JP2002257858A

JP2002257858A - プローブカード

Info

Publication number: JP2002257858A
Application number: JP2001055086A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Ido; 義幸井戸
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2002-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】セラミック基板の温度均一性に優れるととも
に、常温、高温での機械的強度に優れ、高温においても
プローブとの接触不良や反り、変形等が生じず、シリコ
ンウエハの昇温・降温に迅速に追随するプローブカード
を提供すること。【解決手段】半導体ウエハに形成された集積回路の検
査に用いられるプローブカードであって、非酸化物セラ
ミック製のセラミック基板からなり、前記セラミック基
板は、円板形状であることを特徴とするプローブカード

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウエハ等
に形成された集積回路等が正常に動作するか否かを判定
するために用いられるプローブカードに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体チップ（半導体素子）は、単結晶
引き上げ装置を用いて形成されたシリコン単結晶等のイ
ンゴットを、薄くスライスして半導体ウエハを作製した
後、この半導体ウエハに、多数の単位からなる導体回路
を形成し、続いて、これを各単位に分割する工程を経て
製造される。

【０００３】上記半導体チップの製造工程においては、
半導体ウエハ上に多数の単位からなる導体回路を形成し
た後、各単位の半導体素子（半導体チップ）に分割する
前に、これらの回路が正常に動作するか否かを調べる必
要がある。そこで、このような検査には、プローブとい
われる針状の金属をシリコンウエハの端子パッドに押し
当てて電流を流し、導体回路の導通や各回路間の絶縁等
を調べる検査装置が用いられている。

【０００４】現在、半導体素子の高集積化に伴い、シリ
コンウエハ上に形成する回路の集積度も高まり、半導体
素子に形成される端子パッドのピッチも狭まっている。
従って、検査装置に用いるプローブの間隔も狭くする必
要があり、検査装置のヘッド（パフォーマンス基板）
に、プローブを直接取り付けることが困難になってい
る。かかる課題に対応するため、最近では、中継基板
（プローブカード）を介在させて、ヘッド（パフォーマ
ンス基板）に、プローブを配設したコンタクター基板を
取り付けた検査装置が用いられている。

【０００５】上記した検査装置において、中継基板とし
て用いられるプローブカードは、一般的にアルミナセラ
ミック基板からなり、コンタクター基板の挟ピッチの端
子とパフォーマンス基板の広ピッチのプローブとを接続
させる役割を担っている（特開Ｈ６−１４０４８４号参
照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】現在、このシリコンウ
エハに形成された導体回路の検査を行う際には、常温で
の動作状態のみでなく、１００℃以上の高温での動作状
態も検査する場合があり、また、かなりの圧力でプロー
ブをシリコンウエハ上の端子パッドに押し当てている。
しかし、上記したアルミナセラミック基板からなるプロ
ーブカードは、基本的に、直方体形状のものからなるた
め、四隅の部分の温度が低下しやすく、四隅と中心付近
との温度差が発生し、これが誤判定の原因となるという
問題があった。

【０００７】また、アルミナセラミック基板では、熱膨
張係数が大きいため、温度が上昇した場合に、プローブ
との接触位置がずれたり、反り等が発生し、プローブと
の接触不良が生じたり、検査に誤りが生ずる場合があっ
た。

【０００８】さらに、アルミナセラミック基板は、熱伝
導率が低いため、昇温・降温を迅速に行うことができ
ず、効率のよい検査が行えないという問題もあった。

【０００９】本発明は、上述した問題を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、全体の
温度が均一で、常温、高温での機械的強度に優れ、高温
においてもプローブとの接触不良や反り、変形等が生じ
ず、シリコンウエハの昇温・降温に迅速に追随する、温
度マッチングの速いプローブカードを提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者が鋭意検討した結果、セラミック基板を非
酸化物セラミックにより構成し、かつ、その形状を円板
形状とすることにより、上述した問題を解決できること
を見いだし、本発明を完成するに至った。

【００１１】即ち、本発明のプローブカードは、半導体
ウエハに形成された導体回路の検査に用いられるプロー
ブカードであって、上記プローブカードは、非酸化物セ
ラミック製のセラミック基板からなり、上記セラミック
基板は、円板形状であることを特徴とするものである。

【００１２】上記のように、セラミック基板は、円板形
状であるため、セラミック基板に場所による温度差が発
生しにくく、このプローブカードを用いて導体回路の検
査を行う際に、検査の誤りが発生しにくい。

【００１３】セラミック基板の形状が直方体形状のプロ
ーブカードを使用した場合、単位体積あたりの表面積
は、プローブカードの中心付近に比較して、四隅で大き
くなる。そのため、空気中への放熱がプローブカードの
四隅で多く起こり、プローブカードの中心部と四隅で温
度差が生じてしまう。その結果、プローブカードに形成
された端子パッドとコンタクター基板のプローブとの位
置ずれが発生しやすくなり、この接触不良に起因して誤
った検査結果を生じ易くなるが、本発明では、円板形状
のセラミック基板を用いているため、上記現象は発生せ
ず、検査の誤りも発生しにくい。

【００１４】また、上記セラミック基板は、非酸化物セ
ラミックからなるため、常温や高温における機械的特性
（強度）に優れ、高温において、反りや変形がない。従
って、このような特性に起因し、プローブとの接触位置
がずれたり、プローブとの接触不良が発生しにくい。

【００１５】また、上記セラミック基板は、アルミナ基
板と比べて熱膨張係数も小さく、シリコンウエハ等の熱
膨張率に近いため、高温において、プローブとの接触位
置がずれることもない。さらに、熱伝導率が大きいた
め、温度マッチングが速く、迅速にシリコンウエハの温
度変化に追随することができる。なお、本発明のプロー
ブカードは、１００℃以上で使用することが望ましい。

【００１６】上記セラミック基板は、少なくとも内部に
スルーホールが設けられていることが好ましい。

【００１７】図１に示すような検査装置では、ヘッド
（パフォーマンス基板）とコンタクター基板との間にプ
ローブカードを介装するため、一方の面から他方の面へ
の導通を図るためのスルーホールが必要となるからであ
る。

【００１８】検査ピッチを拡大するためには、図２に示
したように、セラミック基板の表面に、プローブカード
のピッチを拡大する導体回路を設ける方法が比較的容易
であるため望ましいが、図３に示すように、セラミック
基板の内部にプローブのピッチを拡大するための導体回
路を設けてもよい。

【００１９】上記プローブカードにおいて、上記セラミ
ック基板には、一主面に導体回路が形成されていること
が望ましい。セラミック基板の表面に、プローブカード
のピッチを拡大する導体回路を設ける方法が比較的容易
だからである。また、プローブカードによっては、スル
ーホールを必要としないものもあるが、この場合には、
一主面のみに導体回路が形成される。

【００２０】上記セラミック基板は、窒化物セラミック
または炭化物セラミックからなることが好ましい。これ
らの非酸化物セラミックは、熱伝導性に優れるため、迅
速に昇温・降温を行うことができ、温度マッチング性に
優れるからである。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明のプローブカードを
図面に基づいて説明する。図１は、本発明のプローブカ
ードが用いられる半導体ウエハの検査装置の一例を模式
的に示す概念図であり、図２（ａ）は、本発明のプロー
ブカードを模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、その
平面図である。

【００２２】この検査装置１０は、検査用の端子の配設
されたパフォーマンス基板２４と、パフォーマンス基板
２４のＸ、Ｙ、Ｚ方向に位置調整を行う昇降装置２２
と、パフォーマンス基板２４を経てシリコンウエハ６０
に電流を印加して適否を判断するテスター２０とを備え
ている。

【００２３】また、パフォーマンス基板２４の下方に
は、順次、プローブ基板３０およびプローブカード４０
が配設されており、プローブ基板３０およびプローブカ
ード４０を経ることにより、配線のピッチが縮小されて
いる。そして、さらにプローブカード４０の下に配設さ
れたコンタクター基板５０のプローブ５２を介して、シ
リコンウエハ６０上に形成された端子パッド６１との接
続が図られるようになっている。

【００２４】なお、コンタクター基板５０には、このコ
ンタクター基板５０を貫通し、上面および下面から突出
するようにプローブ５２が配設されており、上面から突
出したプローブがプローブカードの端子パッドと接触
し、一方の底面から突出したプローブがシリコンウエハ
６０に設けられた端子パッド６１と接触するようになっ
ている。

【００２５】また、この検査装置１０は、回路が形成さ
れたシリコンウエハ６０を載置するためのテーブル２６
を備えており、このテーブル２６は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に
位置調整を行うことができるようになっている。さら
に、テーブル２６の下方には、シリコンウエハ６０を加
熱するヒータ２８と、シリコンウエハ６０を冷却するた
めにぺルチェ機構等を用いる冷却装置２９とが配設さ
れ、ヒータ２８には図示しない電源から電力が供給され
るようになっている。

【００２６】次に、この検査装置１０を用いたシリコン
ウエハ６０の検査について説明する。先ず、テーブル２
６にシリコンウエハ６０を載置し、シリコンウエハ６０
上に形成された位置決めマークを図示しない光学装置で
読み取り、テーブル２６の位置調整を行う。その後、昇
降装置２２により、パフォーマンス基板２４等を押し下
げ、コンタクター基板５０のプローブ５２を、シリコン
ウエハ６０の所定の端子パッドに押し当てる。なお、図
１では、端子パッドが盛り上がったように記載されてい
るが、実際の端子パッドの厚さは、１〜５０μｍであ
る。

【００２７】この後、引き続き、テスター２０が、パフ
ォーマンス基板２４−プローブ基板３０−プローブカー
ド４０−コンタクター基板５０を介して、シリコンウエ
ハ６０の所定の端子パッド６１に電流を印加し、シリコ
ンウエハに形成された導体回路の導通や絶縁が必要な部
分で絶縁が保たれているか等の特性試験を行う。この
際、冷却装置２９やヒータ２８を用いることにより、シ
リコンウエハを冷却したり、加熱したりしながら検査を
行うことができる。

【００２８】次に、上記検査装置に用いられる本発明の
プローブカードについて説明する。図２に示したよう
に、プローブカード４０を構成する円板形状の非酸化物
セラミック製のセラミック基板４１の内部には、スルー
ホール４２が設けられ、底面４１ｂには、コンタクター
基板５０のプローブと接触させるための端子パッド４３
が設けられるとともに、上面には、ピッチを拡大するた
めの導体回路４４と端子パッド４５とが設けられてい
る。また、セラミック基板４１の形状は円板形状である
が、端子パッド４５の形状は、コンタクター基板に設け
られたプローブの配列に合わせ、縦、横ともに直線状に
配列されており、その外形は矩形状となっている。

【００２９】このプローブカード４０を用いることによ
り、パフォーマンス基板２４に形成された比較的広いピ
ッチの端子パッドと、シリコンウエハ６０上に形成され
た狭ピッチの端子パッド６１との接続を、確実に行うこ
とができる（図１参照）。

【００３０】また、本発明のプローブカード４０は、円
板状のセラミック基板４１からなるので、上述したよう
に、セラミック基板に大きな温度分布が発生しにくく、
温度分布に起因するコンタクター基板５０のプローブと
端子パッド４３の接触不良も発生しにくい。

【００３１】図２では、セラミック基板４１の表面に導
体回路が形成されたプローブカード４０を示したが、導
体回路は、セラミック基板の内部に形成されていてもよ
い。図３（ａ）は、このような内部に導体回路が形成さ
れた、円板形状のプローブカードを模式的に示した断面
図であり、（ｂ）は、その平面図である。

【００３２】このプローブカード７０では、底面７１ｂ
から上面７１ａに抜けるスルーホール７６が形成されて
いるほか、底面７１ｂからセラミック基板７１の途中ま
での長さのスルーホール７２ａが形成されており、この
スルーホール７２ａの上部から水平方向に図２（ｂ）に
示したパターンとほぼ同様のパターンの導体回路７４が
形成されることにより、ピッチを拡大している。そし
て、導体回路７４の端部に接続されるように形成された
スルーホール７２ｂがさらに上面７１ａに達し、図３
（ｂ）に示すような端子パッド７５のパターンとなって
いる。

【００３３】従って、このプローブカード７０を用いる
ことにより、図２に示したプローブカード４０の場合と
同様に、パフォーマンス基板２４に形成された比較的広
いピッチの端子パッドと、シリコンウエハ６０上に形成
された狭ピッチの端子パッドとの接続を、確実に行うこ
とができる。

【００３４】次に、このようなプローブカード４０を構
成するセラミック基板や導体回路の材質や特性等につい
て、さらに詳しく説明する。

【００３５】上記セラミック基板は、非酸化物セラミッ
クよりなるが、非酸化物セラミックのなかでは、熱伝導
性に優れた炭化物セラミックまたは窒化物セラミックが
望ましい。窒化物セラミックとしては、例えば、窒化ア
ルミニウム、窒化珪素、窒化チタン、窒化硼素等が挙げ
られる。炭化物セラミックとしては、例えば、炭化ケイ
素、炭化ジルコニウム、炭化タンタル、炭化タングステ
ン等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種
以上を併用してもよい。なかでも、窒化アルミニウム
は、特に熱伝導率が高く、シリコンウエハの温度変化に
迅速に追従することから特に好ましい。

【００３６】上記セラミック基板は、上述したように、
窒化物セラミックや炭化物セラミック等の非酸化物セラ
ミックからなるが、上記セラミック基板は、焼結助剤を
含有していてもよい。上記焼結助剤としては、例えば、
アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類
酸化物等が挙げられる。これらの焼結助剤のなかでは、
ＣａＯ、Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ｎａ₂ Ｏ、Ｌｉ₂ Ｏ、Ｒｂ₂ Ｏが好
ましい。これらの含有量としては、０．１〜２０重量％
が好ましい。また、アルミナを含有していてもよい。

【００３７】上記非酸化物セラミック中には、５重量％
以下の酸素が含有されていてもよい。５重量％程度の酸
素量であれば、焼結を促進させるとともに、耐電圧を確
保でき、高温での反り量を小さくすることができるから
である。

【００３８】上記非酸化物セラミックの表面から放射さ
れるα線量は、５０ｃ／ｃｍ² ・ｈｒ以下が望ましく、
２．０ｃ／ｃｍ² ・ｈｒ以下が最適である。５０ｃ／ｃ
ｍ² ・ｈｒを超えるといわゆるソフトエラーが発生して
検査に誤りが発生するからである。

【００３９】上記セラミック基板では、表面のＪＩＳ
Ｂ０６０１に基づく面粗度Ｒｍａｘは、０．０１μｍ
＜Ｒｍａｘ＜１００μｍであることが望ましく、Ｒａ
は、０．００１＜Ｒａ＜１０μｍであることが望まし
い。

【００４０】前記セラミック基板は、その面粗度がＪＩ
ＳＢ０６０１Ｒａ＝０．０１〜１０μｍが最適で
ある。表面の導体回路との密着性を考慮すると大きい方
がよいのであるが、大き過ぎると表皮効果（高周波数の
信号電流は導体回路の表面に局在化して流れる）によ
り、高周波数での測定が困難であり、また、小さい場合
は密着性に問題が発生するからである。

【００４１】セラミック基板の形状は、上述したよう
に、円板形状である。セラミック基板に場所による温度
差が発生しにくく、このプローブカードを用いて導体回
路の検査を行う際に、検査の誤りの発生を防止すること
ができるからである。また、その直径は、１０〜３５０
ｍｍが好ましい。セラミック基板の厚さは、５０ｍｍ以
下が好ましく、１０ｍｍ以下がより好ましい。セラミッ
ク基板の厚さが厚すぎると、装置の小型化を図ることが
できず、また、熱容量が大きくなって、昇温・降温速度
が低下し、温度マッチング特性が劣化するからである。
また、セラミック基板の厚さを薄くすることにより、プ
ローブカードの電気抵抗を小さくすることができ、誤っ
た判断の発生を防止することができる。

【００４２】セラミック基板の平面度は、直径−１０ｍ
ｍの測定距離で５００μｍ以下が好ましい。５００μｍ
を超えると測定時の押圧でも反りを矯正できないからで
ある。

【００４３】上記セラミック基板の熱伝導率κは、１０
Ｗ／ｍ・ｋ＜κ＜３００Ｗ／ｍ・ｋが好ましく、１６０
〜２２０Ｗ／ｍ・ｋがより好ましい。熱伝導率を上げる
ことにより、昇温・降温速度が早くなり、温度マッチン
グが良好になるからである。

【００４４】セラミック基板のヤング率Ｅは、２５〜６
００℃で６０ＧＰａ＜Ｅ＜４５０ＧＰａが望ましい。高
温におけるセラミック基板の反りを防止するためであ
る。セラミック基板の曲げ強度σ_f は、２５〜６００℃
で２００ＭＰａ＜σ_f ＜５００ＭＰａが望ましい。押圧
時にセラミック基板が破損するのを防止するためであ
る。なお、押圧時には、セラミック基板に、０．１〜１
０ｋｇ／ｃｍ² 程度の圧力がかかる。

【００４５】前記セラミック基板の気孔率は、５％以下
が望ましい。また、最大気孔の気孔径が５０μｍ以下で
あることが望ましい。１００℃以上の温度での耐電圧を
確保し、機械的な強度が大きくなり、押圧時等における
反り量を小さくすることができるからである。また、こ
のようなセラミック基板は、熱伝導率が高くなり、迅速
に昇温・降温するため、温度マッチングに優れる。

【００４６】なお、最大気孔とは、任意の１０箇所を電
子顕微鏡で撮影し、その視野の中で最も大きな気孔を選
び、その最大気孔の平均値を最大気孔の気孔径として定
義したものである。また、気孔率は０％であってもよ
い。気孔は存在しないことが理想的である。

【００４７】気孔径が５０μｍを超えると高温、特に高
温での耐電圧特性を確保するのが難しくなり、短絡等が
発生するおそれがある。最大気孔の気孔径は、１０μｍ
以下が望ましい。高温（例えば、１００℃以上）での反
り量が小さくなるからである。

【００４８】上記気孔率はアルキメデス法により測定す
る。焼結体を粉砕して有機溶媒中あるいは水銀中に粉砕
物を入れて体積を測定し、粉砕物の重量と体積から真比
重を求め、真比重と見かけの比重から気孔率を計算する
のである。

【００４９】気孔率や最大気孔の気孔径は、焼結時の加
圧時間、圧力、温度、ＢＮなどの添加物で調整すること
ができる。上述のように、ＳｉＣやＢＮは焼結を阻害す
るため、気孔を導入させることができる。気孔が存在す
ると、靱性値が上昇する。

【００５０】上記セラミック基板の内部に気孔が存在す
る場合には、この気孔は、閉気孔であることが望まし
い。また、セラミック基板を通過するヘリウムの量（ヘ
リウムリーク量）は、１０^-7Ｐａ・ｍ³ ／ｓｅｃ以下で
あることが望ましい。ヘリームリーク量の小さい緻密な
セラミック基板とすることにより、内部に形成されたス
ルーホール等が空気中の酸素等により腐食されるのを防
止することができるからである。

【００５１】セラミック基板の厚さのばらつきは、±３
％以内が好ましい。コンタクター基板のプローブとの接
触不良をなくすためには、セラミック基板の表面が平坦
である必要があるからである。

【００５２】また、熱伝導率のばらつきは±１０％以内
が好ましい。温度の不均一等に起因する反り等を防止す
ることができるからである。

【００５３】セラミック基板の体積抵抗率ρは、１０¹³
Ω・ｃｍ＜ρ＜１０¹⁶Ω・ｃｍであることが望ましい。
高温でのリーク電流の発生やスルーホール間の絶縁破壊
を防止するためである。

【００５４】上記セラミック基板は、明度がＪＩＳＺ
８７２１の規定に基づく値でＮ６以下のものであるこ
とが望ましい。このような明度を有するものが隠蔽性を
有するため外観がよく、また、輻射熱量が大きく、迅速
に昇温するからである。

【００５５】ここで、明度のＮは、理想的な黒の明度を
０とし、理想的な白の明度を１０とし、これらの黒の明
度と白の明度との間で、その色の明るさの知覚が等歩度
となるように各色を１０分割し、Ｎ０〜Ｎ１０の記号で
表示したものである。そして、実際の測定は、Ｎ０〜Ｎ
１０に対応する色票と比較して行う。この場合の小数点
１位は０または５とする。

【００５６】このような特性を有するセラミック基板
は、セラミック基板中にカーボンを１００〜５０００ｐ
ｐｍ含有させることにより得られる。カーボンには、非
晶質のものと結晶質のものとがあり、非晶質のカーボン
は、セラミック基板の高温における体積抵抗率の低下を
抑制することでき、結晶質のカーボンは、セラミック基
板の高温における熱伝導率の低下を抑制することができ
るため、その製造する基板の目的等に応じて適宜カーボ
ンの種類を選択することができる。

【００５７】非晶質のカーボンは、例えば、Ｃ、Ｈ、Ｏ
だけからなる炭化水素、好ましくは、糖類を、空気中で
焼成することにより得ることができ、結晶質のカーボン
としては、グラファイト粉末等を用いることができる。
また、アクリル系樹脂を不活性雰囲気下で熱分解させた
後、加熱加圧することによりカーボンを得ることができ
るが、このアクリル系樹脂の酸価を変化させることによ
り、結晶性（非晶性）の程度を調整することもできる。

【００５８】本発明では、図２、３に示したように、セ
ラミック基板の内部にスルーホールや導体回路が形成さ
れているが、このスルーホールや導体回路は、タングス
テン、モリブデンなどの高融点金属、タングステンカー
バイド、モリブデンカーバイドなどの導電性セラミック
等により形成さている。

【００５９】スルーホールの直径は、０．１〜１０ｍｍ
が望ましい。断線を防止しつつ、クラックや歪みを防止
できるからである。スルーホールの形状としては特に限
定されないが、例えば、円柱状、角柱状（四角柱、円柱
等）が挙げられる。

【００６０】また、セラミック基板の表面にも、配線の
ピッチを拡大するための導体回路や、上方に配設される
プローブ基板や下方に配設されるコンタクター基板との
接続を図るための端子パッドを形成する必要があるが、
これらスルーホール、導体回路、端子パッド等は、通
常、タングステン、モリブデンなどの高融点金属、タン
グステンカーバイド、モリブデンカーバイドなどの導電
性セラミック等からなることが望ましい。

【００６１】ただし、場合によっては、これらの導体層
は、金、銀、白金等の貴金属やニッケル等の金属からな
るものであってもよい。これらスルーホール、導体回
路、端子パッド等の面積抵抗率は、１〜５０μΩ／□ｃ
ｍが好ましい。面積抵抗率が、５０μΩ／□を超える
と、スルーホール等が発熱したりして検査装置が誤った
判断を下す場合がある。

【００６２】セラミック基板の表面または内部にスルー
ホールや導体回路を形成するためには、金属や導電性セ
ラミックからなる導体ペーストを用いることが好まし
い。即ち、セラミック基板の内部にスルーホールや導体
回路を形成する場合には、グリーンシートに形成した貫
通孔に導体ペーストを充填したり、グリーンシート上に
上記導体ペースト層を形成した後、グリーンシートを積
層、焼成することにより、内部にスルーホールや導体回
路を形成する。

【００６３】また、最上層や最下層となるグリーンシー
トの上に導体ペースト層を形成して焼成することによ
り、セラミック基板の表面に導体回路や端子パッドを形
成することができる。

【００６４】一方、セラミック基板を製造した後、その
表面に上記導体ペースト層を形成し、焼成することよっ
ても、導体回路や端子パッドを形成することができる。
また、めっきやスパッタリング等によって端子パッドを
形成してもよい。

【００６５】上記導体ペーストとしては特に限定されな
いが、導電性を確保するため金属粒子または導電性セラ
ミック粒子のほかに、樹脂、溶剤、増粘剤などを含むも
のが好ましい。

【００６６】上記金属粒子や導電性セラミック粒子の材
料としては、上述したものが挙げられる。これら金属粒
子または導電性セラミック粒子の粒径は、０．１〜１０
０μｍが好ましい。０．１μｍ未満と微細すぎると、酸
化されやすく、一方、１００μｍを超えると、焼結しに
くくなり、抵抗値が大きくなるからである。

【００６７】上記金属粒子の形状は、球状であっても、
リン片状であってもよい。これらの金属粒子を用いる場
合、上記球状物と上記リン片状物との混合物であってよ
い。上記金属粒子がリン片状物、または、球状物とリン
片状物との混合物の場合は、金属粒子間の金属酸化物を
保持しやすくなり、導体回路等とセラミック基板との密
着性を確実にすることができるため有利である。

【００６８】上記導体ペーストに使用される樹脂として
は、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が挙げら
れる。また、溶剤としては、例えば、イソプロピルアル
コール等が挙げられる。増粘剤としては、セルロース等
が挙げられる。

【００６９】導体ペースト層をセラミック基板の表面に
形成する際には、上記導体ペースト中に上記金属粒子の
ほかに金属酸化物を添加し、上記金属粒子および上記金
属酸化物を焼結させたものとすることが好ましい。この
ように、金属酸化物を金属粒子とともに焼結させること
により、セラミック基板と金属粒子等とをより密着させ
ることができる。

【００７０】上記金属酸化物を混合することにより、セ
ラミック基板との密着性が改善される理由は明確ではな
いが、金属粒子表面や非酸化物からなるセラミック基板
の表面は、その表面がわずかに酸化されて酸化膜が形成
されており、この酸化膜同士が金属酸化物を介して焼結
して一体化し、金属粒子とセラミックとが密着するので
はないかと考えられる。また、セラミック基板を構成す
るセラミックが酸化物の場合は、当然に表面が酸化物か
らなるので、密着性に優れた導体層が形成される。

【００７１】上記金属酸化物としては、例えば、酸化
鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素（Ｂ ₂ Ｏ₃ ）、アル
ミナ、イットリアおよびチタニアからなる群から選ばれ
る少なくとも１種が好ましい。これらの酸化物は、金属
粒子等とセラミック基板との密着性を改善することがで
きるからである。

【００７２】上記酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ
素（Ｂ₂ Ｏ₃ ）、アルミナ、イットリア、チタニアの割
合は、金属酸化物の全量を１００重量部とした場合、重
量比で、酸化鉛が１〜１０、シリカが１〜３０、酸化ホ
ウ素が５〜５０、酸化亜鉛が２０〜７０、アルミナが１
〜１０、イットリアが１〜５０、チタニアが１〜５０で
あって、その合計が１００重量部を超えない範囲で調整
されていることが好ましい。これらの範囲で、これらの
酸化物の量を調整することにより、特にセラミック基板
との密着性を改善することができる。

【００７３】本発明においては、これまで説明してきた
セラミック基板の少なくとも一方の面に樹脂層を介して
導体回路が形成されていてもよい。樹脂層を介すること
で検査時の押圧に追従でき、セラミックに比べて破損な
どが発生しにくい。さらに、樹脂の方が微細配線を引き
回すことができるため、高密度のプローブカードが得ら
れる。さらに、樹脂の方がセラミックより誘電率が小さ
く、伝搬遅延がない。

【００７４】セラミック基板には、スルーホールが形成
されていてもよく、また、導体回路が形成されていても
よい。樹脂層は２層以上あってもよく、その場合、各樹
脂層上の導体回路同士はバイアホールで接続される。

【００７５】樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド
樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂から選ばれる少
なくとも１種を使用できる。また、樹脂は感光化されて
いることが望ましい。フォトリソグラフィーにより開口
を形成できるからである。樹脂層の厚さは、５〜１００
μｍが望ましい。高温での絶縁性を確保するためであ
る。

【００７６】次に、図４に基づき、本発明のプローブカ
ードの製造方法（製法Ａ）について説明する。（１）グリーンシートの作製工程まず、窒化物セラミックや炭化物セラミックの粉末をバ
インダ、溶媒等と混合してペーストを調製し、これを用
いてグリーンシートを作製する。上述したセラミック粉
末としては、窒化アルミニウム等を使用することがで
き、必要に応じて、イットリア等の焼結助剤を加えた
り、その表面を酸化してもよい。また、グリーンシート
を作製する際、結晶質や非晶質のカーボンを添加しても
よい。焼結助剤を添加したり、表面を酸化することによ
り、焼成時に焼結が進行し、気孔率の小さいセラミック
基板を得ることができる。

【００７７】また、バインダとしては、アクリル系バイ
ンダ、エチルセルロース、ブチルセロソルブ、ポリビニ
ルアルコールから選ばれる少なくとも１種が望ましい。
さらに溶媒としては、α−テルピネオール、グリコール
から選ばれる少なくとも１種が望ましい。

【００７８】これらを混合して得られるペーストをドク
ターブレード法でシート状に成形してグリーンシート４
００を作製する。グリーンシート４００の厚さは、０．
１〜５ｍｍが好ましい。次に、得られたグリーンシート
に、必要に応じて、スルーホールを形成する貫通孔とな
る部分等を形成する。後述するグリーンシート積層体を
形成した後に、上記加工を行ってもよい。

【００７９】（２）グリーンシート上に導体ペーストを
印刷する工程最上層となるグリーンシート４００上および最下層とな
るグリーンシート上に、上述した導体ペーストを用い、
導体ペーストからなる導体ペースト層４３０、４４０を
形成する。また、スルーホールとなる部分に導体ペース
トを充填し、充填層４２０とする。

【００８０】なお、内部に導体回路を形成する場合に
は、内層となるグリーンシート上に導体ペースト層を形
成すればよい。これらの導電ペースト中には、金属粒子
または導電性セラミック粒子が含まれている。金属粒子
の材料としては、例えば、タングステンまたはモリブデ
ン等が挙げられ、導電性セラミックとしては、例えば、
タングステンカーバイドまたはモリブデンカーバイドが
挙げられる。

【００８１】上記金属粒子であるタングステン粒子また
はモリブデン粒子等の平均粒子径は、０．１〜５μｍが
好ましい。平均粒子が０．１μｍ未満であるか、５μｍ
を超えると、導体ペーストを印刷しにくいからである。

【００８２】このような導体ペーストとしては、例え
ば、金属粒子または導電性セラミック粒子８５〜８７重
量部；アクリル系、エチルセルロース、ブチルセロソル
ブ、ポリビニルアルコールから選ばれる少なくとも１種
のバインダ１．５〜１０重量部；および、α−テルピネ
オール、グリコールから選ばれる少なくとも１種の溶媒
を１．５〜１０重量部を混合した組成物（ペースト）が
挙げられる。

【００８３】（３）グリーンシートの積層工程導体ペースト層４３０、４４０等を有する、最上層とな
るグリーンシート４００と最下層となるグリーンシート
との間に、充填層４２０のみを有するグリーンシート４
００を複数枚積層し、圧着して、積層体を作製する（図
４参照）。この積層体は、平面視矩形状の板状体である
が、積層体の一部をカッター等を用いて平面視多角形
（例えば、８角形）状に加工することにより、焼結後の
焼結体の切削加工を容易にしてもよい。

【００８４】（４）グリーンシート積層体の焼成工程次に、グリーンシート積層体の加熱、加圧を行い、グリ
ーンシート４００中のセラミック粉末および内部や外部
の導体ペースト中の金属を焼結させ、この後、切削加工
を行って円板形状にすることにより、スルーホール４２
等を有するセラミック基板４１を作製する（図２参
照）。加熱温度は、１０００〜２０００℃が好ましく、
加圧の圧力は、１０〜２０ＭＰａが好ましい。加熱は、
不活性ガス雰囲気中で行う。不活性ガスとしては、例え
ば、アルゴン、窒素などを使用することができる。焼結
の際に加える圧力が低いと、焼結が進行しにくく、高い
気孔率のセラミック基板が製造されてしまう。

【００８５】得られたセラミック基板４１に、必要によ
り、加工処理を施し、プローブカードの製造を終了す
る。セラミック基板の内部に導体回路を設ける場合に
は、グリーンシート上に導体ペースト層を形成し、この
グリーンシートの上下に他のグリーンシート積層した
後、焼成すればよい。また、セラミック基板の表面に導
体層を形成する場合には、セラミック基板を製造した
後、スパッタリング法やめっき法を用いることにより導
体層を形成してもよい。

【００８６】また、このような製造方法の他に、以下の
ような製造方法（製法Ｂ）を採用してもよい。即ち、（１）上述した窒化物セラミックまたは炭化物セラミッ
クの粉末に必要に応じてイットリア等の焼結助剤やバイ
ンダ等を配合してスラリーを調製した後、このスラリー
をスプレードライ等の方法で顆粒状にし、この顆粒を金
型などに入れて加圧することにより成形し、生成形体
（グリーン）を作製する。この際、生成形体を円板形状
にしてもよく、直方体形状の生成形体を作製し、仮焼後
に円板状に加工してもよい。この後、生成形体を６００
〜１６００℃までの温度で仮焼し、ドリルなどでスルー
ホールとなる貫通孔を形成する。

【００８７】（２）基板に導体ペーストを印刷する工程導体ペーストは、一般に、金属粒子または導電性ペース
トもしくはこれらの混合物、樹脂、溶剤からなる粘度の
高い流動物である。この導体ペーストをスクリーン印刷
などを用い、導体回路やスルーホール部分に印刷を行う
ことにより、導体ペースト層、スルーホールを形成す
る。なお、導体回路形成は、下記する（３）の焼結工程
の終了後であってもよい。

【００８８】（３）次に、この仮焼体を加熱、焼成して
焼結させ、セラミック製の板状体を製造する。この後、
所定の形状に加工することにより、基板を作製するが、
焼成後にそのまま使用することができる形状としてもよ
い。加圧しながら加熱、焼成を行うことにより、気孔の
ない基板を製造することが可能となる。加熱、焼成は、
焼結温度以上であればよいが、窒化物セラミックまたは
炭化物セラミックでは、１０００〜２５００℃である。

【００８９】さらに、セラミック基板に樹脂層を介して
導体回路を形成する場合について説明する。（１）まず、円板形状のセラミック基板を製造する。こ
のセラミック基板には、スルーホールが形成されていて
もよく、また、表面または内部に導体回路が形成されて
いてもよい。このようなセラミック基板は、上記した製
法ＡまたはＢの方法で製造することができる。以下は、
製法Ａで得られ、表面にスルーホールが形成されたもの
で説明する。

【００９０】（２）得られたセラミック基板の両面にチ
タン、モリブデン、ニッケル、クロムなどの金属をスパ
ッタリング、めっき等により導体層を設け、さらに、フ
ォトリソグラフィーにより、エッチングレジストを形成
する。次に、エッチング液で導体層の一部を溶解させ、
エッチングレジストを剥離して導体回路を形成する。導
体回路の厚さは、１〜１０μｍが好ましい。樹脂層を形
成しない側の導体回路表面には、無電解めっきにより、
ニッケルや貴金属（金、白金，銀、パラジウム）層など
の非酸化性金属層を設けておく。非酸化性金属層の厚さ
は、１〜１０μｍがよい。

【００９１】（３）少なくとも一方の面に樹脂層を形成
する。樹脂は感光性樹脂が望ましく、具体的には、アク
リル化されたエポキシ樹脂、アクリル化されたポリイミ
ド樹脂が望ましい。樹脂層は、樹脂フィルムを積層する
ことにより形成してもよく、液状の樹脂をスピンコート
して形成してもよい。

【００９２】（４）樹脂層を形成した後、加熱乾燥さ
せ、ついで露光、現像処理を行い、開口を形成する。さ
らに、樹脂液を再びスピンコートし、加熱乾燥させ、つ
いで露光、現像処理を行い、開口を形成する。このよう
に、１つの層間樹脂絶縁層を２回に分けて形成する理由
は、どちらか一方の樹脂層にピンホールが形成されてし
まっても、もう一方の樹脂層で絶縁性を確保できるから
である。なお、セラミック基板の表面に形成された導体
回路間に樹脂を充填しておき、導体回路に起因する凹凸
をなくし、平坦化しておいてもよい。また、レーザ光に
より開口を設けてもよい。

【００９３】（５）次に、樹脂層表面を酸素プラズマ処
理などで改質処理を実施する。表面に水酸基が形成され
るため、金属との密着性が改善される。次に、クロム、
銅などのスパッタリングを実施する。スパッタリング層
の厚さは、０．１〜５μｍが好ましい。つぎにめっきレ
ジストをフォトリソグラフィーで形成し、電解めっきに
よりＣｕ、Ｎｉ層を形成する。厚さは、２〜１０μｍが
望ましい。この後、めっきレジストを剥離し、エッチン
グを行うことにより、スパッタリングのみにより導体層
が形成されている部分を溶解させ、導体回路を形成す
る。この後、上記（３）〜（５）の工程を繰り返すこと
により、セラミック基板の上に、樹脂と導体回路とが複
数層積層形成されたプローブカードが製造される。セラ
ミック基板の上に導体回路と樹脂層とを形成する場合、
形成する導体回路（樹脂層）は、一層であってもよく、
２層以上であってもよい。

【００９４】なお、上述したように、本発明のプローブ
カードは、一主面のみに導体回路が形成され、スルーホ
ールを持たないものであってもよい。この場合には、セ
ラミック基板を製造した後、上述した導体ペーストを用
いた導体回路の形成方法やスパッタリング法、めっき法
などにより、一主面に導体回路とパッドとを形成すれば
よい。この場合、例えば、表面に絶縁膜を形成すれば、
セラミック基板自体が、ある程度導電性を有するもので
あっても、プローブカードとして使用することができ
る。このような構成のセラミック基板も円板形状であっ
てもよい。

【００９５】このような構成のプローブカードは、例え
ば、図５に示したような検査装置に用いられる。すなわ
ち、この検査装置では、パフォーマンス基板２４の上に
シリコンウエハ６０を載置し、さらにその上にコンタク
ター基板５０とプローブカード４０とを載置し、コンタ
クター基板５０を介してプローブカード４０とシリコン
ウエハ６０との接続が行われる。

【００９６】また、パフォーマンス基板２４とプローブ
カード４０との接続は、プローブ基板３０を介して行わ
れており、シリコンウエハ６０上のパッド（図示せず）
は、コンタクター基板５０−プローブカード４０上に形
成された導体回路−プローブ基板３０を介してパフォー
マンス基板２４のパッドと接続されていることになる。

【００９７】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細
に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定される
ものではない。

【００９８】（実施例１）プローブカードの製造（図
２、４参照）（１）平均粒径１．１μｍの窒化アルミニウム粉末（ト
クヤマ社製）１００重量部、イットリア（Ｙ₂ Ｏ₃ 、平
均粒径：０．４μｍ）４重量部、アクリルバインダ１
１．５重量部、分散剤０．５重量部および１−ブタノー
ルとエタノールとからなるアルコール５３重量部を混合
したペーストを用い、ドクターブレード法により成形を
行って、厚さ０．４７ｍｍのグリーンシート４００を作
製した。

【００９９】（２）次に、このグリーンシート４００を
８０℃で５時間乾燥させた後、スルーホール５８となる
貫通孔等をパンチングにより形成した。

【０１００】（３）平均粒子径１μｍのタングステンカ
ーバイト粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０
重量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量部および分
散剤０．３重量部を混合して導体ペーストＡを調製し
た。

【０１０１】平均粒子径３μｍのタングステン粒子１０
０重量部、アクリル系バインダ１．９重量部、α−テル
ピネオール溶媒３．７重量部および分散剤０．２重量部
を混合して導体ペーストＢを調製した。

【０１０２】この導体ペーストＡを最上層および最下層
となるグリーンシート上にスクリーン印刷で印刷し、導
体回路４４や端子パッド４５用の導体ペースト層４４０
を形成した。印刷パターンは、図２に示したようなパタ
ーンとし、導体ペースト層の幅を７５μｍ、その厚さを
３μｍとした。また、スルーホールとなる部分に導体ペ
ーストＢを充填し、充填層４２０を形成した。

【０１０３】上記処理の終わった２枚のグリーンシート
４００の間に、充填層４２０のみを形成したグリーンシ
ート４００を２５枚、１３０℃、８ＭＰａの圧力で積
層、圧着し、積層体を作製し、この積層体に切断処理を
施すことにより、平面視正六角形に加工した。

【０１０４】（４）次に、得られた積層体を窒素ガス
中、６００℃で５時間脱脂し、１８９０℃、圧力１５Ｍ
Ｐａで１０時間ホットプレスし、厚さ５ｍｍの窒化アル
ミニウム焼結体を得た。これを直径が、６０ｍｍの円形
に切り出し、内部に直径２００μｍの円柱状のスルーホ
ール４２、厚さが３μｍ、幅が７５μｍの導体回路４４
および５００μｍ□の端子パッド４３を有するプローブ
カード４０の製造を終了した。

【０１０５】（実施例２）プローブカードの製造（図
２参照）（１）前述の、実施例１で用いられたものと同じ、平均
粒径１．１μｍの窒化アルミニウム粉末１００重量部、
イットリア（Ｙ₂ Ｏ₃ 平均粒径０．４μｍ）４重量
部、アクリル系樹脂バインダ１２重量部およびアルコー
ルからなる組成物のスプレードライを行い、顆粒状の粉
末を作製した。

【０１０６】（２）次に、この顆粒状の粉末を金型に入
れ、平板状に成形して生成形体（グリーン）を得た。こ
の生成形体を１４００℃で仮焼し、処理の終わった成形
体にドリルにより、スルーホール４２用の貫通孔を形成
し、その内部に、実施例１で用いた導体ペーストＢを充
填した。

【０１０７】（３）上記工程を経た成形体から直径が６
０ｍｍの円板状体を切り出し、セラミック製の板状体
（セラミック基板４１）とした。（４）次に、平均粒子径３μｍのタングステンカーバイ
ド粒子１００重量部、アクリル系バインダ１．９重量
部、α−テルピネオール溶媒３．７重量部および分散剤
０．２重量部を混合して導体ペーストＣを調製した。セ
ラミック基板４１の上面４１ａおよび底面４１ｂに、こ
の導体ペーストＣを用い、スクリーン印刷により導体回
路４４用および端子パッド４３用の導体ペースト層を形
成した。

【０１０８】（５）次に、導体ペーストを印刷した基板
を１８００℃、２０ＭＰａでホットプレスし、導体ペー
スト中のタングステン、タングステンカーバイド等を焼
結させるとともに焼結体に焼き付けて導体回路４４を形
成し、内部に直径２００μｍの円柱状のスルーホール４
２、厚さが３μｍ、幅が７５μｍの導体回路４４および
５００μｍ□の端子パッド４３を有するプローブカード
４０の製造を終了した。

【０１０９】（比較例１）プローブカードの製造（図６
参照）アルミナ粉末（平均粒径１．０μｍ）１００重量部、ア
クリルバインダ１１．５重量部、分離剤０．５重量部お
よび１−ブタノールとエタノールとからなるアルコール
５３重量部を混合したペーストを用い、ドクターブレー
ド法により成形を行って、厚さ０．４７ｍｍのグリーン
シードを作製し、また、印刷パターンを、図６に示した
ようなパターンとし、さらに、ホットプレス後の窒化ア
ルミニウム焼結体を切り出す際、平面視した形状が一辺
６０ｍｍの正方形になるように切り出した以外は、実施
例１と同様にし、内部にスルーホール８２が形成され、
表面に端子パッド８３、８５および導体回路８４が形成
されたプローブカード８０を製造した。なお、図６にお
いて、８１は、セラミック基板を示している。

【０１１０】このようにして製造した実施例１、２およ
び比較例１に係るプローブカードを１３０℃まで昇温し
た後、１ＧＨｚの信号を入力し、入力波形と出力波形と
の形状を比較して、波形に変化があるか否かを判定し
た。その結果、実施例１および実施例２では、波形に変
化がみられなかったが、比較例１では、波形に変化がみ
られ、高温では検査装置が誤った判断を下すおそれがあ
ることがわかった。また、１３０℃の状態でサーモビュ
ア６００（日本データム社製ＩＲ１６２０１２−００
１２）で観察したところ、実施例１〜２のプローブカー
ドでは、最高温度と最低温度の差は、０．５℃以内であ
ったが、比較例では５℃であった。このようなプローブ
カードの場所による温度の不均一性が、試験差として現
れたと推定される。

【０１１１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、上記プ
ローブカードは、非酸化物セラミック製のセラミック基
板からなり、上記セラミック基板の形状は、円板形状で
あるため、セラミック基板の温度に場所による温度分布
が発生せず、均一となり、また、常温、高温での機械的
強度に優れ、高温においてもプローブとの接触不良や反
り、変形等が生じず、シリコンウエハの昇温・降温に迅
速に追随する温度マッチングの速いプローブカードを提
供することができる。従って、このプローブカードを用
いることにより、シリコンウエハに形成された導体回路
の動作状態について、正確な判断を下すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプローブカードを用いた検査装置の構
成を示す説明図である。

【図２】（ａ）は、プローブカードの一例を模式的に示
す断面図であり、（ｂ）は、その平面図である。

【図３】（ａ）は、プローブカードの他の一例を模式的
に示す断面図であり、（ｂ）は、その平面図である。

【図４】プローブカードを製造する際のグリーンシート
の積層工程を模式的に示す断面図である。

【図５】本発明のプローブカードを用いたもう一つ検査
装置の構成を示す断面図である。

【図６】（ａ）は、比較例に係るプローブカードの一例
を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、その平面図で
ある。

【符号の説明】

１０検査装置２０テスター２２昇温装置２４パフォーマンス基板２８ヒータ２９冷却装置３０プローブ４０、７０、８０プローブカード４１、７１、８１セラミック基板４１ａ、７１ａ、８１ａ上面４１ｂ、７１ｂ、８１ｂ底面４２、７２ａ、７２ｂ、７６、８２スルーホール４３、４５、７３、７５、８３、８５端子パッド４４、７４、８４導体回路５０コンタクター基板６０シリコンウエハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウエハに形成された集積回路の検
査に用いられるプローブカードであって、前記プローブ
カードは、非酸化物セラミック製のセラミック基板から
なり、前記セラミック基板は、円板形状であることを特
徴とするプローブカード。
【請求項２】前記セラミック基板は、少なくとも内部
にスルーホールが設けられている請求項１に記載のプロ
ーブカード。
【請求項３】前記セラミック基板は、一主面に導体回
路が形成されている請求項１〜２のいずれか１に記載の
プローブカード。
【請求項４】前記セラミック基板は、窒化物セラミッ
クまたは炭化物セラミックからなることを特徴とする請
求項１〜３のいずれか１に記載のプローブカード。