TW201139017A - Plated micro-drill bit, method for fabricating the same and drilling method using the same - Google Patents

Description

201139017 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種鍵膜微鑽針、其製備方法及使用其 之鑽孔方法，尤指一種適用於微米尺度半導體裝置之鍍膜 微鑽針、其製備方法及使用其之鑽孔方法。 【先前技術】 於半導體製程中，多層電路板常需進行導電通孔或導 電盲孔之鑽孔作業，以使各層間之線路層得以相互導通， 惟半導體裝置之加工尺寸要求較為精密，故通常會選用微 2針來進行鑽孔加工…般❹微鑽針進行鑽孔作業達一 定數量後，微鑽針即會鈍化變形，進而影響孔位精度及孔 内表面粗糙度，尤其’為因應半導體裝置之高積集度及微 型化的發展趨勢，尺寸更加微细之微鑽針甚至容易發生斷 針狀況。因此’於鑽孔作業中，必須適時更換微鑽針，以 確保鑽孔品質，而微鑽針之使用壽命亦因此密切影響加工 成本。 —般而言，微鑽針係使用具有高硬度及高耐磨耗性之 材質如鑽石、不鏽鋼、碳化鎢等，其中，由於碳化鎢具 有硬度高、熱硬性佳、熱膨脹係數小、化學穩定性高等優 故適作為微鑽針之材料…般市面常見之碳化鹤微鑽 針主要係將碳化鎢、鈷及有機黏著劑按比例均勻混合後燒 結而成，其中，碳化鎢含量約有94%，而鈷含量約為6%左 右。然而’隨著印刷電路板鑽孔尺寸越來越小，此含有約 201139017 6%姑含量之碳化鎢微鑽 的情況發生。’針-易因微鑽針直徑縮小而有斷針 暂二為進"'步提高微鑽針之使用壽命及加工品 質’微鑽針表面亦可異辦庐 r* „ 層，以達到低摩擦係數及 冋ί磨性4⑥求，但習知鍍膜之高溫製程（>彻。c)卻有導致 微錯針Α幅下降（〈卿U度）及變形之缺點。 【發明内容】 有鑑於習知技術缺點，本發明之目的係在提供一種可 延長使用壽命且提高鑽孔品質之㈣微鑽針及其製備方 法。為達成上述㈣’本發明提供—種㈣微鑽針之製備 方法，包括:㈧提供一未鍍膜微鑽針，其具有柄部及與該 柄部連接之碳化鎢刃部’其中，碳化鎢刀部之直徑為〇2毫 米以下，且含有超過6重量百分比之鈷金屬；以及（β)於35〇 °C以下的溫度’形成厚度為(uu微米之非晶質類鑽碳膜於 未鑛膜微鑽針之碳化鶴刃部上。 據此，本發明所使用之未鑛膜微鑽針碳化鶴刃部因具 有0.2毫米以下的直徑，故適用於微米尺度半導體裝置之鑽 孔製程，此外，由於本發明所使用之未鍍膜微鑽針碳化鎢 刃部含有超過6重量百分比（以碳化鎢與鈷金屬之總重量為 基準）之始金屬’故不僅可降低微鑽針因微细尺寸而容易斷 針的狀況，亦可避免後續之鍍膜製程對微鑽針之強度造成 才貝害’又，本發明於不影響鑽孔性能前提下，藉由鑛膜方 式犧牲部分抗折強度’以形成非晶質類鑽碳膜於碳化鎢刃 201139017 部上，故可利用非晶質類鑽碳膜之低摩擦係數（小於〇丨）， 以增加本發明鍍膜微鑽針於加工過程之潤滑性，減少磨屑 與鍍膜微鑽針之交互作用，同時，非晶質類鑽碳膜亦可避 免微鑽針中之敍金屬與電路板中的銅反應，以減少鑽孔時 的阻力，進而使該鍍膜微鑽針之使用壽命延長約2倍以上丨 再者，本發明藉由低溫製程（350〇c以下）形成該非晶質類鑽 碳膜，故可避免微鑽針因高溫製程而變形之問題。 於本發明之製備方法中’該非晶質類鑽碳膜可鍍覆於 該碳化鎢刃部之表面；或者，於步驟（A)及步驟之間更可 包括步驟（A1):鍍覆一緩衝層於碳化鎢刃部之表面，而步驟 (B)中之該非晶質類鑽碳膜係鍍覆於緩衝層之表面。在此， 本發明之非晶質類鑽碳膜及緩衝層可藉由任何習知鍍膜製 程形成，舉例而言’本發明之非晶質類鑽碳膜及緩衝層可 藉由電漿輔助化學氣相沈積法(piasma Εη—丨

Vapor Dep〇sltlon，pECVD)形成；或者’緩衝層可藉由真空 濺鍍法形成。 主於本發明之製備方法中，未鍵膜微鑽針較佳係先進行 /月洗程序，以移除未鍍膜微鑽針表面之雜質，再進行後續 的鍍膜製程’丨中’可使用丙酮及異丙醇、酸鹼溶液等習 知清洗溶液進行清洗。 精此，本發明可提供一種鍍膜微鑽針，其包括：一未 鍍膜微鑽針’其具有柄部及與該柄部連接之碳化鎢刃部， 其中’該碳化鶴刀部之直徑為0.2毫米以T，且含有超過6 201139017 重量百分比之鈷金屬；以及一非晶質類鑽碳膜’其厚度為 0· 1至2微米’係形成於該未鍍膜微鑽針之碳化鎢刃部上。 本發明之鍍膜微鑽針不僅具有較長之使用壽命，且可 提升鑽孔品質，如孔位精度、孔内表面粗糙度等，據此， 本發明更提供一種鑽孔方法，其係使用鍍膜微鑽針於低於 550C之溫度下進行鑽孔，其中’該鍍膜微鑽針包括：一未 鍵膜微鑽針’其具有柄部及與該柄部連接之碳化鎢刃部，

其中’該碳化鎢刃部之直徑為〇.2毫米以下，且含有超過6 重量百分比之鈷金屬；以及一非晶質類鑽碳膜，其厚度為 〇.1至2微米’係形成於該未鍍膜微鑽針之碳化鎢刃部上。 於本發明之鑽孔方法中，由於鑽孔作業係於低於55〇 °C之溫度下進行，故可避免非晶質類鑽碳膜因高溫而發生 5化其中’可藉由控制連續鑽孔數不超過約6〇〇〇孔（卜丨⑷ 之方式，俾使鑽孔作業於低於550°c之溫度下進行。 於本發明中，鍍膜微鑽針之抗折強度可大於未鍍膜微 鑽針之60%，較佳為，鍍膜微鑽針之抗折強度係未鍍膜微鑽 針之70%至loo%。 於本發明中，該非晶質類鑽石碳膜可包含—摻雜物， ^加該非晶質類鑽石碳膜之熱穩定性，避免石墨化，並 可提高附著強度、降低内應力及摩擦係數，其中，該摻雜 物舉例包括矽、氟、氮等或其混合’其含量可為5至二。原 子百分比。 於本發明之錢膜微鑽針中，該非晶質類鑽碳膜可 錄覆於碳化❹部之表面；或者，本發明之_微鑽針更 201139017 可包括一緩衝層，係鍍覆於碳化鎢刃部之表面，而非晶質 類錯^反膜則鑛覆於緩衝層之表面。據此，藉由該緩衝層， 可增加非晶質類鑽碳膜與未鍍膜微鑽針間之附著力避免 非晶質類鑽碳膜由未鍍膜微鑽針之表面剝落。在此，該緩 衝層之材料可選自由矽碳氫化物、矽氧化物、矽氮化物、 鋁氧化物、鋁氮化物、鈦及銅所組群組中之其中一者或其 組合。 於本發明中，碳化鎢刀部更可包含一黏著劑。 於本發明中，碳化鎢刀部中之鈷金屬含量較佳為7至15 重量百刀比，更佳為7至12重量百分比，最佳為9至12重量 百分比。 於本發明中，非晶質類鑽碳膜之厚度較佳為〇 5至^ $ 微求。 此外，為維持鑽孔品質，當鑽孔數達一定數量時，如 3000至6000孔（hits)，可對本發明之鍍膜微鑽針進行尖端重 修（resharping)。 【實施方式】 以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方 式，熟I此技藝之人士可由本說明書所揭示之内容輕易地 了解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同 的具體實施例加以施行或應用’本說明書中的各項細節亦 可基於不同觀點與應用’在不障離本發明之精神下進行各 種修飾與變更β 201139017 實施例1 請參見圖1A至IB，係為本實施例鍍膜微鑽針之製程示 意圖》 首先’如圖1A所示，提供一未鍍膜微鑽針11，其具有 柄部111及與該柄部111連接之碳化鎢刃部112，其中，該石炭 化鎢刃部112之直徑約為0.2毫米以下，且含有約7重量百分 比之敍金屬；隨後’使用丙酮及異丙醇清洗未鍍膜微鑽針 11 ’並將清洗後之未鍍膜微鑽針Η置入烘箱中乾燥；接著， 鲁 將未鍍膜微鑽針11置入真空鍍膜機台，並通入氫氣及氬氣 於真空鍵膜機台之真空環境中，以形成電漿狀之氫離子及 氬離子，藉此清洗未鍍膜微鑽針U表面之有機物質。 如圖1Β所示’係為圖ία中未鍍膜微鑽針丨丨之碳化鶴刀 部112剖視圖’將氫氣、乙炔通入真空鍍膜機台之真空環境 中達穩定飽和後，再通入含矽的氣體，於約25〇。〇的溫度 下，形成厚度約為〇 · 5微米且摻雜有約5原子百分比石夕摻雜物 之非晶質類鑽碳膜13於該碳化鎢刀部Π2之表面。 • 原未鍍微鑽針（直徑約為0.2 mm)之抗折強度平均為 87.75 g ’本實施例製得之鍍膜微鑽針抗折強度平均約為 74.5 g ’抗折強度約為未鍍膜微鑽針之84 9%。據此，本實 施例製得之鍍膜微鑽針抗折強度大於未鍍膜微鑽針之6〇%。 據此，本實施例提供一種鍍膜微鑽針，請參見圖丨八及 1B，其包括·一未鍍膜微鑽針i i，其具有柄部丨丨丨及與該柄 β 111連接之碳化鎢刃部U 2，其中，該碳化鎢刀部1丨2之直 徑約為0.2毫米以下，且含有約7重量百分比之鈷金屬；以及 201139017 一非晶質類鑽碳膜13，係鑛覆於該碳化鶴刃部112之表面 其厚度約為0.5微米且包含約5原子百分比之摻雜物。 實施例2 本貫施例之鑛膜微鑽針製程步驟大致與實施例1所述 相同’惟不同處在於’請參見圖2,本實施例之微鑽針碳化 鎢刃部112中的鈷含量約為12重量百分比，且於形成非晶質 類鑽碳膜13之前，本實施例係先藉由電漿輔助化學氣相沈 積法’鍍覆矽碳氫化物（SiCH)層於該碳化鎢刀部112之表 面，以作為增加後續非晶質類鑽碳膜丨3與碳化鎢刀部間附 著力之緩衝層12，接著，將氫氣、曱烷通入真空鍍臈機台 之真空環境中達穩定飽和後，再通入含矽的氣體，於約2二 C的溫度下，鍍覆厚度約為1 ·5微米且摻雜有約2〇原子百分 比矽摻雜物之非晶質類鑽碳膜13於該緩衝層12之表面。 測得本實施例製得之鍍膜微鑽針抗折強度平均約為 72.43 g ’抗折強度約為未鍍膜微鑽針之82 5 %。 據此，本實施例提供一種鍍膜微鑽針，請參見圖丨八及 2’其包括：一未鍍膜微鑽針u，其具有柄部iu及與該柄 部hi連接之碳化鎢刃部112,其中，該碳化鎢刃部ιΐ2之直 徑約為0.2毫米以下，且含有約12重量百分比 一 緩衝層12,係鍍覆於該碳化鎢刀部112之表面：以及一非晶 質類鑽碳膜13,係鍍覆該緩衝層12之表面，其厚度約為^ 微米且包含約20原子百分比之摻雜物。 又_ 201139017 本發明所 而非僅限 上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已 主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準 於上述實施例。 【圖式簡單說明】 圖1A至1B係本發明一較佳實施例之鍍膜微鑽針製程示意 圖。 圖2係本發明另一較佳實施例之鍍膜微鑽針碳化鎢刃部剖 視圖。 【主要元件符號說明】 11 未鍍膜微鑽針 111 柄部 112 碳化鎢刃部 12 緩衝層 13 非晶質類鑽碳膜

Claims (1)

1. 201139017 七、申請專利範圍： l 一種鍍膜微鑽針之製備方法，包括 (A)提供—未鍍膜微鑽針，其具有一柄部及一與該柄部 連接之奴化鎢刀部，其中，該碳化鎢刀部之直徑為毫米 以下，且含有超過6重量百分比之鈷金屬；以及 日（B)於3 5G C以下的溫度，形成—厚度為Q」至2微米之非 aa質類鐵碳膜於該未鑛膜微鑽針之該碳化鶴刃部上。 2.如申請專利範圍第丨項所述之製備方法，其中，該 鐘膜微鑽針之抗折強度大於該未錢膜微鑽針之6G%。A 3，如申請專利範圍第2項所述之製備方法其中該 鍍膜微鑽針之抗折強度為該未㈣微騎之观至丨嶋 4·如申請專利範圍第丨項所述之製備方法，其中，該 碳化鎢刀部含有7至12重量百分比之鈷金屬。 A 5. 如申請專利範圍第1項所述之製備方法，其中，該 非晶質類鑽碳膜係鍍覆於該碳化鎢刃部之表面。 6. 如申請專利範圍第丨項所述之製備方法，於該步驟 ⑷及該步驟（B)之間更包括—步驟（A⑽覆_緩衝層於該 碳化鎢刀部之表面，而該步驟(B)中之該非晶 鍍覆於該緩衝層之表面。 C犋係 7. 如申請專利範圍第6項所述之製備方法，其中，嗱 緩衝層之材料係選自由矽碳氫化物、矽氧化物、矽氮化物二 鋁氧化物、鋁氮化物、鈦及銅所組群組中之其中—者或其 201139017 .+請專利範圍第1項所述之製備方法，並中，詨 非晶質類鑽碳膜包含—摻雜物，其含量為5至2〇%原子百;： 比0 9.如申請專利範圍第8項所述之製備方法，1 掺雜物係為石夕 '氣、氮或其混合。 〆、 1〇. 一種鍍膜微鑽針，包括：

   一未鑛膜微鑽針，其具有—㈣及—與該柄部連接之 碳化鎢刃。卩’其中，該碳化鎢刀部之直徑為〇 2毫米以下， 且含有超過6重量百分比之鈷金屬；以及 一非晶質類鑽碳膜，其厚度為〇1至2微米，係形成於該 該未鍍膜微鑽針之該碳化鎢刀部上。 11. 如申請專利範圍第1〇項所述之鍍膜微鑽針，其中， 该鍍膜微鑽針之抗折強度大於該未鍍膜微鑽針之6〇〇/^ 12. 如申請專利範圍第Π項所述之鍍膜微鑽針，其中， 該鍍膜微鑽針之抗折強度為該未鍍膜微鑽針之7〇%至 100%。 13. 如申請專利範圍第1〇項所述之鍍膜微鑽針，其中， 該碳化鎢刃部含有7至12重量百分比之鈷金屬。 14_如申請專利範圍第1〇項所述之鍍膜微鑽針，其中， 該非晶質類鑽碳膜係錄覆於該碳化鎢刃部之表面。 15,如申請專利範圍第10項所述之鍍膜微鑽針，更包括 一緩衝層’係鍍覆於該碳化鎢刃部之表面，且該非晶質類 鑽碳膜係鍍覆於該緩衝層之表面。 13 201139017 > </16·如申請專利範圍第15項所述之鍍膜微鑽針，其中， ^緩衝層之材料係選自由矽碳氫化物、矽氧化物' 矽氮化 物鋁氧化物、鋁氮化物、鈦及銅所組群組中之其中一者 或其組合。 17·如申請專利範圍第1〇項所述之鍍膜微鑽針，其中， 該非阳質類鑽碳膜包含一摻雜物，其含量為$至2〇原子百分 比0 18. 如申請專利範圍第17項所述之鍍膜微鑽針，其中， 該摻雜物係為碎、氟、氮或其混合。 19. 種鑽孔方法，其係使用一錢膜微鑽針於低於550 C之溫度下進行鑽孔，其中，該鍍膜微鑽針包括：一未鍍 膜微鑽針，其具有一柄部及一與該柄部連接之碳化鎢刃 其中，該碳化鎢刃部之直徑為〇 2毫米以下，且含有超 過6重量百分比之鈷金屬；以及一非晶質類鑽碳膜，其厚度 為〇. 1至2微米，係形成於該未鍍膜微鑽針之該破化鎢刃部 上。 20. 如申請專利範圍第19項所述之鑽孔方法，其中，該 鍍膜微鑽針之抗折強度大於該未鍍膜微鑽針之60«/〇。 21. 如申請專利範圍第2〇項所述之鑽孔方法，其中，該 鍍膜微鑽針之抗折強度為該未鍍膜微鑽針之7〇%至1〇〇〇/〇。 22. 如申請專利範圍第19項所述之鑽孔方法，其中，該 石厌化鶴刀部含有7至12重量百分比之敍金屬。 23. 如申請專利範圍第19項所述之鑽孔方法，其中，該 非晶質類鑽碳膜係鍍覆於該碳化鎢刀部之表面。 201139017 24.如申請專利範圍第19項所述之鑽孔方法其中咳 ^膜微鑽針更包括-緩衝層，係、錄覆於該碳化鶴刃部之^ ，且該非晶質類鑽碳膜係鍍覆於該緩衝層之表面。 〜25.如申請專利範圍第24項所述之鑽孔方法，其中，該 ，衝層之材料係選自㈣碳氫化物、發氧化物 : 2化物、㈣化物、鈦及銅所組群組中之其中—者或其

   26·如申請專利範圍第19項所述之鑽孔方法，其中’ 非日日質類鑽碳膜包含一摻雜物，其含 比。 27.如申請專利範圍第26項所述之 粘雜物係為矽、氟、氮或其混合。 該 量為5至20原子百分 鑽孔方法，其中， 該