(57)【要約】【課題】導電性と耐久性を兼ね備えた炭素皮膜を、先端が分割された基材に対して形成するようなコンタクトプローブピンにおいて、使用環境が高温になる様な状況下においても、Ｓｎ付着を極力低減し、長期間に亘って安定な電気的接触を保つことのできるコンタクトプローブピン、およびコンタクトプローブピンを用いた有用な検査方法を提供する。【解決手段】本発明のコンタクトプローブピンは、先端が２つ以上の突起に分割され、該突起で被検面に繰り返し接触するコンタクトプローブピンであって、少なくとも前記突起の表面には、金属および／またはその炭化物を含有する炭素皮膜が形成されており、前記突起の各頂部には、被検面に接触する方向に対して略垂直方向の平坦面を有すると共に、当該平坦面の合計面積が５００μｍ2以上、５０００μｍ2以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端が２つ以上の突起に分割され、該突起は被検面に繰り返し接触するためのものであって、少なくとも前記突起の表面には、金属および／またはその炭化物を含有する炭素皮膜が形成されており、前記突起の各頂部は、被検面に接触する方向に対して略垂直方向の平坦面であると共に、当該平坦面の合計面積が５００μｍ2以上、５０００μｍ2以下であることを特徴とするコンタクトプローブピン。
【請求項２】
前記平坦面がコンタクトプローブピンの側面と鈍角をなすように前記側面の形状を調整したものである請求項１に記載のコンタクトプローブピン。
【請求項３】
前記金属は、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、ＴｉおよびＣｒよりなる群から選択される１種以上である請求項１または２に記載のコンタクトプローブピン。
【請求項４】
前記金属および／またはその炭化物の含有量は５〜３０原子％である請求項１〜３のいずれかに記載のコンタクトプローブピン。
【請求項５】
前記炭素皮膜の厚さは０．１〜５μｍである請求項１〜４のいずれかに記載のコンタクトプローブピン。
【請求項６】
検査される被検面は、ＳｎまたはＳｎ合金からなるものである請求項１〜５のいずれかに記載のコンタクトプローブピン。
【請求項７】
先端が２つ以上の突起に分割されたコンタクトプローブピンを用い、該突起を被検面に繰り返し接触させて検査するに当り、少なくとも前記突起の表面には、金属および／またはその炭化物を含有する炭素皮膜を形成しておき、前記突起の各頂部には、被検面に接触する方向に対して略垂直方向の平坦面を形成しておくと共に、当該平坦面を１０Ｎ／ｍｍ2以上、１０００Ｎ／ｍｍ2以下の圧力で被検面に接触させて検査することを特徴とする検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の電気特性を検査するために用いられ、先端が複数の突起に分割された形態のコンタクトプローブピン、およびコンタクトプローブピンを用いた検査方法に関するものであり、特に検査の繰り返しによって導電性が劣化しないような耐久性に優れたコンタクトプローブピン、および検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（ＩＣ）、大規模集積回路（ＬＳＩ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の電子部品（即ち、半導体素子を用いた電子部品）は、半導体素子の電極にプローブピンを接触させてその電気特性が検査される。このような検査装置（半導体検査装置）で用いられるプローブピン（コンタクトプローブピン）は、導電性が良好なこと（接触抵抗値が低いこと）は勿論のこと、検査対象としての電極の面（被検面）との繰り返し接触によっても安定した抵抗値を示すこと（接触抵抗値が変動しないこと）が要求される。
【０００３】
コンタクトプローブピンの接触抵抗値は、一般的には１００ｍΩ以下程度に設定されている。しかしながら、被検面との繰り返し検査を行なうことによって、数１００ｍΩから数Ωにまで悪化することがある。
【０００４】
その対策として、従来から、接触端子の定期的なクリーニングや交換が行われているが、これらは検査工程の信頼性と稼働率を著しく低下させることがあるので、別の対策が検討されている。特にハンダ材料やＳｎメッキ電極などでは、柔らかいために削り取られて接触端子表面に付着しやすい特性があり、且つ表面が酸化しやすいために高抵抗となって、安定した抵抗値を維持しつつ接触させることが難しくなる。
【０００５】
ハンダ材料（例えば、ＳｎＡｇＣｕ合金のような鉛フリーハンダ）やＳｎメッキ電極などのように、表面に抵抗の高い酸化皮膜を形成する金属に対するコンタクトプローブピンの形態としては、その先端部の形状をより尖鋭なものにする傾向があり、またこうした傾向に基づいて開発されている。これは、接触する相手電極の酸化皮膜を効率良く除去して良好な接触状態を維持するためには、鋭い先端部を有することが有利であると考えられているからである。また、鋭い形状に電極材料が付着（以下、「Ｓｎ付着」で代表することがある）しても、排斥力が働きやすいとも考えられている。
【０００６】
こうした技術として、例えば特許文献１には、特殊な製造方法で先端を鋭利な形状にすると共に、炭素を含む皮膜による表面コーティングによって、Ｓｎ付着の低減と相手電極表面酸化膜の効率的な除去を実現する技術が提案されている。また、特許文献２には、鋭利な先端構造で相手電極の非導電性層に切り込みを入れ、コンタクトプローブピン先端への相手電極から削り取られた粒子の堆積を防止する技術が提案されている。このように、コンタクトプローブピン先端を鋭利な形状にすることは、相手電極の酸化皮膜を効率的に除去し、且つ相手電極から削り取られた粒子の堆積を防止するという観点からすれば、有用な形態である。
【０００７】
コンタクトプローブピンの素材としては、硬度の高いタングステン（Ｗ）やベリリウム銅（Ｂｅ−Ｃｕ）等の基材表面に、ＡｕやＰｄ等をメッキしたものが使用されてきた。しかしながら、これらの素材からなるコンタクトプローブピンでは、ハンダ材料やＳｎメッキ等の素材からの電極材料（特に、Ｓｎ）が、コンタクトプローブピンの先端に付着しやすく、また付着した電極材料は表面酸化する等の理由によって、コンタクトプローブピンによる接触抵抗値が不安定になるという問題がある。
【０００８】
上記のようなＳｎ付着による問題を低減し、接触抵抗値を安定化させる方法として、コンタクトプローブピンの先端部近傍（電極と接触する先端部とその近傍）に、炭素皮膜をコーティングする技術も提案されている（例えば、特許文献３〜６）。これらの技術では、ダイヤモンドライクカーボン（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ：ＤＬＣ）に代表される炭素皮膜に対して、タングステン（Ｗ）等の合金元素を混入させて、炭素皮膜の持つ被検面（相手電極）に対する低付着性と、混入させた金属（若しくはその炭化物）の働きによる高い導電性を併せ持つ様な表面皮膜とすることが、重要な要件となっている。
【０００９】
一方、半導体素子の実装技術として、ボールグリッドアレー（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ：ＢＧＡ）パッケージが普及している。こうしたＢＧＡパッケージでは、その電極は半割りボール状のハンダの形態となっている。また、半導体ウエハ上にハンダを直接形成した実装形態も増加している。これらの立体的な電極に対しては、２以上の複数の突起（特に、３以上の突起）を有することで、安定な接触を実現することが可能である。また、従来の電子部品の電極のように、平坦な面を有するものに対しても、複数の頂点(突起の頂部)を有することによって、位置ずれや不測のパーテシィクルの噛み込み等にも対応できる機能を有するものとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−３８６４１号公報
【特許文献２】特開２０１０−７３６９８号公報
【特許文献３】特開平１０−２２６８７４号公報
【特許文献４】特開２００２−３１８２４７号公報
【特許文献５】特開２００３−２３１２０３号公報
【特許文献６】特開２００７−２４６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
コンタクトプローブピンの先端近傍に、炭素皮膜をコーティングする技術は、Ｓｎ付着による問題を低減し、接触抵抗値を安定化させる方法として有用とされている。しかしながら、炭素皮膜をコーティングした場合であっても、電子部品が高温となる条件下、即ち接触する相手電極が高温になるような条件下では、炭素皮膜にＳｎ付着が生じる場合があるという問題がある。
【００１２】
炭素皮膜はＳｎ等と反応することはなく、Ｓｎが高温になったとしても炭素皮膜表面で合金を形成することはない。このため、従来のＡｕやＰｄ合金のコンタクトプローブピンと比較して、炭素皮膜を形成したコンタクトプローブピンはＳｎが表面に付着しにくい傾向があるとされていた。また、炭素皮膜の表面に付着したＳｎは、機械的、化学的に除去することは比較的容易であり、それほど問題はないとされてきた。ところが、室温では殆ど付着することがないＳｎが、９０℃や１３０℃の高温条件下では、付着が増加する傾向があり、Ｓｎ付着による問題が顕在化することがある。
【００１３】
Ｓｎやハンダ材料は、元々室温でも柔らかく、コンタクトプローブピンの接触で削り取られてコンタクトプローブピンに付着することが問題となるが、高温になることによって更に硬度が低下し、この傾向が高くなる。このことが、Ｓｎ付着が進行する理由であると考えられる。本発明者らが実験によって確認したところによれば、Ｓｎは室温（２５℃）ではビッカース硬さ：８．９Ｈｖであるが、８５℃になればビッカース硬さ：６．８Ｈｖまで低下することが判明している。尚、Ｓｎ膜の硬さは、ナノインデンテーション法によって測定した値を換算したものである（ビッカース硬さ：８.９Ｈｖおよび６．８Ｈｖは、ナノインデンテーション法による０．１１７ＧＰａおよび０．０８９ＧＰａに相当）。
【００１４】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、導電性と耐久性を兼ね備えた炭素皮膜を、先端が分割された基材に対して形成するようなコンタクトプローブピンにおいて、使用環境が高温になる様な状況下においても、Ｓｎ付着を極力低減し、長期間に亘って安定な電気的接触を保つことのできるコンタクトプローブピン、およびコンタクトプローブピンを用いた有用な検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決し得た本発明のコンタクトプローブピンとは、先端が２つ以上の突起に分割され、該突起は被検面に繰り返し接触するためのものであって、少なくとも前記突起の表面には、金属および／またはその炭化物を含有する炭素皮膜が形成されており、前記突起の各頂部は、被検面に接触する方向に対して略垂直方向の平坦面であると共に、当該平坦面の合計面積が５００μｍ2以上、５０００μｍ2以下である点に要旨を有する。尚、「略垂直方向」とは、基本的に垂直方向であるが、この垂直方向に対して２０°程度まで傾斜していてもよいことを意味する。
【００１６】
本発明のコンタクトプローブピンにおいて、前記平坦面がコンタクトプローブピンの側面と鈍角をなすように側面の形状を調整したものであることが好ましい。尚、「鈍角をなす」とは、コンタクトプローブピンの軸心を含む断面において、前記平坦面の接線と、コンタクトプローブピンの側面の接線とのなす角度θが鈍角（９０°＜θ＜１８０°）であることを意味する。但し、前記接線は、前記平坦面と前記側面の交点から０．１ｍｍ以内の範囲で得られる接線を意味する。
【００１７】
いずれの構成を採用するにしても、前記金属は、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、ＴｉおよびＣｒよりなる群から選択される１種以上であることが好ましい。また、前記金属および／またはその炭化物の含有量は５〜３０原子％であることが好ましい。更に、炭素皮膜の厚さは０．１〜５μｍであることが好ましい。
【００１８】
本発明のコンタクトプローブピンによる効果は、検査される被検面がＳｎまたはＳｎ合金からなるものであるときに有効に発揮されるものとなる。
【００１９】
一方、上記目的を達成することのできた本発明の検査方法とは、先端が２つ以上の突起に分割されたコンタクトプローブピンを用い、該突起を被検面に繰り返し接触させて検査するに当り、少なくとも前記突起の表面には、金属および／またはその炭化物を含有する炭素皮膜を形成しておき、前記突起の各頂部には、被検面に接触する方向に対して略垂直方向の平坦面を形成しておくと共に、当該平坦面を１０Ｎ／ｍｍ2以上、１０００Ｎ／ｍｍ2以下の圧力で被検面に接触させて検査する点に要旨を有するものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、先端が２つ以上に分割された突起の表面に、金属および／またはその炭化物を含有する炭素皮膜を形成し、前記突起の各頂部には、被検面に接触する方向に対して略垂直方向の平坦面を有すると共に、平坦面の合計面積が５００μｍ2以上、５０００μｍ2以下であるようにコンタクトプローブピンを構成するか、または平坦面が１０Ｎ／ｍｍ2以上、１０００Ｎ／ｍｍ2以下の圧力で被検面に接触するようにしたので、使用環境が高温になる様な状況下においても、Ｓｎ等の付着を極力低減でき、長期間に亘って安定な電気的接触を保つことができた。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のコンタクトプローブピン（実施例）の外観形状の一例を示す概略説明図である。
【図２】本発明のコンタクトプローブピンをボール状電極に接触する状況を模式的に示した概略説明図である。
【図３】本発明のコンタクトプローブピンを用いたときの電気抵抗値の変化を示すグラフである。
【図４】比較例１のコンタクトプローブピンを用いたときの電気抵抗値の変化を示すグラフである。
【図５】比較例２のコンタクトプローブピンを用いたときの電気抵抗値の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
コンタクトプローブピンの構成としては、先端部の形状をより尖鋭なものにする傾向があり、またこうした傾向に基づいて開発されている。これは、接触する相手電極の酸化皮膜を効率良く除去して良好な接触状態を維持するためには、鋭い先端部を有することが有利であると考えられているからである。
【００２３】
先端部に平坦面を有するコンタクトプローブピンは知られているが、専ら安定な接触面積を確保するために採用される場合が多く、Ａｕ電極等のように安定な相手電極向けのものに限られており、相手電極がハンダ材料やＳｎ等からなるものには不利であるとされていた。また、先端部に平坦面を有するコンタクトプローブピンは、その接触点が１点のみのもの（即ち、複数の突起のないもの）に限られており、複数の突起を有するもの（この形状のものは一般に「クラウン形状」と呼ばれている）には、鋭利な先端を有するものが採用されていた。
【００２４】
本発明者らは、上記のような既成概念にとらわれることなく、先端が複数の突起に分割されたコンタクトプローブピンにおいて、突起の頂部に形成された炭素皮膜にＳｎ付着を極力低減できる形態について、様々な角度から検討した。その結果、前記突起の表面に、金属および／またはその炭化物を含有する炭素皮膜が形成されており、前記突起の各頂部は、被検面に接触する方向に対して略垂直方向の平坦面であると共に、平坦面の合計面積が５００μｍ2以上、５０００μｍ2以下であるようにすれば、使用環境が高温になる様な状況下においても、Ｓｎ等の付着を極力低減でき、長期間に亘って安定な電気的接触を保つことのできるコンタクトプローブピンが実現できことを見出し、本発明を完成した。
【００２５】
図１は、本発明のコンタクトプローブピン（実施例）の外観形状の一例を示す概略説明図である。このコンタクトプローブピン１は、先端が４つの突起２に分割され、各突起２の頂部は、被検面に接触する方向に対して略垂直方向の平坦面３である。このコンタクトプローブピン１においては、各突起２の平坦面３は、図示するように略扇状（２辺が直線、一辺が円弧状）のものとなっている。尚、各平坦面３は、突起２が３以上有するときには、基本的には同一平面上に位置することになる。また、突起２は、先端に近づくほど細くなっており、この実施例では外側面が略直立で内側面が傾斜した構成となっている。
【００２６】
本発明のコンタクトプローブピンにおいては、炭素皮膜の形成と、上記のような平坦面の組み合わせによって、高温でＳｎ付着が生じやすい状況下においても、安定的にＳｎ付着を低減し、且つＳｎ系電極の表面酸化皮膜を効率良く除去しつつ、安定した接触を継続的に実現できたのである。
【００２７】
炭素皮膜の形成と平坦面の存在によるＳｎ付着低減のメカニズムは明らかではないが、次のように考えることができる。典型的なクラウン形状のコンタクトプローブピンでは、ハンダ材料やＳｎに対して、５〜２０μｍ程度の深さの接触痕が形成されることが多い。即ち、先端が尖鋭であるような典型的なクラウン形状のコンタクトプローブピンでは、先端形状よりも大きな接触痕が発生する場合があり、プローブの平坦部や緩やかな傾斜部分よりも略垂直に近い斜面での相手材への接触が繰り返されることになる。
【００２８】
このような箇所では、相手電極が膜面に対して横方向に強く擦り付けられるような接触となり、膜面の僅かな凹凸（基材由来のもの）でＳｎが削り取られ、転写する可能性が高くなるものと考えられる。また、先端が尖鋭な形状のプローブでは、基材の機械的な切削加工やその上の薄膜（ＮｉやＡｕ、炭素皮膜も含めて）を形成する際に、平坦部とは条件が異なり、切削疵や膜質の変化等による僅かな凹凸の増加の可能性があり、Ｓｎ付着増加が発生するものと考えられる。
【００２９】
これに対し、本発明のコンタクトプローブピンのように、突起の頂部が平坦面であることによって、相手電極に対して不要に擦り付けられることがない。また、基材は複雑な曲面を形成することなく、単純な切削加工によって平坦面を形成できること、およびこの平坦面に薄膜（炭素皮膜）を形成することの容易さから、上記のような凹凸の存在自体を低減できることになる。そして、このような平坦面を所定量存在させ、その表面に炭素皮膜が形成されていれば、相手電極の素材（特に、Ｓｎ）の付着を防止できるものとなる。また、このような部分に対して、相手電極の酸化皮膜を除去した面を接触させること、即ち、相手電極を変形させた上で接触させることが安定的な接触が実現できるものとなる。しかも、その製造の容易さからして、低コストが実現できるものとなる。
【００３０】
このような効果は、相手電極が平坦な面を有するものは勿論のこと、ＢＧＡパッケージのような半割りボール状電極のように、球面を有する電極においても、同様に発揮できる。ボール状電極に接触する状況を模式的に図２（概略説明図）に示す。ボール状電極に対して、コンタクトプローブ１を接触させる方向に対して垂直に平坦面を有する。この場合、平坦面がボールに接触しやすいように、プローブ全体の先端を先にいくほど細らせるような形状が好ましい。
【００３１】
本発明のコンタクトプローブピン１においては、前記平坦面３がコンタクトプローブピン１の側面４（前記図１参照）と鈍角をなすように側面の形状を調整した構成することが好ましい。こうした部分を存在させることによって、プローブと相手電極との接触を安定にし、プローブ側面への相手電極材の付着を極力低減させることができる。平面を押し付けることによって、表面酸化膜を含む変形したＳｎやＳｎ合金等が効率良く接触面から排除され、良好な接触面を形成することができる。また、電極側の必要以上の損失を低減することもできる。尚、コンタクトプローブピンの側面４は、突起２の側面（外側面）と連続面を為している。
【００３２】
また、耐久性向上および品質安定性の観点から、平坦面３とコンタクトプローブピン１の側面４との境界部分５（前記図１参照）に、隅取りを行って曲面Ｒを形成する（丸みを持たせる）ことも有効である。こうした部分の形成は、表面に形成する炭素皮膜の厚さを厚くしたり、薬剤でのエッチング研磨処理等で容易に達成することができる。
【００３３】
上記のような効果を発揮させるためには、頂部の平坦面における合計面積は５００〜５０００μｍ2とする必要がある。好ましくは８００μｍ2以上、３０００μｍ2以下である。この合計面積が５００μｍ2未満あれば、Ｓｎ付着を低減させるための平坦面の面積が十分でなく、繰り返しの接触により、Ｓｎ付着が増加する面積が大きいため、安定な接触が得られにくい。これに対して、合計面積が５０００μｍ2を超えると、電極表面の酸化皮膜が十分除去できないため高抵抗になりやすい。
【００３４】
本発明のコンタクトプローブピンは、基材の表面（先端付近の表面）に、金属および／またはその炭化物を含有する炭素皮膜を形成することによって構成されるが、用いる基材としては、例えばベリリウム合金（Ｂｅ−Ｃｕ）、炭素工具鋼のいずれかからなるものが適用できる。但し、これらに限定されるものではない。また、基材にはその表面や電極との接触部分に、ＡｕやＰｄ、Ａｕ合金またはＰｄ合金等の貴金属が形成されているものも知られているが、本発明で用いる基材は、そのいずれも適用できる。或は、基材そのものが、ＡｕやＰｄ、Ａｕ合金またはＰｄ合金等で構成されていても良い。
【００３５】
炭素皮膜は上記各種基材に対して反応性が低い上に、硬く、内部応力も大きいために、基材上に安定に形成することは困難である。こうしたことから、基材と炭素皮膜の密着性を高めるために、両者の間に、ＣｒやＷを含む層を介在させ、更に必要によってその傾斜組成層を設けることが有効であることも知られているが、こうした構成も採用できる。このＣｒやＷを含む層と基材表面との密着性を更に改善するために、上記のようなＣｒやＷを含む層の下地層として、更にＮｉまたはＮｉ合金からなる層を介在させることで、ＡｕやＰｄ等によって構成される基材表面上に炭素皮膜を安定的に密着させることができるものとなるので好ましい。
【００３６】
コンタクトプローブピンの基材表面に炭素皮膜を形成する方法としては、ＣＶＤ法（化学蒸着法）やスパッタリング法等が適用できる。このうちＣＶＤ法では、原料ガスとして水素を含むものを使用することから、炭素皮膜中に水素が含有されることになり、炭素皮膜が低いものしか形成できないことになる。これに対して、スパッタリング法を適用した場合には、良好な特性の炭素皮膜が形成できるので好ましい。
【００３７】
炭素皮膜中に含有させる金属は、容易に炭化物を形成する金属である場合には、炭素皮膜中に均一に分散し、非晶質で均一な状態に保つことになる。こうした観点から、炭素皮膜中に含有させる金属としては、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）等が挙げられ、これらの金属の１種以上を用いることができる。このうち、炭化物の安定性や安価に入手できることを考慮すれば、タングステンが最も好ましい。
【００３８】
炭素皮膜中に含有される金属はその製造原理からして、金属単体若しくは炭化物の形態となり（或は、混在した状態）、その含有量によって炭素皮膜の電気抵抗値が決定される。本発明のコンタクトプローブピンで形成される炭素皮膜は、上記のような特性を発揮するものとなり、その値は検査時に要求される接触抵抗値や硬度を満足するものとなる。そして、上記のような特性を満足させるという観点からして、コンタクトプローブピンの先端の炭素皮膜中の金属および／またはその炭化物の含有量は、５〜３０原子％程度が好ましい。
【００３９】
本発明のコンタクトプローブピンにおいては、炭素皮膜の厚さが薄過ぎると炭素皮膜を形成する効果が発揮されないので、０．１μｍ以上とすることが好ましい。しかしながら、炭素皮膜の厚さが厚過ぎると抵抗値が高くなるので、５μｍ以下であることが好ましい。炭素皮膜の厚さは、０．２μｍ以上であることがより好ましく、２μｍ以下であることがより好ましい。
【００４０】
本発明のコンタクトプローブピンによって検査される被検面（相手電極）は、通常ハンダが用いられるが、これは基本的にＳｎを含むものであり、このＳｎは特にコンタクトプローブピンの表面に付着しやすいものである。従って、被検面がＳｎまたはＳｎ合金からなる場合、本発明のコンタクトプローブピンを適用すると、特にその効果が有効に発揮される。
【００４１】
ところで、コンタクトプローブピンによる検査では、接触時に数グラム〜数十グラム程度、より具体的には５〜５０ｇ程度の荷重をかけることが一般的であるが、このときの相手電極素材の硬度に対応して、電極が変形して最終的に接触する角度が決まることになる。本発明者らは、先端が２つ以上の突起に分割され、少なくとも前記突起の表面に金属および／またはその炭化物を含有する炭素皮膜が形成されると共に、突起の各頂部は、被検面に接触する方向に対して略垂直方向の平坦面であるコンタクトプローブピンを用いて、５〜４０ｇ程度の荷重をかけた場合に、圧力（平坦面単位面積当りの圧力）と、コンタクトプローブの耐久性との関係についても検討した。
【００４２】
その結果、平坦面を１０Ｎ／ｍｍ2以上、１０００Ｎ／ｍｍ2以下の圧力で被検面に接触させて検査するようにすれば、Ｓｎ付着を極力低減しつつ、コンタクトプローブピン自体や相手電極が機械的に破損することなく、良好な電気的接触が安定して実現できることも見出している。こうした効果を発揮させるためには、平坦面を接触させるときの圧力は、平坦面の面積当り１０Ｎ／ｍｍ2以上、１０００Ｎ／ｍｍ2以下とする必要がある。この圧力が１０Ｎ／ｍｍ2未満では、特に抵抗の高い炭素皮膜が表面にある状態では電気的に十分接触できず、高抵抗となり、１０００Ｎ／ｍｍ2を超えると、過剰な圧力で電極、プローブ共に損傷が大きくなる可能性があると共に、余分なＳｎ付着を助長し、ひいては安定なコンタクトを素材することになる。好ましくは、５０〜８００Ｎ／ｍｍ2程度である。
【００４３】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００４４】
コンタクトプローブピンには、図１（外観形状の一例を示す概略説明図）に示すように、先端が４つの突起に分割され、突起の頂部の平坦部の合計面積が約２０００μｍ2のスプリング内蔵プローブを作製した。先端の全体の直径は０．３ｍｍ（３００μｍ）である。このコンタクトプローブピンは、その表面がＡｕメッキされたものであり、基材１はＢｅ−Ｃｕ製（市販品）である。バネの機能により、相手電極に接触して所定のストロークを経て押し込むと３０ｇｆの荷重（１４７Ｎ／ｍｍ2）が発生するものである。
【００４５】
マグネトロンスパッタリング装置に、炭素(グラファイト)ターゲット、Ｃｒターゲット、およびＮｉターゲットの夫々を配置し、それらに対抗する位置に、コンタクトプローブピン（基材）を配置した。スパッタリングチャンバーを、６．７×１０-4Ｐａ以下まで真空排気した後、Ａｒガスを導入して圧力を０．１３Ｐａに調整した。基材に高周波電圧を印加することで、Ａｒイオンエッチングを施した後、基材との密着層としてＮｉを厚さ５０ｎｍ、Ｃｒを厚さ５０ｎｍ積層して形成し、更にＣｒとＷ含有炭素皮膜を交互に成膜しつつ、徐々に炭素皮膜の比率を増加させる傾斜組成層の中間層を成膜し（厚さ：１００ｎｍ）、最後に、最表面の炭素皮膜の成膜時には、投入電力密度５．６６Ｗ／ｃｍ2でＷチップを載せたグラファイトターゲットをＤＣマグネトロン放電させ、基材には−１００Ｖのバイアス電圧を印加し、約４００ｎｍ（０．４μｍ）の厚さにコーティングを実施した。このとき、炭素皮膜の最表面のＷの含有量が５〜１０原子％となるように調整した。
【００４６】
形成した炭素皮膜付コンタクトプローブピン（本発明のコンタクトプローブピン）を用いて、ＳｎＡｇ3.0Ｃｕ0.5の組成の鉛フルーハンダ（千住金属製）を平板に加工した試料に対して、１３０℃の条件で１０万回の接触を行ない、先端（突起）のＳｎ付着状況を観察した。また、電気抵抗値の安定性の有無を確認するために、接触毎に１００ｍＡの通電を実施し、電気抵抗値の変化（抵抗値変動）を求めた。但し、抵抗の測定は１００回に１回とした。
【００４７】
このとき、比較のために、（Ａ）先端の突起部が尖鋭で平坦面がないクラウン形状であって、所定ストロークにて２５ｇｆの荷重を発生させるプローブに炭素皮膜を形成する以外は上記と同様の炭素皮膜付コンタクトプローブピン（比較例１）、（Ｂ）比較例１と同様のプローブにＡｕめっきを施しただけのもの（比較例２）についても作製した。そしてこれらのコンタクトプルーブピンについても、上記と同様にして、接触後の先端の状況を観察すると共に、電気抵抗値の安定性の有無を調査した。
【００４８】
本発明のコンタクトプローブピン（実施例）を用いたときの電気抵抗値の変化（コンタクト回数と電気抵抗値変動の関係）を図３に示す。比較例１のコンタクトプローブピンを用いたときの電気抵抗値の変化（コンタクト回数と電気抵抗値変動の関係）を図４に示す。比較例２のコンタクトプローブピンを用いたときの電気抵抗値の変化（コンタクト回数と電気抵抗値変動の関係）を図５に示す。
【００４９】
これらの結果から次のように考察できる。まず本発明のコンタクトプローブピン（実施例）では、１０万回の接触を行なった後においても、初期とほぼ同等の電気抵抗値を維持していることが分かる（図３）。比較例１のコンタクトプローブピンは、電気抵抗値の変動は小さいが、徐々に抵抗が増加している傾向が見られる（図４）。仮に、電気抵抗値の変動の許容値が２００ｍΩであるとすれば、本発明のコンタクトプローブピンでは、７万回以上、比較例１のコンタクトプローブピンでは２万回程度まで、クリーニング等の付加的作業を行うことなく、安定な接続が可能であることが分かる。
【００５０】
これに対して、炭素皮膜を形成していない比較例２のコンタクトプローブピンでは、Ｓｎ付着が多く発生することによって、接触後早期に電気抵抗値の上昇が認められている（図５）。このため、初期１万回までの抵抗推移を図５では示している。
【００５１】
また各コンタクトプローブピンについて、先端部の状態については、次のような結果が得られた。まず、本発明のコンタクトプローブピン（実施例）では、１０万回の接触を行なった後においても、５００μｍ2以上の有効接触面積（元の平坦面表面が露出した状態）を保持していることが判明した。
【００５２】
また比較例１のコンタクトプローブピンでは、１万回の接触を行なった後は５００μｍ2以上の有効接触面積を保持しているものの、１０万回の接触を行なった後には、平坦面の殆どが、付着したＳｎ化合物で覆われた状態となっていた。更に、比較例２のコンタクトプローブピンでは、１万回の接触までに、平坦面の殆どが、付着したＳｎ化合物で覆われた状態となっていた。
【００５３】
尚、上記のような評価を行うに当って、その基準を５００μｍ2としたのは、５００μｍ2の接触面積が確保されていれば、金属に比較して電気抵抗の高い炭素皮膜が形成されている場合であっても、概ね接触部の抵抗を１０ｍΩ以下の低い値に保てるためである。
【符号の説明】
【００５４】
１  コンタクトプローブピン
２  突起
３  平坦面
４  側面
５  境界部分
【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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