TWI437235B - Contact probe - Google Patents

Description

接觸探針

本發明，係有關於用以與半導體元件之電極作接觸並進行電性特性檢查之接觸探針，特別是有關於就算反覆進行檢查亦不會使導電性劣化之接觸探針、以及具備有此之檢查用插座、探針卡、檢查單元等之檢查用連接裝置。

積體電路(IC)、大規模積體電路(LSI)、發光二極體(LED)等之電子零件(亦即是使用有半導體元件之電子零件)，係使接觸探針與半導體元件之電極接觸並對於其之電性特性作檢查。在此種檢查裝置中所使用之接觸探針，除了要求具有良好導電性、亦即是接觸電阻值為小以外，亦要求就算是與身為被檢測體之電極反覆作接觸亦不會使導電性劣化。

接觸探針之接觸電阻值，一般而言係被設定在100mΩ以下，但是，會有由於進行與被檢測體之間的反覆檢查而導致接觸電阻值惡化至100mΩ乃至於數Ω的情況。作為對於此種事態之對策，係進行有接觸探針之清潔或者是交換。然而，此些之對策，係會使檢查工程之信賴性和檢查裝置之運轉率顯著的降低，而期望能夠實現一種具備就算是長期性使用亦不會使接觸電阻值惡化之特性的接觸探針。特別是，當在身為被檢測體之電極處被形成有銲錫或者是錫的情況時，由於其表面係容易氧化並且為軟，因此，會由於接觸探針之接觸而使得電極表面被削去，並且容易附著在接觸探針之前端部，而難以進行安定之接觸。

例如，在專利文獻1中，係揭示有一種硬質碳膜，其係作為能夠適用在防止銲錫或Al等之軟質金屬的溶著之離模性塗布等的硬質碳膜，並為了將基材和硬質碳膜之密著性提升，而為由碳或者是碳和氫所成，並且使電阻率在厚度方向上作了變化。但是，在專利文獻1中，係並未對於將其適用在接觸探針中一事有任何提及，並且針對導電性亦並未有任何的考慮。

作為用以使接觸探針之接觸電阻值安定化的技術，例如係可列舉出專利文獻2～5。在專利文獻2～5中，係揭示有下述之內容：亦即是，在被形成於與半導體元件之電極間的接觸端子之表面上的DLC(Diamond Like Carbon)等之碳被膜中，使其包含有鎢等之金屬元素，藉由此，來實現一種同時具備相對於對方材料之低附著性和由所包含之金屬所得到的高導電性之表面被膜。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開平10-226874號公報

[專利文獻2]日本特開2002-318247號公報

[專利文獻3]日本特開2003-231203號公報

[專利文獻4]日本特開2007-24613號公報

[專利文獻5]日本特開2001-289874號公報

本發明之目的，係在於提供一種；能夠實現與被檢測體(例如銲錫、Sn、Al、Pd等)間之低附著性，並且能夠涵蓋長期間地而保持安定之導電性(在本發明中，係藉由接觸電阻值來作評價)之接觸探針、以及具備有此之連接裝置。

本發明，係提供以下之接觸探針以及檢查用連接裝置。

(1)一種接觸探針，係為反覆與電極接觸之接觸探針，其特徵為：在與電極接觸之前述接觸探針的表面，係被形成有包含金屬元素之碳被膜，前述金屬元素之在碳被膜表面處的濃度，係較碳被膜全體之平均濃度更低。

(2)如(1)中所記載之接觸探針，其中，前述碳被膜，係相關於前述金屬元素之濃度而具備有多層構造，或者是，前述金屬元素之濃度，係在膜厚方向上連續性地變化。

(3)如(2)中所記載之接觸探針，其中，前述金屬元素之濃度，係從前述接觸探針之基材側起朝向表面側而持續減少。

(4)如(1)～(3)中之任一者所記載之接觸探針，其中，在前述碳被膜表面處之前述金屬元素的濃度，係為15原子%以下。

(5)如(1)～(4)中之任一者所記載之接觸探針，其中，前述金屬元素，其表面濃度和平均濃度之差，係為10原子%以上。

(6)如(1)～(5)中之任一者所記載之接觸探針，其中，前述金屬元素，其碳被膜全體之平均濃度係超過15原子%。

(7)如(1)～(6)中之任一者所記載之接觸探針，其中，前述碳被膜係為類鑽石碳膜。

(8)如(1)～(7)中之任一者所記載之接觸探針，其中，前述金屬元素，係為從由鎢、鉭、鉬、鎳、鈦以及鉻所成之群中而選擇之一種以上。

(9)如(1)～(8)中之任一者所記載之接觸探針，其中，前述碳被膜之全膜厚，係為50nm以上5μm以下。

(10)如(1)～(9)中之任一者所記載之接觸探針，其中，在前述接觸探針之前端，係被形成有突起，當將該突起之前端從前述接觸探針之側面而作了投影時，曲率半徑係為10μm以下。

(11)一種檢查用連接裝置，其特徵為：係具備有複數個的如(1)～(10)中之任一者所記載之接觸探針。

本發明之接觸探針，關於被形成在與電極相接觸之接觸探針表面上的碳被膜中之金屬元素的濃度，由於係使在被膜表面之濃度成為較平均濃度更小，因此，係能夠防止由於前述金屬元素之氧化所導致的導電性之劣化。進而，藉由將前述被膜全體之平均濃度確保在特定濃度以上，係能夠同時實現接觸探針之導電性以及與被檢測體(特別是在被檢測體中所包含之Sn)之間的低附著性。

本發明者們，在針對上述專利文獻2～5中所揭示之技術而作了檢討後，係得知了：該些發明之由於長期使用所導致的導電性之惡化(亦即是接觸電阻之上升)，仍係為高。在本發明者們針對其原因而作了檢討後，係得知了：在被形成於接觸探針之表面的碳被膜中所包含之金屬元素乃至於其之碳化物，會受到周圍之環境的水分(濕度)或者是溫度之影響而氧化，並由於此而導致接觸探針之接觸電阻值增加。更詳細而言，在上述專利文獻2～5中，作為在碳被膜中所包含之金屬元素，係列舉有鉬、鎢、鉭等，但是，此些金屬元素之氧化物，係為絕緣體或者是半導體，而可以想見會因為形成此些之金屬的氧化物而對於接觸探針之接觸電阻值造成不良影響。又，若依據本發明者之檢討，則係得知了：就算是前述金屬元素為碳化物狀態，氧化亦仍會進行，並在表面形成氧化物而使接觸探針之接觸電阻增加，依存於條件，會有呈現數Ω之高接觸電阻的情況。特別是，在半導體之檢查中，常會進行在120～160℃左右之高溫下的檢查，但是，在此種情況時，若是使包含有前述金屬元素或是其之碳化物的碳被膜和半導體元件等之電極接觸，則此些之氧化物會更快地形成，並使接觸探針之接觸電阻的增加進行。此種氧化膜，雖然會有經由由於其與半導體元件等之電極間的反覆接觸所導致的摩擦而被除去的情況，但是，當並未被除去而殘留了的情況時，會產生其之該電極間之接觸不良，為了恆常安定地確保接觸探針之導電性，對於氧化物之形成極力作抑制一事，係為重要。在針對此氧化物之形成而更進而作了檢討後，係得知了：由上述之金屬元素或是其之碳化物的氧化所導致的接觸電阻之增大，係會大幅受到在碳被膜之表面處的金屬元素之濃度的影響，並會由於周圍之水分等的影響而形成氧化物，因此，在經過一定時間後，接觸電阻值會上升。

另一方面，碳被膜之導電性，係依存於在碳被膜中所包含之金屬元素等的濃度，當金屬元素等之濃度為低的情況時，係無法充分地確保碳被膜之導電性。

因此，為了抑制上述金屬元素之氧化以防止一定時間經過後之接觸探針的接觸電阻之上升，並且亦降低使用開始初期之接觸電阻，係發現了：只要針對在碳被膜中所含有之上述金屬元素的濃度，而將碳被膜之表面近旁處的濃度降低，並將其以外之部分處的濃度增高即可。以下，對此作詳述。

本發明中之碳被膜，係被形成在與電極相接觸之接觸探針表面，並為包含有金屬元素者。在本發明中，前述金屬元素之較碳被膜全體的平均濃度而更低一事，係為重要。亦即是，本發明之被形成在接觸探針表面的上述碳被膜，其特徵為：係在碳被膜之表面處，具備有金屬元素之濃度相較於碳被膜全體之平均濃度而更低的區域。經由如此這般地在碳被膜表面設置將金屬元素之濃度控制為較低的區域，能夠對於前述金屬元素受到周圍之環境的水分(濕度)或溫度之影響而氧化的情況作抑制，其結果，就算是在反覆進行檢查並經過了一定時間後，亦能夠防止接觸探針之接觸電阻值的上升。

另外，上述金屬元素，係可在碳被膜中作為金屬元素之單體而存在，亦可作為金屬元素之碳化物而存在。就算是在作為碳化物而存在的情況時，於此亦係作為金屬元素之濃度來展示。例如，就算是如同WC等之碳化物，亦係藉由W元素之濃度(原子%)來作展示。

在本發明中，所謂「碳被膜表面」，係指金屬元素之濃度為相較於碳被膜全體之平均濃度而變得更低的表面側之區域。故而，所有金屬元素之濃度為滿足上述關係的碳被膜表面側之區域，均係被包含在本發明之「碳被膜表面」中。具體而言，所謂「碳被膜表面」，只要金屬元素之濃度係滿足上述關係，則例如，係可為從碳被膜之最表面起直到1～3nm程度的深度為止之區域，亦可為從碳被膜之最表面起直到5nm深度之位置處的區域。另外，為了對於由周圍環境所導致之氧化的影響作更高度的抑制，更理想，係將從碳被膜之最表面起直到至少20nm程度為止的區域(相當於「碳被膜表面」)之濃度，設為相較於碳被膜全體之平均濃度而更低。

為了有效地發揮由上述之碳被膜表面之形成所導致的作用(抑制金屬元素之氧化並防止接觸探針之接觸電阻的上升)，較理想，在碳被膜表面處之金屬元素的濃度，係為15原子%以下。參考圖1，針對成為此上限(15原子%以下)之根據的預備實驗作說明。以下之預備實驗(亦包含後述之圖2)，係為作為金屬元素而使用了W(鎢)時的結果，但是，係並不被限定於W，藉由實驗，係確認到了：就算是在使用能夠適用在本發明中之其他理想的金屬元素(鉭、鉬、鎳、鈦以及鉻)或者是使用將包含有上述W之上述金屬元素作了2種以上之包含的混合物時，亦展示有略相同之結果。

圖1，係為將為了對於碳被膜中之金屬元素濃度對表面氧化所造成的影響作調查而進行的預備實驗之結果作展示者，更具體而言，係為針對如同下述一般所製作出之測定試料而對於碳被膜(DLC膜)中之W(鎢)濃度和DLC膜之接觸電阻的上升速度間之關係作了展示的圖表。首先，在Au電極上進行一部份之遮蔽，並藉由與後述之實施例相同的要領來成膜了碳被膜(DLC膜)。在DLC膜之成膜時，以使DLC膜中包含有W(鎢)的方式，而在碳靶材上配置W切片，並經由對於其之數量作調整，來對於DLC膜中之W濃度作控制。之後，將遮罩除去，並得到使進行有遮蔽之部位的Au電極露出的試料。對於如此這般所製作出之測定試料(詳細而言，露出了的Au電極部分和DLC膜部分之各個)，以由與電極相同之金屬材料所成的Au之接觸探針來作接觸，藉由此而測定了測定試料之接觸電阻。當使Au電極和Au之接觸探針作接觸的情況時，係能夠略忽略其之接觸電阻，並且探針或配線之電阻係為一定，因此，經由從測定試料之接觸電阻而將預先所測定了的此些之值減去，係能夠算出構成測定試料之DLC膜表面的接觸電阻。將此種測定，以一定之時間而在放置銷之前和之後作了實施。於圖1中，對於當放置銷的環境溫度分別為23℃和160℃的情況時之結果作展示。藉由圖1，可以得知，不論是在何者的溫度下，若是W濃度成為15原子%以上，則接觸電阻之上升速度會急遽地上升。

根據上述圖1之實驗結果，將對於金屬元素之氧化抑制為有用的碳被膜表面之金屬元素的理想濃度(在2種以上之金屬元素的情況時，代表合計濃度)制定為15原子%以下。更理想，係為10原子%以下，又更理想，係為8原子%以下。另外，碳被膜表面之金屬元素之濃度的下限值，雖然從接觸電阻的上升速度來看並未作特別限定，但是，從能夠充分確保碳被膜之導電性的觀點來看，係以設為約1原子%以上為理想。

另一方面，碳被膜之導電性，由於係與在碳被膜中所包含之金屬元素的濃度成正比地而成為良好(亦即是，接觸電阻值減少)，因此，作為碳被膜全體而將前述金屬元素之平均濃度確保為特定值以上一事，係為有效。

圖2，係為將為了對於碳被膜中之金屬元素濃度對導電性所造成的影響作調查而進行的預備實驗之結果作展示者，更具體而言，係為針對如同下述一般所製作出之測定試料而對於碳被膜(DLC膜)中之W(鎢)濃度和DLC膜之比電阻間的關係作了展示的圖表。首先，在絕緣性基板(在矽基板上形成了100nm之熱氧化膜者)上，藉由與後述之實施例相同的要領而成膜包含有W(鎢)之碳被膜(DLC膜)，而作成測定試料，並藉由4探針法來測定出薄片電阻，而根據DLC膜之剖面積和厚度來算出了包含有W之DLC膜之比電阻。對於在使W濃度作了各種變化的情況時之DLC膜的比電阻分別作測定，並展示於圖2中。其結果，如圖2中所示一般，可以得知，DLC膜之比電阻，係與DLC膜中之W濃度略成反比，若是W濃度越增加，則係能夠越將比電阻縮小。例如，當W濃度為10原子%的情況時，比電阻係成為約2000μΩ‧cm(為例如金等之金屬的比電阻之約1000倍程度的值)，若是將DLC膜之膜厚以及接觸面積分別設為例如1μm左右以及200μm² 左右，則DLC膜之電阻，係成為約100mΩ。，另一方面，若是將W濃度提高至15原子%左右，則比電阻係成為約1200μΩ‧cm，依據與上述相同之膜厚以及接觸面積，係能夠將電阻值設為60mΩ左右，若是更進而將W濃度一直提高至35原子%，則係能夠將電阻值設為約20mΩ。

故而，碳被膜全體之前述金屬元素的平均濃度(當2種以上之金屬元素的情況時，係代表其之合計濃度)，係 以超過15原子%為理想，又以20原子%以上為更理想。又，經由將被膜全體之平均濃度提高至特定值以上，亦有著能夠使碳被膜之與基材間的密著力增大並降低膜應力而成為難以剝離的優點。另一方面，若是碳被膜全體之平均濃度變得過高，則其之身為金屬的性質係增加，並成為難以得到由如同適合作為碳被膜來使用之DLC一般的均質性之非晶質的實現所致的平滑之表面。又，其與被膜表面部分間的機械性特性之差異係會變得過大，並成為容易產生剝離，而使得碳被膜全體之設計變得困難。因此，碳被膜全體之前述金屬元素的平均濃度(包含金屬元素之碳被膜的全部場所處之金屬元素濃度)，係以設為95原子%以下為理想，更理想，為90原子%以下，又更理想，係設為70原子%以下。又，針對前述金屬，其之表面濃度和平均濃度之差，較理想係為約10原子%以上94原子%以下，更理想，係為15原子%以上94原子%以下。經由設為此種構成，係能夠更加有效地發揮下述之效果：亦即是，能夠將剛開始使用時之初期的接觸電阻值抑制為更低，並且，就算是在反覆進行檢查而經過了一定時間之後，亦能夠抑制接觸電阻值之上升。

前述碳被膜之構成，係可為相關於前述金屬元素之濃度而具備有多層構造(亦即是2層以上)，或者是，前述濃度，係亦可為在膜厚方向上而連續性地變化之構成。在各層中所包含之金屬元素的種類(關於理想之金屬元素的種類，係於後再述)，係可為相同，亦可為相異。

當本發明之碳被膜為相關於前述金屬元素之濃度而為 多層構造的情況時，在各層內之前述金屬元素，係可在各層內而於膜厚方向上使濃度成為一定，亦可為在各層內而使濃度在膜厚方向上連續性地改變者。

當身為上述之多層構造的情況時，或者是前述金屬元素之濃度為在碳被膜之膜厚方向上而連續性改變的情況時，只要金屬元素之表面濃度為較被膜全體之平均濃度更低者，則前述金屬元素之膜厚方向的濃度分布，係可為從接觸探針之基材側起朝向表面側而持續減少者，亦可為交互地反覆作減少以及增加者。但是，從金屬元素之氧化的抑制和被膜全體之低電阻化的觀點來看，係以身為從接觸探針之基材側起朝向表面側而持續減少者為理想。當碳被膜為多層構造的情況時，所謂前述金屬元素之濃度為從基材側起朝向表面側而持續減少一事，係指當從基材側起而依序設為了第1層、第2層、第3層、…、最表面層的情況時，只要滿足(在第1層處之濃度)>(在第2層處之濃度)>(在第3層處之濃度)>…>(在最表面層處之濃度)的關係即可。

在本發明中，所謂碳被膜全體之金屬元素的平均濃度，當金屬元素之濃度為在膜厚方向上而連續性改變的情況時，係可藉由求取出涵蓋碳被膜之全膜厚的金屬元素之積分濃度，並將其除以碳被膜之全膜厚，而求取出來。又，當碳被膜為多層構造的情況時，係可藉由針對全部之層而計算出(各層之濃度)×(各層之膜厚)的值，並求取出此些之和，再除以碳被膜之全膜厚，而求取出來。另外，在多層構造中，當各層內之濃度為連續性地改變者的情況時，只要與上述相同的而求取出各層之平均濃度並將此設為各層之濃度即可。

在本發明中，金屬元素之碳被膜膜厚方向(從基材側起朝向表面側之方向)的分析，係藉由歐傑電子分光法而進行之。雖然亦可藉由XPS分析法來進行金屬元素之碳被膜膜厚方向的分析，但是，若是藉由歐傑電子分光法，則由於係能夠將光束縮徑至數μm之大小，因此，特別是對於如同接觸探針一般之具備有細微前端的基材之分析時，係能夠以更良好之精確度來進行。

作為在碳被膜中所包含之金屬元素，較理想，係為從由鎢、鉭、鉬、鎳、鈦以及鉻所成之群中而選擇之一種以上。此些之元素，係為易於形成碳化物之金屬，並且為能夠在碳被膜中均一地分散而以非晶質來保持為均一之狀態的元素，故為理想。在上述元素中，從碳化物之安定性以及能夠以低價獲得的觀點來看，係以使用鎢為理想。上述之金屬元素，係可被單獨包含，亦可包含有2種以上。又，所謂在碳被膜表面所包含之金屬元素、和在除了表面之碳被膜中所包含之金屬元素，係可如同在後述之實施例1中所示一般而為相同，亦可如同在後述之實施例4中所示一般而為相異。

在本發明中之所謂碳被膜，較理想，例如係為以DLC膜作為代表一般之高硬度且在耐磨耗性以及滑動性上為優良並且涵蓋被膜之全面而為非晶質者。其原因在於，此種碳被膜，就算是反覆進行與對象材料之間的接觸，亦不會消耗，且不會有附著在對象材料上的情況，進而，藉由身為非晶質一事，其表面之凹凸增加的可能性亦為小之故。又，碳被膜之膜厚，若是過薄，則機械性強度會成為不充分並有成為磨損或碎裂的原因之虞，又，若是過厚，則會有使導電性降低之虞。因此，碳被膜全體之強度，係以設為50nm以上、5μm以下為理想，更理想，係設為100nm以上、2μm以下。亦可將上述膜厚之上限和下限作任意組合，而作為上述膜厚之範圍。

具備有此種層構成之碳被膜(進而，後述之中間層)，係可藉由化學氣相蒸鍍法(CVD法)、濺鍍法以及電弧離子噴濺法(AIP法)等之各種成膜方法來形成，但是，從易於形成電阻為低之碳被膜以及易於將金屬元素導入至碳被膜中的觀點來看，係以適用濺鍍法或AIP法為理想。特別是，在形成良質之碳被膜一點上，係以濺鍍法為最理想。亦即是，在碳被膜原本的性質中，係存在有鑽石構造或石墨構造，而，為了得到充分之硬度和低電性傳導，係以身為兩者之中間性構造的非晶質構造為理想，而此種構成，係以濺鍍法為最容易獲得，並且亦幾乎不會發生對於電性傳導造成阻礙之氫的混入。

在使用上述濺鍍法而成膜金屬元素之碳被膜表面處的濃度為較碳被膜全體之平均濃度更低的碳被膜時，例如，係可如同下述一般地來進行。

首先，作為碳供給源，準備1個的碳靶材或者是石墨靶材，並且，作為金屬元素供給源，準備由欲使碳被膜作包含之各金屬元素所構成的金屬靶材。金屬靶材，係可因應於欲在碳被膜中所包含之金屬元素的種類，而設為由單獨之金屬元素所構成，或者是亦可包含2種以上之金屬元素。代替上述之金屬靶材，亦可使用將碳和金屬元素之至少一種以馬賽克狀或者是以使其被包含在矩陣中一般的形態來作了混合的複合靶材。使用此些之靶材，而進行濺鍍，但是，在進行濺鍍時，係可經由適當地調整對於碳靶材和金屬靶材之投入電力，來對於碳被膜中之金屬元素的濃度作調整。此時，碳被膜中之金屬元素的濃度，係可藉由以使其在上述之雙方的靶材上而交互地移動的方式來作旋轉等的方法，而自由地作控制。

或者是，亦可並非如同上述一般地使用2個以上的濺鍍靶材，而是如同後述之實施例所示一般，在碳靶材或者是石墨靶材之上，將欲使碳被膜中所包含之金屬元素作貼片(chip on)，並經由對於上述濺鍍靶材上之金屬元素的量和位置作調整，來調整碳被膜中之金屬元素的濃度。

在對於金屬元素之碳被膜表面處的濃度作調整時，更詳細而言，例如，係形成含有金屬元素之碳被膜的單層膜，並藉由EPMA(電子線微探針X線分析計(Electron Probe X-ray Micro Analyzer;EPMA))來決定該單層膜中之金屬元素濃度，之後，關於其之層積厚度，係可列舉出根據濺鍍時之成膜速度來以使該濃度之膜成為所期望之厚度的方式而進行層積之方法。

本發明之接觸探針，係在如同上述一般而設置有特定之碳被膜一點上，具備有特徵，除此之外的要件，係並未特別限定，而可對於在接觸探針之技術領域中所通常使用者適宜作選擇並採用之。例如，在本發明之接觸探針中的基材，係對於強度或導電性作考慮，而適合使用鈹銅(Be-Cu)、鈀(Pd)、鎢(W)、銥(Ir)或者是此些之合金、碳工具鋼等。又，因應於需要，亦可在前述基材上施加Au系等之電鍍。

另外，本發明，係亦可適用在與接觸探針相同的而被使用在半導體檢查中之檢查用插座、探針卡、檢查單元等之中。又，本發明之被覆有碳被膜的基材，係並未特別作限定，但是，係可使用鎢或者是其他之銥的合金等。

在上述基材或者是其上之電鍍(以下，稱作「基材等」)、和身為本發明之特徵的碳被膜之間，較理想，係如圖3中所示一般而被形成有用以提高密著性之中間層。此係因為，基材等和碳被膜之間，原本密著性係為差，又，碳被膜，會起因於其本身和構成基材等之金屬間的熱膨脹率之差，而在成膜時殘留有壓縮應力並容易在與基材等之界面處產生剝離之故。作為此種中間層，係可使用週知之物，例如，係可參考前述之專利文獻2中所記載的中間層。具體而言，作為中間層，例如，係可列舉出：具備有至少一層以上之由與基材間之密著性為良好的金屬(例如Ni等)或者是其合金所成之金屬密著層者；或者是在上述金屬密著層之上而形成著包含有前述金屬密著層之金屬(例如Ni等)和在上述碳被膜中所包含之金屬元素(例如W等)以及碳的碳含有層者。此碳含有層，亦可為隨著從基材側起朝向碳被膜側地而使上述碳含有層中之碳含有量持續作增加的傾斜層。

在前述金屬密著層中所使用之金屬，只要依據基材等之種類來選擇適當者即可，但是，當基材等(特別是電鍍)為Au系的情況時，係以使用Ni或Cr為理想，又以使用Ni為更理想。經由如此這般地因應於基材等而設置適當之中間層，係能夠實現優良之耐久性。

另外，當在作為被檢測體之電極處被形成有無鉛銲錫或者是錫的情況時，此些之鍍敷係會在大氣中而形成氧化絕緣被膜，接觸探針，係藉由在接觸時而使該絕緣被膜變形並損傷，來確保良好的導通。在於表面而形成有碳被膜之接觸探針的情況時，相較於並未形成碳被膜之接觸探針，由於其之與被檢測體間的接觸界面之電阻係增加，因此，係容易成為對於被檢測體之表面狀態更為敏感。若依據發明者之檢討，則係得知了：當以特定之荷重來將接觸探針對於被檢測體作推壓的情況時，對於上述氧化被膜造成損傷的程度，係大幅依存於接觸探針之前端的曲率半徑。並且，亦得知了：當前端之曲率半徑為10μm以下的情況時，無關於被檢測體表面之狀態，均成為能夠確保良好的導通，在能夠降低初期之接觸電阻的同時，亦能夠更有效地發揮本發明之「對由於反覆之檢查所導致的一定時間經過後之接觸電阻的上升作抑制」的效果，故為理想。前端之曲率半徑，較理想係為9μm以下。又，雖然亦依存於接觸探針基材或對象材料(所接觸之電極材)的荷重，但是，由於若是過於銳利的前端則起因於一定之荷重而變形的可能性係為高，因此，曲率半徑係以1μm以上為理想，更理想係為5μm以上。

另外，作為將施加了上述一般之表面處理的接觸端子作複數個的組合並使用在半導體或其之電子元件等的檢查中者，例如，係存在有檢查用插座、探針卡、檢查單元等。在此些之裝置中，係由於裝著複數之接觸探針(端子)，並有必要同時地進行電性導通，因此，使端子表面之信賴性作了提升的本發明之方法，係為特別有效。

[實施例]

以下，列舉出實施例，而對於本發明作更具體之說明。但是，本發明係並非為被下述實施例所限制者，不用說，係可在合致於前、後述之趣旨的範圍內而施加適當的變更並實施，且該些亦均係包含在本發明之技術範圍內。

[實施例1]

在本實施例中，作為接觸探針，係使用將前端部作了4分割的內藏有彈簧之探針。此接觸探針(YOKOWO股份有限公司製，YPW-6XT03-047)，係為在Be-Cu基材之最表面處施加有Au系電鍍者。

接著，如同下述一般，藉由濺鍍法，而依序成膜用以提升與基材間之密著性的中間層以及碳被膜(作為金屬元素而含有W)。

具體而言，首先，係在磁控管濺鍍裝置中，配置承載有W(鎢)片之碳(石墨)靶材2個、鉻靶材、以及鎳靶材，並在與此些相對向之位置處配置上述之接觸探針。其中，鉻靶材以及鎳靶材，係被使用於中間層之成膜。濺鍍腔，係預先被真空排氣至6.7×10^-4 Pa，之後，導入Ar氣體，而將壓力調整為0.13Pa。

接著，在上述Au系電鍍之上，成膜中間層。詳細而言，係依序成膜50nm之Ni以及50nm之Cr，之後，在上述Cr膜之上，交互成膜Cr膜和之後所形成之碳被膜中的包含有W(鎢)之W包含碳含有層，而形成隨著從基材側起朝向碳被膜側而逐漸地使W包含碳含有層之比例(膜厚)作了增加的傾斜層。

在如同上述一般地而形成了中間層之後，如同下述一般地而成膜了碳被膜。首先，使用承載有W(鎢)片之石墨靶材，並以投入電力密度：5.66W/cm² 來進行DC磁控管放電，而在基材處，係施加-40V之偏壓電壓，而成膜了約500nm之碳被膜(DLC膜)。在進行成膜時，係藉由對於石墨靶材上之W片的量和位置作調整，而使前述碳被膜(500nm)中之W的濃度成為約24原子%。

接著，對於石墨靶材上之W片的量和位置作調整，而以約20nm之厚度來成膜了以使W之濃度成為約5原子%的方式來作了調整的碳被膜，並製作出了本發明例之接觸探針。

又，亦製作出了除了並不具備有最表面之碳被膜(亦即是W濃度為5原子%之20nm的碳被膜)以外而均與本發明例之接觸探針相同的接觸探針(比較例)。另外，W之濃度，係藉由EPMA而作了測定。

對於如同上述一般所得到之具備有碳被膜的接觸探針(本發明例以及比較例)，在溫度：23℃、濕度：50%的大氣中而作了2星期的放置，並對於由無鉛銲錫(Sn-3%Ag-0.5%Cu)所成的電極而測定了接觸電阻值。接觸電阻值之測定，係在無鉛銲錫電極處連接2根線，並亦在與接觸探針之相反側接觸的Au電極處連接2根線，而分別對於各1根的線施加電流，而對於剩餘之各一根間的電壓作測定，亦即是進行所謂的凱文連接，藉由此，來以能夠測定接觸探針本身+上下電極間的接觸電阻+上下電極之內部電阻並將其以外之電阻成分抵消的方法來進行了測定。

其結果，所測定出之接觸電阻值(探針本身之電阻+接觸電阻+電極之內部電阻)，在本發明例之接觸探針中，係為約150mΩ，在比較例之接觸探針中，係為約500mΩ。相對於此，關於進行2星期之放置前的接觸電阻值，本發明之接觸探針，係為約50mΩ，而比較例之接觸探針，係為約35mΩ。亦即是，在接觸探針之表面的W濃度為24原子%的比較例中，接觸電阻值係作了500mΩ-35mΩ=465mΩ，相對於此，在表面之W濃度為5原子%的本發明例中，接觸電阻值之上升，係能夠抑制為150mΩ-50mΩ=100mΩ的程度。另外，在前述電阻值中，由於電極之內部電阻係為能夠忽視之程度的大小，且探針本體之電阻係並未改變，因此，放置前後之電阻值的改變量，係等同於接觸電阻值之改變量。

又，在本發明例之接觸探針中，於碳被膜全體處之W的平均濃度，係為{(20nm×5原子%)+(500nm×24原子%)}/(20nm+500nm)≒23.3原子%，作為碳被膜全體，W濃度係被充分地作確保，因此，係亦能夠充分地確保初期之導電性。

[實施例2]

當將上述實施例1中之接觸探針前端的突起部從側面而作了投影時的照片，係如同圖4(a)以及(b)中所示一般，前端附近部分所內接之圓的半徑(前端部之曲率半徑)，係為約13μm(圖4(a))。在本實施例中，係於除了前端部之曲率半徑為9μm以外其他均與實施例1相同的接觸探針上而進行成膜(圖4(b))，並藉由與實施例1相同的條件而放置2星期，而對於放置前後之接觸電阻值作了測定。其結果，放置前之接觸電阻值係為約45mΩ，放置後則係為約100mΩ。亦即是，藉由對於接觸探針之前端形狀作適當的調整，在能夠降低初期之接觸電阻值的同時，亦能夠將一定時間經過後之接觸電阻值的上升抑制為更低(亦即是，抑制接觸電阻值之上升速度)。可以想見，此係因為：就算如同圖1中所示一般，每單位面積之接觸電阻上升係為一定，在本實施例中之接觸電阻的上升被抑制為較低的原因，係在於由於實效性之接觸面積作了變化而因應於該面積之改變來使得接觸電阻值之上升被抑制為更低之故。

[實施例3]

在本實施例中，係使用在實施例1中所使用之本發明例的接觸探針、和在實施例1中而被形成有碳被膜之前的最表面為Au系之電鍍的接觸探針(YPW-6XT03-047)，來對於身為對象材料之無鉛銲錫電極的Sn之附著的有無作了調查。將各個的接觸探針對於無鉛銲錫電極進行了10萬次之接觸，並在每一次之接觸時而進行了200ms之100mA的通電。在10萬次之接觸後，對於各個的探針表面藉由SEM來作觀察，並且附帶於此而經由EDX裝置來進行了元素分析(mapping)。

若依據元素分析結果，則可以得知，在最表面為Au之接觸探針的情況時，係能夠在接觸探針表面辨認出身為無鉛銲錫之成分的Sn之附著，但是，在本發明之形成有碳被膜之接觸探針的情況時，Sn之附著係被抑制。

[實施例4]

在本實施例中，作為碳被膜，係形成在表層包含有W並且在除了表層以外之區域中包含有W以及Cr的碳被膜，並對於此時之接觸電阻值作了測定。

詳細而言，係在藉由與上述實施例1相同的方法而形成的中間層後，使用承載有W(鎢)片以及Cr片之石墨靶材，並以投入電力密度：5.66W/cm² 來進行DC磁控管放電，而在基材處，係施加-40V之偏壓電壓，而成膜了約500nm之碳被膜(DLC膜)。在進行成膜時，係對於石墨靶材上之W片以及Cr片的量和位置作調整，並在前述碳被膜(500nm)中，使其成為Cr之濃度為50原子%、W和碳(C)之合計濃度為50原子%(具體而言，W之濃度係為7原子%程度，碳之濃度係為43原子%程度)。

接著，對於石墨靶材上之W片的量和位置作調整，而以約20nm之厚度來成膜了以使W之濃度成為約14原子%的方式來作了調整的碳被膜，並製作出了本發明之接觸探針。

接著，使用如此這般所得到之具備有碳被膜的接觸探針(本發明例以及比較例)，藉由與前述之實施例1相同的方法而進行2星期之大氣暴露試驗，而實施了試驗前後之接觸電阻測定。

其結果，在本發明例中，放置了2星期後之接觸電阻值，係為約350mΩ，在進行2星期之放置前的接觸電阻值，係為30mΩ，接觸電阻值之上升，係為350mΩ-30mΩ=320mΩ程度。上述接觸電阻值之上升，相較於前述之實施例1中所製作出的本發明例之接觸電阻值的上升程度(100mΩ程度)係變大，但是，係遠較在前述之實施例1中所製作出的比較例之接觸電阻值的上升程度(465mΩ)小。

又，在本發明例之接觸探針中，於碳被膜全體處之金屬元素(W+Cr)的平均濃度，係為{(20nm×14原子%)+(500nm×(50原子%+7原子%)}/(20nm+500nm)≒53.3原子%，作為碳被膜全體，金屬元素濃度係被充分地作確保，因此，係亦能夠充分地確保初期之導電性。

故而，係確認到：不僅是前述之實施例1中所記載之本發明例一般的在碳被膜表面處而單獨地含有金屬元素之接觸探針，就算是如同本實施例中所記載之本發明例一般地在碳被膜之表面和表面以外之區域中包含有相異之金屬元素並且在該表面以外之區域處包含有2種類以上之金屬元素的接觸探針，亦能夠防止由於金屬元素之氧化所導致的導電性之劣化，並且，係能夠同時實現接觸探針之導電性以及與被檢測體間之低附著性。

雖係參考詳細且特定之實施形態來對於本申請案作了說明，但是，對於當業者而言，明顯的，在不脫離本發明之精神和範圍的前提下，係可施加各種之變更或修正。

本申請案，係為根據2010年5月10日申請之日本特許出願(日本特願2010-108504)以及2011年5月9日申請之日本特許出願(日本特願2011-104394)所進行者，並於此參考且導入該些之內容。

[產業上之利用可能性]

本發明之接觸探針，關於被形成在與電極相接觸之接觸探針表面上的碳被膜中之金屬元素的濃度，由於係使在被膜表面之濃度成為較平均濃度更小，因此，係能夠防止由於前述金屬元素之氧化所導致的導電性之劣化。進而，藉由將前述被膜全體之平均濃度確保在特定濃度以上，係能夠同時實現接觸探針之導電性以及與被檢測體(特別是在被檢測體中所包含之Sn)之間的低附著性。

〔圖1〕圖1，係為對於碳被膜(DLC膜)中之W(鎢)濃度和接觸電阻之上升速度間的關係作展示之圖表。

〔圖2〕圖2，係為對於碳被膜(DLC膜)中之W(鎢)濃度和比電阻間的關係作展示之圖表。

〔圖3〕圖3，係為對於本發明之接觸探針所具備的碳被膜等之構成作模式性展示的圖。

〔圖4〕圖4(a)和(b)，係為將接觸探針之前端作了擴大的SEM(掃描型電子顯微鏡)照片，圖4(a)係為前端之曲率半徑為13μm的情況時之SEM照片，圖4(b)係為前端之曲率半徑為9μm的情況時之SEM照片。

Claims (10)

1. 一種接觸探針，係為反覆與電極接觸之接觸探針，在與電極接觸之前述接觸探針的表面，係被形成有包含金屬元素之碳被膜，前述金屬元素之在前述碳被膜表面處的濃度，係較前述碳被膜全體之平均濃度更低，前述金屬元素，其表面濃度和平均濃度之差，係為10原子%以上94原子%以下。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之接觸探針，其中，前述碳被膜，係相關於前述金屬元素之濃度而具備有多層構造，或者是，前述金屬元素之濃度，係在膜厚方向上連續性地變化。
3. 如申請專利範圍第2項所記載之接觸探針，其中，前述金屬元素之濃度，係從前述接觸探針之基材側起朝向表面側而持續減少。
4. 如申請專利範圍第1項所記載之接觸探針，其中，在前述碳被膜表面處之前述金屬元素的濃度，係為1原子%以上15原子%以下。
5. 如申請專利範圍第1項所記載之接觸探針，其中，前述金屬元素，其前述碳被膜全體之平均濃度係超過15原子%並為95原子%以下。
6. 如申請專利範圍第1項所記載之接觸探針，其中，前述碳被膜係為類鑽石碳膜。
7. 如申請專利範圍第1項所記載之接觸探針，其中， 前述金屬元素，係為從由鎢、鉭、鉬、鎳、鈦以及鉻所成之群中而選擇之一種以上。
8. 如申請專利範圍第1項所記載之接觸探針，其中，前述碳被膜之全膜厚，係為50nm以上5μm以下。
9. 如申請專利範圍第1項所記載之接觸探針，其中，在前述接觸探針之前端，係被形成有突起，當將該突起之前端從前述接觸探針之側面而作了投影時，曲率半徑係為10μm以下。
10. 一種檢查用連接裝置，其特徵為：係具備有複數個的如申請專利範圍第1項中所記載之接觸探針。