TWI272317B - Mold applied for semiconductor manufacturing - Google Patents

Description

I272^AZvf.doc 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本么明疋有關於一種表面錢膜模具，且特別是有關於 一種適用於半導體製程之模具。 、 【先前技術】 在近幾十年來，各種鍍膜技術相繼發展，藉由這些技 術可得到不同厚度與顏色的陶瓷鍍膜，也可以 ^ 外型、尺寸及材質的底材上，完全擺脫成型加工的=難， 大幅拓展了陶瓷材料的應用。例如，日常生活中常見的一 些手錶、飾物及眼鏡等物件，以及加工成型用的鑽頭、銑 刀、切割刀、模具等。這些物件中大部分是藉由鍍膜技術 在其表面成長氮化鈦（TiN)、氮化锆（ZrN)等陶瓷鍍膜， 其不但使物件表面亮眼美麗、不怕刮損、腐蝕等特性，還 可以增加刀具的硬度與切削力，更可降低刀具的表面磨 損，延長使用壽命。 以加工成型之刀具、模具而言，陶瓷鍍膜耐熱抗腐蝕， 具有化學穩定性，所以選用陶瓷鍍膜來保護刀具、模具之 底材，除了保護刀具、模具底材不易受腐蝕之外，增強刀 具硬度、不易磨損或增加模具之脫膜能力，乃是業者極力 苦心研發、突破之重點。常見之鍍膜材料除了氮化鈦、氮 化錐之外，其他氮化物、氧化物或碳化物，例如氮化鉻 (CrN)、氧化鈦（Ti〇)、碳化鈦（TiC)等堅硬鍍膜材料， 同樣可用鍍膜技術被覆在切削刀具、模具上。此外，利用 鑽石鍵膜或類鑽碳膜之特性，也能增加刀具之硬度、延長 1272317 13886twf.doc 使用壽命。 、然而陶竟鍍膜的技術雖已趨於成熟，但各種鑛膜的製 造方法各有其優劣點’可以根據品質、成本、方便性做不 ^的選擇。事實上喊鍍膜的製造與制，有很多研究人 貝正不斷在研究創新中。舉凡物理、化學等相關基礎領域 的人才，或機械、材料、電機、電子、化工等應用科學領 域的人才，正在為鍍膜運用的技術持續努力。尤其是技術 門襤更高之半導體技術產業相關的工具，例如切割刀具、 封膠模具或沖壓成开>、另切成型的刀具等等，在鍍膜品質 上的要求會更為嚴格。 以習知半導體工業所使用之封膠模具而言，由於鍛膜 材料的結晶顆粒過大，屬於微米（μηι)等級之尺寸，苴覆 模具凹穴的表面上，但表面# _ (surfaee mughne'ss > 過高會影響脫模的能力。因此，長期使用之後，封膠容易 殘留於模具凹穴之表面上，尤其是使用無污染之封膠 (green molding compound )必須定時更換或清潔模具，導 致生產效率的降低。 Λ a 【發明内容】 因此，本發明的目的就是在提供一種適用於半導體製 程之模具，具有尺寸更小、排列更細緻之鍍膜顆粒，以增 加模穴之表面平滑度。 本發明的另一目的是提供一種適用於半導體製程之模 具’可形成尺寸更小、排列更細緻之鍍膜顆粒於模具凹穴 上，以提高模具之脫模能力。 6

I2723U 13g86twf.doc 為達本發明之上述目的，本發明提出一種適用於半 體製程之模具，主要係由一底材與一鑛膜材料所構成。該 底材具有-模穴，而該鍍膜材料覆蓋於模穴的表面上，且 具有奈米級晶粒結構。 依照本發明輪佳實施例所述，上述之金屬例如為絡 #(Cr)或金屬微粒與氮氣結合所形成之金屬氮化物，例如 鼠化鉻、奈祕（Cf~Fl〇n)等奈米級結構粒子，其晶粒尺 寸例如小於100奈米。 本發明因模具之凹穴表面具有顆粒細緻、排列整 鑛膜^料，以增加模具之表面平滑度。因此，當一封勝填 入於模/、之凹八知’可避免封膠沾附於模穴上而影塑封膠 此外，由於模穴之表面平滑度增加，使得i模的 月b力柁加，進而提高生產之效率。 2讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 』易屢，下文特舉-較佳實施例，並配 細說明如下： 八 【實施方式】 請參考圖卜其繪示本發明一較 之模具的局部表面放大示意圖。在本 中，係以半導體工業所使用之封膠模具為主，其且有一個 (未1會示），且為賴、耐顧性較佳i複合材 料或金屬合金作為模具之底材刚為宜。此外，模具之底 材100表面經過適當的鍍臈處理可達到製程之標準i，甚 至更可以再進行-拋光處理。值得注意的是，鑛膜材料110 I272》3Hfd()c 於模具之底材1GG的表面上，且其具有奈米級之晶 粒結構。 上述之鍍膜處理與習知之鑛膜技術不同的是，鍍膜 2所形成之阳粒大小有明顯的不同。習知鍍膜的晶粒大 小超過微米（μηΟ級之尺寸，而本發明之錢膜削可小於 =〇不米以下的晶粒尺寸。由鍍膜則材料的晶粒結構來 看，當其體積縮小到奈米尺寸時，除了顆粒細、緻、排列更 整齊之外’更可湘其特異的物理與賊特性，進一步改 善習知的缺陷。 上述之鍍膜材料110例如為鉻或氮化鉻，並以奈米級 之鍍膜技術所形成，例如雜、電鍍等。然而，以一般鑛 膜技術所形成之金屬氮化物或金屬鍍膜，例如以傳統陰極 電弧放電離子鏟膜的物理氣相沈積技術，可以在真空腔體 中利用電_間加減化並離子化，㈣錢化絡或絡等 鍍膜於物件表面上，鍍膜厚度約2μηι〜5μηι。或是利用電漿 轟擊金屬靶件，使其氣化沈積的濺鍍技術也是常見的鍍膜 技術，除此之外，利用化學蒸鍍或物理蒸鍍可形成厚度約 2μιη 5μηι之柱狀晶薄膜或粒狀晶薄膜。然一般鍵膜技術所 形成之晶粒大小屬微米級之尺寸，表面粗經度較高，其平 均粗糙度（Ra)約2μιη〜2·4μηι左右，因此在應用上常面臨 封膠與模穴沾黏性太強，導致脫模能力不佳等問題，必須 時常更換或清洗模具。 反觀，本發明採用奈米級鍍膜技術，使得鍍膜11〇之 表面平滑度均因奈米化之結果而獲得改善，進而增加脫模 f.doc 能力。請參考圖2，其繪示本發明一較佳實施例之一種適 用於半導體製程之模具的示意圖。此封膠模具2〇〇主要係 由一底材202以及一鍍膜材料2〇4所組成。底材2〇2例如 為擠壓成型之财熱、耐腐餘之金屬合金或鋼材等。在本實 施例中，底材202具有一模穴202a ’例如呈棒狀或圓开彡（去 繪示)之凹穴，以使-封膠(未綠示)能填== 之模穴202a中，之後再將模具2〇〇移開，並對封膠進行烘 烤以使封膠固化。此外，鍍膜材料204覆蓋於模穴2〇2a 上，以改善底材202之模穴202a的表面平滑度。其中，鍍 膜材料204係以上述奈米級鍍膜技術所形成之一金屬氮化 物或一金屬鍍膜，例如是氮化鉻、奈米鉻或鉻等，其具有 奈米級之晶粒結構，可增加模穴2〇2a之表面平滑度，因此 在填入封膠時，模具200與封膠的沾黏性降低，尤其是使 用無污染之封膠材料，平均約可降低3〇%之沾黏力了提高 封膠之脫模能力，進而降低清模頻率，提升產能。 回 本發明之奈米級鍍膜技術，不僅適用於半導體工業所 使用之封膠模具上，亦可因鍍膜材質之不同而應用在其他 治具或刀具上，例如是凸塊轉移治具，明加凸塊與治具 之脫膜能力’提而生產的效率。 〜由以上的說明可知，奈米級鑛膜技術優於傳統鑛膜技 術所形成之金屬氮化㈣金屬_，其錄尺寸更小、且 排列更為整齊，並可抑制脆性之金屬化合物的形成， 剝落。因此，藉由奈米化之晶粒結構所形成之鑛膜， 可增強模具之雌能力，更可彻其特異的物理與機械特 I272gHd()c 性一步改善習知技術的缺陷。 减述’本發_用最_奈米級鍍膜技術，有別 tfit驗私積麟，其形成奈米化晶粒之鑛膜 1σ吴具或治具等製程設備的脫模能力，且具有-般合 金=馬溫與耐腐錄’故可廣泛制在表面精度要求高 之製私上或加工設備卜一 備上進而楗咼杈具之精度與使用的週 期0 雖然本發明已以一較佳實施例揭露 以限定本發明，任何孰 …、，、I非用 =，，當可 4耗圍η見後附之申請專利範圍所界定者為準。 ’、 【圖式簡單說明】

圖1繪示本發明一較佳實施例之一 程之模具的局部表面放大示意圖。 千蛉體I 圖2!會示本發明一較佳實施例之一種 程之模具的示意圖。 干¥體1 【主要元件符號說明】 100 :底材 110 :鍍膜材料 200 :模具 202 ··底材 202a ·模穴 204 :鍍膜材料

Claims (1)

1. T2723i^6twfi •doc/006 95-9-4 T2723i^6twfi •doc/006 95-9-4

   十、申請專利範圍： 1. 一種適用於半導體製程之模具，包括： 一底材，具有一模穴；以及 一鍍膜材料，覆蓋於該模穴之表面上，其係具有奈米 級晶粒結構，其中鍍膜後之該模穴表面平均粗糙度（Ra) 為 2·4μπι 〇 2. 如申請專利範圍第1項所述之適用於半導體製程之 模具，其中該鍍膜材料係為鉻、奈米鉻或氮化鉻。

   3. 如申請專利範圍第1項所述之適用於半導體製程之 模具，其中該鍍膜材料係以濺鍍，電鍍方式其中之一覆於 該底材表面上。 4. 如申請專利範圍第1項所述之適用於半導體製程之 模具，其中該鍍膜材料之晶粒尺寸小於1〇〇奈米。 5. 如申請專利範圍第1項所述之適用於半導體製程之 模具，其中該底材之材質包括金屬合金以及鋼材其中之一。 6. 如申請專利範圍第1項所述之適用於半導體製程之 模具，其中該模穴之表面呈圓形以及楔形其中之一。 7. 如申請專利範圍第1項所述之適用於半導體製程之 模具，其中已鍍膜之該模穴表面係經一拋光處理。 11