JP2012215527A - セラミック基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを低減できるとともに製造時間を短縮できるセラミック基板及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】大版のグリーンシート３３の所定箇所（各母セラミック基板４７に対応する箇所）に、単一の金型を用いて、表側パッドより多い（即ち予想されるビア１１の数より多い所定数の）スルーホール３５を形成し、母セラミック基板４７のグリーンシート３１に対応した第１ラインＬ１で切断する。次に、そのグリーンシート３１を焼成して母セラミック基板４７を製造する。その後、仕様に応じて、表側パッド１９及び表面導電層２１を形成するとともに、裏側パッド２５を形成し、その後、第３ラインＬ３で切断して、ＩＣ検査装置用基板１を完成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えばプローブカードなどの電子部品を検査する装置に用いられるセラミック基板及びその製造方法に関するものである。

従来、例えば電子部品検査装置の一種であるプローブカードの基板として、複数のセラミック層からなる多層構造のセラミック基板が用いられている。
このセラミック基板は、内部に、多数の（導電材料を充填した）ビアとそのビアに接続された内部配線層を備えており、また、表面には、各ビアに接続された多数のパッドが形成されている（特許文献１参照）。

そして、プローブカードとしては、セラミック基板のパッド上に微細なプローブが接続されており、このプローブを、例えばＳｉウェハに多数形成された半導体チップ（ＩＣチップ）の電極に接触させて、半導体チップ等の電気的な検査を行っている。

また、上述したセラミック基板を製造する場合は、通常、（未焼成の）ビアや内部配線層を形成した複数枚の（セラミック層に対応した）セラミックグリーンシートを作製し、このセラミックグリーンシートを積層して積層体を形成し、その積層体を焼成し、その後切断して所定の形状のセラミック基板としている。

特開２００９−７４８２３号公報

しかしながら、上述した従来技術では、下記の様な問題があり、一層の改善が望まれていた。
具体的には、各セラミック層に対応する各セラミックグリーンシートにビアを形成するためには、セラミックグリーンシートに（ビアに対応した）ホールを形成するための金型が必要になる。ところが、目的とするセラミック基板のサイズが異なったり、ホールの位置が異なる場合には、それぞれに専用の金型が必要になる。

そのため、多くの金型を作製するためにコストがかかり、また、金型の作製のために時間がかかるので、結果としてセラミック基板を製造する期間が長くなるという問題があった。

特に、セラミック層が多い場合には、必要とする金型も多くなり、その点からも、コストの低減及び短納期の妨げになっていた。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、製造コストを低減できるとともに製造時間を短縮できるセラミック基板及びその製造方法を提供することである。

（１）本発明は、第１態様として、電子部品の検査用のプローブが接続されるセラミック基板において、前記セラミック基板の平面方向における中央の領域に配置されて、該セラミック基板を厚み方向に貫く複数のビアと、前記ビアが形成された中央の領域の外側に形成されて、前記プローブが接続されるパッドと、前記セラミック基板の表面のみに形成されて、前記ビアと前記パッドとを接続する導電層と、を備えたことを特徴とする。

本発明は、プローブが接続される前のセラミック基板に関するものである。このセラミック基板の中央の領域には複数のビアが形成されるとともに、ビアが形成された中央の領域の外側（縁部側）にはプローブが接続されるパッドが形成され、更に、ビアとパッドとを接続する導電層が、セラミック基板の表面のみに形成されている。

従って、この構造のセラミック基板の場合には、ビアの形成と基板表面のパッドや導電層の形成とを別工程で製造することができる。そのため、予め予想されるビアの数より多めのビアを形成したセラミック基板を製造しておき、仕様が確定した後、所定の配置のパッドを形成するとともに、中央部の多くのビアのうちのいずれかのビアと外側のパッドとを接続する導電層を別途形成することができる。

つまり、従来の様に、ビア同士をセラミック基板内部で接続する内部配線層を形成する場合には、仕様が確定した後に、仕様に応じて内部配線層を形成する必要があるが、本発明による構造では、予めビアを設けておき、仕様が確定した後セラミック基板の表面のみに導電層を形成することが可能である。

従って、従来の様に、各種のサイズやパターンに応じた金型を用意する必要が無く、単一の金型で（例えば予め多めに設定された）ビアに対応する貫通孔を形成することができるので、セラミック基板の製造コスト及び製造時間を大きく低減することができる。

（２）本発明は、第２態様として、前記パッドよりも前記ビアの数が多いことを特徴とする。
本発明の第２態様では、パッドよりもビアの数が多いので、あるパッドから特定の位置のビアに対して容易に導電層を配置することができる。

また、予想されるパッドの数よりも多めのパッドを形成することにより、単一のセラミック基板を製造しておけば、各種のセラミック基板の仕様に対応できるという利点がある。

（３）本発明は、第３形態として、電子部品の検査用のプローブが接続されるパッドを備えたセラミック基板の製造方法において、セラミックグリーンシートに、前記パッドより多いビア材料を充填したビア充填部を形成する第１工程と、前記ビア充填部を形成したセラミックグリーンシートを焼成して、ビアを備えた母セラミック基板を形成する第２工程と、前記母セラミック基板の表面に、前記パッドと、該パッドと前記ビアとを接続する導電層とを形成する第３工程と、前記母セラミック基板の外形サイズを整えて、セラミック基板を製造する第４工程と、を有することを特徴とする。

本発明の第３態様では、まず、セラミックグリーンシートにパッドより多い（ビア材料を充填した）ビア充填部を形成し、次に、このビア充填部を形成したセラミックグリーンシートを焼成して、ビアを備えた母セラミック基板を形成し、次に、母セラミック基板の表面に、パッドと（パッドとビアとを接続する）導電層と形成し、次に、母セラミック基板の外形サイズを整えて（即ち所定の外形寸法として）、セラミック基板を製造する。

従って、このような（最終的なサイズの）セラミック基板より大版の（ビアを備えた）母セラミック基板を作製しておいて、例えば仕様に応じて、母セラミック基板にパッドや導電層を形成し、外形サイズを整えてセラミック基板を製造することにより、従来と比べて、製造コスト及び製造時間を短縮することができる。

つまり、予め通常利用されるパッドより多くのビアを備えた大版の母セラミック基板を作製してストックしておくことにより、従来の様に、個々のサイズや異なるビア配置に対応した複数の金型を作製する必要が無いので、金型に関する製造コストや製造時間、ひいては、セラミック基板の製造コストや製造時間を少なくすることができる。

この様に、本製造方法では、目的とするセラミック基板のサイズが異なったり、ホール（従ってビア）の位置が異なる場合でも、単一の金型で済むという効果がある。そのため、金型を作製するためのコストや時間が少なくて済むという利点がある。

（４）本発明は、第４態様として、前記第１工程の前に、大版のセラミックグリーンシートから１枚又は複数枚の前記母セラミック基板に対応するセラミックグリーンシートを切断するとともに、該切断の際には、前記セラミック基板よりも外形サイズの大きな母セラミック基板の外形に対応するサイズに前記セラミックグリーンシートを切断することを特徴とする。

これにより、１枚の大版のセラミックグリーンシートから、（セラミック基板より大きなサイズの）母セラミック基板に対応したセラミックグリーンシートを作製することができる。

以下に、本発明の各構成について説明する。
・前記セラミック基板としては、その平面形状が例えば縦５ｍｍ×横１１ｍｍ〜縦１０ｍｍ×横１５ｍｍの範囲を採用できる。また、セラミック基板の厚みは、例えば０．１３〜０．５０ｍｍの範囲を採用できる。

・前記ビアの配置される領域としては、セラミック基板の大きさやビアの個数にもよるが、縦３ｍｍ×横６ｍｍ〜縦６ｍｍ×横８ｍｍの範囲を採用できる。
・前記ビアの配置される個数としては、仕様によるが、例えば２１〜７０個の範囲を採用できる。

・前記プローブが接続可能なパッドの個数としては、仕様によるが、例えば２１〜７０個の範囲を採用できる。
・前記セラミック基板を構成するセラミック材料の具体例としては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化珪素、窒化珪素などといった高温焼成セラミックの焼結体が挙げられる。このほか、ホウケイ酸系ガラスやホウケイ酸鉛系ガラスにアルミナ等の無機セラミックフィラーを添加したガラスセラミックのような低温焼成セラミックの焼結体が挙げられる。

・前記パッドを形成する材料としては特に限定されないが、モリブデン、タングステン、銅、銀等のようにセラミックと同時に焼結しうる金属を用いて同時焼成により形成されることが好ましい。低温焼成セラミックの焼結体を選択した場合には、パッドの材料として、銅や銀などを使用できる。なお、パッドは、セラミックの焼成後に各種方法（例えばスパッタ、めっき、ＣＶＤ、印刷等）により別個に形成されてもよい。

・前記ビアを構成するビア導体の材料としては特に限定されないが、セラミックと同時に焼結しうる金属、例えば、モリブデン、タングステン等の使用が好適である。なお、低温焼成セラミックの焼結体を選択した場合、ビア導体の形成用材料として、さらに銅や銀などの使用が可能となる。

実施形態のＩＣ検査装置用基板の使用状態を示す説明図である。 （ａ）はＩＣ検査装置用基板の平面図、（ｂ）はＩＣ検査装置用基板の底面図である。 ＩＣ検査装置用基板の平面図の図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面を示す断面図である。 大版のグリーンシートと各グリーンシートの配置等を示す説明図である。 スルーホールを開ける金型を示す説明図である。 ＩＣ検査装置用基板の製造手順を示す説明図である。 ＩＣ検査装置用基板の製造手順を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
［実施形態］
ここでは、セラミック基板としてＩＣ検査装置用基板を例に挙げて説明する。

このＩＣ検査装置用基板は、複数箇所にＩＣが形成されたシリコンウェハの電気検査を行うための装置（ＩＣ検査用装置）の装着されるものである。
ａ）まず、本実施形態のＩＣ検査装置用基板の構成を説明する。

図１に模式的に示す様に、本実施形態のＩＣ検査装置用基板１は、複数箇所にＩＣが形成されたシリコンウェハ３の電気検査を行うＩＣ検査用装置５に装着されて使用されるものであり、その表面には、ＩＣの端子７に接触する細経のプローブ９が複数配置されている。

図２及び図３に示す様に、前記ＩＣ検査装置用基板１は、例えば縦１５ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み１．５ｍｍの長方形の板状のセラミック基板である。
このＩＣ検査装置用基板１の中央部分には、ＩＣ検査装置用基板１を厚み方向に貫く複数のビア１１が形成されている。詳しくは、ＩＣ検査装置用基板１には、絶縁性のアルミナからなる基板本体１３の中央部分に、例えば縦１１ｍｍ×横５ｍｍのビア配置領域（破線で囲まれた領域）Ｖが設定され、このビア配置領域Ｖ内に、直径φ０．１ｍｍのビア１１が例えばピッチ１．０ｍｍで縦４列×横６行に配列されている。

また、ＩＣ検査装置用基板１の検査対象側である表側の第１主面１５には、ビア配置領域Ｖの外側の周囲を囲む様に、四角枠状の外周部１７が設定され、この外周部１７には、複数の表側パッド１９が形成されている。この表側パッド１９は、導電性金属からなる前記プローブ９が接続されるものであり、平面形状が縦０．１５ｍｍ×横０．３ｍｍの長方形である。ここでは、表側パッド１９は、例えば図１（ａ）の右側に１列に６個、左側に１列に６個配置されている。

この表側パッド１９は、図示しないが、周知の様に、例えば３層の下地金属層、銅めっき層（銅層）、ニッケルめっき層（ニッケル層）及び金めっき層（金層）によって構成されている。

ここで、下地金属層は、異なる種類の金属層であるチタンスパッタ層及び銅スパッタ層を積層することにより構成されている。銅めっき層は、電解銅めっきによって銅スパッタ層の上面を被覆するように形成されためっき層である。ニッケルめっき層は、電解ニッケルめっきによって銅めっき層の上面を被覆するように形成されためっき層である。金めっき層は、電解金めっきによってニッケルめっき層の上面を被覆するように形成されためっき層である。

更に、ＩＣ検査装置用基板１の第１主面１５には、所定のビア１１と所定の表側パッド１９を１対１に接続する様に、（表側パッド１９と同様な材料からなる）表面導電層２１が形成されている。この表面導電層２１は、予め設定された仕様により、どのビア１１とどの表面パッド１９とを接続するかが決められている。

一方、図２（ｂ）に示す様に、ＩＣ検査装置用基板１の裏側の第２主面２３には、各ビア１１の端面を覆う様に、（表側パッド１９と同様な材料からなる）裏側パッド２５が形成されている。この裏側パッド２５は、前記ＩＣ検査用装置５に接続されるものである。

ｂ）次に、本実施形態のＩＣ検査装置用基板１の製造方法について説明する。
＜セラミックグリーンシート（以下単にグリーンシートと記す）準備工程＞
図４に示す様に、このグリーンシート準備工程では、複数のＩＣ検査装置用基板１を一度に作製するために、即ち、ＩＣ検査装置用基板１に対応する大きさのグリーンシート３１を複数切り出すことができるように、そのグリーンシート３１より大版のグリーンシート３３を作製する。

・ここでは、まず、セラミック原料であるアルミナ粉末、有機溶剤、有機バインダ等をポットで湿式混合することにより、大版のグリーンシート３３の形成に用いるスラリーを得る。

・次に、このグリーンシート形成用スラリーを原料とし、従来周知のキャスティング装置を用いて、所定のシートの上に同スラリーを薄く均一な厚さでキャスティングする。
・その後、シート状にキャスティングされたスラリーを加熱乾燥し、グリーンシート３３を形成する。なお、このようなシート成形法に代えて、プレス成形法により同様のグリーンシートを作製することもできる。

＜母セラミック基板作製工程＞
・次に、このようにして得られたグリーンシート３３に対し、パンチング加工による穴明けを行って、所定の位置（ビア形成位置）に、複数の貫通孔（スルーホール）３５を多数形成する。

具体的には、グリーンシート３３中の各グリーンシート３１の中央部分に、図５に示す様な（スルーホール３５）に対応するピン３７を複数備えた上金型３９と、ピン３７が貫通する貫通孔４１を備えた下金型４３とを用いてスルーホール３５を形成する。

・次に、穴明け後のグリーンシート３３に対し、予め用意しておいたビア形成用のタングステンペーストを、従来周知のペースト圧入充填装置を用いて、スルーホール３５内に圧入充填してビア充填部３６とし、その後ペーストを乾燥する。

・その後、前記図４に示す第１ラインＬ１に沿って、グリーンシート３１を切り出す。これによって、図６（ａ）に示す様な（１個のＩＣ検査装置用基板１に対応した）グリーンシート３１が得られる。

ここで、前記図４の第１〜第３ラインＬ１〜Ｌ３について説明する。第３ラインＬ３は、ＩＣ検査装置用基板１の平面形状に対応した寸法を示すラインである。第２ラインＬ２は、後述するＩＣ検査装置用基板１が切り出される母セラミック基板の平面形状に対応した寸法を示すラインである。第１ラインＬ１は、最初にグリーンシート３１を切り出すために設定されたラインである。つまり、第１〜第３ラインＬ１〜Ｌ３は、その寸法が順次小さくなるように設定されている。

・次に、図６（ａ）に示す様に、第１ラインＬ１にて切断後のグリーンシート３１を、大気中にて２００〜３００℃で２０〜６０時間加熱することで脱脂を行い、グリーンシート３１中に含まれるバインダを分解除去する。

・脱脂後、グリーンシート３１を焼成装置に移し、アルミナが焼結しうる温度（約１６００℃）で約２４時間加熱して焼成を行う。その結果、アルミナ及びペースト中のタングステンが同時焼結する。

この焼成により、ビア充填部３６がビア１１となる。また、グリーンシート３１は収縮して、図６（ｂ）に示す様に、第２ラインＬ２に対応したサイズの焼結基板（母セラミック基板）４７となる。

なお、この母セラミック基板４７の寸法は、通常用いられる各種のサイズのＩＣ検査装置用基板１より大きく設定されている。
・そして、この母セラミック基板４７は、ＩＣ検査装置用基板１の仕様が確定するまで、ストックしておく。つまり、母セラミック基板４７の作製の工程までで製造作業を中止し、この単一サイズの母セラミック基板４７を作り置きする。

＜ＩＣ検査装置用基板作製工程＞
・次に、仕様の確定によって、ＩＣ検査装置用基板１の製造に着手する場合には、前記母セラミック基板４７の第１主面１５及び第２主面２３を、従来周知の表面研磨装置を用いて研磨し、第１主面１５及び第２主面２３の平坦度を高くする。

なお、母セラミック基板４７をストックする前に、この表面研磨を行っておいてもよい。
・次に、図７（ａ）に示す様に、母セラミック基板４７（詳しくはその基板本体１３）の第１主面１５に、ビア１１に接続するように、（薄膜である）表面導電層２１及び表側パッド１９を、例えば一体に（或いは順次）形成する。それとともに、図７（ｂ）に示す様に、基板本体１３の第２主面２３に、ビア１１の端面を覆う様に、裏側パッド２５を形成する。

なお、どのビア１１と表面パッド１９とを接続するかは、仕様によって決定されるので、その仕様に沿って表面導電層２１を形成する。
以下に、その具体的な手順を詳細に説明する。

まず、基板本体１３の第１主面１３と第２主面２３の表面に、２層の金属層からなる下地金属層となる金属層を形成する。詳述すると、図示しないが、最初に、チタンからなるスパッタ層（チタンスパッタ層となるスパッタ層）をスパッタで形成する。次に、チタンからなるスパッタ層上に、銅からなるスパッタ層（銅スパッタ層となるスパッタ層）をスパッタで形成する。

次いで、基板本体１３の第１主面１３と第２主面２３の表面に、感光性を付与しためっきレジスト材を設ける。更に、めっきレジスト材上に、所定のマスクパターンが形成された露光用マスクを配置する。なお、このマスクパターンは、形成する表面導電層２１及び表側パッド１９及び裏側パッド２５の形状のパターンに設定されている。そして、露光用マスクを介してめっきレジスト材を露光し、露光しためっきレジスト材を現像してめっきレジストを形成する。従って、このめっきレジストは、表面導電層２１及び表側パッド１９及び裏側パッド２５の形状となっている。

次いで、電解銅めっきによって銅めっき層を形成し、その上に、電解ニッケルめっきによってニッケルめっき層を形成し、その上に、電解金めっきによって金めっき層を形成する。
その後、めっきレジストを除去した後、エッチングを行う。その結果、チタンスパッタ層、銅スパッタ層、銅めっき層、ニッケルめっき層、及び金めっき層からなる積層体が形成される。

これによって、基板本体１３の第１主面１５側に複数の表側パッド１９及び表面導電層２１が形成されるとともに、第２主面２３側に複数の裏側パッド２５が形成される。
・その後、仕様に沿ったサイズとなるように、第３ラインＬ３に沿って、母セラミック基板４７を切断し、図７（ｃ）に示す様に、第１主面１５側に複数の表側パッド１９及び表面導電層２１を備えるとともに、第２主面２３側に複数の裏側パッド２５を備えたＩＣ検査装置用基板１が完成する。

なお、このＩＣ検査装置用基板１の表側パッド１９には、（検査対象に応じて）それぞれプローブが接合されて、使用に供される。
ｃ）従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。

本実施形態では、まず、大版のグリーンシート３３の所定箇所（各母セラミック基板４７に対応する箇所）に、単一の金型を用いて、表側パッド１９より多い（即ち予想されるビア１１の数より多い所定数の）スルーホール３５を形成し、母セラミック基板４７のグリーンシート３１に対応した第１ラインＬ１で切断する。次に、その切断されたグリーンシート３１を焼成して母セラミック基板４７を製造し、ストックする。その後、仕様に応じて、母セラミック基板４７に表側パッド１９及び表面導電層２１を形成するとともに、裏側パッド２５を形成し、その後、第３ラインＬ３で切断して、ＩＣ検査装置用基板１を完成する。

従って、この様に、ＩＣ検査装置用基板１の作製に先だって、ＩＣ検査装置用基板１より大版の（多数のビア１１を備えた）母セラミック基板４７を作製しておいて、仕様に応じて、母セラミック基板４７に表側パッド１９や表面導電層２１を形成し、外形サイズを整えてＩＣ検査装置用基板１を製造することにより、従来と比べて、製造コスト及び製造時間を短縮することができる。

つまり、予め通常利用される表側パッド１９より多くのビア１１を備えた大版の母セラミック基板４７を作製してストックしておくことにより、従来の様に、個々のサイズや異なるビア配置に対応した複数の金型を作製する必要が無いので、金型に関する製造コストや製造時間、ひいては、ＩＣ検査装置用基板１の製造コストや製造時間を少なくすることができる。

従って、目的とするＩＣ検査装置用基板１のサイズが異なったり、スルーホール３５（従ってビア１１）の位置が異なる場合でも、単一の金型で済むという効果がある。そのため、金型を作製するためのコストや時間が少なくて済むという利点がある。

また、（予想される）表側パッド１９より多数のビア１１を予め形成することにより、表側パッド１９とビア１１とを容易に表面導電層２１で接続することができるという効果もある。つまり、ビア１１の数が多数であるので、表側パッド１９の位置や数が異なっていても、十分に対応できるという利点がある。

尚、本発明は前記実施形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
（１）例えば、前記実施形態では、大版のグリーンシートから、各ＩＣ検査装置用基板に対応した複数のグリーンシートを切り分けたが、１個のＩＣ検査装置用基板に対応した単一のグリーンシートを用いてもよい。

なお、大版のグリーンシートに対して、単一の（パッドの）パターンのＩＣ検査装置用基板のためのグリーンシートの領域を設定したり、異なった（パッドの）パターンのＩＣ検査用基板のためのグリーンシートの領域を設定してもよい。

（２）前記実施形態では、ビア形成領域の左右に表側パッドを設けたが、ビア形成領域の全周（四方）又は３方を囲む様に配置してよい。
（３）前記実施形態では、表面パッドと表面導電層とを同時に形成したが、それらの形成を別工程で行ってもよい。例えば表側パッドを形成した後に、ビアと表側パッドとを接続する様に表面導電層を形成してもよい。

（４）前記実施形態では、母セラミック基板にパッドや表面導電層を形成した後に、外形サイズを整えて、ＩＣ検査装置用基板を作製したが、母セラミック基板の外形サイズを整えてからパッドや表面導電層を形成してもよい。

１…ＩＣ検査装置用基板
９…プローブ
１１…ビア
１３…基板本体
１５…第１主面
１９…表側パッド
２１…表面導電層
２３…第２主面
２５…裏側パッド
３５…スルーホール（貫通孔）
４７…母セラミック基板

Claims (4)

1. 電子部品の検査用のプローブが接続されるセラミック基板において、
   前記セラミック基板の平面方向における中央の領域に配置されて、該セラミック基板を厚み方向に貫く複数のビアと、
   前記ビアが形成された中央の領域の外側に形成されて、前記プローブが接続されるパッドと、
   前記セラミック基板の表面のみに形成されて、前記ビアと前記パッドとを接続する導電層と、
   を備えたことを特徴とするセラミック基板。
2. 前記パッドよりも前記ビアの数が多いことを特徴とする請求項１に記載のセラミック基板。
3. 電子部品の検査用のプローブが接続されるパッドを備えたセラミック基板の製造方法において、
   セラミックグリーンシートに、前記パッドより多いビア材料を充填したビア充填部を形成する第１工程と、
   前記ビア充填部を形成したセラミックグリーンシートを焼成して、ビアを備えた母セラミック基板を形成する第２工程と、
   前記母セラミック基板の表面に、前記パッドと、該パッドと前記ビアを接続する導電層とを形成する第３工程と、
   前記母セラミック基板の外形サイズを整えて、セラミック基板を製造する第４工程と、
   を有することを特徴とするセラミック基板の製造方法。
4. 前記第１工程の前に、大版のセラミックグリーンシートから１枚又は複数枚の前記母セラミック基板に対応するセラミックグリーンシートを切断するとともに、
   該切断の際には、前記セラミック基板よりも外形サイズの大きな母セラミック基板の外形に対応するサイズに前記セラミックグリーンシートを切断することを特徴とする請求項３に記載のセラミック基板の製造方法。

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