ウェハーダイシングとは何ですか？

A ウェハー半導体チップになるには、3つの変化を経る必要があります。まず、ブロック状のインゴットをウェハに切断します。次に、前の工程でウェハの表面にトランジスタを刻印します。最後に、パッケージング、つまり切断工程を経て、ウェハー完全な半導体チップになります。パッケージングプロセスはバックエンドプロセスに属することがわかります。このプロセスでは、ウェーハは複数の六面体状の個々のチップに切断されます。独立したチップを得るこのプロセスは「シングレーション」と呼ばれ、ウェーハボードを独立した直方体に切断するプロセスは「ウェーハ切断（ダイソーイング）」と呼ばれます。最近、半導体集積度の向上に伴い、ウェーハの厚さはウェハーますます薄くなっており、当然ながら「分離」プロセスに大きな困難をもたらしている。

ウェハーダイシングの進化

フロントエンドとバックエンドのプロセスは、さまざまな方法で相互作用を通じて進化してきました。バックエンドのプロセスの進化は、ダイから分離された六面体の小さなチップの構造と位置を決定することができます。ウェハーウェーハ上のパッド（電気接続経路）の構造と位置も同様です。逆に、フロントエンドプロセスの進化により、プロセスと方法が変化しました。ウェハー後工程では、バックシンニングとダイスカットが行われます。そのため、パッケージの外観がますます複雑化するにつれて、後工程にも大きな影響が出ます。さらに、パッケージの外観の変化に伴い、ダイスカットの回数、手順、種類もそれに応じて変化します。

スクライブダイス

初期の頃は、外部の力を加えることで「割る」ことが、サイコロを割る唯一の方法でした。ウェハー六面体ダイスを用いて加工する方法もあるが、この方法には、小さな切削屑の縁が欠けたり割れたりするという欠点がある。また、金属表面のバリが完全に除去されないため、切削面が非常に粗くなるという問題もある。
この問題を解決するために、「スクライビング」切断法が考案されました。つまり、「破壊」する前に、ウェハー深さの約半分まで切断されます。「スクライビング」とは、その名の通り、インペラを使用してウェーハの表面を事前に切断（半分に切断）することを指します。初期の頃は、6インチ以下のウェーハのほとんどが、チップ間を最初に「スライス」してから「分割」するというこの切断方法を使用していました。

刃切りまたは刃鋸切り

「スクライビング」切断法は徐々に「ブレードダイシング」切断（または鋸引き）法へと発展しました。これは、刃を2回または3回連続して使用する切断方法です。「ブレード」切断法は、「スクライビング」後に「分割」する際に小さな切りくずが剥がれる現象を補い、「分離」工程中に小さな切りくずを保護することができます。「ブレード」切断は、従来の「ダイシング」切断とは異なり、「ブレード」切断後に「分割」するのではなく、再び刃で切断します。そのため、「ステップダイシング」法とも呼ばれます。

切断工程中にウェーハが外部から損傷を受けるのを防ぐため、ウェーハに事前にフィルムを貼付して、より安全な「シングルリング」を実現します。「バックグラインディング」工程では、フィルムはウェーハの表面に貼付されます。一方、「ブレード」切断では、フィルムはウェーハの裏面に貼付する必要があります。共晶ダイボンディング（ダイボンディング、分離されたチップをPCBまたは固定フレームに固定する工程）中、裏面に貼付されたフィルムは自動的に剥がれ落ちます。切断中は摩擦が大きいため、純水をあらゆる方向から連続的に噴霧する必要があります。また、スライスをより良く切断するために、インペラにダイヤモンド粒子を付着させる必要があります。このとき、切断幅（ブレードの厚さ：溝幅）は均一でなければならず、ダイシング溝の幅を超えてはなりません。
長い間、鋸引きは最も広く使われている従来の切断方法です。その最大の利点は、短時間で大量のウェーハを切断できることです。しかし、スライスの送り速度を大幅に上げると、チップレットの端が剥がれる可能性が高くなります。そのため、インペラの回転数は毎分約30,000回に制御する必要があります。半導体プロセスの技術は、長期間の蓄積と試行錯誤を通じて徐々に蓄積された秘密であることが多いことがわかります（共晶接合に関する次のセクションでは、切断とDAFの内容について説明します）。

ダイシングしてから粉砕する（DBG）：切断順序が方法を変えた

直径8インチのウェハにブレード切断を行う場合、チップレットの端の剥離やひび割れを心配する必要はありません。しかし、ウェハの直径が21インチまで大きくなり、厚みが極端に薄くなると、剥離やひび割れ現象が再び発生し始めます。切断工程中のウェハへの物理的影響を大幅に軽減するために、従来の切断手順に代わって「ダイシング・ビフォア・グラインディング」方式であるDBG方式が採用されています。連続的に切断する従来の「ブレード」切断方式とは異なり、DBG方式ではまず「ブレード」切断を行い、その後、チップが分割されるまで裏面を連続的に薄くすることでウェハの厚みを徐々に薄くしていきます。DBG方式は、従来の「ブレード」切断方式の改良版と言えるでしょう。2回目の切断による影響を軽減できるため、DBG方式は「ウェハレベルパッケージング」において急速に普及しています。

レーザーダイシング

ウェーハレベルチップスケールパッケージ（WLCSP）プロセスでは、主にレーザー切断が用いられます。レーザー切断は剥離やひび割れなどの現象を低減し、より高品質なチップを得ることができますが、ウェーハの厚さが100μmを超えると生産性が大幅に低下します。そのため、主に100μm未満（比較的薄い）の厚さのウェーハで使用されます。レーザー切断は、ウェーハのスクライブ溝に高エネルギーレーザーを照射することでシリコンを切断します。しかし、従来のレーザー切断方法を用いる場合、ウェーハ表面に保護膜を事前に塗布する必要があります。ウェーハ表面をレーザーで加熱または照射すると、これらの物理的な接触によってウェーハ表面に溝が形成され、切断されたシリコンの破片も表面に付着します。従来のレーザー切断方法もウェーハ表面を直接切断することがわかります。この点では、「ブレード」切断方法と類似しています。

ステルスダイシング（SD）は、まずレーザーエネルギーでウェハー内部を切断し、次に裏面に貼られたテープに外部圧力を加えてテープを破断することでチップを分離する手法です。裏面のテープに圧力を加えると、テープが伸びることでウェハーが瞬時に持ち上げられ、チップが分離されます。SDの従来のレーザー切断方法に対する利点は、第一にシリコンの破片が発生しないこと、第二に切断幅（カーフ：スクライブ溝の幅）が狭いため、より多くのチップが得られることです。さらに、SD方式では剥離やひび割れ現象が大幅に軽減されるため、切断品質全体にとって非常に重要です。したがって、SD方式は将来的に最も普及する技術となる可能性が非常に高いと言えます。

プラズマダイシング
プラズマ切断は、製造（Fab）工程においてプラズマエッチングを用いて切断を行う、近年開発された技術です。プラズマ切断では液体ではなく半気体材料を使用するため、環境への影響は比較的小さく、ウェーハ全体を一度に切断する方式を採用しているため、切断速度も比較的速いという特徴があります。しかしながら、プラズマ切断は化学反応ガスを原料として使用し、エッチング工程が非常に複雑であるため、プロセスフローはやや煩雑です。とはいえ、ブレード切断やレーザー切断と比較すると、プラズマ切断はウェーハ表面を損傷しないため、不良率を低減し、より多くのチップを得ることができます。

近年、ウェハの厚さが30μmまで薄くなり、銅（Cu）や低誘電率材料（Low-k）が多く使用されるようになったため、バリ（Burr）の発生を防ぐためにプラズマ切断法が好まれるようになりました。もちろん、プラズマ切断技術も絶えず発展しています。近い将来、エッチング時に特別なマスクを着用する必要がなくなる日が来ると私は考えています。これはプラズマ切断の主要な発展方向の一つだからです。

ウェーハの厚さが100μmから50μm、そして30μmへと継続的に薄くなるにつれて、独立したチップを得るための切断方法も、「破断」や「刃」による切断からレーザー切断やプラズマ切断へと変化・発展してきました。切断方法が成熟するにつれて、切断工程自体の生産コストは増加しましたが、一方で、半導体チップの切断で頻繁に発生する剥離やひび割れといった望ましくない現象を大幅に低減し、ウェーハ単位面積あたりのチップ数を増やすことで、チップ1個あたりの生産コストは低下傾向を示しています。もちろん、ウェーハ単位面積あたりのチップ数の増加は、ダイシングストリートの幅の縮小と密接に関係しています。プラズマ切断を使用すると、「刃」による切断方法と比較して約20%多くのチップが得られるため、プラズマ切断が選択される大きな理由の一つとなっています。ウェーハ、チップの形状、パッケージング方法の発展と変化に伴い、ウェーハ加工技術やDBGなどのさまざまな切断プロセスも登場しています。