JP5495774B2 - Ceramic circuit board for probe card and probe card using the same - Google Patents

Ceramic circuit board for probe card and probe card using the same Download PDF

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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セラミック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。   The present invention relates to a ceramic wiring board for a probe card provided with fine wiring for measuring electrical characteristics of a semiconductor wafer, and a probe card using the same.

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。   For semiconductor elements with large-scale integrated circuits that are simultaneously formed on a semiconductor wafer such as a Si wafer, a product with poor electrical connection and electrical characteristics at a substantially constant rate due to electrical failure due to adhesion of foreign matter, etc. It is included.

上記半導体素子の不良品を検出するものとして、半導体ウエ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)。   As a device for detecting defective semiconductor elements, a probe card is known that can simultaneously inspect the electrical characteristics of a large number of semiconductor elements in the same state as a semiconductor wafer (see, for example, Patent Document 1). ).

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いる配線基板と、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。   This probe card has a wiring board in which fine wiring is formed on the main surface and inside of an insulating base made of an alumina sintered body, and a plurality of measuring terminals called probe pins arranged with high precision on the surface of the wiring board. By applying this probe pin to the terminals of many semiconductor elements, measuring the output when voltage is applied and comparing it with the expected value, it is possible to judge the quality of many semiconductor elements at once. To do.

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セラミック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。   In recent years, with the miniaturization of the wiring of integrated circuits formed in semiconductor elements, it has been required to increase the number of probe pins per unit area of the probe card, and the wiring formed on the probe card ceramic wiring board is also more There is a demand for miniaturization.

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。   However, miniaturization of the wiring, that is, narrowing of the line width causes an increase in wiring resistance and delay of the electric signal, which makes it impossible to correctly determine the operation state of the integrated circuit, leading to a test error.

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。   Therefore, it is conceivable to use a low-resistance metal such as Cu, Ag, or Au as the wiring. However, since these low-resistance metals have a low melting point, simultaneous firing with the alumina sintered body cannot be performed with only the low-resistance metal.

これに対し、本出願人は、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を形成したプローブカード用セラミック配線基板を提案した(例えば、特許文献2を参照)。   In contrast, the applicant of the present invention has a wiring mainly composed of a composite metal of a low-resistance metal such as Cu, Ag, Au and a refractory metal such as Mo, W inside an insulating base made of an alumina sintered body. A ceramic wiring board for a probe card in which is formed is proposed (see, for example, Patent Document 2).

このプローブカード用セラミック配線基板は、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℃以下の温度で焼成できるようにしたことから、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にしたものである。   More specifically, this probe card ceramic wiring board includes 1500 Mn and Si as sintering aids, and is 1500 ° C. lower than a wiring board having a conventional insulating substrate made of an alumina sintered body by 200 ° C. or more. Since it can be fired at a temperature of less than or equal to ° C., it is possible to form a wiring containing the composite metal of the low resistance metal and the refractory metal as a main component by simultaneous firing.

特開平11−160356号JP-A-11-160356 特開2009−180518号JP 2009-180518 A

しかしながら、絶縁基体を特許文献2に記載のアルミナ質焼結体で形成したプローブカード用セラミック配線基板は、絶縁基体の熱膨張係数が、やはりアルミナ質焼結体の熱膨張係数(6〜7×10−6/℃)に近いことから、検査対象であるSiウエハの熱膨張係数(3〜4×10−6/℃)との差が大きく、そのため、半導体素子の電気特性の測定前に行う熱負荷試験(バーンイン試験)時において、プローブカード用セラミック配線基板に設けられた測定端子(プローブピン)がSiウエハの表面に形成された測定パッドの位置からずれて電気特性の検査を行えないという問題がった。 However, the probe card ceramic wiring board in which the insulating base is formed of the alumina sintered body described in Patent Document 2 has a thermal expansion coefficient of 6 to 7 × that of the alumina sintered body. from close to 10 -6 / ° C.), the difference between the thermal expansion coefficient of the Si wafer to be inspected (3~4 × 10 -6 / ℃) is large, therefore, carried out before the measurement of the electrical characteristics of a semiconductor element In the thermal load test (burn-in test), the measurement terminals (probe pins) provided on the probe card ceramic wiring board are displaced from the position of the measurement pad formed on the surface of the Si wafer, and the electrical characteristics cannot be inspected. There was a problem.

従って、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、配線抵抗が低く、熱負荷試験時において、プローブカード用セラミック配線基板に設けられた測定端子とSiウエハの表面に形成された測定パッドとの位置ずれが小さく、電気特性の検査時に、好適に使用できるプローブカード用セラミック配線基板と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。   Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and has a low wiring resistance, and is formed on the surface of the Si wafer and the measurement terminals provided on the probe card ceramic wiring board during the thermal load test. It is an object of the present invention to provide a probe card ceramic wiring board that can be suitably used at the time of inspection of electrical characteristics and a probe card using the same.

本発明のプローブカード用セラミック配線基板は、ムライトを主結晶相とし、MnおよびTiを含有するとともに、前記ムライトの(210)面のX線回折強度を100%とし
たときに、Al の(104)面のX線回折強度が78〜120%、Mn Al (SiO の(420)面のX線回折強度が0.13〜0.70%であり、MnAl およびMnTiO を含有していないセラミック焼結体からなる絶縁基体と、該絶縁基体内に設けられた銅が40〜60体積%、タングステンが40〜60体積%である組成を有する銅とタングステンとの複合導体とを具備することを特徴とする。
The ceramic wiring board for a probe card of the present invention has mullite as a main crystal phase , contains Mn and Ti, and sets the X-ray diffraction intensity of the (210) plane of the mullite to 100%.
The X-ray diffraction intensity of the (104) plane of Al 2 O 3 is 78 to 120%, and the X-ray diffraction intensity of the (420) plane of Mn 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 is 0.13 to 0. 70%, an insulating base made of a ceramic sintered body not containing MnAl 2 O 4 and MnTiO 3 , copper provided in the insulating base is 40 to 60% by volume, and tungsten is 40 to 60% by volume And a composite conductor of copper and tungsten having the composition as described above.

また、上記プローブカード用セラミック配線基板では、前記セラミック焼結体が、前記ムライト100質量%に対して、前記TiをTiO換算で1〜5質量%含有することが望ましい。 In the probe card ceramic wiring board, the ceramic sintered body preferably contains 1 to 5% by mass of Ti in terms of TiO 2 with respect to 100% by mass of the mullite.

本発明のプローブカードは、上記のプローブカード用セラミック配線基板の表面に表面配線層が設けられており、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。   In the probe card of the present invention, a surface wiring layer is provided on the surface of the above-described probe card ceramic wiring board, and a measurement terminal for measuring electrical characteristics of a semiconductor element is connected to the surface wiring layer. It is characterized by.

本発明によれば、配線抵抗が低く、熱負荷試験時において、プローブカード用セラミック配線基板に設けられた測定端子とSiウエハの表面に形成された測定パッドとの位置ずれが小さく、電気特性の検査に好適に使用できるプローブカード用セラミック配線基板とこれを用いたプローブカードを得ることができる。   According to the present invention, the wiring resistance is low, and in the thermal load test, the positional deviation between the measurement terminal provided on the probe card ceramic wiring board and the measurement pad formed on the surface of the Si wafer is small, and the electrical characteristics are A ceramic wiring board for a probe card that can be suitably used for inspection and a probe card using the same can be obtained.

本発明のプローブカード用セラミック配線基板の一実施形態の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of one Embodiment of the ceramic wiring board for probe cards of this invention. 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。It is explanatory drawing of the evaluation apparatus of the semiconductor element using one Embodiment of the probe card of this invention.

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。   An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明のプローブカード用セラミック配線基板の一実施形態の概略断面図である。図1に示すプローブカード用セラミック配線基板1は、セラミック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複合導体からなる内部配線層12と、絶縁基体11の表面に形成された表面配線層13とを備えており、その絶縁基体11の内部における内部配線層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ビアホール導体14とを有している。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of a ceramic wiring board for a probe card of the present invention. A probe card ceramic wiring board 1 shown in FIG. 1 includes an insulating base 11 made of a ceramic sintered body, and an inner part made of a composite conductor mainly containing a low-resistance metal and a refractory metal formed inside the insulating base 11. A wiring layer 12 and a surface wiring layer 13 formed on the surface of the insulating base 11 are provided, and the internal wiring layers 12 or the internal wiring layer 12 and the surface wiring layer 13 in the insulating base 11 are electrically connected. And via-hole conductors 14 connected to.

絶縁基体11は複数のセラミック絶縁層11a、11b、11c、11dからなるもので、それぞれのセラミック絶縁層11a、11b、11c、11dはムライトを主成分とするセラミック焼結体により形成されている。以下、ムライトを主成分とするセラミック焼結体のことをムライト質焼結体と記す。   The insulating substrate 11 is composed of a plurality of ceramic insulating layers 11a, 11b, 11c, and 11d, and each ceramic insulating layer 11a, 11b, 11c, and 11d is formed of a ceramic sintered body containing mullite as a main component. Hereinafter, a ceramic sintered body containing mullite as a main component is referred to as a mullite sintered body.

セラミック絶縁層11a、11b、11c、11dであるセラミック焼結体がムライト質焼結体であると、セラミック絶縁層11a、11b、11c、11dの熱膨張係数(室温〜300℃)を3.5〜4.5×10−6/℃の範囲にできる。これにより、本実施形態のプローブカード用セラミック配線基板1は、熱負荷試験時において、プローブカード用セラミック配線基板1に設けられた測定端子とSiウエハの表面に形成された測定パッドとの位置ずれが無く、電気特性の検査に好適に使用できるものとなる。 When the ceramic sintered body that is the ceramic insulating layers 11a, 11b, 11c, and 11d is a mullite sintered body, the thermal expansion coefficient (room temperature to 300 ° C.) of the ceramic insulating layers 11a, 11b, 11c, and 11d is 3.5. It can be in the range of ˜4.5 × 10 −6 / ° C. As a result, the probe card ceramic wiring board 1 of the present embodiment is misaligned between the measurement terminals provided on the probe card ceramic wiring board 1 and the measurement pads formed on the surface of the Si wafer during a thermal load test. Therefore, it can be suitably used for inspection of electrical characteristics.

セラミック絶縁層11a、11b、11c、11dを構成するセラミック焼結体の主成分であるムライトは粒子状または柱状の結晶として存在している。本発明においてムライトの平均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、好適なムライトの平均粒径の範囲が選ばれる。この場合、ムライトの平均粒径は1.0〜5.0μm、特に1.7〜2.5μmであることが望ましい。   Mullite, which is the main component of the ceramic sintered body constituting the ceramic insulating layers 11a, 11b, 11c, and 11d, is present as a particulate or columnar crystal. In the present invention, the average particle size of mullite is not particularly limited, but the thermal conductivity improves as the crystal grain size increases, and the strength improves as the crystal grain size decreases. A suitable range of the average particle size of mullite is selected from the viewpoint of achieving both high strength. In this case, the average particle size of mullite is preferably 1.0 to 5.0 μm, particularly 1.7 to 2.5 μm.

なお、ムライトの平均粒径は配線基板から切り出したセラミック焼結体の部分を研磨し、研磨した試料について走査型電子顕微鏡を用いて内部組織の写真を撮り、その写真上に約50個入る円を描き、円内および円周にかかった結晶粒子を選択し、次いで、各結晶粒子の輪郭を画像処理して、各結晶粒子の面積を求め、同じ面積をもつ円に置き換えたときの直径を算出し、その平均値より求める。   The average grain size of mullite is obtained by polishing a portion of the ceramic sintered body cut out from the wiring board, taking a photograph of the internal structure of the polished sample using a scanning electron microscope, and about 50 circles on the photograph. , Select the crystal particles that fall within and around the circle, then image-process the outline of each crystal particle to determine the area of each crystal particle, and calculate the diameter when replaced with a circle with the same area Calculate and calculate from the average value.

また、本実施形態のプローブカード用セラミック配線基板1において、セラミック絶縁層11a、11b、11c、11dであるセラミック焼結体がムライトを主結晶相とし、MnおよびTiを含有し、前記ムライトの(210)面のX線回折強度を100%とした
ときに、Alの(104)面のX線回折強度が78〜120%であり、MnAl(SiOの(420)面のX線回折強度が0.13〜0.70%であるとともに、MnAlおよびMnTiOを有しないものであるい。これにより耐薬品性試験での重量変化率を小さくすることができ、また、耐薬品性試験の繰返し試験においても重量減少変化率の小さいセラミック焼結体を得ることができる。ここで、セラミック焼結体がMnAlO4およびMnTiOを含有していないというのは、X線回折を行ったときに、X線回折図上において、MnAlおよびMnTiOのそれぞれのメインピークの回折強度がX線回折パターンのノイズレベル以下のものをいう。
In the probe card ceramic wiring substrate 1 of the present embodiment, the ceramic sintered body as the ceramic insulating layers 11a, 11b, 11c, and 11d contains mullite as a main crystal phase, contains Mn and Ti, When the X-ray diffraction intensity of the 210) plane is 100%, the X-ray diffraction intensity of the (104) plane of Al 2 O 3 is 78 to 120%, and (420) of Mn 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 with X-ray diffraction intensity is from 0.13 to 0.70 percent of the) plane, and even have good those having no MnAl 2 O 4 and MnTiO 3. As a result, the weight change rate in the chemical resistance test can be reduced, and a ceramic sintered body having a small weight loss change rate can be obtained in the repeated test of the chemical resistance test. Here, because the ceramic sintered body does not contain MnAl 2 O4 and MnTiO 3, when subjected to X-ray diffraction, in diagram X-ray diffraction, each main MnAl 2 O 4 and MnTiO 3 A peak whose diffraction intensity is below the noise level of the X-ray diffraction pattern.

一方、ムライト質焼結体が焼結助剤としてSiを主成分とするガラスを用いて形成され、そのセラミック焼結体の粒界にSiを主成分とするガラス(非晶質部)が多く存在するような場合には耐薬品性が大きく低下することになる。このため本発明ではムライト質焼結体の耐薬品性を高めるために、粒界に耐薬品性に優れた結晶相を多く析出させている。   On the other hand, a mullite sintered body is formed using glass containing Si as a main component as a sintering aid, and there are many glasses (amorphous parts) containing Si as a main component at the grain boundaries of the ceramic sintered body. If present, the chemical resistance is greatly reduced. For this reason, in this invention, in order to improve the chemical resistance of a mullite sintered body, many crystal phases excellent in chemical resistance are precipitated in the grain boundary.

例えば、粒界にSiを主成分とするガラスが存在するようなムライト質焼結体を40質量%水酸化カリウム水溶液に5時間浸漬したときには、ガラス成分の溶出が起こるのに対して、粒界にMnAl(SiOが析出したムライト質焼結体では、水酸化カリウム水溶液に対して全く溶出しない。 For example, when a mullite sintered body in which glass containing Si as a main component exists at the grain boundary is immersed in a 40 mass% potassium hydroxide aqueous solution for 5 hours, elution of the glass component occurs. In the mullite sintered body in which Mn 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 is precipitated, it is not eluted at all with respect to the aqueous potassium hydroxide solution.

そこで、ムライトの粒子間の粒界にMnAl(SiOを有することが耐薬品性の向上のために重要となり、X線回折によるムライトの(210)面の回折強度を100%としたとき、MnAl(SiOの(420)面の回折強度が0.13〜0.70%となることで、プローブカード用配線基板1として十分な耐薬品性を得ることができるのである。 Therefore, it is important for improving chemical resistance to have Mn 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 at the grain boundary between mullite grains, and the diffraction intensity of the (210) plane of mullite by X-ray diffraction is 100%. When the diffraction intensity of the (420) plane of Mn 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 is 0.13 to 0.70%, sufficient chemical resistance as the probe card wiring board 1 is obtained. Can do it.

ここで、X線回折によるムライトの(210)面の回折強度を100%としたとき、MnAl(SiOの(420)面の回折強度を0.13%以上とするためには、ムライトおよび焼結助剤成分(Mn、Ti)の比率を調整して、ムライトを除く5〜10質量%の残部にMnとTiとをそれぞれMn換算およびTiO換算にて80:20〜40:60の質量比で含ませて、後述する所定の焼成条件下で焼成することが必要となる。 Here, when the diffraction intensity of the (210) plane of mullite by X-ray diffraction is 100%, the diffraction intensity of the (420) plane of Mn 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 is 0.13% or more. Adjusts the ratio of mullite and sintering aid components (Mn, Ti), and Mn and Ti are added to the remainder of 5 to 10% by mass excluding mullite in terms of Mn 2 O 3 and TiO 2 , respectively. : It is necessary to include it in a mass ratio of 20 to 40:60 and to fire under predetermined firing conditions described later.

また、本実施形態のプローブカード用セラミック配線基板1では、絶縁基体11を構成しているムライト質焼結体であるセラミック焼結体が、ムライト100質量%に対して、TiをTiO換算で1〜5質量%含有することが望ましい。ムライト質焼結体において、ムライト100質量%に対して、TiをTiO換算で1〜5質量%含有するものにすると、耐薬品性試験の繰返しによる重量減少変化率を12%以下にすることができる。これはTi成分によってムライト質焼結体中の結晶相間を強固にできるためである。また、ムライト質焼結体にTi成分を含有させると、ムライト質焼結体の色彩を緑色系にできる。ムライト質焼結体の色彩が緑色系であると、後述する薄膜法により絶縁基体11の表面に形成される表面配線層の色とのコントラストが高まるため、測定端子となるSi製のプローブピンを形成する際の位置決めが容易にできるようになり、プローブカードの製造工程の効率を高めることができる利点がある。ここで、ムライト100質量%に対する、Tiの含有量は以下のようにして求める。絶縁基体11を溶解させて、ICP(Inductively Coupled Plasma)分析により絶縁基体中に含まれるアルミニウム(Al)、珪素(Si)およびチタン(Ti)の含有量を求め、アルミニウム(Al)および珪素(Si)からムライト(3Al・2SiO)とTiOに換算して求める。 Further, in the probe card ceramic wiring board 1 of the present embodiment, the ceramic sintered body, which is a mullite sintered body constituting the insulating base 11, is Ti in terms of TiO 2 with respect to 100% by mass of mullite. It is desirable to contain 1-5 mass%. In a mullite sintered body, if Ti is contained in an amount of 1 to 5% by mass in terms of TiO 2 with respect to 100% by mass of mullite, the rate of change in weight decrease due to repeated chemical resistance tests should be 12% or less. Can do. This is because the Ti component can strengthen the crystal phase in the mullite sintered body. Further, when the Ti component is contained in the mullite sintered body, the color of the mullite sintered body can be made green. When the color of the mullite sintered body is green, the contrast with the color of the surface wiring layer formed on the surface of the insulating base 11 is increased by a thin film method described later. Positioning at the time of formation becomes easy, and there is an advantage that the efficiency of the manufacturing process of the probe card can be increased. Here, the content of Ti with respect to 100% by mass of mullite is obtained as follows. The insulating substrate 11 is dissolved, and the contents of aluminum (Al), silicon (Si) and titanium (Ti) contained in the insulating substrate are obtained by ICP (Inductively Coupled Plasma) analysis, and aluminum (Al) and silicon (Si) are obtained. ) To mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ) and TiO 2 .

さらに、本実施形態における絶縁基体11が、上述のように、ムライトを主結晶相とし、MnおよびTiを含有し、ムライトの(210)面のX線回折強度を100%としたときに、Alの(104)面のX線回折強度が78〜120%であり、MnAl(SiOの(420)面のX線回折強度が0.13〜0.70%であるとともに、MnAlおよびMnTiOを含有していないといった特定の結晶相を有するムライト質焼結体により形成した場合には、ムライト質焼結体のヤング率を178〜223GPaにでき、大型のプローブカード用セラミック配線基板1として変形量の小さい基板を得ることができる。 Further, as described above, when the insulating substrate 11 in the present embodiment has mullite as the main crystal phase, contains Mn and Ti, and the X-ray diffraction intensity of the (210) plane of mullite is 100%, Al The X-ray diffraction intensity of the (104) plane of 2 O 3 is 78 to 120%, and the X-ray diffraction intensity of the (420) plane of Mn 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 is 0.13 to 0.70%. In addition, when formed from a mullite sintered body having a specific crystal phase such as not containing MnAl 2 O 4 and MnTiO 3 , the Young's modulus of the mullite sintered body can be 178 to 223 GPa, A substrate with a small deformation amount can be obtained as the probe card ceramic wiring substrate 1.

なお、本実施形態におけるムライト質焼結体では、MnおよびTiOの他に、焼結性を高める助剤成分として、MgO、CaO、SrO、BおよびCrなどから選ばれる少なくとも1種が、耐薬品性、ヤング率、密度および色彩等の特性を損なわない程度含有されていても良い。 In addition, in the mullite sintered body in the present embodiment, MgO, CaO, SrO, B 2 O 3, Cr 2 O 3, and the like as auxiliary components for improving sinterability in addition to Mn 2 O 3 and TiO 2. At least one selected from the above may be contained to such an extent that properties such as chemical resistance, Young's modulus, density, and color are not impaired.

本実施形態のプローブカード用セラミック配線基板1を構成する内部配線層12はCuが40〜60体積%、Wが40〜60体積%となる組成を有するCuおよびWの複合導体で構成されていることが重要である。   The internal wiring layer 12 constituting the probe card ceramic wiring substrate 1 of the present embodiment is composed of a composite conductor of Cu and W having a composition in which Cu is 40 to 60% by volume and W is 40 to 60% by volume. This is very important.

ムライト質焼結体と同時焼成可能な内部配線層12の形成材料として、高融点金属であるタングステン(W)が挙げられるが、タングステン(W)からなる内部配線層12は電気抵抗値が高い。一方、銅(Cu)などの低抵抗金属はムライトを主成分とするセラミック焼結体の焼成温度よりもかなり融点が低いため、低抵抗金属である銅のみをムライトを主成分とするセラミック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を銅およびタングステンの複合導体とすることで、銅単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1380℃〜1420℃の焼成温度でムライトを主成分とするセラミック焼結体との同時焼成が可能となる。   Tungsten (W), which is a refractory metal, can be used as a material for forming the internal wiring layer 12 that can be fired simultaneously with the mullite sintered body. The internal wiring layer 12 made of tungsten (W) has a high electric resistance value. On the other hand, low resistance metals such as copper (Cu) have a melting point that is considerably lower than the firing temperature of ceramic sintered bodies containing mullite as a main component. It cannot be fired simultaneously with the body. Therefore, by using a composite conductor of copper and tungsten for the internal wiring layer 12, the electrical resistance value is somewhat higher than that of copper alone, but mullite is the main component at a firing temperature of 1380 ° C. to 1420 ° C. described later. Simultaneous firing with the ceramic sintered body is possible.

ただし、同時焼成可能といえども、銅の融点を超える温度での焼成となるため、銅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、銅が40〜60体積%、タングステンが40〜60体積%の割合にするのである。   However, even if simultaneous firing is possible, since firing is performed at a temperature exceeding the melting point of copper, it is necessary to suppress the melting of copper and maintain the shape of the internal wiring layer 12. Therefore, in order to achieve both low resistance and shape retention of the internal wiring layer 12, the ratio of copper is 40-60% by volume and tungsten is 40-60% by volume.

ここで、内部配線層12の銅およびタングステンの組成は、プローブカード用配線基板1から内部配線層12が形成された部位を切り出し、これを酸に溶解させた溶液をICP(Inductively Coupled Plasma)分析を用いて導体材料である銅およびタングステンの含有量を質量で求める。次に、質量として求めた銅およびタングステンの量をそれぞれの密度で除して各々の体積を求め、次いで、銅およびタングステンの合計の体積を100%としたときの銅およびタングステンの割合を求める。   Here, the composition of the copper and tungsten of the internal wiring layer 12 is determined by ICP (Inductively Coupled Plasma) analysis of a solution in which the internal wiring layer 12 is formed from the probe card wiring board 1 and dissolved in acid. Is used to determine the content of copper and tungsten, which are conductor materials, by mass. Next, the volume of copper and tungsten determined as masses is divided by the respective densities to determine the respective volumes, and then the ratio of copper and tungsten when the total volume of copper and tungsten is 100% is determined.

なお、表面配線層13は、内部配線層13と同様の組成であっても異なっても良く、高融点金属であるタングステンのみで形成されていても良い。   The surface wiring layer 13 may have the same composition as that of the internal wiring layer 13 or may be different from each other, and may be formed only of tungsten which is a refractory metal.

また、ビアホール導体14は、表面配線層13と同様の組成からなることが焼成時にビアホール導体14からの導体成分の脱落を防止する上で望ましい。   Further, it is desirable that the via-hole conductor 14 has the same composition as that of the surface wiring layer 13 in order to prevent the conductor component from dropping off from the via-hole conductor 14 during firing.

上述した本実施形態のプローブカード用セラミック配線基板1は、熱負荷試験時において、プローブカード用セラミック配線基板1に設けられた測定端子(プローブピン)とSiウエハの表面に形成された測定パッドとの位置ずれを抑制でき、電気特性の検査に好適に使用できる。また、ムライト質焼結体を特定の組成としたときには、耐薬品性の優れたものになる。   The above-described ceramic wiring board for probe card 1 of the present embodiment includes a measurement terminal (probe pin) provided on the ceramic wiring board for probe card 1 and a measurement pad formed on the surface of the Si wafer during a thermal load test. Can be suitably used for inspection of electrical characteristics. Further, when the mullite sintered body has a specific composition, it has excellent chemical resistance.

また、図1に示す絶縁基体11の主面には、焼成直後においては、元々、表面配線層13の代わりにビアホール導体14に接続されたランドパターン(図示せず)が形成されている。このランドパターンは焼成後にこのプローブカード用セラミック配線基板1の内部配線層12およびビアホール導体14の電気的接続のショートまたはオープンの検査を行うために設けられたものである。そして、プローブカード用セラミック配線基板1の内部配線層12およびビアホール導体14の電気的接続のショートまたはオープンの検査を行った後、ランドパターンは研磨により取り除かれ、ビアホール導体14を露出させたうえで、スパッタ法または蒸着法などの薄膜法により表面配線層13が形成され、さらに、この表面配線層13の表面上に測定端子(プローブピン)が形成され、図2に示すプローブカード2が作製される。   Further, on the main surface of the insulating base 11 shown in FIG. 1, a land pattern (not shown) connected to the via-hole conductor 14 is originally formed instead of the surface wiring layer 13 immediately after firing. This land pattern is provided in order to perform a short or open inspection of the electrical connection between the internal wiring layer 12 and the via-hole conductor 14 of the probe card ceramic wiring board 1 after firing. Then, after performing a short or open inspection of the electrical connection between the internal wiring layer 12 of the probe card ceramic wiring board 1 and the via-hole conductor 14, the land pattern is removed by polishing, and the via-hole conductor 14 is exposed. The surface wiring layer 13 is formed by a thin film method such as sputtering or vapor deposition, and further, measurement terminals (probe pins) are formed on the surface of the surface wiring layer 13 to produce the probe card 2 shown in FIG. The

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。上記したプローブカード用セラミック配線基板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。   FIG. 2 is an explanatory diagram of a semiconductor element evaluation apparatus using one embodiment of the probe card of the present invention. The probe card ceramic wiring board 1 described above can be used as a probe card 2 as shown in FIG. 2, for example.

図2に示すプローブカード2は、プローブカード用セラミック配線基板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)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。   In the probe card 2 shown in FIG. 2, a surface wiring layer (not shown) connected to the internal wiring layer 12 is formed on one main surface of the probe card ceramic wiring substrate 1, and a semiconductor element is formed on the surface wiring layer. To which a probe (measuring terminal 21) for measuring the electrical characteristics is connected.

また、プローブカード用セラミック配線基板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、さらに、外部回路基板4は、テスタ5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。   Further, a connection terminal (not shown) is formed on the other main surface of the probe card ceramic wiring board 1, and this connection terminal is joined to the external circuit board 4 via the solder 3. , Connected to the tester 5. Then, the electrical characteristics of the semiconductor element can be measured by bringing the measurement terminal 21 of the probe card 2 into contact with the upper surface of the semiconductor wafer 7 placed on the stage 6.

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。   The probe card 2 and the external circuit board 4 can be driven up and down by the lifting device 8 so that the measurement terminal 21 of the probe card 2 is brought into contact with or separated from the upper surface of the semiconductor wafer 7.

このプローブカード2の配線基板として、本実施形態のプローブカード用セラミック配線基板1を適用すると、まず、熱負荷試験時において、プローブカード用セラミック配線基板1に設けられた測定端子21とSiウエハ7の表面に形成された測定パッドとの位置ずれが無く、電気特性の検査に好適に使用できるものとなる。   When the probe card ceramic wiring board 1 of the present embodiment is applied as the wiring board of the probe card 2, first, at the time of a thermal load test, the measurement terminal 21 provided on the probe card ceramic wiring board 1 and the Si wafer 7 are used. There is no positional deviation with respect to the measurement pad formed on the surface, and it can be suitably used for inspection of electrical characteristics.

また、プローブカード用セラミック配線基板1を構成する絶縁基体11を、ムライトを主結晶相とし、MnおよびTiを含有し、ムライトの(210)面のX線回折強度を100%としたときに、Alの(104)面のX線回折強度が78〜120%であり、MnAl(SiOの(420)面のX線回折強度が0.13〜0.70%であるとともに、MnAlおよびMnTiOを含有していないといった特定の結晶相を有するムライト質焼結体により形成した場合には、優れた耐薬品性を持つプローブカード2を得ることができる。 Further, when the insulating substrate 11 constituting the probe card ceramic wiring substrate 1 has mullite as the main crystal phase, contains Mn and Ti, and the X-ray diffraction intensity of the (210) plane of mullite is 100%, The X-ray diffraction intensity of the (104) plane of Al 2 O 3 is 78 to 120%, and the X-ray diffraction intensity of the (420) plane of Mn 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 is 0.13 to 0.70%. In addition, when formed from a mullite sintered body having a specific crystal phase such as not containing MnAl 2 O 4 and MnTiO 3 , a probe card 2 having excellent chemical resistance can be obtained. .

次に、上記のプローブカード用セラミック配線基板1の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the above-described probe card ceramic wiring board 1 will be described.

まず、絶縁基体11を形成するために、ムライト(3Al・2SiO)粉末として、純度が99%以上、平均粒径が0.5〜2.5μmのものを用いる。ムライト粉末の平均粒径を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ことが可能となる。 First, in order to form the insulating substrate 11, a mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ) powder having a purity of 99% or more and an average particle size of 0.5 to 2.5 μm is used. By making the average particle size of mullite powder 0.5 μm or more, sheet formability is improved, and by making it 2.5 μm or less, it is possible to promote densification by firing at a temperature of 1420 ° C. or less. It becomes.

次に、ムライト粉末100質量%に対して、Al粉末を0〜50質量%、Mn粉末を1〜10質量%、TiO粉末を1〜10質量%添加して混合粉末を調製する。この場合、添加剤として用いるAl粉末は平均粒径が0.5〜1.5μm、Mn粉末は平均粒径が0.7〜1.7μmおよびTiO粉末は平均粒径が1〜3μmであるものを用いるがよい。なお、Al粉末、Mn粉末およびTiO粉末の純度はともに99質量%以上であるものがよい。これにより、シート成形性を良好なものとし、MnおよびTiの拡散を向上させ、1380℃〜1420℃の温度での焼結性を高めることができるとともに、ムライトから遊離してくるAlおよびSiOと、添加剤であるMnとから形成されるMnAl(SiOの結晶化を高めることができる。ここで、ムライト粉末100質量%に対して、TiOを1〜10質量%添加するのは、ムライト質焼結体を緑色化するためである。また、MnおよびTi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、ムライト粉末100質量%に対して、MnがMn換算で1〜10質量%、TiがTiO換算で1〜10質量%となるように混合するのがよい。 Next, with respect to 100 wt% of mullite powder, Al 2 O 3 powder 0-50 mass%, Mn 2 O 3 powder from 1 to 10 wt%, mixed with TiO 2 powder was added to 10 wt% powder To prepare. In this case, the Al 2 O 3 powder used as an additive has an average particle size of 0.5 to 1.5 μm, the Mn 2 O 3 powder has an average particle size of 0.7 to 1.7 μm, and the TiO 2 powder has an average particle size of Is preferably 1 to 3 μm. The purity of the Al 2 O 3 powder, Mn 2 O 3 powder, and TiO 2 powder is preferably 99% by mass or more. Thereby, the sheet formability is improved, the diffusion of Mn and Ti can be improved, the sinterability at a temperature of 1380 ° C. to 1420 ° C. can be enhanced, and Al 2 O 3 released from mullite. And crystallization of Mn 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 formed from SiO 2 and additive Mn 2 O 3 can be enhanced. Here, the reason why 1 to 10% by mass of TiO 2 is added to 100% by mass of the mullite powder is to make the mullite sintered body green. Mn and Ti may be added as carbonates, nitrates, acetates or the like that can form oxides by firing in addition to the above oxide powders. Even in this case, it is preferable to mix such that Mn is 1 to 10% by mass in terms of Mn 2 O 3 and Ti is 1 to 10% by mass in terms of TiO 2 with respect to 100% by mass of mullite powder.

さらに、ムライト質焼結体の緻密化と内部配線層12を形成する複合金属との同時焼結性を高めるという理由から、ムライト粉末100質量%に対して、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粉末、Cr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、本実施形態のプローブカード用セラミック配線基板1の熱膨張係数を変化させず、また耐薬品性を劣化させない程度の割合で添加してもよい。 Furthermore, Mg, Ca, Sr, B, and Cr are used with respect to 100% by mass of mullite powder because the sinter of the mullite sintered body and the simultaneous sinterability with the composite metal forming the internal wiring layer 12 are enhanced. One or more oxide powders selected from the group of (MgO powder, CaO powder, SrO powder, B 2 O 3 powder, Cr 2 O 3 powder) or carbonates, nitrates, acetates that can form oxides by firing You may add the powder which consists of these in the ratio of the grade which does not change the thermal expansion coefficient of the ceramic wiring board 1 for probe cards of this embodiment, and does not deteriorate chemical resistance.

次に、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。   Next, an organic binder and a solvent are added to the mixed powder to prepare a slurry, and then a green sheet is produced by a molding method such as a press method, a doctor blade method, a rolling method, and an injection method. Alternatively, an organic binder is added to the mixed powder, and a green sheet having a predetermined thickness is produced by a method such as press molding or rolling. In addition, although the thickness of a green sheet can be 50-300 micrometers, for example, it is not specifically limited.

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。   Then, a through hole having a diameter of 50 to 250 μm is appropriately formed on the green sheet by a micro drill, a laser, or the like.

このようにして作製されたグリーンシートに対して、銅(Cu)粉末とタングステン(W)粉末とを前述した比率(Cuが40〜60体積%、W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印刷塗布して配線パターンを形成する。   Thus, with respect to the produced green sheet, copper (Cu) powder and tungsten (W) powder are set to the above-described ratios (Cu is 40 to 60% by volume, W is 40 to 60% by volume). A conductor paste is prepared by mixing, the conductor paste is filled in the through holes of each green sheet, and printed and applied by a method such as screen printing or gravure printing to form a wiring pattern.

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%の割合で添加してもよい。   In this conductive paste, alumina powder or a mixed powder of the same composition as that of the insulating base 11 may be added in addition to the above metal powder in order to improve adhesion to the insulating base 11, and further Ni Active metals such as those or oxides thereof may be added at a ratio of 0.05 to 2% by volume with respect to the entire conductor paste.

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(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。   Thereafter, the green sheet on which the conductor paste is printed is aligned and laminated and pressure-bonded, and then the laminate is fired in a non-oxidizing atmosphere (nitrogen atmosphere or a mixed atmosphere of nitrogen and hydrogen).

ここで、この焼成中の最高温度を1380℃〜1420℃とするのが重要である。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、粒界部において、MnAl(SiO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12の変形や細りが生じてしまう傾向がある。 Here, it is important that the maximum temperature during firing is 1380 ° C. to 1420 ° C. When the maximum temperature is lower than 1380 ° C., even if the amount of heat applied by increasing the holding time at the maximum temperature or slowing the heating rate as described later is increased, Mn 3 Al The densification tends to end without progressing the nucleation of 2 (SiO 4 ) 3 crystal, and when the maximum temperature exceeds 1420 ° C., the internal wiring layer 12 tends to be deformed or thinned. There is.

そして、粒界部において、MnAl(SiO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1時間以上保持することが重要であり、このように最高温度での保持時間を長くすることで、MnAl(SiO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。 And in order to precipitate a lot of Mn 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 crystals in the grain boundary part, it is important to hold at the highest temperature during firing (1380 ° C. to 1420 ° C.) for 1 hour or more. Thus, by increasing the holding time at the maximum temperature, nucleation of Mn 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 crystals can be promoted, and the amount of precipitated crystals can be increased.

また、本実施形態のプローブカード用セラミック配線基板1を構成する絶縁基体11であるムライト質焼結体では、粒界相を結晶化させるため、ムライトの結晶粒子のネック成長が抑えられるためムライトの異常粒成長を抑制でき、ヤング率の高いムライト質焼結体を得ることができる。   Further, in the mullite sintered body which is the insulating base 11 constituting the probe card ceramic wiring substrate 1 of the present embodiment, the grain boundary phase is crystallized, so that the neck growth of mullite crystal grains can be suppressed, so Abnormal grain growth can be suppressed, and a mullite sintered body having a high Young's modulus can be obtained.

また、本実施形態のプローブカード用セラミック配線基板1を作製する場合、1000℃から焼成最高温度までの昇温速度は50℃/hr〜150℃/hr、特に、75℃/hr〜100℃/hrにすることが望ましい。昇温速度が50℃/hrよりも遅い場合には、焼成時間が長く生産性の低下につながり、昇温速度が150℃/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、基板にクラックが発生する原因になりやすい。   Moreover, when producing the probe card ceramic wiring substrate 1 of the present embodiment, the rate of temperature increase from 1000 ° C. to the highest firing temperature is 50 ° C./hr to 150 ° C./hr, in particular, 75 ° C./hr to 100 ° C. / It is desirable to set to hr. When the rate of temperature rise is slower than 50 ° C./hr, the firing time is long, leading to a decrease in productivity. When the rate of temperature rise is faster than 150 ° C./hr, the stress generated by thermal expansion during firing This is likely to cause cracks in the substrate.

さらに、焼成最高温度から1000℃までの降温速度は、50℃/hr〜300℃/hr、特に、50℃/hr〜100℃/hrにすることが望ましい。降温速度が300℃/hrよりも速い場合には、MnAl(SiO結晶が十分な量だけ析出できず、MnAlおよびMnTiO結晶が析出しやすくなる。また降温速度が50℃/hrよりも遅い場合には、焼成時間が長く生産性が低下してしまう。 Furthermore, it is desirable that the rate of temperature decrease from the highest firing temperature to 1000 ° C. is 50 ° C./hr to 300 ° C./hr, particularly 50 ° C./hr to 100 ° C./hr. When the temperature decrease rate is faster than 300 ° C./hr, a sufficient amount of Mn 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 crystals cannot be precipitated, and MnAl 2 O 4 and MnTiO 3 crystals are likely to be precipitated. Further, when the temperature lowering rate is slower than 50 ° C./hr, the firing time is long and the productivity is lowered.

またさらに、焼成時の雰囲気は、内部配線層12中のCuの拡散を抑制するという理由から、水素および窒素を含み、その露点が+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を混入してもよい。   Furthermore, the firing atmosphere is a non-oxidizing atmosphere containing hydrogen and nitrogen and having a dew point of not higher than + 30 ° C., particularly not higher than + 25 ° C., for the purpose of suppressing diffusion of Cu in the internal wiring layer 12. Is desirable. If the dew point during firing is higher than + 30 ° C., oxide ceramics react with moisture in the atmosphere during firing to form an oxide film, and this oxide film and copper react to reduce the resistance of the conductor. This is not only a hindrance, but also promotes the diffusion of Cu. Note that an inert gas such as argon gas may be mixed in this atmosphere as desired.

以上述べた方法により作製されたプローブカード用セラミック配線基板1は、CuおよびWを主成分として含む内部配線層12を有し、熱膨張係数が検査対象であるSiウエハの熱膨張係数に近く、かつ耐薬品性に優れたものとなる。   The probe card ceramic wiring board 1 manufactured by the method described above has an internal wiring layer 12 containing Cu and W as main components, and the thermal expansion coefficient is close to the thermal expansion coefficient of the Si wafer to be inspected. In addition, it has excellent chemical resistance.

純度が99質量%で平均粒子径が1.8μmのムライト粉末100質量%に対して、純度が99%以上で平均粒径が1μmのAl粉末、純度が99%で平均粒径が1.5μmのMn粉末および純度が99%で平均粒径が1.0μmのTiO粉末を表1に示すような割合で混合し、これに成形用の有機樹脂(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を用いて厚み200μmのグリーンシートを作製した。 An Al 2 O 3 powder with a purity of 99% and an average particle size of 1 μm, and an average particle size of 99% with an average particle size of 100% by mass of mullite powder with a purity of 99% by mass and an average particle size of 1.8 μm A 1.5 μm Mn 2 O 3 powder and a TiO 2 powder having a purity of 99% and an average particle diameter of 1.0 μm are mixed in a proportion as shown in Table 1, and this is used as an organic resin (organic binder) for molding. A slurry was prepared by mixing an acrylic binder and toluene as an organic solvent, and then a green sheet having a thickness of 200 μm was prepared using a doctor blade method.

次に、得られたグリーンシートを15層積層し、室温から600℃の温度において、露点を+25℃とした窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行なった後、引き続き焼成を行った。焼成は、1000℃から最高温度までを表1に示す昇温速度で昇温し、最高温度にて露点を+25℃とした窒素水素混合雰囲気に、1時間保持した後、最高温度から1000℃までを表1に示す降温速度で冷却して、ムライト質焼結体を得た。   Next, 15 layers of the obtained green sheets were laminated, degreased in a nitrogen-hydrogen mixed atmosphere with a dew point of + 25 ° C. at a temperature from room temperature to 600 ° C., and then fired. Firing is performed at a rate of temperature rise shown in Table 1 from 1000 ° C. to the maximum temperature, held in a nitrogen-hydrogen mixed atmosphere with a dew point of + 25 ° C. at the maximum temperature for 1 hour, and then from the maximum temperature to 1000 ° C. Was cooled at a temperature drop rate shown in Table 1 to obtain a mullite sintered body.

また、ムライト質焼結体に存在する結晶は、ムライト質焼結体を粉砕し、X線回折により得られるメインピーク位置をJCPDSに照らして同定した。また、同定された結晶相あるAl、MnAl、MnTiOおよびMnAl(SiOについて、それぞれのメインピークの回折強度をムライトのメインピークの回折強度に対する比として求めた。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。ここで、Alのメインピークは(104)面、MnAlのメインピークは(311)面、MnTiOのメインピークは(104)面およびMnAl(SiOのメインピークは(420)面とした。 Moreover, the crystal | crystallization which exists in a mullite sintered compact grind | pulverized the mullite sintered compact, and identified the main peak position obtained by X-ray diffraction in light of JCPDS. For the identified crystal phases Al 2 O 3 , MnAl 2 O 4 , MnTiO 3, and Mn 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 , the diffraction intensity of each main peak is expressed as a ratio to the diffraction intensity of the mullite main peak. Asked. The results are shown in Table 2. In Table 2, values obtained by multiplying the obtained ratio by 100 (% display) are shown. Here, the main peak of Al 2 O 3 is the (104) plane, the main peak of MnAl 2 O 4 is the (311) plane, the main peak of MnTiO 3 is the (104) plane and Mn 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 . The main peak was the (420) plane.

また、耐薬品性の指標として、ムライト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ムライト質焼結体の質量を測定し、重量減少率(「ムライト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ムライト質焼結体の質量」)/「ムライト質焼結体の初期質量」×100[%]を算出した。また、繰返しによる耐薬品性の劣化を求める指標として、100℃の水酸化カリウム40質量%水溶液に5時間浸漬させる試験を3回行い、各回の重量減少率を測定し、同様に算出した後、(「3回目の重量減少率」−「1回目の重量減少率」)/「1回目の重量減少率」×100[%]により重量減少率の変化率を算出した。   In addition, as an indicator of chemical resistance, the initial mass of the mullite sintered body and the mass of the mullite sintered body after being immersed in a 40% by weight aqueous solution of potassium hydroxide at 100 ° C. for 5 hours were measured, and the weight decreased. Ratio (“initial mass of mullite sintered body” − “mass of mullite sintered body after being immersed in 40% by weight aqueous solution of potassium hydroxide at 100 ° C. for 5 hours”) / “initial stage of mullite sintered body” The “mass” × 100 [%] was calculated. In addition, as an index for determining deterioration of chemical resistance due to repetition, a test of immersing in an aqueous solution of 40% by weight potassium hydroxide at 100 ° C. for 5 hours was performed three times, and the weight loss rate of each time was measured. The rate of change of the weight reduction rate was calculated by (“third weight reduction rate” − “first weight reduction rate”) / “first weight reduction rate” × 100 [%].

また、得られたグリーンシートを30層積層して作製した成形体を、上記と同様の脱脂および焼成の条件にて作製したムライト質焼結体を、平面研磨機を用いて、幅3mm、厚み2mm、長さ1mmの形状のサンプルに加工して、TMA分析(熱機械分析)用の試料を作製し、熱膨張係数を測定した。   Further, a mullite sintered body prepared by laminating 30 layers of the obtained green sheets under the same degreasing and firing conditions as described above was used to obtain a width of 3 mm and a thickness using a plane polishing machine. A sample having a shape of 2 mm and a length of 1 mm was processed to prepare a sample for TMA analysis (thermomechanical analysis), and the thermal expansion coefficient was measured.

さらに、熱膨張係数を測定したムライト質焼結体の試料を用いて、超音波パルス法による弾性率測定を行いヤング率を求めた。   Furthermore, the modulus of elasticity was measured by an ultrasonic pulse method using a sample of a mullite sintered body whose thermal expansion coefficient was measured, and Young's modulus was obtained.

また、作製されたグリーンシートに対して、Cu粉末とW粉末とをCuが45体積%、Wが55体積%となるように調製した導体ペーストを各グリーンシートの表面に印刷するとともに貫通孔内に充填して導体ペーストを印刷塗布したグリーンシートを作製した。   In addition, a conductive paste prepared by making Cu powder and W powder 45% by volume and W 55% by volume on the produced green sheet is printed on the surface of each green sheet and in the through hole. A green sheet with a conductive paste printed thereon was prepared.

次に、この導体ペーストを印刷塗布したグリーンシートを30層位置合わせして積層圧着した後、この積層体を上記と同様の脱脂および焼成の条件にて焼成してプローブカード用セラミック配線基板を作製した。基板サイズは340mm×340mm、厚みが6mmであった。   Next, after 30 layers of green sheets coated with this conductive paste were aligned and laminated and pressure-bonded, this laminate was fired under the same degreasing and firing conditions as above to produce a probe card ceramic wiring board. did. The substrate size was 340 mm × 340 mm and the thickness was 6 mm.

次に、作製したプローブカード用セラミック配線基板の表面を研磨し、ランドパターンを取り除いた後、スパッタ法を用いて、プローブカード用セラミック配線基板の表面の全面に厚みが約2μmのチタンおよび銅の導電性薄膜を順に形成した。   Next, after polishing the surface of the produced probe card ceramic wiring board and removing the land pattern, the surface of the probe card ceramic wiring board is made of titanium and copper having a thickness of about 2 μm by sputtering. Conductive thin films were formed in order.

次に、フォトリソグラフィーによりチタンおよび銅の導電性薄膜をパターン加工して、この銅の表面にニッケルおよび金の電解めっき膜を順に形成して、プローブカード用セラミック配線基板の表面のビアホール導体上に表面配線層を形成した。   Next, a conductive thin film of titanium and copper is patterned by photolithography, and nickel and gold electrolytic plating films are formed in this order on the copper surface, and on the via-hole conductor on the surface of the probe card ceramic wiring board. A surface wiring layer was formed.

次に、このプローブカード用セラミック配線基板の表面に形成した表面配線層の表面にSi製の測定端子(プローブピン)を接合してプローブカードを作製した。   Next, a Si measurement terminal (probe pin) was joined to the surface of the surface wiring layer formed on the surface of the probe card ceramic wiring substrate to produce a probe card.

次に、ステージ上に載置したSiウェハの上面にプローブカードの測定端子であるプローブピンを接触させて90℃の温度に加熱した状態に保持し、プローブカードの側面から実体顕微鏡を用いて、プローブピンとSiウエハの表面に形成された測定パッドとの位置ずれを観察した。この場合、プローブカードおよびSiウエハの最外周に形成した測定端子(プローブピン)と測定パッドを観察したときに、測定端子(プローブピン)の先端が測定パッド上から横に位置ずれしている状態を位置ずれ有りとした。また、絶縁基体11中に含まれるチタンの含有量は、プローブカード用配線基板から切り出した絶縁基体を一旦、酸に溶解させて、まず、原子吸光分析により誘電体磁器に含まれる元素の定性分析を行い、次いで、特定した各元素について標準液を希釈したものを標準試料として、ICP発光分光分析にかけて定量化した。この場合、ICP(Inductively Coupled Plasma)分析により絶縁基体中に含まれるアルミニウム(Al)、珪素(Si)およびチタン(Ti)の含有量を求め、アルミニウム(Al)および珪素(Si)からムライト(3Al・2SiO)とTiOに換算して求めた。 Next, the probe pin that is the measurement terminal of the probe card is brought into contact with the upper surface of the Si wafer placed on the stage and held at a temperature of 90 ° C., using a stereomicroscope from the side of the probe card, The positional deviation between the probe pin and the measurement pad formed on the surface of the Si wafer was observed. In this case, when the measurement terminal (probe pin) and the measurement pad formed on the outermost periphery of the probe card and the Si wafer are observed, the tip of the measurement terminal (probe pin) is displaced laterally from the measurement pad. Was assumed to be misaligned. In addition, the content of titanium contained in the insulating substrate 11 is determined by dissolving the insulating substrate cut out from the probe card wiring board once in an acid, and then first performing qualitative analysis of elements contained in the dielectric ceramic by atomic absorption analysis. Then, the diluted standard solution for each identified element was used as a standard sample and quantified by ICP emission spectroscopic analysis. In this case, the contents of aluminum (Al), silicon (Si) and titanium (Ti) contained in the insulating substrate are obtained by ICP (Inductively Coupled Plasma) analysis, and mullite (3Al) is obtained from aluminum (Al) and silicon (Si). 2 O 3 · 2SiO 2 ) and TiO 2 .

また、内部配線層の銅およびタングステンの組成は、まず、プローブカード用配線基板から内部配線層が形成された部位を切り出し、これを酸に溶解させた溶液をICP(Inductively Coupled Plasma)分析を用いて導体材料である銅およびタングステンの含有量を質量で求めた。次に、質量として求めた銅およびタングステンの量をそれぞれの密度で除して各々の体積を求め、次いで、銅およびタングステンの合計の体積を100%としたときの銅およびタングステンの割合を求めた。なお、作製したプローブカード用配線基板に形成された内部配線層は銅が45体積%、タングステンが55体積%であることを確認した。これらの結果を表1〜3に示す。   The composition of the copper and tungsten in the internal wiring layer is first cut out from the probe card wiring board where the internal wiring layer is formed, and an ICP (Inductively Coupled Plasma) analysis is performed on a solution obtained by dissolving this in an acid. Thus, the contents of copper and tungsten, which are conductor materials, were determined by mass. Next, the volume of copper and tungsten determined as masses was divided by the respective densities to determine the respective volumes, and then the ratio of copper and tungsten when the total volume of copper and tungsten was 100% was determined. . In addition, it was confirmed that the internal wiring layer formed on the produced probe card wiring board was 45% by volume of copper and 55% by volume of tungsten. These results are shown in Tables 1-3.

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表1〜3の結果から明らかなように、プローブカード用セラミック配線基板を構成する絶縁基体をムライト質焼結体で形成した試料(試料No.1〜22)は、セラミック絶縁層の熱膨張係数(室温〜300℃)が3.5〜4.5×10−6/℃であり、熱負荷試験時において、プローブカード用セラミック配線基板に設けられた測定端子とSiウエハの表面に形成された測定パッドとの位置ずれが無く、電気特性の検査に好適に使用できるものであった。 As is clear from the results in Tables 1 to 3, the samples (sample Nos. 1 to 22) in which the insulating base constituting the ceramic wiring board for probe cards is formed of a mullite sintered body are the thermal expansion coefficients of the ceramic insulating layers. (Room temperature to 300 ° C.) is 3.5 to 4.5 × 10 −6 / ° C., and was formed on the surface of the Si wafer and the measurement terminal provided on the probe card ceramic wiring board during the thermal load test. There was no misalignment with the measurement pad, and it could be suitably used for inspection of electrical characteristics.

また、プローブカード用セラミック配線基板を構成する絶縁基体を、ムライトを主結晶相とし、MnおよびTiを含有し、前記ムライトの(210)面のX線回折強度を100%としたときに、Alの(104)面のX線回折強度が78〜120%であり、MnAl(SiOの(420)面のX線回折強度が0.13〜0.7%であるとともに、MnAlおよびMnTiOを含有していないムライト質焼結体で形成した試料(試料No.3,4,8,10〜13,16および18〜20)では、耐薬品性試験での重量変化率を0.12質量%以下にすることができ、また、耐薬品性試験の繰返し試験においても重量減少変化率も37%以下と小さかった。 Further, when the insulating substrate constituting the ceramic circuit board for probe card is made of mullite as a main crystal phase, contains Mn and Ti, and the X-ray diffraction intensity of the (210) plane of the mullite is 100%, Al The X-ray diffraction intensity of the (104) plane of 2 O 3 is 78 to 120%, and the X-ray diffraction intensity of the (420) plane of Mn 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 is 0.13 to 0.7%. In addition, in the samples (samples Nos. 3 , 4 , 8, 10-13, 16 and 18-20) formed of the mullite sintered body not containing MnAl 2 O 4 and MnTiO 3 , the chemical resistance test The rate of change in weight at a temperature of 0.12% by mass or less was obtained, and the rate of change in weight loss was also as small as 37% or less in the repeated test of the chemical resistance test.

さらに、プローブカード用セラミック配線基板を構成する絶縁基体を、ムライト100質量%に対して、TiをTiO換算で1〜5質量%含有するムライト質焼結体で形成した試料(試料No.3,4,8,11〜13,16および18〜20)では、耐薬品性試験の繰返し試験において重量減少変化率が27%以下とさらに低い値であった。 Further, an insulating substrate constituting the ceramic wiring board probe card, with respect to 100 wt% mullite, samples formed by mullite sintered body containing 1 to 5 mass% of Ti in terms of TiO 2 (sample No.3 , 4, 8, 11-13, 16 and 18-20), the weight loss change rate was 27% or less in the repeated test of the chemical resistance test.

これに対して、プローブカード用セラミック配線基板1を構成する絶縁基体11をアルミナを主成分とするセラミック焼結体により形成した試料(試料No.23)は、熱膨張係数が6.5×10−6/℃とSiウエハに比べて大きいために、熱負荷試験時において、プローブカードおよびSiウエハの最外周に形成した測定端子(プローブピン)と測定パッドを観察したときに、プローブピンの先端が測定パッド上に触れていない状態となり、プローブカード用セラミック配線基板に設けられた測定端子とSiウエハの表面に形成された測定パッドとの位置ずれが生じていた。 In contrast, the sample (sample No. 23) in which the insulating base 11 constituting the probe card ceramic wiring substrate 1 is formed of a ceramic sintered body mainly composed of alumina has a thermal expansion coefficient of 6.5 × 10 6. -6 / ° C, which is larger than that of Si wafers, so that the tip of the probe pin when the measurement terminals (probe pins) and measurement pads formed on the outermost periphery of the probe card and Si wafer were observed during the thermal load test. Is not touching the measurement pad, and there is a displacement between the measurement terminal provided on the probe card ceramic wiring substrate and the measurement pad formed on the surface of the Si wafer.

1:プローブカード用セラミック配線基板
11:絶縁基体
12:内部配線層
13:表面配線層
14:ビアホール導体
2:プローブカード
21:測定端子
1: Ceramic wiring board for probe card 11: Insulating substrate 12: Internal wiring layer 13: Surface wiring layer 14: Via hole conductor 2: Probe card 21: Measurement terminal

Claims (3)

ムライトを主結晶相とし、MnおよびTiを含有するとともに、前記ムライトの(210)面のX線回折強度を100%としたときに、Al の(104)面のX線回折強
度が78〜120%、Mn Al (SiO の(420)面のX線回折強度が0.13〜0.70%であり、MnAl およびMnTiO を含有していないセラミック焼結体からなる絶縁基体と、該絶縁基体内に設けられた銅が40〜60体積%、タングステンが40〜60体積%である組成を有する銅とタングステンとの複合導体とを具備することを特徴とするプローブカード用セラミック配線基板。
When mullite is the main crystal phase , contains Mn and Ti, and the X-ray diffraction intensity of the (210) plane of the mullite is 100%, the X-ray diffraction intensity of the (104) plane of Al 2 O 3
The degree of X-ray diffraction of the (420) plane of Mn 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 is 0.13 to 0.70%, and it does not contain MnAl 2 O 4 and MnTiO 3 And an insulating base made of a ceramic sintered body, and a composite conductor of copper and tungsten having a composition of 40 to 60% by volume of copper and 40 to 60% by volume of tungsten provided in the insulating base. A ceramic wiring board for probe cards.
前記セラミック焼結体が、前記ムライト100質量%に対して、前記TiをTiO換算で1〜5質量%含有す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セラミック配線基板。 The ceramic wiring board for a probe card according to claim 1, wherein the ceramic sintered body contains 1 to 5 mass% of the Ti in terms of TiO 2 with respect to 100 mass% of the mullite. 請求項1または2に記載のプローブカード用セラミック配線基板の表面に表面配線層が設けられており、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。 Claim 1 or 2 and the surface wiring layer is provided on the surface of the ceramic wiring board probe card according to, that the measurement terminal for measuring the electrical characteristics of a semiconductor element to the surface wiring layer which are connected Featured probe card.
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