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、異物付着による外観不良の極めて少な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】 セラミック焼結体が、該セラミック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。
【解決手段】 セラミック焼結体が、該セラミック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。
【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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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）。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
これに対し、プローブカード用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する試みが行われている（例えば、特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−１６０３５６号公報
【特許文献２】特開２００９−１８０５１８号公報
【特許文献３】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】
【００１３】
特許文献３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、このムライト質焼結体は主結晶粒子であるムライト粒子の粒界に二酸化ケイ素を主成分とするガラス相を多く含んでおり、焼成時にそのガラス相が絶縁基体の表面に染み出し、焼成用のセッター材と反応し、セッター材の一部が異物としてプローブカード用セラミック配線基板の表面に付着することで外観不良が発生するとともに、後の表面配線層の形成工程において研磨を行ったときに基板表面にボイドが形成されやすくなり、ボイドを覆うように形成された表面配線層に、ボイドに起因した欠けなどの欠陥が生じやすくなるという問題があった。
【００１４】
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、異物付着による外観不良の極めて少な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】
【００１５】
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、ＴｉおよびＭｏを含有する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導体層と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、前記セラミック焼結体が、該セラミック焼結体中に含まれるＡｌおよびＳｉをＡｌ２Ｏ３換算および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を特徴とする。
【００１６】
上記プローブカード用セラミック配線基板では、前記Ｍｏと前記Ｔｉとのモル比（Ｍｏ/Ｔｉ）が０．１２５〜０．２５であることが望ましい。
【００１７】
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】
【００１８】
本発明によれば、Ｓｉと同程度の熱膨張係数を有し、かつ焼成時のガラス相の染み出し
による異物付着による外観不良が極めて少な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】
【００１９】
【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】
【００２０】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
なお、ムライト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。
【００２５】
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。
【００２６】
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であるムライト質焼結体が、ムライトを主結晶相とし、Ｍｎ、ＴｉおよびＭｏを含有し、この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を特徴とする。これにより、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くかつ耐薬品性を高めることができる。
【００２７】
通常、ムライトを主成分とする成形体材料を焼結させるには、最低でも１４５０℃以上の焼成温度が必要になるが、これを低温焼成しようとして、二酸化ケイ素などの添加成分を用いると、焼成時に二酸化ケイ素を主成分とするガラス相がムライト質焼結体の表面に染み出し、焼成時に成形体を挟んでいる焼成用のセッター材と反応する。その結果、セッター材の一部が異物としてムライト質焼結体の表面に付着することから、得られるムライト質焼結体からなる絶縁基体１１は外観不良になるおそれがあるとともに、二酸化ケイ素を主成分とするガラス相の存在により耐薬品性が低下してしまう。
【００２８】
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１は、上述のように、絶縁基体１１であるムライト質焼結体が、当該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質量部としたときに、ＭｎをＭｎ２Ｏ３換算で２．０〜４．０質量部、ＴｉをＴｉＯ２換算で４．０〜８．０質量部およびＭｏをＭｏＯ３換算で０．４〜２．１質量部含有するものであるために、後述する１３８０℃〜１４２０℃の焼成温度で緻密なムライト質焼結体を得ることが可能となり、また、ガラス相の粘度低下による染み出しを抑制できるとともに、耐薬品性を向上できるのである。
【００２９】
なお、絶縁基体１１中に含まれるＭｎ、ＴｉおよびＭｏの存在は、原子吸光分析またはＩＣＰ（Inductivity coupled Plasma）分析により確認できる。
【００３０】
また、本実施形態のプローブカード用配線基板１では、絶縁基体１１中に含まれるＭｏとＴｉとのモル比（Ｍｏ/Ｔｉ）が０．１２５〜０．２５であることが望ましい。これに
より絶縁基体１１の配線近傍の白化を抑制でき、絶縁基体１１と配線との色のコントラストが高められることから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。
【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１は、ムライト粒子の粒界にＭｎＴｉＯ３結晶相を有するものであり、ムライト粒子の粒界に存在するガラス成分量が極めて少ないために、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る。
【００３２】
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。
【００３３】
ここで、ムライト質焼結体中に含まれるＡｌおよびＳｉをＡｌ２Ｏ３換算およびＳｉＯ２換算した合計量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】
本実施形態のプローブカード用セラミック配線基板１を構成する導体層（内部配線層１２）としては、Ｃｕが４０〜６０体積％、ＷまたはＭｏ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。
【００３６】
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）またはモリブデン（Ｍｏ）が挙げられるが、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）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。
【００３７】
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％の割合にするのがよい。
【００３８】
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。
【００３９】
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またはモリブデンのみで形成されていても良い。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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質量部およびＭｏＯ３粉末を０．４〜２．１質量部添加する。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であるものを用いるのがよい。。なお、Ｍｎ２Ｏ３粉末、ＴｉＯ２粉末、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、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。
【００５１】
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にしたときには、得られる絶縁基体１１の配線近傍の白化を抑制でき、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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
ここで、この焼成中の最高温度を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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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を主成分として含み、配線抵抗の低い内部配線層１２を有し、熱膨張係数が検査対象であるＳｉウェハの熱膨張係数に近いものとなる。
【実施例】
【００６４】
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、純度が９９％で平均粒径が１．０μｍのＴｉＯ２粉末、純度が９９％で平均粒子径が１．０μｍのＭｏＯ３粉末を表１に示すような割合で混合した後、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。
【００６５】
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１３８０℃にて露点を＋２５℃とした窒素水素混合雰囲気に、１時間保持して行った後冷却して、ムライト質焼結体を得た。
【００６６】
ここで、表１に示した絶縁基体の外観不良発生率は、試料数３９個の検査を行い、染み出し・異物付着が生じた確率を算出したものである。
【００６７】
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および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。ここで、耐薬品性の判定は重量変化率が０．１２質量％以下の場合合格とした。試料数は３個とし、平均値より求めた。
【００６８】
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して内部配線パターンを形成するとともに貫通孔内にＭｏの導体ペーストを充填してビア導体が形成されたグリーンシートを作製した。
【００６９】
このとき、内部配線パターンの一部に、配線幅測定用として、線幅が１００μｍ、長さが２０ｍｍの評価パターンを形成し、この内部配線パターンをビア導体に接続するようにし、さらに、内部配線パターンの端部にはビア導体との接続用としてランドパターンを形成した。
【００７０】
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、２層目には抵抗測定用の内部配線パターンとランドパターンが印刷塗布されたセラミックグリーンシートを配置し、最上層に設けられた貫通孔（Ｍｏ導体ペーストが充填されている）と、２層目に印刷塗布されたランドが電気的に接続されるように、位置合わせしたものであり、全３０層のセラミックグリーンシートが積層されたものである。
【００７１】
次に、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５ｍｍで
あった。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
また、作製したプローブカード用セラミック配線基板について配線幅の測定パターンを９ヶ所切り出し、内部配線の配線幅を測定し、配線幅のばらつきを求めた。
【００７７】
また、絶縁基体１１中に含まれるＡｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｏ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）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）の含有量を求め、これらの分析値のうちアルミニウム（Ａｌ）および珪素（Ｓｉ）からムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）量を求め、さらにムライト量に対するＭｎ、Ｔｉ、Ｍｏの量を酸化物換算で求めたところ表１に示す量にそれぞれ一致していた。
【００７８】
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に示す。
【００７９】
【表１】
【００８０】
表１の結果から明らかなように、本発明の試料（試料Ｎｏ．３〜６、９〜１１および１５）では、耐薬品性試験での重量変化率が０．０９質量％以下であり耐薬品性を満足し、絶縁基体の表面に異物の付着が無く外観不良率がゼロ％であった。
【００８１】
特に、Ｍｏ/Ｔｉ比を０．１２５〜０．２５とした試料（試料Ｎｏ．４、６、９、１０
および１５）では、配線を検査した時の配線幅のばらつきが３．７μｍであり、絶縁基体と配線との色のコントラストが高く、配線を検査するときの数値ばらつきを小さくできた。
【００８２】
これに対し、本発明の範囲外の試料（試料Ｎｏ．１、２、７、８、１２〜１４および１６）では、絶縁基体が緻密化していないか、耐薬品性試験での重量変化率が大きいかまたは外観不良率が大きかった。
【符号の説明】
【００８３】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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）。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
これに対し、プローブカード用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する試みが行われている（例えば、特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−１６０３５６号公報
【特許文献２】特開２００９−１８０５１８号公報
【特許文献３】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】
【００１３】
特許文献３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、このムライト質焼結体は主結晶粒子であるムライト粒子の粒界に二酸化ケイ素を主成分とするガラス相を多く含んでおり、焼成時にそのガラス相が絶縁基体の表面に染み出し、焼成用のセッター材と反応し、セッター材の一部が異物としてプローブカード用セラミック配線基板の表面に付着することで外観不良が発生するとともに、後の表面配線層の形成工程において研磨を行ったときに基板表面にボイドが形成されやすくなり、ボイドを覆うように形成された表面配線層に、ボイドに起因した欠けなどの欠陥が生じやすくなるという問題があった。
【００１４】
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、異物付着による外観不良の極めて少な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】
【００１５】
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、ＴｉおよびＭｏを含有する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導体層と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、前記セラミック焼結体が、該セラミック焼結体中に含まれるＡｌおよびＳｉをＡｌ２Ｏ３換算および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を特徴とする。
【００１６】
上記プローブカード用セラミック配線基板では、前記Ｍｏと前記Ｔｉとのモル比（Ｍｏ/Ｔｉ）が０．１２５〜０．２５であることが望ましい。
【００１７】
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】
【００１８】
本発明によれば、Ｓｉと同程度の熱膨張係数を有し、かつ焼成時のガラス相の染み出し
による異物付着による外観不良が極めて少な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】
【００１９】
【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】
【００２０】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
なお、ムライト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。
【００２５】
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。
【００２６】
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であるムライト質焼結体が、ムライトを主結晶相とし、Ｍｎ、ＴｉおよびＭｏを含有し、この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を特徴とする。これにより、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くかつ耐薬品性を高めることができる。
【００２７】
通常、ムライトを主成分とする成形体材料を焼結させるには、最低でも１４５０℃以上の焼成温度が必要になるが、これを低温焼成しようとして、二酸化ケイ素などの添加成分を用いると、焼成時に二酸化ケイ素を主成分とするガラス相がムライト質焼結体の表面に染み出し、焼成時に成形体を挟んでいる焼成用のセッター材と反応する。その結果、セッター材の一部が異物としてムライト質焼結体の表面に付着することから、得られるムライト質焼結体からなる絶縁基体１１は外観不良になるおそれがあるとともに、二酸化ケイ素を主成分とするガラス相の存在により耐薬品性が低下してしまう。
【００２８】
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１は、上述のように、絶縁基体１１であるムライト質焼結体が、当該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質量部としたときに、ＭｎをＭｎ２Ｏ３換算で２．０〜４．０質量部、ＴｉをＴｉＯ２換算で４．０〜８．０質量部およびＭｏをＭｏＯ３換算で０．４〜２．１質量部含有するものであるために、後述する１３８０℃〜１４２０℃の焼成温度で緻密なムライト質焼結体を得ることが可能となり、また、ガラス相の粘度低下による染み出しを抑制できるとともに、耐薬品性を向上できるのである。
【００２９】
なお、絶縁基体１１中に含まれるＭｎ、ＴｉおよびＭｏの存在は、原子吸光分析またはＩＣＰ（Inductivity coupled Plasma）分析により確認できる。
【００３０】
また、本実施形態のプローブカード用配線基板１では、絶縁基体１１中に含まれるＭｏとＴｉとのモル比（Ｍｏ/Ｔｉ）が０．１２５〜０．２５であることが望ましい。これに
より絶縁基体１１の配線近傍の白化を抑制でき、絶縁基体１１と配線との色のコントラストが高められることから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。
【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１は、ムライト粒子の粒界にＭｎＴｉＯ３結晶相を有するものであり、ムライト粒子の粒界に存在するガラス成分量が極めて少ないために、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る。
【００３２】
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。
【００３３】
ここで、ムライト質焼結体中に含まれるＡｌおよびＳｉをＡｌ２Ｏ３換算およびＳｉＯ２換算した合計量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】
本実施形態のプローブカード用セラミック配線基板１を構成する導体層（内部配線層１２）としては、Ｃｕが４０〜６０体積％、ＷまたはＭｏ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。
【００３６】
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）またはモリブデン（Ｍｏ）が挙げられるが、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）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。
【００３７】
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％の割合にするのがよい。
【００３８】
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。
【００３９】
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またはモリブデンのみで形成されていても良い。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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質量部およびＭｏＯ３粉末を０．４〜２．１質量部添加する。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であるものを用いるのがよい。。なお、Ｍｎ２Ｏ３粉末、ＴｉＯ２粉末、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、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。
【００５１】
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にしたときには、得られる絶縁基体１１の配線近傍の白化を抑制でき、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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
ここで、この焼成中の最高温度を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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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を主成分として含み、配線抵抗の低い内部配線層１２を有し、熱膨張係数が検査対象であるＳｉウェハの熱膨張係数に近いものとなる。
【実施例】
【００６４】
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、純度が９９％で平均粒径が１．０μｍのＴｉＯ２粉末、純度が９９％で平均粒子径が１．０μｍのＭｏＯ３粉末を表１に示すような割合で混合した後、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。
【００６５】
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１３８０℃にて露点を＋２５℃とした窒素水素混合雰囲気に、１時間保持して行った後冷却して、ムライト質焼結体を得た。
【００６６】
ここで、表１に示した絶縁基体の外観不良発生率は、試料数３９個の検査を行い、染み出し・異物付着が生じた確率を算出したものである。
【００６７】
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および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。ここで、耐薬品性の判定は重量変化率が０．１２質量％以下の場合合格とした。試料数は３個とし、平均値より求めた。
【００６８】
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して内部配線パターンを形成するとともに貫通孔内にＭｏの導体ペーストを充填してビア導体が形成されたグリーンシートを作製した。
【００６９】
このとき、内部配線パターンの一部に、配線幅測定用として、線幅が１００μｍ、長さが２０ｍｍの評価パターンを形成し、この内部配線パターンをビア導体に接続するようにし、さらに、内部配線パターンの端部にはビア導体との接続用としてランドパターンを形成した。
【００７０】
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、２層目には抵抗測定用の内部配線パターンとランドパターンが印刷塗布されたセラミックグリーンシートを配置し、最上層に設けられた貫通孔（Ｍｏ導体ペーストが充填されている）と、２層目に印刷塗布されたランドが電気的に接続されるように、位置合わせしたものであり、全３０層のセラミックグリーンシートが積層されたものである。
【００７１】
次に、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５ｍｍで
あった。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
また、作製したプローブカード用セラミック配線基板について配線幅の測定パターンを９ヶ所切り出し、内部配線の配線幅を測定し、配線幅のばらつきを求めた。
【００７７】
また、絶縁基体１１中に含まれるＡｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｏ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）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）の含有量を求め、これらの分析値のうちアルミニウム（Ａｌ）および珪素（Ｓｉ）からムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）量を求め、さらにムライト量に対するＭｎ、Ｔｉ、Ｍｏの量を酸化物換算で求めたところ表１に示す量にそれぞれ一致していた。
【００７８】
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に示す。
【００７９】
【表１】
【００８０】
表１の結果から明らかなように、本発明の試料（試料Ｎｏ．３〜６、９〜１１および１５）では、耐薬品性試験での重量変化率が０．０９質量％以下であり耐薬品性を満足し、絶縁基体の表面に異物の付着が無く外観不良率がゼロ％であった。
【００８１】
特に、Ｍｏ/Ｔｉ比を０．１２５〜０．２５とした試料（試料Ｎｏ．４、６、９、１０
および１５）では、配線を検査した時の配線幅のばらつきが３．７μｍであり、絶縁基体と配線との色のコントラストが高く、配線を検査するときの数値ばらつきを小さくできた。
【００８２】
これに対し、本発明の範囲外の試料（試料Ｎｏ．１、２、７、８、１２〜１４および１６）では、絶縁基体が緻密化していないか、耐薬品性試験での重量変化率が大きいかまたは外観不良率が大きかった。
【符号の説明】
【００８３】
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】
ムライトを主結晶相とし、Ｍｎ、ＴｉおよびＭｏを含有する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導体層と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、前記セラミック焼結体が、該セラミック焼結体中に含まれるＡｌおよびＳｉをＡｌ２Ｏ３換算および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Ｍｏと前記Ｔｉとのモル比（Ｍｏ/Ｔｉ）が０．１２５〜０．２５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】
ムライトを主結晶相とし、Ｍｎ、ＴｉおよびＭｏを含有する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導体層と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、前記セラミック焼結体が、該セラミック焼結体中に含まれるＡｌおよびＳｉをＡｌ２Ｏ３換算および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Ｍｏと前記Ｔｉとのモル比（Ｍｏ/Ｔｉ）が０．１２５〜０．２５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２０１２−７３１６２（Ｐ２０１２−７３１６２Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１９０６３（Ｐ２０１０−２１９０６３）
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【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４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]