CN104871010A - 电接触构件和检查用连接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的电接触构件，是与被测体反复接触的电接触构件。与被测体接触的所述电接触构件的表面由含有金属元素的含金属元素碳被膜构成。在相对于所述电接触构件的轴线成45°的倾斜面上所形成的含金属元素碳被膜的表面粗糙度Ra1在一定的值以下。由此，能够实现与被测体的低附着性，长期稳定抑制接触电阻的上升，确保稳定的电接触。

Description

电接触构件和检查用连接装置
技术领域
本发明涉及电接触构件和具有该电接触构件的检查用连接装置。
背景技术
集成电路(IC(Integrated Circuit))、大规模集成电路(LSI(Large ScaleIntegration))、发光二极管(LED(Light Emitting Diode))等电子元件(即、使用了半导体器件的电子元件)是通过使用于检查用连接装置的电接触构件(接触端子)与半导体器件的电极接触，从而检查其电特性。上述电接触构件当然要求导电性良好(接触电阻值低)，并要求具备即使与作为被测体的电极的反复接触，也不会发生磨损、损伤这种程度的优异的耐久性。
上述电接触构件的接触电阻值通常设定在100mΩ以下，但是，由于进行与被测体的反复检查，使其从数100mΩ劣化至数Ω。因此，一直以来，会定期进行电接触构件的清洁和更换，但这使得检查工序的可靠性和检查用连接装置的运转率显著降低，因此，即使经长期的反复使用，接触电阻值也不会降低的电接触构件的开发得到推进。特别是作为被测体的电极由焊料、镀锡(Sn)等构成时，因为焊料和锡柔软，所以与电接触构件的接触导致电极表面被削去，其碎屑等容易附着(粘合)在电接触构件的前端部。附着的焊料、锡容易被氧化，电接触构件的接触电阻上升。另外，由于附着的锡等的物理性的障碍导致与对象电极的接触不充分等的影响，接触电阻将上升。因此，难以将电接触构件的接触电阻值稳定保持在低水平。
作为使电接触构件的接触电阻值稳定化的方法，例如可列举专利文献1和专利文献2。其中，专利文献1公开有一种以碳或碳和氢为主成分的非晶质的硬质皮膜。该硬质皮膜，作为碳、氢以外的杂质元素，在0.001～40原子％的范围内添加选自V、Cr、Zr、Nb、Hf、Ta、Au、Pt、Ag中的至少一种元素，从而具备优异的耐磨损性和高导电性，膜应力小，具备良好的滑动特性。记载着该硬质皮膜能够合适地适用于对电接触有要求的滑动部。
另外，专利文献2中公开有一种由钨或铼钨构成的探头。记述的是，该探头在前端侧的接触部的至少前端部，形成有在1～50质量％的范围内含有钨、钼、金、银、镍、钴、铬、钯、铑、铁、铟、锡、铅、铝、钽、钛、铜、锰、铂、铋、锌、镉之中的至少一种金属的DLC(Diamond LikeCarbon)膜。根据上述构成的探头，即使与铝电极反复接触，铝屑也难以附着，不用频率地清洁作业也能够使接触电阻稳定化在低水平。
此专利文献1、2均是通过在DLC等的碳被膜中混入钨等金属元素，从而有效地发挥出由上述金属元素添加带来的高导电性、和由上述含金属元素碳被膜带来的被测体(锡合金等对象材料)对电接触构件的低附着性这两方面的技术。
另一方面，在专利文献3和专利文献4中记述，与电极接触的电接触构件的表面的平滑性(粗糙度)、和形成于最上面的含金属元素碳被膜的平滑性(粗糙度)，对减少Sn附着有效。
具体来说，专利文献3公开有一种与半导体器件的电极接触的接触端子。所述接触端子与所述电极的接触部的表面粗糙度的最大高度Ry被控制在10μm以下。记述上述最大高度Ry能够通过对接触端子基材表面进行机械/化学研磨或干式研磨来达成。再在最上面形成含有金属元素的碳被膜。然而，关于碳被膜的表面粗糙度，被认为会反映基材表面的形状，而对于碳被膜本身的表面性状对锡凝集性造成的影响则没有研究。
专利文献4是上述专利文献3的改良技术。即，专利文献4是基于如下认识而完成的发明，“在基材上形成被膜时，被膜表面的表面性状对锡粘合性造成影响，如上述专利文献3这样即使在Ry满足10μm以下的表面粗糙度的区域内，由于被膜制作时的条件等，锡的粘合仍会成为问题”。在专利文献4中记述，着眼于历来未进行研究的、被膜的微小区域的表面性状对耐锡粘合性造成的影响，通过控制被膜的微小区域的表面性状参数来提高耐锡粘合性。具体来说，在上述专利文献4中，公开有一种具有如下外表面的半导体检查装置用接触式探针，所述外表面中，形成于导电性基材表面的非晶质碳系导电性皮膜的表面粗糙度(Ra)为6.0nm以下，均方根斜率(RΔq)为0.28以下，表面形态的凸部的前端曲率半径的平均值(R)为180nm以上。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国专利第3336682号公报
专利文献2：日本国特开2001-289874号公报
专利文献3：日本国特开2007-24613号公报
专利文献4：日本国特开2011-64497号公报
发明所要解决的课题
根据上述专利文献1～专利文献4所述的方法，期待提供一种可耐受在室温下的反复检查的电接触构件。但是，电接触构件的使用环境各种各样，也有在比室温严酷的高温下使用电接触构件的情况。例如，若将电接触构件用于大约85℃左右的高温下的反复检查，则被加热至高温的Sn等的电极构件与电接触构件接触，会带来Sn对电接触构件的附着率大幅提高，电接触构件的导电性也显著提高等严重的问题。但是，上述的专利文献1～专利文献4的技术没有从这种观点出发进行。若是使这些专利文献所公开的那样遍及大范围而含有宽范围的添加元素的探头在高温下与Sn电极等反复接触，则从电极上被削掉的Sn大量附着在电接触构件的表面，而附着的Sn的氧化会导致导电性降低，接触电阻有可能上升。若是如此，则不能长期确保稳定的电接触。
另一方面，为了除去来自电极材料的Sn等附着物，也会采用将电接触构件的前端加工成尖锐的形状等方法，但仅仅如此，并不能使高温下的反复接触后的附着防止效果有效地发挥。
发明内容
本发明鉴于上述情况而形成，其目的在于，提供一种能够实现与被测体(例如焊料、Sn、Al、Pd等)的低附着性，并能够长期稳定地抑制接触电阻的上升的电接触构件和具有其的检查用连接装置。本发明的目的特别在于，提供一种在经过大约85℃左右的高温下的反复接触后，仍能够实现与被测体的低附着性，并且能够抑制接触电阻的上升，能够长期保持稳定的电接触的电接触构件，以及具有其的检查用连接装置。
用于解决课题的手段
能够解决上述课题的本发明的电接触构件，是与被测体反复接触的电接触构件，其具有的要点在于，与所述被测体接触的所述电接触构件的表面由含有金属元素的含金属元素碳被膜构成，在所述含金属元素碳被膜中，在相对于所述电接触构件的轴线成45°的倾斜面上所形成的含金属元素碳被膜的表面粗糙度Ra1在一定的值以下。
在本发明的优选的实施方式中，所述Ra1为2.7nm以下。
在本发明的优选的实施方式中，所述含金属元素碳被膜的厚度为50nm以上且5000nm以下。
在本发明的优选的实施方式中，所述含金属元素碳被膜中包含的所述金属元素是选自钨、钽、钼、铌、钛、铬、钯、铑、铂、钌、铱、钒、锆、铪、锰、铁、钴和镍中的至少一种。
在本发明的优选的实施方式中，被检查的被测体包含Sn或Sn合金。
本发明中，还包括具有多个上述任意一项所述的电接触构件的检查用连接装置。
发明效果
本发明的电接触构件中，关于构成与被测体接触的电接触构件的表面的含金属元素碳被膜，在相对于电接触构件的轴线成45°的倾斜面上所形成的含金属元素碳被膜的表面粗糙度Ra1在一定的值以下。因此，特别是在大约85℃左右的高温下的反复接触后，仍能够实现与被测体的低附着性，并且能够抑制接触电阻的上升。其结果是，能够长期保持稳定的电接触。
附图说明
图1是表示电接触构件的前端部与被测体(Sn电极)接触时的情况的局部图。
图2是表示使相对于电接触构件的轴线的倾斜面的角度在0～90°的范围进行各种变化时的、倾斜面的角度与表面粗糙度Ra1的关系的图。
图3是表示本发明中优选使用的电接触构件的与被测体接触的前端部分的构成的剖面示意图。
具体实施方式
本发明人等，从提供一种在现有的电接触构件关联技术中未充分研究的、即使在高温试验环境下这样的严酷的状况下也可以使用的电接触构件的观点出发，进行研究。研究时，以构成电接触构件的最上面(最表面)的含金属元素碳被膜的表面性状为中心进行研究。其结果是，本发明人等发现，例如不是像上述专利文献4这样控制在垂直于电接触构件的轴线的面上所形成的含金属元素碳被膜的表面粗糙度(参照后述表2的Ra2)，而是减小在相对于电接触构件的轴线成45°的倾斜面上所形成的含金属元素碳被膜的表面粗糙度Ra1(参照后述的图1)，使其达到一定的值以下是有效的。
即，本发明的电接触构件是与被测体反复接触的电接触构件，其特征在于，与所述被测体接触的所述电接触构件的表面由含有金属元素的含金属元素碳被膜构成。而且，关于所述含金属元素碳被膜，在相对于所述电接触构件的轴线成45°的倾斜面上所形成的含金属元素碳被膜的表面粗糙度Ra1在一定的值以下。根据本发明，特别是在经过大约85℃左右的高温下的反复接触后，也能够实现与被测体的低附着性，并且能够抑制接触电阻的上升。
在本说明书中，所谓“在高温的反复检查后仍可抑制接触电阻的上升”如后述的实施例所述，意思是在85℃下使之与Sn电极接触一万次后的接触电阻值为100mΩ以下。
在本说明书中“含金属元素碳被膜”意思是在碳被膜中至少含有金属元素的被膜。例如在后述的图3中，金属密接层(Cr、Ni)，因为除了不可避免的混入以外不含碳(C)，所以不包含在本发明的“含金属元素碳被膜”中。相对于此，混合层(Cr+C+W)因为含有碳(C)，所以包含在本发明的“含金属元素碳被膜”中。
以下，一边参照图1，一边说明如上述这样通过控制倾斜区域的Ra1，从而有效地发挥Sn附着抑制效果的问题。图1是表示电接触构件的前端部与被测体(Sn电极等)接触时的情况的局部图。如图1所示，为了确保电接触构件与Sn电极的接触面积达到一定程度，电接触构件以使Sn电极的一部分变形、陷入这样的形式进行接触。以下，为了说明方便，对于作为被测体使用Sn电极时的情况进行说明，但本发明没有限定于此的意图。
一直以来，电接触构件的Sn附着通过与电接触构件的轴线垂直的面(图中，Ra2的区域)进行评价。在此，所谓“与电接触构件的轴线垂直的面”，意思是例如像电接触构件的锐利的前端部等这样，与作为被测体的对象电极材直接接触的部分(正对接触对象电极材的部分)。
但是，特别是对象电极材是Sn合金时，接触时Sn合金变形，在从电接触构件的前端部持续倾斜的倾斜面(即，与电接触构件的轴线垂直的面以外的邻域，与Sn合金接触或能够接触的部分)也有Sn合金附着。本发明人等研究的结果可知，大部分情况下，相比于与电接触构件的轴线垂直的面而言，Sn的附着反倒是从倾斜面(特别是相对于轴线成45°左右倾斜的倾斜面)开始附着的。此外还判明，随着构成该倾斜面的角度变大(即，45°以上)，慢慢被覆电接触构件全体，接触电阻变得不稳定。相对于电接触构件的轴线成45°的倾斜面以围绕轴线的方式存在于电接触构件的表面上，而在本发明中认为，其任何一个位置都同样重要。
因此本发明人等从上述抑制倾斜面的Sn附着即可的观点出发，研究了对倾斜面的Sn附着造成影响的因素。
其结果可知，在相对于电接触构件的轴线成45°的倾斜面上所形成的含金属元素碳被膜的表面粗糙度Ra1与Sn附着存在相关关系。于是可知，通过将Ra1减小到一定的值以下，可有效地发挥Sn附着抑制效果。
在此，若对于倾斜面的角度和该倾斜面的表面粗糙度的关系进行说明，则大致如下。例如，通过基于溅射法、CVD的真空成膜法形成碳被膜时，一般与等离子体对置的面的被膜高品质而平滑，但不是与等离子体对置的面的被膜则难以平滑。如图2和表1所示，特别是以溅射法成膜的碳被膜，直至从对置面起的倾斜角为0～30°左右(即，相对于电接触构件的轴线的倾斜面的角度为90～60°左右)都具有大致相同程度的平滑性，但若是变成超过这一角度的倾斜角，则平滑性急剧降低，表面粗糙度显著增加，这通过本发明人等的实验可知。
【表1】
在此，图2和表1是表示，使相对于电接触构件的轴线的倾斜面的角度在0～90°的范围内进行各种变化时，倾斜面的角度与表面粗糙度Ra1的关系的标绘图和表。这些通过以下的实验取得。
首先，为了准确地测量上述倾斜面的表面粗糙度(算术平均粗糙度：Ra)，模拟接触探头的表面，准备平坦的单晶硅基板，以与各靶正对的方式配置，自此倾斜0～90°并保持后成膜被膜。
具体来说，首先，在上述硅基板之上，按顺序将Ni成膜50nm，以及将Cr成膜50nm。详细的溅射条件如下。各靶和硅基板的间隔分别是55mm。
到达真空度：6.6×10-4Pa
靶：Ni靶和Cr靶
靶尺寸：φ6英寸
Ar气压：0.18Pa
投入电功率密度：8.49W/cm2
基材偏压：0V
接着，在上述Cr膜之上，成膜Cr与含有W的碳的混合层100nm。具体来说，在此混合层中，使投入到各靶(Cr靶和在碳靶上载有W片的复合靶)的电功率分别慢慢变化，从而使Cr与含有W的碳的比率变化。
其后，成膜含有W的碳被膜400nm。详细的溅射条件如下。
靶：使碳靶上载有W片的复合靶
Ar气压：0.18Pa
投入电功率密度：8.49W/cm2
基材偏压：-40V
靶尺寸：φ6英寸
本发明基于这样的认知，规定在倾斜区域的表面粗糙度，作为规定倾斜面的角度，采用相对于电接触构件的轴线为45°的值。
由控制上述Ra1带来的Sn附着物抑制作用，被认为以如下方式发挥。
电接触构件，通过使其前端部(前端部具有分割形状时，各突起的顶部)与作为被测体的Sn电极接触，进行电子元件的检查。这时，为了一定程度地确保电接触构件与Sn电极的接触面积，一般以使Sn电极的一部分变形、陷入这样的形式进行接触(参照上述图1)。为了检查大量的电子元件，电接触构件与Sn电极的接触和通电被反复实施，因此在通电处会慢慢附着Sn电极材料。由于该附着物氧化了的氧化皮膜，致使无法确保与电接触构件有效的接触面积。若原样维持这种状态，则认为接触电阻值发生变动。
附着在电接触构件的前端部邻域(与电接触构件的轴线垂直的面)的Sn电极材料的附着物，受到电接触构件的前端部形状效果排斥。这时，若容易附着Sn电极材料的上述倾斜面的平滑性低(Ra大)，则Sn电极材料的附着力变大。其结果是，从与电接触构件的轴线垂直的面被排斥的上述电极材料，在上述倾斜面再附着。即使1次使用中的上述倾斜面的再附着量微乎其微，但像电接触构件这样要连续数万次～数十万次地进行反复使用时，特别是在高温下进行反复检查这样严酷的使用状况下，未被完全排斥的附着物等慢慢堆积等等，上述的再附着量仍会变大。其结果是，终究是不能保持稳定的接触电阻。
相对于此，像本发明这样以上述倾斜面的Ra1变小的方式构成时，容易附着Sn电极材料的上述倾斜面的附着力变小。其结果是，从与电接触构件的轴线垂直的面被排斥的电极材料无法在上述倾斜面进行再附着，容易从接触部分被排斥。因此，在与Sn电极的接触部分常常露出平滑的表面，变得能够保持稳定的接触电阻。
为了有效地发挥这样的作用，上述Ra1在一定的值以下。若Ra1变大，则Sn的附着量变多，使高温下的反复试验后的接触电阻增加。例如后述的实施例所示，确认到若Ra1高于2.7nm，则试验后的接触电阻增加。因此，优选Ra1为2.7nm以下。更优选Ra1为2.5nm以下，进一步优选为2.3nm以下。还有，Ra1的下限从上述观点出发没有特别限制，但若考虑到包括后述的Ra2的优选下限等在内的实用水平下的稳定性等，则优选大致为0.3nm。
本发明的特征部分在于，恰当地控制上述Ra1，据此可有效地发挥期望的特性。此外为了进一步有效地发挥上述特性，在本发明中，推荐也适当地控制目前已受到控制的图1的Ra2。Ra2越小越好，推荐优选根据与上述Ra1的关系适当地加以控制。具体来说，虽然根据构成电接触构件的含金属元素碳被膜的厚度、种类等也有所不同，但Ra2例如优选控制在1.2nm以下，更优选控制在0.7nm以下。还有，Ra2的下限例如优选为0.3nm。
上述Ra1和Ra2的测量方法，在后述的实施例一栏中详述。
在本发明中，为了得到上述这样的表面性状，例如使用溅射法时，推荐适宜、适当组合以下的(a)(b)的至少一个来进行。
(a)含金属元素碳被膜的膜质控制手段的调整[具体来说，偏置电压的施加、气压的降低化、作为阴极不采用平衡磁控管(BM)而采用不平衡磁控管(UBM)]
(b)含金属元素碳被膜的薄膜化(详情后述)
在上述的(a)含金属元素碳被膜的膜质控制手段的调整中，优选的方法例如根据所使用的溅射装置等也不尽相同，难以明确地决定。但是，例如使用后述的岛沣制作所制平行平板型磁控管溅射装置时，优选含金属元素碳被膜的膜质控制手段以如下方式进行控制。
DC-偏置电压：例如，-10～-200V
气压的降低化：例如，0.1～1Pa
以上，对于本发明最具有特征的含金属元素碳被膜的最表面部分的表面性状进行了说明。
以下，一边参照图3，一边更详细地说明本发明的电接触构件的构成。图3是表示本发明中优选使用的电接触构件的、与被测体接触的前端部分的一例的图，示意性地表示后述的实施例的构成。但是，本发明的构成不限定于图3。例如，在图3中，作为中间层显示如下构成，从基材侧按顺序地，在含有不同的金属(图3中是Ni，接着是Cr)的金属密接层(无碳C)之上，形成含有来自下层的金属密接层的Cr与来自碳被膜的C和W的混合层，但本发明不限定为这一构成。另外，金属密接层、混合层的组成也绝对没有限定为图3所述的元素的意思。
一般来说，电接触构件之中与被测体接触的电接触构件的前端部分(通常，被称为柱塞的部分)，从被测体侧按顺序，大致区别为与被测体直接接触的碳被膜、和基材。在基材与碳被膜之间，为了提高两者的密接性，也可以如图3所示这样形成中间层。另外，在基材之上，也可以如图3所示这样形成镀层。
上述碳被膜，优选含有选自钨(W)、钽(Ta)、钼(Mo)、铌(Nb)、钛(Ti)、铬(Cr)、钯(Pd)、铑(Rh)、铂(Pt)、钌(Ru)、铱(Ir)、钒(V)、锆(Zr)、铪(Hf)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)和镍(Ni)中的至少一种金属元素。这些金属元素的一部分，是能够容易形成碳化物的元素，均在碳被膜中均匀地分散，是非晶质并稳定保持均质的状态的元素。其中，Pd、Rh、Pt、Ru、Ir的铂族元素具有使碳皮膜的接触电阻难以变化，比较均匀地分散且硬度的变化也少等优点。
这些金属元素可以单独添加，也可以两种以上并用。碳被膜中所占的上述金属元素的含量(单独含有时为单独的量，含有两种以上时是合计量。)优选为2～95原子％，更优选为5～90原子％。若含量高于上述范围，则含金属碳被膜特有的、非晶质并具有光滑的表面且硬质这样的特性丧失，半导体检查的可靠性容易降低。另一方面，若含量低于上述范围，则来自金属添加的导电性提高效果无法得到有效地发挥。
上述金属元素之中，优选的金属元素是W、Ta、Mo、Nb、Ti、Cr，最优选的金属元素是W。W的碳化物也稳定，在本发明的技术领域中是通用的金属。
为了确实地实现与被测体的低附着性和接触电阻的降低化，优选上述含金属元素碳被膜具有规定厚度，优选大致为50nm以上且5μm(＝5000nm)以下。一般来说，不含金属元素的碳被膜为非晶质并具有平滑的表面，在平坦面上，即使加厚碳被膜的厚度，表面粗糙度也难以劣化。但是，根据本发明人等的研究结果可知，由于含金属元素碳被膜的厚度的增加，倾斜面的平滑性降低，本发明所规定的上述Ra1变大。另外，若考虑强度和耐久性，则优选含金属元素碳被膜具有规定厚度。另一方面，碳被膜与金属相比为高阻抗，电接触构件的接触电阻变大。因此，考虑这些，使含金属元素碳被膜的优选的厚度为上述范围。含金属元素碳被膜的厚度更优选为200nm以上且2μm以下。
如反复阐述的那样，本发明的特征部分在于，控制含金属元素碳被膜的表面性状(Ra1，优选Ra2)。除此以外的构成没有特别限定，能够适当选择并采用在电接触构件的技术含有中通常使用的内容。
例如，本发明的碳被膜优选如类金刚石碳膜(DLC)膜等所代表的那样，高硬度、耐磨损性和滑动性优异、且遍及碳被膜的整体面为非晶质的碳被膜。这是由于这样的碳被膜，即使反复与对象材料接触也不会消耗，也不会附着对象材料，并且是非晶质，因此使表面的凹凸增加的可能性也小。
构成本发明的电接触构件的含金属元素碳被膜(此外，优选如图3所示这样，含有不含碳的金属密接层)，能够由化学气相沉积法(CVD(Chemical Vapor Deposition)法)、溅射法和电弧离子镀法(AIP(Arc IonPlating)法)等各种各样的成膜方法形成。但是，从容易形成电阻低的碳被膜、容易向碳被膜中导入金属元素的角度出发，优选应用溅射法、AIP法。
特别是由于溅射法会形成优质的碳被膜，所以最优选。碳被膜本来的性质中，有金刚石结构和石墨结构，为了得到充分的硬度和低电导，期望是两者的中间结构的非晶结构。这样的结构由溅射法最容易得到，另外也几乎不会发生阻碍导电的氢的混入。
另外，配置在上述碳被膜以下的基材，考虑到强度和导电性，适合使用铍铜(Be-Cu)；钯(Pd)、钨(W)、铱(Ir)或其合金；碳工具钢等。另外根据需要，也可以在上述基材之上(碳被膜与基材之间)实施Au系等的镀覆。
另外，优选在上述基材或其上的镀层(以下，称为“基材等”)与碳被膜之间，形成用于提高密接性的中间层。这是由于，基材等和碳被膜本来密接性就差，另外，由于碳被膜与构成基材等的金属的热膨胀率的差，引起在成膜时残存压缩应力，因此在与基材等的界面容易发生剥离。作为这样的中间层可以使用公知的中间层，例如，可以参照日本国特开2002-318247号公报所述的中间层等。具体来说，作为中间层，例如可列举具有与基材密接性良好的金属(例如Ni等)或由该合金构成的金属密接层至少一层以上的中间层；在上述金属密接层之上，形成含有所述金属密接层的金属(例如Ni等)、上述碳被膜所含的金属元素(例如Pd等)和碳的混合层的中间层等。该混合层也可以是，随着从基材侧到碳被膜侧，上述混合层中的碳含量持续增加的倾斜层。用于所述金属密接层的金属，根据基材等的种类选择适当的即可，但基材等(特别是镀层)为Au系时，优选使用Ni。按照这样，根据基材等设定适当的中间层，能够实现优异的耐久性。
例如在后述的实施例中，如图3所示，在金属密接层(Cr)之上形成混合层(Cr+C+Pd)，并且，以使该混合层中的元素的浓度阶段性变化的方式进行调整。由于这样的混合层的形成，混合层中的应力也阶段性地变化，能够有效地防止混合层从基材剥离。另外，因为混合层中含有Cr、Pd，所以混合层的导电性也提高。
作为其代表性的形态，本发明的电接触构件可列举接触式探针，除此以外，也包括例如片簧形态的和其他形态的。这些形态，也有存在相当于角的地方的情况(例如，片簧的拐角部、半球状的突起等)，存在上述这样的剪断力发生的情况。另外，在上述这样的接触式探针中，已知接触部分(与被测体接触的部分)的形状有各种各样的，例如有分成2部分、3部分、4部分的(或不进行划分的)等，本发明的电接触构件包含其任意一种。
由本发明的电接触构件检查的被测体(电极)，通常使用有焊料。焊料基本上含有Sn，该Sn特别容易附着在接触式探针的表面。因此，被测体包含Sn或Sn合金时，若应用本发明的电接触构件，则其效果会得到特别有效地发挥。
以上，如详述那样，根据本发明，能够得到为了检查半导体器件的电特性而使用的、以前端部反复接触电极等被测体的接触式探头等电接触构件。特别是根据本发明，能够得到即使经过高温下的反复检查，导电性也不会劣化这样的耐久性优异的电接触构件。
本发明中，也包括具备上述的电接触构件的检查用连接装置。作为上述检查用连接装置，可列举检查用插座、探针板、检查单元等。
以下，列举实施例更具体地说明本发明，但本发明不受下述实施例限制，在能够符合前、后述的主旨的范围内也可以适当加以变更实施，这些均包含在本发明的技术范围内。
【实施例】
(实施例1)
在本实施例中，如表2所示制作各种试料No.1～4，测量各自的Ra1和Ra2，并且测量高温试验后的接触电阻。
在本实施例中，使用下述A和B这两种接触式探头。详细地说，如表2所示，在No.1和No.4中使用下述A和B的接触式探头，在No.2和No.3中，只使用下述A的接触式探头进行实验。
(A)前端部划分成4部分的弹簧内置探头(株式会社YOKOWO制，YPW-6XT03-047)。是在Be-Cu基材的最表面由Au-Co合金镀覆的探头。表2中记述为“王冠状”。
(B)前端顶点为一个的接触式探头(株式会社YOKOWO制，YPW-6XA03-062，镀覆等的规格与上述(A)相同)，在表2中记述为“铅笔状”。
接着，如以下这样，通过溅射法依次成膜用于提高与基材的密接性的中间层(图3中，金属密接层和混合层)和碳被膜。
(No.1)
No.1如上述的图3所示，从基材侧按顺序，具有金属密接层(Ni和Cr)、混合层(Cr+C+W)和碳被膜(C+W)的层结构。在No.1中，使用岛沣制作所制磁控管溅射装置，将阴极的一部分变更成使阴极的磁场成为非平衡的非平衡磁控管(UBM)。通过使用UBM，基板邻域的等离子体密度增加，因此等离子体区域扩大至试料附近，会形成更高品质的被膜。
具体来说，在上述磁控管溅射装置中，配置碳(石墨)靶、铬靶和镍靶，以与其对置的方式设置上述A或上述B的接触式探头。各接触式探头以其使用时正对电极的部分与靶正对的方式配置，只在距与电极接触的部分0.3mm左右的周边附着含金属元素碳被膜，除此以外的地方，由夹具遮蔽。
另外，为了准确地测量倾斜面(相对于接触式探头的轴线成45°的倾斜面)的Ra1，模拟接触式探头的表面，准备平坦的单结晶硅基板，以正对各靶的方式进行配置。在使该硅基板，由此倾斜45°并保持后形成被膜。在本实施例中，使用硅基板的理由有以下2个。
(a)接触式探头的表面粗糙度Ra容易受到含金属元素碳被膜的膜质的影响，因此是为了排除基材表面、衬底镀覆表面的凹凸造成的影响。
(b)为了使用减轻原子力显微镜(AFM，如后述为了测量Ra1和Ra2而使用)的测量时的技术上的困难性。
各靶与接触式探头的间隔以及各靶与硅基板的间隔分别为55mm。
具体来说，首先，在上述Au系镀层之上，按顺序将Ni成膜50nm，以及将Cr成膜50nm。详细的溅射条件如下。
到达真空度：6.7×10-4Pa
靶：Ni靶和Cr靶
靶尺寸：φ6英寸
Ar气压：0.18Pa(如表2)
投入电功率密度：8.49W/cm2
基材偏压：0V
接着，在上述Cr膜之上，以500nm的厚度成膜Cr与含有W的碳的混合层。具体来说，在混合层中，通过使投入到各靶(Cr靶和在碳靶上载有W片的复合靶)的电功率分别慢慢地变化，从而使Cr与含有W的碳的比率变化。按照这样在金属密接层(Cr)与碳被膜之间设置浓度发生阶段性变化的混合层(Cr+C+W)，从而膜中的应力也阶段性地变化，能够有效地防止膜从基材上的剥离。
之后，以400nm的厚度成膜含W的碳被膜[No.1中的含金属元素碳被膜(混合层+含W的碳被膜)的膜厚合计为900nm，参照表2]。详细的溅射条件如下。在此，持续含W的碳被膜的整个成膜，按照以下施加DC-偏置电压。
靶：在碳靶上载有W片的复合靶
Ar气压：0.18Pa(如表2)
投入电功率密度：8.49W/cm2
基材偏压：-40V
靶尺寸：φ6英寸
(No.2)
No.2与上述No.1同样，从基材侧按顺序，具有金属密接层(Ni和Cr)、混合层(Cr+C+W)、和碳被膜(C+W)的层结构。No.2通过与上述No.1大致同样的方法制作。No.2与上述No.1的不同点是，含W的碳被膜在成膜时的Ar气压为0.33Pa(如表2)，并且，使基材偏压为0V(不施加偏置电压)。
(No.3)
No.3与上述No.1和No.2同样，从基材侧按顺序，具有金属密接层(Ni和Cr)、混合层(Cr+C+W)、和碳被膜(C+W)的层结构。No.3与上述No.2的不同点是，使成膜时间变化而进行成膜，以使含金属元素碳被膜(混合层+含W的碳被膜)的膜厚合计为1500nm(参照表2)这一点。
(No.4)
No.4从基材侧按顺序，具有金属密接层(Cr)、混合层(Cr+C+W)、和碳被膜(C+W)的层结构。No.4中，与上述No.1～No.3不同，使用平衡磁控管(BM)的阴极。
具体来说，使用岛沣制作所制磁控管溅射装置，以50nm的厚度成膜Cr的层。详细的溅射条件如下。
到达真空度：6.7×10-4Pa
靶：Cr靶
靶尺寸：φ6英寸
Ar气压：0.39Pa(如表2)
投入电功率密度：5.66W/cm2
基材偏压：0V
接着，在上述Cr膜之上，以100nm的厚度成膜Cr与含有W的碳的混合层。具体来说，在混合层中，通过调整投入到各靶(Cr靶和在碳靶上载有W片的复合靶)的电功率，使Cr与含有W的碳的比率变化。按照这样在金属密接层(Cr)与碳被膜之间设置浓度阶段性变化的混合层(Cr+C+W)，从而膜中的应力也阶段性地变化，能够有效地防止膜从基材上的剥离。
之后，将含有W的碳被膜成膜800nm。详细的溅射条件如下。
靶：在碳靶上载有W片的复合靶
Ar气压：0.39Pa(如表2)
投入电功率密度：5.66W/cm2
基材偏压：0V
靶尺寸：φ6英寸
(表面性状Ra的测量)
在本实施例中，使用原子力显微镜(AFM(Atomic Force Microscope))装置进行Ra1和Ra2的测量。通过AFM，对于无法由激光显微镜检测出来的微细的凹凸也能够检测出来。
具体来说，Ra1和Ra2以如下方式测量。
使用Digital Instruments社制的扫描型探针显微镜(Scanning ProbeMicroscope)
观察模式：轻敲模式AFM
测量范围：3μm×3μm
测量气氛：大气中
(高温下的反复接触后的接触电阻的测量)
对于以上述方式得到的各试料，相对于加热至85℃的Sn电极(在Cu合金之上镀覆Sn为10μm左右)进行一万次的接触和通电，测量附着到接触式探头前端的Sn形成的接触电阻值。该测量通过如下法进行：通过所谓的所谓开尔文连接，即在Sn电极上连接2根线，另外在与接触式探头的相反侧接触的Au电极上也连接2根线，分别对各一根施加电流，测量剩余的各一根间的电压，据此测量接触式探头自身+与上下电极的接触电阻+上下电极的内部阻抗，除此以外的阻抗成分可以略去。
具体来说，每100次的接触中以1次的频度进行100mA的通电，基于这时发生的电压测量接触电阻，以85℃进行一万次(10000次)的接触。并且测量第1次接触时的接触电阻值、第101次接触时的接触电阻值、……第10001次接触时的接触电阻值。同样的操作反复进行2次(n＝2)，接触电阻值全部在100mΩ以下的为○，即使有一个高于100mΩ也为×。
这些结果一并显示在表2中。
【表2】
由表2能够进行如下分析。
首先，No.1和No.2的Ra1(倾斜角45°)均被控制得很小，为1.74nm、2.23nm，因此在高温试验后仍能够维持良好的接触电阻。
相对于此，No.3的Ra1(倾斜角45°)为3.32nm，比上述No.1、No.2大，高温试验后的接触电阻也大幅增加。这被推测是由于以下几方面复合作用的结果，即，No.3与No.1相比，含金属元素碳被膜的膜厚变厚，并且，上述含金属元素碳被膜成膜时的气压也高，没有施加偏置电压。
还有，No.2与上述No.3同样，没有施加偏置电压，气压也高，因为含金属元素碳被膜的膜厚与上述No.1同样薄，所以认为可发挥良好的特性。
另外，No.4的Ra1(倾斜角45°)为2.84nm，也比上述No.2大，仍然是高温试验后的接触电阻大幅增加。其理由被推测是由于以下几方面复合作用的结果，即No.4与No.2相比，虽然含金属元素碳被膜的膜厚相同，但上述含金属元素碳被膜成膜时的气压略高，未使用UBM阴极，没有施加偏置电压。还有，关于密接层的厚度，No.4为50nm，比其他的No.1～3(密接层的厚度为100nm)薄。根据本发明人等的实验结果可确认，密接层的厚度在50～100nm的范围内时，Ra1几乎不发生变化，实质上未见到对Ra1造成的影响(表中未示出)。
由这些结果可知，在本实施例的条件下，将Ra1控制在大致2.7nm以下是有效的。另外确认到，在Ra1的调整中，有效的是适当的控制含金属元素碳被膜的膜厚、UBM阴极的使用、偏置电压的施加中的至少一个。
此外由上述No.3和No.4的结果还确认到，为了发挥出期望的特性，仅仅只减少Ra2并不充分，减少Ra1是不可欠缺的。
(实施例2)
在本实施例中，调查除去混合层的碳被膜(具体来说，是含W的碳被膜)在成膜时所施加的偏置电压的施加方法对Ra1(还有Ra2)造成的影响。
具体来说，表3的No.5是在上述的表2的No.1中，改变含W的碳被膜在成膜时的DC-偏压施加时的厚度的样品。详情如下。
No.1：从含W的碳被膜的成膜时施加偏置电压(-40V)，持续施加直至厚度达到400nm。因此，偏置电压施加时的厚度如表3所示，为400nm。
No.5：含W的碳被膜的厚度与上述No.1同样，为400nm，但直至上述被膜的厚度达到360mm都没有施加偏置电压。之后，在施加偏置电压的基础上，成膜40nm的被膜。因此，偏置电压施加时的厚度如表3所示，为40nm。
接着，对于表3的No.5，与上述No.1同样调查表面粗糙度(Ra1和Ra2)和高温试验后的接触电阻值。还有，No.5中，只使用上述(A)的接触式探头(王冠状)进行实验。
这些结果一并记述在表3中。在表3中为了参考，也一并记述上述表2的No.1的结果。
【表3】
如表3所示，将施加偏置电压而成膜的上述被膜的厚度从400nm(No.1)变成40nm(No.5)时，Ra1从1.74nm(No.1)增加为1.87nm(No.5)。但是，这一厚度也是本发明所规定的优选值以下，因此即使在高温试验后也能够维持良好的接触电阻。
由上述实验结果可知，改变偏置电压的施加方法也能够适当地调整Ra1。
还有，本次公开的实施方式，全部的点都应该认为是例示而非制限性的。意思是本发明的范围不是根据上述的说明而是由专利技术方案的范围阐示，包括在与专利技术方案的范围等同的意思和范围内的全部的变更。本申请基于2012年12月14日申请的日本专利申请(专利申请2012-274117)，其内容在此作为参照并援引。

Claims (6)

1.一种电接触构件，其是与被测体反复接触的电接触构件，其特征在于，
与所述被测体接触的所述电接触构件的表面由含有金属元素的含金属元素碳被膜构成，
在所述含金属元素碳被膜中，在相对于所述电接触构件的轴线成45°的倾斜面上所形成的含金属元素碳被膜的表面粗糙度Ra1在一定的值以下。
2.根据权利要求1所述的电接触构件，其中，所述Ra1在2.7nm以下。
3.根据权利要求1或2所述的电接触构件，其中，所述含金属元素碳被膜的厚度为50nm以上且5000nm以下。
4.根据权利要求1或2所述的电接触构件，其中，所述含金属元素碳被膜中所包含的所述金属元素是选自钨、钽、钼、铌、钛、铬、钯、铑、铂、钌、铱、钒、锆、铪、锰、铁、钴和镍中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的电接触构件，其中，所述被测体包含Sn或Sn合金。
6.一种检查用连接装置，其中，具有多个权利要求1或2所述的电接触构件。
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