JP5675389B2

JP5675389B2 - プローブカード用配線基板およびプローブカード

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Publication number: JP5675389B2
Application number: JP2011008943A
Authority: JP
Inventors: 山本　浩司; 浩司山本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2011-01-19
Filing date: 2011-01-19
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2031-01-19
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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配線基板およびそれを用いたプローブカードに関する。

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のできるプローブカードが知られている。

このプローブカードは、図２に示すように、ムライト質焼結体からなる絶縁基体１１１と、この絶縁基体１１１の主面および内部にタングステンまたはモリブデンあるいはこれらの合金からなる内部配線層１１２およびビア導体１１４と、絶縁基体１１１の表面に露出したビア導体１１４を覆うように形成された表面配線層１１３とを有するセラミック配線基板１００と、この表面配線層１１３上に設けられた台座１１６に刺し込まれるかたちで形成されたプローブピン１１７とから構成されており、このプローブピン１１７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（例えば、特許文献１を参照）。ここで、表面配線層１１３は、通常、チタンや銅を供給源としてスパッタ法または蒸着法などの薄膜形成法により形成された金属膜で構成されている。

特開２０１０−９８０４９号

しかしながら、ムライト質焼結体を絶縁基体１１１とするプローブカード用配線基板１００の表面にチタンや銅の金属膜を形成すると、金属膜を形成する際の温度が約５００℃にもなるため、絶縁基体１１１であるムライト質焼結体の熱膨張係数（３〜４ｐｐｍ／℃）と、チタンや銅の金属膜との熱膨張係数（チタンの金属膜の熱膨張係数：９×１０^−６／℃、銅：１７×１０^−６／℃）との差に起因して絶縁基体１１１の表面に表面配線層１１３を形成した直後から発生する熱応力のために、絶縁基体１１１に対する表面配線層１１３の接着強度が低くなるという問題があった。

また、プローブカードは、半導体ウェハの評価のための使用回数が増えた場合、プローブピン１１７の先端部が半導体ウェハの被検査端子との接触により磨耗し、接触不良を生じてくることがある。このような場合、プローブピン１１７を新しいものに取り替える必要があるが、プローブピン１１７を取り替える際に、熱や力を与えてプローブピン１１７を表面配線層１１３上に形成された台座１１６から引き抜こうとすると表面配線層１１３ごと剥がれることがある。

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、最表層がムライト質焼結体からなる絶縁基体に対する接着強度の高い表面配線層を有するプローブカード用配線基板およびプローブカードを提供することを目的とする。

本発明のプローブカード用配線基板は、複数のセラミック絶縁層を積層してなり、少なくとも最表層のセラミック絶縁層がムライト質焼結体からなる絶縁基体と、少なくとも最表層のセラミック絶縁層の内部に設けられたビア導体と、該ビア導体と接続され、前記絶縁基体を平面視したときに、前記ビア導体よりも大きな面積を有し、前記絶縁基体の表面に設けられた金属膜からなる表面配線層とを具備してなるプローブカード用配線基板であって、前記ビア導体がモリブデンまたはタングステンの少なくとも１種の金属を主成分とし、前記最表層のセラミック絶縁層の前記ムライト質焼結体は前記ビア導体の周囲の第１の領域と該第１の領域以外の第２の領域とを有するとともに、前記第１の領域はムライトに対するアルミナの含有量が前記第２の領域よりも多いことを特徴とする。

また、本発明のプローブカード用配線基板は、前記ビア導体中にチタン酸マンガンを有していることが望ましい。

また、本発明のプローブカードは、上記のプローブカード用配線基板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プローブピンが接続されてなることを特徴とする。

本発明によれば、最表層がムライト質焼結体からなる絶縁基体に対する接着強度の高い表面配線層を有するプローブカード用配線基板とそれを用いたプローブカードを得ることができる。

本発明のプローブカードの一実施形態の概略断面図である。従来のプローブカードを示す概略断面図である。

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の一実施形態の概略断面図である。本実施形態のプローブカードはプローブカード用配線基板１の表面に形成された表面配線層１３上に台座１６が設けられており、この台座１６にプローブピン１７が形成されている。

図１に示すプローブカードを構成するプローブカード用配線基板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（１４ａ、１４ｂ）とを有している。

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。

絶縁基体１１を構成するセラミック絶縁層１１ａ〜ｄがムライト質焼結体であると、絶縁基体１１全体の熱膨張係数（室温〜３００℃）を３．３〜４．３×１０^−６／℃の範囲にできる。その結果、熱負荷試験時において、プローブカード用配線基板１に設けられたプローブピン１７とＳｉウエハの表面に形成された測定パッドとの間の位置ずれが小さくなり、電気特性の検査に好適に使用できるものとなる。

なお、本実施形態では、セラミック絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの全てをムライト質焼結体により形成した例を示したが、少なくとも最表層のセラミック絶縁層１１ａ、１１ｄがムライト質焼結体から構成されていれば良い。

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は、少なくとも最表層のセラミック絶縁層１１ａ、１１ｄの内部に設けられたビア導体１４ａと、このビア導体１４ａと接続され、絶縁基体１１を平面視したときに、ビア導体１４ａよりも大きな面積を有し、最表層の絶縁基体１１の表面に設けられた金属膜からなる表面配線層１３とを備えている。

さらに、本実施形態のプローブカードを構成するプローブカード用配線基板１は、ビア導体１４がモリブデンまたはタングステンの少なくとも１種の金属を主成分とするものである。

また、本実施形態のプローブカードを構成するプローブカード用配線基板１は、最表層のセラミック絶縁層１１ａ、１１ｄが、ビア導体１４ａの周囲の第１の領域１１Ａと第１の領域１１Ａ以外の第２の領域１１Ｂとを有するとともに、第１の領域１１Ａはムライトに対するアルミナの含有量が第２の領域１１Ｂよりも多いことを特徴とする。

すなわち、ムライトに対するアルミナの含有量が第１の領域１１Ａと第２の領域１１Ｂとで同程度であるかまたは第２の領域１１Ｂの方が多い場合には、表面配線層１３のセラミック絶縁層１１ａ、１１ｄに対する接着強度が低いものとなり、また、表面配線層１３上に形成された台座１６からプローブピン１７を引き抜く際に表面配線層１３ごと剥がれることがある。

これに対し、本実施形態のプローブカードを構成するプローブカード用配線基板１は、図１に示すように、最表層のセラミック絶縁層１１ａ、１１ｄにおいて、ビア導体１４ａに隣接する第１の領域１１Ａがビア導体１４ａから遠い方の第２の領域１１Ｂよりもアルミナを多く含んでいるために、ビア導体１４ａ、第１の領域１１Ａおよび第２の領域１１Ｂは、熱膨張係数がこの順に小さくなっている。

このように本実施形態のプローブカードを構成するプローブカード用配線基板１では、少なくとも最表層のセラミック絶縁層１１ａ、１１ｄ内において、セラミック絶縁層１１ａ、１１ｂの大部分を占める第２の領域１１Ｂとビア導体１４との間に、これらの材料の中間の範囲にある熱膨張係数を有する焼結体が第１の領域１１Ａとして形成されるために、セラミック絶縁層１１ａ、１１ｄとビア導体１４との間の熱膨張係数の差を緩和することができ、これにより応力を低減することができるために、ビア導体１４ａを覆いセラミック絶縁層１１ａ、１１ｄ上に形成されている表面配線層１３のセラミック絶縁層１１ａ、１１ｄに対する接着強度を高めることができる。

また、上記のようなムライト質焼結体を絶縁基体１１とするプローブカード用配線基板１の場合には、プローブピン１７を取り替える際に、プローブピン１７が差し込まれて形成されている台座１６の部分に熱や力を与えて表面配線層１３上に形成された台座１６からプローブピン１７を引き抜くときに発生する表面配線層１３の剥がれの不良率を低減することもできる。

第１の領域１１Ａの範囲ｔ１は、ビア導体１４の側面１４ｃから２２μｍ以上であることが望ましい。一方、絶縁基体１１の熱膨張係数を小さくするという理由から第１の領域１１Ａの範囲ｔ１は、ビア導体１４ａの側面から１５０μｍ以下が好ましい。

ここで、第１の領域１１Ａは絶縁基体１１の断面における単位面積当たりのムライトに対するアルミナの面積割合が第２の領域１１Bの１．５倍以上の領域とする。また、ビア
導体１４ａの周囲の一部に存在する第１の領域１１Ａおよび第２の領域１１Bの存在は、
絶縁基体１１の縦断面を研磨してその縦断面における最表層のセラミック絶縁層１１ａ、１１ｄに露出させたビア導体１４ａ間を、Ｘ線マイクロアナライザーを付設した走査型電子顕微鏡を用いてカラーマッピングによる画像解析を行って確認する。このとき、カラーマッピングの画像をビア導体１４の側面から約２０μｍの間隔で分割し、分割した各部分においてムライトに対するアルミナの面積割合を求め、第２の領域１１Ｂのムライトに対するアルミナの含有量の１．５倍以上となっている領域を第１の領域１１Ａとしてその幅（距離）を求める。また、第１の領域１１Ａにおけるムライトに対するアルミナの含有量は第１の領域１１Ａと判定した各部分におけるムライトに対するアルミナの面積割合の平均値とする。なお、第２の領域１１Ｂはビア導体１４から１０００μｍ以上離れた領域におけるアルミナの面積割合とする。

また、本実施形態のプローブカード用配線基板は、ビア導体１４中にチタン酸マンガンを有していることが望ましい。これによりビア導体１４を覆うように形成された表面配線層１３の絶縁基体１１に対する接着強度をさらに高めることができるとともに、表面配線層１３の剥がれの不良率をさらに低減することができる。これはビア導体１４中にチタン酸マンガンが金属と焼結して存在することにより、表面配線層１３を形成する際の化学処理においてもビア導体１４が化学薬品に浸食されにくくなり、これによりビア導体１４自体の強度を保持できるとともに、ビア導体１４の表面と、このビア導体の表面側に後に形成する表面配線層１３との接着性を高めることができるためである。なお、ビア導体１４中に含まれるチタン酸マンガンの確認も、上記第１の領域１１Ａの場合と同様、X線マイ
クロアナライザーを用いて行う。この場合、X線マイクロアナライザーにより検出した結
晶のうちマンガン（Ｍｎ）およびチタン（Ｔｉ）を同モル程度含む結晶相をチタン酸マンガンとする。

また、本実施形態のプローブカード用配線基板は、絶縁基体１１を構成するムライト質焼結体が焼結助剤としてマンガン（Ｍｎ）およびチタン（Ｔｉ）を含有していることが望ましく、これにより１３８０℃〜１４２０℃での低温でムライトを焼結させることが可能になる。このとき、ＭｎおよびＴｉは、焼結後に粒界相に存在する残留ガラス相の中に存在してもよいが、プローブカード用配線基板の耐薬品性ならびに基板強度向上の観点からＭｎＴｉＯ_３として存在することが好ましい。例えば、粒界にＭｎＴｉＯ_３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ムライト質焼結体中に存在するガラス相の溶出を抑えられる。なお、ムライト質焼結体中に含まれるＭｎＴｉＯ_３は、Ｘ線回折によって結晶相を同定する方法によって確認する。

本実施形態のプローブカード用配線基板を構成する内部配線層１２は、銅が４０〜６０体積％、Ｍｏ、Ｗのうちの少なくとも１種が４０〜６０体積％となる組成を有する複合導体で構成されていることが望ましい。

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上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。

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、低融点金属を４０〜６０体積％、高融点金属を４０〜６０体積％の割合にすることが望ましい。

次に、上記のプローブカード用配線基板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、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）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。

次に、ムライト粉末１００質量％に対して、Ａｌ_２Ｏ_３粉末を０〜５０質量％、Ｍｎ_２Ｏ_３粉末を１〜１０質量％、ＭｇＯ粉末を１〜５質量％、ＴｉＯ_２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_２Ｏ_３粉末は平均粒径が０．５〜１．５μｍ、Ｍｎ_２Ｏ_３粉末は平均粒径が０．５〜３μｍ、ＭｇＯ粉末は平均粒径が０．５〜３μｍ、ＴｉＯ_２粉末は平均粒径が０．５〜３μｍであるものを用いるのがよい。なお、Ａｌ_２Ｏ_３粉末、Ｍｎ_２Ｏ_３粉末、ＭｇＯ粉末、ＴｉＯ_２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、Ｍｇ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_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２と、添加剤であるＭｎ_２Ｏ_３およびＭｇＯから形成されるＭｎ_３Ａｌ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２およびＭg_２
Ａｌ_４Ｓｉ_５Ｏ_１８の結晶化を高めることができる。

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、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（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、本実施形態のプローブカード用配線基板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。

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。

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。

次に、グリーンシートの貫通孔内にスクリーン印刷法により導体ペーストを充填する。貫通孔に充填する導体ペーストはタングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）の少なくとも１種の金属を主成分とし、これに少なくともＡｌ_２Ｏ_３粉末を添加したものを用いる。

ビア導体１４用の導体ペーストにＡｌ_２Ｏ_３粉末を添加することで焼成過程において導体ペースト中のアルミナがビア導体１４に接している絶縁基体１１中に拡散し、アルミナが拡散した部分（第１の領域１１Ａ）のムライト質焼結体がアルミナを多く含むようになり、これによってビア導体１４に接している部分（第１の領域１１Ａ）のムライト質焼結
体の熱膨張係数を大きくすることができる。この現象はＡｌ_２Ｏ_３粉末より融点の低いビア導体１４の金属成分が焼成中に先に収縮することでＡｌ_２Ｏ_３粉末がビア導体１４側からそれに接しているセラミック絶縁層１１ａ〜ｄ側に押し出されるためである。なお、このＡｌ_２Ｏ_３粉末はセラミック絶縁層１１ａ〜ｄ側に押し出された後、前述のムライト質焼結体を形成するための焼結助剤成分により焼結するが、あらかじめ導体ペースト内に焼結助剤成分をＡｌ_２Ｏ_３粉末とともに含有させておくことで、ビア導体１４の直近の焼結性をさらに向上させることができる。焼結助剤成分としては、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｓｉ等から用いられるが、焼結性をより効果的に向上させ、基板強度劣化の抑制、耐薬品性劣化の抑制の観点からがＭｎおよびＴｉが特に好ましく用いられる。このとき、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｓｉの成分はＭｎ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２の酸化物として添加することが好ましく、それぞれの最適な添加範囲はいずれもＡｌ_２Ｏ_３１００質量％に対して１〜５質量％である。これらの粉末を複合導体粉末と混合してビア導体１４用の導体ペーストを調整し、スクリーン印刷などの方法により印刷塗布して生の状態のビア導体を形成する。

次に、生のビア導体が形成されたグリーンシートに対して、Ｃｕ粉末とＷ粉末とを、例えば、Ｃｕが４０〜６０体積％、Ｗが４０〜６０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。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い。

次に、生のビア導体および配線パターンの形成されたグリーンシートを複数枚積層して積層体を形成した後、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。

ここで、焼成条件は、最高温度を１３８０℃〜１４２０℃とし、保持時間を１〜３時間とするのがよい。焼成中の最高温度を１３８０℃〜１４２０℃とし、保持時間を１〜３時間とすることにより、生のビア導体から絶縁基体１１側へ拡散するアルミナのほとんどをビア導体１４の周囲のセラミック絶縁層１１ａ〜ｄの所定の範囲の領域に止めておくことができ、これによりビア導体１４の周囲に、セラミック絶縁層１１ａ〜ｄのメインの層である第２の領域１１Ｂよりもアルミナを多く含む部分として第１の領域１１Ａを形成することができる。また、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むものがよい。

次に、作製したプローブカード用配線基板の素体の表面を研磨し、ランドパターンを取り除いた後、スパッタ法を用いて、プローブカード用配線基板の表面の全面に、例えば、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、次いで、フォトリソグラフィーにより上記導電性薄膜をパターン加工することにより本実施形態のプローブカード用配線基板を得ることができる。

次に、表面配線層１３の最上層にある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台座１６を形成した後、この台座１６にＳｉ製のプローブピン１７を接合してプローブカードを作製する。

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、表面配線層１３に覆われたビア導体１４の周囲の少なくとも一部に存在する第１の領域１１Ａと第１の領域１１Ａ以外の第２の領域１１Ｂとを有し、第１の領域１１Ａは、ムライトに対するアルミナの含有量が第２の領域１１Ｂよりも多いことから、絶縁基体１１に対して表面配線層１３の接着強度の強いものとなる。

純度が９９％で平均粒子径が２．０μｍのムライト粉末１００質量％に対して、純度が９９％で平均粒子径が１．５μｍのＭｎ_２Ｏ_３粉末を４質量％、純度が９９％で平均粒子径が２．０μｍのＴｉＯ_２粉末を２質量％の割合で混合した後、さらに成形用有機樹脂（有機バインダー）としてアクリル系バインダーと、有機溶媒としてトルエンとを混合してセラミック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、グリーンシートを作製した。

得られ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、表１に示した組成を有するビア導体用の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した。ビア導体用の導体ペーストに用いたＭｏ粉末は純度が９９．９質量％、平均粒子径１．２μｍであり、Ａｌ_２Ｏ_３粉末は純度が９９．９％、平均粒子径が１．８μｍ、Ｍｎ_２Ｏ_３粉末およびＴｉＯ_２粉末はグリーンシートに用いたものと同じ粉末を用いた。ビア導体用の導体ペーストに用いたＭｏ粉末、Ａｌ_２Ｏ_３粉末、Ｍｎ_２Ｏ_３粉末およびＴｉＯ_２粉末の組成は、調合量（質量）を各粉末の化合物の理論密度（Ｍｏ：１０．２８ｇ／ｃｍ^３、Ａｌ_２Ｏ_３：３．９９ｇ／ｃｍ^３、Ｍｎ_２Ｏ_３：４．８１ｇ／ｃｍ^３、ＴｉＯ_２：４．９３ｇ／ｃｍ^３）で除して体積％に換算した。

また、最上層となるグリーンシートの表面および最下層となるグリーンシートの裏面に、上記のＭｏを主成分とする導体ペーストを用いて表面の配線層となるランドパターンをスクリーン印刷法により形成した。

また、生のビア導体が形成されたグリーンシートに対して、平均粒径が２μｍのＣｕ粉末と平均粒径が２μｍの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して内部配線パターンを形成し、生のビア導体および内部配線パターンが形成されたグリーンシートを作製した。こうして作製した各グリーンシートを位置合わせして積層圧着して積層体を作製した。

次に、この積層体を室温から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、同雰囲気中、最高温度を１３８０℃として焼成してプローブカード用配線基板を作製した。基板サイズは３４０ｍｍ×３４０ｍｍ、厚みが５ｍｍであった。

次に、作製したプローブカード用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。

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表面配線層を形成し、プローブカード用配線基板を作製した。表面配線層の１個のパターン面積は１ｍｍ×１ｍｍとした。

次に、作製したプローブカード用配線基板について、絶縁基体に対する表面配線層の接着強度を測定した。測定用のサンプルは、プローブカード用配線基板の表面の表面配線層にニッケルめっき膜を形成して台座を形成した後、この台座に銀ロウにより直径１ｍｍのＮｉ製の針金を接合して作製し、このＮｉ製の針金を引っ張ることによって接着強度を評価した。このとき引張試験にはオートグラフを用いた。試料数は１０個とし、平均値を求めた。

次に、引張試験に用いたプローブカード用配線基板を用いて、Ｎｉ製の針金を取り替えるテスト（リペア試験）を行った。リペア試験は台座とＮｉ製の針金とを接合している銀ロウをはんだ小手を用いてスポット的に加熱して台座からＮｉ製の針金を引き抜く作業を行い、このときの表面配線層の剥がれの状態および絶縁基体の破壊状態について目視にて確認した。リペア試験はプローブピン数１００個について評価し、表面配線層の剥がれおよび表面配線層が形成された磁器部分が破壊された割合を求めた。

ビア導体の周囲の一部に存在する第１の領域および第２の領域の存在およびそれらの範囲の測定は、作製したプローブカード用配線基板の断面を研磨してその縦断面における最表層のセラミック絶縁層にビア導体を露出させた試料を用意し、その試料のビア導体の近傍をＸ線マイクロアナライザーを付設した走査型電子顕微鏡を用いてカラーマッピングを行い、得られた画像を解析することにより行った。この場合、第１の領域は絶縁基体の最表層のセラミック絶縁層の断面における単位面積当たりのアルミナの面積割合が第２の領域の１．５倍以上の領域とした。これはカラーマッピングの画像をビア導体の側面から約２０μｍの間隔で分割し、分割した各部分においてムライトに対するアルミナの面積割合を求め、第１の領域の平均値がアルミナ量の少ない第２の領域の１．５倍以上となっている領域を第１の領域としてその幅（距離）を求めた。第２の領域はビア導体から１０００μｍ以上離れた領域を１００μｍ×１００μｍの面積を３箇所測定した平均値から求めた。なお、第１の領域と第２の領域との境界は単位面積当たりのムライトに対するアルミナの面積割合が第２の領域の１．５倍以上となっている領域間とした。

次に、Ｎｉめっき製の台座が形成されたプローブカード用配線基板の台座に、直径が０．３ｍｍのＮｉ製のプローブピンを接合してプローブカードを作製した。

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ウェ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ウェ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。作製した試料については位置ずれの見られたものは無かった。

また、ビア導体中に含まれるＭｏ、Ａｌ、ＭｎおよびＴｉの含有量およびチタン酸マンガンの存在の有無は、前述の第１の領域および第２の領域の分析に用いた試料をＸ線マイクロアナライザーを付設した走査型電子顕微鏡を用いて各成分の定量分析を行って求めた。このとき分析より得られた値（質量）を、各化合物の理論密度で除して体積％に換算した。また、チタン酸マンガンについてはX線マイクロアナライザーにより検出した結晶の
うちＭｎおよびＴｉを同モル程度含む結晶相をチタン酸マンガンとした。

また、内部配線層のＣｕおよびＷ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分析を用いて導体材料であるＣｕおよびＷの含有量を質量で求めた。次に、質量として求めたＣｕおよびＷの量をそれぞれの密度（銅：８．９ｇ／ｃｍ^２、タングステン：１９．１ｇ／ｃｍ^２）で除して各々の体積を求め、次いで、ＣｕおよびＷの合計の体積を１００％としたときのＣｕおよびＷ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Ｃｕが４５体積％、Ｗが５５体積％であることを確認した。これらの結果を表１に示す。

表１の結果から明らかなように、本発明の試料（Ｎｏ．２〜９）では、プローブカード用配線基板の表面配線層の接合強度が２４ＭＰａ以上であった。また、リペア試験（１回）においても表面配線層の剥がれが無く、表面配線層の付近の絶縁基体の破壊も無かった。

特に、ビア導体を断面視したときの中央部分にチタン酸マンガンを有していることが確認された試料（試料Ｎｏ．３〜９）では、プローブカード用配線基板の表面配線層の接合強度が２７ＭＰａ以上であり、リペア試験（３回）においても表面配線層の剥がれの割合が３．０％以下であり、また、表面配線層の付近の絶縁基体の破壊も１．１％以下であり、表面配線層が強固に形成されたプローブカード用配線基板となっていることが確認された。

これに対して、本発明の範囲外の試料（試料Ｎｏ．１、１０）は、プローブカード用配線基板の表面配線層の接合強度が１７ＭＰａであり、リペア試験（１回）において表面配線層の剥がれが３．０％であり、表面配線層の付近の絶縁基体の破壊も１．０％であった。

１、１００：プローブカード用配線基板
１１、１１１：絶縁基体
１２、１１２：内部配線層
１３、１１３：表面配線層
１４、１４ａ、１４ｂ、１１４：ビアホール導体
１６、１１６：台座
１７、１１７：プローブピン

Claims

複数のセラミック絶縁層を積層してなり、少なくとも最表層のセラミック絶縁層がムライト質焼結体からなる絶縁基体と、少なくとも最表層のセラミック絶縁層の内部に設けられたビア導体と、該ビア導体と接続され、前記絶縁基体を平面視したときに、前記ビア導体よりも大きな面積を有し、前記絶縁基体の表面に設けられた金属膜からなる表面配線層とを具備してなるプローブカード用配線基板であって、
前記ビア導体がモリブデンまたはタングステンの少なくとも１種の金属を主成分とし、前記最表層のセラミック絶縁層の前記ムライト質焼結体は前記ビア導体の周囲の第１の領域と該第１の領域以外の第２の領域とを有するとともに、前記第１の領域はムライトに対するアルミナの含有量が前記第２の領域よりも多いことを特徴とするプローブカード用配線基板。
前記ビア導体中にチタン酸マンガンを有してい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配線基板。
請求項１または２に記載のプローブカード用配線基板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プローブピンが接続されてなることを特徴とするプローブカード。