专利名称：接触式探针的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于与半导体元件的电极接触而检查电气特性所使用的接触式探针，特别是涉及即使经过反复检查，导电性也不会劣化的接触式探针和具有它的检查用插座、探针板、检查单元等的检查用连接装置。
背景技术：
集成电路(1C)、大规模集成电路(LSI)、发光二极管(LED)等的电子部件(即，使用了半导体元件的电子部件)，使接触式探针与半导体元件的电极接触而检测其电气特性。这样的检查装置中所使用的接触式探针，当然导电性、即接触电阻值要�。挂蠹词褂胱魑徊馄骷牡缂锤唇哟ィ嫉缧砸膊换崃踊�。
接触式探针的接触电阻值一般设定在ΙΟΟπιΩ以下，但由于与被测器件反复进行检查，接触电阻值从数ΙΟΟπιΩ恶化至数Ω。作为针对这一情况的对策，是进行接触式探针的清洁和更换。但是，这些对策使检查工序的可靠性和检查装置的运转率显著降低，从而就希望实现这样一种接触式探针，其具有即使经过长期的使用，接触电阻值也不会恶化的特性。特别是，在作为被测器件的电极上形成有焊料和锡等时，其具有的性质是，由于表面容易氧化且柔软，电极表面容易因接触式探针的接触而被削掉，并附着在接触式探针的前端部，进行稳定的接触有困难。例如，在专利文献I中，作为能够适用于防止焊料和Al等的软质金属的粘附的脱模性涂层等的硬质碳膜，公开有一种为了使基材与硬质碳膜的密接性提高，由碳或碳与氢构成，在厚度方向使电阻率变化的硬质碳膜。但是，在专利文献I中关于面向接触式探针的应用而没有提及，对于导电性未予任何考虑。作为用于使接触式探针的接触电阻值稳定化的技术，例如可列举专利文献2 5。在专利文献2 5中公开的宗旨是，通过在与半导体元件的电极接触的端子的表面所形成的DLC(类金刚石Diamond Like Carbon)等的碳被膜中，含有鹤等的金属元素,从而能够实现一并拥有对于对象材的低附着性，和由所含有的金属带来高导电性的表面被膜。先行技术文献专利文献专利文献I :日本特开平10-226874号公报专利文献2 :日本特开2002-318247号公报专利文献3 :日本特开2003-231203号公报专利文献4 :日本特开2007-24613号公报专利文献5 :日本特开2001-289874号公报
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够实现与被测器件(例如，焊料、Sn、Al、Pd等)的低附着性，并且长期保持稳定的导电性(在本发明中以接触电阻值进行评价)的接触式探针和具有它的连接装置。本发明提供以下的接触式探针和检查用连接装置。(I) 一种与电极反复接触的接触式探针，其中，在与电极接触的所述接触式探针表面形成有含有金属元素的碳被膜，所述金属元素在碳被膜表面的浓度比碳被膜整体的平均浓度低。(2)根据(I)所述的接触式探针，其中，所述碳被膜关于所述金属元素的浓度具有多层构造，或所述金属元素的浓度沿膜厚方向连续地变化。(3)根据(2)所述的接触式探针，其中，所述金属元素的浓度，从所述接触式探针的基材侧朝向表面侧持续减少。 (4)根据⑴ (3)中任一项所述的接触式探针，其中，所述碳被膜的表面的所述金属兀素的浓度在15原子％以下。(5)根据⑴ (4)中任一项所述的接触式探针，其中，所述金属元素其表面浓度与平均浓度的差为10原子％以上。(6)根据⑴ (5)中任一项所述的接触式探针，其中，所述金属元素在碳被膜整体的平均浓度超过15原子％。(7)根据(I) ￠)中任一项所述的接触式探针，其中，所述碳被膜是类金刚石碳膜。(8)根据⑴ (7)中任一项所述的接触式探针，其中，所述金属元素是从钨、钽、钥、铌、钛和铬所构成的群中选择的一种以上。(9)根据(I) (8)中任一项所述的接触式探针，其中，所述碳被膜的总膜厚为50nm以上，5 μ m以下。(10)根据⑴ (9)中任一项所述的接触式探针，其中，在所述接触式探针的前端形成有突起，从所述接触式探针的侧面对该突起的前端进行投影时，曲率半径为ΙΟμπι以下。(11) 一种具有多个⑴ (10)中任一项所述的接触式探针的检查用连接装置。本发明的接触式探针，关于在与电极接触的接触式探针表面所形成的碳被膜中的金属元素的浓度，在被膜表面的浓度比平均浓度�。虼四芄环乐褂捎谒鼋鹗粼氐难趸斐傻牡嫉缧缘牧踊４送猓ü霰荒ふ宓钠骄ǘ热繁４锏剿ㄒ陨希鼓芄煌笔迪纸哟ナ教秸氲牡嫉缧院陀氡徊馄骷�(特别是被测器件所含的Sn)的低附着性。
图I是表示碳被膜(DLC膜)中的W(钨)浓度与接触电阻的上升速度的关系的标绘图。图2是表示碳被膜(DLC膜)中的W(钨)浓度与电阻率的关系的标绘图。图3是模式化地表示本发明的接触式探针具有的碳被膜等的构成的图。图4(a)和(b)是放大接触式探针的前端的SEM(扫描型电子显微镜)照片，图4(a)是前端的曲率半径为13 μ m时的SEM照片，图4 (b)是前端的曲率半径为9 μ m时的SEM照片。
具体实施例方式本发明者们对于上述专利文献2 5所公开的技术进行研究时判明，其经长期的使用会造成导电性的恶化，即接触电阻值的上升仍很高。本发明者们就其原因进行研究时认为，形成于接触式探针的表面的碳被膜中所含的金属元素，还有该碳化物，受到周围的环境的水分(湿度)和温度的影响而氧化，由此导致接触式探针的接触电阻值增加。更详细地说就是认为，在上述专利文献2 5中，作为碳被膜中含有的金属元素可列举钥、钨、钽等，但这些金属元素的氧化物是绝缘体或半导体，由于形成金属的氧化物，而对接触式探针的接触电阻值产生不良影响。另外，根据本发明者的研究可知，所述金属元素即使在碳化物状态下，氧化也会进行，在表面形成氧化物而使接触式探针的接触电阻增加，有根据条件显示出数Ω这样高的接触电阻的情况。特别是在半导体的检查中，在120 160°C左右的高温下的检查再三进行，但在这样的情况下，若使含有所述金属元素及其碳化物的碳被膜与半导体元件等的电极接触，则其氧化物形成得更快，接触式探针的接触电阻的增加进行。这 样的氧化膜，也存在与半导体元件等的电极反复接触造成的摩擦而被除去的情况，但未除去而残存时，与该电极的接触不良发生，为了总能稳定确保接触式探针的导电性，重要的是极力抑制氧化物的形成。对于该氧化物的形成进一步进行研究的结果表明，上述的金属元素及其碳化物的氧化造成的接触电阻的增大，碳被膜的表面的金属元素的浓度会产生很大影响，在周围的水分等的影响下而形成氧化物，在经过一定时间后接触电阻值上升。另一方面，碳被膜的导电性依赖于碳被膜所含有的金属元素等的浓度，金属元素等的浓度低时，不能够充分确保碳被膜的导电性。因此，为了一边抑制上述金属元素的氧化而防止经过一定时间后的接触式探针的接触电阻的上升，还一边降低使用开始初期的接触电阻，发现关于碳被膜中所含有的上述金属元素的浓度，在碳被膜的表面邻域降低浓度，在此以外的部分提高浓度即可。以下进行详述。本发明的碳被膜，形成于与电极接触的接触式探针表面，含有金属元素。在本发明中，重要的是所述金属元素比碳被膜整体的平均浓度低。即，本发明的接触式探针表面所形成的上述碳被膜，其特征在于，在碳被膜表面具有金属元素的浓度比碳被膜整体的平均浓度低的区域。如此将金属元素的浓度控制得低的区域设于碳被膜表面，能够抑制所述金属元素受到周围的环境的水分(湿度)和温度的影响而发生氧化，其结果是，即使进行反复检查而经过一定时间后，也能够防止接触式探针的接触电阻值的上升。还有，上述金属元素可以在碳被膜中作为金属元素的单体存在，也可以作为金属元素的碳化物存在。作为碳化物存在时，在此也作为金属元素的浓度表示。例如，WC等的碳化物，也以W元素的浓度(原子％)表示。在本发明中所谓“碳被膜表面”，意思是金属元素的浓度比碳被膜整体的平均浓度低的表面侧的区域。因此，金属元素的浓度满足上述关系的碳被膜表面侧的区域，全部包含在本发明的碳被膜表面中。具体来说所谓“碳被膜表面”，就是只要金属元素的浓度满足上述关系就可以，例如，可以是从碳被膜的最表面至I 3nm左右的深度的区域，也可以是从碳被膜的最表面至5nm深度的位置的区域。还有，为了高度抑制来自周围环境的氧化的影响，更优选从碳被膜的最表面至少到20nm左右深度的区域(=相当于“碳被膜表面”)的浓度，比碳被膜整体的平均浓度低。
为了有效地发挥来自上述的碳被膜表面形成的作用(抑制金属元素的氧化而防止接触式探针的接触电阻的上升)，优选碳被膜表面的金属元素的浓度在15原子％以下。一边参照图1，一边对于作为其上限(15原子％以下)的根据的预备实验进行说明。以下的预备实验(也包含后述的图2)，是作为金属元素使用W(钨)时的结果，便并不限定为W，使用含有本发明中能够采用的其他优选的金属元素(钽、钥、铌、钛和铬)，和含有上述W的上述金属元素两种以上的混合物时，也显示出大体同样的结果，这一点通过实验得到确认。图I表示为了调查碳被膜中的金属元素浓度对表面氧化造成的影响而进行的预备实验的结果，更具体地说，是表示在以下述方式制作的测量试料中，碳被膜(DLC膜)中的W(钨)浓度和DLC膜的接触电阻的上升速度的关系的标绘图。首先在Au电极上进行一部分掩蔽，按照与后述的实施例同样的要领形成碳被膜(DLC膜)。在DLC膜的成膜时，使DLC膜中含有W(钨)而在碳靶上配置W片，通过调整其数量而控制DLC膜中的W浓度。其后，除去掩蔽，使进行了掩蔽的部位的Au电极露出，得到试料。使与电极相同金属材料所构成的Au的接触式探针，与如此制作的测量试料(详细地说，分别是露出的Au电极部分和DLC膜部分)接触，从而对于测量试料的接触电阻进行测量。使Au电极与Au的接触式探针接触时，几乎能够忽视接触电阻，并且因为探针和配线的阻抗一定，所以通过从测量试料的接触·电阻减去预先测量的这些值，就能够计算出构成测量试料的DLC膜表面的接触电阻。以一定的时间，放置针的前后实施这样的测量。关于放置针的环境的温度，分别以23°C和160°C进行时的结果显示在图I中。由图I可知，无论是哪个温度下，若W浓度为15原子％以上，则接触电阻的上升速度都会急剧上升。基于上述图I的实验结果，将对于金属元素的氧化抑制有用的、碳被膜表面的金属元素的优选浓度(两种以上的金属元素时表示其合计的浓度)定为15原子％以下。更优选为10原子％以下，进一步优选为8原子％以下。还有，碳被膜表面的所述浓度的下限值，从接触电阻的上升速度的角度出发没有特别限定，但若从充分确保碳被膜的导电性的观点出发，则优选为大致I原子％以上。另一方面，碳被膜的导电性，其是否良好与碳被膜中所含有的金属元素的浓度成正比例(即，接触电阻值减少)，因此有效的是，作为碳被膜整体，确保所述金属元素的平均浓度达到规定以上。图2表示用于调查碳被膜中的金属元素浓度对导电性造成的影响而进行的预备实验的结果，更具体地说，是表示在以下述方式制作的测量试料中，碳被膜(DLC膜)中的W(钨)浓度和DLC膜的电阻率的关系的标绘图。首先，在绝缘性基板(在硅基板上形成有热氧化膜IOOnm的基板)上，按照与后述的实施例同样的要领，形成含有W(钨)的碳被膜(DLC膜)，制成测量试料，通过4探针法测量薄膜电阻，根据DLC膜的截面积和厚度计算含有W的DLC膜的电阻率。分别测量使W浓度进行各种变化时的DLC膜的电阻率，显示在图2中。其结果可知，如图2所示，DLC膜的电阻率与DLC膜中的W浓度大致成反比例，W浓度越增加，越能够减小电阻率。例如W浓度为10原子％时，电阻率约2000 μ Ω · cm(例如金等的金属的电阻率为大约1000倍左右的值)，若使DLC膜的膜厚和接触面积分别为例如I μπι左右和200 μ m2左右，则DLC膜的阻抗约为ΙΟΟπιΩ。另一方面，如果使W浓度提高到15原子％左右，则电阻率约为1200μ Ω · cm，在上述同样的膜厚和接触面积下，能够使阻抗值达到60πιΩ左右，若进一步提高W浓度至35原子％，则能够使阻抗值为大约20πιΩ。
因此，碳被膜整体的所述金属元素的平均浓度(两种以上的金属元素时表示其合计的浓度)，优选超过15原子％，更优选为20原子％以上。另外，通过提高被膜整体的平均浓度达到规定以上，还有与碳被膜的基材的密接力增大，膜应力降低而难以剥离这样的优点。另一方面，若碳被膜整体的平均浓度过高，则作为金属的性质增加，难以得到作为碳被膜适使的DLC这样均质的非晶质的实现带来的平滑表面。另外，与被膜表面部分的机械的特性的差异变得过大而容易产生剥离，碳被膜整体的设计困难。因此，碳被膜整体的所述金属元素的平均浓度(含有金属元素的碳被膜的金属元素浓度在全部的位置)优选为95原子％以下，更优选为90原子％以下，更优选为70原子％以下。另外，关于所述金属元素，表面浓度与平均浓度的差优选为大致10原子％以上，更优选为15原子％以上。由此，能够更有效地发挥如下效果，即能够将使用开始之后的初期的接触电阻值抑制得低，并且以进行反复检查而经过一定时间后，仍能够抑制接触电阻值的上升。所述碳被膜的构成，关于所述金属元素的浓度可以是多层构造(即两层以上)，或者也可以是所述浓度沿膜厚方向连续地变化这样的构成。各层所含的金属元素的种类(优选的金属元素的种类后述)可以相同，也可以不同。 本发明的碳被膜，关于所述金属元素的浓度为多层构造时，各层内的所述金属元素，可以在各层内浓度沿膜厚方向保持一定，也可以在各层内浓度沿膜厚方向连续地变化。在上述的多层构造的情况下，或者所述金属元素的浓度沿碳被膜的膜厚方向连续地变化时，只要金属元素的表面浓度比被膜整体的平均浓度低，所述金属元素的膜厚方向的浓度分布，便既可以从接触式探针的基材侧朝向表面侧而持续减少，也可以减少和增加交替反复。但是，从金属元素的氧化的抑制和被膜整体的低阻抗化这一观点出发，优选从接触式探针的基材侧朝向表面侧持续减少。碳被膜为多层构造时，所谓所述金属元素的浓度从基材侧朝向表面侧持续减少，就是从基材侧顺次作为第一层、第二层、第三层…、最表面层时，满足(第一层的浓度)> (第二层的浓度)> (第三层的浓度)>吣> (最表面层的浓度)这样的关系。在本发明中，所谓碳被膜整体的金属元素的平均浓度，是金属元素的浓度在膜厚方向上连续地变化时，能够通过求得跨越碳被膜的总膜厚的金属元素的积分浓度，除以碳被膜的总膜厚而求得。另外，碳被膜为多层构造时，能够通过在全部的层中计算(各层的浓度)X(各层的膜厚)的值，求得它们的和，除以碳被膜的总膜厚而求得。还有，在多层构造中，各层内的浓度连续地变化时，与上述同样求得各层的平均浓度，将其作为各层的浓度即可。在本发明中，金属元素的碳被膜膜厚方向(从基材侧朝向表面侧的方向)的分析，通过俄歇电子能谱法进行。通过XPS分析法也可以进行金属元素的碳被膜膜厚方向的分析，但根据俄歇电子能谱法，因为有达到数μπι大小的电子束会聚，所以特别是能够对于像接触式探针这样具有微细的前端的基材进行更高精度的分析。作为碳被膜中所含的上述金属元素，优选从钨、钽、钥、铌、钛和铬所构成的群中选择的一种以上。这些元素是容易形成碳化物的金属，均匀分散在碳被膜中，是能够以非晶质保持均匀状态的元素，因此优选。上述元素之中，从碳化物的稳定性和能够廉价获取这一点出发，更优选使用钨。上述的金属元素可以单独含有，也可以含有两种以上。另外，碳被膜表面所含的金属元素，和除去表面在碳被膜中所含的金属元素，可以与后述的实施例I所示相同，或者也可以与后述的实施例4所示而不同。所谓本发明的碳被膜，优选例如DLC膜所代表的，高硬度、耐磨耗性和滑动性优异，遍及被膜的整个表面是非晶质的。说到原因，是由于这样的碳被膜，即使与对象材反复接触也不会消耗，也不会附着有对象材，并且由于是非晶质，使表面的凹凸增加的可能性也小。另外，若碳被膜的膜厚过�。蚧档那慷炔怀浞郑锌赡艹晌ズ暮土盐频脑颍硐Σ罚艄瘢虻嫉缧杂锌赡芙档�。因此碳被膜整体的膜厚为50nm以上，优选为5μπι以下，更优选为IOOnm以上、2 μπι以下。也可以使上述膜厚的上限和下限任意组合，达到上述膜厚的范围。具有这样的层构成的碳被膜(此外，还有后述的中间层)，能够以化学气相沉积法(CVD法)、溅射法和电弧离子镀法(AIP法)等各种各样的成膜方法形成，但从电阻低的碳被膜易于形成，和金属元素容易导入碳被膜的角度出发，优选应用溅射法和AIP法。特别是溅射法，由于形成优质的碳被膜而最为优选。即，在碳被膜本来的性质中，是金刚石构造和石墨构造，为了得到充分的硬度和低电传导，期望的是作为两者的中间构造的非晶质构造， 而这样的构造以溅射法最容易得到，另外几乎不会发生阻碍电传导的氢的混入。运用上述溅射法，形成金属元素在碳被膜表面的浓度比碳被膜整体的平均浓度低这样的碳被膜时，例如，能够以如下方式进行。首先，作为碳供给源，准备一个碳靶或石墨靶；作为金属元素供给源，准备由碳被膜中所含有的各金属元素构成的金属靶。金属靶对应碳被膜所含有的金属元素的种类，可以由单独的金属元素构成，也可以含有两种以上的金属元素。也能够使用复合靶来替代上述的金属靶，复合靶就是将碳和金属元素的至少一种以镶嵌状或在基体内含有这样的形态加以混合的靶。使用这些靶进行溅射，在进行溅射时，例如，能够通过适当调整向碳靶和金属靶接入的电功率，来调整碳被膜中的金属元素的浓度。这时，碳被膜中的金属元素的浓度，通过在上述两方的靶上交替移动的方式使之旋转等的方法，而能够自由地控制。或者，不像上述这样使用二个以上的溅射靶，而是如后述的实施例所示，在碳靶或石墨靶之上，贴装(chip on)想到在碳被膜中含有的金属元素，通过调整上述溅射靶上的金属元素的量和位置，也能够调整碳被膜中的金属元素的浓度。在调整金属元素在碳被膜表面的浓度时，更详细地说，例如，形成含金属元素碳被膜的单层膜，通过EPMA(电子探针X射线微量分析仪(Electron Probe X-ray MicroAnalyzer ；EPMA))决定该单层膜中的金属元素浓度后，关于其层叠厚度，可列举基于溅射进的成膜速度，以使该浓度的膜达到期望的厚度的方式进行层叠的方法。本发明的接触式探针，如上述具有的特征在于，设有规定的碳被膜，此以外的要件没有特别限定，能够适宜选择并采用在接触式探针的技术领域通常所使用的。例如，本发明的接触式探针的基材，考虑到强度和导电性，适用的有铍铜(Be-Cu)、钯(Pd)、钨(W)、铱(Ir)或其合金、碳工具钢等。另外根据需要，也可以在所述基材之上实施Au系等的镀覆。还有，本发明也能够应用于与接触式探针同样在半导体检查中使用的检查用插座、探针板、检查单元等。另外，被覆有本发明的碳被膜的基材没有特别限定，能够使用钨和其他铱的合金等。在上述基材或其上的镀覆(以下，称为“基材等”)，与赋予本发明以特征的碳被膜之中，优选如图3所示这样形成有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，导致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，能够使用公知的，例如能够参照前述的专利文献2所述的中间层。具体来说作为中间层，例如，可列举如下等具有与基材密接性的良好的金属(例如Ni等)或其合金所构成金属密接层至少一层以上的；在上述金属密接层之上，形成有含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W等)、和碳的含碳层的。该含碳层也可以是上述含碳层中的含碳量随着从基材侧向碳被膜侧而持续增加的倾斜层。用于所述金属密接层的金属，根据基材等的种类而选择适当的即可，但基材等(特别是镀覆)为Au系时，优选使用Ni和Cr，更优选使用Ni。如此对应基材等而设置恰当的中间层，能够实现优异的耐久性。可是，作为被测器件的电极上形成有无铅焊料和锡时，这些镀覆在大气中形成氧化绝缘被膜，接触式探针在接触时使该绝缘被膜变形而受损，从而确保良好的导通。在表面形成有碳被膜的接触式探针中，与没有碳被膜的接触式探针相比，因为与被测器件的接触 界面的阻抗增加，所以容易在被测器件表面的状态下变得敏感。根据发明者的研究可知，在被测器件上以规定的载荷按压接触式探针时，使上述氧化被膜受损的程度，很大程度依赖于接触式探针的前端的曲率半径。而且，在前端的曲率半径为ΙΟμπι以下时，无论被测器件表面的状态，都可以确保良好的导通，能够降低初期的接触电阻，并且能够抑制经过一定时间的反复检查后的接触电阻的上升这一本发明的效果得到更有效地发挥，从而优选。前端的曲率半径优选为9μπι以下。另外，虽然也依赖于接触式探针基材和对象材(接触的电极材)的载荷，但过于锐利的前端在一定的载荷下发生变形的可能性高，因此曲率半径优选为I μ m以上,更优选为5 μ m以上。还有，多个组合实施了上述这样的表面处理的接触端子，作为用于半导体及其电子元件等的检查的装置，例如有检查用插座、探针板、检查单元等。在这些装置中装配有多个接触式探针(端子)，需要同时进行电导通，因此使端子表面的可靠性提高的本发明的方法特别有效。实施例以下，列举实施例更具体地说明本发明。但是，本发明当然不受下述实施例限制，在能够符合前、后述的宗旨的范围内当然也可以适当加以变更实施，这些均包含在本发明的技术的范围内。实施例I在本实施例中，作为接触式探针，使用前端部四等分的内置弹簧探针。该接触式探针(株式会社3 3才制，YPW-6XT03-047)在Be-Cu基材的最表面实施了 Au系镀覆。接着，以如下方式，通过溅射法，依次形成用于提高与基材的密接性的中间层和碳被膜(作为金属兀素含有W)。具体来说，首先，在磁控管溅射装置中，配置装有W(钨)片的碳(石墨)靶2台、铬靶和镍靶，在与之相对的位置配置上述的接触式探针。其中，铬靶和镍靶用于中间层成膜用。溅射室预先进行真空排气达6.7 X 10-4Pa后，导入Ar气而将压力调整至O. 13Pa。其次，在上述Au系镀覆之上成膜中间层。详细地说，依次将Ni成膜50nm和将Cr成膜50nm后，在上述Cr膜之上，一边交替形成Cr膜和其后所形成的碳被膜中含有W (钨)的含W含碳层，一边形成使含W含碳层的比率(膜厚)随着从基材侧朝向碳被膜侧徐徐增加的倾斜层。如上述而形成中间层后，以如下方式成膜碳被膜。首先，使用载有W(钨)片的石墨靶，接入电功率密度5. 66W/cm2，进行DC磁控管放电，对基材外加-40V的偏压，形成大约500nm的碳被膜(DLC膜)。成膜时，调整石墨靶上的W片的量和位置，使所述碳被膜(500nm)中的W的浓度约为24原子％。接着，调整石墨靶上的W片的量和位置，使W的浓度约为5原子％，以大约20nm的厚度形成进行了如上调整的碳被膜，制作本发明例的接触式探针。另外，再制作除了不具有最表面的碳被膜(即碳被膜20nm中的W的浓度为5原子％ )以外，其它均与本发明例的接触式探针同样的接触式探针(比较例)。还有，W的浓度由EPMA测量。将具有以上述方式得的碳被膜的接触式探针(本发明例和比较例)，放置在温度23°C、湿度50%的大气中两周，对于由无铅焊料(Sn-3% Ag-O. 5% Cu)构成的电极测量接·触电阻值。接触电阻值的测量，通过如下方式进行测量在无铅焊料电极上连接两条线，另外在与接触式探针的相反侧接触的Au电极上也连接两条线，分别对一条外加电流，测量其余一条间的电压，通过所谓的开尔文连接，测量接触式探针自身+与上下电极的接触电阻+上下电极的内部阻抗，其以外的阻抗成分能够忽略。其结果是，测量的接触电阻值(探针本身的阻抗+接触电阻+电极的内部阻抗)，本发明例的接触式探针约150πιΩ，比较例的接触式探针约500πιΩ。相结于此，放置两周之前的接触电阻值，本发明例的接触式探针为50πιΩ，比较例的接触式探针为35πιΩ。gp，在接触式探针的表面的W浓度为24原子％的比较例中，接触电阻值上升500m Ω -35m Ω =465m Ω，相对于此，在表面的W浓度为5原子％的本发明例中，接触电阻值的上升能够抑制在150ι Ω-50πιΩ = IOOmQ左右。还有，在所述阻抗值中，电极的内部阻抗越小到能够忽视，因为探针本体的阻抗没有变化，所以放置前后的阻抗值的变化量与接触电阻值的变化量相
坐寸ο另外在本发明例的接触式探针中，碳被膜整体的W的平均浓度为{(20nmX5 原子 ％) + (ο O O n m X 2 A Jm ~t-% ) } / ( 2()nm + o()()nm) 42:)). 3 原子 ％，作为碳被膜整体，W浓度得到充分确保，因此初期的导电性也能够充分确保。实施例2从侧面投影上述实施例I的接触式探针前端的突起部时的照片如图4(a)和(b)所示，前端附近部分其内接的圆的半径(前端部的曲率半径)大约13μπι(图4(a))。在本实施例中，前端部的曲率半径为9μπι，此外均与实施例I同样，在接触式探针上成膜(图4(b))，以与实施例I同样的条件放置两周，测量放置前后的接触电阻值。其结果是，放置前的接触电阻值大约45πιΩ，放置后大约ΙΟΟπιΩ。S卩，通过适当调整接触式探针的前端形状，能够降低初期的接触电阻值，并且经过一定时间后的接触电阻值的上升也可以抑制得很低(即，抑制接触电阻值的上升速度)。如图I所示，即使单位面积的接触电阻上升一定，在本实施例中虽然接触电阻的上升仍抑制得很低，但这被认为是由于实效上的接触面积发生了变化，所以对应其面积，接触电阻值的上升被抑制得很低。实施例3
在本实施例中，使用实施例I中所用的本发明例的接触式探针，和在实施例I中形成碳被膜之前的、最表面有Au系镀覆的接触式探针(YPW-6XT03-047)，调查作为对象材的无铅焊料电极的Sn有无附着。将各个接触式探针与无铅焊料电极接触10万次，每一次接触进行IOOmA的通电200ms。在10万次的接触后，以SEM观察各个探针的表面，并且通过其所附带的EDX装置进行元素分析(映射)。根据元素分析结果可知，在最表面有Au的接触式探针中，在接触式探针表面确信到作为无铅焊料的成分的Sn的附着，但在形成有本发明的碳被膜的接触式探针，Sn的附着得到抑制。实施例4在本实施例中，测量在形成作为碳被膜，在表层含有W，在除去表层的区域含有W和Cr的碳被膜时的接触电阻值。 详细地说，以与上述实施例I同样的方法形成中间层后，使用载有W(钨)片和Cr片的石墨靶，在接入电功率密度5. 66ff/cm2进行DC磁控管放电，对基材外加-40V的偏压，形成大约500nm的碳被膜(DLC膜)。成膜时，调整石墨靶上的W片和Cr片的量和位置，在所述碳被膜(500nm)中，使Cr的浓度为50原子％，使W和碳(C)合计的浓度为50原子％(具体来说，W的浓度为7原子％左右，碳的浓度为43原子％左右)。接着，调整石墨靶上的W片的量和位置，使W的浓度为大约14原子％，以大约20nm的厚度形成经过如此调整的碳被膜，制作本发明的接触式探针。接着，使用具有如此得到的碳被膜的接触式探针(本发明例和比较例)，以与前述的实施例I同样的方法进行两周大气暴露试验，实施试验前后的接触电阻测量。其结果是，在本发明例中，放置两周后的接触电阻值约350mΩ，放置两周前的接触电阻值为30mΩ，接触电阻值的上升为350mΩ-30mΩ = 320mΩ左右。上述接触电阻值的上升，与前述的实施例I中制作的本发明例的接触电阻值的上升水平(ΙΟΟπιΩ左右)相比变大，但相比前述的实施例I中制作的比较例的接触电阻值的上升水平(465πιΩ)，则要小得多。另夕卜，在本发明例的接触式探针中，碳被膜整体的金属元素(W+Cr)的平均浓度为((20nmX 14 原子％) + (5()()nmX (50 原子％+7 原子％)} /(20nm+500nm) Noj, 3原子％，作为碳被膜整体，金属兀素浓度得到充分确保，因此初期的导电性也能够充分确保。因此，不仅如前述的实施例I所述的本发明例在碳被膜表面单独含有金属元素的接触式探针中，而且如本实施例所述的本发明例，在碳被膜的表面和表面以外的区域含有不同的金属元素，且在该表面以外的区域含有两种以上金属元素的接触式探针中，都能够防止金属元素的氧化带来的导电性的劣化，而且还确认到，也能够同时实现接触式探针的导电性和与被测器件的低附着性。详细关参照特定的实施方式说明了本申请，但能够不脱离本发明的精神和范围而加以各种变更和修正，这一点对于从业者来说很清楚。本申请基于2010年5月10日申请的日本专利申请(专利申请2010-108504)，和2011年5月9日申请的日本专利申请(专利申请2011-104394)，其内容在此参照并援引。产业上的可利用性
本发明的接触式探针，关于与电极接触的接触式探针表面所形成的碳被膜中的金属元素的浓度，因为在被膜表面的浓度比平均浓度�。阅芄环乐顾鼋鹗粼氐难趸斐傻牡嫉缧缘牧踊�。此外，通过将所述被膜整体的平均浓度确保在规定以上，也能够同时实现接触式探针的导电性和与被测器件(特别是被测器件所含的Sn)的低附着性。 ·
权利要求
1.一种接触式探针，其特征在于，是与电极反复接触的接触式探针，其中， 在与电极接触的所述接触式探针表面形成有含有金属元素的碳被膜， 所述金属元素在碳被膜表面的浓度比碳被膜全体的平均浓度低。
2.根据权利要求I所述的接触式探针，其中，所述碳被膜中的所述金属元素的浓度具有多层构造，或所述金属元素的浓度在膜厚方向上连续地变化。
3.根据权利要求2所述的接触式探针，其中，所述金属元素的浓度从所述接触式探针的基材侧朝向表面侧持续减少。
4.根据权利要求I所述的接触式探针，其中，所述碳被膜的表面中的所述金属元素的浓度为15原子％以下。
5.根据权利要求I所述的接触式探针，其中，所述金属元素的表面浓度与平均浓度的差为10原子％以上。
6.根据权利要求I所述的接触式探针，其中，所述金属元素在碳被膜全体的平均浓度超过15原子％。
7.根据权利要求I所述的接触式探针，其中，所述碳被膜是类金刚石碳膜。
8.根据权利要求I所述的接触式探针，其中，所述金属元素是从钨、钽、钥、铌、钛和铬所构成的群中选择的一种以上的元素。
9.根据权利要求I所述的接触式探针，其中，所述碳被膜的总膜厚为50nm以上5μ m以下。
10.根据权利要求I所述的接触式探针，其中，在所述接触式探针的前端形成有突起，从所述接触式探针的侧面投影该突起的前端时，曲率半径为10 μ m以下。
11.一种检查用连接装置，其具有多个权利要求I所述的接触式探针。
全文摘要
提供一种能够实现与被测器件(特别是被测器件中含有的Sn)的低附着性，并且能够长期保持稳定接触电阻的接触式探针和具有它的连接装置。本发明涉及一种与电极反复接触的接触式探针，其中，在与电极接触的所述接触式探针的表面，形成有含有金属元件的碳被膜，所述金属元素在碳被膜表面的浓度比碳被膜整体的平均浓度低。
文档编号G01R1/067GK102884437SQ20118002316
公开日2013年1月16日 申请日期2011年5月10日 优先权日2010年5月10日
发明者平野贵之, 古保里隆 申请人:株式会社神户制钢所, 株式会社钢臂功科研
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