JP5020140B2

JP5020140B2 - 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: JP5020140B2
Application number: JP2008075249A
Authority: JP
Inventors: 有哉古久保; 智英長谷川; 秀洋有川; 浩司山本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-03-24
Filing date: 2008-03-24
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2028-03-24
Also published as: JP2009231544A

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表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、この配線基板の表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）とを含んでいて、このプローブピンを多数の半導体素子の端子に当てて、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。

近年、半導体素子に形成された集積回路の配線微細化に伴って、プローブカードの単位面積当たりのプローブピン数を多くすることが求められ、またプローブカードの配線基板に形成される配線もより微細化することが求められている。

ところが、配線の微細化、すなわち線幅を狭くすることにより、配線抵抗が増大して電気信号の遅延を招いたり、集積回路の動作状態について正しく判断できず、検査ミスにつながるという問題があった。

そこで、配線としてＣｕ、Ａｇ、Ａｕなどの低抵抗金属を用いることが考えられるが、これらの低抵抗金属は融点が低いため、アルミナ質焼結体との同時焼成ができない。

これに対し、アルミナ質焼結体からなる絶縁基体の表面および内部にＣｕ、Ａｇ、Ａｕなどの低抵抗金属とＭｏ、Ｗなどの高融点金属との複合導体からなる配線が形成された配線基板（アルミナ基板）が提案されている（特許文献２を参照。）。

特許文献２によれば、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に対して２００℃以上低い１５００℃以下の温度で焼成することができ、上記低抵抗金属および高融点金属の複合導体とアルミナ質焼結体との同時焼成を可能としている。

しかしながら、特許文献２に記載の配線基板をプローブカード用配線基板に適用しようとすると、絶縁基体の表面に形成された配線とプローブピンとの間に隙間が生じて導通不良を起こしたり、絶縁基体の内部に水分が浸入して絶縁不良を起こしてしまうという問題があった。

すなわち、プローブカードの製造において、プローブカード用配線基板上にＳｉ等の材質を用いてプローブピンを形成する際に、エッチングのためにアルカリ水溶液に浸漬（例えば、４０ｗｔ％ＫＯＨ水溶液に２時間浸漬）するため、プローブカード用配線基板には耐薬品性が要求されるが、低温で焼成している特許文献２に記載のアルミナ質焼結体はプローブカードの製造に用いられる上記アルカリ水溶液への浸漬に十分に耐えうるほどの耐薬品性を備えるものではなかった。
特開平１１−１６０３５６号公報特開２００３−１６３４２５号公報

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低抵抗金属および高融点金属を含む内部配線層を有する耐薬品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、ｌ_２Ｏ_３粒子を主結晶粒子とするアルミナ質焼結体からなる絶縁基体と、該絶縁基体の内部に形成された、Ｃｕ、ＡｕおよびＡｇの群から選ばれる少なくとも１種の低抵抗金属ならびにＷおよびＭｏの少なくとも１種の高融点金属を含む内部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Ａｌ_２Ｏ_３粒子は、平均粒子径が５〜１５μｍであり、最大粒子径が２０μｍ以下であるとともに、前記アルミナ質焼結体は、最大気孔径が１５μｍ以下であり、かつ粒界にＭｎＡｌ_２Ｏ_４およびＭｎＳｉＯ_３を含有してなり、Ｘ線回折によるＡｌ_２Ｏ_３の（１１０）面の回折強度に対するＭｎＡｌ_２Ｏ_４の（３１１）面の回折強度の比がＡｌ_２Ｏ_３の（１１０）面の回折強度に対するＭｎＳｉＯ_３の（２１３）面（但し、ｂ軸は１の上に−）の回折強度の比よりも大きいことを特徴とするプローブカード用配線基板である。

また本発明は、前記プローブカード用配線基板の一方の表面に表面配線層が形成され、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、アルミナ質焼結体の主結晶粒子であるＡｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒子径が５〜１５μｍ、最大粒子径が２０μｍ以下と異常粒成長しておらず、また、アルミナ質焼結体の最大気孔径が１５μｍ以下であり、Ａｌ_２Ｏ_３粒子の粒界にＸ線回折によるＡｌ_２Ｏ_３の回折メインピーク強度に対するＭｎＡｌ_２Ｏ_４の回折メインピーク強度の比がＡｌ_２Ｏ_３の回折メインピーク強度に対するＭｎＳｉＯ_３の回折メインピーク強度の比よりも大きくなるようにＭｎＡｌ_２Ｏ_４およびＭｎＳｉＯ_３を析出させたことで、エッチング液（アルカリ水溶液）に浸漬させたときのアルミナ質焼結体のアルカリ水溶液中への溶出を著しく抑制できることから、低抵抗金属を含む内部配線層を有する耐薬品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、低抵抗金属および高融点金属を含む内部配線層を有する耐薬品性に優れたプローブカード用配線基板を具備しているので、半導体素子の電気特性を測定して検査する際の検査ミスを抑制することができる。

本発明の一実施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の概略断面図であり、図２は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の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、Ａｌ_２Ｏ_３粒子を主結晶粒子とするアルミナ質焼結体からなる絶縁基体１１と、絶縁基体１１の内部に形成された低抵抗金属および高融点金属を含む内部配線層１２とを備えている。また、絶縁基体１１の表面に表面配線層１３を備えているとともに、絶縁基体１１の内部に内部配線層１２同士または内部配線層１２と表面配線層１３とを電気的に接続する貫通導体１４を備えている。
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Ａｌ_２Ｏ_３粒子を主結晶粒子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主結晶粒子であるＡｌ_２Ｏ_３粒子の割合は９０〜９５質量％程度であり、このＡｌ_２Ｏ_３粒子は粒状または柱状の結晶として存在している。

ここで、絶縁基体１１がアルミナ質焼結体で形成されていることで、ある程度の耐薬品性は得られている。しかしながら、プローブカード用配線基板１として用いるためには、さらなる耐薬品性が求められる。

そこで、本発明においては、Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒子径が５〜１５μｍであって最大粒子径が２０μｍ以下であることが重要である。Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒子径が５μｍより小さくなると、プローブカード用配線基板１における耐薬品性が低下してしまい、平均粒子径が１５μｍより大きくなったり、最大粒子径が２０μｍより大きくなったりすると、異常粒成長に伴って多数のボイドが形成されるなどに起因して強度が低下するおそれがある。そのため、Ａｌ_２Ｏ_３粒子は、平均粒子径が５μｍ以上１５μｍ以下であり、最大粒子径が２０μｍ以下であることが重要であり、特にＡｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒子径が１０〜１２μｍであることが望ましい。なお、Ａｌ_２Ｏ_３粒子が柱状の結晶である場合、その平均粒子径は短軸径に基づいて決定する。ここで、平均粒子径は、測定試料（アルミナ質焼結体）の表面を鏡面研磨し、例えば燐酸を用いてエッチングを行って粒界を溶かした後、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）による例えば１０００倍の画像の所定領域について複数の線を引いて各線の粒界との交点の数を数える、いわゆるインタセプト法により求めることができる。

また、アルミナ質焼結体の最大気孔径は１５μｍ以下であることが重要である。プローブカード用配線基板１の表面に形成される表面配線層１３は薄膜の配線であるため、最大気孔径が１５μｍを超えると、耐薬品性は良好であっても薄膜として形成される配線に欠けが発生し、プローブカード用配線基板１として十分に機能しなくなるからである。ここで、最大気孔径は、測定試料（アルミナ質焼結体）の表面を鏡面研磨し、画像解析装置（ニレコ製ＬＵＺＥＸ−ＦＳ）を用いて測定することができる。例えば、顕微鏡倍率を１００倍として、３００μｍ角の領域を１０箇所測定し、平均値を算出する。

さらに、アルミナ質焼結体は主結晶粒子であるＡｌ_２Ｏ_３の粒界にＭｎＡｌ_２Ｏ_４およびＭｎＳｉＯ_３を有しており、Ｘ線回折によるＡｌ_２Ｏ_３の回折メインピーク強度に対するＭｎＡｌ_２Ｏ_４の回折メインピーク強度の比がＡｌ_２Ｏ_３の回折メインピーク強度に対するＭｎＳｉＯ_３の回折メインピーク強度の比より大きいことが重要である。ここで、ガラス（非晶質部）は酸性溶液やアルカリ性溶液等の薬品への浸漬によりその構造を破壊されやすいものであるから、アルミナ質焼結体の耐薬品性を上げるためには、主結晶粒子であるＡｌ_２Ｏ_３粒子の粒界に結晶が存在していること、すなわち相対密度が高いのが好ましい。しかし、粒界に存在している結晶がＭｎＡｌ_２Ｏ_４およびＭｎＳｉＯ_３であって、Ｘ線回折によるＡｌ_２Ｏ_３の回折メインピーク強度（Ｉａ）に対するＭｎＡｌ_２Ｏ_４の回折メインピーク強度（Ｉｍａ）の比（Ｉｍａ／Ｉａ）がＡｌ_２Ｏ_３の回折メインピーク強度（Ｉａ）に対するＭｎＳｉＯ_３の回折メインピーク強度（Ｉｍｓ）の比（Ｉｍｓ／Ｉａ）より小さいときは、耐薬品性が十分ではない。これは、ＭｎＳｉＯ_３が酸性溶液やアルカリ性溶液等の薬品への浸漬によりその構造を破壊されやすいからではないかと考えられる。したがって、アルミナ質焼結体の主結晶粒子であるＡｌ_２Ｏ_３粒子の粒界にＭｎＳｉＯ_３よりもＭｎＡｌ_２Ｏ_４が多く析出していることが重要であり、具体的にはＸ線回折によるＡｌ_２Ｏ_３の回折メインピーク強度（Ｉａ）に対するＭｎＡｌ_２Ｏ_４の回折メインピーク強度（Ｉｍａ）の比（Ｉｍａ／Ｉａ）がＡｌ_２Ｏ_３の回折メインピーク強度（Ｉａ）に対するＭｎＳｉＯ_３の回折メインピーク強度（Ｉｍｓ）の比（Ｉｍｓ／Ｉａ）より大きいことが重要である。ここで、Ａｌ_２Ｏ_３の回折メインピーク強度とは（１１０）面の回折ピーク強度をいい、ＭｎＡｌ_２Ｏ_４の回折メインピーク強度とは（３１１）面の回折ピーク強度をいい、ＭｎＳｉＯ_３の回折メインピーク強度とは下記（数１）面の回折ピーク強度をいう。

なお、相対密度は熱量が多くかかる焼成条件ほど高くなるが、ある相対密度に達すると、それ以上の熱量を加えても相対密度は上昇しなくなり、さらに熱量を加えると異常粒成長や結晶相の変化が起こり、逆に気孔が増えて相対密度は低下する。したがって、Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒子径および最大粒子径、アルミナ質焼結体の最大気孔率を上記の数値にするとともに、アルミナ質焼結体が粒界にＭｎＡｌ_２Ｏ_４およびＭｎＳｉＯ_３を有しており、Ｘ線回折によるＡｌ_２Ｏ_３の回折メインピーク強度に対するＭｎＡｌ_２Ｏ_４の回折メインピーク強度の比をＡｌ_２Ｏ_３の回折メインピーク強度に対するＭｎＳｉＯ_３の回折メインピーク強度の比よりも大きくするためには、Ａｌ_２Ｏ_３粒子および焼結助剤成分の比率の調整、所定の焼成条件の下での焼成が必要となり、この点については後述の製造方法の説明で述べる。

絶縁基体１の内部には、Ｃｕ、ＡｕおよびＡｇの群から選ばれる少なくとも１種の低抵抗金属ならびにＷおよびＭｏの少なくとも１種の高融点金属を含む内部配線層１２が形成されている。

アルミナ質焼結体と同時焼成可能な配線材料として、Ｗ、Ｍｏなどの高融点金属が挙げられるが、このような高融点金属からなる配線は抵抗値が高い。一方、低抵抗金属としてのＣｕ、Ａｕ、Ａｇは融点が低いため、これら単体では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、ＡｕおよびＡｇの群から選ばれる少なくとも１種の低抵抗金属ならびにＷおよびＭｏの少なくともいずれか一方の高融点金属とを含む配線とすることで、低抵抗金属の単体に比べると抵抗値は多少あがってしまうものの、後述する１３５０℃〜１４００℃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、低抵抗金属の融点を超える温度での焼成となるため、低抵抗金属の溶融を抑制して配線の形態を保つことが必要となる。そこで、配線の低抵抗化と保形性をともに達成するうえで、低抵抗金属が１０〜７０体積％、特に４０〜６０体積％、高融点金属が３０〜９０体積％、特に４０〜６０体積％の割合からなることが望ましい。また、高融点金属は平均粒径が１〜１０μｍの粒子として、低抵抗金属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。

なお、表面配線層１３は、高融点金属および低抵抗金属の含有割合が内部配線層１２と同じであっても異なっていてもよく、高融点金属のみで形成されていてもよい。

このようなプローブカード用配線基板１は、エッチング液（アルカリ水溶液）に浸漬させたときのアルミナ質焼結体のアルカリ水溶液中への溶出を著しく抑制でき、耐薬品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の一方の表面に表面配線層（図示せず）が形成され、この表面配線層に半導体素子の電気特性を測定するための探針（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の他方の表面に接続端子（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と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ようになっている。

なお、プローブカード２および外部回路基板４は、昇降装置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、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１４００℃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、アルミナ原料粉末９０〜９５質量％と、純度９９％以上、平均粒径が０．７〜１．７μｍのＭｎ_２Ｏ_３粉末２．５〜５質量％と、純度９９％以上、平均粒径が１〜３μｍのＳｉＯ_２粉末を２．５〜５質量％とを混合する。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、１３５０℃〜１４００℃の焼成温度での緻密化およびＭｎＡｌ_２Ｏ_４の結晶化を促すことができる。

ここで、ＭｎおよびＳｉは、上記の酸化物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。この場合においても、アルミナ原料粉末９０〜９５質量％に対して、ＭｎがＭｎ_２Ｏ_３換算で２．５〜５質量％、ＳｉがＳｉＯ_２換算で２．５〜５質量％となるように混合し、好ましくは３〜４質量部の割合でそれぞれ混合することが、より焼結性および耐薬品性を向上させる点で望ましい。

さらに、アルミナ原料粉末、Ｍｎ_２Ｏ_３粉末およびＳｉＯ_２粉末の合計を１００質量部として、これにＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂ、Ｎｂ、ＣｒおよびＣｏの群から選ばれる１種以上を酸化物換算で合計０．１〜４質量部、好ましくは０．２〜２．５質量部の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。

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としてＷ、Ｍｏなどの金属をアルミナ原料粉末、Ｍｎ_２Ｏ_３粉末およびＳｉＯ_２粉末の合計１００質量部に対して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グリーンシートを作製する。なお、グリーンシートの厚みはたとえば５０〜３００μｍとすることができるが、特に限定されない。

そして、適宜、この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５０〜２５０μｍの貫通孔を形成する。

このようにして作製されたグリーンシートに対して、Ｃｕ、ＡｕおよびＡｇの群から選ばれる少なくとも１種の低抵抗金属粉末と、Ｗ、Ｍｏのうちの少なくとも１種の高融点金属粉末とを前述した比率（低抵抗金属が１０〜７０体積％、高融点金属が３０〜９０体積％）で混合して導体ペーストを調製し、この導体ペーストを各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配線パターン状に印刷塗布する。

なお、この導体ペースト中には、絶縁基体１１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１１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導体ペースト全体に対して０．０５〜２体積％の割合となるように添加してもよい。

その後、導体ペーストを印刷塗布したグリーンシートを位置合わせして積層圧着した後、この積層体を非酸化性雰囲気中で焼成する。

ここで、この焼成中の最高温度を１３５０℃〜１４００℃とするのが重要である。最高温度が１３５０℃より低い場合には、後述のように最高温度での保持時間を長くしたり昇温速度を遅くしたりしてかける熱量を多くしてもＡｌ_２Ｏ_３粒子の粒成長は進まない状態で緻密化が終了してしまう傾向があり、最高温度が１４００℃を超える場合には、配線層の流れや細りが生じるのに加え、異常粒成長したＡｌ_２Ｏ_３粒子が存在してしまう傾向がある。

そして、最高温度での保持時間を２〜６時間の範囲内で調整することが重要である。Ａｌ_２Ｏ_３粒子の均一な粒成長を促すためには、最高温度で２時間以上保持する必要があるが、例えば最高温度１４００℃と保持時間６時間の組合せではＡｌ_２Ｏ_３粒子の粒成長が進みすぎてＡｌ_２Ｏ_３粒子の最大粒子径や最大気孔径が大きすぎる傾向があるから、最高温度と保持時間との組合せを適宜調整する必要がある。

さらに、１０００℃から最高温度に到達するまでの昇温速度を５０℃／ｈｒ〜１５０℃／ｈｒの範囲内で調整することが重要である。Ａｌ_２Ｏ_３粒子の粒界に存在する結晶相であるＭｎＳｉＯ_３及びＭｎＡｌ_２Ｏ_４において、ＭｎＳｉＯ_３は１３５０℃付近への到達前でも結晶化し析出しやすい結晶であるが、ＭｎＡｌ_２Ｏ_４は１３５０℃付近で、且つ多くの熱量をかけなければ析出しにくい結晶相である。従って、ＭｎＡｌ_２Ｏ_４を多く析出するためには、最高温度（１３５０℃〜１４００℃）で保持することが必要となるが、前述したように、例えば１４００℃で６時間を超えて保持するとＡｌ_２Ｏ_３粒子の粒成長が進みすぎてしまう。そこで、１０００℃から最高温度に到達するまでの昇温速度を５０℃／ｈｒ〜１５０℃／ｈｒの範囲内で調整して熱量を稼ぐことにより、Ａｌ_２Ｏ_３結晶の結晶粒界にＭｎＡｌ_２Ｏ_４を多く析出させ、最終的にはＭｎＳｉＯ_３より多く析出させるようにすることができる。ただし、最高温度での保持時間２時間と昇温速度１５０℃／ｈｒとの組合せではＭｎＳｉＯ_３よりＭｎＡｌ_２Ｏを多く析出させることが困難であるから、保持時間と昇温速度との組合せを適宜調整することが重要である。

なお、アルミナ原料粉末と助剤成分（Ｍｎ_２Ｏ_３粉末、ＳｉＯ_２粉末）との比率によって生成される液相の量が異なり、Ａｌ_２Ｏ_３粒子の粒成長の進み具合が異なることから、原料によっても上記焼成条件の調整は異なる。

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が、特に、配線層中の銅の拡散を抑制する上では、窒素および水素を含み露点が＋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、焼成中にアルミナと雰囲気中の水分とが反応し酸化膜を形成し、この酸化膜と銅含有導体の銅が反応してしまい、導体の低抵抗化の妨げとなるのみでなく、銅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を混入してもよい。

さらに、上記の原料粉末および焼成条件に加えて、最高温度から１０００℃までの降温速度を５０℃〜１００℃／Ｈｒとすることが望ましい。降温の速度を遅くすることにより、アルミナ質焼結体の破壊靱性を３．７ＭＰａ√ｍ以上にすることが可能となる。
このような破壊靱性値が得られるのは、粒界に結晶が多く析出されるかまたは熱応力による歪みの蓄積が小さくなっていることによるものと思われる。

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、低抵抗金属を含む内部配線層を具備しつつ、耐薬品性に優れたものとなる。プローブカードは、半導体ウェハに接触させてテストするためのピン（測定端子２１）がＳｉ等により形成されているが、このピン形成工程において、エッチングのために４０％の高濃度に調整されたＫＯＨ水溶液に２時間の長時間にわたって浸漬されたとしても、ＫＯＨ水溶液中にプローブカード用配線基板１の絶縁基体１１中の成分が溶出することによる質量減少を０〜０．５質量％に抑制することができる。

純度が９９％で平均粒子径が１．８μｍのアルミナ原料粉末（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粉末を表１に示すような割合で混合するとともに、平均粒子径が７．０μｍのＭｇＣＯ_３粉末および平均粒子径が０．７μｍのＭｏ粉末を表１に示す量で添加（外添）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厚さ２００μｍのシート状に成形し、グリーンシートを得た。

得られたグリーンシートを所定厚みに積層し、露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行なった後、引き続き焼成を行ない、１０００℃から最高温度までを表２に示す昇温速度で昇温し、最高温度にて露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気に、表２に示す時間保持した後、１０００℃までを１５０℃／ｈｒの降温速度で冷却した。

得られたアルミナ質焼結体における主結晶粒子であるＡｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒子径は、測定試料（アルミナ質焼結体）の表面をダイアモンドペーストにて鏡面研磨し、燐酸を用いてエッチングを行って粒界を溶かした後、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）による１０００倍の写真から１００個の粒子についてインタセプト法により求めた。その結果を表２に示す。

また、測定試料（アルミナ質焼結体）の表面をダイアモンドペーストにて鏡面研磨し、画像解析装置（ニレコ製ＬＵＺＥＸ−ＦＳ）を用いて最大気孔径を測定した。具体的には、顕微鏡倍率を１００倍、３００μｍ角の領域を１０箇所測定し、最大気孔径の平均値を算出した。その結果を表２に示す。

また、主結晶で粒子あるＡｌ_２Ｏ_３粒子の粒界に存在する結晶は、当該アルミナ質焼結体を粉砕し、Ｘ線回折により得られる回折メインピーク位置をＪＣＰＤＳに照らして同定した。また、同定された結晶であるＭｎＳｉＯ_３およびＭｎＡｌ_２Ｏ_４について、それぞれの回折メインピーク強度のＡｌ_２Ｏ_３結晶の回折メインピーク強度に対する比を求めた。その結果を表２に示す。なお、表２には求めた比を１００倍した値（％表示）を示した。

また、耐薬品性の指標として、焼結体の初期の質量及び１００℃の水酸化カリウム４０質量％水溶液に５時間浸漬させた後の質量を測定し、質量減少率（「焼結体の初期質量」−「１００℃の水酸化カリウム４０質量％水溶液に５時間浸漬させた後の焼結体の質量」）／「焼結体の初期質量」を算出した。その結果を表２に示す。

表２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を構成する絶縁基体の形成材料であるアルミナ質焼結体（試料Ｎｏ．５、７、９、１０、１６〜１８、２０、２１）は、水酸化カリウム４０質量％水溶液に５時間浸漬させた際の質量減少率が０．２％以下であることから、耐薬品性に優れたプローブカード用配線基板が得られることがわかる。

なお、試料Ｎｏ．１１、２２については、質量減少率は良好であるが、最大気孔径が１５μｍを超える大きなボイドが形成されており、このアルミナ質焼結体で絶縁基体を形成すれば、ため、配線に欠けが発生するといった不具合があり、プローブカード用配線基板として十分に機能しないことから、本発明範囲外とした。

また、本発明範囲内の試料について、上記と同様にして作製した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、平均粒径が２．５μｍのＣｕ粉末を５０体積％、平均粒径が１．５μｍのＷ粉末を５０体積％にアクリル系バインダとアセトンを溶媒として混合し、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グリーンシートの貫通孔内に充填するとともに、配線パターン状に印刷塗布した。なお、配線パターンは、線幅１５０μｍとなるように調製した。

そして、作製した各シート状成形体を位置合わせして積層圧着して積層体を作製した。

その後、この積層成形体を露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行なった後、引き続き、１０００℃から最高温度の１３５０℃までを表２に示す昇温速度で昇温し、焼成温度にて露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて１時間保持した後、１０００℃までを表２に示した速度で冷却して配線基板を作製した。

この配線基板の配線層を走査型電子顕微鏡にて観察したところ、導体層に剥離やクラックが生じていないことを確認した。

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の評価装置の説明図である。

符号の説明

１：プローブカード用配線基板
１１：絶縁基体
１２：内部配線層
１３：表面配線層
１４：貫通導体
２：プローブカード
２１：測定端子

Claims

Ａｌ_２Ｏ_３粒子を主結晶粒子とするアルミナ質焼結体からなる絶縁基体と、該絶縁基体の内部に形成された、Ｃｕ、ＡｕおよびＡｇの群から選ばれる少なくとも１種の低抵抗金属ならびにＷおよびＭｏの少なくとも１種の高融点金属を含む内部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Ａｌ_２Ｏ_３粒子は、平均粒子径が５〜１５μｍであり、最大粒子径が２０μｍ以下であるとともに、前記アルミナ質焼結体は、最大気孔径が１５μｍ以下であり、かつ粒界にＭｎＡｌ_２Ｏ_４およびＭｎＳｉＯ_３を含有してなり、Ｘ線回折によるＡｌ_２Ｏ_３の（１１０）面の回折強度に対するＭｎＡｌ_２Ｏ_４の（３１１）面の回折強度の比がＡｌ_２Ｏ_３の（１１０）面の回折強度に対するＭｎＳｉＯ_３の（２１３）面（但し、ｂ軸は１の上に−）の回折強度の比よりも大きい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表面に表面配線層が形成され、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。