成成膜5次的Ti/TiN层和Al层的层叠膜(溅射膜)后，检测利用研磨装置去除膜(机械去除膜)的晶片的厚度变化。还检测可重复膜去除作业的次数，即，作为晶片所需厚度的下限值0.6mm的膜去除次数，得到了下述表6所示的结果。
表 6
从上述表6所示的结果可知，实施例17～22的在硅晶片形成含金属(金属碳化物)的无定形碳覆盖膜的仿晶片，在含有成分为W、Si、Ta的任一情况下，在进行10次以上膜去除作业之后，厚度也不变化(减少)。另外，在膜厚为8.7μm和8μm以上的实施例17，进行20次以上的膜去除作业之后，厚度也不变化(减少)。
另一方面，没有形成覆盖膜的比较例10的仿晶片进行3次膜去除之后，晶片厚度小于0.6mm，不能作为晶片使用。
实施例17～22通过在仿晶片表面形成含金属(金属碳化物)的无定形碳覆盖膜，可以显著提高仿晶片的重复使用次数，提高再使用率，从而降低仿晶片的成本。
实施例17～22的仿晶片是一种耐磨耗性卓越的仿晶片，可以防止产生影响产品品质的微粒，从而提高了产品的成品率。
实施例23～26
下面，利用磁控管溅射法制作在8英寸的玻璃和铝制晶片上形成了具有表7所示的组成、膜厚、中间层的覆盖膜的仿晶片。将没有实施镀覆盖膜的玻璃晶片作为比较例11，同样将没有镀覆盖膜的氧化铝晶片作为比较例12。将实施例23～26和比较例11、12的仿晶片在稀氢氟酸溶液(氢氟酸1∶水10)中浸渍5小时并检测厚度变化量，得到下述表7所示的结果。
表 7
从上述表7所示的结果可知，形成了分散有W、S粒子状物质的含金属(金属碳化物)的无定形碳覆盖膜的晶片中，晶片基材为玻璃制或氧化铝制的任一种时，与实施例11～16相同，其厚度没有变化。
另一方面，没有形成覆盖膜的比较例11、12的仿晶片的玻璃制晶片的厚度减少27μm，铝制晶片厚度减少15μm。
实施例23～26的晶片基材为玻璃制或氧化铝制的情况下，通过在晶片基材表面形成含金属(金属碳化物)的无定形碳膜，可以提高其耐药性。
即，本实施例23～26的仿晶片在晶片基材为硅基材以外的材质的情况下，对氢氟酸的膜去除作业的耐性(耐药性)良好，其结果是，提供了可重复使用的仿晶片，从而仿晶片的成本少，有效降低制造成本。另外，通过作为基材使用加工比较简单的玻璃或氧化铝，可以降低成本。
另外，通过在半导体制造装置使用实施例23～26形成覆盖膜的仿晶片，可以一直在稳定的状态下，以高成品率大量生产因微粒和落尘而导致的缺陷较少的半导体设备和液晶显示设备。
实施例23～26的形成了覆盖膜的仿晶片，由于在覆盖膜内部具有粒子状物质，可以缓和覆盖膜的内部应力，所以在形成5μm左右厚的膜厚的情况下，也不会因药液出现膜剥离，可以得到卓越的耐药性。
如上所述，本实施例的仿晶片由于在晶片基材的至少部分形成了无定形碳基体中含有金属和/或金属碳化物的覆盖膜(含金属(金属碳化物)的无定形碳覆盖膜)，所以提高晶片基材的耐药性、耐磨耗性以及摩擦特性。并且，覆盖膜中的无定形碳的内部应力因在其内部含有的金属和金属碳化物而有所缓和，所以很少产生覆盖膜的剥离和落尘，显现出卓越的耐久性。
本实施例的仿晶片，在晶片基材为玻璃或氧化铝制的情况下，通过设置含金属(金属碳化物)的无定形碳覆盖膜，提高了耐药性和耐磨耗性。
特别是在将本实施例的仿晶片用于半导体制造装置的情况下，由于可以有效防止晶片和滑动部的滑动而产生(落尘)微粒，从而能以高成品率稳定制造半导体产品。
下面，通过以下实施例和比较例具体说明将本发明的碳膜覆盖部件用于探针和插座用连接器的实施方式。
实施例27～32
通过将含有5％的铼的线径0.1mm的钨基材32加工为图4(b)所示的形状之后，在表面形成表8所示的碳化物构成的中间层33，再利用磁控管溅射法形成具有表8所示的组成、M/C原子比、膜厚的分散了粒子状物质的覆盖膜36，制得各实施例的探针30a。
如图4(b)所示，各实施例的探针30a在Re-W构成的基材32表面形成作为中间层33的碳化层，在该碳化层的表面侧具有一体形成图1所示的无定形碳4构成的基体和基体中含(分散)金属和/或金属碳化物5构成的覆盖膜36的层结构。
比较例13～14
另一方面，除了没有镀上述覆盖膜和中间层之外，进行与实施例27同样的处理，获得图4(a)所示的只由Re-W构成的比较例13(现有例)的探针30。另外，除了将M/C原子比设为0.001之外，进行与实施例27同样的处理作为比较例14。
测定以上制得的各实施例和比较例的探针30a、30的接触电阻值，得到下述表8所示的结果。另外，测定方法是对Al电极垫片38接触20万次10gf重的探针后，测定了接触电阻值。
表 8
从上述表8所示的结果可知，形成分散有W、Si、Ta粒子状物质的无定形碳构成的覆盖膜36的各实施例的探针30a，由于接触电阻值与没有形成覆盖膜36的比较例13相比没有增大，所以可以改善作为探针卡用连接器针的检查精度。
特别是各实施例的探针30a，由于覆盖膜36的内部应力因粒子状物质而缓和，所以形成接近5μm厚的膜厚的情况下，接触电阻值也不会变化，可以得到卓越的寿命(耐凝集性)。
另一方面，比较例13的探针30，由于Al电极垫片对Al的附着没有抗凝集性，所以增大接触电阻值，引起探针的寿命劣化。另外，比较例14的M/C原子比小于0.01，膜中的金属成分量很少，反而增加接触电阻。
另外，观察形成了覆盖膜的各实施例的探针的前端，其针上没有附着Al，具有卓越的耐凝集性。通过形成了本实施例的覆盖膜的探针用于半导体设备的检查，可以一直在稳定状态下测定电特性，能以高精度检查半导体设备和液晶显示装置。
实施例33～38
将在铍铜合金上实施Au电镀而获得的基材42加工成图5所示的形状后，在表面形成表9所示的铬(Cr)、碳化物或氮化物构成的中间层43，再利用磁控管溅射法形成具有表9所示的组成、M/C原子比、膜厚的分散了粒子状物质的覆盖膜46，制造各实施例的用于BGA(球格子阵列)包的插座用连接器40。
如图5所示，各实施例的插座用连接器40具有在对铍铜合金实施了Au电镀的基材42上形成作为中间层43的铬层、碳化物层或氮化物层，在该中间层43的表面侧一体形成图1所示的无定形碳4构成的基体和在该基体中含有(分散)的金属和/或金属碳化物5构成的覆盖膜46的层结构。BGA包的焊锡球44构成为与插座用连接器40的连接器部45重复接触的形式。
比较例15
另一方面，除了没有对上述覆盖膜和中间层镀进行敷涂之外，其他操作与实施了33相同，制得只由对铍铜合金实施了Au电镀的基材构成的比较例15的插座用连接器。
对于以上制得的各实施例和比较例的插座用连接器测定接触电阻值，得到下述表9所示的结果。测定方法是对Al电极垫片38接触20万次10gf重的探针后，测得的接触电阻值。
表 9
从上述表9所示的结果可知，形成分散有W、Si、Ta粒子状物质的无定形碳构成的覆盖膜的各实施例的插座用连接器，其接触电阻值与比较例15相比没有变化，所以可以改善作为插座用连接器的检查精度。
特别是各实施例的插座用连接器，由于覆盖膜的内部应力因粒子状物质有所缓和，所以形成超过5μm厚的情况下，接触电阻值也不会增大，可以得到卓越的寿命(耐凝集性)。
本实施例的探针和插座用连接器，由于在晶片基材表面的至少一部分形成了无定形碳构成的基体中含有金属和/或金属碳化物的覆盖膜，所以可以发挥基材的耐药性、耐磨耗性以及低摩擦特性，同时无定形碳的内部应力因其内部含有的金属和/或金属碳化物有效缓和，其结果是，很少产生覆盖膜剥离和落尘，具有卓越的耐久性。
特别是将本实施例的探针和插座用连接器用于半导体产品检查装置时，由于在电极部没有附着软质金属，能够得到稳定的接触电阻，所以检查用探针和插座用连接器的使用寿命变长，能以较高检查精度稳定检查半导体产品。
如上所述，本发明的碳膜覆盖部件由于在基材表面的至少一部分形成了无定形碳构成的基体中含有金属和/或金属碳化物的覆盖膜，所以可以发挥作为基体的无定形碳的耐磨耗性和低摩擦特性，同时无定形碳的内部应力因其内部含有的金属和/或金属碳化物有效缓和，其结果是，很少产生覆盖膜剥离和落尘，具有卓越的耐久性。
特别是将本发明的碳膜覆盖部件用于构成半导体制造装置的能量线的照射部或滑动部的部件时，由于很少因该部件的劣化、剥离或滑动产生(落尘)微粒，因此能以高成品率稳定制造半导体产品。
权利要求
1.碳膜覆盖部件，所述部件的基材表面的至少一部分形成了无定形碳构成的基体中含有金属和/或金属碳化物的覆盖膜，其特征在于，构成上述覆盖膜的金属(M)与碳(C)的原子比(M/C)在0.01～0.7的范围内。
2.如权利要求1所述的碳膜覆盖部件，其特征还在于，上述基体中所含的金属和/或金属碳化物选自钼、钨、钽、铌、硅、硼、钛、铬及这些元素的碳化物的至少1种。
3.如权利要求1所述的碳膜覆盖部件，其特征还在于，上述含有金属和/或金属碳化物的覆盖膜厚度在30μm以下。
4.如权利要求1所述的碳膜覆盖部件，其特征还在于，在上述覆盖膜和基材之间由金属、氮化物、碳化物或硼化物形成了单层或多层的中间层。
5.如权利要求1所述的碳膜覆盖部件，其特征还在于，上述碳膜覆盖部件被用于晶片处理装置或玻璃基板处理装置，构成接受等离子体、离子束或电子流的照射的半导体制造装置用部件。
6.如权利要求5所述的碳膜覆盖部件，其特征还在于，上述晶片处理装置为蚀刻装置、溅射装置、CVD装置或离子注入装置。
7.如权利要求1所述的碳膜覆盖部件，其特征还在于，上述碳膜覆盖部件是半导体制造装置用部件，构成与半导体部件或装置结构材料接触而滑动的滑动部。
8.如权利要求7所述的碳膜覆盖部件，其特征还在于，上述覆盖膜内的金属(M)与碳(C)的原子比(M/C)在0.1～0.5的范围内。
9.如权利要求1所述的碳膜覆盖部件，其特征还在于，上述碳膜覆盖部件为在晶片基材表面形成了覆盖膜的仿晶片，上述覆盖膜内的金属(M)与碳(C)的原子比(M/C)在0.05～0.2的范围内。
10.如权利要求9所述的碳膜覆盖部件，其特征还在于，上述晶片基材由选自硅、玻璃或陶瓷的任一种材料形成。
11.如权利要求9所述的碳膜覆盖部件，其特征还在于，上述仿晶片作为通过溅射、CVD、蚀刻、离子注入或机械化学抛光的方式进行成膜操作的仿晶片使用。
12.如权利要求9所述的碳膜覆盖部件，其特征还在于，上述覆盖膜覆盖上述晶片基材的至少一部分。
13.如权利要求1所述的碳膜覆盖部件，其特征还在于，上述碳膜覆盖部件是在基材表面形成了覆盖膜的探针，上述覆盖膜内的金属(M)与碳(C)的原子比(M/C)在0.2～0.7的范围内。
全文摘要
本发明提供了一种低磨耗性、耐磨耗性、耐腐蚀性卓越的在恶劣条件下使用时也很少产生剥离、落尘、劣化，很少给半导体产品带来不良影响，并且耐久性卓越的碳膜覆盖部件。在基材2表面的至少一部分形成了无定形碳4构成的基体中含有金属和/或金属碳化物5的覆盖膜6的碳膜覆盖部件1中，构成上述覆盖膜的金属(M)与碳(C)的原子比(M/C)在0.01～0.7的范围内。
文档编号H01L21/683GK1419262SQ0214292
公开日2003年5月21日 申请日期2002年8月21日 优先权日2001年8月21日
发明者佐藤道雄, 山野边尚 申请人:株式会社东芝