专利名称：接触探针的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检查半导体元件的电气特性的接触探针，尤其涉及即使反复 检查导电性也不会劣化的耐久性优越的接触探针。
背景技术：
对于集成电路(IC)、大规模集成电路(LSI)、发光二极管(LED)等电子部件(即， 使用了半导体元件的电子部件)，通过使探针接触半导体元件的电极以检查其电气特性。在 这种检查装置(半导体检查装置)中使用的探针(接触探针)，当然要求其具有良好导电 性，另外还要求其具有即使与作为被检测体的电极反复接触也不产生磨耗、损伤的程度的 优越的耐久性。接触探针的接触电阻值一般设定为ΙΟΟπιΩ以下，但是因反复进行与被检测体的 检查，所以存在接触电阻值从数ΙΟΟπιΩ劣化至数Ω的情况。作为对这种情况的对策，可以进行接触探针的清洁、接触探针自身的更换。但是， 这些对策使得检查工序的可靠性和运转率明显下降，所以期望实现可发挥即使经过长期使 用接触电阻值也不会恶化的特性的接触探针。尤其是，被检测体(电极)为焊料、锡镀层等 原料，由于其表面容易氧化而且柔软，所以具有因与接触探针接触而被切去并容易附着在 接触探针的前端部的性质，从而难以进行稳定的接触。作为使接触电阻值稳定化的方法，提出了在接触探针的前端部附近(与电极接 触的前端部及其附近)被覆被膜的技术(例如日本特开2001-289874号公报、日本特开 2002-318247号公报、日本特开2003-231203号公报、日本特开2007-24613号公报)。这些 技术中，对于以类金刚石碳(Diamond Like Carbon :DLC)为代表的碳被膜，混入钨(W)等合 金元素，制作兼有碳被膜所具有的对被检测体(电极)的低附着性和基于混入的金属(或 者其碳化物)的作用的高导电性的表面被膜，成为重要的要件。到现在为止所提出的技术中，虽然能够实现低接触电阻值且其耐久性也优越，但 是存在被检测体(电极)的附着性却变差的情况。即，在到现在为止所提出的技术中，为了 使碳被膜的导电性良好而含有规定量的金属，但是若增加这样的金属(或其碳化物)，将出 现碳被膜本来具有的特性即与被检测体(尤其是其含有的Sn)的低附着性却降低的情况。 这种倾向虽因所含的金属、碳被膜的内部结构、表面性状等而存在某种程度的差异，但是若 考虑金属、碳被膜所具有的性质，该倾向将明显地产生。
发明内容
本发明是着眼于上述的情况而完成的发明，其目的在于，提供一种兼具导电性和 耐久性并且能够实现被检测体(特别是其所含的Sn)的低附着性和长期保持稳定的电接触 的接触探针。本发明包含以下的内容。(1) 一种接触探针，其具有基材、和含有金属及其碳化物中至少一种的碳被膜，该碳被膜连续地形成在接触探针的前端部到侧面部的表面上，碳被膜中的金属及其碳化物中 的至少一种的含量从所述前端部朝向侧面部连续或者间断地减少。(2)在(1)记载的接触探针中，将所述前端部的碳被膜中的金属及其碳化物中的 至少一种的含量设为A(原子％ )、将不与被检测体接触的侧面部的碳被膜中的金属及其碳 化物中的至少一种的最大含量设为B(原子％ )时，它们的比(B/A)为0. 9以下。(3)在(1)记载的接触探针中，将所述前端部的碳被膜中的金属及其碳化物中的 至少一种的含量设为A(原子％)、从所述前端部向根部侧10 μ m的位置处的侧面部的碳被 膜中的金属及其碳化物中的至少一种的含量设为B’(原子％)时，它们的比(B’/A)为0.9 以下。(4)在(1) (3)中任意一项记载的接触探针中，所述前端部的碳被膜中的金属及 其碳化物中的至少一种的含量为5 30(原子％ )。(5)在⑴ (4)中任意一项记载的接触探针中，所述金属为从由钨、钽、钼、铌、钛 以及铬所构成的组中选择的一种以上。(6)在⑴ (5)中任意一项记载的接触探针中，通过接触探针检查的被检测体含 有锡或者锡合金。基于本发明的接触探针的效果，在被检查的被检测体含有锡或者锡合金时能够被 有效地发挥。在本发明的接触探针中，就检查时与被检测体接触的前端部、和检查时不与被检 测体接触的侧面部而言，使最有利于电接触的前端部的金属、其碳化物的含量高于其他部 分的含量，而使碳被膜中的金属和/或其碳化物的含量不同，由此能够在保持前端部的良 好的导电性的同时，确保其他部分的被检测体(特别是其所含的Sn)的低附着性，从而能够 长期保持稳定的电接触。
图1(a) (e)是表示使用了本发明的接触探针时的接触原理的示意性说明图。图2(a) (e)是表示使用了以往的接触探针时的接触原理的示意性说明图。图3是表示接触探针的前端部附近的用于代替附图的显微镜照片。图4是表示碳被膜中的W含量和电阻率的关系的图表。图5是表示碳被膜中的W含量和摩擦系数的关系的图表。图中10_接触探针，11-前端部，12-电极，13-电极材料。
具体实施例方式本发明人等针对含有用于赋予导电性的金属的碳被膜，将其金属的浓度分布和导 电性、耐久性的关系明确化，为了实现发挥最适宜特性的接触探针，从各个角度进行了研 究。特别是从低附着性的观点出发，在与检查时的被检测体接触时，明确了被检测体的材料 所含的金属(特别是锡)附着在探针上，因已附着的金属发生氧化而导致接触电阻的增大 而成为检查时的障碍。本发明人等为了解决上述那样的问题，实现了既有低电阻值且低附 着性也优越的接触探针。在本发明的接触探针中，就检查时与被检测体接触的前端部和检查时不与被检测体接触的侧面部而言，使最有利于导电性的前端部的金属、其碳化物的含量多于其他部分 的含量，以使碳被膜的金属、其碳化物的含量不同，可以在确保前端部的良好的导电性的同 时，还确保其他部分的被检测体(特别是其所含的Sn)的低附着性。使用附图具体说明基于本发明的接触探针的作用效果。图1(a) (e)是表示使 用了本发明的接触探针时的接触原理的示意性说明图。为了比较，在图2(a) (e)(示意 性的说明图)中示出使用了设想碳被膜中的含量从前端部到侧面部为均勻的接触探针(以 往技术)时的接触原理。需要说明的是，关于接触探针的接触部分(与被检测体接触的部 分)的形状的各种情况已广为人知，但在此示出了分割成四部分的构造(为图1(a) (e)、 图2(a) (e)中从侧面投影的构造，其示出三个突起)。但是，本发明的接触探针的形状不 限于分割为四部分的构造。例如，也可以分割为三部分、两部分等，也可以不分割。另外，也 可以为研钵状的构造。对于接触探针10，在检查时其前端部11 (即，在被分割的情况下为各突起的顶部) 与作为被检测体的电极12接触。这种情况下，为了降低在电极12的表面所形成的氧化被 膜的影响并确保某种程度的接触面积，通常以使电极的一部分变形、陷入的形式来进行接 触(图 1(a)、图 2(a))。为了检查大量电子部件，在反复实施接触探针向电极12接触和通电的过程中，构 成作为被检测体的电极的材料13 (电极材料)渐渐附着在通电部位(图1 (a)、图2 (a))。附 着在通电部位的电极材料13随后发生氧化，并妨碍确保有效的接触面积，若一直维持该状 态则将会成为接触电阻值变动的原因(图1(b)、图2(b))。另外，由于接触探针的前端形成有尖锐的形状，根据基于该形状的效果，在反复实 施接触时，起到即便是附着的电极材料也将其排除的作用(图1(c)、图2(c))。此时，如本 发明的接触探针那样，对于侧面部的金属或者碳化物的含量减少的结构而言，由于电极材 料13原本容易附着的部分(侧面部)的附着力减小，所以从前端部区域排斥的电极材料13 不会在途中再次附着(图1(d))，从而可以容易地被接触部分排斥，正常的表面能够一直在 接触表面露出并且使稳定的接触电阻得以持续(图1(e))。对此，对于图2(a) (e)所示的以往的接触探针，被与电极12对置的前端部11 排斥的排斥效果，与图1(a) (e)所示的情况相比较而言并不充分。假设，即使这种排斥 的效果的差异较小，但在经过数万至数十万次反复利用后，不能完全除去的附着物(电极 材料13)渐渐堆积在检查时不接触的部分(图2(d))，这将形成妨碍而使排斥效果进一步劣 化，从而前端部11的状态进一步恶化(图2(e))，并且电阻值的稳定性会产生较大差异。为了发挥上述的效果，碳被膜以如下方式构成即可，S卩，随着从接触探针的前端部 (在被分割的情况下为各突起的顶部)到侧面部，金属、其碳化物的含量连续或者间断地减 少。为了更加有效地发挥这样的效果，在所述前端部的碳被膜中的金属和/或其碳化物的 含量为A(原子％ )、而不与被检测体接触的侧面部的碳被膜中的金属和/或其碳化物的最 大含量为B(原子％)时，优选它们的比(B/A)为0.9以下。与被检测体不接触的侧面部是指比检查时所述前端部陷入被检测体的部分更靠 根部侧(前端部的相反侧)的部分，但是该侧面部中的与前端部最近的部分(根据该观点， 该部分的含量成为侧面部上的最大含量)，因接触探针的形状、使用状况而有所不同。与被检测体不接触的侧面部的具体定位，通常是从前端部朝向根部侧ΙΟum的位置。即，作为具体的构成，可以举出如下情况，即，在前端部的碳被膜中的金属和/或其碳化 物的含量为A(原子％)、而从所述前端部朝向根部侧10 μ m的位置处的侧面部的碳被膜的 金属和/或其碳化物的含量为B’时，它们的比(B’/A)为0.9以下。另外，从所述前端部朝 向根部侧30 μ m的位置处的(B’ /A)优选为0. 8以下。碳被膜中所含有的金属，根据其制造原理而成为金属单质或者碳化物的形态(或 者混合存在的状态)，并根据其含量来确定碳被膜的接触电阻值，但是根据接触探针的形 状、有效接触面积、甚至检查时所要求的接触电阻值、必要的测试次数(检查次数)，存在最 优值。从这个观点来看，接触探针的前端部的碳被膜中的金属和/或其碳化物的含量优选 为5 30原子％。即，为了使在前端部和侧面部的金属和/或其碳化物的含量产生差异， 以及在前端部赋予导电性，在前端部的金属和/或其碳化物的含量优选为5 30原子％。 进而，根据后述的实验数据(图4、图5)，从低电阻和Sn排斥效果并存的观点来看，在前端 部的金属和/或其碳化物的含量更优选为15 25原子％左右。另外，如后述的图4所示，金属和/或其碳化物的含量在10原子％以上，并且大体 维持低电阻率。特别优选对于通电特性必要的前端部的金属和/或其碳化物的含量为15 原子％以上。作为前端部，如上所述，金属和/或其碳化物的含量在15原子％以上时通电 特性特别优越，但是如后述图5所示，从Sn的附着性的观点来看，其优选为25原子％以下。在碳被膜所含的金属是容易形成碳化物的金属的情况下，其在碳被膜中均勻分 散，并保持非结晶的均勻状态。从这个观点来看，作为碳被膜中所含的金属，可以列举出钨 (W) >11 (Ta)、钼(Mo)、铌(Nb)、钛(Ti)、铬(Cr)等，并且能够使用这些金属中的一种以上。 其中，若考虑碳化物的稳定性，钨是最优选的。通过接触探针检查的被检测体(电极)，通常由焊料、Sn合金构成，但是它们基本 上含有Sn，该Sn特别容易附着在接触探针的表面。因此，在被检测体由锡或者锡合金构成 的情况下，若应用本发明的接触探针，则可以特别有效地发挥其效果。本发明的接触探针，利用其制造方法，在碳被膜中(尤其在前端部的碳被膜中) 含有Ar，但是在碳被膜中含有Ar会实现碳被膜组织的细微化并提高碳被膜的强度，所以优 选。该构成也被认为可以进一步提高本发明的接触探针的耐久性。为了发挥上述效果，Ar 的含量优选为2 10原子％。另外，由于要求前端部一侧硬度更高、致密，所以前端部的Ar 含量为侧面部的Ar含量以上为好。对于本发明的接触探针，若碳被膜的厚度过薄，有可能无法发挥形成碳被膜的效 果，所以优选为0. Ιμπι以上。然而，若碳被膜的厚度过厚，会有电阻增高的倾向，所以优选 为10 μ m以下。碳被膜的厚度更优选为0. 2 μ m以上、2 μ m以下。另外，在构成接触探针时，因考虑强度、导电性等，其基材(或者芯材)使用铍铜 (Be-Cu)、钯(Pd)或其合金、碳工具钢等，但是这些材料和碳被膜具有其本身密合性不良的 倾向。因此，为了提高基材和碳被膜的密合性，优选在它们之间设置中间层(密合层)以提 高二者的密合性。作为这种中间层，根据基材的种类来选择适当的材料即可，但可以举出Cr或者Cr 基合金等的金属层、或者它们与C的混合层。将它们中的任意一种层叠至少一层以上以构 成中间层即可。作为更具体的结构，可以举出在基材侧形成由与基材的密合性良好的金属 构成的层并在其上形成随着从基材层到碳被膜层碳含量倾斜地增加的倾斜层(金属与碳构成的层)的结构。对于形成具有上述的金属或者碳化物的浓度分布的碳被膜，优选对其制造条件也进行适当选择。作为在基材上形成碳被膜的方法，采用通常的溅射法。然后，为了使用溅射 法，形成金属或者碳化物的浓度分布均勻的碳被膜，按照基材的轴心方向与靶面平行的方 式进行配置，在使基材旋转的同时形成碳被膜。如探针那样，在立体结构上碳被膜均勻形成在棒状结构上，例如工具材料等成为 好的例子，通常大多采用按照使基材的轴心方向与靶面平行的方式进行设置并使其与靶分 开足够距离后、使基材旋转的同时形成碳被膜的方法。DLC那样的硬质膜，其膜应力高，只要 在侧面也未形成致密的膜，则被膜容易剥落，所以一般情况下要重视密合性、附着的膜的均 勻度而采用上述的方法。然而，已经明确在这种方法中，未形成具有本发明规定的金属浓度分布的碳被膜， 成为前端部的金属含量反而低的浓度分布。或者，在接触探针为前端部被分割的形状(上 述图1(a) (e)、图2(a) (e))的情况下，会因该形状的复杂性而存在难以在前端部形成 厚度均勻的碳被膜的情况。因此，为了形成具有本发明规定的金属或者碳化物的浓度分布的碳被膜，明确了 在使基材和靶比较接近之后配置成使基材的轴心方向与靶面垂直即可。关于通过该方法形 成含量因接触探针的位置而不同的碳被膜的理由，被认为是受到了金属构成元素和碳飞来 的方向成分的影响。另外，在应用溅射法时，通常向基材施加偏压，但通过施加偏压，在溅射时产生的 靶上的等离子体向基材方向延伸、靠近。认为通过这样的效应，能够更强调金属元素和碳飞 来的方向成分的差异，其有利于形成上述的碳被膜。而且，认为通过探针的顶面(离子垂直 入射)和侧面(离子相对于面倾斜地入射)处的离子入射角不同，也可以控制金属和/或 其碳化物的浓度分布。以下，举出实施例更加具体地说明本发明，但是本发明不限于以下实施例，在能适 合前、后述的主旨的范围内，当然可以适当变更而实施，无论其中哪一个都包含在本发明的 技术范围内。(实施例)(实施例1)在接触探针中，与上述图1(a) (e)、图2(a) (e)所示的构造相同，使用了前端 部被分割为四份的内置有弹簧的结构。为了向碳被膜掺杂金属，并进一步控制其浓度分布， 采用如下的方法。在平行平板型磁控管溅射装置(株式会社岛津制作所制造)中，配置碳(石墨) 靶和铬靶，配置接触探针的基材(Be-Cu制)以使所述这些靶与前端部相对(配置成基材的 轴心方向与靶面垂直)。此时，使用夹具对其他部位进行了掩盖处理，以便仅在从接触探针 的前端部朝向根部0. 3mm左右处形成碳被膜。另外将基材的前端部与靶之间的间隔设成 55mm0将钨(W)的屑片放置在所述碳(石墨)靶上，同时进行溅射，当在平板上成膜时， 将其浓度调整成钨的含量为18 22原子％。将溅射室内真空排气成6.7X10_4Pa以下后，导入氩(Ar)气，将压力调整成13Pa。然后，通过向基材施加高频电压而实施了 Ar离子蚀刻，然后，作为基材和碳被膜的密合层， Cr层、进而是含有Cr和W的碳被膜交替成膜，并且使碳被膜比率渐渐增加的倾斜组成的中 间层成膜，在最后进行最表面的成膜时，使接通电力密度为5. 7X10_4W/m2，对载置有W屑片 的石墨靶进行DC磁控管放电，向基材施加-20V的偏压，实施约400nm(0. 4 μ m)的厚度的涂敷。对于如上所述形成了碳被膜的接触探针，利用EPMA(电子探针X射线微分析仪日 本电子制X射线微分析仪(JXA-8800RL))，以下列的条件对各位置的组成进行了分析。(ΕΡΜΑ测量条件)加速电压IOKV照射电流0·1μΑ分析方法定量分析(指定元素C、Ar、W)分析范围φ0.2μιη组成分析结果如下表1所示。需要说明的是，下表1所示的前端部1 3(即，被 分割的突起的顶部)、以及侧面部4 6，表示图3 (表示接触探针的前端部附近的用于替代 附图的显微镜照片)所示的各个位置。另外，图3的侧面部4所示的位置，相当于从前端部 1 3朝向根部(图3中的下方)30 μ m的位置(侧面部的最大含量的位置)。[表 1]
权利要求
1.一种接触探针，其具有基材、和含有金属及其碳化物中的至少一种的碳被膜，该碳被 膜连续地形成在接触探针的前端部到侧面部的表面上，碳被膜中的金属及其碳化物中的至 少一种的含量从所述前端部朝向侧面部连续或者间断地减少。
2.如权利要求1所述的接触探针，将所述前端部的碳被膜中的金属及其碳化物中的至 少一种的含量设为A原子％、将不与被检测体接触的侧面部的碳被膜中的金属及其碳化物 中的至少一种的最大含量设为B原子％时，它们的比B/A为0. 9以下。
3.如权利要求1所述的接触探针，将所述前端部的碳被膜中的金属及其碳化物中的至 少一种的含量设为A原子％、将从所述前端部向根部侧10 μ m的位置处的侧面部的碳被膜 中的金属及其碳化物中的至少一种的含量设为B’原子％时，它们的比B’ /A为0.9以下。
4.如权利要求1所述的接触探针，所述前端部的碳被膜中的金属及其碳化物中的至少 一种的含量为5 30原子％。
5.如权利要求1所述的接触探针，所述金属为从由钨、钽、钼、铌、钛以及铬所构成的组 中选择的一种以上。
6.如权利要求1所述的接触探针，通过接触探针检查的被检测体含有锡或者锡合金。
全文摘要
本发明提供一种兼具导电性和耐久性并能够实现被检测体(特别是其所含的Sn)的低附着性和长期保持稳定的电接触的接触探针。本发明涉及的接触探针具有基材、和含有金属及其碳化物中的至少一种的碳被膜，该碳被膜连续地形成在接触探针的前端部到侧面部的表面上，碳被膜中的金属及其碳化物中的至少一种的含量从所述前端部朝向侧面部连续或者间断地减少。
文档编号G01R1/067GK101995496SQ20101024738
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月5日 优先权日2009年8月7日
发明者宫本隆志, 平野贵之 申请人:株式会社神户制钢所;株式会社钢臂功科研