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特許7010967セラミックス、プローブ案内部品、プローブカードおよびパッケージ検査用ソケット
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-01-17
(45)【発行日】2022-01-26
(54)【発明の名称】セラミックス、プローブ案内部品、プローブカードおよびパッケージ検査用ソケット
(51)【国際特許分類】
C04B 35/488 20060101AFI20220119BHJP
C04B 35/596 20060101ALI20220119BHJP
G01R 1/073 20060101ALI20220119BHJP
G01R 31/26 20200101ALI20220119BHJP
【ＦＩ】
C04B35/488
C04B35/596
G01R1/073 E
G01R31/26 J
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2019552346
(86)(22)【出願日】2018-11-07
(86)【国際出願番号】 JP2018041330
(87)【国際公開番号】W WO2019093370
(87)【国際公開日】2019-05-16
【審査請求日】2020-04-13
(31)【優先権主張番号】P 2017217700
(32)【優先日】2017-11-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】591034280
【氏名又は名称】株式会社フェローテックマテリアルテクノロジーズ
(74)【代理人】
【識別番号】110002044
【氏名又は名称】特許業務法人ブライタス
(72)【発明者】
【氏名】山岸 航
(72)【発明者】
【氏名】森 一政
(72)【発明者】
【氏名】衛藤 俊一
【審査官】神▲崎▼ 賢一
(56)【参考文献】
【文献】特開昭６４－００５９７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－１１８９６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２０９２４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１１９９４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６４－０３３０７２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０４Ｂ ３５／４８８
Ｃ０４Ｂ ３５／５９６
Ｇ０１Ｒ １／０７３
Ｇ０１Ｒ ３１／２６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量％で、Ｓｉ３Ｎ４：２１．０～６０．０％と、
ＺｒＯ２：２５．０～７０．０％と、
ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＣａＯ、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｏＯ３、ＣｒＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＮｉＯおよびＶ２Ｏ５から選択される１種類以上：５．０～１５．０％とを含有し、
ＺｒＯ２の結晶相が、正方晶であるか、正方晶および単斜晶であるか、立方晶であるか、立方晶および正方晶であるか、立方晶および単斜晶であり、
－５０～５００℃における熱膨張係数が３．０×１０ －６ ～６．０×１０ －６ ／℃であり、かつ３点曲げ強度が７００ＭＰａ以上である、
セラミックス。
【請求項2】
質量％で、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＣａＯおよびＨｆＯ２から選択される１種類以上と、
ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｏＯ３、ＣｒＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＮｉＯおよびＶ２Ｏ５から選択される１種類以上とを含有する、
請求項１に記載のセラミックス。
【請求項3】
ＺｒＯ２が立方晶である、請求項１または２に記載のセラミックス。
【請求項4】
プローブカードのプローブを案内するプローブ案内部品であって、質量％で、
Ｓｉ ３ Ｎ ４ ：２１．０～６０．０％と、
ＺｒＯ ２ ：２５．０～７０．０％と、
ＭｇＯ、Ｙ ２ Ｏ ３ 、ＣｅＯ ２ 、ＣａＯ、ＨｆＯ ２ 、ＴｉＯ ２ 、Ａｌ ２ Ｏ ３ 、ＳｉＯ ２ 、ＭｏＯ ３ 、ＣｒＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ ２ Ｏ ３ 、Ｔａ ２ Ｏ ５ 、ＮｉＯおよびＶ ２ Ｏ ５ から選択される１種類以上：５．０～１５．０％とを含有し、
ＺｒＯ ２ の結晶相が、正方晶であるか、正方晶および単斜晶であるか、立方晶であるか、立方晶および正方晶であるか、立方晶および単斜晶であるセラミックスを用いた板状の本体部と、
前記本体部に、前記プローブを挿通する複数の貫通孔および／またはスリットとを備え、
前記複数の貫通孔内面および／または前記スリット内面の表面粗さが、Ｒａで０．２５μｍ以下である、
プローブ案内部品。
【請求項5】
複数のプローブと、請求項４に記載のプローブ案内部品とを備える、
プローブカード。
【請求項6】
請求項１から３までのいずれかに記載のセラミックスを用いた、パッケージ検査用ソケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、セラミックス、プローブ案内部品、プローブカードおよびパッケージ検査用ソケットに関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、ＩＣチップの検査工程においては、プローブカードが用いられる。図１には、プローブカードの構成を例示した断面図を示し、図２には、プローブガイドの構成を例示した上面図を示す。図１および図２に示すように、プローブカード１０は、針状のプローブ１１と、各プローブ１１を挿通させるための複数の貫通孔１２ａを有するプローブガイド（プローブ案内部品）１２を備える検査治具である。そして、ＩＣチップ１４の検査は、複数のプローブ１１をシリコンウエハ１３上に形成されたＩＣチップ１４に接触させることにより行われる。
【0003】
特許文献１には、窒化珪素２５～６０質量％と窒化硼素４０～７５質量％との混合物を主原料とするセラミックスが例示されている。また、特許文献２には、主成分が窒化硼素３０～５０質量％、およびジルコニア５０～７０質量％からなることを特徴とする快削性セラミックスに関する発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００５－２２６０３１号公報
【文献】国際公開第２００２／０８２５９２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
近年のデバイスの微細化や高性能化に伴い、その検査装置に用いられるプローブガイドには、シリコンウエハ１３と同程度の熱膨張率を有すること、プローブ荷重に耐えられる機械的強度(曲げ強度)を有すること、微小プローブを通す穴を高精度に多数加工できることなどが求められる。
【0006】
例えば、ＩＣチップの検査工程の検査効率は、ＩＣチップに同時に接触できるプローブの本数に依存する。このため、近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）により、数万本の微小なプローブを高密度に立設したプローブカードが実用化されつつある。前掲の図２に示すように、プローブガイド１２には、プローブカード１０の各プローブ１１に対応する位置に貫通孔１２ａを設ける必要がある。プローブカード１０のプローブ１１の設置位置や形状などは、その検査装置の仕様によって様々であり、それに応じて、貫通孔１２ａの設置位置や形状なども様々である。例えば、プローブ１１がピン形状の場合は、貫通孔１２ａとしては円形の穴が採用されるが、プローブ１１の形状に応じて、様々な形状の貫通孔１２ａを形成する必要がある。
【0007】
穴の内径や穴のピッチもプローブ１１の種類や配置によるが、例えば、直径５０μｍの貫通孔を６０μｍピッチ（貫通孔間の壁厚は１０μｍ程度）で設ける場合がある。このような小さな貫通孔を数万個設ける必要がある。このため、精密な加工がしやすい材料であることが求められる。特に、プローブガイド１２の貫通孔１２ａがプローブ１１に接触した場合にパーティクルが発生するとデバイスへのダメージや検査不良、プローブカード１０のメンテナンス回数の増加を引き起こすことがある。よって、プローブガイド１２の貫通孔１２ａ内表面の粗さが小さいこと、すなわち、加工表面が滑らかであることも求められる。
【0008】
ここで、ＩＣチップの配線微細化に伴い、プローブ数の増加およびプローブを接触させるパッド間距離（ピッチ）が狭くなるとともに、プローブの位置精度の更なる向上も要求されている。この狭ピッチに対応するため、プローブの小型化が進められており、また、様々な形状のプローブが使われ始めている。一方、プローブガイドに用いられる材料においても、プローブ位置精度の向上を目的として、厚みの低減、プローブの形状変化に対応した微細穴の形成などの必要が生じている。
【0009】
しかし、プローブガイド用材料の厚みを低減すると部材の強度が低下し、プローブ荷重に耐えられずに変形し、その結果、プローブの位置精度が低下する。また、場合によってはプローブガイド用材料が破損することがある。これらの要求に対応するため、プローブガイドには、極めて優れた機械的特性を有することが求められる。
【0010】
以上、主として、プローブガイドについて説明したが、同様の性能が求められる用途としては、パッケージ検査用ソケットなどの検査用ソケットがある。
【0011】
ここで、特許文献１および２に記載されるセラミックスは、シリコンと同程度の熱膨張係数を有し、一定の機械的強度と、快削性を有するものであるが、加工表面の滑らかさについては全く考慮されていない。
【0012】
本発明は、シリコンと同程度の熱膨張係数と、優れた機械的強度とを有し、高精度に細密な加工ができ、且つ加工表面が滑らかであり、使用時のパーティクルの発生を抑止できるセラミックス、そのセラミックスを用いたプローブ案内部品、プローブカードおよび検査用ソケット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】
【0013】
本発明者らは、上記の目的を達成するべく、高強度セラミックスのＳｉ３Ｎ４に、高膨張セラミックスのＺｒＯ２を複合することで、シリコンウエハと同程度の熱膨張率を有し、かつ高強度のセラミックスを得ることを基本として鋭意研究を重ねた結果、下記の知見を得た。
【0014】
（ａ）Ｓｉ３Ｎ４にＺｒＯ２を複合したセラミックス材料は、極めて硬い材料であるため機械加工での微細穴形成は困難である。そこで、レーザ加工で微細穴を作製してプローブガイド板を得ることが好ましい。
【0015】
（ｂ）しかし、単にレーザ加工を行うだけでは、加工表面（例えば、プローブガイドの貫通孔内表面）を滑らかにすることが困難である。そこで、酸化物を所定量含有させる。酸化物としては、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＣａＯ、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｏＯ３、ＣｒＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＮｉＯおよびＶ２Ｏ５などが例示される。
【0016】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、下記の発明を要旨とする。
【0017】
（１）質量％で、
Ｓｉ３Ｎ４：２０．０～６０．０％と、
ＺｒＯ２：２５．０～７０．０％と、
ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＣａＯ、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｏＯ３、ＣｒＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＮｉＯおよびＶ２Ｏ５から選択される１種類以上：５．０～１５．０％とを含有する、
セラミックス。
Ｓｉ３Ｎ４：２０．０～６０．０％と、
ＺｒＯ２：２５．０～７０．０％と、
ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＣａＯ、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｏＯ３、ＣｒＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＮｉＯおよびＶ２Ｏ５から選択される１種類以上：５．０～１５．０％とを含有する、
セラミックス。
【0018】
（２）質量％で、
ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＣａＯおよびＨｆＯ２から選択される１種類以上と、
ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｏＯ３、ＣｒＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＮｉＯおよびＶ２Ｏ５から選択される１種類以上とを含有する、
上記（１）のセラミックス。
ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＣａＯおよびＨｆＯ２から選択される１種類以上と、
ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｏＯ３、ＣｒＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＮｉＯおよびＶ２Ｏ５から選択される１種類以上とを含有する、
上記（１）のセラミックス。
【0019】
（３）ＺｒＯ２の結晶相が、正方晶であるか、正方晶および単斜晶であるか、立方晶であるか、立方晶および正方晶であるか、立方晶および単斜晶である、
上記（１）または（２）のセラミックス。
上記（１）または（２）のセラミックス。
【0020】
（４）ＺｒＯ２の結晶相が立方晶である、
上記（１）～（３）のいずれかのセラミックス。
上記（１）～（３）のいずれかのセラミックス。
【0021】
（５）－５０～５００℃における熱膨張係数が３．０×１０－６～６．０×１０－６／℃であり、かつ３点曲げ強度が７００ＭＰａ以上である、
上記（１）～（４）のいずれかのセラミックス。
上記（１）～（４）のいずれかのセラミックス。
【0022】
（６）プローブカードのプローブを案内するプローブ案内部品であって、
上記（１）～（５）のいずれかのセラミックスを用いた板状の本体部と、
前記本体部に、前記プローブを挿通する複数の貫通孔および／またはスリットとを備える、
プローブ案内部品。
上記（１）～（５）のいずれかのセラミックスを用いた板状の本体部と、
前記本体部に、前記プローブを挿通する複数の貫通孔および／またはスリットとを備える、
プローブ案内部品。
【0023】
（７）前記複数の貫通孔内面および／または前記スリット内面の表面粗さが、Ｒａで０．２５μｍ以下である、
上記（６）のプローブ案内部品。
上記（６）のプローブ案内部品。
【0024】
（８）複数のプローブと、
上記（６）または（７）のプローブ案内部品とを備える、
プローブカード。
上記（６）または（７）のプローブ案内部品とを備える、
プローブカード。
【0025】
（９）上記（１）～（５）のいずれかのセラミックスを用いた、
パッケージ検査用ソケット。
パッケージ検査用ソケット。
【発明の効果】
【0026】
本発明によれば、シリコンと同程度の熱膨張係数と、優れた機械的強度とを有し、高精度に細密な加工ができ、且つ加工表面が滑らかであり、使用時のパーティクルの発生を抑止できるセラミックスを得ることができるので、プローブ案内部品、プローブカードおよび検査用ソケットとして特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【発明を実施するための形態】
【0028】
１．セラミックス
本発明に係るセラミックスは、質量％で、Ｓｉ３Ｎ４：２０．０～６０．０％と、ＺｒＯ２：２５．０～７０．０％と、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＣａＯ、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｏＯ３、ＣｒＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＮｉＯおよびＶ２Ｏ５から選択される１種類以上：５．０～１５．０％とを含有する。以下、含有量についての「％」は「質量％」を意味する。
本発明に係るセラミックスは、質量％で、Ｓｉ３Ｎ４：２０．０～６０．０％と、ＺｒＯ２：２５．０～７０．０％と、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＣａＯ、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｏＯ３、ＣｒＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＮｉＯおよびＶ２Ｏ５から選択される１種類以上：５．０～１５．０％とを含有する。以下、含有量についての「％」は「質量％」を意味する。
【0029】
Ｓｉ３Ｎ４：２０．０～６０．０％
Ｓｉ３Ｎ４は、セラミックスに高い強度を付与するのに有効であり、７００ＭＰａ以上という高い曲げ強度を得るためには、２０．０％以上含有させる必要がある。しかし、Ｓｉ３Ｎ４の含有量が６０．０％を超えると、シリコンウエハと同程度の熱膨張率を得ること、すなわち、－５０～５００℃における熱膨張係数を３．０×１０－６／℃以上することが困難となる。よって、Ｓｉ３Ｎ４の含有量は、２０．０～６０．０％とする。下限は２５．０％とするのが好ましく、３０．０％とするのがより好ましい。上限は、５５．０％とするのが好ましく、５０．０％とするのがより好ましい。
Ｓｉ３Ｎ４は、セラミックスに高い強度を付与するのに有効であり、７００ＭＰａ以上という高い曲げ強度を得るためには、２０．０％以上含有させる必要がある。しかし、Ｓｉ３Ｎ４の含有量が６０．０％を超えると、シリコンウエハと同程度の熱膨張率を得ること、すなわち、－５０～５００℃における熱膨張係数を３．０×１０－６／℃以上することが困難となる。よって、Ｓｉ３Ｎ４の含有量は、２０．０～６０．０％とする。下限は２５．０％とするのが好ましく、３０．０％とするのがより好ましい。上限は、５５．０％とするのが好ましく、５０．０％とするのがより好ましい。
【0030】
ＺｒＯ２：２５．０～７０．０％
ＺｒＯ２は、セラミックスに高い熱膨張率を付与するのに有効であり、２５．０％以上含有させる必要がある。しかし、ＺｒＯ２の含有量が７０．０％を超えると、熱膨張率が高くなりすぎて、シリコンウエハと同程度の熱膨張率を得ること、すなわち、－５０～５００℃における熱膨張係数を６．０×１０－６／℃以下にすることが困難となる。よって、ＺｒＯ２の含有量は、２５．０～７０．０％とする。下限は３０．０％とするのが好ましく、３５．０％とするのがより好ましい。上限は、６５．０％とするのが好ましく、６０．０％とするのがより好ましい。
ＺｒＯ２は、セラミックスに高い熱膨張率を付与するのに有効であり、２５．０％以上含有させる必要がある。しかし、ＺｒＯ２の含有量が７０．０％を超えると、熱膨張率が高くなりすぎて、シリコンウエハと同程度の熱膨張率を得ること、すなわち、－５０～５００℃における熱膨張係数を６．０×１０－６／℃以下にすることが困難となる。よって、ＺｒＯ２の含有量は、２５．０～７０．０％とする。下限は３０．０％とするのが好ましく、３５．０％とするのがより好ましい。上限は、６５．０％とするのが好ましく、６０．０％とするのがより好ましい。
【0031】
なお、ＺｒＯ２としては、単斜晶、正方晶または立方晶の結晶構造を有するものがある。一般的に、ＺｒＯ２セラミックスに高い強度を付与するためには、酸化物を数％固溶させた正方晶ＺｒＯ２が好んで使用される。しかし、この正方晶ＺｒＯ２は、低温（２００℃未満）であっても長時間曝されると、単斜晶に相転移し、この相転移の際にセラミックスの寸法を変化させる。この相転移は、例えば、４０℃以上で進行し、１５０℃以上でより顕著に進行する。したがって、このようなセラミックスをプローブカードのプローブを案内するプローブ案内部品に使用した場合、室温においてはプローブ案内部品としての機能を果たすものの、使用する温度域が高くなるに伴い、プローブを挿通する複数の貫通孔および／またはスリットの位置がずれ、プローブの挿通を阻害することがある。よって、使用温度で相転移しない、すなわち寸法変化しない立方晶ＺｒＯ２を用いることがより好ましい。なお、立方晶ＺｒＯ２には、３ｍｏｌ％程度のＹなどの元素が含まれるが、ＺｒＯ２の含有量にはこれらの元素の量も含まれる。ただし、単斜晶ＺｒＯ２は正方晶または立方晶ＺｒＯ２より強度が低いため、結晶構造として単斜晶を含む場合でも、その割合は５０％以下とするのがよく、より好ましくは１０％以下とするのがよく、０％でもよい。
【0032】
ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＣａＯ、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｏＯ３、ＣｒＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＮｉＯおよびＶ２Ｏ５から選択される１種類以上：５．０～１５．０％
本発明に係るセラミックスを様々な用途に用いる場合には、微細な加工を行う必要がある。例えば、プローブ案内部品として使用するためには、複数の貫通孔および／またはスリットを形成する必要がある。しかし、本発明に係るセラミックスは、Ｓｉ３Ｎ４およびＺｒＯ２を主成分とする高硬度材料であるので、この微細加工を機械的加工で行うことは困難である。このため、加工表面（例えば、プローブガイドの貫通孔内表面）が粗くなり、そのような加工を施した部材の使用時に、パーティクルが発生し、各種デバイスへのダメージや検査不良を招く。このため、このセラミックスへの微細な加工は、レーザ加工により行うのが好ましいが、レーザ加工によっても、加工表面（例えば、プローブガイドの貫通孔内表面）を滑らかにすることが困難であり、使用時のパーティクルの発生を完全に防止することは困難である。
本発明に係るセラミックスを様々な用途に用いる場合には、微細な加工を行う必要がある。例えば、プローブ案内部品として使用するためには、複数の貫通孔および／またはスリットを形成する必要がある。しかし、本発明に係るセラミックスは、Ｓｉ３Ｎ４およびＺｒＯ２を主成分とする高硬度材料であるので、この微細加工を機械的加工で行うことは困難である。このため、加工表面（例えば、プローブガイドの貫通孔内表面）が粗くなり、そのような加工を施した部材の使用時に、パーティクルが発生し、各種デバイスへのダメージや検査不良を招く。このため、このセラミックスへの微細な加工は、レーザ加工により行うのが好ましいが、レーザ加工によっても、加工表面（例えば、プローブガイドの貫通孔内表面）を滑らかにすることが困難であり、使用時のパーティクルの発生を完全に防止することは困難である。
【0033】
そこで、本発明に係るセラミックスにおいては、適量の酸化物を含有させる。すなわち、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＣａＯ、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｏＯ３、ＣｒＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＮｉＯおよびＶ２Ｏ５から選択される１種類以上を５．０％以上含有させる必要がある。一方、これらの酸化物の含有量が過剰な場合には曲げ強度の低下を招くので、これらの酸化物の一種以上の含有量は１５．０％以下とする。よって、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＣａＯ、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｏＯ３、ＣｒＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＮｉＯおよびＶ２Ｏ５から選択される１種類以上の含有量は、５．０～１５．０％とする。下限は７．０％とするのが好ましく、９．０％とするのがより好ましい。上限は、１３．０％とするのが好ましく、１１．０％とするのがより好ましい。
【0034】
特に、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＣａＯおよびＨｆＯ２は、上記の効果に加え、焼結助剤としての働きをし、さらに、ＺｒＯ２の結晶構造を立方晶として安定するのにも有効である。また、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｏＯ３、ＣｒＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＮｉＯおよびＶ２Ｏ５は、上記の効果に加え、焼結助剤としての働きもする。よって、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＣａＯおよびＨｆＯ２から選択される１種類以上と、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｏＯ３、ＣｒＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＮｉＯおよびＶ２Ｏ５から選択される１種類以上とを含有させることが好ましい。
なお、各成分の含有量（質量％）は、ＩＣＰ発光分光分析法により測定することができる。また、上記で挙げた成分以外の残部は、特に制約はないが、極力少ないことが好ましく、残部の含有量は１０．０％以下が好ましく、５．０％以下がより好ましく、０％でもよい。残部としては、ＢＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣなどが例示される。
なお、各成分の含有量（質量％）は、ＩＣＰ発光分光分析法により測定することができる。また、上記で挙げた成分以外の残部は、特に制約はないが、極力少ないことが好ましく、残部の含有量は１０．０％以下が好ましく、５．０％以下がより好ましく、０％でもよい。残部としては、ＢＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣなどが例示される。
【0035】
－５０～５００℃における熱膨張係数：３．０×１０－６～６．０×１０－６／℃
本発明に係るセラミックスをプローブガイドに用いる場合には、各ＩＣチップが搭載されるシリコンウエハの熱膨張係数と同程度であることが求められる。これは、検査時の温度が変化したときに、シリコンウエハの熱膨張に従ってＩＣチップの位置が変動する。このとき、プローブガイドが、シリコンウエハと同程度の熱膨張係数を有しておれば、シリコンウエハの膨張、収縮に同調して移動するので、高精度な検査を維持することができる。この点、本発明に係るセラミックスが検査用ソケットに用いられる場合も同様である。よって、－５０～５００℃における熱膨張係数は、３．０×１０－６～６．０×１０－６／℃であることを基準とする。
本発明に係るセラミックスをプローブガイドに用いる場合には、各ＩＣチップが搭載されるシリコンウエハの熱膨張係数と同程度であることが求められる。これは、検査時の温度が変化したときに、シリコンウエハの熱膨張に従ってＩＣチップの位置が変動する。このとき、プローブガイドが、シリコンウエハと同程度の熱膨張係数を有しておれば、シリコンウエハの膨張、収縮に同調して移動するので、高精度な検査を維持することができる。この点、本発明に係るセラミックスが検査用ソケットに用いられる場合も同様である。よって、－５０～５００℃における熱膨張係数は、３．０×１０－６～６．０×１０－６／℃であることを基準とする。
【0036】
曲げ強度：６００ＭＰａ以上
本発明に係るセラミックスは、プローブガイドに使用したときには、検査時にプローブなどとの接触や荷重に耐えうるように、十分な機械的特性を有していることが求められる。特に、プローブガイドの小型化、薄肉化の要請に答えるべく、従来にも増して高い曲げ強度が求められる。この点、本発明に係るセラミックスが検査用ソケットに用いられる場合も同様である。このため、曲げ強度は、６００ＭＰａ以上であることを基準とし、より好ましくは７００ＭＰa以上とする。
本発明に係るセラミックスは、プローブガイドに使用したときには、検査時にプローブなどとの接触や荷重に耐えうるように、十分な機械的特性を有していることが求められる。特に、プローブガイドの小型化、薄肉化の要請に答えるべく、従来にも増して高い曲げ強度が求められる。この点、本発明に係るセラミックスが検査用ソケットに用いられる場合も同様である。このため、曲げ強度は、６００ＭＰａ以上であることを基準とし、より好ましくは７００ＭＰa以上とする。
【0037】
微細加工性
微細加工性は、パルスレーザ加工によって、厚み０．３ｍｍのセラミックス材料に５０μｍ角の貫通孔を９個形成したときの加工精度を、画像測定機（例えば（株）ミツトヨ製クイックビジョン）でレーザの抜け側から穴形状（加工精度が±２μｍ以下の場合を良好と判断する。）を観察することにより評価する。
微細加工性は、パルスレーザ加工によって、厚み０．３ｍｍのセラミックス材料に５０μｍ角の貫通孔を９個形成したときの加工精度を、画像測定機（例えば（株）ミツトヨ製クイックビジョン）でレーザの抜け側から穴形状（加工精度が±２μｍ以下の場合を良好と判断する。）を観察することにより評価する。
【0038】
加工表面の粗さ
加工表面の粗さは、パルスレーザ加工によって、厚み０．３ｍｍのセラミックス材料に５０μｍ角の貫通孔を９個形成したときの加工穴内面を、レーザ共焦点顕微鏡（キーエンス製ＶＫ－Ｘ１５０）で、任意の５視野を、長さ１００μｍ以上を測定し、傾き補正を行ってＲａを算出し、その平均値を評価する。Ｒａは、０．２５μｍ以下を良好とする。
加工表面の粗さは、パルスレーザ加工によって、厚み０．３ｍｍのセラミックス材料に５０μｍ角の貫通孔を９個形成したときの加工穴内面を、レーザ共焦点顕微鏡（キーエンス製ＶＫ－Ｘ１５０）で、任意の５視野を、長さ１００μｍ以上を測定し、傾き補正を行ってＲａを算出し、その平均値を評価する。Ｒａは、０．２５μｍ以下を良好とする。
【0039】
１５０℃熱処理後のクラック発生有無
１５０℃熱処理後のクラック発生有無は、厚み０．３ｍｍのセラミックス材料を、５℃/分で室温から１５０℃まで昇温し、１５０℃で１００時間保持したのち、室温で自然放冷して、セラミックスが室温に達してからさらに５時間静置した後、デジタルマイクロスコープ（キーエンス製ＶＨＸ-６０００）を用いて、観察倍率２００倍で５視野以上を撮影し、撮影画像からクラックの発生有無を評価する。クラックの発生がない場合○、クラックの発生がある場合を×とする。
１５０℃熱処理後のクラック発生有無は、厚み０．３ｍｍのセラミックス材料を、５℃/分で室温から１５０℃まで昇温し、１５０℃で１００時間保持したのち、室温で自然放冷して、セラミックスが室温に達してからさらに５時間静置した後、デジタルマイクロスコープ（キーエンス製ＶＨＸ-６０００）を用いて、観察倍率２００倍で５視野以上を撮影し、撮影画像からクラックの発生有無を評価する。クラックの発生がない場合○、クラックの発生がある場合を×とする。
【0040】
２．セラミックスの製造方法
以下、本発明に係るセラミックスの製造方法の例について説明する。
以下、本発明に係るセラミックスの製造方法の例について説明する。
【0041】
Ｓｉ３Ｎ４粉末と、ＺｒＯ２粉末と、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＣａＯ、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｈ２ＭｏＯ４（焼結後にＭｏＯ３となる）、ＣｒＯ、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＮｉＯおよびＶ２Ｏ５から選択される１種類以上の酸化物粉末とを、ボールミルなどの公知の方法で混合する。すなわち、容器内で各粉末とともに、溶媒と、セラミックス製または鉄心入りの樹脂製ボールとともに混合してスラリー化する。この際、溶媒には水またはアルコールを用いることができる。更には、必要に応じ分散剤やバインダーなどの添加物を用いてもよい。
【0042】
得られたスラリーをスプレードライや減圧エバポレーターなどの公知の方法で造粒する。すなわちスプレードライヤーで噴霧乾燥して顆粒化あるいは、減圧エバポレーターで乾燥して粉末化する。
【0043】
得られた粉末を高温高圧下で、例えばホットプレスまたはＨＩＰ（熱間等方圧加圧法）などの公知の方法で焼結して、セラミックス焼結体を得る。ホットプレスの場合、窒素雰囲気中で焼成してよい。また焼成温度は１３００～１８００℃の範囲がよい。温度が低すぎると焼結が不十分になり、高すぎると酸化物成分の溶出などの問題が発生する。
【0044】
加圧力は１０～５０ＭＰａの範囲が適当である。また加圧力持続時間は温度や寸法によるが通常１～４時間程度である。またＨＩＰの場合においても、温度や加圧力などの焼成条件を適宜設定すればよい。このほか、常圧焼成法や雰囲気加圧焼成法などの公知の焼成方法を採用してもよい。
【実施例】
【0045】
本発明の効果を確認するべく、配合比を変化させた、Ｓｉ３Ｎ４粉末と、ＺｒＯ２粉末と、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣｅＯ２、ＴｉＯ２およびＨ２ＭｏＯ４（焼結後にＭｏＯ３となる）から選択される１種類以上の酸化物粉末とを、水、分散剤、樹脂、セラミックス製のボールとともに混合し、得られたスラリーをスプレードライヤーで噴霧乾燥して顆粒状にした。得られた顆粒を黒鉛製のダイス（型）に充填し、窒素雰囲気中３０ＭＰａの圧力を加えながら１７００℃で２時間ホットプレス焼成を行って、縦１５０×横１５０×厚さ３０ｍｍの試験材を得た。
【0046】
得られた試験材から試験片を採取して、各種の試験を行なった。
【0047】
＜熱膨張率＞
上記試験材の－５０～５００℃における熱膨張係数をＪＩＳ Ｒ１６１８に従って求めた。
上記試験材の－５０～５００℃における熱膨張係数をＪＩＳ Ｒ１６１８に従って求めた。
【0048】
＜曲げ強度＞
上記の試験材の三点曲げ強度をＪＩＳ Ｒ１６０１に従って求めた。曲げ強度は、６００ＭＰａ以上である場合を良好とする。
上記の試験材の三点曲げ強度をＪＩＳ Ｒ１６０１に従って求めた。曲げ強度は、６００ＭＰａ以上である場合を良好とする。
【0049】
＜相対密度＞
上記の試験材の嵩密度をＪＩＳ Ｃ２１４１に従って求め、求めた嵩密度を理論密度で除して相対密度を求めた。相対密度は、９０％以上である場合を良好とする。
上記の試験材の嵩密度をＪＩＳ Ｃ２１４１に従って求め、求めた嵩密度を理論密度で除して相対密度を求めた。相対密度は、９０％以上である場合を良好とする。
【0050】
＜ヤング率＞
上記の試験材のヤング率をＪＩＳ Ｒ１６０２に従って求めた。ヤング率は、２３０ＧＰａ以上である場合を良好とする。
上記の試験材のヤング率をＪＩＳ Ｒ１６０２に従って求めた。ヤング率は、２３０ＧＰａ以上である場合を良好とする。
【0051】
＜微細加工性＞
微細加工性は、パルスレーザ加工によって、厚み０．３ｍｍのセラミックス材料に５０μｍ角の貫通孔を９個形成したときの加工精度を、画像測定機（例えば、ミツトヨ製クイックビジョン）でレーザの抜け側から穴形状（加工精度が±２μｍ以下の場合を良好と判断する。）を観察することにより評価した。加工精度が±２μｍ以下の穴の形成ができた場合を「○」、それ以外の場合（材料の残りがあった場合、形状歪があった場合など）を「×」とする。なお、図８は、レーザ加工時の状態の概略図を示している。図８に示すように、セラミックスにおいて、レーザ光を照射する側を、レーザ照射側とし、レーザ照射側の反対側をレーザ抜け側とする。
微細加工性は、パルスレーザ加工によって、厚み０．３ｍｍのセラミックス材料に５０μｍ角の貫通孔を９個形成したときの加工精度を、画像測定機（例えば、ミツトヨ製クイックビジョン）でレーザの抜け側から穴形状（加工精度が±２μｍ以下の場合を良好と判断する。）を観察することにより評価した。加工精度が±２μｍ以下の穴の形成ができた場合を「○」、それ以外の場合（材料の残りがあった場合、形状歪があった場合など）を「×」とする。なお、図８は、レーザ加工時の状態の概略図を示している。図８に示すように、セラミックスにおいて、レーザ光を照射する側を、レーザ照射側とし、レーザ照射側の反対側をレーザ抜け側とする。
【0052】
＜加工表面の粗さ＞
加工表面の粗さは、パルスレーザ加工によって、厚み０．３ｍｍのセラミックス材料に５０μｍ角の貫通孔を９個形成したときの加工穴内面を、レーザ共焦点顕微鏡（キーエンス製ＶＫ－Ｘ１５０）で、任意の５視野を、長さ１００μｍ以上を測定し、傾き補正を行ってＲａを算出し、その平均値を評価した。Ｒａは、０．２５μｍ以下を良好とした。なお、加工表面の粗さは、セラミックス材料の厚さ方向に平行な断面について、穴内面の厚さ中心部を含む領域（具体的には、図８の長方形で囲った部分）を観察する。
加工表面の粗さは、パルスレーザ加工によって、厚み０．３ｍｍのセラミックス材料に５０μｍ角の貫通孔を９個形成したときの加工穴内面を、レーザ共焦点顕微鏡（キーエンス製ＶＫ－Ｘ１５０）で、任意の５視野を、長さ１００μｍ以上を測定し、傾き補正を行ってＲａを算出し、その平均値を評価した。Ｒａは、０．２５μｍ以下を良好とした。なお、加工表面の粗さは、セラミックス材料の厚さ方向に平行な断面について、穴内面の厚さ中心部を含む領域（具体的には、図８の長方形で囲った部分）を観察する。
【0053】
【表1】
【0054】
図３には、実施例６の微細加工後の穴を上方から撮影した写真を示し、図４には、比較例３の微細加工後の穴を上方から撮影した写真を示し、図５には、比較例４の微細加工後の穴を上方から撮影した写真を示している。また、図６には、実施例６の微細加工後の穴の内面を撮影した写真を示し、図７には、比較例５の微細加工後の穴の内面を撮影した写真を示している。
【0055】
表１に示すように、比較例１および７は、Ｓｉ３Ｎ４が多すぎ、ＺｒＯ２が少なすぎるため、熱膨張率が低くなった。比較例２および３は、Ｓｉ３Ｎ４が少なすぎ、ＺｒＯ２が多すぎるために、熱膨張率高くなり、また、微細加工性が悪化した。比較例４は、Ｙ２Ｏ３が多すぎるため、熱膨張率が高くなり、また曲げ強度および微細加工性が悪化した。比較例５、６は、主成分としてＢＮを含むが、Ｓｉ３Ｎ４またはＺｒＯ２が本発明の範囲外であるために、曲げ強度が悪化した。比較例８は、主成分としてＡｌＮを含むが、Ｓｉ３Ｎ４またはＺｒＯ２が本発明の範囲外であるために、曲げ強度が悪化した。比較例９は、ＺｒＯ２のみで構成したものであり、曲げ強度等の性能に優れるが、熱膨張率が高くなりすぎ、また微細加工性が悪化した。
【0056】
これに対して、実施例１～１７は、熱膨張率および曲げ強度ともに良好な範囲であり、微細加工性および加工表面の粗さにおいても優れていた。特に、図３～５に示すように、微細加工後に、比較例３では材料残りが生じ、比較例４では穴形状に歪みが生じたのに対して、実施例６では精密な穴を形成することができた。また、図６および図７に示すように、比較例５では穴内部の表面粗さが粗い（表１に示すように、Ｒａ：０．３３）が、実施例６では穴内部の表面粗さが滑らか（表１に示すように、Ｒａ：０．１６）であった。実施例１４、実施例１５は、求められる性能は満たしているものの、正方晶のＺｒＯ２を含んでいたため、１５０℃の熱処理後にクラックの発生が認められた。これらのセラミックスは、常温での使用には支障がないが、加熱条件での使用には不向きである。
【産業上の利用可能性】
【0057】
本発明によれば、シリコンと同程度の熱膨張係数と、優れた機械的強度とを有し、高精度に細密な加工ができ、且つ加工表面が滑らかであり、使用時のパーティクルの発生を抑止できるセラミックスを得ることができるので、プローブ案内部品、プローブカードおよび検査用ソケットとして特に有用である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】