(57)【要約】【課題】  電子デバイスのような被検体の検査に使用される電気テスト用コンタクトの長寿命化を可能にする。【解決手段】  電気テスト用コンタクト１０では、その基体１１が例えば金属材料から成る金属薄板の打ち抜き加工により形成される。そして、電子デバイスの被検体端子と接触する基体１１の接触部１１ａの表面にルテニウム（Ｒｕ）含有炭素皮膜１２が形成される。あるいは、接触部１１ａとＲｕ含有炭素皮膜１２との間に他の金属材料から成る密着層が介装される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基体とこの基体の最表面に設けられる炭素皮膜とを具備し、前記炭素皮膜が被検体の端子に接触する電気テスト用コンタクトであって、
前記炭素皮膜がルテニウム元素を含有することを特徴とする電気テスト用コンタクト。
【請求項２】
前記ルテニウム元素の含有量が２原子％〜４０原子％であることを特徴とする請求項１に記載の電気テスト用コンタクト。
【請求項３】
金属材料から成る前記電気テスト用コンタクトの基体と前記炭素皮膜との間に、前記基体と前記炭素皮膜を密着させる金属材料から成る中間層が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気テスト用コンタクト。
【請求項４】
前記中間層を構成する金属元素と前記炭素皮膜を構成するルテニウム元素および炭素元素が混在する傾斜組成の混合層が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電気テスト用コンタクト。
【請求項５】
前記炭素皮膜はスパッタリング法により製膜されたルテニウム元素を含有するダイヤモンドライクカーボン膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気テスト用コンタクト。
【請求項６】
前記基体の表面に、ニッケルあるいはニッケル合金から成る反応バリア層、クロムあるいはクロム合金から成る中間層、および前記炭素皮膜がこの順に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の電気テスト用コンタクト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体デバイスやフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の検査に用いられる電気テスト用コンタクトに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば集積回路、発光素子のような半導体デバイス、液晶パネルのようなＦＰＤ（以下、まとめて電子デバイスともいう）は、高密度化および高機能化して各種の電子機器あるいは自動車等に広く搭載されてきている。このような電子デバイスでは種々の通電などの検査が行われる。その初期の電気的諸特性の測定の他に、例えば高温および高電圧下において、そのスクリーニングのためのバーンインテストあるいはその長期信頼性評価のための加速試験が行われる。ここで、加速試験には例えばＢＴ（Bias Temperature）試験、ＴＤＤＢ（Time Dependent Dielectric  Breakdown）試験等がある。
【０００３】
上記検査は、例えば半導体パッケージに組立てられた半導体デバイスでは、その外部接続用端子（以下、被検体端子ともいう）がＩＣソケットのコンタクトピンを介してテストボードの回路配線あるいはランド（以下、ランド等という）に電気的に接続して行われる。あるいは、検査装置（以下、プローバともいう）に取り付けられたコンタクトプローブが、被検体となるウエーハテスト工程の半導体デバイスや表示デバイスの電極パッド等の被検体端子に接触して行われる。以下、上述したコンタクトプローブ、コンタクトピン等はまとめて電気テスト用コンタクトと呼称する。
【０００４】
従来の電気テスト用コンタクトでは、その基体として銅（Ｃｕ）、Ｃｕ合金、ニッケル（Ｎｉ）基合金、鉄(Ｆｅ)基合金等の金属材料が用いられる。そして、その表面に化学的に安定した金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、プラチナ（Ｐｔ）の貴金属あるいはそれらの合金等からなる表層めっき皮膜が形成される（例えば、特許文献１，２参照）。あるいは、基体と表層めっき皮膜の間に生じ易い固相反応を抑制する反応抑制層（反応バリア層）として、ニッケル（Ｎｉ）、Ｎｉ−リン（Ｐ）合金等からなる下地めっき層の介装が行われる。
【０００５】
しかし、従来の上記電気テスト用コンタクトでは、通電検査を繰り返していくと電気テスト用コンタクトにおける被検体端子との接触部に、端子を構成する軟質金属が付着するという現象が生じ易い。そして、付着した軟質金属が酸化されて、その接触抵抗が高くなり適正な通電検査ができなくなる。ここで、被検体端子はアルミニウム（Ａｌ）、Ａｌ合金、鉛フリー半田である錫（Ｓｎ）合金等から成る。その外に、被検体端子がＳｎ合金から成る場合には、被検体が高温環境になるバーンインテストあるいは加速試験を繰り返すと、表層めっき皮膜の金属元素が被検体端子側に局部的に取り込まれ、Ｓｎとの冶金学的な反応を起こす。そして、局部的に露出するＮｉが空気中の酸素と反応して酸化し、絶縁物であるニッケル酸化物を生成し接触抵抗が増大し適正な試験ができなくなる。
【０００６】
そこで、上述した軟質金属の付着防止を図ると共にＳｎ合金との冶金学的反応を無くするために、コンタクトプローブの接触部に硬質炭素膜を離型性コーティングする手法が提案され開示されている（例えば、特許文献３，４参照）。この場合、コンタクトプローブは低い電気抵抗になることが好ましい。そのため、金属を含有して高い導電性を有する硬質炭素膜が適用される（例えば、特許文献５参照）。
【０００７】
しかし、従来の金属を含有する硬質炭素膜がコーティングされた電気テスト用コンタクトにおいて、被検体が高温環境になるバーンインテストあるいは加速試験により、その接触部の被検体端子との接触抵抗が大きくなる。そして、その使用回数と共に接触抵抗が増大して適正な試験ができなくなる。そこで、特許文献４では、上記金属含有の硬質炭素膜において、その厚さ方向に金属元素の濃度を変え、硬質炭素膜の表面での濃度が低くなるようにしている。このように硬質炭素膜の表面における金属含有量を低減することにより、例えば１６０℃程度の高温環境において接触抵抗値の上昇は確かに抑制される。
【０００８】
しかしながら、ダイヤモンドライクカーボン膜のような硬質炭素膜では、その表面の金属含有量が低下していくと、被検体端子との接触においていわゆるショットキーバリアが生じ易くなる。このショットキーバリアが生じると、被検体の通電検査において、その印加される電圧の極性により、電気テスト用コンタクトと被検体端子との間の見かけ上の接触抵抗値が異なってくる。そして、適正な試験ができなくなる虞がある。このショットキーバリアの形成は、半導体の性質をもつ硬質炭素膜の一部と被検体端子の金属が電気的に接合することによる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−７５５７０号公報
【特許文献２】特開２０１１−２２６８６３号公報
【特許文献３】特開２００１−２８９８７４号公報
【特許文献４】特開２０１１−２５７３８５号公報
【特許文献５】特開平０６−２１２４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように電気テスト用コンタクトの接触抵抗が増大し規格から外れるようになると、新規の電気テスト用コンタクトに交換して対応することができる。あるいは、電気テスト用コンタクトの交換ができない場合には、例えばＩＣソケット、コンタクトプローブが取り付けられるプローブヘッドが新規なものに取り換えられる。
【００１１】
ところが、半導体デバイスや表示デバイス等の被検体端子は、これら電子デバイスの高密度化あるいは高機能化に伴って益々多ピン化あるいは狭ピッチしている。そして、使用される電気テスト用コンタクトの数は増加する。このため、上記交換の作業コストは電気テスト用コンタクトのコストと共に大幅に増大するようになる。特に、被検体端子が多ピン化あるいは狭ピッチし半田ボールあるいは半田バンプで形成される場合、電気テスト用コンタクトの接触荷重の増大に制約を受けることもあり、交換頻度が増加して上述した交換コストの上昇が目立つようになる。そのため、電気テスト用コンタクトにおける上述した接触抵抗の上昇を抑制しその長寿命化を可能にすることが非常に大きな課題となってきている。
【００１２】
そこで、本発明者等は、導電性の硬質炭素膜を離型性コーティングに用いた電気テスト用コンタクトについて、含有金属の種類を変えた場合の試行実験を重ねた。その実験の中で、含有金属の種類によって、高温環境下での接触抵抗値の上昇が大きく異なってくることを見出した。更に、電気テスト用コンタクトとしての耐摩耗性、Ｓｎ合金との濡れ性（親和性）等の特性について調べ、従来の電気テスト用コンタクトの長寿命化の限界を打開し、その低コスト化を容易にすることを知見し、本発明に至った。
【００１３】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、例えば電子デバイスのような被検体の高温環境下の検査において、その端子との接触抵抗の上昇を安定して抑制できる電気テスト用コンタクトを提供することを目的とする。そして、電気テスト用コンタクトの長寿命化ができるようにすることを目的にする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明にかかる電気テスト用コンタクトは、導電性基体とこの基体の最表面に設けられる炭素皮膜とを具備し、前記炭素皮膜が被検体の端子に接触する電気テスト用コンタクトであって、前記炭素皮膜がルテニウム元素を含有する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、電子デバイスのような被検体の高温環境下の通電や測定の検査において、電気テスト用コンタクトと被検体端子との接触抵抗の上昇が従来に較べ抑制される。そして、電気テスト用コンタクトの長寿命化が可能になる。また、電子デバイスの多ピン化あるいは狭ピッチ化に対応できると共に、その低コスト化が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態にかかる電気テスト用コンタクトの説明に供する構造例を模式的に示した一部断面図。
【図２】本発明の実施形態にかかる電気テスト用コンタクトの接触部の一部拡大断面図であり、（ａ）はその一例を、（ｂ）はその変形例をそれぞれ示す。
【図３】同上変形例の具体的構造を示す電気テスト用コンタクトの接触部の一部拡大断面図。
【図４】同上電気テスト用コンタクトの接触部における構成元素の深さ方向の濃度分布を示した構成元素分布図。
【図５】非晶質炭素膜の抵抗率と非晶質炭素膜中の金属元素の含有量の関係を示したグラフ。
【図６】ルテニウム、ロジウムおよびタングステンの各元素を含有する非晶質炭素膜の高温環境下における接触抵抗の上昇量を示したグラフ。
【図７】金属元素を含有する非晶質炭素膜のＳｎ合金系半田との親和性の説明に供する断面図。
【図８】本発明の実施形態における電気テスト用コンタクトであるコンタクトピンの半導体デバイスの被検体端子との接触状態の２例を示した模式的断面図。
【図９】本発明の実施形態にかかる電気テスト用コンタクトであるコンタクトプローブの半導体デバイスの被検体端子との接触状態の１例を示した模式的断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明の好適な実施形態について図１ないし図９を参照して説明する。ここで、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なる。これ等の図では、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付し、重複説明を一部省略する。
【００１８】
図１に示すように、例えばＩＣソケット用のコンタクトピンあるいはプローバ用のコンタクトプローブとなる電気テスト用コンタクト１０では、その基体１１が例えば銅合金の金属材料から成る金属薄板の打ち抜き加工により形成される。そして、基体１１の先端が接触部１１ａとなり、その表面にルテニウム（Ｒｕ）含有炭素皮膜１２が形成される。このＲｕ含有炭素皮膜１２は、その詳細は後述される少なくともＲｕ元素を含有する硬質の炭素皮膜である。ここで、例えば半導体デバイスあるいはＦＰＤの検査において、Ｒｕ含有炭素皮膜１２はそれ等の電子デバイスに設けられている軟質電極１３に対する荷重接触と分離が多数回にわたり繰り返されることになる。このＲｕ含有炭素皮膜１２は少なくとも軟質電極１３に接する領域に形成されればよい。
【００１９】
例えば、図２（ａ）に示すように、Ｒｕ含有炭素皮膜１２は上記接触部１１ａの表面に接して形成された構造になっている。ここで、基体１１としては、適度な硬度、撓み弾性を有しＲｕ含有炭素皮膜１２との高い密着性を有する金属材料が好適である。例えばＲｕ、Ｒｕ合金等の金属材料である。また、例えば接触部１１ａとＲｕ含有炭素皮膜１２の境界領域において、基体１１を構成する異種の金属材料とＲｕ含有炭素皮膜１２との混合層が形成されるとよい。この混合層は基体金属とＲｕ含有炭素膜の混合組成をもつ。
【００２０】
あるいは、図２（ｂ）に示すように、Ｒｕ含有炭素皮膜１２は、その含有Ｒｕおよび基体金属とは異なる金属材料から成る中間層１４を介して、接触部１１ａ上に形成された構造になっている。ここで、中間層１４としては、例えば基体１１およびＲｕ含有炭素皮膜１２と高い密着性を有する金属材料等が好適である。この場合、接触部１１ａと中間層１４の境界領域において、基体金属と中間層１４を構成する金属材料の合金層が形成されるとよい。更に、中間層１４とＲｕ含有炭素皮膜１２の境界領域において、中間層１４を構成する金属材料とＲｕ含有炭素皮膜１２との混合層が形成されるとよい。この混合層は、図２（ａ）の場合と同様に中間層金属とＲｕ含有炭素膜の混合組成をもつ。
【００２１】
なお、上記中間層１４は複数の金属材料が多層に積層した複合層から成っていてもよい。
【００２２】
上記中間層１４は、図３に示すように、積層する金属間に生じ易い固相反応を抑制する反応抑制層（反応バリア層）１５と密着層１６とが積層した構造になっていてもよい。ここで、反応バリア層１５としては、例えばＮｉ、Ｎｉ−Ｐ合金等が好適に用いられる。また、密着層１６としては、反応バリア層１５およびＲｕ含有炭素皮膜１２と高い密着性を有する金属材料等が好適である。この場合、反応バリア層１５と密着層１６の境界領域が、これ等の合金層で形成されるとよい。更に、密着層１６とＲｕ含有炭素皮膜１２の境界領域が、密着層１６を構成する金属材料とＲｕ含有炭素皮膜１２との混合層で形成されるとよい。この混合層は、図２（ａ）の場合と同様に密着層金属とＲｕ含有炭素膜の混合組成をもつ。
【００２３】
電気テスト用コンタクト１０において、その接触部１１ａの領域に図３で説明した反応バリア層１５、密着層１６およびＲｕ含有炭素皮膜１２が多層構造に形成された具体例について図４を参照して説明する。図４は上記多層構造の遷移領域における構成元素の濃度分布を示している。図４において、反応バリア層１５はＮｉ金属から成り、密着層１６はクロム（Ｃｒ）金属から成る。そして、反応バリア層１５と密着層１６の界面領域には、Ｎｉ−Ｃｒ合金層が形成されている。Ｎｉ−Ｃｒ合金層はこれら金属の固溶体あるいは金属間化合物で形成される。
【００２４】
そして、密着層１６とＲｕ含有炭素皮膜１２の境界領域は、Ｃｒ元素、炭素元素およびＲｕ元素の混合組成になっている。ここで、密着層１６側からＲｕ含有炭素皮膜１２側になるにつれて、Ｒｕ含有炭素皮膜１２中の炭素元素の濃度およびＲｕ元素の濃度すなわちＲｕ含有炭素皮膜１２中のＲｕ含有量が増加し続ける傾斜組成の混合層になっている。これとは逆に、Ｃｒ元素の濃度は密着層１６側からＲｕ含有炭素皮膜１２側に減少するようになっている。このような多層構造であると、Ｒｕ含有炭素皮膜１２が高硬度になりその内部応力が大きくなっても、基体１１あるいは反応バリア層１５からの剥離が防止され易い。
【００２５】
上述したように、基体１１は適度な硬度、撓み弾性を有する銅合金から成る。
基体としてそのほかタングステン（Ｗ）、Ｗ系合金、ニッケル（Ｎｉ）系合金、鉄（Ｆｅ）系合金、パラジウム（Ｐｄ）系合金が挙げられる。
【００２６】
また、中間層１４を構成する密着層１６としては、Ｃｒ金属の他にＴｉ金属、Ｒｕ金属、レニウム（Ｒｅ）金属、ロジウム（Ｒｈ）金属等が好適に使用される。この密着層１６の厚さは例えば２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度になる。そして、密着層１６の金属元素、炭素元素およびＲｕ元素が混合する傾斜組成の混合層の厚さは、例えば５０ｎｍから１５０ｎｍ程度に設定される。また、中間層１４を構成する反応バリア層１５の厚さは例えば０．３μｍ〜４μｍの範囲で適宜に設定される。
【００２７】
そして、Ｒｕ含有炭素皮膜１２は、上述したように炭素皮膜に少なくともＲｕ元素を含有して導電性を有し、その膜厚が例えば０．３μｍ〜２μｍの範囲で適宜に設定される。この炭素皮膜は、例えばダイヤモンド構造とグラファイト構造が混在する非晶質炭素膜（以下、ＤＬＣ膜；ダイヤモンドライクカーボン膜）である。ここで、ＤＬＣ膜には、水素を含有するａ−Ｃ：Ｈ膜、ＨフリーＤＬＣ膜、四面体構造アモルファスカーボン膜（以下、ｔａ−Ｃ膜という）等がある。あるいは、上記炭素皮膜は、シリコン（Ｓｉ）、酸素、窒素等を含有するカーボン膜であってもよい。
【００２８】
このような炭素皮膜は、化学気相成長（ＣＶＤ）法、プラズマ励起化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）法、いわゆるＰＶＤであるスパッタリング法およびアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法等の種々の方法により成膜することができる。そして、Ｒｕ含有炭素皮膜１２の形成では、ＣＶＤ法あるいはＰＥＣＶＤ法による炭素皮膜の成膜において、炭化水素、Ｒｕハロゲン化物等の反応ガスが用いられる。この場合、Ｒｕ含有炭素皮膜１２は水素を多いａ−Ｃ：Ｈ膜になると、その硬度が低くその内部応力が小さくなり易い。
【００２９】
そして、スパッタリング法では、Ｒｕ金属板をスパッタリングのターゲットにし、炭化水素を反応ガスとする反応性スパッタリングの方法が用いられる。あるいは、炭化水素を反応ガスとする替りに固体カーボンから成るターゲットを用いるようにしてもよい。また、ＡＩＰ法では、例えばＲｕおよびカーボンの混合する固体板にアーク放電によりプラズマ照射し、放出されるＲｕイオンあるいは炭素イオンを電磁界のフィルターで抽出して照射するフィルタードＡＩＰの方法が用いられる。このＡＩＰ法の場合、Ｒｕ含有炭素皮膜１２はＤＬＣ膜の中で最も硬度が高く硬質のｔａ−Ｃ膜となる。
【００３０】
上記スパッタリング法の場合、Ｒｕ含有炭素皮膜１２は、自在にＨフリーＤＬＣ膜あるいはａ−Ｃ：Ｈ膜にすることができる。そして、スパッタリング法では、上述したダイヤモンド構造とグラファイト構造の両者の中間的なアモルファス構造が高い精度に得られる。また、充分な電気伝導と硬度が安定して高精度に得られる。そして、電気伝導に影響を与える水素の混入を安定して制御することができる。このため、スパッタリング法は、良質なＲｕ含有の炭素皮膜が形成でき易く最も好ましい。
【００３１】
なお、上述したＲｕ含有炭素皮膜１２、基体１１あるいは中間層１４には、いわゆる不可避不純物が微量に含まれるようになっていても構わない。不可避不純物は、湿式成膜となる金属めっき法あるいは乾式成膜となる上述したスパッタリング法等で不可避的に混入する微量の水素元素、酸素元素、金属元素等である。
【００３２】
次に、本発明の基礎になる本発明者らの予備実験の結果を開示し、本実施形態の電気テスト用コンタクトの利点について説明する。以下、Ｒｕ含有炭素皮膜１２の低い抵抗率、その硬度、高温環境による接触抵抗の上昇の抑制、Ｓｎ合金系半田の低い付着性について、主に従来技術のＷ含有硬質炭素膜と比較して説明する。
【００３３】
発明者らは、Ｓｉウエーハ基板の熱酸化で形成された酸化シリコン膜上に、種々の金属元素を含有させた炭素皮膜を成膜し測定試料にして、それぞれの炭素皮膜を評価した。ここで、炭素皮膜の膜厚は約４００ｎｍである。この炭素皮膜は、硬質のＤＬＣ膜であり、公知の非平衡マグネトロン（ＵＢＭ）スパッタ装置を用い、スパッタガスにＡｒを用いたＤＣスパッタリング法により成膜したものである。図５はその結果の一部である。ここで、金属元素含有のＤＬＣ膜の比抵抗である固有の抵抗率はホール効果測定法で計測し、ＤＬＣ膜中の金属元素含有量はエネルギー分散型Ｘ線分析装置また、その硬度は公知のナノインデンテーション法で測定した。
【００３４】
図５に示すように、金属元素含有ＤＬＣ膜では、その含有量の増加と共に抵抗率が低下する。そして、実線に示すＲｕ含有ＤＬＣ膜は、点線に示すＷ含有ＤＬＣ膜、ロジウム（Ｒｈ）含有ＤＬＣ膜よりも、同じ金属元素含有量において低い抵抗率になる。逆に言い換えると、同じ抵抗率にする場合、Ｒｕ含有ＤＬＣ膜ではＲｕ含有量がＷ含有ＤＬＣ膜におけるＷ含有量またはＲｈ含有ＤＬＣ膜におけるＲｈ含有量よりも少なくなるようにできる。具体的には、測定の範囲内において約３〜５原子％程度少なくすることができた。
【００３５】
この抵抗率は、空気雰囲気中における１５０℃、３００時間の熱処理では、全く変化しない。図５中に記す熱処理後の黒丸（●）印あるいは黒三角（▲）印の抵抗率は、熱処理の無い白丸（○）印あるいは白三角（△）印のそれと変わらない。なお、図中の（□）印に示すＲｈ含有ＤＬＣ膜の抵抗率はＷ含有ＤＬＣ膜の場合と同程度になる。これに対して、Ｃｕ含有ＤＬＣ膜およびＡｕ含有ＤＬＣ膜の場合は、抵抗率は非常に高くなることが判る。
【００３６】
そして、Ｒｕ含有ＤＬＣ膜およびＷ含有ＤＬＣ膜の硬度の評価では、Ｒｕ含有ＤＬＣ膜の場合、Ｒｕ含有量が約８原子％のもので１６ＧＰａ、約２２原子％のもので１４ＧＰａであった。そして、Ｒｕ含有量が増加すると硬度が低下する。一方、比較のＷ含有ＤＬＣ膜の場合、Ｗ含有量が約２０原子％のもので１８ＧＰａであった。このように、Ｒｕ含有ＤＬＣ膜の硬度はＷ含有ＤＬＣ膜と比較すると硬度が低下するが、電子デバイスに設けられている軟質電極１３に対する接触に影響を及ぼす程の低下ではなく、安定した接触を得ることができる。
【００３７】
Ｒｕ含有炭素皮膜における、高温環境による接触抵抗の上昇およびＳｎ合金系半田との親和性の評価では、Ｃｕ−Ｂｅ合金を研磨加工したテストピースの表面に中間層および金属元素含有ＤＬＣ膜を多層構造に積層し測定試料にした。この多層構造は図３，４で説明したような傾斜組成の混合層を有したものである。なお、この混合層では金属元素含有量が金属元素含有ＤＬＣ膜側に向かって増加する。ここで、金属元素含有ＤＬＣ膜の膜厚は約４００ｎｍ〜６００ｎｍである。この多層構造の中間層および金属元素含有ＤＬＣは、上記非平衡マグネトロンスパッタ装置を用いた直流スパッタリング法により連続成膜した。なお、上記テストピースは矩形基板であり、その平面サイズ３０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍになっている。
【００３８】
図６，７はその結果の一部である。ここで、金属元素含有のＤＬＣ膜の接触抵抗は荷重を２０ｇｆにした４端子法で計測し、ＤＬＣ膜中の金属元素含有量はエネルギー分散型Ｘ線分析装置で行った。また、Ｓｎ合金系半田との親和性の評価では、Ｓｎ合金系半田としてはＳｎ−３．０銀（Ａｇ）−０．５銅（Ｃｕ）半田を用いた。
【００３９】
図６は、空気雰囲気中における１５０℃、１５０時間の熱処理後における接触抵抗の上昇量を示す。Ｒｕ含有ＤＬＣ膜、Ｒｈ含有ＤＬＣ膜は金属元素含有量の増加と共に接触抵抗の上昇量は低減する。そして、その金属元素含有量が２０原子％程度でＷ含有ＤＬＣ膜の場合よりも２桁程度小さくなる。一方、図６には表わしていないが、Ｗ含有ＤＬＣ膜の場合は、逆にＷ元素含有量の増加と共に接触抵抗の上昇量は増大する。このため、特許文献４ではＷ含有ＤＬＣ膜の表面のＷの濃度を低くしていた。
【００４０】
このように、Ｒｕ含有ＤＬＣ膜およびＲｈ含有ＤＬＣ膜は、Ｗ含有ＤＬＣ膜の場合とは逆で金属元素含有量を増加させることにより、熱処理による接触抵抗の上昇量を減少させることができる。また、金属元素含有ＤＬＣ膜の上記熱処理前の初期の接触抵抗値は、全て共通して金属元素含有量の増加と共に減少する。これ等のことから、Ｒｕ含有ＤＬＣ膜およびＲｈ含有ＤＬＣ膜は、高温環境での電子デバイスの検査に使用する電気テスト用コンタクトにとって、Ｗ含有ＤＬＣ膜に較べてはるかに好適になることが判る。
【００４１】
図６には示していないが、金属元素がＰｄ、イリジウム（Ｉｒ）等の金属元素含有ＤＬＣ膜についても調べている。Ｉｒ含有ＤＬＣ膜は、Ｒｕ含有ＤＬＣ膜およびＲｈ含有ＤＬＣ膜の場合と同様にＩｒ元素含有量の増加と共に接触抵抗の上昇量は低減する。これに対して、Ｐｄ含有ＤＬＣ膜は、Ｗ含有ＤＬＣ膜の場合と同様にＰｄ元素含有量の増加と共に接触抵抗の上昇量は増大する。しかし、いずれの場合とも、高温環境での電子デバイスの検査に使用する電気テスト用コンタクトにとって、Ｒｕ含有ＤＬＣ膜およびＲｈ含有ＤＬＣ膜に較べて不適なものであった。
【００４２】
そして、金属元素含有ＤＬＣ膜のＳｎ合金系半田との親和性の評価では、それ等の純金属に対するＳｎ合金系半田の親和性の大小に余り関係なく、ＤＬＣ膜にすることでその親和性がなくなることが確認された。図７（ａ）に示すように、Ｗ膜上にＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ半田を付着させ２５０℃にすると、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ半田は高い凝集性を示し、その親和性は極めて小さいことが判る。これに対し、Ｒｈ膜あるいはＲｕ膜とのＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ半田の親和性はＷ膜の場合に較べて大きく、しかもＲｕ膜に較べてＲｈ膜の方が大きい。
【００４３】
ところが、図７（ｂ）に示すように、Ｒｕ含有ＤＬＣ膜、Ｒｈ含有ＤＬＣ膜およびＷ含有ＤＬＣ膜上では、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ半田の凝集性は略同じになり、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ半田との親和性がほとんど無くなることが判る。その中でもＲｕが小さい。なお、図７（ｂ）において、Ｒｕ含有ＤＬＣ膜、Ｒｈ含有ＤＬＣ膜およびＷ含有ＤＬＣ膜中の金属元素含有量は、それぞれ２３．１原子％、２１．４原子％、１９．９原子％である。
【００４４】
上述した予備実験は、電子デバイスの検査において用いられる電気テスト用コンタクト１０の被検体端子との接触部１１ａに、その表層皮膜としてＲｕ含有炭素皮膜１２を形成することが極めて有用になることを示す。このＲｕ含有炭素皮膜１２の形成により、その抵抗率の減少による電気テスト用コンタクト１０の低抵抗化が容易になる。そして、バーンインテスト、ＢＴ試験、ＴＤＤＢ試験等の高温環境での検査においても接触抵抗の上昇量が小さくなり、その耐久性が大幅に向上する。また、その高い硬度により耐摩耗性が向上する。そして、例えばＳｎ合金系半田との親和性の大幅な低減にみられるように、被検体端子の付着あるいは溶着が無く、電気テスト用コンタクト１０の離型性が充分に確保される。
【００４５】
また、Ｒｕ含有炭素皮膜１２中のＲｕ元素含有量は、２原子％〜４０原子％が好ましくなる。ここで、２原子％未満になると、抵抗率が急激に増大し電気テスト用コンタクト１０の抵抗の低減が難しくなる。更に、高温環境での電子デバイスの検査において、被検体端子との接触抵抗が上昇し規格外になり易い。そして、４０原子％を超えると、Ｒｕ含有炭素皮膜１２の硬度がＲｕ金属のそれに近くなり、高い耐摩耗性をもつ硬質炭素膜の利点が薄れる。また、被検体端子の付着あるいは溶着が生じ易く、被検体端子に対して電気テスト用コンタクト１０の離型性が大きく低下する。
【００４６】
上述した予備実験では、金属元素含有ＤＬＣ膜は、ＵＢＭスパッタリングにより成膜しているが、同様にイオンアシスト機能を持つ逆バイアススパッタリング法で形成してもよい。あるいは、通常のＤＣスパッタリング法あるいはＲＦスパッタリング法であっても構わない。上述したようなスパッタリング法では、多層構造になる中間層１４例えば反応バリア層１５および密着層１６と金属元素含有炭素皮膜の成膜が高い制御のもとにできる。しかも、電気テスト用コンタクトの製法が簡便になる。
【００４７】
その他に、Ｒｕ含有炭素皮膜１２の炭素皮膜は、ａ−Ｃ：Ｈ膜、あるいは酸素、窒素、多量の水素等を含有する炭素皮膜であって、その硬度を制御するため水素含有量が調節されたものであってもよい。ここで、上述した他のＣＶＤ法あるいはＰＶＤ法が用いられる。そして、例えば図２（ａ）に示したような接触部１１ａに形成されるＲｕ含有炭素皮膜１２において、上述したＲｕ含有ＤＬＣ膜よりも多量の水素元素を含有させる。更に、例えば、その水素濃度がＲｕ含有炭素皮膜１２表面への厚さ方向に増加する水素元素の傾斜組成にする。
【００４８】
Ｒｕ含有炭素皮膜１２が示す導電性は、その電子トラップの準位を介したいわゆる電子のホッピング機構によるものか、あるいは金属の自由電子の移動によるものか定かでない。Ｒｕ含有炭素皮膜１２中のＲｕ元素の含有形態が未だ明確でないからである。金属原子での固溶、ナノメータレベルの微細金属粒子での混合、あるいは炭素マトリックスに対して金属マトリックス状での含有等種々の形態が考えられる。いずれにしても、水素元素の含有はＲｕ含有炭素皮膜１２の導電性を低下させ、一方でその硬度を下げ内部応力を小さくする。これにより、Ｒｕ含有炭素皮膜１２の接触部１１ａからの剥離が抑制され易くなる。予備実験で示したようにＲｕ含有ＤＬＣ膜は他の金属含有ＤＬＣ膜より抵抗率が低く高い導電性を示す。このため、上記水素元素含有はＲｕ含有炭素皮膜１２に好適になる。
【００４９】
あるいは、Ｒｕ含有炭素皮膜１２の炭素皮膜は、例えばＡＩＰ法、イオンプレーティング法等を用いて成膜した高い硬質のｔａ−Ｃ膜にすることもできる。この場合、その高い硬度から生じる内部応力を緩和するために、例えば図３，４で説明した傾斜組成の混合層１４を有効に用いるとよい。
【００５０】
また本実施形態の変形例としてＲｕを主構成元素とする炭素皮膜に、予備実験で熱処理による接触抵抗の上昇量を低減でき、半田との親和性が小さいとの結果を得たＲｈをＲｕよりも少量付加して複合元素構成にしてもよい。
【００５１】
次に、本実施形態の電気テスト用コンタクト１０の具体例について説明する。図８はＩＣソケットに取り付けられるコンタクトピンの説明に供する模式的断面図である。図８（ａ）に示したコンタクトピン２０では、例えばＣｕ−Ｂｅ合金の薄板の打ち抜き加工、荒加工、熱処理あるいは研磨加工等が施されて基体とされる。そして、中間層１４となる反応バリア層１５として、その表面の全体にわたって電解めっき等によりＮｉあるいはＮｉ基合金から成る下地めっき層が形成されている。また、コンタクトピン２０の上端が半導体デバイス２１の被検体端子２１ａに接触する接触部２０ａになり、その点線で示した先端の領域にＲｕ含有炭素皮膜１２が部分的に形成される。
【００５２】
そして、コンタクトピン２０の下端がテストボード１７に例えばフロー半田１８により半田付けされる端子部２０ｂになっている。更に、上記接触部２０ａと端子部２０ｂの間に、湾曲するバネ部２０ｃおよび支持部２０ｄと固定部２０ｅを有する構造になっている。
【００５３】
このようなコンタクトピン２０は、公知のＩＣソケット（図示せず）に多数個に組込まれて取り付けられる。ここで、それぞれのコンタクトピン２０は、ソケット内の貫通孔に圧入される固定部２０ｅで固定され、その支持部２０ｄでソケット内に支持される。コンタクトピン２０はソケットのスロットにより、板厚方向にのみ揺動可能に弾性を持つように規制され、Ｒｕ含有炭素皮膜１２でコーティングされた接触部２０ａが被検体端子２１ａに弾性接触する。なお、半導体デバイス２１は例えばＱＦＰ（Quad Flat Package）の半導体パッケージに組立てられた構造をしている。そして、多ピンで狭ピッチになるガルウィング形リードの被検体端子２１ａがパッケージから延出する。ここで、被検体端子２１ａの表面にはＳｎ合金系半田のめっき層が形成されている。
【００５４】
Ｓｎ合金系半田は、鉛フリーの共晶半田であり、例えば、Ｓｎ−亜鉛（Ｚｎ）系半田、Ｓｎ−Ｃｕ系半田、Ｓｎ−Ａｇ系半田、Ｓｎ−Ｂｉ系半田等が用いられる。
【００５５】
上記接触部２０ａは、バネ部２０ｃが上方に付勢されることにより、被検体端子２１ａの表面に形成されている半田めっき層に弾性接触する。このような弾性接触の状態において、例えば１５０℃程度の高温における半導体デバイス２１の通電、測定検査が行われる。ここで、多数の半導体デバイスの着脱が繰り返され、それと共に接触部２０ａのＲｕ含有炭素皮膜１２と被検体端子２１ａの接触、分離が繰り返される。
【００５６】
図８（ｂ）に示したコンタクトピン３０は上下方向に直線状に延伸するものである。ここで、その上端が被検体端子２１ｂに接触する第１接触部３０ａになる第１プランジャ３０ｂと、下端がテストボード１７のランド等に接触する第２接触部３０ｃになる第２プランジャ３０ｄとがバレル３０ｅ内で互いに係合する。これ等のプランジャに基体は例えば金属薄板の打ち抜き加工等により形成される。また、バレル３０ｅは例えば同じ金属材料を基体にする円筒状構造体であり、その表面が基体剥き出しとなる構造であってもよい。この第１プランジャ３０ｂおよび第２プランジャ３０ｄはバレル３０ｅ内のコイルバネ（図示せず）を介して上下に付勢されるようになる。
【００５７】
第１プランジャ３０ｂおよび第２プランジャ３０ｄの表面には、Ｎｉ系の下地めっき層からなる反応バリア層１５が形成される。また、バレル３０ｅの表面にも反応バリア層１５が形成されてもよい。第１プランジャ３０ｂ全体あるいはその第１接触部３０ａでは、更にＣｒから成る密着層１６が形成され、反応バリア層１５と共に中間層１４を構成している。そして、第１接触部３０ａの点線で示した先端の領域に積層してＲｕ含有炭素皮膜１２が部分的に形成される。ここで、中間層１４およびＲｕ含有炭素皮膜１２は図３，４で説明したような多層構造に基体上に積層される。また、第１接触部３０ａの先端は、半導体デバイス２１の被検体端子との接触が良好になるように約９０度の角度をなす三角溝状に形成されるとよい。
【００５８】
これに対して、テストボード１７のランド等に接触する第２接触部３０ｃにおいて、例えば点線より下方なる下端に部分的に、反応バリア層１５に積層して例えばＡｕめっきあるいはＡｕ基合金めっきの貴金属から成る表層めっき皮膜１９が形成される。
【００５９】
コンタクトピン３０は、別種のＩＣソケットにバレル３０ｅで固定されて多数取り付けられる。そして、第１プランジャ３０ｂおよび第２プランジャ３０ｄがバレル３０ｅ内のコイルバネ（図示せず）を介して上下に付勢される。ここで、第２接触部３０ｃは、ストボード１７のランド等に弾性接触している。そして、この付勢により、図８（ｂ）に示すように、第１接触部３０ａがＣＳＰ（Chip Size Package）構造の半導体デバイス２１の半田ボール２１ｂに弾性接触する。この半田ボール２１はいわゆるＢＧＡ（Ball Grid Array）の端子である。この状態において、例えば１５０℃程度の高温における半導体デバイス２１の検査が行われる。そして、多数の半導体デバイス２１の着脱による、第１接触部３０ａのＲｕ含有炭素皮膜１２と半田ボール２１ｂの接触、分離が繰り返される。
【００６０】
上記コンタクトピン２０，３０では、Ｒｕ含有炭素皮膜１２が図８に示した点線からの上方の領域に部分的に形成されるように説明しているが、これに限定されるものでない。Ｒｕ含有炭素皮膜１２あるいは中間層１４は、接触部２０ａの上端面のみに形成されていても構わない。Ｒｕ含有炭素皮膜１２あるいは中間層１４が形成される領域は接触部２０ａあるいは第１接触部３０ａにおいて、半導体デバイス２１の被検体端子に実質的に接触する部分であればよい。
【００６１】
図９はコンタクトプローブ４０の例である。図９に示すように、先端が接触部４０ａとなる弾性接片の接触子４０ｂがプローブ用基板４０ｃに密着層１６を介して接合する。ここで、接触子４０ｂは例えば電鋳法により形成されたＮｉ基合金から成る。プローブ用基板４０ｃはジルコニア、アルミナ等の絶縁体材料から成り、接着層１６はＴｉ、Ｃｒ等の金属材料から成る。そして、接触部４０ａの所定の領域で密着層１６を中間層１４とするＲｕ含有炭素皮膜１２が形成されている。
【００６２】
このような接触子４０ｂは電極パッド４１に対向し、所定の角度で傾斜してプローブヘッド（図示せず）に多数取り付けられる。そして、所要の弾性特性をもつ接触子４０ｂの接触部４０ａは、例えばウエーハテスト工程において電極パッド４１の表面に弾性接触する。このような弾性接触の状態において、ウエーハレベルＣＳＰのいわゆるウエーハレベルバーンインの通電検査が行われる。あるいは、半導体デバイス、ＦＰＤ等の電子デバイスの初期の電気的諸特性の測定が行われる。ここで、接触部４０ａのＲｕ含有炭素皮膜１２と多数の電極パッド４１の接触、分離が繰り返される。この電極パッド４１はＡｌ、Ｓｎ系合金の軟質金属から成る。
【００６３】
上述したように、コンタクトピン２０，３０あるいはコンタクトプローブ４０は、軟質金属から成る被検体端子に繰り返して弾性接触する。しかし、その接触部２０ａ，３０ａ，４０ａはその最表面がＲｕ含有炭素皮膜１２により形成されている。このため、例えば１５０℃程度の高温での検査が繰り返し行われても、従来の導電性を有する硬質炭素膜が離型性コーティングされたコンタクトプローブの場合に較べ、その低い電気抵抗のもとにおいて、被検体端子との接触抵抗の上昇は安定的して大きく抑制される。
【００６４】
また、電子デバイスの検査において、軟質金属から成る被検体端子の溶着あるいは付着はなく、その付着金属の酸化物による接触抵抗の増加もなくなる。更に、Ｒｕ含有炭素皮膜１２のビッカース硬度（Ｈｖ）は容易に１０００以上になり、その耐摩耗性も高い。このようにして、コンタクトピンあるいはコンタクトプローブの電気テスト用コンタクトは長寿命化され、その交換頻度が大幅に低減する。
【００６５】
半導体デバイスや表示デバイス等の被検体端子は、これら電子デバイスの高密度化あるいは高機能化に伴って益々多ピン化あるいは狭ピッチする。そして、使用される電気テスト用コンタクトの数は増加する。また、上述したＣＳＰにおけるＢＧＡの端子、ウエーハレベルＣＳＰの端子、フリップチップ接続するベアチップの端子にみられるように、鉛フリーの軟質金属である半田ボールあるいは半田バンプが被検体端子として多用される。このような中で、長寿命化が容易になる電気テスト用コンタクトは極めて有用になる。
【００６６】
本実施形態の電気テスト用コンタクトは、高い耐摩耗性を有し、電子デバイスの検査において被検体端子との接触抵抗が安定する。そして、その耐久性が大きく向上し、検査のための被検体との間における多数回の繰り返し接触および分離が安定して高い信頼性のもとにできるようになる。このために、その安定した長寿命化が可能になる。特に、例えばバーンイテスト、加速試験のような高温環境下における電子デバイスの検査においてその効果が顕著に現れる。
【００６７】
そして、上述した長寿命化により、電気テスト用コンタクト、その取り付けＩＣソケットあるいはプローブヘッド等の交換頻度が低減する。また、本実施形態の電気テスト用コンタクトの製法は簡便である。このようにして、電気テスト用コンタクトの低コスト化が容易になる。これは、被検体端子の多ピン化あるいは狭ピッチ化において顕著になる。
【００６８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形あるいは変更を加えることが可能である。
【００６９】
本発明は、ウエーハレベルバーンインで用いられる例えばバンププローブのような電気テスト用コンタクトであっても同様に適用される。
【符号の説明】
【００７０】
１０…電気テスト用コンタクト、１１…基体、１１ａ，２０ａ，４０ａ…接触部、１２…Ｒｕ含有炭素皮膜、１３…軟質電極、１４…中間層、１５…反応バリア層、１６…密着層、１７…テストボード、１８…フロー半田、１９…Ａｕめっき層、２０，３０…コンタクトピン、２０ｂ…端子部、２０ｃ…バネ部、２０ｄ…支持部、２０ｅ…固定部、２１…半導体デバイス、２１ａ…パッケージリード、２１ｂ…半田ボール、３０ａ…第１接触部、３０ｂ…第１プランジャ、３０ｃ…第２接触部、３０ｄ…第２プランジャ、３０ｅ…バレル、４０…コンタクトプローブ、４０ｂ…接触子、４０ｃ…プローブ用基板、４１…電極パッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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