半導体製造では,シリコン・ウェーファーは数千,あるいは何百万もの集積回路が製造される基盤です.しかし,フロントエンドの処理を完了した後,リトグラフィーなど振動,堆積,エッチング,イオン植入,金属化,ウエファーは依然として複数の個別の半導体装置を含む大きな円形基板である.

このウエファーを独立した機能チップに変換するには,ウエファーの切断と呼ばれる重要な製造ステップが必要です.

ワッフルの切断半導体ウエファを個々の模具に精密に切る過程で,損傷を最小限に抑え,縁の質を維持し,高い生産出力を確保する.半導体装置が小さくなり より高度なものになるにつれてワッファー・ダイシング技術は,CPU,メモリチップ,電源装置,MEMS,センサー,LED,および高度なパッケージングなどのアプリケーションにとってますます重要になっています.

この記事では,ワッフル切断技術の原則,主要な方法,プロセスステップ,課題,将来の傾向について説明します.

1ウェーファー・シッティングとは?

ウェーファー切断 (Wafer dicing) は,加工されたウェーファを個々の半導体切片 (チップ) に切断する半導体分離プロセスである.

完成したウエファーには,通常,グリッド構造に並べた数百から数千の繰り返しデバイスパターンが含まれます.各ユニットはダイと呼ばれます.

ワッフルの切断の目的は:

• ワッフルから個々のチップを切り離す
• 各ダイの電気性能を維持する
• 機械的損傷を減らす
• 高い生産率を維持する
• パッケージと組み立てのためにチップを準備する

切断後,個別の切片は通常次の段階に移されます.

試料検査 → 試料分類 → 梱包 → 試験 → 最終的な半導体製品

2半導体製造におけるウェーファー・ダイシングの位置

半導体製造プロセスは一般的に3つの主要な段階に分けることができます.

フロントエンド製造

フロントエンドプロセスは,ウエファー表面に半導体装置を作成します.

典型的なステップは以下の通りです.

• ワッフル清掃
• 酸化
• 薄膜堆積物
• フォトリトグラフィー
• エッチング
• イオン植入
• メタルの相互接続

この段階では,ウエファーには複数の完成回路が含まれていますが,大きな基板として残っています.

バックエンド製造

バックエンドのプロセスに属しています

主なステップは以下の通りです.

1. ワッフル検査
2. ワッフル装着
3. ワッフルの薄め (必要に応じて)
4. ワッフルの切断
5. 石灰料の清掃
6. デイ検査
7. パッケージ

梱包と組み立て

切った後:

• 包装に個別なマースが付着します
• 電気接続が作られます
• 保護構造が追加される

その例として,以下を挙げます.

• ワイヤレッシングパック
• フリップチップパッケージ
• 散らばるワッフルレベルのパッケージ
• 2.5Dと3Dの先端パッケージング

3ワッフル 切断 が 極めて 重要な プロセス で ある の は なぜ です か

片面切断はシンプルな切断作業のように見えますが,半導体の性能と製造コストに直接影響します.

3.1 収益への影響

損傷した模具は使えない.

切断に起因する欠陥は以下の通りである.

• 縁の切断
• 裂け目
• デラミネーション
• 表面汚染
• メタル層の損傷

欠陥率のわずかな増加でさえ,半導体の生産コストに大きな影響を与えます.

3.2 小型の装置のサイズ要求

現代の半導体技術には

• 細い寸法
• 狭い切断路線
• 高い精度

高度なプロセッサやメモリデバイスは 極めて密集した構造を備えており マイクロンレベルの切断精度が必要です

3.3 物質的な課題

異なる半導体材料は 異なる機械的性質を持っています

例えば:

4主なワッフル切断方法

ウェファーの材料,厚さ,デバイス構造,およびアプリケーション要件に応じて,いくつかのウェファーの分離技術が使用されています.

4.1 刃の切断

刃の切断は,最も広く使用されているワファー切断方法である.

作業原理

高速で回転するダイヤの刃が 指定された切断路に沿って 物理的にクレーンを切ります

刃には高切削効率をもたらす ダイヤモンド粒子が含まれています

典型的なプロセス:

1. 片付テープにマウントしたウエファー
2. 切断経路を調整する
3. 高速でダイヤの刃を回す
4. 冷却水 を 塗る
5. ワッフルを個別に切る

利点

• 成熟した技術
• 高い生産効率
• 多くのシリコン・ウェーフに適しています
• 設備コストの低さ

制限

• メカニカルストレスの発生
• 廃棄物切断
• 刃の磨き
• 超薄質のウエフレスに限定される

ブレイド・ダイシングは,信頼性とコスト効率性により,多くの半導体工場で支配的なままである.

4.2 レーザー切断

レーザー切断は半導体ウェーバーを分離するために集中したレーザーエネルギーを使用します

いくつかのアプローチがあります.

表面レーザー切削

レーザーは切断経路に沿った材料を直接取り除きます

ステルス ダイシング

表面を傷つけずに内部に 変形層を作ります

制御された機械的な膨張によって分かれます

利点

• 機械的ストレスの軽減
• 狭い切断幅
• 薄いウエフラーに適しています
• 下縁の損傷

申請

レーザー切断は,以下に広く使用されています.

• MEMS装置
• 画像センサー
• 先進的なパッケージング
• 薄い半導体ウェーフ

4.3 プラズマ切断

プラズマ切削は,プラズマ切削技術を使用して,切削料を分離する.

機械的な切断ではなく 半導体物質を化学的に除去する プラズマです

利点

• 切断幅が非常に狭い
• 最小の機械的ストレスを
• 複雑なウエファー構造に適しています

課題

• 設備投資の増加
• より複雑なプロセス制御

5. ウェーファー 切断 プロセス フロー

典型的なウエフリングプロセスは,次のステップを含みます.

ステップ1: ワッフル検査

切る前に,ウエフルは以下の点について検査されます.

• 表面の欠陥
• アライナメント精度
• パターン品質
• 既存の損害

先進的な検査システムには,以下を使用することができる.

• 光学顕微鏡
• レーザー検査
• 自動的な欠陥検出

ステップ2: ウェーファー 設置

特殊テープを用いて 片付け枠に貼り付けます

テープにはこう書かれています

• メカニカルサポート
• 型材を保持する能力
• 切る時の保護

ステップ3: ウェファーの並べ方

切断機は次のものを識別します.

• ウェファーの向き
• アライナインメントマーク
• 道路を切り開く

高精度なアライナメントは正確な分離を保証します

ステップ4 切断プロセス

ワッフルは,事前に定義された切断レーンに従って分離されます.

重要なパラメータは以下の通りです.

• 刃の速度
• 飼料率
• 切断深さ
• 冷却条件
• 振動制御

ステップ 5: 清掃

切った後に,ウエフルは以下のものを含めることができる.

• シリコン粒子
• 廃棄物切断
• 金属汚染

掃除は,マートを取り扱う前に,不要な粒子を除去します.

ステップ 6: ダイ 検査

各模具は以下の点について検査されます.

• 裂け目
• 縁の質
• 表面汚染
• 寸法精度

欠陥のある模具は梱包前に取り除きます.

6重要なウェッファー切断パラメータ

カーフ幅

カーフ幅は,切削中に取り除かれる材料の幅を指します.

より小さなカーフで:

• ワッフルごとにより多くのマート
• ウェファーの利用率が高い
• 生産コストの低下

チップサイズ

片付けは小型の骨折を意味しています

大型のチップは以下を引き起こすことがあります

• 信頼性の問題
• パッケージの故障

切る 精度

高精度の切断により:

• 正確な寸法
• パッケージの互換性が向上する

表面損傷

切断の過度のストレスは,次の原因を引き起こす可能性があります.

• 微細な裂け目
• 水晶の欠陥
• 電気信頼性の問題

7先進的なウェーファー切断における課題

7.1 超薄質のウエーファー加工

現代の半導体装置は薄いウエファーを使用している.

課題は以下の通りです

• ワッフルの破裂
• 操作困難
• ウォルページー制御

7.2 硬い半導体材料

SiCやサファイアなどの広帯帯材料は高硬さのために切るのは難しい.

例えば:

SiCは優れた電気的および熱的性質を有するが,以下のような特殊な切断技術が必要である.

• 高硬さ
• 高度な脆さ
• 強い結晶構造

7.3 先進的な包装要件

次の技術:

• チップレット建築
• 高帯域幅メモリ (HBM)
• 3D統合

要求する:

• 小さい死体
• 縁の質が良くなる
• 高精度分離

8. ウェッファー・ダイシング技術の将来の動向

8.1 レーザーによる分離

レーザー技術は,次のことを提供するため,引き続き発展していくでしょう.

• 傷害が少ない
• 高い精度
• 薄いウエフラーとのよりよい互換性

8.2 人工知能ベースのプロセス制御

人工知能が導入されているのは:

• 欠陥検出
• 切断パラメータ最適化
• 生産性の向上

8.3 先進的な材料加工

未来における切断技術には,次のことがサポートされなければならない.

• SiCウエフラー
• ガン・ウエフラー
• サファイア基板
• ガラスの挿入器

電子機器の次世代向けです

結論

片面切断は,完成した片面を個々の半導体チップに変換する重要な半導体製造プロセスです.機械的なストレスの高度な制御が必要です精密な調整,材料の特性,汚染管理

従来の刃切断は成熟性と効率性により広く使用され続けているが,レーザー切断とプラズマ切断は先進的な半導体アプリケーションにおいてますます重要になっている.

半導体 デバイス が 細い ジオメトリ,より 高い 電力 密度,そして 先進 な パッケージ 構造 に 向かっ て 進み ます.その ため に,ウェーファー サイクリング 技術 は チップ の 性能 を 向上 さ せる 鍵 な 要因 に なり ます.,信頼性や生産性