JP2010197193A - プローブカード用基板およびプローブカード用積層体ならびにこのプローブカード用積層体を用いたプローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】 高集積化が進んだＬＳＩチップ等の半導体素子上に配列された電極パッドの電気的特性を正確に検査できるプローブカードを構成するプローブカード用基板およびプローブカード用積層体、さらに、このプローブカード用積層体を用いたプローブカードおよびこのプローブカードを用いた半導体ウエハ検査装置を提供すること。
【解決手段】 アルミナおよびムライトからなる化合物を主成分とする複合セラミックスからなるプローブカード用基板１ａ，１ｂ，１ｃである。アルミナおよびムライトの各含有量を調整することにより、支持部材４および半導体ウエハ６の熱膨張係数の差を小さくなるように設定することができるため、高温における検査において、半導体ウエハ６，プローブカード用基板１ａ，１ｂ，１ｃおよび支持部材４の各部材間で生じる膨張の差を抑制してプローブ５と電極パッド７との位置ずれが生じるのを少なくすることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体ウエハに形成された回路の検査に用いられるプローブカードを構成するプローブカード用基板およびこれらを複数積み重ねたプローブカード用積層体、さらにはこのプローブカード用積層体を用いたプローブカードおよびこのプローブカードを用いた半導体ウエハ検査装置に関する。

ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置），ＭＰＵ（Microprocessor Unit：超小型演算処理装置）やフラッシュメモリ等に用いられる半導体ウエハに形成された回路の電気的特性の検査は、高温に加熱した状態でプローブカードを用いて行なわれる。

図４は従来のプローブカードを用いた電気的特性の測定状態を示す概略断面図である。

図４に示すプローブカードは、配線パターン310が形成されたガラスエポキシ系樹脂からなるプリント基板300と、プリント基板300に取り付けられるプローブ100とを備えたものである。プリント基板300の裏面側には、セラミックスからなる保持部材240が取り付けられ、この保持部材240に形成された傾斜面241にシリコンウエハ600の電気的特性を測定するプローブ100が保持されている。プローブ100の先端は下向きに折り曲げられており、シリコンウエハ600を分割するＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit：大規模集積回路）チップ610の電極パッド611に対応するように位置決めされている。

そして、プリント基板300の内部にはスルーホール210が形成され、プローブ100とコネクタ端子320とがスルーホール210の内部およびプリント基板300の表面に形成された配線パターン310を介して接続されている。また、シリコンウエハ600は、ＬＳＩチップ610の検査が高温下でもできるように、ヒーター710が内蔵された真空チャック700上に載置されている。

しかしながら、このようなプローブカードは、プリント基板300がヒーター710で加熱された真空チャック700からの輻射熱によって膨張しやすく、その結果、プローブ100の接触部が電極パッド611に対してずれてしまい、正確な検査ができないという問題がある。このような問題を解決するために、特許文献１では、真空チャックからの輻射熱によって、プローブの接触部が電極パッドに対してずれることの少ない高温測定用プローブカードが提案されている。

図５は、特許文献１で提案された高温測定用のプローブカードを用いた電気的特性の測定状態を示す概略断面図である。

図５に示す高温測定用プローブカードは、測定対象物であるＬＳＩチップ610を加熱した状態で電気的諸特性を測定する高温測定用プローブカードであって、ＬＳＩチップ610の電極パッド611に接触するプローブ100と、このプローブ100が取り付けられる基板400とを備えており、基板400は複数のセラミックス板410を積層したものである。なお、プローブ100，ＬＳＩチップ610および電極パッド611等は、図４を用いて説明したものと同一であるので、その詳細な説明は省略する。

図６は、特許文献１で提案された高温測定用プローブカードに用いられる基板を構成するセラミックス板の斜視図である。

この図６に示すセラミックス板410は、厚さが0.3ｍｍのセラミックスからなり、開口411を有し、銀パラジュームの厚膜からなる配線パターン412が形成されている。また、セラミックス板410には、積層される他のセラミックス板410の配線パターン412との接続を考慮した接続手段であるスルーホール413あるいはバイアホール等が形成されている。

そして、これらの図５および図６に示すように、特許文献１には、測定対象物を加熱した状態で電気的特性を測定する高温測定用プローブカードにおいて、測定対象物の電極パッド611に接触するプローブ100と、このプローブ100が取り付けられる基板400とを具備しており、この基板400はセラミックス板410を積層したものであることが提案されている。これによれば、従来のガラスエポキシ系樹脂からなるプリント基板300より、セラミックスからなる基板400の方が、熱膨張係数は測定対象物であるＬＳＩチップ610を構成する単結晶シリコンのウエハに近いので、基板の熱膨張に起因するプローブ100の接触部の電極パッド611に対するずれを小さくすることができるというものである。

特開平９−54116号公報

しかしながら、特許文献１で提案された高温測定用プローブカードは、従来のガラスエポキシ系樹脂からなるプリント基板300より、セラミックスからなる基板400の方が熱膨張係数は測定対象物であるＬＳＩチップ610を構成する単結晶シリコンのウエハに近いので基板400の熱膨張に起因するプローブ100の接触部の電極パッド611に対するずれを小さくすることができるものの、基板400を構成するセラミックス板410がアルミナグリーンシートであれば、その熱膨張係数は6.0×10^−６／℃であり、ＬＳＩチップ610における高集積化の進む今日では、プローブ100の接触部の電極パッド611に対するずれをさらに小さくすることが求められている。

本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、高集積化が進んだＬＳＩチップ等の半導体素子上に配列された電極パッドの電気的特性を正確に検査できるプローブカードを構成するプローブカード用基板およびプローブカード用積層体、さらにはこのプローブカード用積層体を用いたプローブカードおよびこのプローブカードを用いた半導体ウエハ検査装置を提供することを目的とするものである。

本発明のプローブカード用基板は、アルミナおよびムライトからなる化合物を主成分とする複合セラミックスからなることを特徴とするものである。

また、本発明のプローブカード用基板は、上記構成において、前記化合物における前記アルミナの含有量が20質量％以上70質量％以下であることを特徴とするものである。

また、本発明のプローブカード用積層体は、上記いずれかの構成のプローブカード用基板が複数積み重ねられてなるプローブカード用積層体であって、板状の支持部材に固定されるとともに、半導体ウエハ側に配置された前記プローブカード用基板よりも前記支持部材側に配置された前記プローブカード用基板の方が前記化合物における前記アルミナの含有量が多いことを特徴とするものである。

また、本発明のプローブカード用積層体は、上記構成において、前記支持部材が樹脂で形成されており、前記プローブカード用積層体は、前記支持部材側に他の複合セラミックスからなる第２のプローブカード用基板を備え、前記他の複合セラミックスはアルミナおよびジルコニアからなる化合物を主成分とし、該化合物における前記アルミナの含有量が９質量％以上41質量％以下であることを特徴とするものである。

また、本発明のプローブカードは、上記いずれかの構成のプローブカード用積層体と、プローブとを備えてなることを特徴とするものである。

また、本発明の半導体ウエハ検査装置は、上記構成のプローブカードを用いたことを特徴とするものである。

本発明のプローブカード用基板によれば、アルミナおよびムライトからなる化合物を主成分とする複合セラミックスからなることから、アルミナおよびムライトの各含有量を調整することにより、プローブカード用基板の熱膨張係数と半導体ウエハの熱膨張係数との差が小さくなるように設定することができる。

また、本発明のプローブカード用基板によれば、化合物におけるアルミナの含有量が20質量％以上70質量％以下であるときには、半導体ウエハの材質としては最も多く用いられているシリコン（Ｓｉ）の熱膨張係数との差が小さくなるように熱膨張係数を設定することができるため、特に半導体ウエハがシリコンで形成されている場合に、高温における検査において、プローブと電極パッドとの位置ずれが生じるのを少なくすることができる。

また、本発明のプローブカード用積層体によれば、本発明のプローブカード用基板が複数積み重ねられてなるプローブカード用積層体であって、板状の支持部材に固定されるとともに、半導体ウエハ側に配置されたプローブカード用基板よりも支持部材側に配置されたプローブカード用基板の方が化合物におけるアルミナの含有量が多いことから、支持部材側に配置されたプローブカード用基板と支持部材との熱膨張係数の差および半導体ウエハ側に配置されたプローブカード用基板と半導体ウエハとの熱膨張係数の差を小さくすることができるとともに、半導体ウエハ側に配置されたプローブカード用基板よりも支持部材側に配置されたプローブカード用基板の方の熱膨張係数が大きくなっているため、高温における検査において、半導体ウエハ，プローブカードおよび支持部材の各部材間で生じる膨張の差を抑制することができる。

また、本発明のプローブカード用積層体によれば、支持部材が樹脂で形成されており、プローブカード用積層体は、支持部材側に他の複合セラミックスからなる第２のプローブカード用基板を備え、他の複合セラミックスはアルミナおよびジルコニアからなる化合物を主成分とし、この化合物におけるアルミナの含有量が９質量％以上41質量％以下であるときには、この第２のプローブカード用基板の熱膨張係数を樹脂で形成された支持部材の熱膨張係数に近づけられるため、高温における検査において、半導体ウエハ，プローブカードおよび支持部材の各部材間で生じる膨張の差を抑制することができる。

また、本発明のプローブカードによれば、本発明のプローブカード用積層体と、プローブとを備えてなることから、高温における検査の際に電極パッドとプローブとの位置ずれが生じることが少ないので、電気的特性の検査を正確に行なうことができる。

また、本発明の半導体ウエハ検査装置によれば、本発明のプローブカードを用いたことから、検査効率の高い優れた半導体ウエハ装置とすることができる。

本発明のプローブカード用基板の実施の形態の一例を示す平面図である。 本発明のプローブカードを用いた半導体ウエハ検査装置の実施の形態の一例を示す概略断面図である。 本発明のプローブカードを用いた半導体ウエハ検査装置の実施の形態の他の例を示す概略断面図である。 従来のプローブカードを用いた電気的特性の測定状態を示す概略断面図である。 従来の高温測定用のプローブカードを用いた電気的特性の測定状態を示す断面図である。 従来の高温測定用プローブカードに用いられる基板を構成するセラミックス板の斜視図である。

以下、半導体ウエハに形成された回路の検査に用いられるプローブカードを構成する本発明のプローブカード用基板およびプローブカード用積層体、さらにこのプローブカード用積層体とプローブとを備えてなるプローブカードならびにこのプローブカードを用いた半導体ウエハ検査装置の実施の形態の例について説明する。

図１は、本発明のプローブカード用基板の実施の形態の一例を示す平面図である。

このプローブカード用基板１は円板状であって、その外周側には、支持部材に固定するためのピン等の固定部材（図示しない）を通す取付孔２と、この取付孔２の位置より内周側に半導体素子の電極パッドの電気的特性の検査に用いられるプローブを挿入するための貫通孔３とを備えている。なお、本例では、円板状のプローブカード用基板１を示したが、半導体素子に配列される電極パッドの位置に応じて、角板状など適宜変更可能である。また、取付孔２および貫通孔３についても、固定場所や半導体素子に配列される電極パッドの位置に応じて、適宜変更可能である。

そして、本発明のプローブカード用基板１は、アルミナおよびムライトからなる化合物を主成分とする複合セラミックスからなることが重要である。アルミナおよびムライトの各含有量を調整することにより、半導体ウエハの材質に合わせてプローブカード用基板１の熱膨張係数と半導体ウエハの熱膨張係数との差を小さくすることができる。

半導体ウエハの材質としては、例えば、シリコン（Ｓｉ），ゲルマニウム（Ｇｅ），窒化ガリウム（ＧａＮ），ガリウム砒素（ＧａＡｓ），インジウムリン（ＩｎＰ）および炭化珪素（ＳｉＣ）等があり、これらの−40〜150℃における各熱膨張係数は、それぞれ4.2×10^−６／℃，6.1×10^−６／℃，4.7×10^−６／℃，5.7×10^−６／℃，4.5×10^−６／℃および4.2×10^−６／℃以上4.7×10^−６／℃以下である。一方、本発明のプローブカード用基板１を構成するアルミナおよびムライトからなる化合物を主成分とする複合セラミックスの−40〜150℃における熱膨張係数は、アルミナおよびムライトの各含有量を調整することにより、3.3×10^−６以上6.0×10^−６／℃以下の範囲で設定することができるので、これらのどの材質を用いた半導体ウエハであっても本発明のプローブカード用基板１の熱膨張係数と半導体ウエハの熱膨張係数との差を小さくすることができる。

そして、本発明のプローブカード用基板１を構成する複合セラミックスの主成分であるアルミナおよびムライトは、Ｘ線回折法を用いて同定することができる。これらのアルミナおよびムライトの含有量については、具体的にはアルミナの組成はＡｌ_２Ｏ_３であり、ムライトの組成は３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２であるので、複合セラミックス中のＡｌおよびＳｉの各含有量を蛍光Ｘ線分析法またはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分析法により求め、この各含有量をそれぞれ酸化物であるＡｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２に換算して、ＳｉＯ_２の含有量からムライト中のＡｌ_２Ｏ_３の含有量を算出する。これらＳｉＯ_２の含有量とＡｌ_２Ｏ_３の含有量との合算値がムライトの含有量となる。そして、全体のＡｌ_２Ｏ_３の含有量から、算出したムライト中のＡｌ_２Ｏ_３の含有量を差し引けば、アルミナの含有量を求めることができる。

また、この本発明のプローブカード用基板１を構成する複合セラミックスの焼結助剤としては、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）や炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ_３）等の周期表第２族元素の炭酸塩を用いることが好適であり、これら焼結助剤は焼結後の複合セラミックスには酸化カルシウム（ＣａＯ）や酸化マグネシウム（ＭｇＯ）として含まれ、これらはそれぞれ1.0質量％を超えない範囲で含まれていてもよい。そして、酸化カルシウム（ＣａＯ）や酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の各含有量は、それぞれカルシウム（Ｃａ）およびマグネシウム（Ｍｇ）の各含有量を蛍光Ｘ線分析法またはＩＣＰ発光分析法により求め、この各含有量をそれぞれ酸化カルシウム（ＣａＯ），酸化マグネシウム（ＭｇＯ）に換算することで求めることができる。

また、この複合セラミックスに含まれる不可避不純物としては、酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ），酸化チタン（ＴｉＯ_２），酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５），酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３），酸化硼素（Ｂ_２Ｏ_３），酸化リチウム（Ｌｉ_２Ｏ）が挙げられ、酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）および酸化チタン（ＴｉＯ_２）は、それぞれ0.09質量％以下、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）および酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）は、それぞれ0.04質量％以下、酸化硼素（Ｂ_２Ｏ_３）は0.004質量％以下、酸化リチウム（Ｌｉ_２Ｏ）は0.001質量％以下であることが好適である。これらの不可避不純物は、前述と同様に金属元素の含有量をＩＣＰ発光分析法により求め、酸化物に換算することで求めることができる。

また、本発明のプローブカード用基板１は、化合物におけるアルミナの含有量が20質量％以上70質量％以下であることが好ましい。この範囲であれば、複合セラミックスの熱膨張係数と半導体ウエハの材質として最も多く用いられているシリコン（Ｓｉ）の熱膨張係数との差が小さくなるように設定することができるため、特に半導体ウエハがシリコン（Ｓｉ）で形成されている場合に、高温における検査において、プローブと電極パッドとの位置ずれが生じるのを少なくすることができる。

具体的には、シリコン（Ｓｉ）の−40〜150℃における熱膨張係数が4.2×10^−６／℃であるのに対して、化合物におけるアルミナの含有量が20質量％以上70質量％以下であることによって、本発明のプローブカード用基板１の−40〜150℃における熱膨張係数を3.6×10^−６／℃〜4.8×10^−６／℃とすることができるので、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体ウエハとの熱膨張係数の差を小さくすることができる。

また、アルミナの含有量が多ければ、複合セラミックスの剛性が高くなり、アルミナの含有量が少なければ、複合セラミックスの熱膨張係数が小さくなるので、要求される特性に応じて、アルミナの含有量を調整すればよい。

図２は、本発明のプローブカードを用いた半導体ウエハ検査装置の実施の形態の一例を示す概略断面図である。

図２に示す本発明の半導体ウエハ検査装置13は、本発明のプローブカード用基板１ａ，１ｂ，１ｃが複数積み重ねられてなるプローブカード用積層体11と、貫通孔３の中に挿通されるプローブ５とを備えてなるプローブカード12を有しており、このプローブカード用積層体11は、板状の支持部材４に固定されている。また、半導体ウエハ検査装置13は、半導体ウエハ６を吸着して固定する真空チャック８と、真空チャック８を保持するステージ10とを有している。また、真空チャック８には、半導体ウエハ６を加熱するヒーター９が内蔵されている。なお、複数積み重ねられている本発明のプローブカード用基板１ａ，１ｂ，１ｃにおいて、すべてに同じ径の貫通孔３が設けられているものではなくてもよい。さらに、プローブカード用基板１ｂが枠状であり、これがプローブカード用基板１ａおよび１ｃのスペーサとなるものであってもよい。

支持部材４は、例えばアルミナ，窒化アルミニウムおよび窒化珪素のいずれかを主成分とし、プローブカード用積層体11側の表面にプローブ５が接続されるパッド４ａを備え、パッド４ａは内部の回路４ｂを介して反対側の表面に形成されたパッド４ｃに電気的に接続されている。パッド４ａ，４ｃは、例えば、フォトリソグラフィ技術によって作製され、導電性を有するものであり、回路４ｂは、例えば、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ，ＮｉおよびＰｂ−Ｓｎ合金の少なくともいずれか１種で形成されている。

そして、真空チャック８を用いて半導体ウエハ６を吸着して固定し、ヒーター９で加熱した状態で、半導体ウエハ６の半導体素子６ａ上に配列された電極パッド７に、触針であるプローブ５を接触させることによって、半導体素子６ａに形成された回路の電気的特性を検査することができる。

また、本発明のプローブカード用積層体11は、半導体ウエハ６側に配置されたプローブカード用基板１ｃよりも支持部材４側に配置されたプローブカード用基板１ａの方が、アルミナおよびムライトからなる化合物におけるアルミナの含有量が多いことが好適である。すなわち、図２に示すプローブカード用積層体11が複数のプローブカード用基板１ａ，１ｂ，１ｃからなるときには、プローブカード用基板１ｃよりもプローブカード用基板１ｂの方が、さらにプローブカード用基板１ｂよりもプローブカード用基板１ａの方が、アルミナおよびムライトからなる化合物におけるアルミナの含有量が多いことが好適である。

例えば、支持部材４の−40℃〜150℃における熱膨張係数が5.8×10^−６／℃〜6.2×10^−６／℃であり、半導体ウエハ６がシリコン（Ｓｉ）で−40℃〜150℃における熱膨張係数が4.2×10^−６／℃であるとき、アルミナおよびムライトからなる化合物を主成分とする複合セラミックスからなるプローブカード用基板１ａ，１ｂ，１ｃにおけるアルミナの含有量を90質量％以上100質量％未満，70質量％以上90質量％未満，40質量％以上70質量％未満とすることにより、−40℃〜150℃における熱膨張係数をそれぞれ5.5×10^−６／℃〜6.0×10^−６／℃，4.8×10^−６／℃〜5.5×10^−６／℃，4.0×10^−６／℃〜4.8×10^−６／℃とすることができる。

そのため、支持部材４側に配置されたプローブカード用基板１ａと支持部材４との熱膨張係数の差および半導体ウエハ６側に配置されたプローブカード用基板１ｃと半導体ウエハ６との熱膨張係数の差を小さくすることができるとともに、半導体ウエハ６側に配置されたプローブカード用基板１ｃよりもプローブカード用基板１ｂの方の熱膨張係数が大きく、さらにプローブカード用基板１ｂよりも支持部材４側に配置されたプローブカード用基板１ａの方の熱膨張係数が大きくなっているため、高温における検査において、半導体ウエハ６，プローブカード４およびプローブカード用積層体11の各部材間で生じる膨張の差を抑制することができるので、プローブ５と電極パッド７との位置ずれが生じるのを少なくすることができ、正確に電気的特性を検査することができる。

また、図２に示す本発明の半導体ウエハ装置13は、本発明のプローブカード用積層体11とプローブ５とを備えた本発明のプローブカード12を用いているので、プローブ５と電極パッド７との位置ずれが生じることの少ない、検査効率の高い優れた半導体ウエハ装置13とすることができる。

図３は、本発明のプローブカードを用いた半導体ウエハ検査装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。

図３に示す半導体ウエハ検査装置13は、図２に示す半導体ウエハ検査装置13と基本的な構成は同じであるが、支持部材４がエポキシ，ベークライト等の樹脂で形成されている点で、また支持部材４側のプローブカード用基板１ａが他の複合セラミックスからなる第２のプローブカード用基板１ｄに置き換わっている点で異なる。

本発明のプローブカード用積層体11は、支持部材４が樹脂で形成されているときには、本発明のプローブカード用積層体11が、支持部材４側にアルミナおよびジルコニアからなる化合物を主成分とし、この化合物におけるアルミナの含有量が９質量％以上41質量％以下である第２のプローブカード用基板１ｄを備えていることが好ましい。

例えば、支持部材４がガラス不織布の織り込まれたエポキシ樹脂で形成されており、−40℃〜150℃における熱膨張係数は7.5×10^−６／℃以上9.5×10^−６／℃以下であるとき、他の複合セラミックスがアルミナおよびジルコニアからなる化合物を主成分とし、この化合物におけるアルミナの含有量が９質量％以上41質量％以下であるものとすることによって、−40℃〜150℃における他の複合セラミックスの熱膨張係数を7.5×10^−６／℃〜9.5×10^−６／℃とすることができるので、高温における検査において、半導体ウエハ６，プローブカード12および支持部材４の各部材間で生じる膨張の差を抑制できる。そのため、プローブ５と電極パッド７との位置ずれが生じるのを少なくすることができる。

なお、他の複合セラミックスの主成分であるアルミナおよびジルコニアは、Ｘ線回折法を用いて同定することができる。また、それらの含有量については、具体的には複合セラミックス中のＡｌおよびＺｒの各含有量を蛍光Ｘ線分析法またはＩＣＰ発光分析法により求め、この各含有量をそれぞれ酸化物であるＡｌ_２Ｏ_３およびＺｒＯ_２に換算することにより算出することができ、この算出したＡｌ_２Ｏ_３とＺｒＯ_２との含有量を合算した量が主成分量である。

なお、図２および図３に示すプローブカード用積層体11は、プローブカード用基板１が３枚積み重ねられてなる例を示したが、プローブカード用基板１は２枚以上であればよく、半導体ウエハ６と支持部材４との熱膨張係数の差に応じて、高温における検査の際の膨張の差を抑制することができればよい。また、本発明のプローブカード用積層体11と支持部材４との間に、熱膨張係数が支持部材４側のプローブカード用基板１よりも大きく支持部材４よりも小さいセラミックスが配置されるものであってもよい。

次に、本発明のプローブカード用基板１を得るための製造方法の一例について説明する。

まず、アルミナの粉末が８質量％以上95質量％以下であり、残部がムライトの粉末となるように秤量して100質量部とし、さらに焼結助剤として炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）および炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ_３）の各粉末を所定量添加して調合粉末とする。そして、この調合粉末を溶媒である水とともに回転ミルに投入して、アルミナボールで24時間混合粉砕する。なお、混合粉砕後の平均粒径は１μｍ以上３μｍ以下にすればよい。また、焼結助剤である炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）および炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ_３）は、構成成分の一部である二酸化炭素（ＣＯ_２）が焼成中に焼失して、複合セラミックス中では、それぞれ酸化カルシウム（ＣａＯ），酸化マグネシウム（ＭｇＯ）として存在する。

次に、成形用バインダとして、ポリビニルアルコール，ポリエチレングリコールおよびアクリル樹脂を混合粉末100質量％に対して合計６質量％となるように添加した後、混合してスラリーとする。そして、このスラリーを用いてドクターブレード法を用いてシートを成形し、所定形状の金型でこのシートを打ち抜くか、あるいはレーザ加工を施すことにより、取付孔２および貫通孔３が形成された成形体とすることができる。

また、必要に応じて、切削加工，レーザ加工等によりシートを各種形状、例えば円板状や角板状にすればよい。そして、各種形状に加工された成形体を焼成炉に入れて、1550℃以上1650℃以下で８時間以上12時間以下保持することにより、例えば、図１に示すプローブカード用基板１を得ることができる。

また、アルミナおよびムライトからなる化合物におけるアルミナの含有量を例えば90質量％以上100質量％未満，70質量％以上90質量％未満，40質量％以上70質量％未満となるように秤量して、上述したプローブカード用基板１の製造方法と同じ製造方法を用いることにより、プローブカード用基板１ａ，１ｂ，１ｃとすることができる。

次に、第２のプローブカード用基板１ｄを得るための製造方法の一例について説明する。

まず、アルミナの粉末が９質量％以上41質量％以下であり、残部がジルコニアの粉末となるように秤量して100質量部とし、さらに酸化珪素，酸化チタンおよび炭酸マグネシウムの各粉末をそれぞれ所定量添加して調合粉末とする。この後の製造方法については、上述したプローブカード用基板１の製造方法と同じ製造方法を用いることにより、プローブカード用基板１ｄを得ることができる。

また、図２に示す本発明のプローブカード用積層体11は、化合物におけるアルミナの含有量が多い順となるように、板状の支持部材４側からプローブカード用基板１ａ，１ｂ，１ｃと積み重ねて、ピン等の固定部材（図示しない）を取付孔２に通して結合し、支持部材４に固定することで得ることができる。なお、貫通孔３に半導体素子６ａの電極パッド７の電気的特性の検査に用いられるプローブ５を挿入することにより、本発明のプローブカード12を得ることができる。

また、半導体ウエハ６を吸着して固定する真空チャック８と、真空チャック８を保持するステージ10とを有し、本発明のプローブカード12を用いることにより、本発明の半導体ウエハ検査装置13とすることができる。

同様に、支持部材４を樹脂で形成し、図２に示すプローブカード用基板１ａの位置に、アルミナおよびジルコニアからなる化合物を主成分とし、この化合物におけるアルミナの含有量が９質量％以上41質量％以下であるプローブカード用基板１ｄを備えることにより、図３に示す本発明のプローブカード用積層体11およびプローブカード12を得ることができ、これらを用いることにより本発明の半導体ウエハ検査装置13とすることができる。

以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

まず、アルミナ，ムライト，酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムを表１に示す含有量となるように秤量して調合粉末とした。なお、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムについては、焼結後の複合セラミックスには酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムとして含まれることになるが、調合時には焼結助剤として炭酸カルシウムおよび炭酸マグネシウムを用いた。そして、この調合粉末を溶媒である水とともに回転ミルに投入して、アルミナボールで24時間混合粉砕した。なお、混合粉砕後の平均粒径は２μｍであった。

次に、成形用バインダとして、ポリビニルアルコール，ポリエチレングリコールおよびアクリル樹脂を混合粉末100質量％に対して合計６質量％となるように添加した後、混合してスラリーとした。そして、このスラリーを用いてドクターブレード法によりシートを成形し、所定形状の金型でこのシートを打ち抜くことにより、取付孔２および貫通孔３が形成された成形体を得た。次に、この成形体を焼成炉に入れて、1600℃で10時間保持することで、厚みが3.6ｍｍで直径が300ｍｍの本発明の試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．13のプローブカード用基板１を得た。

そして、それぞれの試料の各成分の含有量については、ＩＣＰ発光分析法により求めた。測定方法としては、まず、前処理として、焼成したプローブカード用基板の一部を超硬乳鉢にて粉砕した。次に、白金るつぼにホウ酸（Ｍｅｒｃｋ製 純度99.9999％）２ｇを入れてバーナーにて加熱し、ガラス状に融解させて放冷した後に、試料0.1ｇおよび炭酸ナトリウム（Ｍｅｒｃｋ製 純度99.999％）３ｇを加えてバーナーにて加熱して融解させた。そして、放冷した後に塩酸溶液に溶解し、溶解液をフラスコに移して水で標線まで薄めて定容とし、検量線用溶液とともにＩＣＰ発光分析装置でＡｌ，Ｓｉ，ＣａおよびＭｇの各含有量を測定し、それぞれ酸化物であるＡｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＣａＯおよびＭｇＯに換算した。

また、アルミナおよびムライトの含有量については、ＳｉＯ_２の含有量からムライト中のＡｌ_２Ｏ_３の含有量を算出し、それらの含有量の合算値をムライトの含有量とし、全体のＡｌ_２Ｏ_３の含有量からムライト中のＡｌ_２Ｏ_３の含有量を差し引いた値をアルミナの含有量とした。さらに、これらの含有量からアルミナおよびムライトの化合物における含有量を求めて表１に示した。

そして、プローブカード用基板の熱膨張係数をレーザ干渉法により−40℃〜150℃の範囲で測定した。具体的には、プローブカード用基板から厚みが３ｍｍ，幅が４ｍｍ，長さが16ｍｍの角柱状の試験片を切り出し、さらにその長手方向の両端部を外側に向かって凸状になるように加工した。この試験片をレーザ熱膨張計（真空理工（株）製 ＬＩＸ−１型）に取り付けた後、ヘリウム雰囲気中で−40℃から150℃まで１℃／分で昇温して熱膨張係数を求め、その値を表１に示した。

また、比較例として、アルミナからなるプローブカード用基板である試料Ｎｏ．14とムライトからなるプローブカード用基板である試料Ｎｏ．15とを作製し、含有量および熱膨張係数を測定した。

表１に示す結果からわかるように、アルミナおよびムライトからなる化合物におけるアルミナの含有量を調整することによって、半導体ウエハ６の材質がシリコン（Ｓｉ），ゲルマニウム（Ｇｅ），窒化ガリウム（ＧａＮ），ガリウム砒素（ＧａＡｓ），インジウムリン（ＩｎＰ）および炭化珪素（ＳｉＣ）等の中から選ばれるどのようなものであっても、熱膨張係数の差を小さくすることができる。特に、半導体ウエハ６の材質として最も多く用いられているシリコン（Ｓｉ）の熱膨張係数との差が小さくなるように設定するには、化合物におけるアルミナの含有量が20質量％以上70質量％以下であることが好ましく、
さらに化合物におけるアルミナの含有量が40質量％以上60質量％以下であることが好ましいことがわかった。

図２に示す本発明のプローブカード用基板１ａ，１ｂ，１ｃに、実施例１で用いた試料を表２に示すように配置して、貫通孔３にプローブ５を挿入し、支持部材４に固定して、本発明のプローブカード用積層体11とプローブ５とを備えてなる本発明のプローブカード12である試料Ｎｏ．16およびＮｏ．17を得た。支持部材４の材質はアルミナであり、半導体ウエハ６の材質はシリコンであり、それぞれの−40〜150℃における各熱膨張係数は、5.57×10^−６／℃，4.2×10^―６／℃である。また、比較例として、アルミナからなるプローブカード用基板である試料Ｎｏ．14を用いてプローブカードを作製した。

そして、支持部材４と支持部材４側に配置されたプローブカード用基板１ａとの熱膨張係数の差および半導体ウエハ６と半導体ウエハ６側に配置されたプローブカード用基板１ｃとの熱膨張係数の差を表２に示した。また、これらを用いた半導体ウエハ検査装置にて、高温における半導体ウエハ６上に配列された電極パッド７の電気的特性を検査し、高温における検査の際のプローブ５と電極パッド７との位置ずれの少ない方から順位付けを行なった。

表２に示す結果からわかるように、試料Ｎｏ．18は、支持部材４と材質が同じであるため、支持部材４との熱膨張係数の差は無かったが、半導体ウエハ６との熱膨張係数の差が1.52と大きいために、高温における検査の際の位置ずれが最も多かった。これに対し、本発明の試料であるＮｏ．16およびＮｏ．17は、支持部材４および半導体ウエハ６との熱膨張係数の差が小さく、プローブカード用積層体11が半導体ウエハ６側から支持部材４側に向けて熱膨張係数が大きくなっているため、高温における検査の際の位置ずれが少なかった。また、試料Ｎｏ．17は、半導体ウエハ６からプローブカード用積層体11に向けて、さらに支持部材４に向けて熱膨張係数が大きくなっているため、高温における検査の際の位置ずれが最も少なかった。

まず、アルミナ，ジルコニア，酸化珪素，酸化チタンおよび酸化マグネシウムを表３に示す含有量となるように秤量して調合粉末とした。そして、この調合粉末を溶媒である水とともに回転ミルに投入して、アルミナボールで24時間混合粉砕した。なお、混合粉砕後の平均粒径は２μｍであった。この後の製造方法については、実施例１と同じ製造方法を用いることにより、本発明の試料Ｎｏ．19〜Ｎｏ．31のプローブカード用基板１を得た。
また、比較例として、ジルコニアからなるプローブカード用基板である試料Ｎｏ．32を作製した。

そして、実施例１と同様にＩＣＰ発光分析法により含有量を求めて、レーザ干渉法により熱膨張係数を求めた。また、本発明のプローブカード基板１および比較例のプローブカード用基板の剛性を示すヤング率をＪＩＳ Ｒ 1602−1995に準拠して測定し、これらの値を表３に示した。

表３に示す結果からわかるように、アルミナおよびジルコニアの含有量により、熱膨張係数を調整することができ、アルミナの含有量が少なくなるとヤング率の値が小さくなり剛性が低くなっていることがわかる。そのため、支持部材４が、ガラス不織布の織り込まれたエポキシ樹脂であり、−40〜150℃における熱膨張係数が8.5×10^−６／℃であれば、230ＧＰａ以上のヤング率の値を示す剛性を有し、支持部材４との熱膨張係数の差を1.5×10^−６／℃未満と小さくするには、アルミナおよびジルコニアからなる化合物を主成分とし、化合物におけるアルミナの含有量が９質量％以上41質量％以下である試料Ｎｏ．25〜Ｎｏ．30が好ましいことがわかった。

実施例１〜実施例３の結果からわかるように、本発明のプローブカード用基板１は、アルミナおよびムライトからなる化合物のアルミナの含有量によって、熱膨張係数を調整することができる。また、本発明のプローブカード用積層体11は、本発明のプローブカード用基板１が複数積み重ねられてなり、支持部材４および半導体ウエハ６との熱膨張係数の差が小さくなるように、半導体ウエハ６側から支持部材４側に向けて熱膨張係数が大きく配置されており、このプローブカード用積層体11とプローブ５とを備えてなる本発明のプローブカード12は、高温における検査の際、電極パッド７とプローブ５との位置ずれが生じることが少ない。また、この本発明のプローブカード12を用いた半導体ウエハ検査装置13は、検査効率の高い優れたものとなることがわかった。

１：プローブカード用基板
１ａ，１ｂ，１ｃ：プローブカード用基板
２：取付孔
３：貫通孔
４：支持部材
５：プローブ
６：半導体ウエハ
７：電極パッド
８：真空チャック
９：ヒーター
10：ステージ
11：プローブカード用積層体
12：プローブカード
13：半導体ウエハ検査装置

Claims (6)

1. アルミナおよびムライトからなる化合物を主成分とする複合セラミックスからなることを特徴とするプローブカード用基板。
2. 前記化合物における前記アルミナの含有量が２０質量％以上７０質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード用基板。
3. 請求項１または請求項２に記載のプローブカード用基板が複数積み重ねられてなるプローブカード用積層体であって、板状の支持部材に固定されるとともに、半導体ウエハ側に配置された前記プローブカード用基板よりも前記支持部材側に配置された前記プローブカード用基板の方が前記化合物における前記アルミナの含有量が多いことを特徴とするプローブカード用積層体。
4. 前記支持部材が樹脂で形成されており、前記プローブカード用積層体は、前記支持部材側に他の複合セラミックスからなる第２のプローブカード用基板を備え、前記他の複合セラミックスはアルミナおよびジルコニアからなる化合物を主成分とし、該化合物における前記アルミナの含有量が９質量％以上４１質量％以下であることを特徴とする請求項３に記載のプローブカード用積層体。
5. 請求項３または請求項４に記載のプローブカード用積層体と、プローブとを備えてなることを特徴とするプローブカード。
6. 請求項５に記載のプローブカードを用いたことを特徴とする半導体ウエハ検査装置。

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