JP5725715B2

JP5725715B2 - 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: JP5725715B2
Application number: JP2010015429A
Authority: JP
Inventors: 徹仲山; 有哉古久保
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2030-01-27
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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。

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、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配線基板を提案した（例えば、特許文献２を参照）。

このプローブカード用配線基板は、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。

特開平１１−１６０３５６号特開２００９−１８０５１８号

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配線基板は、絶縁基体の熱膨張係数が、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ウェハの熱膨張係数（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、プローブカード用配線基板に設けられた測定端子（プローブピン）がＳｉウェ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。

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、熱負荷試験時において、プローブカード用配線基板に設けられた測定端子と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。

本発明のプローブカード用配線基板は、絶縁基体と、該絶縁基体の内部に設けられた銅とタングステンとの複合導体からなる内部配線層とを備えており、前記絶縁基体が、ムライトを主成分とし、スピネル、ジルコニアおよびフォルステライトから選ばれる１種と、Ｔｉ成分とを含み、緑色系の色彩を呈するセラミック焼結体であることを特徴とする。

また、上記プローブカード用配線基板において、前記絶縁基体は、Ｘ線回折によるリートベルト解析から求められる組成で、アルミナを含まず、５８〜９７質量％のムライトと、３〜４２質量％のスピネル、３〜３３質量％のジルコニアおよび３〜３３質量％のフォルステライトから選ばれる１種とを有し、前記絶縁基体の表面に存在する気孔の最大径が７．７μｍ以下であるとともに、気孔率が５％以下であることが望ましい。

さらに、上記プローブカード用配線基板において、前記絶縁基体は、Ｘ線回折によるリートベルト解析から求められる組成で、アルミナを含まず、６０〜９５質量％のムライトと、５〜４０質量％のスピネル、５〜３０質量％のジルコニアおよび５〜３０質量％のフォルステライトから選ばれる１種とを有し、前記絶縁基体の表面に存在する気孔の最大径が７．５μｍ以下であるとともに、気孔率が４％以下であることが望ましい。

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一方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。

本発明によれば、熱負荷試験時において、プローブカード用配線基板に設けられた測定端子と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。

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。

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、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、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。

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し、スピネル、ジルコニアおよびフォルステライトから選ばれる１種とを有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し、スピネル、ジルコニアおよびフォルステライトから選ばれる１種とを有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。

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２．９〜５．１×１０^−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配線基板１は、プローブカードとしたときの熱負荷試験時において、プローブカード用配線基板１に設けられた測定端子とＳｉウェハ（熱膨張係数：３×１０^−６／℃）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。

セラミック絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを構成するムライト質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。ムライト結晶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、ムライト結晶の平均粒径は１．０〜５．０μｍ、特に１．７〜２．５μｍであることが望ましい。

なお、ムライト結晶の平均粒径は配線基板から切り出したムライト質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。

また、本実施形態のプローブカード用配線基板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、絶縁基体１１のＸ線回折によるリートベルト解析から求められる組成で、アルミナを含まず、５８〜９７質量％のムライトと、３〜４２質量％のスピネル、３〜３３質量％のジルコニアおよび３〜３３質量％のフォルステライトから選ばれる１種とを有し、絶縁基体１１の表面に存在する気孔の最大径が７．７μｍ以下であるとともに、気孔率が５％以下であることが望ましい。絶縁基体１１が上記組成を有し、絶縁基体１１の表面に存在する気孔の最大径が７．７μｍ以下であるとともに、気孔率が５％以下であると、絶縁基体１１の表面に粗大な気孔が無く緻密であることから、セラミック絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの表面配線層１３にピンホールなどの欠陥を形成することなく、良好な膜を形成することが可能になる。また、この絶縁基体１１は、耐薬品性試験での重量変化率を小さくすることができる。ここで、セラミック焼結体がアルミナ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、アルミナ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
ル以下であるものをいう。

また、本実施形態のプローブカード用配線基板１において、絶縁基体１１のＸ線回折によるリートベルト解析から求められる組成で、アルミナを含まず、６０〜９５質量％のムライトと、５〜４０質量％のスピネル、５〜３０質量％のジルコニアおよび５〜３０質量％のフォルステライトから選ばれる１種とを有し、絶縁基体の表面に存在する気孔の最大径が７．５μｍ以下であるとともに、気孔率が４％以下にすると、直径が２０〜５５μｍのサイズの小さい表面配線層に対しても熱負荷試験時において、プローブカード用配線基板１に設けられた測定端子とＳｉウェハの表面に形成された測定パッドとの位置ずれが無く、電気特性の検査に好適に使用できるものとなる。

本実施形態におけるムライト質焼結体は、焼結助剤として、スピネル、ジルコニアおよびフォルステライトから選ばれる１種と、必要に応じてＳｉＯ_２およびＭｎＯを含んで形成されており、アルミナを含有しないことから、ムライトを主結晶相とするセラミック焼結体の粒界がスピネル、ジルコニアおよびフォルステライトから選ばれる１種の緻密な粒界を形成している。このためムライト質焼結体の耐薬品性を高めることが可能になる。

例えば、粒界にアルミナ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、セラミックス製品の耐薬品性試験の際に使われる、水酸化カリウムを４０質量％溶解させた水溶液に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、粒界にスピネル、ジルコニアおよびフォルステライトから選ばれる１種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殆ど溶出しない。

そこで、ムライトの粒子間の粒界にアルミナを含まず、スピネル、ジルコニアおよびフォルステライトから選ばれる１種を有することが耐薬品性の向上のために重要となり、Ｘ線回折によるリートベルト解析から求められる組成で、アルミナを含まず、５８〜９７質量％のムライトと、３〜４２質量％のスピネル、３〜３３質量％のジルコニアおよび３〜３３質量％のフォルステライトから選ばれる１種とを有するものとし、かつこのムライト質焼結体により形成される絶縁基体１１を、その絶縁基体１１の表面に存在する気孔の最大径が７．７μｍ以下であるとともに、気孔率が５％以下であるものとすることで、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。

また、本実施形態におけるムライト質焼結体は、Ｘ線回折によるリートベルト解析から求められる組成で、アルミナを含まず、５８〜９７質量％のムライトと、３〜４２質量％のスピネル、３〜３３質量％のジルコニアおよび３〜３３質量％のフォルステライトから選ばれる１種とを有するものにするには、ムライトと、スピネル、ジルコニアおよびフォルステライトから選ばれる１種との混合物に、さらにＳｉＯ_２とＭｎＯとを含ませて、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。また、ムライト質焼結体には、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を高めるためにＴｉ成分を含有させてもよい。これにより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、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。

本実施形態のプローブカード用配線基板１を構成する内部配線層１２は、銅とタングステンとの複合導体からなるものを用いることが良く、銅（Ｃｕ）が４０〜６０体積％、タングステン（Ｗ）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好ましい。

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、低抵抗金属である銅のみをムライト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を銅とタングステンと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、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。そのため、内部配線層１２の低抵抗化と保形性とを共に達成するうえで、銅が４０〜６０体積％、タングステンが４０〜６０体積％の割合にすることが好ましい。

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。

なお、表面配線層１３は、内部配線層１２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。

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。

上述した本実施形態のプローブカード用配線基板１は、熱負荷試験時において、プローブカード用配線基板１に設けられた測定端子（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。

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）２１が形成され、図２に示すプローブカード２が作製される。

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と接続される薄膜表面配線（図示せず）が形成され、この薄膜表面配線に半導体素子の電気特性を測定するための測定端子（プローブピン）２１が接続されたものである。

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、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。

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Ｓｉ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。

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、プローブカード用配線基板１に設けられた測定端子２１とＳｉウェハ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。

また、プローブカード用配線基板１を構成する絶縁基体１１を、ムライトを主成分とし、スピネル、ジルコニアおよびフォルステライトから選ばれる１種とを有するセラミック焼結体により構成すると、セラミック絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの熱膨張係数（室温〜３００℃）を２．９〜５．１×１０^−６／℃の範囲にでき、これにより、本実施形態のプローブカード用配線基板１を備えるプローブカード２を用いると、熱負荷試験時において、プローブカード用配線基板１に設けられた測定端子２１とＳｉウェハ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プローブカード２を得ることができる。

また、プローブカード用配線基板１を構成する絶縁基体１１を、絶縁基体１１のＸ線回折によるリートベルト解析から求められる組成で、アルミナを含まず、５８〜９７質量％のムライトと、３〜４２質量％のスピネル、３〜３３質量％のジルコニアおよび３〜３３質量％のフォルステライトから選ばれる１種とを有し、絶縁基体の表面に存在する気孔の最大径が７．７μｍ以下であるとともに、気孔率が５％以下であるものとすると、セラミック絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの表面配線層１３の表面に形成する薄膜表面配線を形成した場合にピンホールなどの欠陥を形成することなく、良好な膜を形成することが可能になる。また、この絶縁基体１１は、耐薬品性試験での重量変化率を小さくすることができる。

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、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。

スピネル、ジルコニア、フォルステライトの原料粉末についても同様の理由で、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。

焼結助剤として、純度９９％以上、平均粒径が０．７〜１．７μｍのＭｎＯ粉末、純度９９％以上、平均粒径が１〜３μｍのＳｉＯ_２粉末を用いる。

この実施形態におけるムライト質焼結体を作製するには、スピネル粉末を２〜４０質量％、ジルコニア粉末を２〜３０、フォルステライト粉末を１〜３０質量％に、ＭｎＯを３
〜１３質量％、ＳｉＯ_２を１０〜１５質量％の割合で混合し、残りをムライト粉末とし、合計が１００質量％になるように配合する。ＭｎＯが３質量％より少ないと、液相量が不足し、焼結不足となる。一方、１３質量％を超えるとムライトの分解により多量の液相が生じることにより、溶融する。また、ＳｉＯ_２が１０質量％より少ないと、液相からのＡｌ_２Ｏ_３析出量が増加し、気孔率の増加、粗大な気孔が発生する。一方、１５質量％を超えると、焼結体に含まれるガラス量が増加し、耐薬品性が低下する。

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、スピネル粉末、ジルコニア粉末およびフォルステライト粉末に、ＭｎＯを３〜１３質量％、ＳｉＯ_２を１０〜１５質量％の割合で混合し、残りをムライト粉末とし、合計が１００質量％になるように混合することが、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、ムライト原料粉末１００質量％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。

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セラミック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セラミックグリーンシートを作製する。なお、セラミック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、このセラミック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セラミック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セラミック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％の割合で添加してもよい。

その後、導体ペーストを印刷塗布したセラミック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１３００〜１５００℃で焼成する。

なお、内部配線層中の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、Ｃ
ｕ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１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１２を有するため、低抵抗であるとともに、薄膜表面配線層の形成が良好なプローブカード用配線基板１となる。

純度が９９％で平均粒子径が１．８μｍのムライト粉末、純度が９９％で１．８μｍのスピネル粉末、純度が９９％で１．８μｍのジルコニア粉末、純度が９９％で１．８μｍのフォルステライト粉末、純度が９９％で平均粒子径が１．５μｍのＭｎＯ粉末、純度が９９％で平均粒子径が１．５μｍ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、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、セラミックグリーンシートを得た。

得られたセラミックグリーンシートを３０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、露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気で１４００℃にて１時間保持し、ムライト質焼結体を得た。

また、ムライト質焼結体に存在する結晶相比率は、当該ムライト質焼結体を粉砕し、Ｘ線回折により得られる回折パターンをリートベルト解析することにより求めた。

また、耐薬品性については１００℃の水酸化カリウム４０質量％水溶液に２時間浸漬させた場合の質量減少によって評価した。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２時間浸漬させた後のムライト質焼結体の質量を測定し、質量減少率（「焼結体の浸漬前質量」−「焼結体の浸漬後質量」）／「焼結体の浸漬前量」×１００）を算出した。

熱膨張係数については、該ムライト焼結体を平面研磨機により、幅３ｍｍ、厚み３ｍｍ、長さ２０ｍｍの加工にした後、熱機械分析により測定した。

強度については、該ムライト焼結体を平面研磨機により、幅４ｍｍ、厚み３ｍｍ、長さ５０ｍｍに加工した後、Ｃ面研磨を行い、３点曲げ試験により測定した。

最大気孔径については、ムライト焼結体を樹脂に埋め込んでその表面を研磨した後、ＳＥＭにより研磨面の写真を５００倍で１０枚取得し、写真に映し出されている直径が０．１μｍ以上の気孔を抽出し、各気孔の輪郭から気孔の面積を求め、それらの最大値を示す値から円に換算したときの直径の最大値を求めた。気孔率についてもムライト焼結体を樹脂に埋め込んでその表面を研磨した後、ＳＥＭにより研磨面の写真を５００倍で１０枚取得し、写真に映し出されている直径が０．１μｍ以上の気孔を抽出し、各気孔の輪郭から気孔の面積を求めた値から各気孔の面積を求めた。そして、評価した試料の研磨面の面積に対する気孔の面積の割合から求めた。なお、比較例として、アルミナを主成分とするセラミック焼結体も同様の方法で作製し、評価した。

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。表面配線層として、焼成後に直径１００μｍと５５μｍとなるパッドを形成した。

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。

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。

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。

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。

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。

表１〜３の結果から明らかなように、プローブカード用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．２〜２５）は、熱膨張係数（室温〜３００℃）が２．９〜５．１×１０^−６／℃であり、熱負荷試験時において、プローブカード用配線基板に設けられた測定端子と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。

また、プローブカード用配線基板を構成する絶縁基体を、絶縁基体のＸ線回折によるリートベルト解析から求められる組成で、アルミナを含まず、５８〜９７質量％のムライトと、３〜４２質量％のスピネル、３〜３３質量％のジルコニアおよび３〜３３質量％のフォルステライトから選ばれる１種とを有し、絶縁基体の表面に存在する気孔の最大径が７．７μｍ以下であるとともに、気孔率が５％以下である試料（試料Ｎｏ．２〜８，１０，１２〜２５）では、熱膨張係数が２．９〜５．１×１０^−６／℃、水酸化カリウム４０質量％水溶液に２時間浸漬させた際の質量減少率が０．１％以下、３点曲げ強度１７０ＭＰa以上、最大気孔径が７．９μｍ以下で、薄膜表面配線の形成が良好な低熱膨張のプロー
ブカード用配線基板が得られた。

特に、絶縁基体のＸ線回折によるリートベルト解析から求められる組成で、アルミナを
含まず、６０〜９５質量％のムライトと、５〜４０質量％のスピネル、５〜３０質量％のジルコニアおよび５〜３０質量％のフォルステライトから選ばれる１種とを有し、前記絶縁基体の表面に存在する気孔の最大径が７．５μｍ以下であるとともに、気孔率が４％以下である試料（試料Ｎｏ．３〜７，１０，１３〜２４）では、熱膨張係数が３〜４．９×１０^−６／℃、水酸化カリウム４０質量％水溶液に２時間浸漬させた際の質量減少率が０．１％以下、３点曲げ強度１７０ＭＰa以上、最大気孔径が７．６μｍ以下、気孔率が４
％以下で、直径５５μｍの円形の接続パッドを有する表面配線層に対しても熱負荷試験時において、プローブカード用配線基板に設けられた測定端子とＳｉウェハの表面に形成された測定パッドとの位置ずれが無く、電気特性の検査に好適に使用できる低熱膨張プローブカード用配線基板が得られた。

これに対し、試料Ｎｏ．１については、熱膨張係数が７×１０^−６／℃となり、熱負荷試験時において、プローブカード用配線基板に設けられた測定端子とＳｉウェハの表面に形成された測定パッドとの位置ずれが生じていた。

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

絶縁基体と、該絶縁基体の内部に設けられた銅とタングステンとの複合導体からなる内部配線層とを備えており、前記絶縁基体が、ムライトを主成分とし、スピネル、ジルコニアおよびフォルステライトから選ばれる１種と、Ｔｉ成分とを含み、緑色系の色彩を呈するセラミック焼結体であることを特徴とするプローブカード用配線基板。
前記絶縁基体は、Ｘ線回折によるリートベルト解析から求められる組成で、アルミナを含まず、５８〜９７質量％のムライトと、３〜４２質量％のスピネル、３〜３３質量％のジルコニアおよび３〜３３質量％のフォルステライトから選ばれる１種とを有し、前記絶縁基体の表面に存在する気孔の最大径が７．７μｍ以下であるとともに、気孔率が５％以下であ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。
前記絶縁基体は、Ｘ線回折によるリートベルト解析から求められる組成で、アルミナを含まず、６０〜９５質量％のムライトと、５〜４０質量％のスピネル、５〜３０質量％のジルコニアおよび５〜３０質量％のフォルステライトから選ばれる１種とを有し、前記絶縁基体の表面に存在する気孔の最大径が７．５μｍ以下であるとともに、気孔率が４％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のプローブカード用配線基板。
請求項１乃至３のうちいずれか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。