KR101468552B1

KR101468552B1 - 세라믹 부재, 프로브 홀더 및 세라믹 부재의 제조 방법

Info

Publication number: KR101468552B1
Application number: KR1020137000996A
Authority: KR
Inventors: 아키라 나카무라; 고헤이 스즈키; 신야 미야지; 신지 사이토
Original assignee: 니혼 하츠쵸 가부시키가이샤
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2014-12-03
Also published as: CN102985390A; CN102985390B; US20130115416A1; WO2012008502A1; JP2012020901A; KR20130029424A; EP2594544A1; MY165062A; EP2594544B1; EP2594544A4; JP5750243B2; US9238593B2; SG186930A1

Abstract

본 발명은 엔스타타이트 및 질화붕소를 구성 성분으로서 포함하고, 상기 질화붕소가 일 방향으로 배향되어 있는 소결체인 세라믹 부재, 세라믹 부재를 사용하여 형성되는 프로브 홀더 및 세라믹 부재의 제조 방법에 관한 것이다. 세라믹 부재는, 배향도 지수가 0.8 이상이다. 이것에 의해, 쾌삭성을 가짐과 함께 실리콘에 가까운 열 팽창 계수를 가지며, 높은 강도를 구비한 세라믹 부재, 이 세라믹 부재를 사용하여 형성되는 프로브 홀더 및 세라믹 부재의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Description

세라믹 부재, 프로브 홀더 및 세라믹 부재의 제조 방법{CERAMIC MEMBER, AND METHOD OF PRODUCING PROBE HOLDER AND CERAMIC MEMBER}

본 발명은, 소정의 조성을 가지는 재료를 소결함으로써 얻어지는 세라믹 부재, 이 세라믹 부재를 사용하여 형성되고, 반도체 집적 회로 등의 전기 특성 검사에 적용되는 프로브를 유지하는 프로브 홀더 및 세라믹 부재의 제조 방법에 관한 것이다.

종래, 반도체 검사나 액정 검사에 사용되는 마이크로 컨택터에는, 검사 대상의 회로 구조와 검사용의 신호를 송부하는 회로 구조를 전기적으로 접속하는 프로브를 삽입하기 위하여, 미세한 관통 구멍을 다수 형성한 박판 형상의 프로브 홀더가 장착되어 있다. 이 프로브 홀더는, 기계 가공이 가능한 쾌삭성을 가지는 세라믹 부재(머시너블 세라믹)가 사용되고 있다 (예를 들면, 특허문헌 1 참조).

특허 제3890915호 공보

그런데, 마이크로 컨택터는, 예를 들면, 실리콘 웨이퍼의 번인(burn-in) 검사와 같이, 상온∼고온으로 변화되는 온도 환경 하에서 사용된다. 따라서, 프로브 홀더는, 상기 쾌삭성에 더하여, 실리콘과의 열 팽창 계수의 차이에 의한 검사 시의 프로브의 접촉 불량을 회피하기 위하여, 열 팽창 계수를 더욱 실리콘에 가깝게 하는 것이 요구되고 있다.

또, 최근, 마이크로 컨택터는, 프로브 피치의 협소 피치화에 따라, 프로브 수의 증대가 요구되고 있다. 단, 프로브의 수가 증가함에 따라서, 프로브 홀더는, 스프링의 토털 하중이 증가하기 때문에, 홀더 사이즈가 동일한 경우에는 홀더 자체의 휘어짐이 증가한다. 이처럼 휘어짐이 증가하면, 마이크로 컨택터는, 웨이퍼의 중앙이나 끝에서 프로브의 컨택트 상태가 불안정해지기 때문에, 세라믹 부재의 더욱 우수한 고강도화가 요구되고 있다.

본 발명은, 상기의 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 쾌삭성을 가짐과 함께 실리콘에 가까운 열 팽창 계수를 가지며, 높은 강도를 구비한 세라믹 부재, 이 세라믹 부재를 사용하여 형성되는 프로브 홀더 및 세라믹 부재의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 서술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 세라믹 부재는, 엔스타타이트 및 질화붕소를 구성 성분으로서 포함하고, 상기 질화붕소가 일 방향으로 배향되어 있는 소결체인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 세라믹 부재는, 상기의 발명에 있어서, 상기 질화붕소의 배향 방향과 직교하는 방향으로부터 X선을 조사했을 때의 상기 질화붕소의 결정의 (002)면을 따른 X선 회절의 강도 I₍₀₀₂₎와 (100)면을 따른 X선 회절의 강도 I₍₁₀₀₎의 비(I₍₁₀₀₎/I₍₀₀₂₎)∥ 및 상기 배향 방향으로부터 X선을 조사했을 때의 (002)면을 따른 X선 회절의 강도 I₍₀₀₂₎와 (100)면을 따른 X선 회절의 강도 I₍₁₀₀₎의 비(I₍₁₀₀₎/I₍₀₀₂₎)⊥를 기초로 주어지는 배향도 지수 K=|log₁₀{(I₍₁₀₀₎/I₍₀₀₂₎)∥/(I₍₁₀₀₎/I₍₀₀₂₎)⊥}|가 0.8 이상인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 세라믹 부재는, 상기의 발명에 있어서, 상기 질화붕소가 배향하고 있는 방향과 평행한 방향의 20℃∼250℃에 있어서의 JIS R1618에 기초하여 측정되는 열 팽창 계수가 (3∼5)×10^-6／℃인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 세라믹 부재는, 상기의 발명에 있어서, JIS R 1601에 기초하여 측정되는 3점 굽힘 강도가 200MPa 이상인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 세라믹 부재는, 상기의 발명에 있어서, 상대 밀도가 99% 이상인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 세라믹 부재는, 상기의 발명에 있어서, 상기 질화붕소는, 결정 구조가 육방정이며, 인편상 입자인 것을 특징으로 한다.

또, 상기 서술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 프로브 홀더는, 도전성 재료로 이루어지는 프로브를 삽입 통과 가능한 관통 구멍을 가지고, 상기 프로브를 수용하는 프로브 홀더로서, 상기 세라믹 부재를 사용하여 형성된 모재를 구비하고, 상기 관통 구멍은, 상기 모재에 있어서 상기 질화붕소의 배향 방향과 직교하는 방향으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 서술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 세라믹 부재의 제조 방법은, 상기의 발명에 있어서, 질화붕소와, 산화규소와, 산화마그네슘과, 소결 조제(助劑)를 혼합하는 혼합 공정과, 상기 혼합 공정에서 혼합한 혼합물에 대하여 일 방향을 지향하는 외력을 작용시키는 외력 작용 공정과, 상기 혼합물을 소결하는 소결 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 세라믹 부재의 제조 방법은, 상기의 발명에 있어서, 상기 소결 조제는, 산화이트륨과 산화알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 세라믹 부재의 제조 방법은, 상기의 발명에 있어서, 상기 외력 작용 공정 및 상기 소결 공정을, 핫프레스 소결법에 의해 일괄하여 행하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 세라믹 부재의 제조 방법은, 상기의 발명에 있어서, 상기 소결 공정에 있어서의 소결 온도가 1,200℃∼1,300℃인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 세라믹 부재의 제조 방법은, 상기의 발명에 있어서, 상기 소결 공정은, 감압 분위기 중 또는 불활성 분위기 중에서 행하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 세라믹 부재의 제조 방법은, 상기의 발명에 있어서, 상기 질화붕소는, 결정 구조가 육방정이며, 인편상 입자인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 적어도 엔스타타이트 및 질화붕소를 구성 성분으로서 포함하고, 질화붕소를 일 방향으로 배향시킴으로써, 쾌삭성을 가짐과 함께 실리콘에 가까운 열 팽창 계수를 가지며, 높은 강도를 구비한 세라믹 부재, 이 세라믹 부재를 사용하여 형성되는 프로브 홀더 및 세라믹 부재의 제조 방법을 제공할 수 있다.

또, 본 발명의 세라믹 부재의 제조 방법에 의하면, 질화붕소와, 산화규소와, 산화마그네슘과, 소결 조제를 혼합하는 혼합 공정과, 상기 혼합 공정에서 혼합한 혼합물에 대하여 일 방향을 지향하는 외력을 작용시키는 외력 작용 공정과, 상기 혼합물을 소결하는 소결 공정을 가짐으로써, 쾌삭성과 함께 판면 방향에 있어서의 열 팽창 계수가 검사 대상의 실리콘 웨이퍼의 소재와 대략 동일하고, 높은 강도를 구비한 세라믹 부재를 제조하는 것이 가능해진다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 관련된 세라믹 부재의 제조 방법의 개요를 나타내는 플로우 차트이다.
도 2는, 세라믹 부재에 포함되는 육방정 질화붕소의 a-축과 c-축을 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시 형태에 관련된 세라믹 부재를 사용하여 형성한 프로브 홀더의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는, 도 3에 나타내는 프로브 홀더의 미소(微小) 영역을 확대한 부분 확대도이다.
도 5는, 도 4의 A-A선 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 프로브 홀더를 사용하여 구성된 프로브 카드의 주요부의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 7은, 프로브의 상세한 구성과 프로브 홀더에 있어서의 프로브의 유지 태양을 나타내는 도면이다.
도 8은, 본 발명의 실시예 1에서 행한 열 팽창의 측정에 사용한 시험편을 나타내는 도면이다.
도 9는, 시험편을 사용하여 측정한 열 팽창 계수와 소결 온도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은, 시험편을 사용하여 측정한 3점 굽힘 강도와 소결 온도의 관계를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 세라믹 부재, 프로브 홀더 및 세라믹 부재의 제조 방법에 관련된 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 관련된 세라믹 부재의 제조 방법의 개요를 나타내는 플로우 차트이다. 우선, 질화붕소(BN)와, 산화규소(SiO₂)와, 산화마그네슘(MgO)를 원재료로 하고, 소결 조제로서 산화이트륨(Y₂O₃)과 산화알루미늄(Al₂O₃)을 포함하는 원재료를 칭량한다(단계 S1).

여기서, 산화마그네슘은, 반응 소결을 진행시켜서 엔스타타이트(MgSiO₃)를 생성함으로써, 소성되는 세라믹 부재의 주된 성분상(相)을 엔스타타이트(MgSiO₃) 및 질화붕소(BN)로 하고, 열 팽창 계수를 조정하기 위하여 첨가한다. 또, 소결 조제는, 상기 이외에 종래부터 사용되고 있는 란타노이드 금속 산화물이나 스피넬 등의 복합 산화물, 이들의 혼합물, 나아가서는 이들의 혼합물에 산화마그네슘을 첨가한 것을 사용할 수 있다.

계속해서, 단계 S1에서 칭량한 물질의 혼합, 분산을 행한다(단계 S2). 구체적으로는, 단계 S1에서 칭량한 원재료에 물 또는 알코올 등의 용매를 가한 것을 습식 볼밀에 의해 혼합, 분산시킨다. 계속해서, 단계 S2에서 얻어진 혼합물을 이배퍼레이터에 넣고 건조시켜, 용매를 제거한다(단계 S3). 이것에 의해, 질화붕소, 산화규소, 산화마그네슘 및 소결 조제의 혼합물은, 플레이크 상의 집합체가 된다. 이 혼합물에 있어서의 질화붕소의 함유율은 49.3중량%, 산화규소의 함유율은 24.8중량%, 산화마그네슘의 함유율은 19.6중량%, 산화이트륨의 함유율은 4.7중량%, 산화알루미늄의 함유율은 1.6중량%이다.

다음으로, 단계 S3에 의해 얻어진 혼합물의 집합체를 분쇄한다(단계 S4). 단계 S4에서는, 분쇄 후에 달성해야 할 입도 분포에 따라 유발 및/또는 건식 볼밀을 사용한다. 이후, 메시 패스를 사용하여 혼합물을 분급하고(단계 S5), 그 집합체의 평균 입경을 작게 하여, 입도를 균일화한다.

그 후, 평균 입경이 작아지고, 입도가 균일화된 혼합물에 대하여, 소정의 일 방향으로 외력을 작용시키고(단계 S6), 소결한다(단계 S7). 본 실시 형태에 있어서는, 혼합물을 소결하는 방법으로서 핫프레스 소결법을 적용할 수 있다. 핫프레스 소결법은, 혼합물을 핫프레스 장치 내의 카본제의 거푸집에 넣고 소정의 일 방향으로 프레스 가압하면서 소결하는 방법이다. 따라서, 핫프레스 소결법을 사용하여 혼합물을 소결하는 경우에는, 단계 S6의 외력 작용 공정 및 단계 S7의 소결 공정이 일괄하여 행해진다(도 1의 파선 영역으로 나타내는 단계 HP).

본 발명의 세라믹 부재의 제조 방법은, 단계 HP에 있어서의 핫프레스 소결 온도가 1,200℃∼1,300℃이며, 소결 시간은 2시간이다. 이처럼 통상의 세라믹, 예를 들면, 특허문헌 1의 세라믹 부재의 소결 온도(1,750℃)보다 낮은 온도로 세라믹 부재를 소결하기 때문에, 소결 공정에 있어서의 카본제의 거푸집과의 반응에 의한 거푸집과 세라믹 부재의 결합이 억제된다.

본 실시 형태에서 사용하는 질화붕소는, 결정 구조가 육방정이며, 인편상 입자이기 때문에, 일 방향을 지향하는 외력을 작용시킴으로써 인편상의 표면이 외력 작용 방향과 대략 직교하는 방향으로 일치해 간다. 그 결과, 혼합물은, 외력 작용 방향과 직교하는 방향, 즉, 소결체의 판면을 따라 평행으로 배향하게 된다.

이상 설명한 단계 S1∼단계 S7에 의해, 본 실시 형태에 관련된 세라믹 부재가 완성된다. 이처럼 하여 제조된 세라믹 부재는, 적어도 엔스타타이트(MgSiO₃) 및 질화붕소(BN)를 구성 성분으로서 포함하고, 전기 절연성이 우수함과 함께, 인편상을 이루는 질화붕소 입자의 면 방향이 대략 일치함으로써 질화붕소 입자가 일 방향으로 배향되어 있다.

이때, 제조된 세라믹 부재는, 이론 계산값에 기초하면, 엔스타타이트의 함유율이 41.4(wt%)가 된다. 여기서, 이론 계산값은, 원료에 사용한 산화규소가 모두 엔스타타이트의 생성에 사용되었다는 전제에 기초하여 산출하였다.

도 2에, 인편상의 질화붕소 입자의 a-축과 c-축을 나타낸다. 소결에 의해 얻어진 소결체는, 배향도 지수가 0.8 이상인 것이 바람직하다. 배향도 지수 K는, 0 이상의 값이며, I.O.P.(배향도: The Index of Orientation Preference)<1의 경우에는, (002)면에 대응하는 질화붕소 결정의 c-축이 시료 중에서 가압 방향과 평행하게 배향되고, 인편상의 질화붕소 결정의 표면이 소성된 세라믹 부재의 판면 방향으로 일치하고 있는 것을 나타내고 있다. 한편, I.O.P.>1의 경우에는, (100)면에 대응하는 질화붕소 결정의 a-축이 시료 중에서 가압 방향과 평행하게 배향되고, 인편상의 질화붕소 입자의 표면이 가압 방향과 평행하는 방향으로 일치하고 있는 것을 나타내고 있다. 그리고, I.O.P.=1(K=0)의 경우에는 질화붕소 입자의 방향이 시료 중에서 랜덤인 것을 나타내고 있다.

배향도 지수란, 배향도의 상용 대수의 절대값을 말하며, 배향도 지수 K는, 다음 식으로 주어진다.

K=|log₁₀{(I₍₁₀₀₎/I₍₀₀₂₎)∥/(I₍₁₀₀₎/I₍₀₀₂₎)⊥}|

여기서, I₍₁₀₀₎은, 시료에 X선을 조사했을 때의 질화붕소 결정의 (100)면을 따른 X선 회절의 강도이며, I₍₀₀₂₎는, 동일하게 질화붕소 결정의 (002)면을 따른 X선 회절의 강도이다. (I₍₁₀₀₎/I₍₀₀₂₎)∥는, 가압 소결 시의 가압 방향과 평행한 방향으로부터 시료에 X선을 조사했을 때의 질화붕소 결정의 (100)면을 따른 X선 회절의 강도 I₍₁₀₀₎과 (002)면을 따른 X선 회절의 강도 I₍₀₀₂₎의 비이다. (I₍₁₀₀₎/I₍₀₀₂₎)⊥는, 가압 방향과 수직인 방향으로부터 X선을 조사했을 때의 (100)면을 따른 X선 회절의 강도 I₍₁₀₀₎과 (002)면을 따른 X선 회절의 강도 I₍₀₀₂₎의 비이다. 그리고, 배향도(I.O.P.)는, 다음 식으로 주어진다.

I.O.P.=(I₍₁₀₀₎/I₍₀₀₂₎)∥/(I₍₁₀₀₎/I₍₀₀₂₎)⊥

배향도에 대해서는, Milan Hubacek, et al., J. Am. Ceram. Soc. 82[1]156-160(1999), “Effect of the Orientation of Boron NitrideGrainson the Physical Properties of Hot-Pressed Ceramics.”에 상세하게 설명되어 있다.

또, 제조된 세라믹 부재는, 질화붕소가 배향하고 있는 방향의 20℃∼250℃에 있어서의 JIS R1618(파인 세라믹의 열기계 분석에 의한 열 팽창의 측정 방법)에 기초하여 측정되는 열 팽창 계수가 (3∼5)×10^-6／℃의 범위인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 세라믹 부재는, 질화붕소 입자의 배향 방향의 열 팽창 계수가 실리콘의 열 팽창 계수 3.4×10^-6／℃에 가까운 값이 된다.

제조된 세라믹 부재는, JIS R 1601(파인 세라믹의 실온 굽힘 강도 시험 방법)에 기초하여 측정되는 3점 굽힘 강도가 200MPa 이상인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 세라믹 부재는, 박판 형상이어도 휘어짐에 대한 강도가 증가한다.

또, 제조된 세라믹 부재는, 상대 밀도가 99% 이상인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 세라믹 부재는, 소결에 의해 구성 성분이 치밀해지고, 휘어짐에 대한 강도가 증가한다.

본 실시 형태에 관련된 세라믹 부재는, 검사 대상인 실리콘 웨이퍼 등의 회로 기판과 검사용의 신호를 송신하는 배선 기판을 전기적으로 접속하기 위하여, 도전성 재료에 의해 형성되는 프로브를 유지하는 프로브 홀더의 절연 모재로서 적용 할 수 있다. 도 3은, 본 실시 형태에 관련된 프로브 홀더의 구성을 나타내는 도면이다. 또, 도 4는, 도 3에 나타내는 프로브 홀더(1)의 미소 영역(S)을 확대한 부분 확대도이며, 도 5는, 도 4의 A-A선 단면도이다. 또한, 도면은 모식적인 것으로써, 각 부분의 두께와 폭의 관계, 각각의 부분의 두께의 비율 등은 현실의 것과는 다른 경우도 있는 것에 유의해야 해며, 도면의 상호 간에 있어서도 서로의 치수의 관계나 비율이 다른 부분이 포함되는 경우가 있음은 물론이다.

도 3∼도 5에 나타내는 프로브 홀더(1)는, 얇은 원반 형상을 이루며, 실리콘 웨이퍼의 풀 웨이퍼 레벨 테스트나 웨이퍼 번인 테스트 등에 적용되는 마이크로 컨택터인 프로브 카드의 일부를 이룬다(프로브 카드의 구성에 대해서는 후술한다). 프로브 홀더(1)는, 상술한 바와 같이 하여 소성한 세라믹 부재에 판 두께 방향(도 5의 상하 방향)으로 관통하는 관통 구멍(11)이 수천∼수만 개 형성되어 있다. 관통 구멍(11)은, 검사용의 신호를 송신하는 배선 측과 대향하는 표면(1A)으로부터 판 두께 방향으로 뚫어서 형성된 직경 D의 대경부(11a)와, 이 대경부(11a)와 동일한 중심축을 가지며, 대경부(11a)보다 직경이 작고, 검사 시에 검사 대상의 실리콘 웨이퍼와 대향하는 표면(1B)으로부터 판 두께 방향으로 뚫어서 형성된 직경 d(<D)의 소경부(11b)를 가지며, 검사 대상인 실리콘 웨이퍼의 배열에 따라 배치되는 프로브가 수용된다.

여기서, 질화붕소 입자는, 관통 구멍(11)의 관통 방향과 직교하는 프로브 홀더(1)의 판면을 따라 평행하게 배향되어 있다. 이 때문에, 프로브 홀더(1)는, 도 5에 나타내는 배향 방향의 열 팽창 계수가 실리콘 웨이퍼의 열 팽창 계수와 온도에 상관없이 동일한 정도가 된다. 그 결과, 프로브 홀더(1)는, 온도에 상관없이 프로브를 실리콘 웨이퍼에 대하여 정확하게 컨택트시킬 수 있다. 또한, 프로브 홀더(1)에 있어서의 질화붕소 입자의 배향 방향은, 판면을 따라 병행하고 있으면 되고, 상기와 같이 판면을 따라 평행하고 있으면 더욱 바람직하다.

프로브 홀더(1)에 관통 구멍(11)을 형성할 때에는, 평면 연삭반을 사용하여 세라믹 부재의 평면도, 평행도를 높이고 두께(H)로 한 후, 표면(1B)으로부터 소정의 깊이(H_b)까지 소경부(11b)를 형성한 후, 표면(1A)로부터 소정의 깊이(H_a)까지 드릴 가공을 행함으로써 대경부(11a)를 형성한다(H=H_a+H_b). 또한, 대경부(11a) 및 소경부(11b)를 형성할 때에는, 각각의 직경에 적합한 초강 드릴을 사용한 드릴 가공을 행하지만, 레이저, 에칭, 펀칭 성형, 전자 빔, 이온 빔 등의 가공 기술을 적용해도 된다. 본 실시 형태에 관련된 세라믹 부재에서는, 관통 구멍(11)의 애스펙트비[예를 들면, 소경부(11b)에서는 직경 d에 대한 구멍 깊이 H_b의 비 H_b/d]를 15 이상으로 하는 가공을 실현할 수 있다.

도 6은, 프로브 홀더(1)를 사용하여 구성된 프로브 카드의 주요부의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 동(同) 도면에 나타내는 프로브 카드(2)는, 상기 서술한 프로브 홀더(1)와, 프로브 홀더(1)의 관통 구멍(11)에 수용 유지되는 프로브(3)와, 프로브 홀더(1)에 있어서의 미세한 배선(w)의 간격을 변환하는 스페이스 트랜스포머(4)와, 스페이스 트랜스포머(4)로부터 나온 배선(w)을 중계하는 인터포저(5)와, 인터포저(5)에 의해 중계된 배선(w)을 검사 장치로 접속하는 배선 기판(6)과, 배선 기판(6)에 설치되며 검사 장치 측에 설치되는 암(雌) 커넥터와 접속되는 수(雄) 커넥터(7)와, 배선 기판(6)을 보강하는 보강 부재(8)를 구비한다.

도 7은, 프로브(3)의 상세한 구성과 프로브 홀더(1)에 있어서의 프로브(3)의 유지 태양을 나타내는 도면이다. 프로브(3)는, 선단이 스페이스 트랜스포머(4)에 설치된 전극 패드(41)와 접촉하는 침상(針狀) 부재(31)와, 이 침상 부재(31)와 상반되는 방향으로 표면(1B)으로부터 돌출되고, 실리콘 웨이퍼(9)의 전극 패드(91)와 접촉하는 침상 부재(32)와, 침상 부재(31)와 침상 부재(32) 사이에 설치되며 두 개의 침상 부재(31, 32)를 자유롭게 신축 가능하게 연결하는 스프링 부재(33)가 동축적으로 연결되어 있다. 침상 부재(32)의 기단(基端)부 부근에는 플랜지가 형성되어 있고, 관통 구멍(11)의 소경부(11b)와 대경부(11a)의 경계를 이루는 단부(段部)에 의해 빠짐 방지되어 있다. 프로브(3)의 프로브 홀더(1)에 있어서의 구체적인 배열 패턴은, 검사 대상인 실리콘 웨이퍼(9) 상의 전극 패드(91)의 배치 패턴에 따라 정해진다.

프로브 홀더(1)는, 여러가지 온도 조건 하에서의 전기 특성 검사에 적용할 수 있다. 예를 들면, 프로브 홀더(1)는, 검사 대상의 온도와 프로브 홀더(1)의 모재를 이루는 세라믹 부재의 온도가 동일한 조건 하에서의 전기 특성 검사뿐만 아니라, 검사 대상의 온도가 당해 세라믹 부재의 온도보다 높은 조건 하에서의 전기 특성 검사에도 적용할 수 있다.

이상 설명한 본 발명의 일 실시 형태에 관련된 세라믹 부재의 제조 방법에 의하면, 쾌삭성과 함께 실리콘에 가까운 열 팽창 계수를 가지며, 높은 강도를 구비한 세라믹 부재, 이 세라믹 부재를 사용하여 형성된 프로브 홀더를 제공할 수 있다.

또, 본 실시 형태에 관련된 프로브 홀더(1)는, 질화붕소 입자의 배향 방향이 판면을 따라 평행하게 배향되고, 열 팽창 계수가 검사 대상인 실리콘 웨이퍼(9)의 소재인 실리콘에 가까운 열 팽창 계수를 가지고 있다. 이 때문에, 프로브 홀더(1)는, 프로브(3)가 컨택트하는 위치의 열 팽창에 의한 변화가 실리콘 웨이퍼(9)의 열 팽창에 의한 변화에 추종하여 일어난다.

이 결과, 본 실시 형태의 프로브 홀더(1)는, 다른 온도 환경 하에서 복수의 검사를 행하는 경우이어도, 온도에 상관없이 프로브(3)를 실리콘 웨이퍼(9)의 전극 패드(91)에 정확하게 컨택트시키는 것이 가능해진다. 따라서, 본 실시 형태의 프로브 홀더(1)를 사용한 프로브 카드(2)는, 온도 대역에 따라 프로브 홀더(1)를 교환할 필요가 없어지기 때문에, 검사 시간을 단축하고, 검사에 요하는 비용을 저감할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 관련된 세라믹 부재의 제조 방법에 있어서의 외력 작용 공정 및 소결 공정은, 핫프레스 소결법에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 외력 작용 공정으로서, 슬립 캐스트법을 적용해도 된다. 슬립 캐스트법을 적용한 경우, 외력으로서의 중력에 의해 질화붕소 입자가 거푸집 내에서 침강하여 퇴적된다. 이것에 의해, 질화붕소 입자가 배향하게 된다. 이처럼 하여 배향된 질화붕소 입자를 포함하는 집합체를 소결할 때에는, 감압 소결법이나 불활성 분위기 소결법 등의 종래부터 알려져 있는 소결법을 적용하면 된다. 또, 슬립 캐스트법을 적용한 후, 핫프레스 소결법을 사용하여 소결해도 된다. 핫프레스 소결법을 사용하는 경우에는, 슬립 캐스트법에 의해 생긴 질화붕소 입자의 배향 방향과 핫프레스 소결법에 있어서의 가압 방향이 직교하도록 하면 된다.

그런데, 본 실시 형태에 관련된 세라믹 부재에 의해 제조 가능한 프로브 홀더는, 실리콘 웨이퍼 상의 전극 패드에 프로브를 일괄하여 컨택트시키는 플로우 웨이퍼 타입에 한정되는 것은 아니며, 소켓형의 프로브 홀더 등으로서 적용하는 것도 가능하다. 또, 본 실시 형태에서는, 스프링 부재에 의해 핀이 연결된 핀형 프로브를 수용하는 프로브 홀더를 사용하는 경우를 설명하였지만, 다른 타입의 프로브(와이어형, 블레이드형 등)를 수용하는 프로브 홀더로서 상기 서술한 세라믹 부재를 적용하는 것도 가능하다.

또, 본 실시 형태에 관련된 세라믹 부재는, 프로브 홀더(1)의 모재로서뿐만 아니라, 프로브 카드(2)에서 사용되는 스페이스 트랜스포머(4)의 모재로 해도 된다. 이처럼 하면, 프로브 카드(2)는, 다른 온도 환경 하에서 검사를 행하는 경우이어도, 온도에 상관없이 프로브 홀더(1)와 스페이스 트랜스포머(4) 사이에 있어서 각각 미세한 배선(w)을 더 정확하게 접속시키는 것이 가능해진다. 이 때문에, 프로브 카드(2)의 신뢰성이 높아진다.

실시예

(실시예 1)

다음으로, 본 발명의 실시예를 설명한다. 실시예 1에서는, 상기 실시 형태에서 설명한 세라믹 부재의 제조 방법에 의해, 원료 로트(L1)를 사용하고, 원재료로서 질화붕소(BN)를 49.3(wt%), 산화규소(SiO₂)를 24.8(wt%), 산화마그네슘(MgO)을 19.6(wt%) 사용하고, 소결 조제로서 산화이트륨(Y₂O₃)을 4.7(wt%), 산화알루미늄(Al₂O₃)을 1.6(wt%) 사용하여, 세로×가로×두께가 90mm×90mm×20mm인 소결체를 소성하였다. 소성에 있어서는, 외력 작용 공정 및 소결 공정을 핫프레스 소결법에 의해 일괄해갔다. 핫프레스 소결을 행할 때에는, 600mmHg의 질소 분위기 중에서, 면압 25MPa의 소결 압력에서 일 방향으로 프레스 가압하여, 소결 온도 1,250℃에서 2시간 소결하였다. 소성 후, 소결된 세라믹 부재에 포함되는 구성 성분의 존재를 X선 회절에 의해 분석하였다.

도 8은, 본 실시예 1에서 측정에 사용한 시험편을 모식적으로 나타내는 도면이고, 구체적으로는, 소결체(101)(파선으로 표시)로부터 시험편을 잘라내는 방법을 모식적으로 나타내고 있다. 도 9는, 시험편을 사용하여 측정한 열 팽창 계수와 소결 온도의 관계를 나타내는 도면이다. 도 10은, 시험편을 사용하여 측정한 3점 굽힘 강도와 소결 온도의 관계를 나타내는 도면이다. 표 1은, 세라믹 부재의 제조에 사용한 원재료의 원료 로트 번호, 원재료와 소결 조제의 각 함유율(wt%), 소결 온도(℃), 소결 압력(MPa), 소성된 세라믹 부재에 포함되는 구성 성분의 존재, 열 팽창 계수, 3점 굽힘 강도, 배향도, 배향도 지수 및 상대 밀도를 나타내는 표이다. 표 2는, 시험편을 사용하여 20℃∼250℃의 사이의 소정의 온도 대역에서 측정한 배향 방향의 열 팽창 계수와 가압 방향의 열 팽창 계수의 온도의 관계를 나타내는 표이다. 표 1에 있어서, 원료 로트의 번호는, 세라믹 부재의 소성에 사용한 원료 로트의 차이를 나타내는 번호이다.

도 8에 나타내는 2개의 시험편(102, 103) 중, 시험편(102)은 질화붕소 입자의 배향 방향의 열 팽창 측정용으로서 제조한 것이며, 시험편(103)이 가압 방향(배향 방향과 수직인 방향)의 열 팽창 측정용으로서 제조한 것이다. 이처럼 잘라낸 시험편(102)을 사용하여, JIS R 1618에 준거하여 열 팽창 계수(×10^-6／℃)를 측정하고, JIS R 1601에 기초하는 3점 굽힘 강도를 측정하였다. 그 결과를, 실시예 1에서 사용한 원재료의 원료 로트 번호, 원재료와 소결 조제의 각 함유율(wt%）, 소결 온도(℃), 소결 압력(MPa) 및 소성된 세라믹 부재에 포함되는 구성 성분의 존재, 배향도, 배향도 지수 및 상대 밀도와 함께 표 1에 나타낸다. 표 1에 있어서, 원료 로트 번호는, 세라믹 부재의 소성에 사용한 원료 로트의 차이를 나타내는 번호이다. 또, 도 9 및 도 10에 있어서 실시예 1의 측정 결과를 각각 점 Eｘ1로서 나타낸다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 1의 세라믹 부재(원료 로트: L1)는, 엔스타타이트(MgSiO₃), 질화붕소(BN) 및 포스터라이트(2MgO·SiO₂)를 구성 성분으로서 포함하고 있고, 150℃에 있어서의 배향 방향의 열 팽창 계수가 4.7×10^-6／℃이며, 3점 굽힘 강도가 216MPa이었다.

또, 실시예 1의 세라믹 부재로부터 잘라낸 2종류의 시험편(102, 103)에 대하여 배향 방향의 열 팽창 계수(×10^-6／℃） 및 가압 방향의 열 팽창 계수(×10^-6／℃）를 20℃∼250℃의 사이의 소정의 온도 대역에서 측정하였다. 표 2는, 이 측정 결과를 온도 대역별로 나타내는 도면이다.

표 2로부터, 세라믹 부재의 배향 방향의 열 팽창 계수는 20℃∼250℃의 모든 온도 대역에서 (4.6∼5.0)×10^-6／℃ 정도이며, 실리콘의 열 팽창 계수(3.4×10^-6／℃)에 가까운 값을 달성하고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 가압 방향의 열 팽창 계수는, (6.2∼6.6)×10^-6／℃ 정도였다. 이 결과, 본 실시예 1에 관련된 세라믹 부재에는, 열 팽창 계수에 관한 이방성이 발현되어 있는 것이 명확해졌다.

상기 서술한 질화붕소 입자의 배향을 더욱 명확히 확인하기 위하여, 소성한 실시예 1의 세라믹 부재를 사용하여 X선 회절의 측정을 행하고, 측정 결과로부터 질화붕소의 배향도(I.O.P.) 및 배향도 지수를 구하였다. 질화붕소의 배향도(I.O.P.) 및 배향도 지수의 값을 표 1에 나타낸다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 소성된 세라믹 부재는, 배향도가 I.O.P.=0.15<1이기 때문에, 질화붕소 결정의 c-축이 시료 중에서 가압 방향과 평행하게 배향되고, 소성된 세라믹 부재의 판면 방향을 따라 인편상의 질화붕소 결정의 표면이 배향되어 있는 것을 알 수 있다.

또, 소성된 세라믹 부재의 상대 밀도(부피 밀도)를 측정한바, 99.9%이며, 치밀한 소결체인 것을 알 수 있었다.

한편, 세라믹 부재의 가공성을 확인하기 위하여, 실시예 1의 소결체로부터 판 두께가 2.70mm인 세라믹 부재를 형성하고, 이 세라믹 부재에 대하여, 초강 드릴을 사용한 드릴 가공에 의해, 500개의 관통 구멍을 매트릭스상으로 형성하였다. 여기서는, 관통 구멍의 직경을 160㎛(애스펙트비는 2.70/0.160=16.9), 구멍 피치(p)(도 5 참조)를 200㎛로 할 수 있었다. 그 결과, 피치 정밀도로서 ±5㎛를 달성할 수 있었다. 이 의미에서, 실시예 1에서 제조한 세라믹 부재는 양호한 가공성을 가지고 있는 것이 확인되었다.

(실시예 2)

원료 로트(L2)를 사용하고, 소결 온도를 1,300℃로 변경하여, 실시예 1의 방법에 의해 세로×가로×두께가 90mm×90mm×5mm인 소결체를 소성하였다. 소성 후, 소결된 세라믹 부재에 포함되는 구성 성분의 존재를 실시예 1과 동일하게 하여 X선회절에 의해 분석하였다. 그 결과를, 실시예 1에서 사용한 원재료와 소결 조제의 각 함유율(wt%), 소결 온도(℃), 소결 압력(MPa) 및 소성된 세라믹 부재에 포함되는 구성 성분의 존재와 함께 표 1에 나타낸다.

그리고, 소성한 세라믹 부재로부터 실시예 1의 시험편(102)에 대응하는 시험편을 잘라내어, JIS R 1618에 준거한 열 팽창 계수(×10^-6／℃)와, JIS R 1601에 기초하는 3점 굽힘 강도를 측정하였다. 또, 소성한 실시예 2의 세라믹 부재를 사용하여 X선 회절의 측정을 행하여, 측정 결과로부터 질화붕소의 배향도(I.O.P.) 및 배향도 지수를 구하였다. 열 팽창 계수, 3점 굽힘 강도, 질화붕소의 배향도(I.O.P.) 및 배향도 지수의 값을 표 1에 함께 나타낸다. 또, 소성된 세라믹 부재에 대하여 측정한 상대 밀도(부피 밀도)의 값을 표 1에 나타낸다. 또한, 측정한 열 팽창 계수와 소결 온도의 관계를 도 9에, 측정한 3점 굽힘 강도와 소결 온도의 관계를 도 10에, 각각 점 Ex2로서 나타낸다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 2의 세라믹 부재는, 적어도 질화붕소 및 엔스타타이트를 구성 성분으로서 포함하고, 150℃에 있어서의 배향 방향의 열 팽창계수가 3.3×10^-6／℃이며, 3점 굽힘 강도가 216MPa이었다. 또, 배향도는, I.O.P.=0.04, 배향도 지수는 1.38, 상대 밀도는 99.6%이고, 질화붕소 결정이 세라믹 부재의 판면을 따라 배향되며, 치밀한 소결체인 것을 알 수 있었다.

소성한 세라믹 부재의 가공성을 확인하기 위하여, 세라믹 부재에 실시예 1과 동일하게 하여 관통 구멍을 가공하였다. 그 결과, 본 실시예 2에서 제조한 세라믹 부재는, 실시예 1에서 제조한 세라믹 부재와 동등한 가공성을 가지는 것이 확인되었다.

(실시예 3)

원료 로트(L3)를 사용하고, 소결 온도를 1,250℃로 변경한 것을 제외하고, 실시예 2과 동일하게 하여 소성한 세라믹 부재 및 잘라낸 시험편에 대하여, 실시예 2와 동일하게 분석하여, 측정한 결과를 원재료의 함유율 등과 함께 표 1에 나타낸다. 또, 측정한 열 팽창 계수와 소결 온도의 관계를 도 9에, 측정한 3점 굽힘 강도와 소결 온도의 관계를 도 10에, 각각 점 Ex3으로서 나타낸다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 3의 세라믹 부재는, 질화붕소 및 엔스타타이트를 구성 성분으로서 포함하고, 배향 방향과 평행한 방향의 열 팽창 계수가 3.8×10^-6／℃이며, 3점 굽힘 강도가 252MPa이었다. 또, 배향도는, I.O.P.=0.10, 배향도 지수는 0.99, 상대 밀도는 99.9%이고, 질화붕소 결정이 세라믹 부재의 판면을 따라 배향되며, 치밀한 소결체인 것을 알 수 있었다.

세라믹 부재의 가공성을 확인하기 위하여, 실시예 2와 동일하게 관통 구멍을 형성하였다. 그 결과, 본 실시예 3에서 제조한 세라믹 부재는, 실시예 1에서 제조한 세라믹 부재와 동등한 가공성을 가지는 것이 확인되었다.

(실시예 4)

원료 로트(L3)를 사용하고, 소결 온도를 1,250℃로 변경한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일하게 하여 소성한 세라믹 부재 및 잘라낸 시험편에 대하여, 실시예 2와 동일하게 분석하여, 측정한 결과를 원재료의 함유율 등과 함께 표 1에 나타낸다. 또, 측정한 열 팽창 계수와 소결 온도의 관계를 도 9에, 측정한 3점 굽힘 강도와 소결 온도의 관계를 도 10에, 각각 점 Ex4로서 나타낸다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 4의 세라믹 부재는, 적어도 질화붕소 및 엔스타타이트를 구성 성분으로서 포함하고, 배향 방향과 평행한 방향의 열 팽창 계수가 4.3×10^-6／℃이며, 3점 굽힘 강도가 249MPa이었다. 또, 배향도는, I.O.P.=0.13, 배향도 지수는 0.87, 상대 밀도는 99.6%이고, 질화붕소 결정이 세라믹 부재의 판면을 따라 배향되며, 치밀한 소결체인 것을 알 수 있었다.

세라믹 부재의 가공성을 확인하기 위하여, 실시예 2와 동일하게 관통 구멍을 형성하였다. 그 결과, 본 실시예 4에서 제조한 세라믹 부재는, 실시예 1에서 제조한 세라믹 부재와 동등한 가공성을 가지는 것이 확인되었다.

(실시예 5)

원료 로트(L4)를 사용하고, 소결 온도를 1,250℃로 변경한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일하게 하여 소성한 세라믹 부재 및 잘라낸 시험편에 대하여, 실시예 2와 동일하게 분석하여, 측정한 결과를 원재료의 함유율 등과 함께 표 1에 나타낸다. 또, 측정한 열 팽창 계수와 소결 온도의 관계를 도 9에, 측정한 3점 굽힘 강도와 소결 온도의 관계를 도 10에, 각각 점 Ex5로서 나타낸다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 5의 세라믹 부재는, 질화붕소 및 엔스타타이트를 구성 성분으로서 포함하고, 배향 방향과 평행한 방향의 열 팽창 계수가 4.1×10^-6／℃이며, 3점 굽힘 강도가 234MPa이었다. 또, 배향도는, I.O.P.=0.13, 배향도 지수는 0.88, 상대 밀도는 99.6%이고, 질화붕소 결정이 세라믹 부재의 판면을 따라 배향되며, 치밀한 소결체인 것을 알 수 있었다.

세라믹 부재의 가공성을 확인하기 위하여, 실시예 2와 동일하게 관통 구멍을 형성하였다. 그 결과, 본 실시예 5에서 제조한 세라믹 부재는, 실시예 1에서 제조한 세라믹 부재와 동등한 가공성을 가지는 것이 확인되었다.

(실시예 6)

원료 로트(L3)를 사용하고, 소결 온도를 1,230℃로 변경한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일하게 하여 소성한 세라믹 부재 및 잘라낸 시험편에 대하여, 실시예 2와 동일하게 분석하여, 측정한 결과를 원재료의 함유율 등과 함께 표 1에 나타낸다. 또, 측정한 열 팽창 계수와 소결 온도의 관계를 도 9에, 측정한 3점 굽힘 강도와 소결 온도의 관계를 도 10에, 각각 점 Ex6으로서 나타낸다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 6의 세라믹 부재는, 질화붕소 및 엔스타타이트를 구성 성분으로서 포함하고, 배향 방향과 평행한 방향의 열 팽창 계수가 4.1×10^-6／℃이며, 3점 굽힘 강도가 249MPa이었다. 또, 배향도는, I.O.P.=0.12, 배향도 지수는 0.93, 상대 밀도는 99.9%이고, 질화붕소 결정이 세라믹 부재의 판면을 따라 배향되며, 치밀한 소결체인 것을 알 수 있었다.

세라믹 부재의 가공성을 확인하기 위하여, 실시예 2와 동일하게 관통 구멍을 형성하였다. 그 결과, 본 실시예 6에서 제조한 세라믹 부재는, 실시예 1에서 제조한 세라믹 부재와 동등한 가공성을 가지는 것이 확인되었다.

(실시예 7)

원료 로트(L4)를 사용하고, 소결 온도를 1,230℃로 변경한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일하게 하여 소성한 세라믹 부재 및 잘라낸 시험편에 대하여, 실시예 2와 동일하게 분석하여, 측정한 결과를 원재료의 함유율 등과 함께 표 1에 나타낸다. 또, 측정한 열 팽창 계수와 소결 온도의 관계를 도 9에, 측정한 3점 굽힘 강도와 소결 온도의 관계를 도 10에, 각각 점 Ex7로서 나타낸다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 7의 세라믹 부재는, 질화붕소 및 엔스타타이트를 구성 성분으로서 포함하고, 배향 방향과, 평행한 방향의 열 팽창 계수가 4.1×10^-6／℃이며, 3점 굽힘 강도가 246MPa이었다. 또, 배향도는, I.O.P.=0.13, 배향도 지수는 0.90, 상대 밀도는 99.9%이고, 질화붕소 결정이 세라믹 부재의 판면을 따라 배향되며, 치밀한 소결체인 것을 알 수 있었다.

세라믹 부재의 가공성을 확인하기 위하여, 실시예 2와 동일하게 관통 구멍을 형성하였다. 그 결과, 본 실시예 7에서 제조한 세라믹 부재는, 실시예 1에서 제조한 세라믹 부재와 동등한 가공성을 가지는 것이 확인되었다.

(실시예 8)

원료 로트(L4)를 사용하고, 소결 온도를 1,270℃로 변경한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일하게 하여 소성한 세라믹 부재 및 잘라낸 시험편에 대하여, 실시예 2와 동일하게 분석하여, 측정한 결과를 원재료의 함유율 등과 함께 표 1에 나타낸다. 또, 측정한 열 팽창 계수와 소결 온도의 관계를 도 9에, 측정한 3점 굽힘 강도와 소결 온도의 관계를 도 10에, 각각 점 Ex8로서 나타낸다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 8의 세라믹 부재는, 질화붕소 및 엔스타타이트를 구성 성분으로서 포함하고, 배향 방향과 평행한 방향의 열 팽창 계수가 3.9×10^-6／℃이며, 3점 굽힘 강도가 239MPa이었다. 또, 배향도는, I.O.P.=0.12, 배향도 지수는 0.91, 상대 밀도는 99.2%이고, 질화붕소 결정이 세라믹 부재의 판면을 따라 배향되며, 치밀한 소결체인 것을 알 수 있었다.

세라믹 부재의 가공성을 확인하기 위하여, 실시예 2와 동일하게 관통 구멍을 형성하였다. 그 결과, 본 실시예 8에서 제조한 세라믹 부재는, 실시예 1에서 제조한 세라믹 부재와 동등한 가공성을 가지는 것이 확인되었다.

(실시예 9)

원료 로트(L5)를 사용하고, 소결 온도를 1,270℃로 변경한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일하게 하여 소성한 세라믹 부재 및 잘라낸 시험편에 대하여, 실시예 2와 동일하게 분석하여, 측정한 결과를 원재료의 함유율 등과 함께 표 1에 나타낸다. 또, 측정한 열 팽창 계수와 소결 온도의 관계를 도 9에, 측정한 3점 굽힘 강도와 소결 온도의 관계를 도 10에, 각각 점 Ex9로서 나타낸다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 9의 세라믹 부재는, 적어도 질화붕소 및 엔스타타이트를 구성 성분으로서 포함하고, 배향 방향과 평행한 방향의 열 팽창 계수가 4.5×10^-6／℃이며, 3점 굽힘 강도가 275MPa이었다. 또, 배향도는, I.O.P.=0.13, 배향도 지수는 0.87, 상대 밀도는 99.8%이고, 질화붕소 결정이 세라믹 부재의 판면을 따라 배향되며, 치밀한 소결체인 것을 알 수 있었다.

세라믹 부재의 가공성을 확인하기 위하여, 실시예 2와 동일하게 관통 구멍을 형성하였다. 그 결과, 본 실시예 9에서 제조한 세라믹 부재는, 실시예 1에서 제조한 세라믹 부재와 동등한 가공성을 가지는 것이 확인되었다.

(실시예 10)

원료 로트(L5)를 사용하고, 소결 온도를 1,300℃로 변경한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일하게 하여 소성한 세라믹 부재 및 잘라낸 시험편에 대하여, 실시예 2와 동일하게 분석하여, 측정한 결과를 원재료의 함유율 등과 함께 표 1에 나타낸다. 또, 측정한 열 팽창 계수와 소결 온도의 관계를 도 9에, 측정한 3점 굽힘 강도와 소결 온도의 관계를 도 10에, 각각 점 Ex10으로서 나타낸다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 10의 세라믹 부재는, 적어도 질화붕소 및 엔스타타이트를 구성 성분으로서 포함하고, 배향 방향과 평행한 방향의 열 팽창계수가 4.3×10^-6／℃이며, 3점 굽힘 강도가 265MPa이었다. 또, 배향도는, I.O.P.=0.12, 배향도 지수는 0.93, 상대 밀도는 99.9%이고, 질화붕소 결정이 세라믹 부재의 판면을 따라 배향되며, 치밀한 소결체인 것을 알 수 있었다.

세라믹 부재의 가공성을 확인하기 위하여, 실시예 2와 동일하게 관통 구멍을 형성하였다. 그 결과, 본 실시예 10에서 제조한 세라믹 부재는, 실시예 1에서 제조한 세라믹 부재와 동등한 가공성을 가지는 것이 확인되었다.

(비교예 1∼4)

다음으로, 비교를 위하여, 원재료나 소결 조제의 각 비율(wt%), 소결 온도(℃) 및 소결 압력(MPa)을 변화시킴으로써 비교예 1∼4의 세라믹 부재를 소성하고, 소성한 세라믹 부재 및 잘라낸 시험편에 대하여, 포함되는 구성 성분의 존재, 열 팽창 계수(×10^-6／℃）, 3점 굽힘 강도, 배향도, 배향도 지수 및 상대 밀도(부피 밀도)를 실시예 1∼10과 동일하게 하여 측정하였다. 측정 결과를 비교예 1∼4에서 사용한 원재료의 함유율(wt%), 소결 조제의 함유율(wt%), 소결 온도(℃), 소결 압력(MPa)과 함께 표 1에 나타낸다. 또, 측정한 열 팽창 계수와 소결 온도의 관계를 도 9에, 측정한 3점 굽힘 강도와 소결 온도의 관계를 도 10에, 각각 점 Ce1∼Ce4로서 나타낸다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 비교예 1∼4의 세라믹 부재는, 적어도 질화붕소 및 엔스타타이트를 포함하고 있다. 그러나, 비교예 1∼4의 세라믹 부재는, 열 팽창계수가 (3∼5)×10^-6／℃의 범위를 벗어남과 함께, 3점 굽힘 강도가 200MPa∼300MPa의 범위를 벗어나 있는 것(비교예 1), 열 팽창 계수가 (3∼5)×10^-6／℃의 범위를 벗어나 있는 것(비교예 3), 3점 굽힘 강도가 200MPa∼300MPa의 범위를 벗어나 있는 것(비교예 2, 4)이었다.

이상과 같이, 본 발명의 세라믹 부재는, 반도체 검사나 액정 검사에 사용되는 마이크로 컨택터에 있어서, 검사 대상의 회로 구조와 검사용의 신호를 송출하는 회로 구조를 전기적으로 접속하는 프로브를 삽입하는 프로브 홀더의 재료로서 적합하며, 본 발명의 제조 방법은, 프로브 홀더용의 세라믹 부재를 제조하는데 적합하다.

1: 프로브 홀더 1A, 1B: 표면
2: 프로브 카드 3: 프로브
4: 스페이스 트랜스포머 5: 인터포저
6: 배선 기판 7: 수 컨택터
8: 보강 부재 9: 실리콘 웨이퍼
11: 관통 구멍 11a: 대경부
11b: 소경부 31, 32: 침상 부재
33: 스프링 부재 41, 91: 전극 패드
101: 소결체 102, 103: 시험편
S: 미소 영역 w: 배선

Claims

엔스타타이트 및 질화붕소를 구성 성분으로서 포함하고, 상기 질화붕소가 일 방향으로 배향되어 있는 소결체이며,
상기 질화붕소의 배향 방향과 직교하는 방향으로부터 X선을 조사했을 때의 상기 질화붕소의 결정의 (002)면을 따른 X선 회절의 강도 I₍₀₀₂₎와 (100)면을 따른 X선 회절의 강도 I₍₁₀₀₎의 비(I₍₁₀₀₎/I₍₀₀₂₎)∥ 및 상기 배향 방향으로부터 X선을 조사했을 때의 (002)면을 따른 X선 회절의 강도 I₍₀₀₂₎와 (100)면을 따른 X선 회절의 강도 I₍₁₀₀₎의 비(I₍₁₀₀₎/I₍₀₀₂₎)⊥를 기초로 주어지는 배향도 지수 K=|log₁₀{(I₍₁₀₀₎/I₍₀₀₂₎)∥/(I₍₁₀₀₎/I₍₀₀₂₎)⊥}|가 0.8 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹 부재.
제1항에 있어서,
상기 질화붕소가 배향하고 있는 방향과 평행한 방향의 20℃∼250℃에 있어서의 JIS R1618에 기초하여 측정되는 열 팽창 계수가 (3∼5)×10^-6／℃인 것을 특징으로 하는 세라믹 부재.
제1항 또는 제2항에 있어서,
JIS R 1601에 기초하여 측정되는 3점 굽힘 강도가 200MPa 이상 300MPa 이하인 것을 특징으로 하는 세라믹 부재.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상대 밀도가 99% 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹 부재.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 질화붕소는, 결정 구조가 육방정이며, 인편상 입자인 것을 특징으로 하는 세라믹 부재.
도전성 재료로 이루어지는 프로브를 삽입 통과 가능한 관통 구멍을 가지고, 상기 프로브를 수용하는 프로브 홀더로서,
제1항 또는 제2항에 기재된 세라믹 부재를 사용하여 형성된 모재를 구비하고,
상기 관통 구멍은, 상기 모재에 있어서 상기 질화붕소의 배향 방향과 직교하는 방향으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 프로브 홀더.
질화붕소와, 산화규소와, 산화마그네슘과, 소결 조제를 혼합하는 혼합 공정과,
상기 혼합 공정에서 혼합한 혼합물에 대하여 일 방향을 지향하는 외력을 작용시키는 외력 작용 공정과,
상기 혼합물을 1,200℃∼1,300℃에서 소결하는 소결 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 세라믹 부재의 제조 방법.
제7항에 있어서,
상기 소결 조제는, 산화이트륨과 산화알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 부재의 제조 방법.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 외력 작용 공정 및 상기 소결 공정을, 핫프레스 소결법에 의해 일괄하여 행하는 것을 특징으로 하는 세라믹 부재의 제조 방법.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 소결 공정은, 감압 분위기 중 또는 불활성 분위기 중에서 행하는 것을 특징으로 하는 세라믹 부재의 제조 방법.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 질화붕소는, 결정 구조가 육방정이며, 인편상 입자인 것을 특징으로 하는 세라믹 부재의 제조 방법.
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