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ウェーハ裏面研削プロセスの紹介

ウェーハ裏面研削プロセスの紹介

 

フロントエンド処理を経てウェーハテストに合格したウェーハは、バックグラインディングによるバックエンド処理を開始します。バックグラインディングはウェーハの裏面を薄くするプロセスで、その目的はウェーハを薄くするだけでなく、前工程と後工程を接続して両工程間の問題を解決することも目的としています。半導体チップが薄ければ薄いほど、より多くのチップを積層することができ、集積度が高くなります。ただし、集積度が高くなるほど、製品のパフォーマンスは低下します。したがって、統合と製品の性能向上の間には矛盾があります。したがって、ウェハの厚さを決定する研削方法は、半導体チップのコスト削減と製品の品質を決定する鍵の1つです。

1. バックグラインディングの目的

ウエハーから半導体を作る過程では、ウエハーの外観は常に変化します。まず、ウェーハの製造プロセスでは、ウェーハのエッジと表面が研磨されます。このプロセスは通常、ウェーハの両面を研削します。フロントエンドプロセスの終了後、ウェーハの裏面のみを研削する裏面研削プロセスを開始できます。これにより、フロントエンドプロセスでの化学汚染を除去し、チップの厚さを減らすことができ、非常に適していますICカードやモバイル機器に搭載される薄型チップの製造に。さらに、このプロセスには、抵抗の低減、消費電力の低減、熱伝導率の向上、ウェーハ裏面への熱の迅速な放散という利点があります。しかし同時に、ウェーハが薄いため、外力により割れたり反ったりしやすく、加工工程が難しくなります。

2. バックグラインディング(Back Grinding)の詳細工程

バックグラインドは次の 3 つのステップに分けることができます。まず、ウェハ上に保護テープ ラミネートを貼り付けます。次に、ウェーハの裏面を研削します。第三に、チップをウェーハから分離する前に、テープを保護するウェーハマウント上にウェーハを配置する必要があります。ウエハパッチ工程は、ウエハを分離するための準備段階です。チップ(切りくずの切断)のため、切削工程にも含めることができます。近年ではチップの薄型化に伴い、プロセスシーケンスも変更されることがあり、プロセス工程がより微細化しています。

3. ウェーハ保護のためのテープラミネートプロセス

バックグラインディングの最初のステップはコーティングです。ウェーハの表面にテープを貼り付けるコーティング工程です。裏面を研削する場合、シリコン化合物が周囲に広がり、その際の外力によりウェーハに割れや反りが生じる可能性があり、ウェーハ面積が大きいほどこの現象が発生しやすくなります。したがって、裏面を研削する前に、ウエハーを保護するために薄い紫外線 (UV) ブルーのフィルムが貼り付けられます。

フィルムを貼り付ける際、ウエハとテープの間に隙間や気泡が入らないようにするため、粘着力を高める必要があります。ただし、裏面を研削した後、ウェハ上のテープに紫外線を照射して粘着力を低下させる必要があります。剥離後、ウエハ表面にテープの残留物が残らないようにしてください。場合によっては、このプロセスでは接着力が弱く、気泡が発生しやすい非紫外線低減膜処理が使用されますが、多くの欠点がありますが、安価です。また、UVカット膜の2倍の厚さのバンプフィルムも使用されており、今後も使用頻度が高まることが予想されます。

 

4. ウェハの厚さはチップパッケージに反比例します。

裏面研削後のウェーハの厚さは、通常 800 ~ 700 μm から 80 ~ 70 μm に減少します。10分の1まで薄くしたウェーハは4~6層積層することができます。最近では、2 回の研削プロセスによってウェーハを約 20 ミリメートルまで薄くすることもでき、これによりウェーハを 16 ~ 32 層に積層することができ、これがマルチチップ パッケージ (MCP) として知られる多層半導体構造になります。この場合、多層を使用しているにもかかわらず、完成したパッケージの全高が一定の厚さを超えてはなりません。そのため、常に薄い研削ウェーハが追求されています。ウェーハが薄ければ薄いほど欠陥が多くなり、次の工程が難しくなります。したがって、この問題を改善するには高度な技術が必要です。

5. バックグラインディング方法の変更

加工技術の限界を克服するためにウェーハをできるだけ薄くカットすることで、裏面研削技術は進化し続けています。厚さ 50 以上の一般的なウェーハの場合、裏面研削には 3 つのステップが含まれます。粗研削とその後の精密研削です。2 回の研削セッション後にウェーハが切断され、研磨されます。この時点では、化学機械研磨 (CMP) と同様に、通常、研磨パッドとウェーハの間にスラリーと脱イオン水が塗布されます。この研磨作業によりウェーハと研磨パッドとの摩擦が軽減され、表面が明るくなります。ウェーハが厚い場合には超精密研削を使用できますが、ウェーハが薄いほどより多くの研磨が必要になります。

ウェーハが薄くなると、切断プロセス中に外部欠陥が発生しやすくなります。したがって、ウェハの厚さが50μm以下の場合には、プロセスシーケンスを変更することが可能である。このとき、最初の研削の前にウェーハを半分にカットするDBG(Dicing Before Grinding)法が用いられます。ダイシング、研削、スライスの順でチップをウエハから安全に分離します。さらに、ウェハの割れを防ぐために、強力なガラス板を使用する特殊な研削方法もあります。

電気機器の小型化における集積化への需要が高まる中、裏面研削技術はその限界を克服するだけでなく、発展し続ける必要があります。同時に、ウェーハの欠陥問題を解決するだけでなく、将来のプロセスで発生する可能性のある新たな問題にも備える必要があります。これらの問題を解決するには、次のことが必要になる場合があります。スイッチプロセスシーケンスや化学エッチング技術の導入半導体前工程の開発、新たな加工手法の開発を本格化。大面積ウェーハに固有の欠陥を解決するために、さまざまな研削方法が検討されています。また、ウェーハを研削した後に発生するシリコンスラグをリサイクルする研究も行われています。

 


投稿日時: 2023 年 7 月 14 日