なぜ間伐が必要なのでしょうか？

バックエンドプロセスの段階では、ウエハース (シリコンウエハーチップ（表面に回路が形成されたチップ）は、ダイシング、溶接、パッケージング工程の前に裏面を薄くする必要があります。これにより、パッケージの実装高さを低減し、チップパッケージの体積を縮小し、チップの熱拡散効率、電気性能、機械特性を向上させ、ダイシング量を削減することができます。バックグラインドは、高効率と低コストという利点があり、従来のウェットエッチングやイオンエッチング工程に取って代わり、最も重要な裏面薄化技術となっています。

薄くなったウェハ

どうやって薄くするの？

従来のパッケージングプロセスにおけるウェハ薄化の主なプロセス

具体的な手順はウエハース薄化工程は、加工対象となるウェーハを薄膜に接着し、真空吸着によって薄膜とその上のチップを多孔質セラミックウェーハテーブルに吸着します。カップ型ダイヤモンド砥石の作業面の内外円弧中心線をシリコンウェーハの中心に合わせ、シリコンウェーハと砥石をそれぞれの軸を中心に回転させて研削加工を行います。研削は、粗研削、精研削、研磨の3段階に分かれています。

ウェハ工場から出荷されたウェハは、パッケージングに必要な厚さまで薄くするためにバックグラインドされます。ウェハを研削する際には、回路領域を保護するために表面（アクティブエリア）にテープを貼り付け、同時に裏面も研削します。研削後、テープを剥がし、厚さを測定します。
シリコンウェーハの製造に成功裏に適用されている研削プロセスには、回転テーブル研削、シリコンウエハー回転研削、両面研削など。単結晶シリコンウェーハの表面品質要件のさらなる向上に伴い、TAIKO研削、化学機械研削、研磨研削、遊星ディスク研削など、新しい研削技術が絶えず提案されています。

回転テーブル研削：

回転テーブル研削（回転テーブル研削）は、シリコンウェーハの製造および裏面薄化に使用される初期の研削プロセスです。その原理を図1に示します。シリコンウェーハは回転テーブルの吸盤に固定され、回転テーブルによって同期駆動されて回転します。シリコンウェーハ自体は軸を中心に回転しません。研削ホイールは高速回転しながら軸方向に送られ、研削ホイールの直径はシリコンウェーハの直径よりも大きくなっています。回転テーブル研削には、面プランジ研削と面接線研削の2種類があります。面プランジ研削では、研削ホイールの幅はシリコンウェーハの直径よりも大きく、研削ホイールスピンドルは余分な部分が処理されるまで軸方向に沿って連続的に送り、その後、回転テーブルの駆動下でシリコンウェーハを回転させます。面接線研削では、研削ホイールがその軸方向に沿って送り、回転ディスクの駆動によりシリコンウェーハが連続的に回転し、往復送り（レシプロ）またはクリープ送り（クリープフィード）によって研削が完了します。

図1、回転テーブル研削（面接線）原理の模式図

回転テーブル研削は、研削方法と比較して、除去率が高く、表面損傷が小さく、自動化が容易などの利点があります。ただし、研削工程における実際の研削面積（アクティブ研削）Bと切り込み角度θ（砥石の外周とシリコンウェーハの外周との間の角度）は、砥石の切削位置の変化に応じて変化し、研削力が不安定になり、理想的な表面精度（高いTTV値）を得ることが難しく、エッジの崩壊やエッジの崩壊などの欠陥が発生しやすくなります。回転テーブル研削技術は、主に200mm以下の単結晶シリコンウェーハの加工に使用されています。単結晶シリコンウェーハのサイズが大きくなるにつれて、設備作業台の表面精度と動作精度に対する要求が高くなり、回転テーブル研削は300mmを超える単結晶シリコンウェーハの研削には適していません。
研削効率を向上させるため、市販の平面接線研削装置は通常、マルチ砥石構造を採用しています。例えば、粗研削砥石と精研削砥石をそれぞれ1組ずつ装置に装備し、回転テーブルを1回転させることにより、粗研削と精研削を交互に行います。このタイプの装置には、米国GTI社のG-500DS（図2）などがあります。

図2、米国GTI社のG-500DS回転テーブル研削装置

シリコンウェーハ回転研削：

大型シリコンウェーハの製造と裏面薄化処理のニーズを満たし、良好なTTV値で表面精度を得るために、1988年に日本の学者松井はシリコンウェーハ回転研削（インフィード研削）法を提案しました。その原理を図3に示します。作業台に吸着された単結晶シリコンウェーハとカップ型ダイヤモンド砥石がそれぞれの軸を中心に回転し、同時に砥石が軸方向に沿って連続的に送られます。その中で、砥石の直径は加工されるシリコンウェーハの直径よりも大きく、その円周はシリコンウェーハの中心を通過します。研削力を低減し、研削熱を低減するために、通常、真空吸盤を凸型または凹型にトリミングするか、研削ホイールスピンドルと吸盤スピンドル軸間の角度を調整して、研削ホイールとシリコンウェーハとの間の半接触研削を確保します。

図3、シリコンウェーハ回転研削原理の模式図

回転テーブル研削と比較して、シリコンウェーハ回転研削には以下の利点があります。① 単回シングルウェーハ研削で300mmを超える大型シリコンウェーハを加工できます。② 実際の研削面積Bと切削角θは一定で、研削力が比較的安定しています。③ 砥石軸とシリコンウェーハ軸の傾斜角を調整することで、単結晶シリコンウェーハの表面形状を能動的に制御し、より優れた表面形状精度を得ることができます。さらに、シリコンウェーハ回転研削の研削面積と切削角θには、研削マージンが大きい、オンラインで厚さと表面品質の検出と制御が容易、設備構造がコンパクト、マルチステーション統合研削が容易、研削効率が高いなどの利点もあります。
生産効率を向上させ、半導体生産ラインのニーズに応えるため、シリコンウェーハ回転研削原理に基づく業務用研削装置は、多軸多ステーション構造を採用し、粗研削と仕上げ研削を1回のロード・アンロードで完了できます。その他の補助設備と組み合わせることで、「ドライイン・ドライアウト」および「カセット・トゥ・カセット」による単結晶シリコンウェーハの全自動研削を実現します。

両面研磨：

シリコンウェーハ回転研削は、シリコンウェーハの上下面を加工する場合、ワークを反転させて段階的に加工する必要があり、効率が制限されます。同時に、シリコンウェーハ回転研削では、表面誤差の倣い（copyed）や研削痕（grindingmark）が発生し、図4に示すように、ワイヤーカット（multi-saw）後の単結晶シリコンウェーハ表面のうねりやテーパーなどの欠陥を効果的に除去することができません。これらの欠陥を克服するために、1990年代に両面研削技術（doublesidegrinding）が登場しました。その原理を図5に示します。両側に対称的に配置されたクランプは、単結晶シリコンウェーハを保持リングに挟み込み、ローラーの駆動によってゆっくりと回転します。一対のカップ型ダイヤモンド研削ホイールは、単結晶シリコンウェーハの両側に相対的に配置されています。エアベアリング電動スピンドルによって駆動され、逆方向に回転しながら軸方向に送り、単結晶シリコンウェーハの両面研削を実現します。図からわかるように、両面研削は、ワイヤーカット後の単結晶シリコンウェーハ表面のうねりやテーパーを効果的に除去できます。砥石軸の配列方向に応じて、両面研削は水平と垂直の2通りが可能です。その中でも、水平両面研削は、シリコンウェーハの自重によるシリコンウェーハの変形が研削品質に与える影響を効果的に低減し、単結晶シリコンウェーハの両面の研削工程条件を同一に保ちやすく、研磨粒子や研削屑が単結晶シリコンウェーハの表面に残留しにくいため、比較的理想的な研削方法です。

図4、シリコンウェーハ回転研削における「エラーコピー」と摩耗痕欠陥

図5、両面研削原理の模式図

表1は、上記3種類の単結晶シリコンウェーハの研削と両面研削の比較を示しています。両面研削は主に200mm以下のシリコンウェーハ加工に使用され、ウェーハの歩留まりが高いです。固定砥粒砥石を使用しているため、単結晶シリコンウェーハの研削は両面研削よりもはるかに高い表面品質を得ることができます。そのため、シリコンウェーハ回転研削と両面研削はどちらも、主流の300mmシリコンウェーハの加工品質要件を満たすことができ、現在最も重要な平坦化加工方法です。シリコンウェーハの平坦化加工方法を選択する際には、単結晶シリコンウェーハの直径サイズ、表面品質、研磨ウェーハ加工技術の要件を総合的に考慮する必要があります。ウェーハの裏面薄化には、シリコンウェーハ回転研削法などの片面加工方法しか選択できません。

シリコンウェーハ研削においては、研削方法の選択に加え、正圧、砥石粒径、砥石バインダー、砥石回転速度、シリコンウェーハ回転速度、研削液粘度、流量などの適切なプロセスパラメータを選択し、適切なプロセスルートを決定する必要があります。通常、粗研削、中仕上げ研削、仕上げ研削、スパークフリー研削、スローバックを含むセグメント研削プロセスを採用することで、高い加工効率、高い表面平坦性、低い表面損傷を有する単結晶シリコンウェーハが得られます。