JP2010054323A

JP2010054323A - プローブカード用配線基板およびこれを用いたプローブカード

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Publication number: JP2010054323A
Application number: JP2008219244A
Authority: JP
Inventors: Koji Yamamoto; 浩司山本; Tomohide Hasegawa; 智英長谷川; Yuya Furukubo; 有哉古久保; Katsuhito Mori; 克仁森
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2010-03-11
Anticipated expiration: 2028-08-28
Also published as: JP5084668B2

Abstract

【課題】低抵抗導体と高融点導体とを含む複合導体を主成分とする配線を有し、主面の面積が７００ｃｍ^２以上、厚みが４．５ｍｍ以上の大きさを有するものの、寸法精度が高くかつ主面の平坦性に優れたプローブカード用配線基板およびこれを用いたプローブカードを提供する。
【解決手段】アルミナ質焼結体からなる複数の絶縁層が積層された絶縁基体１の内部の層間に、シグナル配線層１２とグランド配線層１３とを備え、シグナル配線層１２が、２５〜５０質量％のＣｕ、ＡｇおよびＡｕの群から選ばれる少なくとも一種の低抵抗導体と、５０〜７５質量％のＭｏおよびＷのうちの少なくとも一方の高融点導体とからなる複合導体を主成分として含み、各層間における主面の面積に対するシグナル配線層１２の面積の比率が２０％以下であるとともに、グランド配線層が、ＭｏおよびＷのうちの少なくとも一方の高融点導体を主成分として含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェハの電気特性を測定するための微細な配線を備えたプローブカード用配線基板およびこれを用いたプローブカードに関するものである。

Ｓｉウェハ等の半導体ウェハに多数個同時に形成される、大規模集積回路を有する半導体素子には、異物の付着などに起因する電気不良等によって、ほぼ一定の割合で電気的接続および電気特性の不良品が含まれている。

上記半導体素子の不良品を検出するものとして、半導体ウェハの状態のまま同時に多数の半導体素子の電気特性を一括して検査することができるプローブカードが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

このプローブカードは、主としてアルミナ質焼結体からなる絶縁基体の主面および内部に微細な配線が形成されてなる配線基板と、この配線基板の主面に精度よく配置された複数のプローブピンと呼ばれる探針（測定端子）とを含んでおり、このプローブピンを多数の半導体素子の端子にあてて、電圧をかけたときの出力を測定して期待値と比較することで、多数の半導体素子の良否を一括して判定するものである。

ここで、配線基板として、アルミナ質焼結体からなる絶縁基体の主面および内部にＣｕ、Ａｇ、Ａｕなどの低抵抗導体と、Ｍｏ、Ｗなどの高融点導体との複合導体からなる配線層が形成されたものが提案されている（特許文献２を参照。）。具体的には、ＭｎおよびＳｉを焼結助剤として含有させることにより、従来のアルミナ質焼結体からなる配線基板よりも２００℃以上低い１５００℃以下の温度で焼成することができ、上記のように複合導体からなる配線層を同時焼成により形成することを可能としたものである。
特開平１１−１６０３５６号公報特開２００３−１６３４２５号公報

ところが、上述したアルミナ質焼結体と複合導体とは焼成収縮挙動のマッチングが悪い。具体的には、複合導体の焼成時の焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度はアルミナ質焼結体よりもかなり低く、複合導体の焼成時の収縮量はアルミナ質焼結体よりもかなり少ない。そのため、複合導体からなる配線層の面積が大きくなればなるほど、配線基板の寸法精度が悪化したり、配線基板の主面の平坦性が得られないという問題があった。

ここで、半導体製造業界においては多数個取りによる低コスト化達成のために半導体ウェハの大型化が進み、それに伴ってプローブカードにも大型化が要求されている。具体的には、プローブカード用の配線基板として、半導体ウェハの直径１２インチ（３０ｃｍ）に対応できる程度の面積（７００ｃｍ^２以上）が要求され、かつ曲げ剛性維持のため４．５ｍｍ以上の厚みが要求されている。

そこで、特許文献２に記載の配線基板を、面積７００ｃｍ^２以上、厚み４．５ｍｍ以上のプローブカード用配線基板に適用しようとすると、寸法精度の悪化や主面の平坦性が損なわれ、プローブピンを配線基板上に形成することができないといった課題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低抵抗導体と高融点導体とを含む複合導体を主成分とする配線を有し、主面の面積が７００ｃｍ^２以上、厚みが４．５ｍｍ以上の大きさを有するものの、寸法精度が高くかつ主面の平坦性に優れたプローブカード用配線基板およびこれを用いたプローブカードを提供することを目的とする。

本発明は、アルミナ質焼結体からなる複数の絶縁層が積層され、主面の面積が７００ｃｍ^２以上であるとともに厚みが４．５ｍｍ以上である絶縁基体の内部の層間に、シグナル配線層とグランド配線層とを備えたプローブカード用配線基板において、前記シグナル配線層が、２５〜５０質量％のＣｕ、ＡｇおよびＡｕの群から選ばれる少なくとも一種の低抵抗導体と、５０〜７５質量％のＭｏおよびＷのうちの少なくとも一方の高融点導体とからなる複合導体を主成分として含み、前記主面の面積に対する各層間における前記シグナル配線層の面積の比率が２０％以下であるとともに、前記グランド配線層が、ＭｏおよびＷのうちの少なくとも一方の高融点導体を主成分として含むことを特徴とするものである。

また本発明は、上記のプローブカード用配線基板の一方の主面に、前記シグナル配線層およびグランド配線層とそれぞれ接続される表面配線層を備え、該表面配線層に半導体素子の電気特性を測定するための測定端子が接続されてなることを特徴とするプローブカードである。

本発明によれば、２５〜５０質量％のＣｕ、ＡｇおよびＡｕの群から選ばれる少なくとも一種の低抵抗導体と、５０〜７５質量％のＭｏおよびＷのうちの少なくとも一方の高融点導体とからなる複合導体を主成分として含むシグナル配線層が、前記主面の面積に対する各層間における面積の比率が２０％以下となるように設けられており、グランド配線層がＭｏおよびＷのうちの少なくとも一方の高融点導体を主成分として含んでいるため、絶縁基体を形成するアルミナ質焼結体との焼成収縮のマッチングがよくない複合導体の形成領域を少なく、絶縁基体を形成するアルミナ質焼結体との焼成収縮のマッチングがよい高融点導体の形成領域を多くすることとなり、主面の面積が７００ｃｍ^２以上、厚みが４．５ｍｍ以上の大きさを有するものの、寸法精度が高くかつ主面の平坦性に優れたプローブカード用配線基板を実現することができる。

また、本発明のプローブカードによれば、低抵抗導体と高融点導体とを含む複合導体を主成分とする配線を有し、寸法精度が高くかつ主面の平坦性に優れたプローブカード用配線基板を用いるため、プローブカード用配線基板の主面の面積が７００ｃｍ^２以上、厚みが４．５ｍｍ以上の大きさであっても、プローブピンを形成することができ、また信号遅延や検査ミスを抑制することができる。

本発明の実施の形態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用配線基板の一実施形態を示す概略断面図であり、図２は本発明のプローブカードを用いた半導体素子評価装置の説明図である。

図１に示すプローブカード用配線基板１は、アルミナ質焼結体からなる複数の絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが積層され、主面の面積が７００ｃｍ^２以上であるとともに厚みが４．５ｍｍ以上である絶縁基体１１の内部の層間に、シグナル配線層１２とグランド配線層１３とを備えたものである。

絶縁基体１１は複数の絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄからなるもので、それぞれの絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄはアルミナ（α−Ａｌ_２Ｏ_３）を主結晶とするアルミナ質焼結体で形成されている。アルミナ質焼結体におけるアルミナの割合は８５〜９５質量％程度であり、粒状または柱状の結晶として存在している。本発明においてアルミナの平均結晶粒径は特に限定されるものではないが、結晶粒径が大きくなるに従い熱伝導性が向上し、結晶粒径が小さくなるに従い強度が向上することから、高熱伝導性および高強度の両立という点から、アルミナの平均結晶粒径は１．０〜５．０μｍ、特に１．７〜２．５μｍであることが望ましい。なお、アルミナが柱状の結晶である場合の平均結晶粒径は短軸径に基づいて求めることとする。

ここで、アルミナ質焼結体で形成された絶縁基体１１には、１５００℃以下の低温で形成するための焼結助剤成分として、ＭｎおよびＳｉをアルミナに対してそれぞれ酸化物換算（Ｍｎ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２）で２．５〜７．５質量％含有していることが好ましい。また、後述する複合導体との同時焼結性を高める成分として、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢおよびＣｒのうちから選ばれる１種以上を酸化物換算（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、Ｂ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３）で０．１〜４質量％の割合で含有することが好ましい。さらに、絶縁基体１１を黒色化するための着色成分としてＷ、Ｍｏなどの金属を含んでいても良い。

これらアルミナ以外の成分は、アルミナの結晶粒界に非晶質相あるいは結晶相として存在する。ここで、熱伝導性、強度、誘電損失低減、耐薬品性向上の観点から、粒界中に助剤成分を含有する結晶相が多く形成されていることが望ましく、特にＭｎＡｌ_２Ｏ_４、Ｍｎ_３Ａｌ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２、ＭｎＳｉＯ_３、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４として存在していることが望ましい。

そして、絶縁基体１１の主面の面積は７００ｃｍ^２以上であるとともに、厚みは４．５ｍｍ以上である。面積が７００ｃｍ^２以上であるのは、直径１２インチ（３０ｃｍ）以上の大きさの半導体ウェハの検査用として使用できるようにするためであり、厚みが４．５ｍｍ以上であるのは、曲げ剛性維持のためである。また、このような面積および厚みとなることで、後述するような配線層と面積比率との関係が寸法精度および主面の平坦性を向上させる点で重要になるからである。なお、本発明はプローブカード用配線基板であることから、主面の面積は最大で１２００ｃｍ^２程度であって、厚みが最大で７．０ｍｍ程度である。

絶縁基体１１の内部の層間に設けられた信号伝送用のシグナル配線層１２は、２５〜５０質量％のＣｕ、ＡｇおよびＡｕの群から選ばれる少なくとも一種の低抵抗導体と、５０〜７５質量％のＭｏおよびＷのうちの少なくとも一方の高融点導体とからなる複合導体を主成分として含んでいる。

アルミナ質焼結体と同時焼成可能な配線層の形成材料として、ＷおよびＭｏといった高融点導体が挙げられるが、これらの高融点導体からなる配線層は電気抵抗値が高い。一方、Ｃｕ、ＡｇおよびＡｕといった低抵抗導体は、アルミナ質焼結体の焼成温度よりもかなり融点が低いため、低抵抗導体のみをアルミナ質焼結体と同時焼成することはできない。そこで、Ｃｕ、ＡｇおよびＡｕの群から選ばれる少なくとも一種の低抵抗導体と、ＷおよびＭｏのうちの少なくとも一方の高融点導体との複合導体を主成分として配線層（第１の配線層１２）を形成することで、低抵抗導体に比べると電気抵抗値は多少あがってしまうものの、後述する１２００℃〜１５００℃の焼成温度でアルミナ質焼結体との同時焼成が可能となる。ただし、同時焼成可能といえども、低抵抗導体の融点を超える温度での焼成となるため、低抵抗導体の溶融を抑制して配線層の形状を保つことが必要となる。そこで、配線層の低抵抗化と保形性をともに達成するうえで、低抵抗導体が２５〜５０質量％、特に３０〜４０質量％で、高融点導体が５０〜７５質量％、特に６０〜７０質量％の割合であることが重要である。なお、複合導体中には、高融点導体が平均粒径１〜１０μｍの粒子として低抵抗導体からなるマトリックス中に分散していることが望ましい。

そして、主面の面積に対する絶縁層１１ａ〜１１ｄの各層間におけるシグナル配線層１２の面積の比率が２０％以下となるように設けられていることが重要である。

複合導体に含まれるＣｕ、ＡｇおよびＡｕは、アルミナ質焼結体と比較して焼成収縮開始温度および焼成収縮終了温度が著しく低く、かつ複合導体を主成分とするシグナル配線層１２は焼成収縮量が小さいため、絶縁基体１１とシグナル配線層１２とは焼成時に焼成収縮のミスマッチが発生し、この影響により絶縁基体１１の局所的な収縮量低下を発生させてしまう。プローブカード用多層配線基板のように面積が大きく厚い場合には、このミスマッチにより影響は大きい。特に、絶縁基体１１の主面の面積が７００ｃｍ^２以上、厚みが４．５ｍｍ以上になると、寸法精度および主面の平坦性の悪化が顕著なものとなってしまう。したがって、各層間に形成されたシグナル配線層１２は、主面の面積に対する面積の比率が２０％以下となっていることが重要となり、これにより、絶縁基体１１とシグナル配線層１２との焼成収縮のミスマッチの影響を小さくすることができる。なお、主面の面積に対する面積の比率は、各絶縁層を研磨して各シグナル配線層および各グランド配線層を露出させた後に画像分析することで、測定できる。なお、シグナル配線層１２の面積の比率を求めるにあたって、その面積とはシグナル配線層１２を上から見たときのシグナル配線層１２が占める領域のことをいう。

一方、絶縁基体１１の内部に設けられた接地用のグランド配線層１３は、ＭｏおよびＷのうちの少なくとも一方の高融点導体を主成分として含むことが重要である。

電気抵抗値が低いことが必要なシグナル配線層１２に対して、グランド配線層１３は電気抵抗値が低いことは重要ではない。そうすると、グランド配線層１３においては、絶縁基体１１との焼成収縮のミスマッチをなくすことが重要である。したがって、グランド配線層１３はＭｏおよびＷのうちの少なくとも一方の高融点導体を主成分としている。なお、高融点導体としては一種類に限定されるものではないが、焼結性、アルミナ質焼結体との接合強度および焼成収縮のマッチングの観点からＭｏを適用することが望ましい。

なお、貫通導体１４は、絶縁基体１１との間で焼成収縮挙動のミスマッチがあっても、寸法精度および主面の平坦性に影響を及ぼすことが少ないから、シグナル配線層１２を形成する複合導体と同様の複合導体で形成されてもよい。また、シグナル配線層１２よりも断面積が大きいものであるから多少抵抗の高い材料であるグランド配線層１３と同様の高融点導体で形成されてもよい。

また、図１に示す絶縁基体１１の主面には、貫通導体１４に接続するランド１５（接続パッド）が形成されている。このランド１５は焼成後にこのプローブカード用配線基板１の配線の電気ショート／オープンの検査をするために設けられたもので、それぞれのランド１５同士がシグナル配線層１２やグランド配線層１３のようにつながって形成されることはない。そのため、ランド１５の形成材料は、シグナル配線層１２と同じ複合導体であっても良く、グランド配線層１３と同じ高融点導体であってもよい。

なお、プローブカード用配線基板１の配線の電気ショート／オープンの検査をした後、表面研磨して貫通導体１４を露出させたうえで、薄膜（表面配線層）の形成およびプローブピンの形成がなされ、後述のプローブカードが作製される。

このようなプローブカード用配線基板１は、低抵抗導体と高融点導体とを含む複合導体を主成分とする配線を有し、主面の面積が７００ｃｍ^２以上、厚みが４．５ｍｍ以上の大きさであってもを有するものの、寸法精度が高くかつ主面の平坦性に優れたものである。

上記のプローブカード用配線基板１は、例えば図２に示すようなプローブカード２として用いることができる。

図２に示すプローブカード２は、プローブカード用配線基板１の一方の主面に、シグナル配線層１２およびグランド配線層１３とそれぞれ接続される表面配線層（図示せず）を備え、該表面配線層に半導体素子の電気特性を測定するための測定端子２１が接続されたものである。プローブカード用配線基板１の他方の主面に接続端子（図示せず）が形成され、この接続端子が半田３を介して外部回路基板４に接合され、外部回路基板４の電気回路（図示せず）と電気的に接続されている。また、外部回路基板４は、テスタ５に電気的に接続されている。

そして、ステージ６の上に載置された半導体ウェハ７の上面にプローブカード２の測定端子２１を接触させて半導体素子の電気特性を測定することができる。

なお、プローブカード２および外部回路基板４は、昇降措置８によって上下に駆動させることができ、プローブカード２の測定端子２１を半導体ウェハ７の上面に接触させたり離したりすることができる。

次に、上記のプローブカード用配線基板１の製造方法について説明する。

まず、絶縁基体１１を形成するために、アルミナ原料粉末として、純度９９％以上、平均粒径が０．５〜２．５μｍ、特に１．０〜２．０μｍの粉末を用いる。これは、平均粒径を０．５μｍ以上とすることでシート成形性を良好なものとし、２．５μｍ以下とすることで１５００℃以下の温度での焼成によっても緻密化を促進させるためである。

そして、上記のアルミナ原料粉末と、純度９９％以上、平均粒径が０．７〜１．７μｍのＭｎ_２Ｏ_３粉末と、純度９９％以上、平均粒径が１〜３μｍのＳｉＯ_２粉末とを混合する。ここで、混合の割合は、アルミナ原料粉末８５〜９５質量％、Ｍｎ_２Ｏ_３粉末２．５〜７．５質量％、ＳｉＯ_２粉末２．５〜７．５質量％とするのが好ましい。これにより、シート成形性を良好なものとし、Ｍｎ成分の分散性を向上させ、ＳｉＯ_２とＭｎ化合物との反応性を制御しつつ、ＭｎＡｌ_２Ｏ_４、Ｍｎ_３Ａｌ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２、ＭｎＳｉＯ_３などの結晶化および１２００〜１５００℃の焼成温度での緻密化を促すことができる。

ここで、ＭｎおよびＳｉは、上記酸化物の粉末以外に焼成によって酸化物を形成しうる炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩等として添加しても良い。この場合、ＭｎがＭｎ_２Ｏ_３換算で２．５〜７．５質量％、ＳｉがＳｉＯ_２換算で２．５〜７．５質量％となるように添加するのがよい。

さらに、アルミナ原料粉末、Ｍｎ_２Ｏ_３粉末およびＳｉＯ_２粉末からなる原料粉末に、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢおよびＣｒの群から選ばれる１種以上の酸化物粉末（ＭｇＯ粉末、ＣａＯ粉末、ＳｒＯ粉末、Ｂ_２Ｏ_３粉末、Ｃｒ_２Ｏ_３粉末）または焼成によって酸化物を形成しうる炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩からなる粉末を合計で０．１〜４質量％となる割合で添加してもよい。これにより、配線を形成する複合導体との同時焼結性を高めることができる。この最適な添加量は、合計で０．２〜２．５質量％である。

またさらに、アルミナ質焼結体を黒色化するための着色成分であるＷ、Ｍｏなどの金属を、１００質量部の混合粉末に対して２質量部以下の割合で添加してもよい。耐薬品性を向上させることで、この黒色化成分が流出して白色化し認知性が低下してしまうのを防ぐことができる。

そして、この混合粉末に対して有機バインダ、溶媒を添加してスラリーを調整した後、これをプレス法、ドクターブレード法、圧延法、射出法などの成形方法によってグリーンシートを作製する。あるいは、混合粉末に有機バインダを添加し、プレス成形、圧延成形等の方法により所定の厚みのセラミックグリーンシートを作製する。なお、焼成後の絶縁基体の主面の面積が７００ｃｍ^２以上となるように、収縮率を考慮してセラミックグリーンシートの面積は決定される。また、グリーンシートの厚みは例えば５０〜３００μｍとすることができ、焼成後の絶縁基体の厚みが４．５ｍｍ以上となるように、収縮率を考慮してセラミックグリーンシートの厚みおよびセラミックグリーンシートの積層数は決定される。

そして、適宜、このセラミックグリーンシートに対して、マイクロドリル、レーザー等により直径が５０〜２５０μｍの貫通孔を形成する。

このようにして作製されたセラミックグリーンシートに対して、導体成分としてＭｏおよびＷのうちの少なくとも一方の高融点導体を導体成分とし、導体成分１００質量部に対してアルミナ粉末を１５質量部以下、特に１０質量部以下の割合で添加したものを混合して導体ペーストを調整し、この導体ペーストを各セラミックグリーンシートの貫通孔内に充填し、またスクリーン印刷、グラビア印刷などの方法によりグランド配線層１３の配線印刷を行う。

次に、Ｃｕ、ＡｇおよびＡｕの群から選ばれる少なくとも１種の低抵抗導体粉末と、ＷおよびＭｏのうちの少なくとも一方の高融点導体粉末とを前述した比率（低抵抗導体が２５〜５０質量％、高融点導体が５０〜７５質量％）で混合して導体ペーストを調製し、この導体ペーストをスクリーン印刷、グラビア印刷などの方法によりシグナル配線層１２の配線印刷を行う。

ここで、シグナル配線層１２の配線印刷が主面の面積に対し２０％以下となるように形成されていることが重要である。２０％よりも大きいと、複合導体に含まれる低抵抗導体がアルミナ質焼結体と比較して著しく焼成収縮開始温度、焼成収縮終了温度とも低く、かつ複合導体の焼成収縮量も少ないことから、セラミックグリーンシートと導体ペーストとの収縮挙動のミスマッチが発生し、この影響によりセラミックグリーンシート（絶縁基体）の局所的な収縮量低下を発生させる。本発明における大きさの基板であれば、このミスマッチによる影響は極めて大きく、結果としてプローブカード用配線基板内の寸法精度の悪化およびプローブカード用配線基板の主面の平坦性を損ねることとなってしまうからである。

なお、これらの導体ペースト中には、絶縁層との密着性を高めるために、上記の金属粉末以外にアルミナ粉末あるいは絶縁基体と同一組成物の混合粉末を添加してもよく、さらにはＮｉ等の活性金属あるいはそれらの酸化物を０．０５〜２質量部の割合で添加してもよい。

その後、セラミックグリーンシートを位置合わせして積層圧着してセラミックグリーンシート積層体を作製した後、このセラミックグリーンシート積層体を非酸化性雰囲気中、焼成最高温度が１２００〜１５００℃、特に１２５０〜１４００℃の温度となる条件で焼成する。このときの焼成温度が１２００℃より低いと、アルミナ質焼結体を相対密度９５％以上まで緻密化させることができず、熱伝導性や強度が低いものとなってしまう。一方、焼成温度が１５００℃より高いと、ＷあるいはＭｏ自体の焼結が進むとともにＣｕの流動により均一組織を維持できなくなり、結果的にシグナル配線層の低抵抗を維持することが困難となってしまう。また、アルミナ結晶の粒径が大きくなりすぎる異常粒成長が発生したり、Ｃｕがセラミックス中へ拡散するときのパスである粒界の長さが短くなるとともに拡散速度も速くなる結果、拡散距離が３０μｍを超えて大きくなり、微細配線化を阻害してしまう。

また、焼成時の非酸化性雰囲気としては、窒素雰囲気あるいは窒素と水素との混合雰囲気であることが望ましい。特に、シグナル配線層中のＣｕの拡散を抑制する上では、水素および窒素を含み露点が＋３０℃以下、特に＋２５℃以下の非酸化性雰囲気であることが望ましい。焼成時の露点が＋３０℃より高いと、焼成中に酸化物セラミックスと雰囲気中の水分とが反応し酸化膜を形成し、この酸化膜と銅とが反応してしまい、導体の低抵抗化の妨げとなるのみでなく、Ｃｕの拡散を助長してしまうためである。なお、この雰囲気には所望によりアルゴンガス等の不活性ガスが混入されてもよい。

以上述べた方法により作製されたプローブカード用配線基板は、低抵抗な配線を有し、７００ｃｍ^２以上の面積、４．５ｍｍ以上の厚みであっても寸法精度が高く、かつ基板反りの少ないものとなる。

純度が９９％で平均粒子径が１．８μｍのＡｌ_２Ｏ_３粉末に対して、純度が９９％で平均粒子径が１．５μｍのＭｎ_２Ｏ_３粉末、純度が９９％で平均粒子径が１．０μｍのＳｉＯ_２粉末、純度が９９．９％で平均粒子径が０．７μｍのＭｇＣＯ_３粉末をそれぞれ９０．０質量％、４．５質量％、４．５質量％、１．０質量％の割合で混合した後、さらに、成形用有機樹脂（有機バインダ）としてアクリル系バインダと、有機溶媒としてトルエンを混合してスラリーを調製した後、ドクターブレード法にて４１０ｍｍ角、厚さ２５０μｍのシート状に成形し、セラミックグリーンシートを得た。

得られたセラミックグリーンシートに対して、打抜き加工を施し、直径が２００μｍの貫通孔を形成した。そして、純度９９．９％、平均粒子径１．２μｍのＭｏ粉末９５質量％と純度９９．９％、平均粒子径１．８μｍのアルミナ粉末５質量％とを混合した粉末に対し、アクリル系バインダとアセトンを溶媒として混合し、Ｍｏ導体ペーストを調製し、この導体ペーストをスクリーン印刷法によって上記のセラミックグリーンシートの貫通孔内に充填した。

次に、純度９９％、平均粒子径１．２μｍのＣｕ粉末３５質量％と純度９９．９％、平均粒子径１．２μｍのＷ粉末６５質量％とを混合した粉末に対し、アクリル系バインダとアセトンを溶媒として混合し、ＣｕとＷとの複合導体ペースト（Ｃｕ／Ｗ導体ペースト）を調製した。そして、貫通孔内にＭｏ導体ペーストを充填したセラミックグリーンシートに対してスクリーン印刷法によってシグナル配線層およびグランド配線層のパターンに印刷塗布した。なお、Ｃｕ／Ｗ導体ペーストとして、Ｃｕ粉末が３５質量％でＷ粉末が６５質量％の割合のＣｕ／Ｗ導体ペーストの他、Ｃｕ粉末とＷ粉末との割合を異ならせたＣｕ／Ｗ導体ペーストについても、スクリーン印刷法によってシグナル配線層およびグランド配線層のパターンに印刷塗布した。表１において、Ｃｕ粉末が３５質量％でＷ粉末が６５質量％の割合のものはＣｕ／Ｗ（３５：６５）のように表し、Ｃｕ粉末が２５質量％でＷ粉末が７５質量％の割合のものはＣｕ／Ｗ（２５：７５）のように表した。

また、貫通孔内にＭｏ導体ペーストを充填したセラミックグリーンシートを別に用意して、貫通孔内に充填したものと同じＭｏ導体ペーストを用いてスクリーン印刷法によってシグナル配線層およびグランド配線層のパターンに印刷塗布した。

さらに、セラミックグリーンシート積層体を作製する際に最上層に配置される、貫通孔内にＭｏ導体ペーストを充填したセラミックグリーンシートを別に用意して、貫通孔内に充填したものと同じＭｏ導体ペーストを用いて、セラミックグリーンシート積層体の上面となる主面に露出した貫通導体を覆うように、スクリーン印刷法にて直径３００μｍのランドパターンを形成した。

さらにまた、セラミックグリーンシート積層体を作製する際に最下層に配置される、貫通孔内にＭｏ導体ペーストを充填したセラミックグリーンシートを別に用意して、貫通孔内に充填したものと同じＭｏ導体ペーストを用いて、セラミックグリーンシート積層体の下面となる主面に露出した貫通導体を覆うように、スクリーン印刷法にて直径３００μｍのランドパターンを形成した。

上記のようにして作製したセラミックグリーンシートシートを、最上層となるセラミックグリーンシートをＨ、シグナル配線層のパターンの形成されたセラミックグリーンシートをＳ、グランド配線層のパターンの形成されたセラミックグリーンシートをＧとしたとき、層構成がＨＳＧＳＧＳＧ・・・ＳＧＳ（ただし、最下層のセラミックグリーンシートには、上面にシグナル配線層のパターン、下面にランドパターン）となるように、位置合わせして３０層積層圧着してセラミックグリーンシート積層体を作製した。

このとき、シグナル配線層のパターンおよびグランド配線層のパターンのそれぞれについて、印刷時のスクリーン製版のメッシュ開口部面積とセラミックグリーンシートの面積とから、シグナル配線層およびグランド配線層の主面に対する面積の比率を算出した。そして、セラミックグリーンシート積層体中の各々の層における面積の比率のうち、最大値および最小値を表１に示す。なお、ここでは各セラミックグリーンシートの主面の面積とセラミックグリーンシート積層体の主面の面積とは同じものとして算出した。また、後述するように、焼成後の絶縁基体の主面の面積に対するシグナル配線層およびグランド配線層の面積の比率は焼成前のセラミックグリーンシート積層体の主面の面積に対する比率と同様である。

その後、このセラミックグリーンシート積層体を露点＋２５℃で６００℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行なった後、焼成最高温度１４００℃で焼成して、プローブカード用配線基板を得た。

得られたプローブカード用配線基板は、焼成収縮により３４０ｍｍ角（主面の面積が１１５６ｃｍ^２）で、厚さが６ｍｍの大きさとなった。

このプローブカード用配線基板について、寸法精度評価として焼成収縮率ばらつきの評価を行った。具体的には、図３に示すように、セラミックグリーンシート積層体の主面に形成されたＰ１からＰ８までのランド間の距離を６カ所（Ｐ１〜Ｐ３、Ｐ４〜Ｐ５、Ｐ６〜Ｐ８、Ｐ１〜Ｐ６、Ｐ２〜Ｐ７、Ｐ３〜Ｐ８）について焼成前後で測定して、焼成収縮率を算出した。さらに、６カ所のうち収縮が最大となった箇所の最大収縮率と最小となった箇所の最小収縮率との差を算出した。この差が０．５％以下であるものを合格とした。その結果を表１に示す。

また、主面の平坦性の評価として、得られたプローブカード用配線基板の両主面内の３３０ｍｍ角のエリアにおいてレーザー式変位計を用いて縦横５ｍｍごとに主面の高さを測定し、その最高値と最低値の差を平坦度とした。また、それぞれの主面における平坦度のうち、大きいほうをそのプローブカード用配線基板の平坦度と定義した。そして、平坦度０．２ｍｍ以下を合格とした。その結果を表１に示す。

さらに、配線抵抗の評価として、２層目のシグナル配線層に形成した長さ４０ｍｍ、幅１００μｍの導体抵抗測定用シグナル配線層の電気抵抗値をミリオームメーターを用いて測定した。測定は、上面に形成されたランドに測定端子を接触させて、最上層となる絶縁層に形成され、２層目の導体抵抗測定用シグナル配線層の両端に電気的に接続された貫通導体を介して、４端子法で測定した。このとき、貫通導体の電気抵抗は無視し、測定値で１．５ｍΩ以下を合格とした。その結果を表１に示す。

表１から明らかなように、本発明のプローブカード用配線基板は、基板内収縮率の差が０．５％以下であるため寸法精度に優れ、かつ平坦度も０．２ｍｍ以下と小さく、さらに配線抵抗が１．５ｍΩ以下と低いことがわかる。

これに対し、本発明範囲外のプローブカード用配線基板は、寸法精度、平坦度または配線抵抗のいずれかが基準を満たさないことがわかる。

なお、プローブカード用配線基板（焼成後）における面積の比率については、各絶縁層を研磨して各シグナル配線層および各グランド配線層を露出させた後に画像分析してみたところ、焼成前に算出した面積の比率とほぼ同様の面積の比率を示すことを確認した。

本発明のプローブカード用配線基板の一実施形態の概略断面図である。本発明のプローブカードの一実施形態を用いた半導体素子評価装置の説明図である。本発明のプローブカード用配線基板の寸法精度評価の説明図である。

符号の説明

１：プローブカード用配線基板
１１：絶縁基体
１２：シグナル配線層
１３：グランド配線層
１４：貫通導体
１５：ランド
２：プローブカード
２１：測定端子

Claims

アルミナ質焼結体からなる複数の絶縁層が積層され、主面の面積が７００ｃｍ^２以上であるとともに厚みが４．５ｍｍ以上である絶縁基体の内部の層間に、シグナル配線層とグランド配線層とを備えたプローブカード用配線基板において、
前記シグナル配線層が、２５〜５０質量％のＣｕ、ＡｇおよびＡｕの群から選ばれる少なくとも一種の低抵抗導体と、５０〜７５質量％のＭｏおよびＷのうちの少なくとも一方の高融点導体とからなる複合導体を主成分として含み、前記主面の面積に対する各層間における前記シグナル配線層の面積の比率が２０％以下であるとともに、前記グランド配線層が、ＭｏおよびＷのうちの少なくとも一方の高融点導体を主成分として含むことを特徴とするプローブカード用配線基板。
請求項１に記載のプローブカード用配線基板の一方の主面に、前記シグナル配線層およびグランド配線層とそれぞれ接続される表面配線層を備え、該表面配線層に半導体素子の電気特性を測定するための測定端子が接続されてなることを特徴とするプローブカード。