ムライト質焼結体およびこれを用いた多層配線基板ならびにプローブカード
【課題】 熱膨張係数が小さくかつ誘電正接の小さいムライト質焼結体とこれを絶縁層とする多層配線基板ならびにプローブカードを提供する。
【解決手段】 ムライト質焼結体がムライトを主結晶相とし、チタン酸アルミニウムマグネシウムを含有してなるものであり、また、このムライト質焼結体を多層配線基板やプローブカードの絶縁層として適用する。
【解決手段】 ムライト質焼結体がムライトを主結晶相とし、チタン酸アルミニウムマグネシウムを含有してなるものであり、また、このムライト質焼結体を多層配線基板やプローブカードの絶縁層として適用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低熱膨張かつ低誘電損失のムライト質焼結体とこれを用いた多層配線基板およびプローブカードに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子機器の内部に組み込まれたＬＳＩ等の半導体素子を環境的に保護するとともに、半導体素子の放熱性を高め、かつ動作特性を安定化させるための筐体として半導体素子収納用パッケージと呼ばれる多層配線基板が用いられている。近年、半導体素子の高速化、高密度化に伴って、多層配線基板上に直接半導体素子を実装するフリップチップ実装といわれる実装方式が採用されているが、このような実装方式においては、半導体素子のサイズが大きくなるにつれて多層配線基板との間で実装時の温度変化によって生ずる応力が大きくなるという問題を有している。このような応力は多層配線基板の熱膨張係数と半導体素子の材料であるシリコン（Ｓｉ）の熱膨張係数（シリコン：２．５〜３．５×１０−６／℃）との差によって生ずるものである。このため以前より、シリコンとの熱膨張係数の差の小さいムライト質焼結体を絶縁層の材料として採用する試みが行われている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２４５２６３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されたムライト質焼結体は誘電正接が大きいことから、絶縁層として用いたときに多層配線基板の内部配線層を伝搬する電気信号の伝送特性が悪くなるという問題があった。
【０００５】
従って、本発明は、熱膨張係数が小さくかつ誘電正接の小さいムライト質焼結体とこれを絶縁層とする多層配線基板ならびに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】
【０００６】
本発明のムライト質焼結体は、ムライトを主結晶相とし、チタン酸アルミニウムマグネシウムを含有してなることを特徴とする。
【０００７】
また、上記ムライト質焼結体では、前記チタン酸アルミニウムマグネシウムが、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１．０〜１．５質量％含まれていることが望ましい。
【０００８】
また、上記ムライト質焼結体では、Ｘ線回折測定によるリートベルト解析から求められる組成で、さらに、チタン酸マンガンを１．１〜１．５質量％含有することが望ましい。
【０００９】
本発明の多層配線基板は、複数の絶縁層を積層してなる絶縁基体と、該絶縁基体の内部に形成された内部配線層とを備えている多層配線基板であって、前記絶縁層が上記のムライト質焼結体からなることを特徴とする。
【００１０】
本発明のプローブカードは、上記の多層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】
【００１１】
本発明によれば、熱膨張係数が小さくかつ誘電正接の小さいムライト質焼結体とこれを絶縁層とする多層配線基板ならびにプローブカードを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の多層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の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本実施形態のムライト質焼結体は、ムライトを主結晶相とし、チタン酸アルミニウムマグネシウムを含有してなることを特徴とするものであり、これにより熱膨張係数が４．８×１０−６／℃以下と小さくかつ誘電正接の小さなムライト質焼結体を得ることができる。これはムライト質焼結体中に、常誘電体であり単体として誘電正接の低いチタン酸アルミニウムマグネシウム（７０×１０−４以下（１ＭＨｚ））の結晶相が形成されるためである。
【００１４】
ここで、ムライトを主結晶相とするとは、ムライト質焼結体について、Ｘ線回折によるリートベルト解析を行ったときに得られる組成で、ムライトを７０質量％以上含むものをいい、ムライトとしては、ａＡｌ２Ｏ３・ｂＳｉＯ２として表わされる化学式において、ａ＝１．９〜３．２、ｂ＝０．９〜２．１の組成を有することが望ましい。
【００１５】
また、チタン酸マグネシウムアルミニウムとしては、ＭｇｘＡｌｙＴｉｚＯＷで表される化学式において、Ｘ＝０．２〜０．５、ｙ＝１．２〜１．７、Ｚ＝１．１〜１．５およびｗ＝４．５〜５．５の組成を有するものが好ましい。
【００１６】
本実施形態のムライト質焼結体を構成するムライトの結晶相は、粒子状または柱状の結晶として焼結体中に存在している。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ならびにムライト質焼結体中に形成される最大気孔径を２０μｍ以下に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。
【００１７】
ここで、ムライトの平均粒径は、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ムライトの結晶粒子を選択し、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。
【００１８】
また、ムライト質焼結体の最大気孔径は、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を、例えば、走査電子顕微鏡や画像解析装置などにより測定する。この場合、まず、作製した試料の研磨面のほぼ中央部の３００μｍ角の領域について、１００〜３００倍の倍率で観察して研磨面に存在する気孔径を測定し、測定した気孔から最大気孔径を求める。
【００１９】
また、本実施形態のムライト質焼結体では、チタン酸アルミニウムマグネシウムが、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１．０〜１．５質量％含まれていることが望ましい。ムライト質焼結体中にチタン酸アルミニウムマグネシウムをこのような
範囲で含有させることでムライト質焼結体の室温から３００℃における熱膨張係数を３．７〜４．１×１０−６／℃、誘電正接を３００×１０−４以下にすることが可能となる。
【００２０】
さらに、本実施形態の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、さらに、チタン酸マンガンを１．１〜１．５質量％含有することが望ましい。これによりムライト質焼結体の機械的強度（３点曲げ強度）を３３５ＭＰａ以上にできるとともに、耐薬品性を高めることが可能となる。この場合、チタン酸マンガンが粒界に存在すると、粒界に存在するガラス相を低減できるためにムライト質焼結体の耐薬品性を向上させることができる。また、粒界が結晶質となるために、ムライト結晶間の結合が強化され、これによりムライト質焼結体の機械的強度を高めることができる。なお、本実施形態において耐薬品性が高いというのは、例えば、ムライト質焼結体を、水酸化カリウムを４０質量％程度溶解させた水溶液に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量が重量変化率で０．１２％以下というレベルである。
【００２１】
図１は、本発明の多層配線基板の一実施形態の概略断面図である。図１に示す多層配線基板１は、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とを備えており、その絶縁基体１１の内部において、少なくとも内部配線層１２同士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は複数の絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ（以下、１１ａ〜ｄと記す。）を積層したもので、それぞれの絶縁層１１ａ〜ｄは、上述したムライト質焼結体により形成されている。絶縁基体１１が上述した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４．８×１０−６／℃以下の範囲にでき、これにより本実施形態の多層配線基板１は、ＬＳＩ等の半導体素子との間における実装時の温度変化によって生ずる応力を小さくすることができる。その結果、半導体素子をフリップチップ実装した場合にも接続信頼性の高い多層配線基板１を得ることができる。また、本実施形態の多層配線基板１では誘電正接を小さくすることができることから多層配線基板１の伝送特性を高めることが可能となる。
【００２３】
この場合、絶縁基体１１の熱膨張係数および誘電正接をより小さくできるという点で、絶縁層１１ａ〜ｄを形成するムライト質焼結体が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チタン酸アルミニウムマグネシウムを１．０〜１．５質量％含有することが望ましい。
【００２４】
また、本実施形態の多層配線基板１においては、絶縁層１１ａ〜ｄを形成するムライト質焼結体が、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、さらにチタン酸マンガンを１．１〜１．５質量％含有することが望ましく、この場合には、絶縁基体１１の機械的強度を高めるとともに、耐薬品性を高めることができる。
【００２５】
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、本実施形態の多層配線基板１を構成する絶縁層１１ａ〜ｄとして、マンガンとチタンとマグネシウムとを含有するムライト質焼結体で形成した場合には、後述するように１３８０℃〜１４２０℃の焼成温度において緻密なムライト質焼結体を得ることができ、その結果、十分な機械的強度を持たせることが可能となる。
【００２６】
また、ムライトの結晶相の粒界にチタン酸マンガンのみが存在するようなムライト質焼結体では、誘電損失が著しく大きく、例えば、シグナル用の内部配線層を利用して評価される電気信号の伝送特性に遅延が生じやくなるが、本実施形態の多層配線基板１では、ムライトの結晶相の粒界にチタン酸マンガンとともにチタン酸アルミニウムマグネシウムの結晶が存在していることから、絶縁基体１１の耐薬品性を高められるとともに、粒界にチ
タン酸マンガンのみが存在することに起因する誘電正接の増加を抑制でき、これにより内部配線層１２の電気信号の伝送特性を高めることができる。
【００２７】
本実施形態の多層配線基板１では、内部配線層１２およびビアホール導体１４が、タングステン、モリブデンおよび銅のうちのいずれか１種の金属を主体として構成されるのが良い。特に、内部配線層１２およびビアホール導体１４の導体抵抗を低減して導体に起因する伝送損失を低減できるという点で銅を含有することが望ましい。例えば、絶縁層１１ａ〜ｄとしてチタン酸アルミニウムマグネシウムとチタン酸マンガンを含有するムライト質焼結体を用いる場合、内部配線層１２として銅を４０〜６０体積％、Ｍｏ、Ｗのうちの少なくとも１種を４０〜６０体積％とする組成を有する複合導体を用いることが良く、この複合導体を用いれば、絶縁層１１ａ〜ｄの焼結温度に近づけることができる。その結果、絶縁層１１ａ〜ｄを緻密化させることができるとともに、内部配線層１２についても寸法ばらつきが小さく緻密な内部配線層１２を形成することが可能となる。こうして、低抵抗の内部配線層１２およびビアホール導体１４を有し、低熱膨張であり、誘電正接が小さくかつ耐薬品性に優れた多層配線基板を得ることができる。
【００２８】
図２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２は、図１の多層配線基板１の表面に表面配線層２１が設けられており、この表面配線層２１に半導体素子の電気特性を測定するための測定端子２３が接続されたものである。また、本実施形態のプローブカード２おいては、測定端子２３が設けられた面とは反対側の面に接続端子３１が形成され、この接続端子３１を介して外部回路基板３３が接合されている。さらに、外部回路基板３３はテスタ３４に接続されており、ステージ３５の上に載置された半導体ウェハ３７の上面にプローブカード２の測定端子２３を接触させて半導体ウェハ３７上に形成された多数の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は、昇降装置３９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２３を半導体ウェハ３７の上面に接触させたり離したりするようになっている。
【００２９】
プローブカード２に本実施形態の多層配線基板１を適用すると、多層配線基板１を構成する絶縁基体１１が上述したムライト質焼結体により構成されることからプローブカード２の熱膨張係数を小さくすることができる。これにより、例えば、半導体ウェハ３７の電気検査を行う場合の熱負荷試験において、プローブカード２を構成する多層配線基板１の表面に形成された測定端子２３と半導体ウェハ３７の表面に形成された測定パッドとの位置ずれがほとんど無く、電気特性の検査において好適に使用できる。
【００３０】
また、本実施形態のプローブカード２では、多層配線基板１を構成する絶縁基体１１として、誘電正接の小さいムライト質焼結体を用いることから、伝送特性に優れた電気回路を有するものとすることができる。
【００３１】
この場合、プローブカード２においても、それを構成する多層配線基板１の絶縁基体１１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チタン酸アルミニウムマグネシウムを１．０〜１．５質量％含有することが望ましく、さらには、チタン酸マンガンを１．１〜１．５質量％含有することが望ましい。
【００３２】
また、本実施形態のプローブカード２を構成する多層配線基板１の絶縁基体１１として、チタン酸アルミニウムマグネシウムとチタン酸マンガンとを含有する上述のムライト質焼結体を適用すると、多層配線基板１は熱膨張係数を小さくかつ機械的強度（３点曲げ強度）の高いものとなることから、プローブカード２に多層配線基板１を組み付けるときのボルト等の締め付けにおいても破損が無く、また、プローブカード２を大型化したときのたわみも低減できる。これによりプローブカード２における全ての測定端子プローブピン
の先端の位置をほぼ同じ高さに近づけることが可能となり、電気特性の検査の精度を高めることができる。
【００３３】
また、図１に示す多層配線基板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２１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２用の多層配線基板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、多層配線基板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２１が形成され、さらに、この表面配線層２１の表面上に測定端子（プローブピン）２３が形成され、図２に示すプローブカード２が形成される。
【００３４】
次に、本実施形態のムライト質焼結体およびこれを用いた多層配線基板１ならびにプローブカード２の製造方法について説明する。
【００３５】
まず、純度が９９％以上、平均粒径が０．５〜２．５μｍのムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）粉末を準備する。ムライト粉末として、平均粒径が０．５μｍ以上のものを用いることで、多層配線基板１の絶縁層１１ａ〜ｄを形成するシートの成形性を高めることができ、また、２．５μｍ以下のものを用いることで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。
【００３６】
次に、ムライト粉末に対して、酸化マグネシウム粉末とアナターゼ型の二酸化チタン粉末とをそれぞれ少量添加して混合粉末を調製する。このような混合粉末を用いることにより、ムライト質焼結体中にチタン酸アルミニウムマグネシウムの結晶相を形成することができ、これにより熱膨張係数が小さくかつ誘電正接の小さいムライト質焼結体を得ることができる。ここで、アナターゼ型の二酸化チタン粉末とは、二酸化チタン粉末をＸ線回折にて同定したときに、ルチル型の二酸化チタンのメインピークの回折強度がアナターゼ型の二酸化チタンのメインピークの回折強度に対して１０％以下であるものをいう。
【００３７】
また、ムライト粉末１００質量％に対して、酸化マグネシウム粉末を１〜２質量％、アナターゼ型の二酸化チタン粉末を２〜６質量％添加した混合粉末を用いたときには、チタン酸アルミニウムマグネシウムを１．０〜１．５質量％含有するムライト質焼結体を得ることができる。
【００３８】
さらに、ムライト粉末１００質量％に対して、酸化マグネシウム粉末を１〜２質量％、アナターゼ型の二酸化チタン粉末を２〜６質量％とし、さらに酸化マンガン（Ｍｎ２Ｏ３）粉末を１〜３質量％添加した混合粉末を用い、最高温度を１３８０〜１４２０℃として焼結させた場合には、チタン酸アルミニウムマグネシウムを１．０〜１．５質量％含有するとともに、チタン酸マンガンを１．１〜１．５質量％含有するムライト質焼結体を得ることができる。この場合、添加剤として用いる酸化マンガン粉末は平均粒径が０．５〜３μｍ、アナターゼ型の二酸化チタン粉末は０．５〜２μｍおよび酸化マグネシウム粉末は平均粒径が０．５〜３μｍであるものを用いるがよく、また、これら酸化マンガン粉末、二酸化チタン粉末および酸化マグネシウム粉末は、純度がいずれも９９質量％以上であるものがよい。これにより、Ｍｎ、ＴｉおよびＭｇの拡散を向上でき、緻密な焼結体を得ることができる。なお、二酸化チタン粉末としてルチル型の二酸化チタン粉末を用いた場合には、ムライト質焼結体中にチタン酸アルミニウムマグネシウムの結晶相を形成することが困難となり誘電正接の小さいムライト質焼結体を得ることができない。
【００３９】
次に、この混合粉末に対して有機バインダ、溶媒を添加して顆粒または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または粉末の成形体を作製する。なお、グリーンシートまたは成形体の厚みはたとえば５０〜３００μｍとすることができるが、特に限定されない。
【００４０】
ここで、多層配線基板１を作製する場合には、グリーンシートに対して、適宜、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。
【００４１】
このようにして貫通孔の形成されたグリーンシートに対して、例えば、銅粉末、タングステン粉末およびモリブデン粉末のうち少なくとも１種の金属粉末を含む導体ペーストを充填するとともに、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、導体ペーストとしては、低抵抗の内部配線層１２およびビアホール導体１４を形成できるという点で、タングステン粉末またはモリブデン粉末あるいはこれらの混合粉末に銅粉末を混合したものを用いることが望ましい。
【００４２】
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て積層体を作製する。そして、得られた積層体や成形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。
【００４３】
以上述べた方法により作製されたムライト質焼結体は、低熱膨張でありかつ低誘電損失となり、例えば、多層配線基板およびプローブカード２の絶縁基体１１としても好適に用いることができる。
【実施例】
【００４４】
純度が９９％、平均粒子径が２．１μｍのムライト粉末（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）１００質量部に対して、純度が９９％、平均粒子径が１．５μｍのＭｎ２Ｏ３粉末、純度が９９％、平均粒径が１．０μｍのＴｉＯ２粉末（アナターゼ型およびルチル型）、純度が９９％、平均粒子径が０．７μｍのＭｇＯ粉末を表１および表２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。
【００４５】
得られたグリーンシートを１５層積層し、室温から６００℃の温度において窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行なった後、引き続き同じ焼成雰囲気中にて表１および表２に示す最高温度にて１時間保持するという条件で焼成を行いムライト質焼結体を得た。
【００４６】
ムライト質焼結体に存在する結晶相とその比率については、まず、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に照らし合わせて、ムライト、チタン酸アルミニウムマグネシウム（Ｍｇ０．３Ａｌ１．４Ｔｉ１．３Ｏ５ＭｎＴｉＯ３）およびチタン酸マンガン（ＭｎＴｉＯ５）の各結晶相の同定を行った。その結果、ムライトが主結晶相として存在していることを確認した。また、他の結晶相として、チタン酸アルミニウムマグネシウムおよびチタン酸マンガンの結晶相の有無および同定された結晶相であるチタン酸アルミニウムマグネシウム（Ｍｇ０．３Ａｌ１．４Ｔｉ１．３Ｏ５）およびチタン酸マンガン（ＭｎＴｉＯ５）について、リートベルト解析により結晶相比率をそれぞれ求めた。
【００４７】
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％以下の場合を良品（○）とした。
【００４８】
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、室温〜３００℃における熱膨張係数を測定した。
【００４９】
さらに、ＪＩＳＲ１６０１に定める曲げ強度の試験方法に基づき、３点曲げ強度を測定した。ここで、測定に用いた試料は、長さが約２０ｍｍ、幅が約２ｍｍ、厚みが約１．５ｍｍのサイズとした。
【００５０】
なお、Ｘ線回折、耐薬品性、熱膨張係数の評価は試料数を３個とし、平均値より求めた。また、３点曲げ強度の評価は試料数を１０本とし、平均値より求めた。
【００５１】
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粉末が４５体積％、Ｗ粉末が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。
【００５２】
このとき、内部配線パターンの一部に、抵抗測定用として、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。
【００５３】
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。
【００５４】
次に、この積層体を、上記したムライト質焼結体を作製したときと同様、室温から６００℃の温度において窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行なった後、引き続き同じ焼成雰囲気中にて最高温度を１４００℃または１５００℃として１時間保持して焼成を行いプローブカード用の多層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。
【００５５】
次に、作製したプローブカード用の多層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ＴｉおよびＣｕの導電性薄膜を順に形成した。
【００５６】
次に、フォトリソグラフィーによりＴｉおよびＣｕの導電性薄膜をパターン加工して、このＣｕの表面にＮｉおよびＡｕの電解めっき膜を順に形成して、プローブカード用の多層配線基板の表面のビアホール導体上にプローブカード用の表面配線層を形成した。
【００５７】
次に、この多層配線基板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。
【００５８】
作製したプローブカードの多層配線基板から絶縁基体の部分を切り出し、ブリッジ回路法を用いて周波数１ＭＨｚにおける誘電正接（ｔａｎδ）を測定し、絶縁基体の誘電正接を評価した。
【００５９】
また、絶縁基体中に含まれるマンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）およびマグネシウム（Ｍｇ）の含有量は、プローブカードの多層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）およびマグネシウム（Ｍｇ）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およびＭｇの量を酸化物換算で求めたところ表１および表２に示す量にそれぞれ一致していた。
【００６０】
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。
【００６１】
【表１】
【００６２】
【表２】
【００６３】
表１の結果から明らかなように、本発明の試料（試料Ｎｏ．１〜３、７〜１０、１２〜１４、１８〜２１、２３および２４）は、いずれもムライト質焼結体中にチタン酸アルミニウムマグネシウムの結晶相が存在し、室温から３００℃における熱膨張係数が４．８×１０−６／℃以下であり、また、誘電正接が３１０×１０−４以下であった。
【００６４】
また、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チタン酸アルミニウムマグネシウムが１．０〜１．５質量％含まれている試料（試料Ｎｏ．２、３、７〜９、１３、１４、１８〜２０、２３および２４）では、ムライト質焼結体の室温から３００℃における熱膨張係数が３．７〜４．１×１０−６／℃、誘電正接を３００×１０−４以下であった。
【００６５】
さらに、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チタン酸アルミニウムマグネシウムが１．０〜１．５質量％含まれているとともに、チタン酸マンガンを１．１〜１．５質量％含有する試料（試料Ｎｏ．１３、１４および１８〜２０）では、３点曲げ強度が３３５ＭＰａ以上であるとともに、耐薬品性が良好であった。
【００６６】
これら本発明の試料である試料Ｎｏ．１〜３、７〜１０、１２〜１４、１８〜２１、２３および２４のムライト質焼結体を用いて作製された多層配線基板をプローブカードに適用した場合には、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、プローブカードとして組み立てた時にもボルトの締め付けによる破損が無かった。また、誘電正接が低いことからシグナル用の内部配線層を利用した電気信号の伝送特性の評価においても遅延がなく好適に使用できるものであった。
【００６７】
これに対し、試料（試料Ｎｏ．４〜６、１１、１５〜１７、２２）では、チタン酸アルミニウムを含んでいないため、ムライト質焼結体の誘電正接がいずれも３１０×１０−４を大きく上回るものであった。
【符号の説明】
【００６８】
１：多層配線基板
１１：絶縁基体
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ：絶縁層
１２：内部配線層
１４：ビアホール導体
２：プローブカード
２１：表面配線層
２３：測定端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低熱膨張かつ低誘電損失のムライト質焼結体とこれを用いた多層配線基板およびプローブカードに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子機器の内部に組み込まれたＬＳＩ等の半導体素子を環境的に保護するとともに、半導体素子の放熱性を高め、かつ動作特性を安定化させるための筐体として半導体素子収納用パッケージと呼ばれる多層配線基板が用いられている。近年、半導体素子の高速化、高密度化に伴って、多層配線基板上に直接半導体素子を実装するフリップチップ実装といわれる実装方式が採用されているが、このような実装方式においては、半導体素子のサイズが大きくなるにつれて多層配線基板との間で実装時の温度変化によって生ずる応力が大きくなるという問題を有している。このような応力は多層配線基板の熱膨張係数と半導体素子の材料であるシリコン（Ｓｉ）の熱膨張係数（シリコン：２．５〜３．５×１０−６／℃）との差によって生ずるものである。このため以前より、シリコンとの熱膨張係数の差の小さいムライト質焼結体を絶縁層の材料として採用する試みが行われている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２４５２６３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されたムライト質焼結体は誘電正接が大きいことから、絶縁層として用いたときに多層配線基板の内部配線層を伝搬する電気信号の伝送特性が悪くなるという問題があった。
【０００５】
従って、本発明は、熱膨張係数が小さくかつ誘電正接の小さいムライト質焼結体とこれを絶縁層とする多層配線基板ならびに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】
【０００６】
本発明のムライト質焼結体は、ムライトを主結晶相とし、チタン酸アルミニウムマグネシウムを含有してなることを特徴とする。
【０００７】
また、上記ムライト質焼結体では、前記チタン酸アルミニウムマグネシウムが、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１．０〜１．５質量％含まれていることが望ましい。
【０００８】
また、上記ムライト質焼結体では、Ｘ線回折測定によるリートベルト解析から求められる組成で、さらに、チタン酸マンガンを１．１〜１．５質量％含有することが望ましい。
【０００９】
本発明の多層配線基板は、複数の絶縁層を積層してなる絶縁基体と、該絶縁基体の内部に形成された内部配線層とを備えている多層配線基板であって、前記絶縁層が上記のムライト質焼結体からなることを特徴とする。
【００１０】
本発明のプローブカードは、上記の多層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】
【００１１】
本発明によれば、熱膨張係数が小さくかつ誘電正接の小さいムライト質焼結体とこれを絶縁層とする多層配線基板ならびにプローブカードを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の多層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の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本実施形態のムライト質焼結体は、ムライトを主結晶相とし、チタン酸アルミニウムマグネシウムを含有してなることを特徴とするものであり、これにより熱膨張係数が４．８×１０−６／℃以下と小さくかつ誘電正接の小さなムライト質焼結体を得ることができる。これはムライト質焼結体中に、常誘電体であり単体として誘電正接の低いチタン酸アルミニウムマグネシウム（７０×１０−４以下（１ＭＨｚ））の結晶相が形成されるためである。
【００１４】
ここで、ムライトを主結晶相とするとは、ムライト質焼結体について、Ｘ線回折によるリートベルト解析を行ったときに得られる組成で、ムライトを７０質量％以上含むものをいい、ムライトとしては、ａＡｌ２Ｏ３・ｂＳｉＯ２として表わされる化学式において、ａ＝１．９〜３．２、ｂ＝０．９〜２．１の組成を有することが望ましい。
【００１５】
また、チタン酸マグネシウムアルミニウムとしては、ＭｇｘＡｌｙＴｉｚＯＷで表される化学式において、Ｘ＝０．２〜０．５、ｙ＝１．２〜１．７、Ｚ＝１．１〜１．５およびｗ＝４．５〜５．５の組成を有するものが好ましい。
【００１６】
本実施形態のムライト質焼結体を構成するムライトの結晶相は、粒子状または柱状の結晶として焼結体中に存在している。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ならびにムライト質焼結体中に形成される最大気孔径を２０μｍ以下に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。
【００１７】
ここで、ムライトの平均粒径は、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ムライトの結晶粒子を選択し、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。
【００１８】
また、ムライト質焼結体の最大気孔径は、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を、例えば、走査電子顕微鏡や画像解析装置などにより測定する。この場合、まず、作製した試料の研磨面のほぼ中央部の３００μｍ角の領域について、１００〜３００倍の倍率で観察して研磨面に存在する気孔径を測定し、測定した気孔から最大気孔径を求める。
【００１９】
また、本実施形態のムライト質焼結体では、チタン酸アルミニウムマグネシウムが、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１．０〜１．５質量％含まれていることが望ましい。ムライト質焼結体中にチタン酸アルミニウムマグネシウムをこのような
範囲で含有させることでムライト質焼結体の室温から３００℃における熱膨張係数を３．７〜４．１×１０−６／℃、誘電正接を３００×１０−４以下にすることが可能となる。
【００２０】
さらに、本実施形態の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、さらに、チタン酸マンガンを１．１〜１．５質量％含有することが望ましい。これによりムライト質焼結体の機械的強度（３点曲げ強度）を３３５ＭＰａ以上にできるとともに、耐薬品性を高めることが可能となる。この場合、チタン酸マンガンが粒界に存在すると、粒界に存在するガラス相を低減できるためにムライト質焼結体の耐薬品性を向上させることができる。また、粒界が結晶質となるために、ムライト結晶間の結合が強化され、これによりムライト質焼結体の機械的強度を高めることができる。なお、本実施形態において耐薬品性が高いというのは、例えば、ムライト質焼結体を、水酸化カリウムを４０質量％程度溶解させた水溶液に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量が重量変化率で０．１２％以下というレベルである。
【００２１】
図１は、本発明の多層配線基板の一実施形態の概略断面図である。図１に示す多層配線基板１は、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とを備えており、その絶縁基体１１の内部において、少なくとも内部配線層１２同士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は複数の絶縁層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ（以下、１１ａ〜ｄと記す。）を積層したもので、それぞれの絶縁層１１ａ〜ｄは、上述したムライト質焼結体により形成されている。絶縁基体１１が上述した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４．８×１０−６／℃以下の範囲にでき、これにより本実施形態の多層配線基板１は、ＬＳＩ等の半導体素子との間における実装時の温度変化によって生ずる応力を小さくすることができる。その結果、半導体素子をフリップチップ実装した場合にも接続信頼性の高い多層配線基板１を得ることができる。また、本実施形態の多層配線基板１では誘電正接を小さくすることができることから多層配線基板１の伝送特性を高めることが可能となる。
【００２３】
この場合、絶縁基体１１の熱膨張係数および誘電正接をより小さくできるという点で、絶縁層１１ａ〜ｄを形成するムライト質焼結体が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チタン酸アルミニウムマグネシウムを１．０〜１．５質量％含有することが望ましい。
【００２４】
また、本実施形態の多層配線基板１においては、絶縁層１１ａ〜ｄを形成するムライト質焼結体が、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、さらにチタン酸マンガンを１．１〜１．５質量％含有することが望ましく、この場合には、絶縁基体１１の機械的強度を高めるとともに、耐薬品性を高めることができる。
【００２５】
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、本実施形態の多層配線基板１を構成する絶縁層１１ａ〜ｄとして、マンガンとチタンとマグネシウムとを含有するムライト質焼結体で形成した場合には、後述するように１３８０℃〜１４２０℃の焼成温度において緻密なムライト質焼結体を得ることができ、その結果、十分な機械的強度を持たせることが可能となる。
【００２６】
また、ムライトの結晶相の粒界にチタン酸マンガンのみが存在するようなムライト質焼結体では、誘電損失が著しく大きく、例えば、シグナル用の内部配線層を利用して評価される電気信号の伝送特性に遅延が生じやくなるが、本実施形態の多層配線基板１では、ムライトの結晶相の粒界にチタン酸マンガンとともにチタン酸アルミニウムマグネシウムの結晶が存在していることから、絶縁基体１１の耐薬品性を高められるとともに、粒界にチ
タン酸マンガンのみが存在することに起因する誘電正接の増加を抑制でき、これにより内部配線層１２の電気信号の伝送特性を高めることができる。
【００２７】
本実施形態の多層配線基板１では、内部配線層１２およびビアホール導体１４が、タングステン、モリブデンおよび銅のうちのいずれか１種の金属を主体として構成されるのが良い。特に、内部配線層１２およびビアホール導体１４の導体抵抗を低減して導体に起因する伝送損失を低減できるという点で銅を含有することが望ましい。例えば、絶縁層１１ａ〜ｄとしてチタン酸アルミニウムマグネシウムとチタン酸マンガンを含有するムライト質焼結体を用いる場合、内部配線層１２として銅を４０〜６０体積％、Ｍｏ、Ｗのうちの少なくとも１種を４０〜６０体積％とする組成を有する複合導体を用いることが良く、この複合導体を用いれば、絶縁層１１ａ〜ｄの焼結温度に近づけることができる。その結果、絶縁層１１ａ〜ｄを緻密化させることができるとともに、内部配線層１２についても寸法ばらつきが小さく緻密な内部配線層１２を形成することが可能となる。こうして、低抵抗の内部配線層１２およびビアホール導体１４を有し、低熱膨張であり、誘電正接が小さくかつ耐薬品性に優れた多層配線基板を得ることができる。
【００２８】
図２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２は、図１の多層配線基板１の表面に表面配線層２１が設けられており、この表面配線層２１に半導体素子の電気特性を測定するための測定端子２３が接続されたものである。また、本実施形態のプローブカード２おいては、測定端子２３が設けられた面とは反対側の面に接続端子３１が形成され、この接続端子３１を介して外部回路基板３３が接合されている。さらに、外部回路基板３３はテスタ３４に接続されており、ステージ３５の上に載置された半導体ウェハ３７の上面にプローブカード２の測定端子２３を接触させて半導体ウェハ３７上に形成された多数の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は、昇降装置３９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２３を半導体ウェハ３７の上面に接触させたり離したりするようになっている。
【００２９】
プローブカード２に本実施形態の多層配線基板１を適用すると、多層配線基板１を構成する絶縁基体１１が上述したムライト質焼結体により構成されることからプローブカード２の熱膨張係数を小さくすることができる。これにより、例えば、半導体ウェハ３７の電気検査を行う場合の熱負荷試験において、プローブカード２を構成する多層配線基板１の表面に形成された測定端子２３と半導体ウェハ３７の表面に形成された測定パッドとの位置ずれがほとんど無く、電気特性の検査において好適に使用できる。
【００３０】
また、本実施形態のプローブカード２では、多層配線基板１を構成する絶縁基体１１として、誘電正接の小さいムライト質焼結体を用いることから、伝送特性に優れた電気回路を有するものとすることができる。
【００３１】
この場合、プローブカード２においても、それを構成する多層配線基板１の絶縁基体１１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チタン酸アルミニウムマグネシウムを１．０〜１．５質量％含有することが望ましく、さらには、チタン酸マンガンを１．１〜１．５質量％含有することが望ましい。
【００３２】
また、本実施形態のプローブカード２を構成する多層配線基板１の絶縁基体１１として、チタン酸アルミニウムマグネシウムとチタン酸マンガンとを含有する上述のムライト質焼結体を適用すると、多層配線基板１は熱膨張係数を小さくかつ機械的強度（３点曲げ強度）の高いものとなることから、プローブカード２に多層配線基板１を組み付けるときのボルト等の締め付けにおいても破損が無く、また、プローブカード２を大型化したときのたわみも低減できる。これによりプローブカード２における全ての測定端子プローブピン
の先端の位置をほぼ同じ高さに近づけることが可能となり、電気特性の検査の精度を高めることができる。
【００３３】
また、図１に示す多層配線基板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２１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２用の多層配線基板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、多層配線基板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２１が形成され、さらに、この表面配線層２１の表面上に測定端子（プローブピン）２３が形成され、図２に示すプローブカード２が形成される。
【００３４】
次に、本実施形態のムライト質焼結体およびこれを用いた多層配線基板１ならびにプローブカード２の製造方法について説明する。
【００３５】
まず、純度が９９％以上、平均粒径が０．５〜２．５μｍのムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）粉末を準備する。ムライト粉末として、平均粒径が０．５μｍ以上のものを用いることで、多層配線基板１の絶縁層１１ａ〜ｄを形成するシートの成形性を高めることができ、また、２．５μｍ以下のものを用いることで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。
【００３６】
次に、ムライト粉末に対して、酸化マグネシウム粉末とアナターゼ型の二酸化チタン粉末とをそれぞれ少量添加して混合粉末を調製する。このような混合粉末を用いることにより、ムライト質焼結体中にチタン酸アルミニウムマグネシウムの結晶相を形成することができ、これにより熱膨張係数が小さくかつ誘電正接の小さいムライト質焼結体を得ることができる。ここで、アナターゼ型の二酸化チタン粉末とは、二酸化チタン粉末をＸ線回折にて同定したときに、ルチル型の二酸化チタンのメインピークの回折強度がアナターゼ型の二酸化チタンのメインピークの回折強度に対して１０％以下であるものをいう。
【００３７】
また、ムライト粉末１００質量％に対して、酸化マグネシウム粉末を１〜２質量％、アナターゼ型の二酸化チタン粉末を２〜６質量％添加した混合粉末を用いたときには、チタン酸アルミニウムマグネシウムを１．０〜１．５質量％含有するムライト質焼結体を得ることができる。
【００３８】
さらに、ムライト粉末１００質量％に対して、酸化マグネシウム粉末を１〜２質量％、アナターゼ型の二酸化チタン粉末を２〜６質量％とし、さらに酸化マンガン（Ｍｎ２Ｏ３）粉末を１〜３質量％添加した混合粉末を用い、最高温度を１３８０〜１４２０℃として焼結させた場合には、チタン酸アルミニウムマグネシウムを１．０〜１．５質量％含有するとともに、チタン酸マンガンを１．１〜１．５質量％含有するムライト質焼結体を得ることができる。この場合、添加剤として用いる酸化マンガン粉末は平均粒径が０．５〜３μｍ、アナターゼ型の二酸化チタン粉末は０．５〜２μｍおよび酸化マグネシウム粉末は平均粒径が０．５〜３μｍであるものを用いるがよく、また、これら酸化マンガン粉末、二酸化チタン粉末および酸化マグネシウム粉末は、純度がいずれも９９質量％以上であるものがよい。これにより、Ｍｎ、ＴｉおよびＭｇの拡散を向上でき、緻密な焼結体を得ることができる。なお、二酸化チタン粉末としてルチル型の二酸化チタン粉末を用いた場合には、ムライト質焼結体中にチタン酸アルミニウムマグネシウムの結晶相を形成することが困難となり誘電正接の小さいムライト質焼結体を得ることができない。
【００３９】
次に、この混合粉末に対して有機バインダ、溶媒を添加して顆粒または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または粉末の成形体を作製する。なお、グリーンシートまたは成形体の厚みはたとえば５０〜３００μｍとすることができるが、特に限定されない。
【００４０】
ここで、多層配線基板１を作製する場合には、グリーンシートに対して、適宜、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。
【００４１】
このようにして貫通孔の形成されたグリーンシートに対して、例えば、銅粉末、タングステン粉末およびモリブデン粉末のうち少なくとも１種の金属粉末を含む導体ペーストを充填するとともに、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、導体ペーストとしては、低抵抗の内部配線層１２およびビアホール導体１４を形成できるという点で、タングステン粉末またはモリブデン粉末あるいはこれらの混合粉末に銅粉末を混合したものを用いることが望ましい。
【００４２】
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て積層体を作製する。そして、得られた積層体や成形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。
【００４３】
以上述べた方法により作製されたムライト質焼結体は、低熱膨張でありかつ低誘電損失となり、例えば、多層配線基板およびプローブカード２の絶縁基体１１としても好適に用いることができる。
【実施例】
【００４４】
純度が９９％、平均粒子径が２．１μｍのムライト粉末（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）１００質量部に対して、純度が９９％、平均粒子径が１．５μｍのＭｎ２Ｏ３粉末、純度が９９％、平均粒径が１．０μｍのＴｉＯ２粉末（アナターゼ型およびルチル型）、純度が９９％、平均粒子径が０．７μｍのＭｇＯ粉末を表１および表２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。
【００４５】
得られたグリーンシートを１５層積層し、室温から６００℃の温度において窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行なった後、引き続き同じ焼成雰囲気中にて表１および表２に示す最高温度にて１時間保持するという条件で焼成を行いムライト質焼結体を得た。
【００４６】
ムライト質焼結体に存在する結晶相とその比率については、まず、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に照らし合わせて、ムライト、チタン酸アルミニウムマグネシウム（Ｍｇ０．３Ａｌ１．４Ｔｉ１．３Ｏ５ＭｎＴｉＯ３）およびチタン酸マンガン（ＭｎＴｉＯ５）の各結晶相の同定を行った。その結果、ムライトが主結晶相として存在していることを確認した。また、他の結晶相として、チタン酸アルミニウムマグネシウムおよびチタン酸マンガンの結晶相の有無および同定された結晶相であるチタン酸アルミニウムマグネシウム（Ｍｇ０．３Ａｌ１．４Ｔｉ１．３Ｏ５）およびチタン酸マンガン（ＭｎＴｉＯ５）について、リートベルト解析により結晶相比率をそれぞれ求めた。
【００４７】
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％以下の場合を良品（○）とした。
【００４８】
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、室温〜３００℃における熱膨張係数を測定した。
【００４９】
さらに、ＪＩＳＲ１６０１に定める曲げ強度の試験方法に基づき、３点曲げ強度を測定した。ここで、測定に用いた試料は、長さが約２０ｍｍ、幅が約２ｍｍ、厚みが約１．５ｍｍのサイズとした。
【００５０】
なお、Ｘ線回折、耐薬品性、熱膨張係数の評価は試料数を３個とし、平均値より求めた。また、３点曲げ強度の評価は試料数を１０本とし、平均値より求めた。
【００５１】
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粉末が４５体積％、Ｗ粉末が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。
【００５２】
このとき、内部配線パターンの一部に、抵抗測定用として、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。
【００５３】
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。
【００５４】
次に、この積層体を、上記したムライト質焼結体を作製したときと同様、室温から６００℃の温度において窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行なった後、引き続き同じ焼成雰囲気中にて最高温度を１４００℃または１５００℃として１時間保持して焼成を行いプローブカード用の多層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。
【００５５】
次に、作製したプローブカード用の多層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ＴｉおよびＣｕの導電性薄膜を順に形成した。
【００５６】
次に、フォトリソグラフィーによりＴｉおよびＣｕの導電性薄膜をパターン加工して、このＣｕの表面にＮｉおよびＡｕの電解めっき膜を順に形成して、プローブカード用の多層配線基板の表面のビアホール導体上にプローブカード用の表面配線層を形成した。
【００５７】
次に、この多層配線基板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。
【００５８】
作製したプローブカードの多層配線基板から絶縁基体の部分を切り出し、ブリッジ回路法を用いて周波数１ＭＨｚにおける誘電正接（ｔａｎδ）を測定し、絶縁基体の誘電正接を評価した。
【００５９】
また、絶縁基体中に含まれるマンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）およびマグネシウム（Ｍｇ）の含有量は、プローブカードの多層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）およびマグネシウム（Ｍｇ）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およびＭｇの量を酸化物換算で求めたところ表１および表２に示す量にそれぞれ一致していた。
【００６０】
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。
【００６１】
【表１】
【００６２】
【表２】
【００６３】
表１の結果から明らかなように、本発明の試料（試料Ｎｏ．１〜３、７〜１０、１２〜１４、１８〜２１、２３および２４）は、いずれもムライト質焼結体中にチタン酸アルミニウムマグネシウムの結晶相が存在し、室温から３００℃における熱膨張係数が４．８×１０−６／℃以下であり、また、誘電正接が３１０×１０−４以下であった。
【００６４】
また、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チタン酸アルミニウムマグネシウムが１．０〜１．５質量％含まれている試料（試料Ｎｏ．２、３、７〜９、１３、１４、１８〜２０、２３および２４）では、ムライト質焼結体の室温から３００℃における熱膨張係数が３．７〜４．１×１０−６／℃、誘電正接を３００×１０−４以下であった。
【００６５】
さらに、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チタン酸アルミニウムマグネシウムが１．０〜１．５質量％含まれているとともに、チタン酸マンガンを１．１〜１．５質量％含有する試料（試料Ｎｏ．１３、１４および１８〜２０）では、３点曲げ強度が３３５ＭＰａ以上であるとともに、耐薬品性が良好であった。
【００６６】
これら本発明の試料である試料Ｎｏ．１〜３、７〜１０、１２〜１４、１８〜２１、２３および２４のムライト質焼結体を用いて作製された多層配線基板をプローブカードに適用した場合には、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、プローブカードとして組み立てた時にもボルトの締め付けによる破損が無かった。また、誘電正接が低いことからシグナル用の内部配線層を利用した電気信号の伝送特性の評価においても遅延がなく好適に使用できるものであった。
【００６７】
これに対し、試料（試料Ｎｏ．４〜６、１１、１５〜１７、２２）では、チタン酸アルミニウムを含んでいないため、ムライト質焼結体の誘電正接がいずれも３１０×１０−４を大きく上回るものであった。
【符号の説明】
【００６８】
１：多層配線基板
１１：絶縁基体
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ：絶縁層
１２：内部配線層
１４：ビアホール導体
２：プローブカード
２１：表面配線層
２３：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、チタン酸アルミニウムマグネシウムを含有してなることを特徴とするムライト質焼結体。
【請求項２】
前記チタン酸アルミニウムマグネシウムが、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１．１〜１．５質量％含まれていることを特徴とする請求項１に記載のムライト質焼結体。
【請求項３】
Ｘ線回折測定によるリートベルト解析から求められる組成で、さらに、チタン酸マンガンを１．１〜１．５質量％含有することを特徴とする請求項１または２に記載のムライト質焼結体。
【請求項４】
複数の絶縁層を積層してなる絶縁基体と、該絶縁基体の内部に形成された内部配線層とを備えている多層配線基板であって、前記絶縁層が請求項１乃至３のうちいずれかに記載のムライト質焼結体からなることを特徴とする多層配線基板。
【請求項５】
請求項４に記載の多層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い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、チタン酸アルミニウムマグネシウムを含有してなることを特徴とするムライト質焼結体。
【請求項２】
前記チタン酸アルミニウムマグネシウムが、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１．１〜１．５質量％含まれていることを特徴とする請求項１に記載のムライト質焼結体。
【請求項３】
Ｘ線回折測定によるリートベルト解析から求められる組成で、さらに、チタン酸マンガンを１．１〜１．５質量％含有することを特徴とする請求項１または２に記載のムライト質焼結体。
【請求項４】
複数の絶縁層を積層してなる絶縁基体と、該絶縁基体の内部に形成された内部配線層とを備えている多層配線基板であって、前記絶縁層が請求項１乃至３のうちいずれかに記載のムライト質焼結体からなることを特徴とする多層配線基板。
【請求項５】
請求項４に記載の多層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い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２０１２−１７１８１７（Ｐ２０１２−１７１８１７Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３３５１１（Ｐ２０１１−３３５１１）
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【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９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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