なぜ間伐が必要なのか？

バックエンド処理段階では、ウェハー (シリコンウェハー（前面に回路が実装されている）チップは、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減らし、チップの熱拡散効率、電気的性能、機械的特性を向上させ、ダイシング量を減らすために、後続のダイシング、溶接、パッケージングの前に背面を薄くする必要があります。背面研削は、高効率かつ低コストという利点があります。従来の湿式エッチングやイオンエッチングプロセスに取って代わり、最も重要な背面薄化技術となっています。

薄型ウェハー

どうやって痩せる？

従来のパッケージングプロセスにおけるウェーハ薄化の主な工程

具体的な手順ウェハー薄膜化工程では、加工対象のウェーハを薄膜に接着し、真空を用いて薄膜とチップを多孔質セラミックウェーハテーブルに吸着させ、カップ型ダイヤモンド砥石の作業面の内側と外側の円形ボート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切削研削を行う。研削工程は、粗研削、精密研削、研磨の3段階からなる。

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裏面研磨されます。ウェハを研磨する際は、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、同時に裏面も研磨します。研磨後、テープを剥がして厚さを測定します。
シリコンウェーハの製造に成功裏に適用されてきた研削プロセスには、回転テーブル研削、シリコンウェハー回転研削、両面研削など。単結晶シリコンウェーハの表面品質要求がさらに向上するにつれて、TAIKO研削、化学機械研削、研磨研削、遊星ディスク研削などの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：

回転テーブル研削は、シリコンウェーハの準備や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して回転します。シリコンウェーハ自体は軸を中心に回転しません。研削砥石は高速回転しながら軸方向に送られ、研削砥石の直径はシリコンウェーハの直径よりも大きくなります。回転テーブル研削には、正面プランジ研削と正面接線研削の 2 種類があります。正面プランジ研削では、研削砥石の幅はシリコンウェーハの直径よりも大きく、研削砥石のスピンドルは余分な部分が加工されるまで軸方向に連続的に送られ、その後、回転テーブルの駆動によってシリコンウェーハが回転します。面接線研削では、研削砥石は軸方向に送り込まれ、回転ディスクの駆動によりシリコンウェハーが連続的に回転し、往復送り（往復運動）またはクリープ送り（クリープフィード）によって研削が行われます。

図1は、回転テーブル研削（面接線方向）の原理の概略図である。

回転テーブル研削は、研削方法と比較して、除去率が高く、表面損傷が少なく、自動化が容易であるという利点があります。しかし、研削工程における実際の研削領域（アクティブ研削）Bとカットイン角θ（研削砥石の外円とシリコンウェーハの外円との間の角度）は、研削砥石の切削位置の変化に伴って変化するため、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、エッジ崩壊やエッジ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、装置ワークベンチの表面精度と動作精度に対する要求が高まっているため、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、複数の研削砥石構造を採用している。例えば、粗研削砥石一式と精密研削砥石一式が装置に装備されており、回転テーブルが一周することで粗研削と精密研削が交互に行われる。このタイプの装置には、アメリカのGTI社製のG-500DS（図2）などがある。

図2は、米国GTI社製のG-500DS回転テーブル研削装置である。

シリコンウェハーの回転研削：

大型シリコンウェーハの準備および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年に日本の研究者である松井はシリコンウェーハ回転研削（インフィード研削）法を提案した。その原理を図3に示す。作業台に吸着された単結晶シリコンウェーハとカップ状のダイヤモンド砥石はそれぞれの軸を中心に回転し、同時に砥石は軸方向に連続的に送られる。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る。研削力と研削熱を低減するために、真空吸着カップは通常、凸型または凹型にトリミングされるか、砥石スピンドルと吸着カップスピンドル軸の間の角度が調整され、砥石とシリコンウェーハの間で半接触研削が行われるようにする。

図3は、シリコンウェーハの回転研削原理の概略図である。

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 300mmを超える大型シリコンウェーハを一度に1枚のウェーハで研削できます。② 実際の研削面積Bと切削角度θが一定で、研削力が比較的安定しています。③ 研削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、より高い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度θは、研削マージンが大きい、オンラインでの厚みと表面品質の検出と制御が容易、装置構造がコンパクト、複数ステーションでの統合研削が容易、研削効率が高いといった利点も備えています。
生産効率の向上と半導体生産ラインのニーズへの対応のため、シリコンウェーハ回転研削の原理に基づいた商用研削装置は、多軸多ステーション構造を採用しており、一度のロード・アンロードで粗研削と精密研削を完了できます。他の補助設備と組み合わせることで、単結晶シリコンウェーハの「ドライイン／ドライアウト」および「カセット間」の全自動研削を実現できます。

両面研削：

シリコンウェーハ回転研削では、シリコンウェーハの上面と下面を加工する際に、ワークピース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、表面誤差のコピー（コピー）や研削痕（研削痕）が発生し、図4に示すように、ワイヤカット（マルチソー）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。上記の欠点を克服するために、1990年代に両面研削技術（両面研削）が登場し、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が保持リング内の単結晶シリコンウェーハをクランプし、ローラーによってゆっくりと回転します。カップ状のダイヤモンド研削砥石のペアが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。空気軸受電動スピンドルによって駆動され、反対方向に回転しながら軸方向に送り込まれることで、単結晶シリコンウェーハの両面研削が実現されます。図からわかるように、両面研削は、ワイヤカット後の単結晶シリコンウェハ表面のうねりやテーパーを効果的に除去できます。研削砥石軸の配置方向によって、両面研削は水平と垂直に分けられます。中でも、水平両面研削は、シリコンウェハの自重による変形が研削品質に及ぼす影響を効果的に低減でき、単結晶シリコンウェハの両面の研削工程条件を均一に保ちやすく、研削粒子や研削屑が単結晶シリコンウェハ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」および摩耗痕欠陥

図5は両面研削原理の概略図である。

表 1 は、上記の 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 200 mm 未満のシリコンウェーハの処理に使用され、ウェーハ歩留まりが高いです。固定砥石を使用するため、単結晶シリコンウェーハの研削では、両面研削よりもはるかに高い表面品質が得られます。したがって、シリコンウェーハの回転研削と両面研削の両方が主流の 300 mm シリコンウェーハの処理品質要件を満たすことができ、現在最も重要な平坦化処理方法です。シリコンウェーハの平坦化処理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、研磨ウェーハ処理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、シリコンウェーハの回転研削方法などの片面処理方法のみを選択できます。

シリコンウェーハの研削においては、研削方法の選択に加えて、正圧、砥石粒度、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、研削液の粘度および流量などの適切なプロセスパラメータを選択し、適切なプロセス経路を決定する必要がある。通常、粗研削、半仕上げ研削、仕上げ研削、無火花研削、低速バック研削を含む分割研削プロセスを用いて、加工効率が高く、表面平坦度が高く、表面損傷の少ない単結晶シリコンウェーハを得る。