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JP2019190957A - レーザ照射されたニッケル膜の検査方法 - Google Patents

レーザ照射されたニッケル膜の検査方法 Download PDF

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Abstract

【課題】レーザ照射されたニッケル膜を検査するための新規で有用な技術を提供する。
【解決手段】本明細書は、レーザ照射されたニッケル膜を検査する方法を開示する。この検査方法は、レーザ照射されたニッケル膜の表面を還元性ガス雰囲気下において還元する還元工程と、還元工程後、ニッケル膜の表面を窒素雰囲気下において250℃以上に加熱する加熱工程と、加熱工程後、ニッケル膜の表面を測色する測色工程と、測色工程による測色結果に基づいて、ニッケル膜の表面の状態を判断する判断工程とを備える。
【選択図】図7

Description

本明細書が開示する技術は、レーザ照射されたニッケル膜の検査方法に関する。
特許文献1には、半導体装置の製造方法が開示されている。この半導体装置の製造方法は、導体部材に設けられたニッケル膜に、レーザを照射する工程を備えている。このレーザを照射する工程では、導体部材のニッケル膜上に微細な凹凸形状が形成される。ニッケル膜の微細な凹凸形状は、アンカー効果によって、導体部材とその導体部材に接触する封止材料との密着性を向上させる。
特開2017−191807号公報
ニッケル膜にレーザを照射するときは、加工パラメータを適切に設定する必要がある。レーザのパワーや照射時間といった加工パラメータが不適切であると、ニッケル膜上に微細な凹凸形状が正しく形成されない。加工パラメータを正しく設定するためには、レーザ照射された後のニッケル膜を検査することによって、使用した加工パラメータの良否を判断する必要がある。しかしながら、ニッケル膜上に形成された微細な凹凸形状を直接的に観察しても、その良否を客観的に判断することは難しい。そこで、一つの方法としては、ニッケル膜に形成されたレーザ痕の寸法を測定し、そこからニッケル膜の加工状態を推定することが考えられる。しかしながら、ニッケル膜に形成された多数のレーザ痕をそれぞれ測定する必要があり、多くの時間が必要とされる。他の方法としては、ニッケル膜の水濡れ性を検査して、そこからニッケル膜の加工状態を推定することが考えられる。しかしながら、ニッケル膜を水で濡らす必要があるので、検査後の導体部材を製品に使用することはできなくなる。上記課題を鑑みて、本明細書では、レーザ照射されたニッケル膜を検査するための新規で有用な技術を提供する。
本明細書は、レーザ照射されたニッケル膜を検査する方法を開示する。この検査方法は、レーザ照射されたニッケル膜の表面を還元性ガス雰囲気下において還元する還元工程と、還元工程後、ニッケル膜の表面を窒素雰囲気下において250℃以上に加熱する加熱工程と、加熱工程後、ニッケル膜の表面を測色する測色工程と、測色工程による測色結果に基づいて、ニッケル膜の表面の状態を判断する判断工程とを備える。
上記した検査方法では、還元されたニッケル膜の表面を、窒素雰囲気下において250℃以上に加熱する。このとき、ニッケル膜の表面に微細な凹凸形状が形成されていれば、ニッケル膜の表面において窒化反応が生じ、ニッケル膜上に窒化ニッケルが生成される。ニッケル膜上に窒化ニッケルが生成されると、ニッケル膜の表面の色が変化する。それに対して、ニッケル膜の表面に微細な凹凸形状が形成されていないと、窒化反応が十分に進行せず、ニッケル膜の変色も起こり難い。従って、その加熱工程後に、ニッケル膜の表面を測色することによって、レーザ照射されたニッケル膜の表面の状態を判断することが可能となる。これにより、レーザ痕の寸法計測や、水濡れ性の試験を必要とすることなく、ニッケル膜の検査を実施することができる。
レーザ照射工程を示す模式図。 レーザ照射されたニッケル膜12の上面図。 ニッケル膜12の表面12aを還元性ガス雰囲気下において還元する工程(還元工程S12)を示す模式図。 ニッケル膜12の表面12aを窒素雰囲気下において加熱する工程(加熱工程S14)を示す模式図。 加熱工程S14後のニッケル膜12の上面図であり、図5(A)は窒化ニッケルが生成し、ニッケル膜12の表面12aが変色する状態を示し、図5(B)は、窒化反応が十分に進行せず、ニッケル膜12の表面12aが変色しない状態を示す。 加熱工程S14において、加熱温度に応じて変化するニッケル膜12の表面12aのR値を示すグラフ。 R値に基づいて、ニッケル膜12の表面状態を判断する工程を説明するグラフ。 B値に基づいて、ニッケル膜12の表面状態を判断する工程を説明するグラフ。 実施例1のレーザ照射されたニッケル膜12の検査方法を示すフローチャート。
本技術の一実施形態において、測色工程による測色結果が、少なくとも赤成分を示す指標を含んでもよい。この場合、判断工程では、その赤成分を示す指標に基づいて、ニッケル膜の表面の状態、例えば、レーザ照射によるニッケル膜の加工状態を判断してもよい。その場合、一例ではあるが、赤みの測色結果が所定の基準値を下回るときに、レーザ照射によるニッケル膜の加工状態が不良であると判断してもよい。ニッケル膜の表面に微細な凹凸形状が形成されていると、ニッケル膜の表面を測色したときに、赤成分を示す指標の値が上昇することが、発明者らによって確認されている。従って、赤成分を示す指標に基づいて、ニッケル膜の表面の状態を判断することにより、レーザ照射されたニッケル膜を客観的に評価することができる。
上記に代えて、又は加えて、測色工程による測色結果が、少なくとも青成分を示す指標を含んでもよい。この場合、判断工程では、その青成分を示す指標に基づいて、ニッケル膜の表面の状態、例えば、レーザ照射によるニッケル膜の加工状態を判断してもよい。その場合に、一例ではあるが、判断工程では、青みの測色結果が所定の基準値を上回るときに、レーザ照射によるニッケル膜の加工状態が不良であると判断してもよい。ニッケル膜の表面に微細な凹凸形状が形成されていると、ニッケル膜の表面を測色したときに、青成分を示す指標の値が低下することが、発明者らによって確認されている。従って、青成分を示す指標に基づいて、ニッケル膜の表面の状態を判断することによっても、レーザ照射されたニッケル膜を客観的に評価することができる。
本技術の一実施形態において、判断工程では、青成分を示す指標に基づいて、ニッケル膜の清浄度を判断してもよい。詳しくは、青成分を示す指標に基づいて、ニッケル膜への有機系化合物の付着の有無を判断してもよい。その場合、一例ではあるが、青成分を示す指標が所定の基準値を上回るときに、ニッケル膜に有機系化合物の付着が有ると判断してもよい。ニッケル膜に有機系化合物の汚れが付着していると、ニッケル膜は、付着した有機系化合物と窒化物との化学反応により青色に変色する。このため、ニッケル膜の清浄度(詳しくは有機化合物の有無)についても、青成分を示す指標に基づいて判断することができる。
図面を参照して、本実施例の検査方法の説明をする。この検査方法では、レーザ照射されたニッケル膜12を検査する。レーザ照射されるニッケル膜12は、導体部材10上に設けられており、例えばスパッタ法などによって形成することができる。導体部材10は、概して板形状あるいは直方体形状を有しており、例えば銅、アルミニウム又は他の金属といった導体材料で構成されることができる。一例ではあるが、導体部材10は半導体装置の部品として用いることができ、封止体(例えば樹脂)によって半導体素子と一体にパッケージングされる。
ここで、検査方法の説明に先んじて、図1、図2を参照して、ニッケル膜12にレーザ照射するレーザ照射工程について説明する。図1に示すように、レーザ照射工程では、ニッケル膜12の一部又は全体に対して、レーザを照射する(図1中の矢印X方向)。一例ではあるが、レーザ照射工程では、パルスレーザ装置を利用し、ニッケル膜12上を走査しながら、スポット状のレーザを断続的に照射してもよい。図1中の矢印Yは、レーザの走査方向を示す。このようなレーザ照射により、ニッケル膜12上に微細な凹凸形状が形成される。この微細な凹凸形状は、例えば、導体部材10と封止体との密着性を向上させることができる。図2に示すように、レーザ照射工程後のニッケル膜12を観察すると、レーザ照射されたニッケル膜12上には、多数のレーザ痕14が形成されている。一例ではあるが、本実施例におけるレーザ照射工程では、円形状のレーザ痕14が形成され、その径寸法は、直径約70マイクロメートル程度である。
このレーザ照射工程において、レーザのパワーや照射時間といった加工パラメータが不適切であると、ニッケル膜12上に微細な凹凸形状が正しく形成されない。加工パラメータを正しく設定するためには、レーザ照射された後のニッケル膜12を検査することによって、使用した加工パラメータの良否を判断する必要がある。この点に関して、本実施例の検査方法によると、レーザ照射されたニッケル膜12の状態を、客観的に評価することができる。以下、本実施例の検査方法について詳細に説明する。
(実施例1)図3−図9を参照して、実施例1のレーザ照射されたニッケル膜12の検査方法について説明する。ここで、図6、図8には、ニッケル膜12の測色を30回繰り返し、得られた平均値がプロットしてある。図9に示すように、検査方法は、還元工程S12を備える。還元工程S12では、ニッケル膜12の表面12aを還元性ガス雰囲気下において還元する。これにより、先のレーザ照射工程で生成されたニッケル膜12上の酸化物が除去される。還元工程S12の具体的な態様については、特に限定されない。図3に示すように、本実施例では、ニッケル膜12が形成された導体部材10をチャンバー16内に配置し、そのチャンバー16内に還元性ガスを導入する。還元性ガスには、例えば水素(H)を採用することができる。但し、還元性ガスは、水素に限定されず、一酸化炭素(CO)、硫化水素(HS)、二酸化硫黄(SO)、二酸化窒素(NO)等を採用してもよい。一例ではあるが、還元工程S12では、必要に応じてニッケル膜12を加熱してもよい。
図9に示すように、検査方法は、加熱工程S14をさらに備える。加熱工程S14は、還元工程S12の後に実施される。加熱工程S14では、ニッケル膜12の表面12aを窒素雰囲気下において加熱する。このとき、ニッケル膜12の表面12aに微細な凹凸形状が形成されていれば、ニッケル膜12の表面12aにおいて窒化反応が生じ、ニッケル膜12上に窒化ニッケルが生成される。ニッケル膜12上に窒化ニッケルが生成されると、図5(A)に示すように、ニッケル膜12の表面12aの色が変化する。それに対して、図5(B)に示すように、ニッケル膜12の表面12aに微細な凹凸形状が形成されていないと、窒化反応が十分に進行せず、ニッケル膜12の変色は起こり難い。即ち、レーザ照射工程における加工パラメータが不適切であると、加熱工程S14においてニッケル膜12の変色が生じない、又は僅かである。
加熱工程S14の具体的な態様については、特に限定されない。本実施例では、図4に示すように、導体部材10が配置されたチャンバー16内に窒素を導入し、そのチャンバー16内の雰囲気を窒素に置換する。窒素雰囲気下に十分に置換された後、導体部材10のニッケル膜12を所定の加熱温度に加熱する。加熱工程S14では、還元工程S12と同じチャンバー16を使用することができ、それによって、還元工程S12と加熱工程S14とを一連に実施することができる。但し、加熱工程S14では、還元工程S12で使用したチャンバー16とは別のものを使用してもよい。加熱工程S14におけるニッケル膜12の加熱温度は、250℃以上であればよい。より好ましくは、ニッケル膜12の加熱温度は、285℃以上であってもよい。より好ましくは、ニッケル膜12の加熱温度は、300℃以上であってもよい。本実施例では、ニッケル膜12の加熱温度を300℃とし、その温度で数分間維持する。
ここで、図6を参照して、加熱工程S14におけるニッケル膜12の加熱温度と、ニッケル膜12に生じる変色との関係について説明する。図6の横軸は、加熱工程S14における加熱温度を示し、縦軸は、加熱工程S14後のニッケル膜12のR値を示す。R値とは、RGB測色系において赤成分の輝度を示す指標である。図6中の実線に示すように、加熱温度が250℃未満の範囲では、ニッケル膜12のR値に有意な変化がみらない。一方、加熱温度が250℃以上の範囲では、加熱温度が高くなるほど、ニッケル膜12のR値が増大している。特に、加熱温度が250℃から285℃までの範囲では、加熱温度の上昇に対してR値が増大する割合は大きい。そして、加熱温度が285℃を超える範囲では、R値が増大する割合は緩やかになり、300℃を超える範囲では、R値の増大が極めて小さくなる。
上記したように、ニッケル膜12の表面12aに微細な凹凸形状が存在すれば、加熱工程S14においてニッケル膜12の表面12aに窒化ニッケルが生成され、ニッケル膜12の表面12aの色が変化する。この点に関して、図6に示すグラフによると、加熱温度が250℃以上であれば、ニッケル膜12の表面12aにおいて窒化ニッケルが生成され、そのことがニッケル膜12の表面12aの色の変化に現れる。従って、加熱工程S14における加熱温度は、250℃以上であればよい。特に、加熱温度を285℃以上、あるいは300℃以上とすると、加熱工程S14においてニッケル膜12の表面12aの色は大きく変化する。このことから、前述したように、加熱工程S14における加熱温度は、285℃以上、あるいは、300℃以上としてもよい。なお、図6中の破線及び△のプロットは、還元工程S12を省略した場合の結果を示す。還元工程S12を省略した場合、加熱工程S14における加熱温度を300℃以上としても、窒化ニッケルが生成されず、ニッケル膜12の表面12aの色は実質的に変化しない。
図9に示すように、検査方法は、測色工程S16をさらに備える。測色工程S16は、加熱工程S14の後に実施される。測色工程S16では、ニッケル膜12の表面12aを測色する。一例ではあるが、この測色工程S16では、ニッケル膜12の表面12aを撮影し、その撮影画像からニッケル膜12の表面12aの色を数値化する。即ち、ニッケル膜12の表面12aの色を示す指標を取得する。本実施例では、色を示す指標として、RGB表色系で定義されるR値、G値及びB値を取得する。R値は赤成分の輝度を示す指標であり、G値は緑成分の輝度を示す指標であり、B値は青成分の輝度を示す指標である。但し、測色工程S16で取得する指標は、RGB表色系の指標に限られず、例えばL表色系又はXYZ表色系等といった、他の規格で定義される指標であってもよい。その場合、それらの表色系にそれぞれ対応する測色装置を用いて測色してよい。なお、測色工程S16では、少なくともR値(又は赤成分を示すその他の指標)を取得すればよい。
図9に示すように、検査方法は、第1判断工程S18をさらに備える。第1判断工程S18では、測色工程S16によるR値(赤成分を示す指標)に基づいて、ニッケル膜12の表面12aの状態、特に、レーザ照射によるニッケル膜12の加工状態を判断する。図7に示すように、加工状態が良好であれば、測定されるR値は比較的に大きくなる。一方、レーザパワーが小さい又は過大であったときは、R値は比較的に小さくなる。これは、ニッケル膜12の表面12aに微細な凹凸が形成されておらず、加熱工程S14において色の変化(即ち、窒化ニッケルの生成)が生じなかったことを意味する。従って、所定の基準値S(R)を設け、R値が基準値S(R)を上回るときに、レーザ照射によるニッケル膜12の加工状態が良好である(即ち、微細な凹凸形状が形成されている)と判断することができる。一方で、R値が基準値S(R)を下回るときに、レーザ照射によるニッケル膜12の加工状態が不良である(即ち、微細な凹凸形状が形成されていない)と判断することができる。このように、R値(赤成分を示す指標)に基づいて、ニッケル膜12の表面12aの状態を判断することにより、レーザ照射されたニッケル膜12を客観的に評価することができる。
加えて、図9に示すように、本実施例の検査方法は、第2判断工程S20をさらに備える。第2判断工程S20は、測色工程S16の後に実施されればよく、第1判断工程S18との順序は問わない。第2判断工程S20では、測色工程S16によるB値(青成分を示す指標)に基づいて、ニッケル膜12の表面12aの状態、例えば、ニッケル膜12の清浄度を判断する。詳しくは、第2判断工程S20では、B値に基づいて、ニッケル膜12への有機系化合物の付着の有無を判断する。ここでいう有機系化合物は、例えば皮脂、ビニル材の離形成分及びテープ材の粘着成分等のことを示す。図8に示すように、ニッケル膜12に有機系化合物の汚れが付着していると、B値が比較的に大きくなる。これは、ニッケル膜12に有機系化合物の汚れが付着していると、ニッケル膜12は、付着した有機系化合物と窒化物との化学反応により青色に変色するためである。そこで、基準値S(B)を設け、B値が基準値S(B)を上回るときに、ニッケル膜12に有機系化合物の付着が有ると判断する。このため、ニッケル膜12の清浄度について、B値(青成分を示す指標)に基づいて判断することができる。但し、第2判断工程S20は必ずしも必要とされない。本実施例の場合は、R値とB値とが同時に測色可能であるため、付加的にニッケル膜12の清浄度も検査することができる。
実施例1の検査方法において、測色工程S16での測色結果は少なくとも赤成分を示す指標が含まれる。但し、本明細書に開示される技術は、この赤成分を示す指標に限定されず、加熱工程S14における窒化反応によるニッケル膜12の色を数値化することができればよい。ニッケル膜12の色を数値化することで、レーザ照射されたニッケル膜12の表面12aの状態を判断することが可能となる。これにより、レーザ痕14の寸法計測や、水濡れ性の試験を必要とすることなく、ニッケル膜12の検査を実施することができる。但し、測色する指標は、他の色成分を示す指標にも様々に変更可能であり、他の実施例において以下に説明する。
(実施例2)実施例2のレーザ照射されたニッケル膜12の検査方法について説明する。実施例2の検査方法は、実施例1に対して、下記の点において異なる。先ず、測色工程S16では、ニッケル膜12の表面12aを、少なくとも青成分を示す指標が含まれるような測色をする。また、第1判断工程S18では、その青成分を示す指標に基づいて、ニッケル膜12の表面12aの状態、例えばレーザ照射によるニッケル膜12の加工状態を判断する。他の工程においては、実施例1と同様であるため、その説明は省略する。
本実施例の測色工程S16では、加熱工程S14後、ニッケル膜12の表面12aを測色する。上記したが、測色工程S16では、ニッケル膜12の表面12aを、少なくとも青成分を示す指標が含まれるような測色をする。一例ではあるが、この測色工程S16では、ニッケル膜12の表面12aを撮影し、その撮影画像からニッケル膜12の表面12aの色を数値化する。即ち、ニッケル膜12の表面12aの色を示す指標を取得する。本実施例では、色を示す指標として、RGB表色系で定義されるR値、G値及びB値を取得する。R値は赤成分の輝度を示す指標であり、G値は緑成分の輝度を示す指標であり、B値は青成分の輝度を示す指標である。但し、本実施例の測色工程S16で取得する指標は、RGB表色系の指標に限られず、例えばL表色系又はXYZ表色系等といった、他の規格で定義される指標であってもよい。その場合、それらの表色系にそれぞれ対応する測色装置を用いて測色してよい。なお、測色工程S16では、少なくともB値(又は青成分を示すその他の指標)を取得すればよい。
本実施例の第1判断工程S18では、測色工程S16によるB値(青成分を示す指標)に基づいて、ニッケル膜12の表面12aの状態、特に、レーザ照射によるニッケル膜12の加工状態を判断する。図8に示すように、加工状態が良好であれば、測定されるB値は比較的に小さくなる。一方、レーザパワーが小さい又は過大であったときは、B値は比較的に大きくなる。これは、ニッケル膜12の表面12aに微細な凹凸が形成されておらず、加熱工程S14において色の変化(即ち、窒化ニッケルの生成)が生じなかったことを意味する。従って、所定の基準値S(B)を設け、B値が基準値S(B)を下回るときに、レーザ照射によるニッケル膜12の加工状態が良好である(即ち、微細な凹凸形状が形成されている)と判断することができる。一方で、B値が基準値S(B)を上回るときに、レーザ照射によるニッケル膜12の加工状態が不良である(即ち、微細な凹凸形状が形成されていない)と判断することができる。このように、B値(青成分を示す指標)に基づいて、ニッケル膜12の表面12aの状態を判断することにより、レーザ照射されたニッケル膜12を客観的に評価することができる。
以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。
10:導体部材
12:ニッケル膜
12a:ニッケル膜の表面
14:レーザ痕
16:チャンバー
S(R):赤成分を示す指標の基準値
S(B):青成分を示す指標の基準値

Claims (10)

  1. レーザ照射されたニッケル膜を検査する方法であって、
    レーザ照射された前記ニッケル膜の表面を還元性ガス雰囲気下において還元する還元工程と、
    前記還元工程後、前記ニッケル膜の前記表面を窒素雰囲気下において250℃以上に加熱する加熱工程と、
    前記加熱工程後、前記ニッケル膜の前記表面を測色する測色工程と、
    前記測色工程による測色結果に基づいて、前記ニッケル膜の前記表面の状態を判断する判断工程と、
    を備える、検査方法。
  2. 前記測色工程による前記測色結果が、少なくとも赤成分を示す指標を含み、
    前記判断工程では、前記赤成分を示す指標に基づいて、前記ニッケル膜の前記表面の状態を判断する、請求項1に記載の検査方法。
  3. 前記判断工程では、前記赤成分を示す指標に基づいて、前記レーザ照射による前記ニッケル膜の加工状態を判断する、請求項2に記載の検査方法。
  4. 前記判断工程では、前記赤成分を示す指標が所定の基準値を下回るときに、前記レーザ照射による前記ニッケル膜の加工状態が不良であると判断する、請求項3に記載の検査方法。
  5. 前記測色工程による前記測色結果が、少なくとも青成分を示す指標を含み、
    前記判断工程では、前記青成分を示す指標に基づいて、前記ニッケル膜の前記表面の状態を判断する、請求項1から4のいずれか一項に記載の検査方法。
  6. 前記判断工程では、前記青成分を示す指標に基づいて、前記レーザ照射による前記ニッケル膜の加工状態を判断する、請求項5に記載の検査方法。
  7. 前記判断工程では、前記青成分を示す指標が所定の基準値を上回るときに、前記レーザ照射による前記ニッケル膜の前記加工状態が不良であると判断する、請求項6に記載の検査方法。
  8. 前記判断工程では、前記青成分を示す指標に基づいて、前記ニッケル膜の清浄度を判断する、請求項5から7のいずれか一項に記載の検査方法。
  9. 前記判断工程では、前記青成分を示す指標に基づいて、前記ニッケル膜の有機系化合物の付着の有無を判断する、請求項8に記載の検査方法。
  10. 前記判断工程では、前記青成分を示す指標が所定の基準値を上回るときに、前記ニッケル膜に前記有機系化合物の付着が有ると判断する、請求項9に記載の検査方法。
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