JP5144450B2

JP5144450B2 - 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: JP5144450B2
Application number: JP2008247334A
Authority: JP
Inventors: 有哉古久保; 浩司山本; 智英長谷川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2028-09-26
Also published as: JP2010080677A

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、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。

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用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が生じ、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、低抵抗金属のみでは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金属を主成分とする配線が形成された配線基板が提案されている（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絶縁基体を有する配線基板よりも２００℃以上低い１５００℃以下の温度で焼成することができ、上記低抵抗金属および高融点金属の複合金属を主成分として含む配線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

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表面配線層とプローブピンとの間に隙間が生じて導通不良を起こすとともに、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等の材料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、４０質量％水酸化カリウム水溶液に５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に記載の絶縁基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。これは、アルミナ質焼結体における粒界に、ガラス（非晶質部）が多く残存しており、そのガラスが薬品によりその構造を破壊されやすいためである。

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主成分として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、Ｘ線回折の回折メインピーク強度からリートベルト解析により求めた比率でＡｌ_２Ｏ_３を９７〜９９質量％含むアルミナ質焼結体からなる絶縁基体と、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のうちの少なくとも一方の高融点金属を主成分として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、前記アルミナ質焼結体は、ＭｎとＳｉとをそれぞれＭｎ_２Ｏ_３換算およびＳｉＯ_２換算にて５０：５０〜５４：４６の質量比で含むとともに、前記Ａｌ_２Ｏ_３の粒子間の粒界に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３％以上であり、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が１％以上である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、前記内部配線層と接続される表面配線層を備えているとともに、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を備えてい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、Ｘ線回折の回折メインピーク強度からリートベルト解析により求めた比率でＡｌ_２Ｏ_３を９７〜９９質量％含み、ＭｎとＳｉとをそれぞれＭｎ_２Ｏ_３換算およびＳｉＯ_２換算にて５０：５０〜５４：４６の質量比で含むとともに、Ａｌ_２Ｏ_３の粒子間の粒界に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３％以上であり、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が１％以上となるアルミナ質焼結体で絶縁基体が形成されているため、エッチング液（アルカリ水溶液）に浸漬させたときの絶縁基体（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、低抵抗金属および高融点金属を主成分として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主成分として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信号遅延や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、Ｘ線回折の回折メインピーク強度からリートベルト解析により求めた比率でＡｌ_２Ｏ_３を９７〜９９質量％含む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主成分として含む内部配線層１２とを備えている。

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を９７〜９９質量％含むアルミナ質焼結体で形成されている。このＡｌ_２Ｏ_３は粒状または柱状の結晶として存在している。Ｘ線回折の回折メインピーク強度からリートベルト解析により求めた比率でＡｌ_２Ｏ_３が９７質量％未満であると、プローブカード用配線基板１として求められる耐薬品性が十分ではなくなってしまう。

本発明においてＡｌ_２Ｏ_３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、Ａｌ_２Ｏ_３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、Ａｌ_２Ｏ_３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。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。

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、アルミナ質焼結体は、Ａｌ_２Ｏ_３の粒子間の粒界に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３％以上であり、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が１％以上であることが重要である。

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。

アルミナ質焼結体における粒界に、Ｍｎ、ＳｉおよびＡｌを含むガラス（非晶質部）が多く残存すると、耐薬品性が低下する。ガラスは、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ためである。したがって、アルミナ質焼結体の耐薬品性を上げるためには、粒界に残存するガラス（非晶質部）が少なく、粒界に耐薬品性の良い結晶が多く析出していることが必要である。例えば、４０質量％水酸化カリウム水溶液に５時間浸漬したとき、Ｍｎ、ＳｉおよびＡｌを含むガラス（非晶質部）と比較して、ＭｎＳｉＯ_３が析出することで水酸化カリウム水溶液への溶出量を約１／５倍に低減でき、またＭｎＡｌ_２Ｏ_４は前記水酸化カリウム水溶液に対してほとんど溶出しない。そのため、Ａｌ_２Ｏ_３の粒子間の粒界にＭｎＡｌ_２Ｏ_４およびＭｎＳｉＯ_３を有することが耐薬品性の向上のために重要であり、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３％以上、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が１％以上であることで、プローブカード用配線基板として十分な耐薬品性を得ることができる。

すなわち、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３％未満または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が１％未満であると、耐薬品性の良い結晶量が少ないことから、プローブカード用配線基板として十分な耐薬品性を得ることができない。

ここで、アルミナ質焼結体がＡｌ_２Ｏ_３の粒子間の粒界に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を３％以上、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を１％以上とするためには、Ａｌ_２Ｏ_３および焼結助剤成分（ＭｎとＳｉ）の比率を調整して、Ｘ線回折の回折メインピーク強度からリートベルト解析により求めた比率でＡｌ_２Ｏ_３を９７〜９９質量含むとともに、ＭｎとＳｉとをそれぞれＭｎ_２Ｏ_３換算およびＳｉＯ_２換算にて５０：５０〜５４：４６の質量比で含み、さらに所定の焼成条件下での焼成が必要となる。ＭｎとＳｉとの比率は、ＸＲＦ（蛍光Ｘ線分析）により求められる値であり、結晶であるかガラス（残留ガラス）であるか問われない値である。ＭｎとＳｉとの比率が上記比率の範囲外であると、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比を３％以上、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比を１％以上を満足することができなくなってしまう。なお、所定の焼成条件については、製造方法の説明で述べる。

絶縁基体１１を形成するアルミナ質焼結体には、後述の内部配線層１２の形成材料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種以上が、酸化物換算（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、Ｂ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３）で０．１〜４質量部の割合で添加されているのが好ましい。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が、熱伝導性、強度、誘電損失低減、耐薬品性向上の観点から、ＭｎＡｌ_２Ｏ_４およびＭｎＳｉＯ_３の析出を阻害しない範囲で結晶として析出しているのが好ましい。ここで、ＭｎＡｌ_２Ｏ_４およびＭｎＳｉＯ_３の析出を阻害しない範囲で結晶として析出しているとは、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３％以上であり、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が１％以上を満足する範囲で、他の結晶が析出していても良いことをいう。

絶縁基体１１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のうちの少なくとも一方の高融点金属を主成分として含む内部配線層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層の形成材料として、Ｗ、Ｍｏなどの高融点金属が挙げられるが、これらの高融点金属からなる配線層は電気抵抗値が高い。一方、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇなどの低抵抗金属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、低抵抗金属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、内部配線層１２を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のうちの少なくとも一方の高融点金属を主成分として含む配線とすることで、低抵抗金属の単体に比べると電気抵抗値は多少高くなるものの、後述する１３８０℃〜１４２０℃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内部配線層１２の形状を保つことが必要となる。そこで、内部配線層１２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４０〜６０体積％、高融点金属が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。

また、貫通導体１３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のうちの少なくとも一方の高融点金属を主成分として含んでいてもよく、上記高融点金属のみを主成分として含んでいてもよい。

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となる。

また、図１に示す絶縁基体１１の主面には、貫通導体１３に接続するランド１４（接続パッド）が形成されている。このランド１４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、内部配線層１２と同様の形成材料からなる。そして、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、ランド１４は表面研磨により取り除かれ、貫通導体１３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２が作製される。

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、内部配線層１２と接続される表面配線層（図示せず）を備えているとともに、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としての測定端子２１を備えているものである。また、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ようになっている。

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１４２０℃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、残りの５〜１０質量％を純度９９％以上で平均粒径が０．７〜１．７μｍのＭｎ_２Ｏ_３粉末と純度９９％以上で平均粒径が１〜３μｍのＳｉＯ_２粉末とを５０：５０〜５４：４６の質量比で混合する。このような質量比で混合することにより、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、後述する１３８０℃〜１４２０℃の焼成温度での緻密化を促すことができる。そして、Ｘ線回折の回折メインピーク強度からリートベルト解析により求めた比率でＡｌ_２Ｏ_３を９７〜９９質量％含むとともに、ＭｎとＳｉとをそれぞれＭｎ_２Ｏ_３換算およびＳｉＯ_２換算にて５０：５０〜５４：４６の質量比で含むアルミナ質焼結体が得られ、ＭｎＡｌ_２Ｏ_４とＭｎＳｉＯ_３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とＳｉとをそれぞれＭｎ_２Ｏ_３換算およびＳｉＯ_２換算にて５０：５０〜５４：４６の質量比で含むように混合する。

なお、アルミナ原料粉末９０〜９５質量％に対して、焼結後のアルミナ質焼結体におけるＸ線回折の回折メインピーク強度からリートベルト解析により求めた比率でＡｌ_２Ｏ_３の含有量が９７〜９９質量％となっているのは、リートベルト解析によれば残留ガラスを除く結晶のみの割合が求められるからである。

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酸化物換算による合計で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金属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。耐薬品性が低いとこの黒色化成分が流出して、アルミナ質焼結体が白色化し、認知性が低下してしまうが、本発明によれば耐薬品性が高いので、黒色化成分の流出を防ぐことができる。

そして、これら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およびＭｏのうちの少なくとも一方の高融点金属粉末とを前述した比率（低抵抗金属が４０〜６０体積％、高融点金属が４０〜６０体積％）となるように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グリーンシートの表面に配線パターンを印刷する。

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原料粉末あるいは焼結助剤としてのＭｎ_２Ｏ_３粉末、ＳｉＯ_２粉末などを添加してもよく、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％の割合で添加してもよい。

その後、導体ペーストを印刷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（窒素雰囲気あるいは窒素と水素との混合雰囲気）中で焼成する。

焼成中の最高温度は１３８０℃〜１４２０℃とすることが重要である。最高温度が１３８０℃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、粒界において、ＭｎＡｌ_２Ｏ_４結晶およびＭｎＳｉＯ_３結晶の核生成が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１４２０℃を超える場合には、内部配線層の流れや細りが生じてしまう傾向がある。

そして、粒界部において、ＭｎＡｌ_２Ｏ_４結晶およびＭｎＳｉＯ_３結晶を多く析出させるためには、焼成中の最高温度（１３８０℃〜１４２０℃）で８時間以上保持することが重要である。最高温度での保持時間を長くすることで、ＭｎＡｌ_２Ｏ_４結晶およびＭｎＳｉＯ_３結晶の核生成を促すことができ、析出する結晶の量を増大させることができるのである。保持時間が８時間より短い場合には、ＭｎＡｌ_２Ｏ_４結晶およびＭｎＳｉＯ_３結晶の核生成が不十分であり、十分な量の結晶を析出させることができず、温度による核生成速度の変化の影響を受けやすいため、析出する結晶の量が変化しやくなってしまう傾向にある。

なお、本発明のアルミナ質焼結体においては、粒界相を結晶化させるため、アルミナ結晶粒子のネック成長が抑える効果があるため、異常粒成長を抑制できる。

また、１０００℃から最高温度までの昇温速度は１００℃/ｈｒ〜３００℃/ｈｒにすることが望ましい。昇温速度が１００℃/ｈｒよりも遅い場合には、焼成時間が長く生産性が低下につながり、昇温速度が３００℃/ｈｒよりも速い場合には、焼成中の熱膨張により発生する応力により、絶縁基板１１にクラックが発生する原因になりやすい。

さらに、最高温度から１０００℃までの降温速度は、２００℃/ｈｒ〜１００℃/ｈｒにすることが重要である。降温速度が１００℃/ｈｒよりも遅い場合には、Ｍｎ_３Ａｌ_２（ＳｉＯ_４）_３結晶が析出してしまい、ＭｎＡｌ_２Ｏ_４結晶およびＭｎＳｉＯ_３結晶を十分に析出させることができず、絶縁基体１１に染みが発生する原因となる。昇温速度が２００℃/ｈｒよりも速い場合には、粒界を結晶化させるための核生成および核成長する時間が得られず、ガラスが多く、耐薬品性が低下する。

なお、内部配線層１２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、低抵抗金属および高融点金属を主成分として含む内部配線層を有する耐薬品性に優れたものとなる。

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、Ａｌ_２Ｏ_３粉末、Ｍｎ_２Ｏ_３粉末およびＳｉＯ_２粉末の合計１００質量部に対し、平均粒子径が５．０μｍのＭｇＣＯ_３粉末を０．４質量部添加（外添）するとともに平均粒子径が０．７μｍのＭｏ粉末を０．３質量部添加（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１５層積層し、６００℃で露点＋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に示す保持時間だけ保持した後、最高温度から１０００℃までを表２に示す降温速度で冷却して、アルミナ質焼結体を得た。

得られたアルミナ質焼結体におけるＡｌ_２Ｏ_３の比率（質量％）は、Ｘ線回折により得られる回折メインピーク強度からリートベルト解析により求めた。その結果を表２に示す。

また、得られたアルミナ質焼結体のＡｌ_２Ｏ_３を除く残部に存在するＭｎとＳｉとの比は、ＸＲＦ（蛍光Ｘ線分析）により求めた。その結果を表２に示す。

また、得られたアルミナ質焼結体の主結晶であるＡｌ_２Ｏ_３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）を示している。

また、耐薬品性の指標として、アルミナ質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アルミナ質焼結体の質量を測定し、質量減少率（「アルミナ質焼結体の初期質量」−「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アルミナ質焼結体の質量」）／「アルミナ質焼結体の初期質量」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．２、３、４、６、９、１０、１２、１３、１６、１７、１８）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０．１％以下であり、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。

これに対し、試料Ｎｏ．１、５、７、８、１１、１４、１５については、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比が３％以上、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比が１％以上を達成できておらず、質量減少率は大きいため、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がわかる。

なお、試料Ｎｏ．１０については、過焼結による若干の嵩密度の低下が見られた。このことから、熱量をかけすぎてもよくないことがわかる。具体的には、焼成温度が１０００℃から最高温度に達して最高温度から降温して１０００℃となるまでの時間と、１０００℃以上における各温度とを乗じたものを熱量（℃・ｈｒ）とすると、２５０００℃・ｈｒ以下とするのがよい。

また、本発明範囲内の試料Ｎｏ．３、６、１０、１６、１７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プローブカード用配線基板を作製した。

このプローブカード用配線基板の内部配線層を研磨により露出させて走査型電子顕微鏡にて観察したところ、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：貫通導体
１４：表面配線層
２：プローブカード
２１：測定端子

Claims

Ｘ線回折の回折メインピーク強度からリートベルト解析により求めた比率でＡｌ_２Ｏ_３を９７〜９９質量％含むアルミナ質焼結体からなる絶縁基体と、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のうちの少なくとも一方の高融点金属を主成分として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、
前記アルミナ質焼結体は、ＭｎとＳｉとをそれぞれＭｎ_２Ｏ_３換算およびＳｉＯ_２換算にて５０：５０〜５４：４６の質量比で含むとともに、前記Ａｌ_２Ｏ_３の粒子間の粒界に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３％以上であり、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が１％以上である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、前記内部配線層と接続される表面配線層を備えているとともに、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を備えていることを特徴とするプローブカード。