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
【課題】 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、耐薬品性試験においてもビアホール導体の抵抗変化の小さい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。
【解決手段】 ムライト質焼結体からなる絶縁基体の内部に、モリブデンを主成分とするビアホール導体を備えているプローブカード用セラミック配線基板であって、前記ビアホール導体がモリブデン１００質量部に対して、チタンをＴｉＯ２換算で０．８〜８．２質量部、マンガンをＭｎＯ換算で１．４〜３．４質量部含む。
【解決手段】 ムライト質焼結体からなる絶縁基体の内部に、モリブデンを主成分とするビアホール導体を備えているプローブカード用セラミック配線基板であって、前記ビアホール導体がモリブデン１００質量部に対して、チタンをＴｉＯ２換算で０．８〜８．２質量部、マンガンをＭｎＯ換算で１．４〜３．４質量部含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【０００４】
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有しており、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。
【０００５】
近年、半導体素子に形成された集積回路の配線の微細化に伴って、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。
【０００６】
しかしながら、絶縁基体を特許文献１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アルミナの熱膨張係数（約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あった。
【０００７】
これに対し、プローブカード用セラミック配線基板の絶縁基体として、アルミナ質焼結体よりも熱膨張係数の小さいムライト質焼結体を適用し、内部配線層やビアホール導体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を適用させたものが開発されている（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１６０３５６号公報
【特許文献２】特開２０１０−９３１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２に記載のムライト質焼結体は、緻密であり、熱膨張係数がアルミナ質焼結体よりも半導体素子（Ｓｉ）の熱膨張係数に近いことから、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）での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ウェハの表面に形成された測定パッドとの位置ずれを小さくできるも
のの、例えば、水酸化カリウムの水溶液を用いてプローブカード用セラミック配線基板の耐薬品性試験を行った際に、ビアホール導体が水酸化カリウムに侵されてビアホール導体の抵抗が大きくなるという問題があった。
【００１０】
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、プローブカード用セラミック配線基板に設けられる測定端子と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、薬品に対するビアホール導体の抵抗変化の小さい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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のプローブカード用セラミック配線基板は、ムライト質焼結体からなる絶縁基体の内部に、モリブデンを主成分とするビアホール導体を備えているプローブカード用セラミック配線基板であって、前記ビアホール導体がモリブデン１００質量部に対して、チタンをＴｉＯ２換算で０．８〜８．２質量部、マンガンをＭｎＯ換算で１．４〜３．４質量部含むことを特徴とする。
【００１２】
上記プローブカード用セラミック配線基板では、前記マンガンのＭｎＯ換算による含有量に対する前記チタンのＴｉＯ２換算による含有量の比が０．７５〜１．００であることが望ましい。
【００１３】
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。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、プローブカード用セラミック配線基板に設けられる測定端子と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、薬品に対するビアホール導体の抵抗変化の小さい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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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２】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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。なお、内部配線層１２および表面配線層１３のことを総称して導体層という。
【００１７】
絶縁基体１１は複数のセラミック絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ（以下、１１ａ〜ｄと表す。）からなるもので、それぞれのセラミック絶縁層１１ａ〜ｄ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。
【００１８】
ここで、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。ムライトは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を選択する必要があるが、この場合、高熱伝導性および高強度を有するという理由から、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。
【００１９】
なお、ムライトの主結晶粒子の平均粒径は、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、エッチング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。
【００２０】
絶縁基体１１がムライト質焼結体であると、絶縁基体１１の熱膨張係数（室温〜３００℃）を３〜５×１０−６／℃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。
【００２１】
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、ビアホール導体１４がモリブデン１００質量部に対して、チタンをＴｉＯ２換算で０．８〜８．２質量部、マンガンをＭｎＯ換算で１．４〜３．４質量部含んでいる。これにより耐薬品性試験においてもビアホール導体の抵抗変化の小さいプローブカード用セラミック配線基板を得ることができる。
【００２２】
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１１がムライト質焼結体によって形成されるものである場合、通常、絶縁基体１１の内部に形成されているビアホール導体１４内にはムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）が分解して生成したＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２が焼結体側からビアホール導体１４側に侵入して存在する。このような成分を含むビアホール導体１４を有するプローブカード用セラミック配線基板に対して、耐薬品性試験を行った場合、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＯ２が薬品に溶解して、ビアホール導体１４が疎となり、金属間の接合が弱くなり、これによりビアホール導体１４の抵抗が大きくなる。
【００２３】
これに対し、本実施形態のプローブカード用セラミック配線基板は、ビアホール導体１４内に予め焼結助剤成分としてチタンおよびマンガンを所定量含むものであるために、焼結体側からビアホール導体１４側へのＡｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２の侵入が抑えられる。
【００２４】
また、このプローブカード用セラミック配線基板では、モリブデンの粒子の粒界に、耐薬品性を有するマンガンおよびチタンがモリブデンの粒子の結合材として作用し、モリブデンの粒子同士を強固に焼結させることができる。その結果、耐薬品性試験の前後においてビアホール導体１４の抵抗変化を小さくすることができる。
【００２５】
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では、ビアホール導体１４に含まれるマンガンのＭｎＯ換算による含有量に対するチタンのＴｉＯ２換算による含有量の比が０．７５〜１．００あることが望ましく、これにより耐薬品性試験の前後における抵抗変化率を２．８％以下にすることができる。
【００２６】
そして、この場合、ビアホール導体１４内に存在するマンガンおよびチタンが化合して、ＭｎＴｉＯ３を形成している場合には、耐薬品性試験での効果をさらに高めることがで
きる。
【００２７】
これに対し、モリブデンに対するマンガンおよびチタンの含有量が、チタンをＴｉＯ２換算で０．８〜８．２質量部、マンガンをＭｎＯ換算で１．４〜３．４質量部の組成から外れた場合には、耐薬品性が低下するか、焼結性が低下するおそれがある。
【００２８】
なお、耐薬品性試験は、水酸化カリウムを４０質量％含む水溶液を１００℃に加温して、この水溶液中にプローブカード用セラミック配線基板を５時間浸漬させる条件で行うものである。
【００２９】
ビアホール導体１４内に存在するモリブデン、マンガンおよびチタンは、プローブカード用セラミック配線基板を切り出した試料の断面の元素分析器を備えた走査型電子顕微鏡を用いて分析を行うことにより組成を求める。
【００３０】
ビアホール導体１４内にＭｎＴｉＯ３が存在することについては、分析用に研磨加工した試料の表面に露出させたビアホール導体１４の領域をＸ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を付設した走査型電子顕微鏡を用いて観察し、ＭｎＴｉＯ３結晶相の存在を確認する。
【００３１】
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では、絶縁基体１１であるムライト質焼結体が、ムライトを主結晶相とし、該主結晶相を構成する主結晶粒子の周囲に存在する粒界部とを有しており、その粒界部にはＭｎ（マンガン）、Ｔｉ（チタン）、Ｍｏ（モリブデン）が存在していることが望ましく、その組成は、この焼結体中に含まれるＡｌをＡｌ２Ｏ３換算およびＳｉをＳｉＯ２換算した合計量を１００質量部としたときに、前記ＭｎをＭｎ２Ｏ３換算で２．０〜４．０質量部、前記ＴｉをＴｉＯ２換算で４．０〜８．０質量部および前記ＭｏをＭｏＯ３換算で０．４〜２．１質量部含有することが好ましい。
【００３２】
すなわち、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、ムライトの主結晶粒子の粒界部にＭｎＴｉＯ３結晶相を有するとともに、Ｍｏを含むものであるために、ムライトの主結晶粒子の粒界部に存在するガラス成分量が極めて少ない。このため絶縁基体１１を４０質量％水酸化カリウム水溶液に５時間浸漬したとしても、ムライト質焼結体に含まれるガラス成分の溶出が殆ど溶出しないものとなり、また、絶縁基体１１におけるガラス相の染み出しを抑えられるため、異物付着による外観不良が生じ難いものとなる。
【００３３】
ここで、絶縁基体１１中に含まれるＭｎＴｉＯ３結晶相の存在は、以下のようにして求める。まず、分析用に研磨加工した試料の表面の３００μｍ角の領域をＸ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を付設した走査型電子顕微鏡を用いて観察し、ＭｎＴｉＯ３結晶相の存在を確認する。ここで、ムライト質焼結体中に含まれるＡｌをＡｌ２Ｏ３換算およびＳｉをＳｉＯ２換算した合計量を１００質量部に対する、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｏの含有量は、まず、絶縁基体１１を酸に溶解させて、ＩＣＰ分析により絶縁基体１１中に含まれるアルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）の含有量を求め、次いで、これらの元素をそれぞれＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＭｏＯ３に換算して求める。
【００３４】
なお、本実施形態におけるムライト質焼結体では、Ｍｎの他に、焼結性を高める助剤成分として、Ｃａ、Ｓｒ、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、異物付着による外観不良発生率等の特性を損なわない程度含有されていても良い。
【００３５】
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、絶縁基体１１内にＣｕ
とＷとの複合導体からなる導体層とを備えており、これにより、例えば、タングステンのみから形成されている導体層を有するプローブカード用セラミック配線基板に比べて導体層の配線抵抗を低くすることができる。この場合、導体層の組成は、Ｃｕが４０〜６０体積％、Ｗが４０〜６０体積％の組成を有する複合導体であることが望ましい。導体層を上記の組成にすると、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。
【００３６】
ここで、内部配線層１２のＣｕおよびＷ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る。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の割合を求める。
【００３７】
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ＷまたはＭｏのみで形成されていても良い。
【００３８】
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、緻密なものになる。
【００３９】
また、図１に示す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。
【００４０】
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。
【００４１】
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）が接続されており、さらに、測定端子２１が形成された面とは反対側の面に接続端子３を介して外部回路基板４が接合された構成となっている。
【００４２】
ここで、外部回路基板４は、テスタ５に接続されており、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。
【００４３】
なお、プローブカード２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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
まず、絶縁基体１１を形成するために、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）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。
【００４７】
次に、ムライト粉末１００質量部に対して、Ｍｎ２Ｏ３粉末を２．０〜４．０質量部、ＴｉＯ２粉末を４．０〜８．０質量部、ＭｏＯ３粉末を０．４〜２．１質量部および微量のＷ粉末を添加する。この場合、添加剤として用いるＭｎ２Ｏ３粉末は平均粒径が０．５〜３μｍ、ＴｉＯ２粉末は０．５〜２μｍ、ＭｏＯ３粉末は０．５〜２μｍは０．３〜１μｍであるものを用いるのがよい。なお、Ｍｎ２Ｏ３粉末、ＴｉＯ２粉末およびＭｏＯ３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、ＴｉおよびＭｏ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。
【００４８】
本実施形態のプローブカード用配線基板１は、上述のように、ムライト質焼結体を形成するためのグリーンシートにＭｎ２Ｏ３粉末、ＴｉＯ２粉末およびＭｏＯ３粉末を添加する。
【００４９】
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を製造する場合、ムライト粉末に対して、Ｍｎ２Ｏ３粉末およびＴｉＯ２粉末とともにＭｏＯ３粉末を添加すると、ガラス相の染み出しを抑えられるため、異物付着による外観不良が生じ難くなる。とりわけ、ＭｏＯ３粉末とＴｉＯ２粉末とを所定の割合（ＭｏＯ３粉末：ＴｉＯ２粉末＝０．９〜１．１：１．８〜２．２、焼成後も同じ割合）にしたときには、得られる絶縁基体１１の配線近傍の白色化を抑制でき、これにより絶縁基体１１と配線との色のコントラストを高めることができ、その結果、配線を検査するときの数値ばらつきを小さくすることが可能になる。
【００５０】
なお、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｏ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。
【００５１】
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質量部に対して、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、Ｂ２Ｏ３粉末、Ｃｒ２Ｏ３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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
このようにして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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
ここで、焼成中の最高温度は１３８０℃〜１４２０℃とするのがよい。焼成中の最高温度を１３８０℃〜１４２０℃とすると、この範囲の温度において保持時間を調整することにより、ムライト質焼結体を緻密化させることができるようになる。
【００５８】
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、少なくともＭｎ、ＴｉおよびＭｏを所定量含有させて焼成すると、ムライト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。
【００５９】
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、ムライト質焼結体を緻密化するという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く、焼成最高
温度から１０００℃までの降温速度は、５０℃/ｈｒ〜３００℃/ｈｒ、特に、５０℃/ｈ
ｒ〜１００℃/ｈｒにすることが望ましい。
【００６０】
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。
【００６１】
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、ビアホール導体１４がモリブデンを主成分とし、マンガンおよびチタンを含むものであるために、耐薬品性試験の前後においてもビアホール抵抗の抵抗変化の小さいものとなる。
【実施例】
【００６２】
純度が９９％で平均粒子径が２．１μｍのムライト粉末１００質量部に対して、純度が９９％で平均粒子径が１．５μｍのＭｎ２Ｏ３粉末を２．０質量部、純度が９９％で平均粒径が１．０μｍのＴｉＯ２粉末を４．０質量部、純度が９９％で平均粒子径が１．０μｍのＭｏＯ３粉末を０．４質量部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、セラミックグリーンシートを作製した。
【００６３】
次に、作製し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して内部配線パターンを形成するとともに、予め形成した直径が２５０μｍの貫通孔内に、表１に示す調合組成にしたがって、Ｍｏ、ＴｉＯ２およびＭｎＯを調合するときに、有機ビヒクルを添加してＭｏを主成分とする導体ペーストを調製し、その導体ペーストを充填してビアホール導体が形成されたグリーンシートを作製した。
【００６４】
こうして作製した各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て積層体を作製した。ここで作製された積層体は、最上層および最下層には抵抗測定用に測定端子を接触させるためのパッドが設けられたセラミックグリーンシートを配置した。
【００６５】
次に、この積層体を還元雰囲気中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。焼成条件は、昇温速度および降温速度を１００℃/ｈｒとし、最高温度を１４
００℃とした。
【００６６】
耐薬品性試験は、水酸化カリウムを４０質量％含む水溶液を１００℃に加温して、この水溶液に試料であるプローブカード用セラミック配線基板を５時間浸漬させて行った。
【００６７】
ビアホール導体の抵抗は、耐薬品性試験の前後において、表面薄膜上に測定端子を接触させてミリオームメーターを用いて四端子法により測定した。試料数は１０個とし平均値を求めた。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
ビアホール導体の組成は、Ｘ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を付設した走査型電子顕微鏡を用いて、得られた特性Ｘ線のカウントから、Ｍｏを１００質量部として、マンガンをＭｎＯおよびチタンをＴｉＯ２として求めた。
【００７３】
【表１】
【００７４】
表１の結果から明らかなように、本発明の試料（試料Ｎｏ．２〜５、８および９）では、耐薬品性試験の前後でのビアホール導体の抵抗変化率が４．６％以下と小さかった。特に、ビアホール導体に含まれるマンガンに対するチタンの比率（Ｔｉ／Ｍｎ）を０．７５〜１．００とした試料（試料Ｎｏ．３、４）では、耐薬品性試験の前後における抵抗変化率を２．８％以下であった。試料Ｎｏ．２〜５、８および９の試料であるプローブカード用セラミック配線基板を研磨した試料の表面に露出させたビアホール導体の領域をＸ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を付設した走査型電子顕微鏡を用いて観察したところＭｎＴｉＯ３が確認された。
【００７５】
一方、本発明の範囲外の試料（試料Ｎｏ．１、６、７および１０）では、ビアホール導体の抵抗変化率が１０．２％と大きかった。
【符号の説明】
【００７６】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【０００４】
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有しており、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。
【０００５】
近年、半導体素子に形成された集積回路の配線の微細化に伴って、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。
【０００６】
しかしながら、絶縁基体を特許文献１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アルミナの熱膨張係数（約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あった。
【０００７】
これに対し、プローブカード用セラミック配線基板の絶縁基体として、アルミナ質焼結体よりも熱膨張係数の小さいムライト質焼結体を適用し、内部配線層やビアホール導体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を適用させたものが開発されている（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１６０３５６号公報
【特許文献２】特開２０１０−９３１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２に記載のムライト質焼結体は、緻密であり、熱膨張係数がアルミナ質焼結体よりも半導体素子（Ｓｉ）の熱膨張係数に近いことから、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）での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ウェハの表面に形成された測定パッドとの位置ずれを小さくできるも
のの、例えば、水酸化カリウムの水溶液を用いてプローブカード用セラミック配線基板の耐薬品性試験を行った際に、ビアホール導体が水酸化カリウムに侵されてビアホール導体の抵抗が大きくなるという問題があった。
【００１０】
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、プローブカード用セラミック配線基板に設けられる測定端子と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、薬品に対するビアホール導体の抵抗変化の小さい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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のプローブカード用セラミック配線基板は、ムライト質焼結体からなる絶縁基体の内部に、モリブデンを主成分とするビアホール導体を備えているプローブカード用セラミック配線基板であって、前記ビアホール導体がモリブデン１００質量部に対して、チタンをＴｉＯ２換算で０．８〜８．２質量部、マンガンをＭｎＯ換算で１．４〜３．４質量部含むことを特徴とする。
【００１２】
上記プローブカード用セラミック配線基板では、前記マンガンのＭｎＯ換算による含有量に対する前記チタンのＴｉＯ２換算による含有量の比が０．７５〜１．００であることが望ましい。
【００１３】
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。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、プローブカード用セラミック配線基板に設けられる測定端子と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、薬品に対するビアホール導体の抵抗変化の小さい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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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２】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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。なお、内部配線層１２および表面配線層１３のことを総称して導体層という。
【００１７】
絶縁基体１１は複数のセラミック絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ（以下、１１ａ〜ｄと表す。）からなるもので、それぞれのセラミック絶縁層１１ａ〜ｄ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。
【００１８】
ここで、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。ムライトは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を選択する必要があるが、この場合、高熱伝導性および高強度を有するという理由から、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。
【００１９】
なお、ムライトの主結晶粒子の平均粒径は、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、エッチング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。
【００２０】
絶縁基体１１がムライト質焼結体であると、絶縁基体１１の熱膨張係数（室温〜３００℃）を３〜５×１０−６／℃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。
【００２１】
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、ビアホール導体１４がモリブデン１００質量部に対して、チタンをＴｉＯ２換算で０．８〜８．２質量部、マンガンをＭｎＯ換算で１．４〜３．４質量部含んでいる。これにより耐薬品性試験においてもビアホール導体の抵抗変化の小さいプローブカード用セラミック配線基板を得ることができる。
【００２２】
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１１がムライト質焼結体によって形成されるものである場合、通常、絶縁基体１１の内部に形成されているビアホール導体１４内にはムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）が分解して生成したＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２が焼結体側からビアホール導体１４側に侵入して存在する。このような成分を含むビアホール導体１４を有するプローブカード用セラミック配線基板に対して、耐薬品性試験を行った場合、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＯ２が薬品に溶解して、ビアホール導体１４が疎となり、金属間の接合が弱くなり、これによりビアホール導体１４の抵抗が大きくなる。
【００２３】
これに対し、本実施形態のプローブカード用セラミック配線基板は、ビアホール導体１４内に予め焼結助剤成分としてチタンおよびマンガンを所定量含むものであるために、焼結体側からビアホール導体１４側へのＡｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２の侵入が抑えられる。
【００２４】
また、このプローブカード用セラミック配線基板では、モリブデンの粒子の粒界に、耐薬品性を有するマンガンおよびチタンがモリブデンの粒子の結合材として作用し、モリブデンの粒子同士を強固に焼結させることができる。その結果、耐薬品性試験の前後においてビアホール導体１４の抵抗変化を小さくすることができる。
【００２５】
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では、ビアホール導体１４に含まれるマンガンのＭｎＯ換算による含有量に対するチタンのＴｉＯ２換算による含有量の比が０．７５〜１．００あることが望ましく、これにより耐薬品性試験の前後における抵抗変化率を２．８％以下にすることができる。
【００２６】
そして、この場合、ビアホール導体１４内に存在するマンガンおよびチタンが化合して、ＭｎＴｉＯ３を形成している場合には、耐薬品性試験での効果をさらに高めることがで
きる。
【００２７】
これに対し、モリブデンに対するマンガンおよびチタンの含有量が、チタンをＴｉＯ２換算で０．８〜８．２質量部、マンガンをＭｎＯ換算で１．４〜３．４質量部の組成から外れた場合には、耐薬品性が低下するか、焼結性が低下するおそれがある。
【００２８】
なお、耐薬品性試験は、水酸化カリウムを４０質量％含む水溶液を１００℃に加温して、この水溶液中にプローブカード用セラミック配線基板を５時間浸漬させる条件で行うものである。
【００２９】
ビアホール導体１４内に存在するモリブデン、マンガンおよびチタンは、プローブカード用セラミック配線基板を切り出した試料の断面の元素分析器を備えた走査型電子顕微鏡を用いて分析を行うことにより組成を求める。
【００３０】
ビアホール導体１４内にＭｎＴｉＯ３が存在することについては、分析用に研磨加工した試料の表面に露出させたビアホール導体１４の領域をＸ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を付設した走査型電子顕微鏡を用いて観察し、ＭｎＴｉＯ３結晶相の存在を確認する。
【００３１】
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では、絶縁基体１１であるムライト質焼結体が、ムライトを主結晶相とし、該主結晶相を構成する主結晶粒子の周囲に存在する粒界部とを有しており、その粒界部にはＭｎ（マンガン）、Ｔｉ（チタン）、Ｍｏ（モリブデン）が存在していることが望ましく、その組成は、この焼結体中に含まれるＡｌをＡｌ２Ｏ３換算およびＳｉをＳｉＯ２換算した合計量を１００質量部としたときに、前記ＭｎをＭｎ２Ｏ３換算で２．０〜４．０質量部、前記ＴｉをＴｉＯ２換算で４．０〜８．０質量部および前記ＭｏをＭｏＯ３換算で０．４〜２．１質量部含有することが好ましい。
【００３２】
すなわち、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、ムライトの主結晶粒子の粒界部にＭｎＴｉＯ３結晶相を有するとともに、Ｍｏを含むものであるために、ムライトの主結晶粒子の粒界部に存在するガラス成分量が極めて少ない。このため絶縁基体１１を４０質量％水酸化カリウム水溶液に５時間浸漬したとしても、ムライト質焼結体に含まれるガラス成分の溶出が殆ど溶出しないものとなり、また、絶縁基体１１におけるガラス相の染み出しを抑えられるため、異物付着による外観不良が生じ難いものとなる。
【００３３】
ここで、絶縁基体１１中に含まれるＭｎＴｉＯ３結晶相の存在は、以下のようにして求める。まず、分析用に研磨加工した試料の表面の３００μｍ角の領域をＸ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を付設した走査型電子顕微鏡を用いて観察し、ＭｎＴｉＯ３結晶相の存在を確認する。ここで、ムライト質焼結体中に含まれるＡｌをＡｌ２Ｏ３換算およびＳｉをＳｉＯ２換算した合計量を１００質量部に対する、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｏの含有量は、まず、絶縁基体１１を酸に溶解させて、ＩＣＰ分析により絶縁基体１１中に含まれるアルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）の含有量を求め、次いで、これらの元素をそれぞれＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＭｏＯ３に換算して求める。
【００３４】
なお、本実施形態におけるムライト質焼結体では、Ｍｎの他に、焼結性を高める助剤成分として、Ｃａ、Ｓｒ、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、異物付着による外観不良発生率等の特性を損なわない程度含有されていても良い。
【００３５】
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、絶縁基体１１内にＣｕ
とＷとの複合導体からなる導体層とを備えており、これにより、例えば、タングステンのみから形成されている導体層を有するプローブカード用セラミック配線基板に比べて導体層の配線抵抗を低くすることができる。この場合、導体層の組成は、Ｃｕが４０〜６０体積％、Ｗが４０〜６０体積％の組成を有する複合導体であることが望ましい。導体層を上記の組成にすると、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。
【００３６】
ここで、内部配線層１２のＣｕおよびＷ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る。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の割合を求める。
【００３７】
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ＷまたはＭｏのみで形成されていても良い。
【００３８】
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、緻密なものになる。
【００３９】
また、図１に示す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。
【００４０】
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。
【００４１】
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）が接続されており、さらに、測定端子２１が形成された面とは反対側の面に接続端子３を介して外部回路基板４が接合された構成となっている。
【００４２】
ここで、外部回路基板４は、テスタ５に接続されており、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。
【００４３】
なお、プローブカード２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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
まず、絶縁基体１１を形成するために、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）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。
【００４７】
次に、ムライト粉末１００質量部に対して、Ｍｎ２Ｏ３粉末を２．０〜４．０質量部、ＴｉＯ２粉末を４．０〜８．０質量部、ＭｏＯ３粉末を０．４〜２．１質量部および微量のＷ粉末を添加する。この場合、添加剤として用いるＭｎ２Ｏ３粉末は平均粒径が０．５〜３μｍ、ＴｉＯ２粉末は０．５〜２μｍ、ＭｏＯ３粉末は０．５〜２μｍは０．３〜１μｍであるものを用いるのがよい。なお、Ｍｎ２Ｏ３粉末、ＴｉＯ２粉末およびＭｏＯ３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、ＴｉおよびＭｏ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。
【００４８】
本実施形態のプローブカード用配線基板１は、上述のように、ムライト質焼結体を形成するためのグリーンシートにＭｎ２Ｏ３粉末、ＴｉＯ２粉末およびＭｏＯ３粉末を添加する。
【００４９】
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を製造する場合、ムライト粉末に対して、Ｍｎ２Ｏ３粉末およびＴｉＯ２粉末とともにＭｏＯ３粉末を添加すると、ガラス相の染み出しを抑えられるため、異物付着による外観不良が生じ難くなる。とりわけ、ＭｏＯ３粉末とＴｉＯ２粉末とを所定の割合（ＭｏＯ３粉末：ＴｉＯ２粉末＝０．９〜１．１：１．８〜２．２、焼成後も同じ割合）にしたときには、得られる絶縁基体１１の配線近傍の白色化を抑制でき、これにより絶縁基体１１と配線との色のコントラストを高めることができ、その結果、配線を検査するときの数値ばらつきを小さくすることが可能になる。
【００５０】
なお、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｏ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。
【００５１】
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質量部に対して、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、Ｂ２Ｏ３粉末、Ｃｒ２Ｏ３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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
このようにして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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
ここで、焼成中の最高温度は１３８０℃〜１４２０℃とするのがよい。焼成中の最高温度を１３８０℃〜１４２０℃とすると、この範囲の温度において保持時間を調整することにより、ムライト質焼結体を緻密化させることができるようになる。
【００５８】
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、少なくともＭｎ、ＴｉおよびＭｏを所定量含有させて焼成すると、ムライト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。
【００５９】
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、ムライト質焼結体を緻密化するという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く、焼成最高
温度から１０００℃までの降温速度は、５０℃/ｈｒ〜３００℃/ｈｒ、特に、５０℃/ｈ
ｒ〜１００℃/ｈｒにすることが望ましい。
【００６０】
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。
【００６１】
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、ビアホール導体１４がモリブデンを主成分とし、マンガンおよびチタンを含むものであるために、耐薬品性試験の前後においてもビアホール抵抗の抵抗変化の小さいものとなる。
【実施例】
【００６２】
純度が９９％で平均粒子径が２．１μｍのムライト粉末１００質量部に対して、純度が９９％で平均粒子径が１．５μｍのＭｎ２Ｏ３粉末を２．０質量部、純度が９９％で平均粒径が１．０μｍのＴｉＯ２粉末を４．０質量部、純度が９９％で平均粒子径が１．０μｍのＭｏＯ３粉末を０．４質量部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、セラミックグリーンシートを作製した。
【００６３】
次に、作製し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して内部配線パターンを形成するとともに、予め形成した直径が２５０μｍの貫通孔内に、表１に示す調合組成にしたがって、Ｍｏ、ＴｉＯ２およびＭｎＯを調合するときに、有機ビヒクルを添加してＭｏを主成分とする導体ペーストを調製し、その導体ペーストを充填してビアホール導体が形成されたグリーンシートを作製した。
【００６４】
こうして作製した各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て積層体を作製した。ここで作製された積層体は、最上層および最下層には抵抗測定用に測定端子を接触させるためのパッドが設けられたセラミックグリーンシートを配置した。
【００６５】
次に、この積層体を還元雰囲気中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。焼成条件は、昇温速度および降温速度を１００℃/ｈｒとし、最高温度を１４
００℃とした。
【００６６】
耐薬品性試験は、水酸化カリウムを４０質量％含む水溶液を１００℃に加温して、この水溶液に試料であるプローブカード用セラミック配線基板を５時間浸漬させて行った。
【００６７】
ビアホール導体の抵抗は、耐薬品性試験の前後において、表面薄膜上に測定端子を接触させてミリオームメーターを用いて四端子法により測定した。試料数は１０個とし平均値を求めた。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
ビアホール導体の組成は、Ｘ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を付設した走査型電子顕微鏡を用いて、得られた特性Ｘ線のカウントから、Ｍｏを１００質量部として、マンガンをＭｎＯおよびチタンをＴｉＯ２として求めた。
【００７３】
【表１】
【００７４】
表１の結果から明らかなように、本発明の試料（試料Ｎｏ．２〜５、８および９）では、耐薬品性試験の前後でのビアホール導体の抵抗変化率が４．６％以下と小さかった。特に、ビアホール導体に含まれるマンガンに対するチタンの比率（Ｔｉ／Ｍｎ）を０．７５〜１．００とした試料（試料Ｎｏ．３、４）では、耐薬品性試験の前後における抵抗変化率を２．８％以下であった。試料Ｎｏ．２〜５、８および９の試料であるプローブカード用セラミック配線基板を研磨した試料の表面に露出させたビアホール導体の領域をＸ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を付設した走査型電子顕微鏡を用いて観察したところＭｎＴｉＯ３が確認された。
【００７５】
一方、本発明の範囲外の試料（試料Ｎｏ．１、６、７および１０）では、ビアホール導体の抵抗変化率が１０．２％と大きかった。
【符号の説明】
【００７６】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ムライト質焼結体からなる絶縁基体の内部に、モリブデンを主成分とするビアホール導体を備えているプローブカード用セラミック配線基板であって、前記ビアホール導体がモリブデン１００質量部に対して、チタンをＴｉＯ２換算で０．８〜８．２質量部、マンガンをＭｎＯ換算で１．４〜３．４質量部含む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。
【請求項２】
前記マンガンのＭｎＯ換算による含有量に対する前記チタンのＴｉＯ２換算による含有量の比が０．７５〜１．００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セラミック配線基板。
【請求項３】
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。
【請求項１】
ムライト質焼結体からなる絶縁基体の内部に、モリブデンを主成分とするビアホール導体を備えているプローブカード用セラミック配線基板であって、前記ビアホール導体がモリブデン１００質量部に対して、チタンをＴｉＯ２換算で０．８〜８．２質量部、マンガンをＭｎＯ換算で１．４〜３．４質量部含む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。
【請求項２】
前記マンガンのＭｎＯ換算による含有量に対する前記チタンのＴｉＯ２換算による含有量の比が０．７５〜１．００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セラミック配線基板。
【請求項３】
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。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１３２８２３（Ｐ２０１２−１３２８２３Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８６１０７（Ｐ２０１０−２８６１０７）
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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