(57)【要約】【課題】低摩耗性，耐摩耗性，耐食性に優れ、過酷な条件下で使用された場合においても剥離や発塵や劣化が少なく半導体製品に対して悪影響を及ぼすことが少なく、しかも耐久性に優れた炭素膜被覆部材の製造方法を提供する。【解決手段】アモルファス炭素４からなるマトリックス中にモリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、シリコン、ボロン、チタン、クロムおよびこれら元素の炭化物から選択される少なくとも１種５を含有した被膜６をマグネトロンスパッタリングにより基材２表面の少なくとも一部に形成する炭素膜被覆部材１の製造方法において、上記被膜６を構成する金属（Ｍ）の炭素（Ｃ）に対する原子比（Ｍ／Ｃ）を０．０１〜０．７の範囲にすると共に、上記基材２と被膜６との間にクロムから成る中間層３を形成することを特徴とする炭素膜被覆部材の製造方法である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アモルファス炭素からなるマトリックス中にモリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ、シリコン、ボロン、チタン、クロムおよびこれら元素の炭化物から選択される少なくとも１種を含有した被膜をマグネトロンスパッタリングにより基材表面の少なくとも一部に形成する炭素膜被覆部材の製造方法において、上記被膜を構成する金属（Ｍ）の炭素（Ｃ）に対する原子比（Ｍ／Ｃ）を０．０１〜０．７の範囲にすると共に、上記基材と被膜との間にクロムから成る中間層を形成することを特徴とする炭素膜被覆部材の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の炭素膜被覆部材の製造方法において、前記被膜の厚さを２〜３０μｍの範囲にすることを特徴とする炭素膜被覆部材の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の炭素膜被覆部材の製造方法において、前記炭素膜被覆部材が、ウェハー処理装置またはガラス基板処理装置に使用され、プラズマ，イオンビームまたは電子シャワーの照射を受ける半導体製造装置用部材を構成していることを特徴とする炭素膜被覆部材の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の炭素膜被覆部材の製造方法において、前記ウェハー処理装置が、エッチング装置，スパッタリング装置，ＣＶＤ装置またはイオン注入装置であることを特徴とする炭素膜被覆部材の製造方法。
【請求項５】
請求項１記載の炭素膜被覆部材において、前記炭素膜被覆部材が半導体製造装置用部材であり、半導体部品または装置構成材と接触して摺動する摺動部を構成することを特徴とする炭素膜被覆部材。
【請求項６】
請求項５記載の炭素膜被覆部材の製造方法において、前記被膜内の金属（Ｍ）の炭素（Ｃ）に対する原子比（Ｍ／Ｃ）を０．１〜０．５の範囲とすることを特徴とする炭素膜被覆部材の製造方法。
【請求項７】
請求項１記載の炭素膜被覆部材の製造方法において、前記炭素膜被覆部材がウェハー基材表面に被膜を形成したダミーウェハーであり、前記被膜内の金属（Ｍ）の炭素（Ｃ）に対する原子比（Ｍ／Ｃ）を０．０５〜０．２の範囲とすることを特徴とする炭素膜被覆部材の製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の炭素膜被覆部材の製造方法において、前記ウェハー基材がシリコン，ガラス，セラミックスのいずれかで構成されたことを特徴とする炭素膜被覆部材の製造方法。
【請求項９】
請求項７記載の炭素膜被覆部材の製造方法において、前記ダミーウェハーが、スパッタリング，ＣＶＤ，エッチング、イオン注入またはケミカルメカノポリッシングによる成膜操作におけるダミーウェハーとして使用されることを特徴とする炭素膜被覆部材の製造方法。
【請求項１０】
請求項７記載の炭素膜被覆部材の製造方法において、前記被膜は、前記ウェハー基材の少なくとも一部に被覆されることを特徴とする炭素膜被覆部材の製造方法。
【請求項１１】
請求項１記載の炭素膜被覆部材の製造方法において、前記炭素膜被覆部材が基材表面に被膜を形成したプローブピンであり、前記被膜内の金属（Ｍ）の炭素（Ｃ）に対する原子比（Ｍ／Ｃ）を０．２〜０．７の範囲とすることを特徴とする炭素膜被覆部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭素膜被覆部材の製造方法に係り、特に低摩擦性，耐摩耗性に優れ、ウェハーカセット、ダミーウェハーやプローブピンなどの半導体製造装置用部材として過酷な条件下で使用された場合においても剥離や発塵や劣化が少なく半導体製品に対して悪影響を及ぼすことが少なく、しかも耐久性に優れた炭素膜被覆部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からガス窒化法，イオン窒化法，アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法など表面改質法により金属部材の表面性状を改善し低摩耗化を図った部材，さらには浸炭焼入れ法，窒化法，高周波焼入れ法，炎焼入れ法などの表面硬化処理により鉄鋼材の表面層を硬化して耐摩耗特性を向上させた部材が広範囲の技術分野で使用されている。
【０００３】
一方、近年、ダイヤモンドに近似した高い硬度と極めて低い摩擦係数とを有するアモルファス炭素の被膜を金属基材表面に一体に形成した部材が機械工具や部品材料として広く普及している。
【０００４】
例えば、特開平５−２７９８５４号公報（例えば、特許文献１参照）にはこの種のダイヤモンド膜の形成方法が開示されている。具体的には基材表面に、炭素化合物をイオン化蒸着してパターン化したダイヤモンド状炭素膜を形成し、しかる後に、気相合成法によって所定厚さのダイヤモンド膜を一体に形成する方法を採用しており、この形成方法によれば、基材表面とダイヤモンド膜との密着性が高められ、かつダイヤモンド膜を緻密かつ平坦に形成できる。このようなダイヤモンド膜で工具を被覆した場合には、ダイヤモンド膜を工具表面に強く密着させることができ、工具の耐摩耗性を向上させることが可能とされている。
【０００５】
一方、コンピュータやモバイル機器に代表される情報機器の発展に伴い、それら機器の主要構成デバイスとなる半導体集積回路には集積度の向上による高速処理化および小型化が一層強く要求されるようになってきている。半導体デバイスの製造時には、性能確保の面から原料はもとより製造工程段階においても不純物の混入を極度に嫌うため、クリーンルームのような作業雰囲気を高度に浄化した清浄環境下で各製造工程が進められる。言うまでもなく、これらの半導体製造装置を構成する各部材についても、不純物の発生がないことが必要とされている。
【０００６】
また、半導体製造工程におけるイオン注入、ドライエッチング、ＣＶＤスパッタリング、ＣＶＤに代表されるウェハーの処理工程は、チャンバと呼ばれる高真空に減圧可能な反応室内で行われる。一般に、このチャンバの構成材としては、設計の自由度が高く、また構造強度に優れるアルミニウム等から成る金属製部材が用いられている。従来はチャンバ内壁からの金属不純物の発生は問題とされなかったが、半導体集積回路の集積度が向上するに伴って、より高レベルの純度基準を満たす必要に迫られており、チャンバにも不純物汚染が少ないという材料特性が求められている。
【０００７】
不純物汚染の少ない材料としては黒鉛材料が知られているが、一般の黒鉛材料は多孔性であり、高真空を達成することが困難であるうえ、粒子脱落によってパーティクルが発生し易く、このパーティクル汚染による集積回路の短絡やオープン不良を招く場合がある。
【０００８】
一方、気体不透過性を有する均質なカーボン材料として、近年、ガラス状カーボンが半導体製造装置用部材として使用されている。このガラス状カーボンは、不純物汚染が極めて少ないばかりでなく、その均一で連続的な結晶組織構造に起因してパーティクルの発生が少ない特徴がある。
【０００９】
また半導体製造装置用部材の具体的な一例としてダミーウェハーがある。このダミーウェハーはＬＳＩやＶＬＳＩ製造工程における治具や機器類の動作試験およびラインの清浄化を目的として、シリコンウェハーの代替材として使用される。
【００１０】
ＬＳＩやＶＬＳＩ等の半導体製造プロセスにおいては、化学的蒸着法（ＣＶＤ）や物理的蒸着法（ＰＶＤ）、スパッタリング法等によってシリコンウェハーに成膜する工程が重要な位置を占めており、成膜された薄膜は、高い均質性が要求されている。そのため、成膜工程での品質管理や薄膜の評価は半導体製造プロセスに不可欠な要素である。
【００１１】
上記成膜工程での品質管理および薄膜の評価にはダミーウェハーが用いられる。具体的には、成膜時間やウェハー温度等の成膜条件と、ウェハー上に形成される膜の厚さとの関係を測定したり、膜の純度分析等をダミーウェハーを用いて行っている。また、ダミーウェハーは、スパッタリングにおいて構成部品からの膜剥れによるパーティクルの発生を防止するためのダミースパッタ用としても使用されている。
【００１２】
半導体製造工程におけるスパッタリング、ＣＶＤ、ドライエッチング、イオン注入に代表されるウェハーへの成膜処理工程は、チャンバと呼ばれる高真空に減圧可能な反応室内で行われる。一般に、この成膜装置で使用されるダミーウェハーとしては、不純物汚染が少なく、歩留り低下を招くパーティクルの発生が少ない単結晶シリコンウェハーが使用されている。なお、シリコンウェハーの厚さは通常０．７２５ｍｍ程度に設定されている。
【００１３】
上記のような成膜工程においてシリコンウェハーをダミーウェハーとして用いた場合、ウェハーに付着した各種の膜を薬液や機械的方法（例えばポリシング）により除去してシリコンウェハーを再生し、再利用している。また、近年は特開平１０−２７０４３３号公報（例えば、特許文献２参照）または特開平１１−１０２８４７号公報（例えば、特許文献３参照）にあるようなガラス状炭素板を用いたダミーウェハーも開発されている。しかしながら、ガラス状炭素を板材として使用するには、ガラス状炭素の焼結体を作り必要なサイズに研削加工することが必要である。ガラス状炭素の板材（焼結体）を研削するにはダイヤモンド加工機を使用せねばならず、コストアップの要因となっていた。
【００１４】
また半導体製造装置用部材の具体的な一例としてプローブピン（プローブ針）やソケット用コンタクト（接触子）がある。これらのプローブピンや接触子は半導体集積回路（ＬＳＩ）等の半導体装置が正常に動作するかどうかを検査する検査装置に用いられる。例えば、図４（ａ）に示すように、プローブピン３０は特開平１０−２２１３６６号公報（例えば、特許文献４参照）にあるようにＲｅ−Ｗ合金線の先端部を先鋭化させて形成されており、基板３７上に形成されたＡｌ電極パッド３８に先端部を当接せしめてテスト回路と電気的に接続することにより、電子機器あるいは半導体パッケージの電気的諸特性の測定を行うものである。
【特許文献１】特開平５−２７９８５４号公報
【特許文献２】特開平１０−２７０４３３号公報
【特許文献３】特開平１１−１０２８４７号公報
【特許文献４】特開平１０−２２１３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記Ｒｅ−Ｗ合金線からなる従来のプローブピンにおいては、耐摩耗性や強度が十分ではなく、電極部に接触させる動作を繰返しているうちに先端部が摩耗したり、変形したりして形状精度が低下してしまう問題点があった。さらに先端部に電極の金属成分や半田の金属成分が凝着し易いため、接触抵抗値が増大し、検査精度が低下し易くなる上に、プローブピンの寿命が短縮されるという問題点があった。
【００１６】
一方、前記のような純粋なダイヤモンド膜（ＤＬＣ膜：Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ膜）を機械部品や工具のように過酷な条件で使用する部材に適用すべく、その膜厚を大きく設定すると、ダイヤモンド膜に内在する応力が非常に高くなるため、短期間でフレーキング剥離を生じてしまうという致命的な欠点を有していた。
【００１７】
上記フレーキング剥離した被膜は微粉化して半導体製品に付着して製品の製造歩留りを低下させる大きな原因のひとつとなっている。
【００１８】
また半導体デバイスを製造する工程で用いられるウェハー処理装置において、特にプラズマ，イオンビームまたは電子シャワーなどのエネルギー線が照射される部材は、エネルギー線によって部材の構成成分が分離されてウェハーに混入し、ウェハーに純度的な悪影響を与える場合が多い上に、部材自体が劣化し易いために、装置の耐久性が低くなる問題点もあった。
【００１９】
さらに、イオン注入処理，ドライエッチング処理，スパッタリング処理に代表されるようなウェハーや液晶表示（ＬＣＤ）基板の処理工程においては、ウェハーやガラス基板を搬送する搬送装置や多数のウェハーを保持するウェハーカセットなどが不可欠である。これらの装置やカセットではウェハーなどの半導体製品が摺動する摺動部が必ず存在する。
【００２０】
しかしながら半導体集積回路の集積度および液晶表示デバイスの画素数が向上するに伴って、半導体製造装置の摺動部における半導体製品の擦れ等によって発生するパーティクル（微細粒子）の影響が顕著になっており、半導体製品の製造歩留りをより高めるためにパーティクルを低減することが技術上の課題になっている。
【００２１】
一方、前記のようにはガラス状カーボンを半導体製造装置用部材として使用した場合は、下記のような難点がある。すなわち、ガラス状カーボンは、加工性に乏しく高価である。またガラス状カーボンは、大きな肉厚を有する材料を得ることが困難であり、ウェハーの大面積化によってさらに大型化していくチャンバにおいては、高真空下で安定した状態で使用できるものを提供することは極めて困難であるという問題点がある。
【００２２】
一方、前記のような純粋なアモルファス炭素のみから成る被膜（以下「純アモルファス炭素膜」という。）を形成した部材によれば、低摩擦係数で耐摩耗性に優れているものの、機械部品や工具の使用環境のような過酷な条件で使用することを考慮して膜厚を大きく確保しようとすると、被膜の内部応力が高くなってフレーキング剥離を生じ易い。そのため、使用用途が狭い範囲に限定されてしまう問題点もあった。
【００２３】
また、成膜工程においてシリコンウェハーをダミーウェハーとして用いて成膜した場合、ウェハーに付着した各種の膜を除去し再生するためにダミーウェハーを強酸溶液に浸漬すると、シリコンウェハー自体が酸溶液中に溶出して短期間に薄くなり、シリコンウェハーの厚さ管理下限値である０．６ｍｍを下回って再使用できなくなるという欠点があった。
【００２４】
また、酸溶液に浸漬されることによりウェハーが薄くなり、強度が不足して、破損が生じる場合もあった。さらに、膜除去をポリッシングのような機械的方法によって実施した場合には、シリコンウェハーも同時に研磨されるため、シリコンウェハーの厚さが薄くなってウェハー厚さ下限値以下となり、繰り返し使用が不可能となってしまうという欠点もあった。ケミカルメカノポリッシング（ＣＭＰ）にような化学的な（薬品を使った）ポリッシングにおいても同様の不具合が発生していた。
【００２５】
また、ダミーウェハーが、例えば半導体デバイスを製造する工程のようにプラズマ、イオンビームまたは電子シャワーなどのエネルギー線が照射されるウェハー処理装置において使用される場合は、プラズマ等のエネルギー線によって構成成分が分離されてウェハーに混入しウェハーに純度的な悪影響を与える材料は使用することができない。
【００２６】
さらに、半導体集積回路の集積度および液晶表示デバイスの画素数が向上するに伴って、半導体製造装置の摺動部における半導体製品の擦れ等によって発生するパーティクル（微細粒子）の影響が顕著になるため、ダミーウェハーの材料には搬送部品との接触によってパーティクルが発生するような材料は使用できない。
【００２７】
このように、ダミーウェハーの材料には、ウェハーの品質に影響を与えない材質を使用しなければならないという制約もあり、耐薬品性や耐久性をも備えた適切な材料が模索されている。
【００２８】
一方、シリコン製のダミーウェハーの代替として、ＣＶＤ製法によるＳｉＣ製ダミーウェハーやガラス状カーボン製のダミーウェハーを使用している場合もあるが、ＳｉＣやガラス状カーボンは、加工性に乏しく高価である。また、これらの材料を使用した場合では、１２インチ級の大面積のウェハーを得ることは困難である。
【００２９】
例えば、シリコンと材質が異なるダミーウェハーを使用する場合、品質管理や薄膜の評価プロセスにおいて、位置センサーによる検知が不可能であり、また、真空下で安定した状態で使用できるものを提供することは極めて困難であるという問題点があった。
【００３０】
一方、ウェハー基材の表面に純粋なアモルファス炭素のみから成る被膜を形成した部材によれば、低摩擦係数で耐摩耗性に優れているものの、耐薬品性や耐摩耗性を求めて過酷な条件で使用することを考慮して膜厚を大きく確保しようとすると、被膜の内部応力が高くなってフレーキング剥離を生じ易い。そのため、使用用途が狭い範囲に限定されてしまう問題点もあった。
【００３１】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、特に低摩耗性，耐摩耗性に優れ、過酷な条件下で使用された場合においても、剥離や発塵や劣化が少なく半導体製品に対して悪影響を及ぼすことが少なく、しかも耐久性に優れた炭素膜被覆部材としての半導体製造装置用部材の製造方法を提供することを第１の目的とする。
【００３２】
また本発明は、ダミーウェハーの再生利用性を高め、酸洗いや機械研磨等の過酷な条件下で膜除去を繰り返し行って使用しても、ウェハー基材の損耗がなく、半導体製品に対して悪影響を及ぼす剥離や発塵によるパーティクルの発生がなく、しかも耐久性に優れたダミーウェハーを提供することを第２の目的とする。
【００３３】
さらに本発明は、耐摩耗性や強度に優れ、接触動作を繰返しても摩耗、変形、接触抵抗値の変化が少なく、長期間にわたり半導体製品の検査精度を高く維持できる長寿命のプローブピンを提供することを第３の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
上記目的を達成するため、本発明者らは、被膜の特性を改善するために鋭意検討を行った。その結果、特にアモルファス炭素からなるマトリックス中に特定の金属および／または金属炭化物を含有した被膜（以下、「金属（金属炭化物）含有アモルファス炭素膜」という。）を基材表面の少なくとも一部に形成した部材を調製したときに、被膜の内部応力が大幅に緩和され、被膜と基材との密着性および接合強度が改善されて被膜のフレーキング（Ｆｌａｋｉｎｇ）現象による剥離が抑制され、低摩擦特性，耐摩耗性，耐食性、耐久性などに優れた炭素膜被覆部材が得られた。
【００３５】
そして特に上記部材をウェハーやガラス基板処理装置内でプラズマ，イオンビームまたは電子シャワーなどのエネルギー線の照射を受ける半導体製造装置用部材に適用したときには、エネルギー線による部材構成成分の分離が少なくウェハー等を汚染することがなく、しかも部材自体の劣化も少なく、半導体デバイスや液晶表示デバイスの製造歩留りを効果的に向上させることができるという知見を得た。
【００３６】
また、上記被膜を形成した部材を、ウェハーやガラス基板の搬送装置における摺動部の構成材として使用したときに、半導体製品に対する部材の摩擦係数が小さく、しかも摩擦によって発生するパーティクル数を大幅に低減でき、パーティクルによる欠陥を防止でき、半導体製品や液晶表示デバイスの製造歩留りを効果的に向上させることができるという知見を得た。
【００３７】
また本発明者らは、ダミーウェハーの被膜に着目し、この被膜の特性を改善するために鋭意検討を行った。その結果、特にアモルファス炭素からなるマトリックス中に特定の金属および金属炭化物を含有した被膜（以下、「金属（金属炭化物）含有アモルファス炭素膜」という。）をウェハー基材表面の少なくとも一部に形成したところ、被膜と基材との密着性および接合強度が改善されて被膜の剥離が抑制され、耐薬品性，低摩擦特性，耐摩耗性，耐久性などに優れたダミーウェハーが得られた。
【００３８】
そして、特にこのダミーウェハーをプラズマ，イオンビームまたは電子シャワーなどのエネルギー線の照射を受けるウェハーやガラス基板処理装置に適用したところ、エネルギー線によるウェハー基材の構成成分の分離が少なく、従ってウェハー等が汚染されることがなく、しかもウェハー基材自体の劣化も少なく、その結果、半導体デバイスや液晶表示デバイスの製造歩留りを効果的に向上させることができるという知見を得た。
【００３９】
また、金属（金属炭化物）含有アモルファス炭素膜を形成したダミーウェハーを、ウェハーやガラス基板の処理装置に使用すると、ウェハー搬送部品に対するウェハーの摩擦係数が小さく、しかも摩擦によって発生するパーティクル数を大幅に低減でき、パーティクルによる欠陥を防止し、その結果、半導体製品や液晶表示デバイスの製造歩留りを効果的に向上させることができるとの知見を得た。
【００４０】
また、上記被膜を形成した部材を、半導体製品検査装置のプローブピンやソケット用コンタクトの構成材として使用したときに、耐摩耗性や強度に優れ、接触動作を繰返しても摩耗、変形、接触抵抗値の変化が少なく、長期間にわたり半導体製品の検査精度を高く維持できる長寿命のプローブピン等が得られるという知見を得た。
【００４１】
本発明は上記知見に基づいて完成されたものである。すなわち、本発明で得られる炭素膜被覆部材は、アモルファス炭素から成るマトリックス中に金属および／または金属炭化物を含有した被膜を基材表面の少なくとも一部に形成した炭素膜被覆部材において、前記被膜を構成する金属（Ｍ）の炭素（Ｃ）に対する原子比（Ｍ／Ｃ）が０．０１〜０．７の範囲であることを特徴とする。
【００４２】
従来から使用されている純アモルファス炭素膜は、ダイヤモンドに似た性質を有した緻密な膜構造を有するため、薬品の浸透性がなく、しかもきわめて低い摩擦係数と高い硬度とを有しているが、フッ酸などの強酸に浸漬して、炭素膜上に形成した他の膜の除去を行ったり、機械的な強制力で膜除去したり、機械部品や工具のように過酷な条件下での使用を考慮して膜厚を大きく設定しようとすると、被膜に内在する応力が非常に大きくなるため、フレーキング剥離を起こし易いという欠点を有していた。
【００４３】
そこで本発明で得られる炭素膜被覆部材では、アモルファス炭素から成るマトリックス中に金属および／または金属炭化物を含有させて前記内部応力を緩和し、被膜に生じるフレーキングを効果的に抑制している。そのため、被膜の厚さを３０５μｍ程度まで厚くした場合においても内部応力の上昇は少なく、基材に対して優れた密着強度を維持する。したがって、特に過酷な条件で使用される摺動部材や工具等の場合には、従来より厚膜の仕様で使用することも可能である。
【００４４】
また本発明において、前記マトリックス中に含有する金属および／または金属炭化物としては、アモルファス炭素から成るマトリックスの応力緩和作用を発揮するものであれば、特に限定されないが、モリブデン（Ｍｏ），タングステン（Ｗ），タンタル（Ｔａ），ニオブ（Ｎｂ），シリコン（Ｓｉ），ボロン（Ｂ），チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ）およびこれら元素の炭化物から選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。
【００４５】
また金属炭化物としては、Ｗ−Ｃ，Ｔａ−Ｃ，Ｂ−Ｃ，Ｎｂ−Ｃ，Ｔｉ−Ｃなどが好適に使用できる。これらの金属および／または金属炭化物は、粒径が微細なナノメータレベルの微細粒子としてアモルファス炭素のマトリックス中に分散させることが望ましい。
【００４６】
上記金属および／または金属炭化物を構成する金属元素としては、特にＷおよびＴａが、優れた耐薬品性、耐摩耗性，低摩擦係数性，耐久性を発揮するために好ましい。一方、Ｂは良好な特性を発揮し得るが、組成範囲が狭くなる点でやや難点がある。さらに、材料コストを低減する観点からは、特にＴｉが好ましい。
【００４７】
また本発明において、前記金属やその炭化物から成る粒子状物質が分散した被膜の厚さが５μｍ以下であることが好ましい。
【００４８】
なお、上記皮膜の厚さは、炭素膜被覆部材の略中央部を通る平面で切断した断面部の膜厚を拡大して測定する。この場合、略中央部、中央部から両外周部に向かっての略９０％の距離に位置する３箇所について５回ずつ測定した結果の平均値とする。
【００４９】
なお、従来の純アモルファス炭素のみから成る被膜においては、内部応力が２〜６ＧＰａ／μｍ程度まで大きくなってフレーキングを起こし易いために、膜厚もせいぜい１μｍ程度までに制限されていたが、本発明のように内部応力を緩和する金属および／または金属炭化物が含有されている被膜においては、５μｍ程度まで厚く形成した場合においても、内部応力は１．５ＧＰａ／μｍ以下に抑制できるため、より膜厚を大きくして耐久性を増し、過酷な使用条件下で使用する部材にも適用することができる。
【００５０】
上記被膜の内部応力の関係で被膜の厚さは５μｍ以下とされるが、実用的には２〜３μｍの範囲が好適である。なお、粒子状物質としてＣｒを分散させる場合には被膜厚さを３０μｍ程度まで高めることが可能である。
【００５１】
また、本発明において、前記被膜内に含有される金属（Ｍ）の炭素（Ｃ）に対する原子比（Ｍ／Ｃ）が０．０１〜０．７の範囲であることが好ましい。Ｍ／Ｃの原子比が上記範囲内である場合に、基材との密着力が高く、耐薬品性や耐摩耗性が優れた被膜組成が得られる。
【００５２】
特に、上記被膜を形成した炭素膜被覆部材が半導体製造装置用部材であり、他の部品または部材と接触して摺動する摺動部を構成する場合には、上記被膜内の原子比（Ｍ／Ｃ）を０．１〜０．５の範囲とすることにより、特に優れた耐摩耗性が得られる。
【００５３】
また炭素膜被覆部材がウェハー基材表面に被膜を形成したダミーウェハーである場合には、金属成分量を低減して耐食性を高めることが望ましい。この場合、前記被膜内の金属（Ｍ）の炭素（Ｃ）に対する原子比（Ｍ／Ｃ）は０．０５〜０．２の範囲であることがより好ましい。
【００５４】
さらに、炭素膜被覆部材が基材表面に被膜を形成したプローブピンである場合には、金属成分量を増加させて適度な導電性および抵抗値を確保すると共に、接触する相手材や半田との凝着を防止できる耐凝着性を高めることが望ましい。この場合、前記被膜内の金属（Ｍ）の炭素（Ｃ）に対する原子比（Ｍ／Ｃ）は０．２〜０．７の範囲であることがより好ましい。
【００５５】
上記原子比は、金属（金属炭化物）を含有するアモルファス炭素膜表面をＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザー）で定量分析することにより各元素量を測定して求めることができる。ここで、金属量は単体で存在する金属量と炭化物として存在する金属の量の合計量であり、炭素量は金属炭化物を構成する炭素の量とアモルファス炭素の量との合計量である。
【００５６】
さらに被膜を一体に形成するための基材としては、被膜形成時の処理温度である２００℃以下の温度に耐える材料であれば、特に限定されず、鉄鋼材料、例えば半導体製造装置用部材に使用されるアルミニウム，チタンまたはその合金やステンレス鋼，黒鉛やシリコンなどの非鉄材料，酸化物，窒化物，炭化物またはホウ化物よりなるセラミックス材料、ガラス材料、樹脂材料などが好適に使用できる。しかしながら、粒子状金属をアモルファス炭素中に分散させるためにスパッタリング法を多く採用するため、ある程度の導電性を有する基材を使用することが好ましい。
【００５７】
また、本発明において、前記被膜と基材との間に、金属，窒化物，炭化物またはホウ化物から成る単層または複数層の中間層を形成することにより、被膜と基材との接合強度を、より高め耐久性に優れた炭素膜被覆部材を形成することができる。
【００５８】
上記の中間層は基材と金属（金属炭化物）含有アモルファス炭素膜の種類によって適宜選択することが可能であり、金属，窒化物，炭化物またはホウ化物から成る単層の中間層あるいはこれらを積層したもの、例えば基材側に金属層を形成しその上層に窒化物，炭化物またはホウ化物からなる層を形成した後、金属（金属炭化物）含有アモルファス炭素膜を形成するような積層構造としても良い。
【００５９】
上記中間層としては、予め基材表面に形成した金属めっき層，窒化層，浸炭処理層などを採用することができる。また金属薄膜から成る中間層をスパッタリング法により基材表面に形成して、炭素被膜の密着性を向上させることも可能である。特に、中間層に炭化物を用いることにより、たとえ金属（金属炭化物）含有アモルファス炭素膜にピンホールなどの欠陥が存在したとしても、例えばエッチングの際のエッチャントによる基材の腐食を防止することができ好ましい。
【００６０】
本発明で得られる炭素膜被覆部材としての半導体製造装置用部材、ダミーウェハー、プローブピン等は、例えば下記の手順で容易に製造することが可能である。すなわち、アモルファス炭素の原料となるアセチレンなどの炭化水素ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスとを充填したスパッタリング装置の反応容器内に、金属および／または金属炭化物の材料となる金属または金属炭化物のターゲットと、主として金属等から成る基材とを対向するように配置する。
【００６１】
この状態でマグネトロンスパッタリングを実施することにより、炭化水素ガスが分解して生成した炭素成分を含む反応ガスが基材表面に蒸着すると同時に、Ａｒイオンの衝突によりターゲットからはじき出された微細な金属や金属炭化物の粒子が蒸着したアモルファス炭素膜中に混入する。アモルファス炭素膜中の金属または金属炭化物の混入量の調整は、マグネトロンスパッタ時の入力電圧、バイアス電圧、回転テーブルの回転速度、または反応容器内の炭化水素ガスの濃度などを変えることにより調整できる。また、炭化水素ガスは、アセチレンの他、メタン、エタン、ベンゼンなどを使用することもできる。
【００６２】
その結果、アモルファス炭素から成るマトリックス中に金属および／または金属炭化物が含有した被膜が基材表面上に一体に形成されて、本発明の炭素膜被覆部材としての半導体製造装置用部材等が得られる。
【００６３】
上記構成に係る炭素膜被覆部材によれば、アモルファス炭素から成るマトリックス中に金属および／または金属炭化物が含有した被膜を基材表面の少なくとも一部に形成しているため、マトリックスとなるアモルファス炭素の耐摩耗性および低摩擦特性が発揮されると同時に、アモルファス炭素の内部応力が、含有される金属および／または金属炭化物によって効果的に緩和される結果、被膜の剥離や発塵が少なく、優れた耐久性が発揮される。
【００６４】
特に本発明で得られる炭素膜被覆部材を半導体製造装置におけるエネルギー線の照射部や摺動部を構成する部材として使用した場合には、当該部材の劣化や剥離や摺動によるパーティクルの発生（発塵）が少ないため、半導体製品を高い製造歩留りで安定的に製造することができる。
【００６５】
具体的には、本発明で得られる炭素膜被覆部材としての半導体製造装置用部材等は、ウェハー処理装置またはガラス基板処理装置において、プラズマ，イオンビームまたは電子シャワーなどのエネルギー線の照射を受ける装置用部材、より具体的にはエッチング装置，スパッタリング装置，ＣＶＤ装置またはイオン注入装置、さらにはウェハー搬送装置またはガラス基板搬送装置において、半導体部品または装置用部材と接触して摺動する摺動部に使用することができる。
【００６６】
なお、本発明の目的を達成することが可能である限り、本発明は上記用途に限らず各種半導体製造装置用部材、摺動材等に適用することが可能である。また本発明に係る炭素膜被覆部材は、光ディスク、磁気ディスクなど各種成膜装置用のダミーウェハーにも適用することが可能である。また、その他の用途して、台所用品、温水栓部品（蛇口部品）、工作機械用部材、自動車部品などの一般民生用部材または工業用部材など様々な用途に使用可能である。
【発明の効果】
【００６７】
以上説明の通り、本発明に係る炭素膜被覆部材の製造方法によれば、アモルファス炭素から成るマトリックス中に金属および／または金属炭化物が含有した被膜を、基材表面の少なくとも一部に形成しているため、マトリックスとなるアモルファス炭素の耐摩耗性および低摩擦特性が発揮されると同時に、アモルファス炭素の内部応力がその中に含有される金属および／または金属炭化物によって効果的に緩和される結果、被膜の剥離や発塵が少なく、優れた耐久性が発揮される。
【００６８】
特に本発明で得られる炭素膜被覆部材を、半導体製造装置におけるエネルギー線の照射部や摺動部を構成する部材として使用した場合には、当該部材の劣化や剥離や摺動によるパーティクルの発生（発塵）が少ないため、半導体製品を高い製造歩留りで安定的に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６９】
次に本発明の実施形態について以下の実施例および比較例に基づいて具体的に説明する。
【００７０】
［実施例１〜３］
予め表面に窒化層を形成したＳＵＳ３０４製の基材表面に、マグネトロンスパッタリング法により表１に示す組成，膜厚を有し、粒子状物質を分散させた被膜を形成して各実施例に係る炭素膜被覆部材としての半導体製造装置用部材を調製した。
【００７１】
各実施例に係る半導体製造装置用部材１は、図１に示すように、ＳＵＳ３０４から成る基材２表面に中間層３としての窒化層（ＣｒＮ）が形成されており、この窒化層の表面側に、アモルファス炭素４から成るマトリックスと、そのマトリックス中に含有（分散）した金属および／または金属炭化物５とから成る被膜６が一体に形成された層構造を有している。
【００７２】
［比較例１］
一方、実施例１において金属および／または金属炭化物を含有させない点および被膜の厚さを１μｍとした点以外は実施例１と同様に処理し、アモルファス炭素のみを蒸着させて比較例１に係る半導体製造装置用部材を調製した。
【００７３】
次に上記のように調製した各実施例および比較例に係る部材を、ウェハー処理装置におけるプラズマ照射部を構成する部材として組み込み、積算電力量５００ｋｗｈに亘ってウェハーを処理した。
【００７４】
そして、処理した各ウェハーについてパーティクルカウンタ（ＷＭ−３）によって付着したパーティクル量を測定し、不純物パーティクルが規定値以上であったウェハー数の割合を全ウェハー数から差し引き、製品となり得る合格ウェハーの製造歩留りを算出した。
【００７５】
また、部材表面に形成した被膜の剥離が観察されるまでの時間を部材の寿命として計測した。なお各実施例に係る部材の寿命は、比較例１の部材寿命を基準値（１００）として相対的に表示した。測定結果を下記表１に示す。
【００７６】
【表１】
2008214759.tif 000003
【００７７】
上記表１に示す結果から明らかなように、Ｗ，Ｔａ，Ｂから成る粒子状物質を分散したアモルファス炭素から成る被膜を形成した各実施例の部材においては、比較例１と比較して部材の劣化やパーティクルの発生量が少ないため、製品としてのウェハーの製造歩留まりを改善できることが判明した。
【００７８】
特に各実施例の部材においては、被膜の内部応力が粒子状物質によって緩和されるため、３μｍと厚く形成した場合においても、長期間剥離を生じることがなく、優れた寿命（耐久性）が得られることも確認できた。すなわち、純アモルファス炭素膜のみを形成した従来例と比較して部材寿命を２．１倍から３．５倍にも延ばすことが可能になった。
【００７９】
一方、純粋なアモルファス炭素のみからなる被膜を蒸着させた比較例１に係る部材においては、被膜内での応力値が高くなるため、１μｍまでと薄い被膜しか形成できないことに由来して耐久性が低くなることが再確認できた。
【００８０】
［実施例４〜６］
半導体製造装置としてのウェハー搬送装置に付設され、複数枚のウェハーを挿入して保持するアルミニウム合金製のオープン型ウェハーカセットを図２に示すようにそれぞれ調製した。この図２に示すウェハーカセット１１は、上プレート１２と下プレート１３とから成る一対の略円形状のプレート間に対向するように一対の支持壁１４を配設して構成され、各支持壁１４の内側面にはウェハー１５の周縁部を挿入して保持するための保持溝１６がウェハー１５の枚数分だけ刻設されている。そして複数枚の円板状のウェハー１５を、保持溝１６に摺動させて挿入して多段に収納した状態で、各半導体製造装置間を搬送するために使用される。
【００８１】
このウェハーカセット１１の保持溝１６にウェハー１５を挿入し、また保持溝１６から取り出す際には、ウェハー１５が摺動するため、保持溝１６の摺動には高い平滑性および耐摩耗性が要求される。
【００８２】
上記のように調製した基材としてのウェハーカセットの保持溝表面に、表２に示す組成，膜厚を有し、粒子状の金属および／または金属炭化物を含有させた被膜を形成して各実施例に係る炭素膜被覆部材としてのウェハーカセットをそれぞれ製造した。
【００８３】
［比較例２〜３］
一方、実施例４において、粒子状物質を被膜中に含有させずにアモルファス炭素のみから成る厚さ１μｍの被膜を形成した点以外は実施例４と同様に処理して同一寸法を有する比較例２に係るウェハーカセットを製造した。また被膜自体を形成しない比較例３のウェハーカセットを用意した。
【００８４】
上記のように調製した各実施例および比較例のウェハーカセットの保持溝にウェハーを１２００回に亘り挿入と取出しを繰り返した。そして各ウェハーについてパーティクルカウンタによって付着したバーティクル量を測定し、不純物パーティクルが規定値以上であったウェハー数の割合から、製品となり得る合格ウェハーの製造歩留りを算出した。
【００８５】
また、保持溝表面に形成した被膜の剥離が観察されるまでの時間を部品の寿命として計測した。なお各実施例および比較例に係る部材の部品寿命は、比較例３の部品寿命を基準値（１００）として相対的に表示した。測定結果を下記表２に示す。
【００８６】
【表２】
2008214759.tif 000004
【００８７】
上記表２に示す結果から明らかなように、金属および／または金属炭化物を含有させたアモルファス炭素から成る被膜をウェハーカセットの摺動部となる保持溝表面に形成した各実施例に係るウェハーカセットによれば、ウェハーに純度的な悪影響を与えることが少なく耐久性に優れた耐摩耗部材が得られた。したがって本実施例のような被膜を形成した部材を半導体製造装置の摺動部に使用することにより、常に安定した状態で、パーティクルや発塵による欠陥が少ない半導体デバイスや液晶表示デバイスを高い製造歩留りで量産することが可能になる。
【００８８】
一方、粒子状物質を含有しない純アモルファス炭素膜を形成した比較例２においては、膜応力が高いため膜厚は最大でも１μｍと薄くせざるを得ず、被膜の耐久性が低いことが再確認できた。また被膜自体を設けない比較例３では、勿論パーティクル発生数が急増し実用に耐えないことが明白であった。
【００８９】
［実施例７および比較例４〜６］
次に、ＳＵＳ３０４製の平板上に、表３に示すように、Ｗ含有アモルファス炭素，純アモルファス炭素，ＭｏＳ２（二硫化モリブデン），ＴｉＮ（窒化チタン）から成るコーティング膜を、表３に示す実用的な膜厚範囲で形成した部材をそれぞれ調製し、それらの膜厚範囲における摩擦係数，内部応力およびビッカース硬度（Ｈｖ０．０５）の変動範囲を測定して下記表３に示す結果を得た。
【００９０】
【表３】
2008214759.tif 000005
【００９１】
上記表３に示す結果から明らかなように、実施例７で使用したＷ金属（金属炭化物）含有アモルファス炭素膜の摩擦係数は、純アモルファス炭素膜よりやや増加しているが、従来のＭｏＳ２から成る潤滑層と同等の水準であり、摺動特性は良好である。
【００９２】
また被膜の内部応力に関しては、純アモルファス炭素膜から成る比較例４の被膜では膜応力が高いため、膜厚は１μｍ程度に制限されるのに対して、金属（金属炭化物）含有アモルファス炭素膜から成る実施例７の被膜では５μｍ程度のより厚い膜とすることが可能である。したがって、より過酷な条件下で使用される工具等までに適用範囲を拡大することが可能である。なお硬度に関しては、実施例７の被膜では８００〜２２００Ｈｖという値が得られており、半導体製造装置の構成部材として実用上要求される耐摩耗性は充分に得られている。
【００９３】
［実施例８〜１０および比較例７］
超硬合金から成る切削工具の表面に、表４に示す金属（金属炭化物）含有アモルファス炭素膜および純アモルファス炭素膜をマグネトロンスパッタリング法により一体に形成し、それぞれ各実施例および比較例に係る切削工具部材を調製した。
【００９４】
これらの切削工具を実際に工作機械に取り付け、工具表面に形成した被膜が剥離するまでの延べの加工時間を測定して工具寿命とした。なお工具寿命は比較例７に係る切削工具の寿命を基準値（１００）として相対的に示した。測定結果を下記表４に示す。
【００９５】
【表４】
2008214759.tif 000006
【００９６】
上記表４に示す結果から明らかなように、所定の金属および／または金属炭化物をアモルファス炭素マトリックス中に含有（分散）した被膜を一体に形成した各実施例に係る切削工具においては、比較例７と比較して、被膜の密着性が優れているため、工具寿命が２．３〜３．７倍も大幅に延伸され優れた耐久性を有することが判明した。
【００９７】
以上の各実施例においては、金属（金属炭化物）含有アモルファス炭素膜を形成した炭素膜被覆部材を、半導体製造装置を構成する部材および切削工具に適用した例を説明しているが、本発明に係る炭素膜被覆部材は上記用途には限定されず、以下のように、特に焼付き現象や凝着現象を抑制すべき構造部品であり、さらには特に耐薬品性や、低摩擦性および耐摩耗性の両特性を満足すべき部材にも適用できることは言うまでもない。
【００９８】
次に本発明に係る炭素膜被覆部材をダミーウェハーに適用した実施形態について以下の実施例および比較例に基づいて具体的に説明する。
【００９９】
［実施例１１〜１６］
８インチ単結晶シリコンウェハー表面に、表５に示す組成、膜厚を有する被膜を形成したダミーウェハー１を、マグネトロンスパッタリング法により製造した。被膜中には表５に示す成分（およびその炭化物）が粒子状物質として分散している。
【０１００】
実施例１１〜１６に係るダミーウェハー２１は、図３に示すように、単結晶シリコンからなるウェハー基材２２表面に中間層２３としての炭化物（ＷＣ）層が形成されており、この炭化物層２３の表面側に、アモルファス炭素２４からなるマトリックスと、そのマトリックス中に分散した金属２５とからなる被膜２６が一体に形成された層構造を有している。また、被膜をコーティングしない単結晶シリコンウェハーを用意し、比較例８のダミーウェハーとした。また、Ｍ／Ｃ原子比を０．８にした以外は実施例１１と同様に処理して比較例９のダミーウェハーとした。
【０１０１】
次に、各ダミーウェハーについて、酸による膜除去作業時の耐薬品性を調査した。すなわち、上記のように調製した実施例１１〜１６および比較例８〜９に係るダミーウェハーを、フッ硝酸溶液（フッ酸１：硝酸１：水１０）に５時間浸漬して、酸腐食によるウェハー厚さの変化量を調査して、下記表５に示す結果を得た。
【０１０２】
また、実施例１１と実施例１２については浸漬時間を３０時間にした場合についても測定した。その結果を併せて表５に示す。
【０１０３】
【表５】
2008214759.tif 000007
【０１０４】
上記表５に示す結果に明らかなように、Ｗ，Ｓｉ，Ｔａなどの金属（金属炭化物）粒子を含有したアモルファス炭素被膜を形成した実施例１１〜１６に係るダミーウェハーでは、含有成分がＷ，Ｓｉ，Ｔａのいずれの場合も５時間のフッ硝酸溶液浸漬試験では厚さの変化を生じることがなく、優れた耐食性を有することが判明した。また、膜厚を８μｍ以上にした実施例１１は３０時間浸漬しても変化が無いことが判明した。このことから、より耐食性を要求される適用分野においては８μｍ以上の膜厚が好ましいと言える。
【０１０５】
一方、被膜を形成しなかった比較例８に係るダミーウェハーでは、５時間のフッ硝酸溶液浸漬試験により、腐食によって８５μｍの厚さの減少を生じ、繰り返して使用することが困難であった。また、比較例９からＭ／Ｃ原子比が０．７を超えて大きいとアモルファス炭素膜の耐食性が低下することが判明した。
【０１０６】
このことより、Ｗ，Ｓｉ，Ｔａを粒子状物質として分散させた被膜を、ダミーウェハー上に形成することにより、ウェハーを繰り返し使用に供する際に行う酸による膜除去に対する耐性（耐薬品性）が向上されることが確認された。
【０１０７】
次に上記実施例１１〜１６および比較例８に係るダミーウェハー２１に、スパッタリング装置でＴｉ／ＴｉＮ層とＡｌ層を交互に成膜し、Ｔｉ／ＴｉＮ層とＡｌ層との積層膜（スパッタ膜）を５回成膜した。
【０１０８】
これら実施例１１〜１６および比較例８のダミーウェハーを上述のフッ硝酸溶液に浸漬してスパッタ膜を除去してウェハー厚さを測定した。その結果、実施例１１〜１６ではいずれの実施例においても、膜除去作業を１０回以上繰り返して実施した場合においてもウェハー厚さに変化を生じなかった。このことは実施例１１〜１６のダミーウェハーはフッ硝酸溶液による膜除去作業を１０回以上繰り返し行っても、ウェハー基材自体には損傷を生じないことを示している。このことから、本実施例１１〜１６のダミーウェハーは、膜除去を繰り返し行うことが可能であり、従って、繰り返し使用に十分耐える耐久性（耐薬品性）を持つダミーウェハーであることが確認された。
【０１０９】
一方、比較例８のダミーウェハーではスパッタ膜の除去作業によりウェハー厚さに変化が生じ、５回の膜除去後に厚さが０．６ｍｍ以下となり、ウェハーとして使用不能になった。
【０１１０】
この結果からわかるように、本実施例１１〜１６に係るダミーウェハーは、フッ硝酸による１０回以上の繰り返し膜除去を行っても膜厚に変化を生じることがなく、従って、ダミーウェハーの使用枚数の節約ができ、コストの削減が可能である。
【０１１１】
また、実施例１１〜１６のダミーウェハーを使用したスパッタ時に、ウェハーから発生するパーティクルの数を調査したところ、パーティクルの増加は認められず、被膜なしダミーウェハーをスパッタした際のパーティクルと比較して大幅に減少していた。すなわち、本実施例１１〜１６のように被膜を形成したダミーウェハーは、製品品質に影響を与えるパーティクルの発生を防止する効果を発揮することが確認された。
【０１１２】
従って、本実施例１１〜１６のように被膜を形成したダミーウェハーを半導体製造装置に使用することにより、常に安定した状態で、パーティクルや発塵による欠陥が少ない半導体デバイスや液晶表示デバイスを、高い製造歩留まりで量産することが可能になる。
【０１１３】
［実施例１７〜２２］
８インチ単結晶シリコンウェハー表面に、マグネトロンスパッタリング法により表６に示す組成，膜厚，中間層を有し、粒子状物質を分散させた被膜を形成して実施例１７〜２２に係るダミーウェハーを製造した。また、被膜を形成しないシリコンウェハーを比較例１０とした。
【０１１４】
上記実施例１７〜２２と比較例１０に係るダミーウェハーに、スパッタリング装置でＴｉ／ＴｉＮ層とＡｌ層を交互に成膜し、Ｔｉ／ＴｉＮ層とＡｌ層との積層膜（スパッタ膜）を５回成膜した後、これらをラッピング装置による膜除去（機械的膜除去）に供してウェハーの厚さ変化について調査した。また膜除去作業の繰り返し可能回数、すなわちウェハーの使用厚さの下限界厚さである厚さ０．６ｍｍ以下となる膜除去回数についても調査して下記表６に示す結果を得た。
【０１１５】
【表６】
2008214759.tif 000008
【０１１６】
上記表６に示す結果から明らかなように、実施例１７〜２２のように、金属（金属炭化物）含有アモルファス炭素被膜をシリコンウェハーに形成させたダミーウェハーにおいては、含有成分がＷ，Ｓｉ，Ｔａのいずれの場合も１０回以上の膜除去作業を行った後も厚さの変化（減少）を生じなかった。また、膜厚を８．７μｍと８μｍ以上にした実施例１７は２０回以上の膜除去作業を行った後も厚さの変化（減少）を生じなかった。
【０１１７】
一方、被膜を形成しなかった比較例１０に係るダミーウェハーにおいては、３回の膜除去回数の後ウェハー厚さが０．６ｍｍ以下となり、ウェハーとして使用不能となった。
【０１１８】
このことより、実施例１７〜２２のようにダミーウェハー表面に金属（金属炭化物）含有アモルファス炭素被膜をシリコンウェハーに形成することにより、ダミーウェハーの繰り返し使用回数を飛躍的に向上することができ、再使用率を高めるので、ダミーウェハーに係るコストを低減することができる。
【０１１９】
また、実施例１７〜２２に係るダミーウェハーによれば、耐磨耗性に優れたダミーウェハーを提供することができ、この結果、製品品質に影響するパーティクルの発生を防止することができるため、製品歩留まりの改善を行うことができる。
【０１２０】
［実施例２３〜２６］
次に、８インチのガラスおよびアルミナ製ウェハー上に、表７に示すような組成，膜厚，中間層を有する被膜を形成したダミーウェハーを、マグネトロンスパッタリング法により作製した。また被膜コーティングを施さないガラスウェハーを比較例１１、同じく被膜コーティングを施さないアルミナウェハーを比較例１２とした。これら実施例２３〜２６および比較例１１、１２のダミーウェハーについて希フッ酸溶液（フッ酸１：水１０）に５時間浸漬して厚さの変化量を調査し、下記表７に示す結果を得た。
【０１２１】
【表７】
2008214759.tif 000009
【０１２２】
上記表７に示す結果に明らかなように、Ｗ，Ｓｉからなる粒子状物質を分散させた金属（金属炭化物）含有アモルファス炭素被膜を形成したウェハーは、ウェハー基材がガラス製あるいはアルミナ製のいずれの場合であっても、実施例１１〜１６の場合と同様に、厚さの変化を生じなかった。
【０１２３】
一方、比較例１１、１２に係る被膜を形成しなかったダミーウェハーでは、ガラス製ウェハーでは２７μｍ、アルミナ製ウェハーでは１５μｍの厚さ減少を生じていた。
【０１２４】
このことから、本実施例２３〜２６のようにウェハー基材がガラス製あるいはアルミナ製であっても、ウェハー基材の表面に金属（金属炭化物）含有アモルファス炭素被膜を形成することにより耐薬品性を向上させることが可能であることが確認された。
【０１２５】
すなわち、本実施例２３〜２６に係るダミーウェハーにおいては、ウェハー基材がシリコン基材以外の材質の場合でも、フッ酸による膜除去作業に対する耐性（耐薬品性）が良好であり、その結果、繰り返し使用に適したダミーウェハーを提供することが可能であるため、ダミーウェハー係るコストが少なく、製造コストの削減に有効である。また、比較的に加工が容易なガラスやアルミナを基材として使用できることからもコスト削減に効果的である。
【０１２６】
また、本実施例２３〜２６のように被膜を形成したダミーウェハーを半導体製造装置に使用することにより、常に安定した状態で、パーティクルや発塵による欠陥が少ない半導体デバイスや液晶表示デバイスを、高い製造歩留まりで量産することが可能になる。
【０１２７】
さらに、本実施例２３〜２６のように被膜を形成したダミーウェハーにおいては、被膜内部に粒子状物質を備えるので、被膜の内部応力が緩和されるため、５μｍ程度と厚く形成した場合においても、薬液による膜剥離を生じることがなく、優れた耐薬品性が得られる。
【０１２８】
以上説明の通り、本実施例に係るダミーウェハーによれば、アモルファス炭素から成るマトリックス中に金属および／または金属炭化物を含有した被膜（金属（金属炭化物）含有アモルファス炭素被膜）を、ウェハー基材の少なくとも一部に形成しているため、ウェハー基材の耐薬品性、耐磨耗性および摩擦特性が向上し、また、被膜中のアモルファス炭素の内部応力がその中に含有される金属および金属炭化物によって効果的に緩和されるので、被膜の剥離や発塵が少なく、優れた耐久性が発揮される。
【０１２９】
また、本実施例に係るダミーウェハーにおいては、ウェハー基材がガラスやアルミナ製である場合にも、金属（金属炭化物）含有アモルファス炭素被膜を設けることにより、耐薬品性、耐磨耗性が向上する。
【０１３０】
特に本実施例のダミーウェハーを半導体製造装置に使用した場合には、ウェハーと摺動部との摺動によるパーティクルの発生（発塵）が効果的に防止されるため、半導体製品を高い製造歩留りで安定的に製造することができる。
【０１３１】
次に本発明に係る炭素膜被覆部材をプローブピンおよびソケット用コンタクトに適用した実施形態について以下の実施例および比較例に基づいて具体的に説明する。
【０１３２】
［実施例２７〜３２］
レニウムを５％含有する線径０．１ｍｍのタングステン基材３２を図４（ｂ）に示すような形状に加工した後に、表面に表８に示す炭化物からなる中間層３３を形成し、さらにマグネトロンスパッタリング法により表８に示す組成，Ｍ／Ｃ原子比、膜厚を有し、粒子状物質を分散させた被膜３６を形成することにより各実施例に係るプローブピン３０ａを調製した。
【０１３３】
各実施例に係るプローブピン３０ａは、図４（ｂ）に示すように、Ｒｅ−Ｗから成る基材３２表面に中間層３３としての炭化物層が形成されており、この炭化物層の表面側に、図１に示すようなアモルファス炭素４から成るマトリックスと、そのマトリックス中に含有（分散）した金属および／または金属炭化物５とから成る被膜３６が一体に形成された層構造を有している。
【０１３４】
［比較例１３〜１４］
一方、上記被膜および中間層をコーティングしない点以外は実施例２７と同様に処理して図４（ａ）に示すようなＲｅ−Ｗ材のみからなる比較例１３（従来例）に係るプローブピン３０とした。また、Ｍ／Ｃ原子比を０．００１とした点以外は実施例２７と同様に処理して比較例１４とした。
【０１３５】
上記のように調製した各実施例および比較例に係るプローブピン３０ａ、３０について、接触抵抗値を測定し、下記表８に示す結果を得た。なお測定方法は、Ａｌ電極パッド３８に１０ｇｆの荷重で２０万回プローブピンを押し当てた後の、接触抵抗値を測定した。
【０１３６】
【表８】
2008214759.tif 000010
【０１３７】
上記表８に示す結果から明らかなように、Ｗ，Ｓｉ，Ｔａから成る粒子状物質を分散したアモルファス炭素から成る被膜３６を形成した各実施例のプローブピン３０ａにおいては、被膜３６を形成しない比較例１３と比較して接触抵抗値の増大がないため、プローブカード用のコンタクトピンとしての検査精度を改善できることが判明した。
【０１３８】
特に各実施例のプローブピン３０ａにおいては、被膜３６の内部応力が粒子状物質によって緩和されるため、５μｍ近くまで厚く形成した場合においても、接触抵抗値の変化を生じることがなく、優れた寿命（耐凝着性）が得られることも確認できた。
【０１３９】
一方、比較例１３に係るプローブピン３０においては、Ａｌ電極パッドにおけるＡｌ付着に対する耐凝着性がないため、接触抵抗値が増大してプローブピンの寿命劣化を引き起こすことが確認できた。また、比較例１４のようにＭ／Ｃ原子比が０．０１より小さいものは膜中の金属成分量が少ないことから却って接触抵抗に悪影響を与えることが分かった。
【０１４０】
また、被膜を形成した各実施例のプローブピンの先端を観察したが、ピン上にはＡｌの付着は認められず、優れた耐凝着性を有することが確認できた。したがって本実施例のような被膜を形成したプローブピンを半導体デバイスの検査に使用することにより、常に安定した状態で電気的特性を測定することができ、半導体デバイスや液晶表示デバイスを高い精度で検査することが可能になる。
【０１４１】
［実施例３３〜３８］
ベリリウム銅合金にＡｕメッキを施した基材４２を図５に示すような形状に加工した後に、表面に表９に示すクロム（Ｃｒ）や炭化物または窒化物からなる中間層４３を形成し、さらにマグネトロンスパッタリング法により表９に示す組成，Ｍ／Ｃ原子比、膜厚を有し、粒子状物質を分散させた被膜４６を形成することにより各実施例に係るＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）パッケージのためのソケット用コンタクト４０を調製した。
【０１４２】
各実施例に係るソケット用コンタクト４０は、図５に示すように、ベリリウム銅合金にＡｕメッキを施した基材４２表面に中間層４３としてのクロム層、炭化物層または窒化物層が形成されており、この中間層４３の表面側に、図１に示すようなアモルファス炭素４から成るマトリックスと、そのマトリックス中に含有（分散）した金属および／または金属炭化物５とから成る被膜４６が一体に形成された層構造を有している。そしてＢＧＡパッケージの半田ボール４４がソケット用コンタクト４０のコンタクト部４５に繰返してコンタクトするように構成されている。
【０１４３】
［比較例１５］
一方、上記被膜および中間層をコーティングしない点以外は実施例３３と同様に処理してベリリウム銅合金にＡｕメッキを施した基材のみからなる比較例１５に係るソケット用コンタクトとした。
【０１４４】
上記のように調製した各実施例および比較例に係るソケット用コンタクトについて、接触抵抗値を測定し、下記表９に示す結果を得た。なお測定方法は、Ａｌ電極パッド３８に１０ｇｆの荷重で２０万回ソケット用コンタクトを押し当てた後の、接触抵抗値を測定した。
【０１４５】
【表９】
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【０１４６】
上記表９に示す結果から明らかなように、Ｗ，Ｓｉ，Ｔａから成る粒子状物質を分散したアモルファス炭素から成る被膜を形成した各実施例のソケット用コンタクトにおいては、比較例１５と比較して接触抵抗値の変化がないため、ソケット用コンタクトとしての検査精度を改善できることが判明した。
【０１４７】
特に各実施例のソケット用コンタクトにおいては、被膜の内部応力が粒子状物質によって緩和されるため、５μｍを超えるように厚く形成した場合においても、接触抵抗値の増大もなく、優れた寿命（耐凝着性）が得られることも確認できた。
【０１４８】
このように、本実施例に係るプローブピンおよびソケット用コンタクトによれば、アモルファス炭素から成るマトリックス中に金属および／または金属炭化物が含有した被膜を、ウェハー基材表面の少なくとも一部に形成しているため、基材の耐薬品性、耐摩耗性および低摩擦特性が発揮されると同時に、アモルファス炭素の内部応力がその中に含有される金属および／または金属炭化物によって効果的に緩和される結果、被膜の剥離や発塵がなく、優れた耐久性が発揮される。
【０１４９】
特に本実施例のプローブピンおよびソケット用コンタクトを半導体製品検査装置に使用した場合には、電極部の軟質金属の付着がないために安定した接触抵抗が得られ、検査用のプローブピンおよびソケットとしての使用寿命が長くなり、半導体製品を高い検査精度で安定的に検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】本発明に係る炭素膜被覆部材を半導体製造装置用部材に適用した場合の一実施例の層構成を模式的に示す部分断面図。
【図２】本発明に係る炭素膜被覆部材を半導体製造装置のウェハーカセットに適用した一実施例を示す斜視図。
【図３】本発明に係る炭素膜被覆部材をダミーウェハーに適用した場合の一実施例の層構成を模式的に示す部分断面図。
【図４】プローブピンの構成を示す図であり、（ａ）は従来例を示し、（ｂ）は本発明に係る炭素膜被覆部材をプローブピンに適用した一実施例を示す部分断面図。
【図５】本発明に係る炭素膜被覆部材をソケット用コンタクトに適用した一実施例を示す斜視図。
【符号の説明】
【０１５１】
１  炭素膜被覆部材（半導体製造装置用部材、ダミーウェハー、切削工具、プローブピン、ソケット用コンタクト）
２  基材（ＳＵＳ３０４）
３  中間層（窒化層）
４  アモルファス炭素（マトリックス）
５  粒子状物質
６  被膜（金属（金属炭化物）含有アモルファス炭素膜）
１１  ウェハーカセット
１２  上プレート
１３  下プレート
１４  支持壁
１５  ウェハー
１６  保持溝
２１  ダミーウェハー
２２  ウェハー基材（単結晶シリコン）
２３  中間層（炭化物層）
２４  アモルファス炭素（マトリックス）
２５  粒子状物質
２６  被膜（金属（金属炭化物）含有アモルファス炭素膜）
３０、３０ａ  プローブピン
３２  基材
３３  中間層
３６  被膜
３７  基板
３８  Ａｌ電極パッド
４０  ソケット用コンタクト
４２  基材
４３  中間層
４４  半田ボール
４５  コンタクト部
４６  被膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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