(57)【要約】【課題】  半導体素子に供給する副電源の電気特性の優れた、電気的な検査を行なうためのプローブカードに使用される多層配線基板を提供すること。【解決手段】  絶縁層の層間に配線導体層２が形成されたベース基板１と、樹脂絶縁層16が複数積層されて成るとともに樹脂絶縁層16の層間に薄膜配線層15が形成された薄膜多層部12と、薄膜多層部12の表面に形成された、薄膜配線層15および半導体素子７の電極に電気的に接続されて半導体素子７の電気的接続を検査するための複数の電極パッド３と、ベース基板１の主面に形成されて電極パッド３、薄膜配線層15および配線導体層２を電気的に接続する複数の接続パッド13とを具備しており、複数の接続パッド13は複数の副電源用接続パッド４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄから成る副電源用接続パッド群４を複数群含み、副電源用接続パッド群４は半導体素子の外周部直下に位置するようにそれぞれ配置されている。【選択図】  図１
2005079144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層が複数積層されて成るとともに前記絶縁層の層間に配線導体層が形成されたベース基板と、該ベース基板の主面に積層された、樹脂絶縁層が複数積層されて成るとともに前記樹脂絶縁層の層間に薄膜配線層が形成された薄膜多層部と、該薄膜多層部の表面に形成された、前記薄膜配線層および半導体素子の電極に電気的に接続されて前記半導体素子の電気的接続を検査するための複数の電極パッドと、前記ベース基板の主面に形成されて前記電極パッド、前記薄膜配線層および前記配線導体層を電気的に接続する複数の接続パッドとを具備しており、前記複数の接続パッドは複数の副電源用接続パッドから成る副電源用接続パッド群を複数群含み、前記副電源用接続パッド群は前記半導体素子の外周部直下に位置するようにそれぞれ配置されていることを特徴とする多層配線基板。
【請求項２】
請求項１記載の多層配線基板と、前記電極パッド上に接続されたプローブと、前記ベース基板の他の主面に形成されるとともに前記接続パッドに電気的に接続されている外部接続用電極パッドと、一端が前記外部接続用電極パッドに電気的に接続されるとともに他端が前記半導体素子の検査装置に電気的に接続される配線層が形成された中継基板とを具備したことを特徴とするプローブカード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子等の電気的な検査をするためのプローブカードに使用される多層配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子を電気的に検査する場合において、一般的にカンチレバー方式と呼ばれる針状のプローブ用電極パッドを具備するプローブカードを半導体素子の電極パッドに接続して検査する方法で行われてきた。しかし、近年になって、半導体素子の高集積化と処理信号数の増加にともない、半導体素子の電極パッドは多ピン化と狭ピッチ化が進んでおり、カンチレバー方式のプローブカードではプローブ用電極パッドを狭ピッチ化しかつ多数配置することが困難なため、検査方法は、垂直針状のプローブを細密に配置した垂直型のプローブカードによる方法に移り変わってきている。
【０００３】
図４に垂直型のプローブカードの模式的な断面図を示す。図４において、101はベース基板、103はプローブ用電極パッド、107は半導体素子、108は半導体素子107の電極、109は中継基板、110は垂直型のプローブ、111は多層配線基板、112は薄膜多層部、113は接続パッド、114は外部接続用電極パッドである。
【０００４】
垂直型のプローブカードは、樹脂等から成る中継基板109上に、多層配線基板111が配設され、さらにその上に垂直針状の垂直型のプローブ110が配設されている。検査対象の半導体素子107の電極108と垂直型のプローブ110が接続することで半導体素子107の電気的検査が行われる。なお、垂直型のプローブ110の代わりに異方導電性ゴム等が用いられる場合もある。また、半導体素子107の電極108は、半導体素子を駆動するための主電源用電極、グランド用電極、シグナル用電極および副電源用電極（アナログ回路用電源やシグナルの入出力用電源等）によって構成される。
【０００５】
一般的に電気的特性を考えると、多層配線基板111の副電源は伝送線路の配線抵抗が高いと、入力波形が伝送線路から出力される際に減衰するため、配線抵抗が低い方が良い。また、伝送線路の配線のインダクタンスが大きいと入力波形の立ち上がり部、立ち下り部に対応する出力波形にスパイク状のノイズを生じる。
【０００６】
多層配線基板111は、絶縁層が複数積層されて成るとともに絶縁層の層間に配線導体層が形成された、アルミナセラミックス、窒化アルミニウムセラミックス等のセラミックスから成るベース基板101の主面上に、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等から成り、スピンコート法等によって樹脂の前駆体を塗布し加熱硬化させることによって形成される樹脂絶縁層が複数積層されて成るとともに、樹脂絶縁層の層間に銅やアルミニウム等の金属から成り、めっき法や蒸着法等の薄膜形成技術およびフォトリソグラフィー技術を採用することによって形成される薄膜配線層が形成された薄膜多層部112を具備し、その薄膜多層部112の表層には垂直型のプローブ110との接続用にプローブ用電極パッド103が形成されている。また、中継基板109との接続のためにベース基板101の下面には外部接続用電極パッド114が形成され、これらのプローブ用電極パッド103と外部接続用電極パッド114とはベース基板10１と薄膜多層部112の界面に存在する接続パッド113で接続されている。
【０００７】
しかし、最近では半導体素子107の開発期間が非常に短縮されてきており、その電気検査に用いられるプローブカードも短納期対応が必須となっている。上記の垂直型のプローブカードは多ピン化と狭ピッチ化に優れているものの、カンチレバー方式に対して、製造納期が長くなるという問題がある。
【０００８】
垂直型のプローブカードに用いられる多層配線基板111は、検査対象である半導体素子107の電極108のレイアウトを元に設計を行ない、半導体素子107の設計完了後に多層配線基板111の設計を行ない、配線導体パターンとビアホールを形成したセラミックス等から成る絶縁層を積層して高温で焼成することでベース基板10１を作製し、その後、そのベース基板101上に、下層から１層ずつ薄膜配線導体パターンおよび有機樹脂から成る絶縁層を積層し、ビアホールを形成することで薄膜多層部112を作製する必要がある。そのために製造納期が非常に長くなってしまうのである。
【０００９】
そこで、これらの多層配線基板111の製造納期を短縮し、かつ安価に製造するために、多層配線基板111のべース基板101を多品種に共通で使用できるように共通化が図られ、半導体素子107の設計を開始する前にベース基板101を作製しておいて、ベース基板101の作製時間を削減することができるような工夫が行なわれている。
【００１０】
図５は従来の多層配線基板111の例を示す平面図である。図５において、101はベース基板、107は半導体素子、103はプローブ用電極パッド、104ａは副電源用接続パッド（Ａ）、105はシグナル配線、106は副電源用接続配線、112は薄膜多層部を示す。
【００１１】
副電源用接続パッド（Ａ）104aはベース基板101の表面にプレーン形状の配線導体層を有するものであるが、半導体素子107の電極108のパッドレイアウトが半導体素子107毎に全く異なるため、副電源用接続配線106は電極パッドと同様に、ベース基板101表面の副電源用接続パッド（Ａ）104ａから他のシグナル配線105と同様に結線されていた。
【特許文献１】特開2002−76073号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、半導体素子107の副電源用接続配線106は配線幅が細く、配線長が長くなるので、配線抵抗が大きく、インダクタンスも大きくなり、その結果、副電源の伝送線路にノイズが発生するとともに電気特性も良くないという問題点があった。
【００１３】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、製造納期を短縮することができ、副電源用接続配線の電気特性を向上させた高性能の多層配線基板とそれを用いたプローブカードを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の多層配線基板は、絶縁層が複数積層されて成るとともに、前記絶縁層の層間に配線導体層が形成されたベース基板と、このベース基板の主面に積層された、樹脂絶縁層が複数積層されて成るとともに前記樹脂絶縁層の層間に薄膜配線層が形成された薄膜多層部と、この薄膜多層部の表面に形成された、前記薄膜配線層および半導体素子の電極に電気的に接続されて前記半導体素子の電気的接続を検査するための複数の電極パッドと、前記ベース基板の主面に形成されて前記電極パッド、前記薄膜配線層および前記配線導体層を電気的に接続する複数の接続パッドとを具備しており、前記複数の接続パッドは複数の副電源用接続パッドから成る副電源用接続パッド群を複数群含み、前記副電源用接続パッド群は前記半導体素子の外周部直下に位置するようにそれぞれ配置されていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明のプローブカードは、本発明の多層配線基板と、前記電極パッド上に接続されたプローブと、前記ベース基板の他の主面に形成されるとともに前記接続パッドに電気的に接続されている外部接続用電極パッドと、一端が前記外部接続用電極パッドに電気的に接続されるとともに他端が前記半導体素子の検査装置に電気的に接続される配線層が形成された中継基板とを具備したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の多層配線基板によれば、絶縁層が複数積層されて成るとともに、絶縁層の層間に配線導体層が形成されたベース基板と、ベース基板の主面に積層された、樹脂絶縁層が複数積層されて成るとともに樹脂絶縁層の層間に薄膜配線層が形成された薄膜多層部と、薄膜多層部の表面に形成された、薄膜配線層および半導体素子の電極に電気的に接続されて半導体素子の電気的接続を検査するための複数の電極パッドと、ベース基板の主面に形成されて電極パッド、薄膜配線層および配線導体層を電気的に接続する複数の接続パッドとを具備しており、複数の接続パッドは複数の副電源用接続パッドから成る副電源用接続パッド群を複数群含み、副電源用接続パッド群は半導体素子の外周部直下に位置するようにそれぞれ配置されていることより、副電源用の電極パッドと副電源接続パッドを接続する配線幅を太く、かつ配線長を短くできることから、副電源電力供給の電気特性に優れた、電気的な検査を行なうためのプローブカードに使用される多層配線基板を提供することができる。
【００１７】
また、本発明のプローブカードによれば、本発明の多層配線基板を具備したことにより、精度の高い電気検査を実施することができるプローブカードを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の多層配線基板を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明の多層配線基板の実施の形態の一例を示す平面図である。図１において、１はベース基板、７は半導体素子、３はプローブ接続用の電極パッド、４は副電極用接続パッド群、４ａは副電源用接続パッド（Ａ）、４ｂは副電源用接続パッド（Ｂ）、４ｃは副電源用接続パッド（Ｃ）、４ｄは副電源用接続パッド（Ｄ）、５はシグナル配線、６は副電源用接続配線、12は薄膜多層部である。
【００１９】
本発明の多層配線基板11は、絶縁層が複数積層されて成るとともに、絶縁層の層間に配線導体層２が形成されたベース基板１と、ベース基板１の主面に積層された、樹脂絶縁層16が複数積層されて成るとともに樹脂絶縁層16の層間に薄膜配線層15が形成された薄膜多層部12と、薄膜多層部12の表面に形成された、薄膜配線層15および半導体素子７の電極８に電気的に接続されて半導体素子７の電気的接続を検査するための複数の電極パッド３と、ベース基板１の主面に形成されて電極パッド３、薄膜配線層15および配線導体層２を電気的に接続する複数の接続パッド13とを具備しており、複数の接続パッド13は複数の副電源用接続パッド４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄから成る副電源用接続パッド群４を複数群含み、副電源用接続パッド群４は半導体素子７の外周部直下に位置するようにそれぞれ配置されている。なお、図１においては複数の副電源用接続パッドとして４つの副電源用接続パッド４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを示しているが、副電源用接続パッドの個数は何個であってもよい。副電源用接続パッド群４の数も４群に限られることはない。
【００２０】
本発明の多層配線基板11によれば、ベース基板１の主面に形成された副電源用接続パッド群４を半導体素子７の外周部直下に位置するように配置することにより、半導体素子７の電極８のパッドレイアウトが半導体素子７毎に全く異なっており半導体素子７の副電源用電極がどの位置にあったとしても、半導体素子７の外周部直下にあることから、半導体素子７の副電源用電極と副電源用接続パッド４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄとの間の距離が小さくなり、副電源用接続配線６の配線長を短くかつ配線幅を太くすることができる。これにより、副電源用接続配線６の配線抵抗やインダクタンスを小さくすることができ、半導体素子７に副電源電力を供給する電気特性に優れた多層配線基板11を提供することができる。
【００２１】
なお、副電源用接続パッド群４の複数の副電源用接続パッド４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのうち、半導体素子７に近いものから順に副電源用接続パッド４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに使用頻度の高い順に優先順位をつけて配置をしておくと良い。図1のように、副電源用接続パッド（Ａ）４ａ、副電源用接続パッド（Ｂ）４ｂ、副電源用接続パッド（Ｃ）４ｃ、副電源用接続パッド（Ｄ）４ｄの順に優先順位を設けておくと、最優先すべき副電源用接続配線６の配線長および太さを、他の副電源用接続パッドに接続される副電源用接続配線６より短く、かつ太くすることができるため、副電源用接続配線６の配線抵抗やインダクタンスを小さくすることができ、半導体素子７に安定した副電源電力を提供することができる。
【００２２】
半導体素子７の副電源用電極は、半導体素子７全体を作動させる主電源よりも低い電圧を供給する副電源用の電極であって、半導体素子７の回路中の一部の回路、例えばアナログ回路やシグナルの入出力回路、メモリー回路等の個別の回路に電力を供給する電源用の電極であり、それぞれの回路の駆動電圧に応じて必要な電圧を供給するために設けられている。
【００２３】
図２は本発明の多層配線基板11のＡ−Ａ’線における断面を示す断面図である。図２において、１はベース基板、２は配線導体層、12は薄膜多層部、15は薄膜配線層、16は樹脂絶縁層、17は薄膜多層部のビアホールを示す。
【００２４】
ベース基板１は絶縁層が複数積層されて成るとともに絶縁層の層間に配線導体層２が形成されている。また、ベース基板１の主面には薄膜配線層15および配線導体層２を電気的に接続する複数の接続パッド13や接続パッド13の一部をなす複数の副電源用接続パッド４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを具備しており、他の主面には配線導体層２を介して接続パッド13に電気的に接続されている外部接続用電極パッド14が形成されている。
【００２５】
ベース基板１は、酸化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体等の酸化物系セラミックス、あるいは表面に酸化物膜を有する窒化アルミニウム質焼結体，炭化珪素質焼結体等の非酸化物系セラミックス、さらにはガラス繊維から成る基材にエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシ樹脂やガラス繊維から成る基材にビスマレイミドトリアジン樹脂を含浸させたもの等の電気絶縁材料から成る。ベース基板１が、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、アルミナ，シリカ，カルシア，マグネシア等の原料粉末に適当な有機溶剤，溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれをドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を形成し、しかる後、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し所定形状となすとともにこれらセラミックグリーンシートを積層し、高温（約1600℃）で焼成することによって製作される。あるいは、アルミナ等の原料粉末に適当な有機溶剤，溶媒を添加混合して原料粉末を調製するとともにこの原料粉末をプレス成形機によって所定形状に成形し、最後にこの成形体を高温（約1600℃）で焼成することによってもよい。また、ベース基板１がガラスエポキシ樹脂から成る場合は、例えばガラス繊維から成る基材にエポキシ樹脂の前駆体を含浸させ、このエポキシ樹脂前駆体を所定の温度で熱硬化させることによって製作される。
【００２６】
ベース基板１の配線導体層２や接続パッド13、複数の副電源用接続パッド４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ、外部接続用電極パッド14はセラミックグリーンシートの所定位置にメタライズ層を被着形成することによって形成される。メタライズ層はタングステンやモリブデン，マンガン等の高融点金属から成り、これら金属の粉末に有機溶剤，溶媒を添加混合した金属ペーストをそれぞれセラミックグリーンシートの所定位置に従来周知のスクリーン印刷法等により所定パターンに被着形成させておき、セラミックグリーンシートと同時に焼成することにより形成される。なお、副電源用接続パッド４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと外部接続用電極パッド14とは、ベース基板１に形成されたビアホール等の貫通導体によって電気的に接続されている。
【００２７】
さらに、このベース基板１の主面に樹脂絶縁層16が複数積層されて成るとともに樹脂絶縁層16の層間に薄膜配線層15が形成された薄膜多層部12が形成される。薄膜多層部12の樹脂絶縁層16は上下に位置する薄膜配線層15を電気的に絶縁し、薄膜配線層15は電気信号を伝達するための伝達路として機能する。また、薄膜多層部の表面には薄膜配線層15に電気的に接続され、半導体素子７の電極８に接続される電極パッド３が形成される。
【００２８】
配線多層部12の樹脂絶縁層16は絶縁フィルム層と絶縁性接着剤層とから構成されており、絶縁フィルム層はポリイミド樹脂，ポリフェニレンサルファイド樹脂，全芳香族ポリエステル樹脂，フッ素樹脂等から成る。また、絶縁性接着剤層はポリアミドイミド樹脂，シロキサン変性ポリイミド樹脂，シロキサン変性ポリアミドイミド，ビスマレイミドトリアジン樹脂，エポキシ樹脂等から成る。薄膜多層部12の樹脂絶縁層16は、例えば、まず12.5乃至50μｍ程度の絶縁フィルム層に絶縁性接着剤をドクターブレード法等を用いて乾燥厚みで５乃至20μｍ程度に塗布し乾燥させたものを準備し、これをベース基板１や下層の樹脂絶縁層16の上面に下面が絶縁性接着剤層となるように積み重ね、加熱プレス装置を用いて加熱加圧し接着することによって形成される。
【００２９】
薄膜多層部12の樹脂絶縁層16の層間に形成される薄膜配線層15は、銅，金，アルミニウム，ニッケル，クロム，モリブデン，チタンおよびそれらの合金等の金属材料から成り、これらをスパッタリング法，蒸着法，めっき法等の薄膜形成技術を採用することによって形成する。薄膜多層部12の薄膜導体層15の形成方法は、例えば、まず薄膜多層部12の樹脂絶縁層16の表面に広面積に、銅層を主体としこの銅層の少なくとも一方の主面に拡散防止層（バリア層）としてのクロム，モリブデン，チタン等を被着させて下地導体層を形成する。次に、この上に所望のパターンにフォトレジストを形成し、このフォトレジストをマスクにして主導体層の部分をめっき法にて所望の厚みまで形成する。その後、めっきされなかった不要部分のフォトレジストを剥離し、さらに下地導体層をエッチングにて除去することにより、所望のパターンに加工することができる。
【００３０】
さらに、薄膜多層部12の樹脂絶縁層16には所定位置に貫通するビアホール17が形成されている。ビアホール17は、例えば所定位置の薄膜多層部12の樹脂絶縁層16を紫外線レーザ等で除去することにより形成される。その内部の樹脂絶縁層16の層間に配置された薄膜配線層15に、通常は上側の配線導体層15を上記薄膜配線層15の形成方法と同様に形成することによって層間の薄膜配線層15間が導通される。このビアホール17が薄膜多層部12の樹脂絶縁層16を挟んで上下に位置する薄膜配線層15の各々を電気的に接続する接続路となる。
【００３１】
なお、薄膜多層部12の最上層となる樹脂絶縁層16の表面に形成されるの薄膜配線層15の主導体には、プローブ10の電気的な接続信頼性および耐環境性の観点から、主導体が銅から成るものとすることがよく、また、その場合にはその主導体の上にニッケルや金を被着形成しておくとよい。
【００３２】
次に、図３は本発明のプローブカードの実施の形態の一例を示す模式的な断面図であり、９は中継基板、10はプローブ、７は半導体素子、８は半導体素子７の電極を示す。なお、多層配線基板11を示す部分には図１，図２と同じ符号を示した。
【００３３】
本発明のプローブカードは、本発明の多層配線基板11とその電極パッド３上に接続されたプローブ10と、一端がベース基板１の他の主面に形成されている外部接続用パッド14に電気的に接続されるとともに他端が半導体素子の検査装置（図示せず）に電気的に接続される配線層が形成された中継基板９とを備えている。
【００３４】
プローブ10は、主に金やアルミニウム等の金属から成るスプリング性のある針状の接続端子で、電極パッド３に錫や鉛等から成る半田等を用いて接合したり、圧力をかけた状態で固定することによって取り付けられる。そして、電極パッド３に取り付けられた反対側の先端を半導体素子７の電極８に接触させることにより、多層配線基板11と半導体素子７とを接続させる機能を有する。
【００３５】
中継基板９は、一般的なガラス繊維入りエポキシ樹脂を基材とする多層配線基板であり、多層配線基板11の外部接続用電極パッド14と半導体素子の検査装置（図示せず）とを電気的に接続する機能を有する。多層配線基板11の外部接続用電極パッド14と中継基板９との接続は、主に錫や鉛等で構成されるボール形状の半田等を用いて接続され、中継基板９と半導体素子の検査装置（図示せず）はポゴピン等を使用して接続される。
【００３６】
かくして、本発明のプローブカードによれば、本発明の多層配線基板11の上面にプローブ10と、一端が多層配線基板11の外部接続用電極パッド14に電気的に接続されるとともに他端が半導体素子７の検査装置に電気的に接続される配線層が形成された中継基板９とを具備したことより、副電源用接続パッド４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄより半導体素子７に副電源用接続配線６を介して副電源電力を供給することにより、精度の高い半導体素子７の電気検査を実施することができる。
【００３７】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。例えば、前述のプローブ10の代わりに異方性導電ゴム等を用いたプローブ10を採用して半導体素子７と多層配線基板11を接続するプローブカードとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の多層配線基板の実施の形態の一例を示す平面図である。
【図２】図１の多層配線基板のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図３】本発明のプローブカードの実施の形態の一例を示す断面模式図である。
【図４】従来の垂直型のプローブカードの例を示す断面模式図である。
【図５】従来の多層配線基板の例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１：ベース基板
２：配線導体層
３：電極パッド
４：副電源用接続パッド群
４ａ：副電源用接続パッド（Ａ）
４ｂ：副電源用接続パッド（Ｂ）
４ｃ：副電源用接続パッド（Ｃ）
４ｄ：副電源用接続パッド（Ｄ）
５：シグナル配線
６：副電源用接続配線
７：半導体素子
８：（半導体素子の）電極
９：中継基板
10：プローブ
11：多層配線基板
12：薄膜多層部
13：接続パッド
14：外部接続用電極パッド
15：薄膜配線層
16：樹脂絶縁層
17：薄膜多層部のビアホール
【図１】
2005079144.tif 000003
【図２】
2005079144.tif 000004
【図３】
2005079144.tif 000005
【図４】
2005079144.tif 000006
【図５】
2005079144.tif 000007