JP2005211976A - Tool for manufacturing diamond film coated semiconductor - Google Patents

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Katsuo Kazahaya
克夫 風早
Yasushi Matsumoto
寧 松本
Toshio Fukunishi
利夫 福西
Yuichiro Seki
裕一郎 関
Takahiro Imai
貴浩 今井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tool for manufacturing a diamond film coated semiconductor which is a tool for working a lead wire of a semiconductor device etc., and which can suppress the damage due to the static electricity of the semiconductor device during working by preventing the electrostatic charge of the tool. <P>SOLUTION: The tool for manufacturing the diamond film coated semiconductor is coated with a diamond film on a base material surface. The base material is a cemented carbide or cermet. The diamond film is a conductive diamond film containing boron and hydrogen. The average surface roughness of the conductive diamond film is ≤0.2 μm in Ra. The average grain size of the diamond crystal particles on the surface of the conductive diamond film is ≤1.5 μm. The electric resistance of the outermost layer is preferably ≤1,000 Ωcm. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体の製造など耐溶着性や高い加工精度が要求される分野において使用されるダイヤモンド膜被覆半導体製造用工具に関するものである。   The present invention relates to a diamond film-coated semiconductor manufacturing tool used in fields where welding resistance and high processing accuracy are required, such as semiconductor manufacturing.

コンピュータや制御装置などの各種電子機器に組み込まれる半導体デバイスは、モールド工程、トリミング工程、フォーミング工程を経て製造される。モールド工程とはチップを外部から保護する樹脂封止の工程であり、トリミング工程とはモールディングされたリードフレームからパッケージを個別に取り出す工程である。また、フォーミング工程とはパッケージのリード線などを切断、成型する工程である。   Semiconductor devices incorporated in various electronic devices such as computers and control devices are manufactured through a molding process, a trimming process, and a forming process. The molding process is a resin sealing process for protecting the chip from the outside, and the trimming process is a process for individually taking out the package from the molded lead frame. The forming process is a process of cutting and molding a package lead wire or the like.

これらの工程で使用されるダイヤモンド膜被覆半導体製造用工具は、耐溶着性・耐剥離性などが高いことが必要である。それはダイヤモンド膜被覆半導体製造用工具の加工対象がモールド樹脂やリード線であることに起因する。モールド樹脂はダイヤモンド膜被覆半導体製造用工具に溶着し易いだけでなく、モールド樹脂に含まれるシリカやマイカは工具を激しく摩耗させる。シリカやマイカはモールド樹脂の熱伝導性を高く、熱膨張係数を低くするために添加されている。   The diamond film-coated semiconductor manufacturing tool used in these steps needs to have high resistance to welding and peeling. This is because the processing target of the diamond film-coated semiconductor manufacturing tool is a mold resin or a lead wire. The mold resin is not only easily welded to the diamond film-coated semiconductor manufacturing tool, but the silica and mica contained in the mold resin severely wear the tool. Silica and mica are added to increase the thermal conductivity of the mold resin and to lower the thermal expansion coefficient.

リード線を加工する場合、リード線には半田メッキが施されており、半田による溶着が起こり易い。また、近年鉛フリー半田の使用が盛んになってきておリ、これらに含まれるパラジウムなどが工具を摩耗させる。このようなリード線を切断するために、基材に高硬度なダイヤモンド薄膜を被覆し、タイバーカットパンチとタイバーとの間に生じる摩擦力を小さくし、タイバーカットパンチの摩耗を防止することが特許文献1に記載されている。また、リード線の曲げ用ポンチの被覆膜として絶縁性のダイヤモンドを用いることが特許文献2に記載されている。この発明では、曲げ用ポンチの静電気対策として、ダイヤモンド被覆部と本体部を分割し、本体部を導電体で構成し、この二つを一体に構成することが提案されている。   When processing a lead wire, the lead wire is subjected to solder plating, and soldering is likely to occur. In recent years, the use of lead-free solder has become popular, and palladium contained therein wears the tool. In order to cut such lead wires, it is patented that the base material is coated with a high-hardness diamond thin film, the friction force generated between the tie bar cut punch and the tie bar is reduced, and the wear of the tie bar cut punch is prevented. It is described in Reference 1. Further, Patent Document 2 describes that an insulating diamond is used as a coating film for a lead bending punch. In the present invention, as a countermeasure against static electricity of the bending punch, it has been proposed to divide the diamond coating portion and the main body portion, to configure the main body portion with a conductor, and to integrally form the two.

特開平4-56258号公報JP-A-4-56258 特開平7-211842号公報JP 7-211842 A

近年、半導体デバイスは素子単体の縮小化や酸化膜の薄膜化により静電気放電による破壊電圧の低下が進行している。静電気から内部回路を守るため保護回路が製作されているが、これだけでは不十分であり、実装工程においても静電気対策が講じられている。   In recent years, the breakdown voltage of semiconductor devices has been lowered due to electrostatic discharge due to the reduction in the size of single elements and the reduction in thickness of oxide films. Protection circuits have been manufactured to protect internal circuits from static electricity, but this alone is not sufficient, and countermeasures against static electricity are taken in the mounting process.

特許文献1などに記載されているダイヤモンド膜被覆半導体製造用工具は、ダイヤモンド膜の耐溶着性、耐摩耗性を利用した工具である。ダイヤモンド膜は通常絶縁体であり、静電気を帯び、静電気が放電するときパッケージが破壊する可能性がある。このため、特許文献2などに記載されている対策が採られているが十分ではなく、製品を加工した際にパッケージ内の回路へ放電することによりチップなどを破壊する恐れがある。つまり、静電気を帯びたダイヤモンド膜被覆半導体製造用工具が製品に接触することにより、静電気放電が生じ製品が破壊してしまう。   The diamond film-coated semiconductor manufacturing tool described in Patent Document 1 or the like is a tool that utilizes the welding resistance and wear resistance of a diamond film. The diamond film is usually an insulator and is charged with static electricity, which can destroy the package when the static electricity is discharged. For this reason, the measures described in Patent Document 2 and the like have been taken, but it is not sufficient, and when the product is processed, the chip or the like may be destroyed by discharging to a circuit in the package. That is, when the diamond film-coated semiconductor manufacturing tool charged with static electricity comes into contact with the product, electrostatic discharge occurs and the product is destroyed.

一方、パッケージなどは、微細化と、高集積化が同時に進んでいるので、これらの製造に使用される工具や部品は、特に寸法精度が厳しい。例えば±1μm以内の寸法精度が求められる。   On the other hand, since the miniaturization and high integration of packages and the like are advanced at the same time, the tools and parts used in these manufactures have particularly strict dimensional accuracy. For example, dimensional accuracy within ± 1 μm is required.

このようなことから本発明は、静電気による静電気破壊が起こらず、かつ耐溶着性、耐剥離性に優れ、寸法精度の高いダイヤモンド膜被覆半導体製造用工具を提供することを目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a diamond film-coated semiconductor manufacturing tool that is free from electrostatic breakdown due to static electricity, is excellent in welding resistance and peeling resistance, and has high dimensional accuracy.

本発明は、ダイヤモンド膜の優れた性能を維持しながら、硼素を添加して導電性のダイヤモンド膜とすることにより、加工中のパッケージの静電気を除電しようとするものである。   The present invention intends to remove static electricity from a package being processed by adding boron to form a conductive diamond film while maintaining the excellent performance of the diamond film.

本発明は、基材表面にダイヤモンド膜が被覆されたダイヤモンド膜被覆半導体製造用工具であって、基材が超硬合金またはサーメットであり、ダイヤモンド膜は硼素と水素を含有する導電性ダイヤモンド膜であり、導電性ダイヤモンド膜の平均表面粗さがRaで0.2μm以下であり、導電性ダイヤモンド膜の表面における結晶粒子の平均粒径が1.5μm以下であるダイヤモンド膜被覆半導体製造用工具を提供するものである。   The present invention relates to a diamond film-coated semiconductor manufacturing tool in which a substrate surface is coated with a diamond film, the substrate is a cemented carbide or cermet, and the diamond film is a conductive diamond film containing boron and hydrogen. Provided is a diamond film-coated semiconductor manufacturing tool in which the average surface roughness of a conductive diamond film is 0.2 μm or less in terms of Ra, and the average particle diameter of crystal grains on the surface of the conductive diamond film is 1.5 μm or less. It is.

本発明において、基材には、切削工具などに使用される硬度と強度を合わせ持つ超硬合金やサーメットを用いる。   In the present invention, a cemented carbide or cermet having both hardness and strength used for a cutting tool or the like is used for the base material.

また、ダイヤモンド膜に硼素を含有することで、この膜に導電性を持たせる。この導電性ダイヤモンド膜を基材上に成膜することで、この膜と基材とを電気的に接続し、工具に帯電した電荷を除電することができる。   In addition, boron is contained in the diamond film to make the film conductive. By forming this conductive diamond film on a base material, the film and the base material can be electrically connected, and the charge charged on the tool can be eliminated.

また、ダイヤモンド膜表面の平均表面粗さをRaで0.2μm以下とすることにより、半田などの工具への溶着を防止でき、リード線の加工精度を高く保つことができる。なお、平均表面粗さはAFM(原子間力顕微鏡)で測定する。一般の触針式の表面粗さ計では、測定できないほど小さな平均表面粗さを持つからである。   Moreover, by setting the average surface roughness of the diamond film surface to 0.2 μm or less in Ra, welding to a tool such as solder can be prevented, and the processing accuracy of the lead wire can be kept high. The average surface roughness is measured with an AFM (atomic force microscope). This is because a general stylus type surface roughness meter has an average surface roughness that is so small that it cannot be measured.

さらに、ダイヤモンド膜表面の結晶粒子の平均粒径を1.5μm以下とすることが必要である。この範囲の規定とすることで、高い耐溶着性を得ることができる。この粒子径は走査型電子顕微鏡で測定される。   Furthermore, it is necessary that the average particle size of the crystal particles on the diamond film surface be 1.5 μm or less. By setting this range, high welding resistance can be obtained. This particle size is measured with a scanning electron microscope.

導電性ダイヤモンド膜の表面の電気抵抗が1000Ω・cm以下であることが望ましい。半導体製造時に発生する静電気を効率よく除電するためには、上記の範囲の導電性膜であることが望ましい。この電気抵抗は、例えばダイヤモンド膜が被覆された工具を用意し、その膜表面の2点間で測定すればよい。   The electric resistance of the surface of the conductive diamond film is desirably 1000 Ω · cm or less. In order to efficiently remove static electricity generated during semiconductor manufacturing, the conductive film in the above range is desirable. This electrical resistance may be measured between two points on the surface of the film, for example, by preparing a tool coated with a diamond film.

導電性ダイヤモンド膜の硼素の含有量は、1.0×1018〜5.0×1022atoms/cm3(硼素原子の単位体積当たりの個数)であることが望ましい。この値は、静電気を充分に除電するための導電性を与えるために好ましい硼素の含有量である。この範囲にあると、製造時に微量硼素の制御が容易であり、またダイヤモンド膜の高い密着力を得ることができる。なお、本発明ではSIMS((Secondary Ion Mass Spectroscopy)2次イオン質量分析法)分析により、試料の厚さの方向に硼素や後で述べる水素の含有量を測定する。硼素含有量のさらに好ましい範囲は、5.0×1019〜1.5×1021atoms/cm3(硼素原子の単位体積当たりの個数)である。 The boron content of the conductive diamond film is preferably 1.0 × 10 18 to 5.0 × 10 22 atoms / cm 3 (number of boron atoms per unit volume). This value is a preferable boron content in order to provide conductivity for sufficiently eliminating static electricity. Within this range, it is easy to control a trace amount of boron during production, and a high adhesion of the diamond film can be obtained. In the present invention, the content of boron or hydrogen described later is measured in the direction of the thickness of the sample by SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy) analysis. A more preferable range of the boron content is 5.0 × 10 19 to 1.5 × 10 21 atoms / cm 3 (the number of boron atoms per unit volume).

導電性ダイヤモンド膜が含有する水素の量は、8.0×1020〜3.0×1022atoms/cm3(水素原子の単位体積当たりの個数)であることが望ましい。さらに好ましい範囲は、1.0×1021〜3.0×1022atoms/cm3である。ダイヤモンド膜中の水素の含有量は、基材とダイヤモンド膜の密着性と密接に関係する。水素の含有量が増えると、ダイヤモンド膜の熱膨張係数が大きくなり、基材との熱膨張係数差を小さくすることができる。その結果、基材と膜との耐剥離性を高めることができる。上記範囲の水素を含有することで、微細な組織を維持した結晶性の低いダイヤモンド膜とすることができ、その熱膨張係数を大きくして基材との耐剥離性を高めることができる。 The amount of hydrogen contained in the conductive diamond film is desirably 8.0 × 10 20 to 3.0 × 10 22 atoms / cm 3 (number of hydrogen atoms per unit volume). A more preferable range is 1.0 × 10 21 to 3.0 × 10 22 atoms / cm 3 . The hydrogen content in the diamond film is closely related to the adhesion between the substrate and the diamond film. As the hydrogen content increases, the thermal expansion coefficient of the diamond film increases and the difference in thermal expansion coefficient from the substrate can be reduced. As a result, the peel resistance between the substrate and the film can be increased. By containing hydrogen in the above range, a diamond film with a low crystallinity maintaining a fine structure can be obtained, and the thermal expansion coefficient can be increased to improve the peel resistance from the substrate.

また、この導電性ダイヤモンド膜は厚さ方向にほぼ同じ量の水素を含有していることが望ましい。導電性ダイヤモンド膜中の水素含有量をほぼ均一にすることで、残留応力が偏在することを抑制でき、基材との密着性が高いダイヤモンド膜とすることができる。   Further, it is desirable that this conductive diamond film contains substantially the same amount of hydrogen in the thickness direction. By making the hydrogen content in the conductive diamond film substantially uniform, uneven distribution of residual stress can be suppressed, and a diamond film having high adhesion to the substrate can be obtained.

導電性ダイヤモンド膜の断面組織は、微細なダイヤモンドがダイヤモンド膜の成長方向に細長く配列し、かつその短径が0.001μm以上0.1μm以下であることが望ましい。断面が微細組織になっていることでダイヤモンド膜自体の強度が向上し、加工による亀裂の発生・進展を防ぐことができる。また、このような組織とすることで、ダイヤモンドの結晶成長が押さえられ、表面粗さの小さいダイヤモンド膜を形成できる。その結果、研磨しなくても高精度な工具表面を得ることができる。しかも、上記微細組織に高い水素含有量を持たすことにより、膜の熱膨張係数を極限まで大きくすることができ、膜の密着性という観点からは最も望ましい状態となる。   As for the cross-sectional structure of the conductive diamond film, it is desirable that fine diamonds are elongated and arranged in the growth direction of the diamond film, and the minor axis thereof is 0.001 μm or more and 0.1 μm or less. Since the cross-section has a fine structure, the strength of the diamond film itself can be improved, and cracking and progress due to processing can be prevented. Further, with such a structure, diamond crystal growth can be suppressed, and a diamond film having a small surface roughness can be formed. As a result, a highly accurate tool surface can be obtained without polishing. In addition, by having a high hydrogen content in the microstructure, the thermal expansion coefficient of the film can be increased to the limit, which is the most desirable state from the viewpoint of film adhesion.

導電性ダイヤモンド膜の断面組織における微細ダイヤモンドのアスペクト比が2以上20以下であることが望ましい。こうすることによりダイヤモンド膜の強度が向上し、表面粗さが小さくなる。   It is desirable that the aspect ratio of fine diamond in the cross-sectional structure of the conductive diamond film is 2 or more and 20 or less. By doing so, the strength of the diamond film is improved and the surface roughness is reduced.

導電性ダイヤモンド膜が気相合成されたままのダイヤモンド膜であることが望ましい。合成されたままのダイヤモンド膜の表面粗さが小さく、ダイヤモンド膜被覆工具の寸法精度が高いので、研磨することなくそのまま使用できる。ダイヤモンド膜の厚さを調整する方法は、成膜の途中で膜厚を測定し、追加する膜厚を定め、その後の成長時間を定めることができる。そのとき、ダイヤモンド膜の形成を中止した厚さのところに境界層ができるが、実質的には1つの膜ということができる。   It is desirable that the conductive diamond film is a diamond film that has been vapor-phase synthesized. Since the surface roughness of the as-synthesized diamond film is small and the dimensional accuracy of the diamond film-coated tool is high, it can be used as it is without being polished. In the method of adjusting the thickness of the diamond film, the film thickness can be measured during the film formation, the film thickness to be added can be determined, and the subsequent growth time can be determined. At that time, a boundary layer is formed at the thickness where the formation of the diamond film is stopped, but it can be said to be substantially one film.

このとき、基材の表面粗さが導電性ダイヤモンド膜の表面粗さに影響を与えるので、目的に応じた基材を使用することが望ましい。表面粗さの小さな工具を得るには、研磨された基材をまた、表面粗さの比較的大きなものは研削したままの基材を用いるなどの方法が考えられる。   At this time, since the surface roughness of the base material affects the surface roughness of the conductive diamond film, it is desirable to use a base material suitable for the purpose. In order to obtain a tool having a small surface roughness, a method of using a ground substrate and a ground substrate having a relatively large surface roughness can be considered.

本発明のダイヤモンド膜被覆半導体製造用工具は、薄い導電性のダイヤモンド膜で被覆されている。したがって、工具は帯電することがなく、また、仮に半導体デバイスのパッケージが帯電したとしても工具に接触することでパッケージの静電気は除電され、パッケージの放電破壊を防止できる。また、導電性ダイヤモンド膜は、平均表面粗さや、そのダイヤモンド結晶粒径を特定することで、耐溶着性を高めることができる。   The diamond film-coated semiconductor manufacturing tool of the present invention is coated with a thin conductive diamond film. Therefore, the tool is not charged, and even if the package of the semiconductor device is charged, the static electricity of the package is removed by contact with the tool, and the discharge breakdown of the package can be prevented. Moreover, the conductive diamond film can improve the welding resistance by specifying the average surface roughness and the diamond crystal grain size.

半導体製造用工具の一例として、リードフレーム曲げおよび切断加工用工具を例にあげて本発明工具を説明する。図1に曲げダイ8、カット・ベンド-パンチ9およびカットダイ10を使って、パッケージ5のハンダ7が被覆されたアウターリード6を加工する例を示す。曲げダイ基材2、カット・ベンド-パンチ基材3およびカットダイ基材4はそれぞれ超硬合金からなり、その表面にはダイヤモンド膜1が形成されている。このダイヤモンド膜1は、少なくともお互いに摺動する部分や加工に作用する部分に形成されている。   As an example of a semiconductor manufacturing tool, the tool of the present invention will be described taking a lead frame bending and cutting tool as an example. FIG. 1 shows an example of processing the outer lead 6 covered with the solder 7 of the package 5 by using the bending die 8, the cut bend-punch 9 and the cut die 10. The bending die substrate 2, the cut / bend-punch substrate 3 and the cut die substrate 4 are each made of a cemented carbide, and the diamond film 1 is formed on the surface thereof. The diamond film 1 is formed on at least a part that slides on each other and a part that acts on processing.

図1の半導体製造用工具は、曲げダイ8とカット・ベンド-パンチ9でアウターリードを押し曲げ、カットダイ10により切断する構成となっている。図1の曲げダイ8では、アウターリードが接する突起部11から切断摺動面までダイヤモンドが被覆されている。図1(A)は加工前の状態を表すもので、曲げダイ8の上にパッケージ5がセットされ、突起部11にはアウターリード6が載った状態となっている。曲げダイ8の上方にはカット・ベンド-パンチ9がセットされ、横にはカットダイ10がセットされている。   The semiconductor manufacturing tool in FIG. 1 has a configuration in which an outer lead is pushed and bent by a bending die 8 and a cut / bend-punch 9 and then cut by a cut die 10. In the bending die 8 of FIG. 1, diamond is coated from the protruding portion 11 in contact with the outer lead to the cutting sliding surface. FIG. 1A shows a state before processing, in which the package 5 is set on the bending die 8 and the outer lead 6 is placed on the protrusion 11. A cut bend-punch 9 is set above the bending die 8, and a cut die 10 is set beside it.

加工を行う際には、図1(B)に示すように、カット・ベンド-パンチ9が相対的に矢印の方向に移動し、パッケージ5のアウターリード6を曲げダイ8に押さえつけ、アウターリード6を曲げる。その後、図1(C)に示すように、カットダイ10が曲げダイ8の側面に沿って相対的に矢印の方向へ移動し、その角部でアウターリード6を切断する。このとき、カット・ベンド-パンチ9の右側側面はカットパンチの役割を果たしている。
以下、本発明の実施の形態を説明する。
When processing, as shown in FIG. 1 (B), the cut / bend-punch 9 moves relatively in the direction of the arrow, and the outer lead 6 of the package 5 is pressed against the bending die 8, and the outer lead 6 Bend. Thereafter, as shown in FIG. 1C, the cut die 10 moves relatively in the direction of the arrow along the side surface of the bending die 8, and the outer lead 6 is cut at the corner. At this time, the right side surface of the cut bend-punch 9 serves as a cut punch.
Embodiments of the present invention will be described below.

パッケージのアウターリードを曲げ、且つ切断する図1に示す工具を製作した。まず、WC-8%Coの超硬合金が、曲げダイ8、カット・ベンド-パンチ9およびカットダイ10の基材として準備された。パッケージのアウターリード加工には高い寸法精度が要求されるので、これらの超硬合金のダイヤモンドを被覆する面はすべて高精度に研磨してある。   A tool shown in FIG. 1 for bending and cutting the outer lead of the package was produced. First, a cemented carbide of WC-8% Co was prepared as a base material for bending die 8, cut bend-punch 9 and cut die 10. Since high dimensional accuracy is required for the outer lead processing of the package, all the surfaces of these cemented carbides coated with diamond are polished with high accuracy.

これらの基材すなわちダイ基材2、カット・ベンド-パンチ基材3およびカットダイ基材4を1つの組として製作し、各基材に浸炭処理を行った。浸炭処理の条件は、上記の各基材を熱フィラメントCVD装置にセットして、1.5体積%メタン−水素ガス雰囲気で、圧力15.0kPa、処理温度950℃で2時間であった。   These base materials, that is, the die base material 2, the cut / bend-punch base material 3 and the cut die base material 4 were manufactured as one set, and each base material was subjected to carburizing treatment. Carburizing conditions were as follows: each substrate was set in a hot filament CVD apparatus, under a 1.5% by volume methane-hydrogen gas atmosphere, at a pressure of 15.0 kPa, and at a treatment temperature of 950 ° C. for 2 hours.

得られた基材を、8%の硝酸液に浸漬し超硬合金中の結合相を除去した後よく洗浄、乾燥した。次に、基材に超微粒ダイヤモンドを塗布した。4〜6nmの粒径を有する多結晶ダイヤモンド粉末0.02gをイソプロピルアルコール100ccに分散させた。この液の中に基材を浸漬し、10分間超音波をかけた。基材に付着した超微粒ダイヤモンドはダイヤモンド成膜時の核生成の起点となる。   The obtained base material was immersed in 8% nitric acid solution to remove the binder phase in the cemented carbide, and then washed and dried well. Next, ultrafine diamond was applied to the substrate. 0.02 g of polycrystalline diamond powder having a particle size of 4 to 6 nm was dispersed in 100 cc of isopropyl alcohol. The substrate was immersed in this liquid, and ultrasonic waves were applied for 10 minutes. The ultrafine diamond adhering to the substrate becomes a starting point for nucleation during diamond film formation.

次に、3μmの厚さの導電性ダイヤモンド膜を表1に示す条件で作製した。導電性ダイヤモンド膜の成膜はいずれも膜厚が2.5μmに達すると予想される時点で停止して実際の膜厚を測定し、不足分を追加して成膜した。ダイヤモンド膜の断面を研磨してエッチングすると、成長を一時停止した痕跡が残っていた。   Next, a conductive diamond film having a thickness of 3 μm was produced under the conditions shown in Table 1. The film formation of the conductive diamond film was stopped when the film thickness was expected to reach 2.5 μm, the actual film thickness was measured, and the film was formed by adding the shortage. When the cross section of the diamond film was polished and etched, there was a trace that the growth was temporarily stopped.

表1は導電性ダイヤモンド膜の製造条件を、また表2は導電性ダイヤモンド膜の特性をそれぞれ示す。試料番号は表1および2で共通とした。表1の項目について説明する。CH4濃度は、キャリアである水素に対するメタンの量を体積%で示す。F温度はフィラメントの温度を示している。 Table 1 shows the manufacturing conditions of the conductive diamond film, and Table 2 shows the characteristics of the conductive diamond film. Sample numbers were common in Tables 1 and 2. The items in Table 1 will be described. The CH 4 concentration indicates the amount of methane relative to hydrogen as a carrier in volume%. F temperature indicates the temperature of the filament.

次にB流量について説明する。ダイヤモンド膜を導電性にするために、硼素を添加する。ダイヤモンド膜へ硼素を添加する方法は、通常気体であるジボランやトリメチルボロンを直接反応系に供給する方法が用いられる。その他に、ホウ酸を含有した有機溶媒やホウ酸トリエチル、ホウ酸トリメチルにアルゴンガスまたは水素ガスをバブリングして反応系に供給するする方法が用いられる。今回はホウ酸トリメチルをアルゴンガスでバブリングする方法を用いたが、上記いずれの方法でも同様の結果を得ることができる。B流量は、そのときのArガスの標準状態の流量である。   Next, the B flow rate will be described. Boron is added to make the diamond film conductive. As a method of adding boron to the diamond film, a method of supplying diborane or trimethylboron, which is usually a gas, directly to the reaction system is used. In addition, a method of bubbling argon gas or hydrogen gas to an organic solvent containing boric acid, triethyl borate, or trimethyl borate and supplying the reaction system is used. Although the method of bubbling trimethyl borate with argon gas was used this time, the same result can be obtained by any of the above methods. The B flow rate is the flow rate of Ar gas at that time in the standard state.

Figure 2005211976
Figure 2005211976

このようにして得られた導電性ダイヤモンド膜の表面粗さ、ダイヤモンド膜表面の平均粒径、硼素(表2において「B含有量」と記した。)の含有量、水素(表2において「H含有量]と記した。)の含有量および電気抵抗を調べ、表2に示した。   The surface roughness of the conductive diamond film thus obtained, the average particle diameter of the diamond film surface, the content of boron (indicated as “B content” in Table 2), hydrogen (in Table 2, “H The content and the electrical resistance were examined and are shown in Table 2.

Figure 2005211976
Figure 2005211976

表の表面粗さは、平均表面粗さRaの値であり、AFM(原子間力顕微鏡)で測定した。また、平均粒径は、SEM(走査型電子顕微鏡)で測定した。電気抵抗は、ダイヤモンド膜被覆半導体製造用工具の表面の2点間を測定した。   The surface roughness in the table is a value of the average surface roughness Ra, and was measured with an AFM (atomic force microscope). Moreover, the average particle diameter was measured with SEM (scanning electron microscope). The electrical resistance was measured between two points on the surface of the diamond film-coated semiconductor manufacturing tool.

硼素と水素の含有量は、SIMS((Secondary Ion Mass Spectroscopy)2次イオン質量分析法)分析により測定された。表2に記載された値は、導電性ダイヤモンド膜の表面部の値である。導電性ダイヤモンド膜の水素の含有量は、深さ方向にほぼ同じ含有量であった。   The boron and hydrogen contents were measured by SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy) analysis. The values listed in Table 2 are values for the surface portion of the conductive diamond film. The hydrogen content of the conductive diamond film was almost the same in the depth direction.

表2から明らかなように、試料番号1のダイヤモンド膜は、剥離していて比較例である。試料番号2は平均表面粗さが0.2μmを越え、平均粒径が1.5μmを越えていて比較例である。また、硼素や水素の含有量はいろいろな製造条件に依存するが、それぞれの元素の供給量の目安であるB流量や水素流量の増減に関係している。   As is clear from Table 2, the diamond film of sample number 1 is peeled off and is a comparative example. Sample No. 2 is a comparative example in which the average surface roughness exceeds 0.2 μm and the average particle size exceeds 1.5 μm. Further, the content of boron and hydrogen depends on various production conditions, but is related to the increase or decrease of the B flow rate or the hydrogen flow rate, which is a measure of the supply amount of each element.

実施例1で作製した試料番号5の導電性ダイヤモンド膜に相当する断面をSEMで観察し、図2を得た。ダイヤモンド膜を基材と共に切断し、その表面を研磨した後、水素プラズマ中でエッチングして観察したものである。微細ダイヤモンドがダイヤモンドの成長方向に細長く配列し、その短径が大部分0.1〜0.01μm程度であることがわかる。また、アスペクト比が2〜20の範囲に大部分のものが含まれることも判る。   A cross section corresponding to the conductive diamond film of Sample No. 5 produced in Example 1 was observed by SEM, and FIG. 2 was obtained. The diamond film was cut together with the base material, the surface was polished, and then etched and observed in hydrogen plasma. It can be seen that fine diamonds are elongated in the direction of diamond growth, and the minor axis is mostly about 0.1 to 0.01 μm. It can also be seen that most of the aspect ratio is in the range of 2-20.

これらの被覆されたままのパンチ・ダイを用い、鉛フリーハンダが被覆されたリードフレームの曲げおよび切断加工を図1に示す工程で行った。最大加工数は、100万回とした。評価項目は、10万回、50万回および100万回において、ダイヤモンド膜上へハンダが付着しているかどうか、膜の剥離があるかどうかで評価し表3に示した。なお、試料は実施例1で作成したものを用い、表3の試料番号は表1および2と同じ番号である。   Using these uncoated punches and dies, bending and cutting of the lead frame coated with lead-free solder was performed in the process shown in FIG. The maximum number of machining was 1 million. The evaluation items are shown in Table 3 by evaluating whether solder adheres to the diamond film and whether there is peeling of the film at 100,000 times, 500,000 times and 1 million times. The samples used in Example 1 were used, and the sample numbers in Table 3 are the same as those in Tables 1 and 2.

耐溶着性は、溶着の大きさがうっすらと平らに10μm以下程度の大きさに溶着している場合が一重丸であり、それを越えると歩留まりが悪くなるので×とした。耐剥離性は、剥離の大きさと数で評価したが、5μm以下程度の大きさの剥離がある場合を一重丸、それを越えると歩留まりが悪くなるので×とした。良好な半導体製造用工具は、100万回の使用に十分に耐えることができた。その結果を表3に示す。   The welding resistance was determined to be “X” because the size of the weld was slightly flat and welded to a size of about 10 μm or less, and if it exceeded that, the yield deteriorated. The peel resistance was evaluated by the size and number of peels, but the case where there was a peel of a size of about 5 μm or less was a single circle. Good semiconductor manufacturing tools were able to withstand 1 million uses. The results are shown in Table 3.

Figure 2005211976
Figure 2005211976

試料番号1は、剥離しているので使用できない。試料番号2は、製造時の基材の温度が980℃と高く、表面粗さが大きくなり耐溶着性に劣った。試料番号3〜7は、耐溶着性、耐剥離製も良好な結果を得ることができた。試料番号8以降の試料においても、50万回以上使用することができ、十分実用できる範囲であった。試料番号8のものは、導電性が若干劣るので条件によってはLSIなどが放電破壊する可能性がある。   Sample No. 1 cannot be used because it is peeled off. In Sample No. 2, the temperature of the base material during production was as high as 980 ° C., the surface roughness was large, and the welding resistance was poor. Sample Nos. 3 to 7 were able to obtain good results with respect to welding resistance and peeling resistance. Samples of sample number 8 and later could be used more than 500,000 times, which was within a practical range. Sample No. 8 is slightly inferior in conductivity, so there is a possibility that LSI or the like will be damaged by discharge depending on conditions.

本発明工具は、帯電を防止できるため、半導体デバイスなど、静電気による絶縁破壊を回避する必要のある製品の加工分野に有効利用することが期待される。特に密着力が高いので、カットダイやカットパンチへ利用できる。   Since the tool of the present invention can prevent electrification, it is expected to be effectively used in the field of processing products such as semiconductor devices that need to avoid dielectric breakdown due to static electricity. In particular, it has high adhesion and can be used for cut dies and cut punches.

本発明のダイヤモンド膜被覆半導体製造用工具を用いて、リードフレームを曲げ加工、切断加工している状態を示す模式図であり、図1(A)は工具構成部材の配置を示し、図1(B)は曲げ加工している状態を、図1(C)は切断加工している状態を示す。FIG. 1A is a schematic diagram showing a state in which a lead frame is bent and cut using the diamond film-coated semiconductor manufacturing tool of the present invention. FIG. 1A shows the arrangement of tool components, and FIG. B) shows a state of bending, and FIG. 1C shows a state of cutting. 本発明で得られた導電性ダイヤモンド膜の断面顕微鏡写真である。It is a cross-sectional microscope picture of the electroconductive diamond film obtained by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 ダイヤモンド膜
2 ダイ基材
3 カット・ベンド-パンチ基材
4 カットダイ基材
5 パッケージ
6 アウターリード
7 ハンダ
8 曲げダイ
9 カット・ベンド-パンチ
10 カットダイ
11 突起部
1 Diamond film
2 Die base material
3 Cut bend-punch substrate
4 Cut die substrate
5 packages
6 Outer lead
7 Solder
8 Bending die
9 Cut bend-punch
10 Cut die
11 Protrusion

Claims (7)

基材表面にダイヤモンド膜が被覆されたダイヤモンド膜被覆半導体製造用工具であって、
前記基材が超硬合金またはサーメットであり、
前記ダイヤモンド膜は硼素と水素を含有する導電性ダイヤモンド膜であり、
前記導電性ダイヤモンド膜の平均表面粗さがRaで0.2μm以下であり、
前記導電性ダイヤモンド膜の表面におけるダイヤモンド結晶粒子の平均粒径が1.5μm以下であることを特徴とするダイヤモンド膜被覆半導体製造用工具。
A diamond film-coated semiconductor manufacturing tool having a substrate surface coated with a diamond film,
The substrate is a cemented carbide or cermet,
The diamond film is a conductive diamond film containing boron and hydrogen,
The conductive diamond film has an average surface roughness Ra of 0.2 μm or less,
A diamond film-coated semiconductor manufacturing tool, wherein an average particle diameter of diamond crystal particles on the surface of the conductive diamond film is 1.5 μm or less.
前記導電性ダイヤモンド膜の表面の電気抵抗が1000Ω・cm以下であることを特徴とする請求項1記載のダイヤモンド膜被覆半導体製造用工具。   2. The diamond film-coated semiconductor manufacturing tool according to claim 1, wherein an electrical resistance of a surface of the conductive diamond film is 1000 Ω · cm or less. 前記導電性ダイヤモンド膜の硼素の含有量は、1.0×1018〜5.0×1022atoms/cm3(硼素原子の単位体積当たりの個数)であることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載のダイヤモンド膜被覆半導体製造用工具。 3. The boron content in the conductive diamond film is 1.0 × 10 18 to 5.0 × 10 22 atoms / cm 3 (the number of boron atoms per unit volume), The diamond film-coated semiconductor manufacturing tool described in 1. 前記導電性ダイヤモンド膜は厚さ方向にほぼ同じ量の水素を含有していて、その水素の含有量は8.0×1020〜3.0×1022atoms/cm3(水素原子の単位体積当たりの個数)であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のダイヤモンド膜被覆半導体製造用工具。 The conductive diamond film contains approximately the same amount of hydrogen in the thickness direction, and the hydrogen content is 8.0 × 10 20 to 3.0 × 10 22 atoms / cm 3 (number of hydrogen atoms per unit volume) The diamond film-coated semiconductor manufacturing tool according to any one of claims 1 to 3, wherein 前記導電性ダイヤモンド膜の断面組織は、微細ダイヤモンドがダイヤモンド膜の成長方向に細長く配列し、かつその短径が0.001μm以上0.1μm以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のダイヤモンド膜被覆半導体製造用工具。   5. The cross-sectional structure of the conductive diamond film is characterized in that fine diamonds are elongated and arranged in the growth direction of the diamond film, and the minor axis thereof is 0.001 μm or more and 0.1 μm or less. The diamond film-coated semiconductor manufacturing tool as described. 前記導電性ダイヤモンド膜の断面組織における微細ダイヤモンドのアスペクト比が2以上20以下であることを特徴とする請求項5に記載のダイヤモンド膜被覆半導体製造用工具。   6. The diamond film-coated semiconductor manufacturing tool according to claim 5, wherein an aspect ratio of fine diamond in a cross-sectional structure of the conductive diamond film is 2 or more and 20 or less. 前記導電性ダイヤモンド膜が気相合成されたままのダイヤモンド膜であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のダイヤモンド膜被覆半導体製造用工具。   7. The diamond film-covered semiconductor manufacturing tool according to claim 1, wherein the conductive diamond film is a diamond film that has been vapor-phase synthesized.
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