(57)【要約】【課題】  接触端子の接触部への導電性金属の付着防止効果が改善された接触端子、および半導体デバイスの検査用接続装置を提供することを目的とする。【解決手段】  半導体デバイスの電極と電気的に接触する接触端子１であって、接触端子１の電極との接触部２の表面粗さにおける最大高さＲｙが１０μｍ以下であり、接触部２は、金属材料を含有する炭素被膜７で形成されていることを特徴とする接触端子、およびこの接触端子１を用いる検査用接続装置の構成とした。【選択図】      図３
2007024613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスの電極と接触する接触端子であって、
前記接触端子の、前記電極との接触部の表面粗さにおける最大高さＲｙが１０μｍ以下であり、
前記接触部は、金属元素を含有する炭素被膜で形成されていることを特徴とする接触端子。
【請求項２】
前記接触部の表面は、メカニカル・ケミカル研磨またはドライ研磨により形成されていることを特徴とする請求項1に記載の接触端子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の接触端子を複数備えることを特徴とする半導体デバイスの検査用接続装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの電極に接触させる接触端子、およびこの接触端子を用いた検査用接続装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣパッケージ等の半導体デバイスには多数の電極が設けられており、これらの電極の表面には、メッキ等によって金あるいは半田等の導電性金属層が形成されている。そして、半導体デバイスの電気特性等の検査は、複数の接触端子を備える検査用接続装置を用い、半導体デバイスの電極に接触端子を電気的に接触させて行なわれている。
【０００３】
このような検査用接続装置では、接触端子を半導体デバイスの導電性金属層が形成された電極に繰り返し接触させるため、接触端子の前記電極との接触部に、半田等の導電性金属が付着するという現象が生じる。この付着した導電性金属が酸化されて電気抵抗が高くなると、接続検査時に接触不良が生じることがある。
【０００４】
従来の接触端子の接触抵抗値は、一般的に初期には０．１〜５０ｍΩであるが、繰り返し使用すると数百ｍΩ程度にまで悪化する例が知られている。
この対策として、従来から接触端子の定期的なクリーニングや交換が行なわれている。しかし、このような対策は半導体製造ラインの生産性と接触端子の寿命を低下させることになる。
【０００５】
そこで、本願発明者らは、接触端子の先端部に低凝集性を有する被膜を形成することにより、半田等の導電性金属が付着し難い接触端子を開発し、特許文献１に開示した。特許文献１には、接触端子の先端部の表面に、炭化物を形成する性質を有する金属元素を含有させた炭素被膜を形成したことを特徴とする接触端子が開示されている。この金属元素を含有させた炭素被膜は金属に対する凝集性が低いので、接触端子への半田等の導電性金属の付着を防止することができる。
【特許文献１】特開２００２−３１８２４７号公報（段落００３０〜００３２、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、半導体製造ラインの生産性向上のために、更に長期間安定して使用できる接触端子の要望が強い。これに加えて、環境汚染防止のためにスズ−銅−銀系の鉛フリー半田が広く使用されるようになった結果、接触端子へのスズの付着問題が顕著となり、更なる金属付着防止が求められている。
【０００７】
そこで本発明では、接触端子の接触部への導電性金属の付着防止効果が改善された接触端子と、接触端子の接触部への導電性金属の付着防止効果が改善された半導体デバイスの検査用接続装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため本発明では、接触端子の電極との接触部が平滑面となるよう表面粗さにおける最大高さＲｙを１０μｍ以下とするとともに、接触部に金属元素を含有する炭素被膜を形成することを特徴とする構成の接触端子を採用した。
また、接触端子の電極との接触部の表面粗さにおける最大高さＲｙが１０μｍ以下で、接触部に金属元素を含有する炭素被膜が形成されている接触端子を複数備えることを特徴とする構成の半導体デバイスの検査用接続装置を採用した。
【発明の効果】
【０００９】
このような接触端子によれば、接触端子の接触部への導電性金属の付着防止効果を改善することができる。
また、このような接触端子を用いれば、接触端子の接触部への導電性金属の付着防止効果が改善された半導体デバイスの検査用接続装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る接触端子１を複数備える検査用接続装置１０の一例を示す斜視図である。図1では半導体デバイス１１がＱＦＰ(Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ)で、検査用接続装置１０がＩＣソケットの場合を想定している。半導体デバイス１１の四辺の外周には、多数の電極１２が所定の間隔で配設されており、各電極１２の表面には導電性金属層である半田被膜が形成されている。
【００１１】
検査用接続装置１０の複数の接触端子１は、樹脂等の絶縁性材料で形成されたハウジング２０に埋め込まれ、各接触端子１の接触部２が半導体デバイス１１の各電極１２と対応する位置に整列して露出している。さらに、整列した接触部２の外側には、後述するアーム５の一部が露出している。
【００１２】
半導体デバイス１１を検査するときには、まずハウジング２０から突出する４本の位置決めピン２１で半導体デバイス１１を所定の位置に合わせ、次に半導体デバイス１１を図１の矢印のように上方から押圧して電極１２を接触端子１の接触部２に電気的に接触させる。なお、押圧は手動でも行なってもよいし、エアシリンダ等を用いて自動的に行なってもよい。
【００１３】
図２は本実施形態に係る接触端子１と電極１２の接触の様子を表す斜視図である。
接触端子１には、電極１２と接触しうる面には接触部２が形成されると共に、外部の計測器(図示せず)に接続するためのピン３が設けられている。また、接触端子１は、たわみを利用したバネ付勢により接触部２を電極１２に押し当てることができる形状に形成される。本実施形態では、支持部４から片持ち梁状に延出するアーム５のたわみを利用してバネ付勢する形状になっている。
【００１４】
前記したように半導体デバイス１１を押圧して、半導体デバイス１１の各電極１２と、対応する接触端子１の接触部２を電気的に接触させた後、電気的検査を行なう。このとき、通電による発熱で電極１２の半田被膜の一部が融解し、また、バネ付勢された接触部２は電極１２を擦るようにして接触・離脱する。従来、接触部２の表面に半田が付着する原因はこれら２点が主な原因と考えられている。さらに、接触部２に付着した半田等の金属が酸化されて酸化被膜になると、接触抵抗が増大する結果、電気的検査の信頼性が低下することとなる。
【００１５】
図３は、本実施形態に係る接触端子１の接触部２の断面構造を模式的に表す要部拡大図である。本実施形態に係る接触端子１の接触部２は、金属元素を含有するアモルファス構造の炭素被膜７で形成されている。アモルファス構造の炭素被膜７は、表面の凝集性が低いので、融解した半田等の金属の付着が抑制される。
【００１６】
さらに、炭素被膜７の表面の全面が表面粗さにおける最大高さＲｙが１０μｍ以下の平滑な面で形成されているので、接触部２が電極１２を擦るようにして接触・離脱しても、半田等の金属が掻き取られ難い。このため、接触部２を形成する炭素被膜７への半田等の付着を防止できる。このようにして、電極１２と接触しうる面である接触部２の全面について、半田等の金属の付着を有効に防止することができる。
【００１７】
以下に、本実施形態に係る接触端子１について更に詳しく説明する。接触端子１は、母材にＣｕ、Ｎｉ等の金属、若しくはこれら金属元素のいずれかを主体として含む合金、例えばベリリウム銅、リン青銅、ニッケル合金を用いて所定の形状に加工し、接触部２が形成される部分を所定の表面粗さに研磨した後に炭素被膜７を形成して得ることができる。
【００１８】
本実施形態に係る検査用接続装置１０は、多数の電極１２を有する半導体デバイス１１の検査を目的としているので、母材から同一形状の接触端子１を大量に加工する必要がある。これに適した加工方法として、プレス切断、レーザー溶断、放電切断、ルータによる切断等を用いることができる。しかし、このような加工方法を用いた場合、接触端子１の切断面は非常に粗い状態、もしくは不均一な状態になる。
【００１９】
そこで本実施形態では接触端子１を加工した後、接触部２が形成される部分の表面粗さにおける最大高さＲｙが１０μｍ以下となるように予め研磨しておく。この研磨段階で最大高さＲｙを１０μｍ以下にしておくことで、接触部２の表面の最大高さＲｙを１０μｍ以下にすることができる。
【００２０】
接触部２の研磨は、酸化アルミニウム等の研磨剤を樹脂、ゴム、不織布に含有させた研磨材や砥石用いるドライ研磨、あるいはコロイダルシリカスラリー等を用いるメカニカル・ケミカル研磨など、公知の研磨方法により、Ｒｙが１０μｍ以下となる研磨材を適宜選択して行なうことができる。また、最大高さＲｙの値は小さいほど半田等の金属の付着を防止する上で好ましい。但し、最大高さＲｙを０．５μｍ未満にするためには清浄な環境を保つための設備が必要となり、製造コストの増加を招く。
【００２１】
接触部２を形成する炭素被膜は、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）、スパッタリング法およびアークイオンプレーティング法（ＡＩＰ法）等、様々な方法で形成することができる。電気抵抗の低い炭素被膜を形成し易いことや、炭素被膜に金属元素を導入し易いことから、スパッタリング法やＡＩＰ法を適用することが好ましい。特に、スパッタリング法は、良質な炭素被膜７を形成できることから好ましい。
【００２２】
すなわち、炭素被膜の構造には、ダイヤモンド構造やグラファイト構造があり、充分な硬度と低い電気伝導を得るためには両者の中間的な構造であるアモルファス構造が望ましい。スパッタリング法によれば、このような構造を容易に形成することができ、また電気伝導を阻害する水素の混入もほとんど生じることはない。
【００２３】
また、接触部２を形成する炭素被膜には、電気抵抗を小さくするために金属元素を含有させることができる。このような金属元素は、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉ等の内の１種以上を適宜選択して用いることができる。特に、少なくともＷを１０〜３０原子％含有する炭素被膜は、半田等の金属の付着を防止する効果が優れている。
【００２４】
Ｗの含有量が１０原子％未満では、接触部２への半田等の金属の付着防止効果が不十分であり、Ｗの含有量が３０原子％を超えるとＷの酸化物が生じやすくなり電気的試験の信頼性が低下する。更に炭素被膜中のＷの含有量を１４〜２０原子％にすれば、半田等の金属の付着防止効果をより高め、かつＷの酸化物の生成をより効果的に抑制することができる。
【００２５】
炭素被膜に金属元素を含有させるには、前記のスパッタリング法を用いることができる。具体的には、一つのカーボンターゲットと、炭素被膜に含有させる各金属元素の個々のターゲット、またはこれら金属元素とカーボンを混合した複合ターゲットを使用することによって、意図する金属元素を含有した炭素被膜を容易に形成できる。ここで、複合ターゲットとは、カーボンとその他の金属元素をモザイク状に配設し、若しくはマトリックス内に含有させるような形態で混合させたものである。
【００２６】
また、本実施形態の変形例として、炭素被膜７の母材への密着性を高めるために、炭素被膜７と母材の間に炭素と金属元素の比率が徐々に変化する傾斜組成の中間層を設けることもできる。傾斜組成の中間層を設ける場合も、スパッタリング法で複数のターゲットを準備しておき、それぞれヘの投入電力を調整することで容易に傾斜組成の中間層を形成することができる。
【００２７】
なお、炭素被膜７の厚みは、０．５〜１．０μｍとすることが好ましい。炭素被膜７の厚みが０．５μｍ未満では炭素被膜７の剥離が生じやすく、１．０μｍを超えると接触部２の電気抵抗が高くなるので好ましくない。また、接触部２を形成する炭素被膜７は、接触端子１が半導体デバイス１１の電極１２と接触する可能性がある部分にのみ形成すれば足りる。
以上説明した接触端子１を用いた検査用接続装置１０は、図１に示したように樹脂製のハウジング２０の所定の位置に接触端子１を配設し、ピン３に導電線を半田付け等により取り付けて製造することができる。
【００２８】
以下、本発明を実施例によってより具体的に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、発明の実施形態および実施例の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。また、実施形態では検査用接続装置１０がＩＣソケットである場合を例に説明したが、プローブカード、スプリングプローブに本発明の接触端子１を適用することもできる。
【実施例】
【００２９】
＜実施例１＞
ニッケルの薄板からプレス切断で所定の形状の接触端子１を打ち抜き、接触部２を形成する部分を酸化アルミニウムの微粉を含む研磨材（住友スリーエム社製：商品名＜３Ｍ＞ラッピングフィルムシート３μＡＯ）で粗研磨して表面の最大高さＲｙを１５μｍとし、次いで更に目の細かい研磨材（住友スリーエム社製：商品名＜３Ｍ＞ラッピングフィルムシート０．３μＡＯ：粒度０．３μｍの酸化アルミニウムを用いた研磨材）でＲｙが１０μｍ以下の平滑面に加工したのち、Ｗを含有する炭素被膜７を以下の手順で形成した。
【００３０】
まず、市販のマグネトロンスパッタ装置内にグラファイトターゲットとクロムターゲットを配置し、これらに対向するように接触端子１を設置し、１×１０-4Ｐａ以下まで真空排気した後、Ａｒガスを圧力２ｍｍＴｏｒｒとなるまでチャンバー内に導入し、高周波電圧を印加することでＡｒプラズマを生成させ、Ａｒイオンによる接触部２のスパッタエッチングをＲｆパワー：５００ワットにて３分間行なった。なお、接触端子１の接触部２以外の部分はマスキングしておいた。また、グラファイトターゲットにＷのチップを少量置き複合ターゲットとしておき、形成された炭素被膜７が約１４原子％のＷを含有するように調整した。これにより、母材のニッケル上に、クロム膜／クロムとグラファイトとＷを含有する傾斜組成の中間層／グラファイトとＷを含有する炭素被膜７の順に積層された構造の接触端子１を製造した。
【００３１】
そして、接触部２の表面粗さにおける最大高さＲｙと、算術平均粗さＲａを測定した。以下、実施例１に係る接触端子１を研磨品ということがある。なお、炭素被膜７中のＷ含量はエネルギ分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）で確認した。
【００３２】
次に、接触端子１を荷重３０ｇ〜２００ｇ、ストローク０．２ｍｍ〜０．９ｍｍ、電流１Ａ以下の条件で、表面にスズメッキが施された通電可能なプレート（以下、試験プレートと記す）と２０００回コンタクトさせた後、接触部２の表面の異物の付着状況を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、スズ付着量をＥＤＸで評価した。なお、ＳＥＭは日立製作所製ＳＥＭＥＤＸＩＩＩ型ＴｙｐｅＮ、ＥＤＸは堀場製作所製ＥＭＡＸＥＸ−２０００で測定した。
【００３３】
なお、最大高さＲｙと算術平均粗さＲａは、キーエンス社製のＶＫ８５５０型超深度形状測定顕微鏡で２０倍の対物レンズを使用し、目視で傷と見なされるような並はずれて高い山および低い谷が無い部分から、１００×２００μｍの範囲を抜き取って自動測定した。Ｒｙは、平均線から最も高い山頂までの高さＹｐと最も低い谷底までの深さＹｖとの和を演算して求めた。また、Ｒａは平均面から測定曲面までの偏差の絶対値を合計した後、平均値を演算することにより求めた。なお、上記の顕微鏡はレーザ光の反射を利用しており、１００×２００μｍの範囲を１３９×２７７ピクセルで測定して全ドットのデータを用いてＲｙとＲａを演算するものである。
【００３４】
＜比較例１＞
実施例１の研磨を行なわなかった点を除き、実施例１と同じ方法で接触端子１を製造した。そして、実施例１と同一の方法・装置で同一の分析・測定を行なった。（以下、比較例１の接触端子１を非研磨品ということがある。）
【００３５】
＜比較例２＞
実施例１において研磨を行なわず、かつ、Ｗを含有する炭素被膜７の代わりに電解メッキによる金メッキで接触部２を形成した接触端子１を製造した。そして、実施例１と同一の方法・装置で同一の分析・測定を行なった。（以下、比較例２の接触端子１を金メッキ品ということがある。）
【００３６】
図４ａ〜図４ｃに、試験プレートとコンタクトさせる前後の、実施例１および比較例１〜２に係る各接触端子１の接触部２のＳＥＭ写真を示す。また、表1に、試験プレートとのコンタクト前の実施例１および各比較例に係る各接触端子１の接触部２の最大高さＲｙ、算術平均粗さＲａと、コンタクト後付着していたスズの質量濃度を示す。ここで、スズの質量濃度とは、ＥＤＸで検出されたカーボン、Ｗ、Ａｒ、スズの総質量を１００としたときのスズの含有率（％）のことを言う。
【００３７】
【表１】
2007024613.tif 000003
【００３８】
実施例１の研磨品の表面（図４ａ）のＳＥＭ写真には、コンタクト前後で大きな変化は認められず、表面の全面にわたって異物の顕著な付着は認められなかった。
これに対し、比較例１の非研磨品（図４ｂ）のコンタクト後のＳＥＭ写真では、左上付近に異物の付着が認められ、比較例２（図４ｃ）の金メッキ品のＳＥＭ写真では、左上から左下にかけて更に顕著な異物の付着が認められた。ＥＤＸ分析により、これらの異物はスズであることが確認できた。
【００３９】
さらに、ＥＤＸで測定したスズの付着量を比較すると、実施例１の研磨品への付着量は、比較例１（非研磨品）の２％以下、比較例２の１０００分の１以下であった。このことから、本発明に係る接触端子１へのスズの付着量は、従来のものと比較して極めて微量であることが明白に示された。
【００４０】
以上から、接触部２を、表面の最大高さＲｙが１０μｍ以下でＷを含有する炭素被膜７で形成することにより、表面への異物(スズ)の付着を有効に防止できるという顕著な効果が得られることが明らかとなった。
また、別な見方をすれば、接触部２を、表面の算術平均粗さＲａが０．５０μｍ以下でＷを含有する炭素被膜７で形成することにより、表面への異物(スズ)の付着を有効に防止できるといえる。
【００４１】
なお、比較例１と比較例２の比較により、金メッキよりもＷを含有する炭素被膜７で接触部２を形成する方が高い付着防止効果を得られることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施形態に係る接触端子を複数備える検査用接続装置の一例を示す斜視図である。
【図２】本実施形態に係る接触端子と電極の接触の様子を表す斜視図である。
【図３】本実施形態に係る接触端子の接触部の断面構造を模式的に表す要部拡大図である。
【図４】（ａ）は実施例１、（ｂ）は比較例１、（ｃ）は比較例２に係る各接触端子の接触部２の  コンタクト前後の表面ＳＥＭ写真を示す。
【符号の説明】
【００４３】
１      接触端子
２      接触部
７      炭素被膜
１０    検査用接続装置
１１    半導体デバイス
１２    電極
【図１】
2007024613.tif 000004
【図２】
2007024613.tif 000005
【図３】
2007024613.tif 000006
【図４】
2007024613.tif 000007