ダイシングとは、半導体ウェーハ上に作り込まれた集積回路を、ひとつひとつのICチップとして切り出す工程を指します。半導体を製造するプロセスの後工程に含まれており、前工程において回路が形成された円形のウェーハを個々のチップ（＝ダイ）として切り分ける作業であり、この作業で使用する装置をダイシング装置と呼びます。
ダイシングは、前工程においてウェーハの表面を平坦化するCMPのプロセスを経て作られた集積回路の品質を保ったまま、チップとして製品化を行うための最終的な工程のひとつです。CMPによってウェーハ表面の平坦度が確保されていることが、ダイシングを行った後のチップの信頼性にもつながります。
ダイシングを行う際には、まずウェーハがカセットから取り出されて位置決めが行われます。その後ダイシング装置のブレードが高速回転し、ウェーハを切断します。このとき切断精度を保つため、ダイシング装置には「NCS（Non-Contact Setup）機能」が搭載されています。この機能により、ブレードの消耗具合を高速・精密に測定できます。
切断されたウェーハは、アッパーアームによりスピンナテーブルに移送されて洗浄・乾燥が行われます。最終的に回収が行われてカセットに格納されます。
このように、ダイシング装置にはウェーハを精密に切断するための高度な仕組みが搭載されています。
ダイヤモンド砥粒を固めた砥石を用いてウェーハを切断する方式です。ブレードを高速回転させてウェーハを物理的に切断する方法で、一般的に採用されています。この方法では、砥石とウェーハの摩擦で発生する熱を抑える目的に加え、切削する際に発生する加工屑の除去を行う目的で冷却水が使用されます。
ブレードダイシングを用いた場合、高い加工精度と高速切断を実現でき、ブレードの交換により多彩な素材に対応可能です。ただ物理的に切断を行うことから、ウェーハにマイクロクラックやストレスが生じる可能性があり、チッピング（割れや欠け）のリスクがあります。
その名の通り、レーザー光の照射によってウェーハを切断する方式です。
ブレードダイシングと比較した場合、切断幅が狭く材料のロスを抑えられることから多くのチップ生産が可能な点、さらにブレードの摩耗がなく加工品質の安定性が高く、薄いウェーハなどの加工に強みを持ちます。ただし、レーザーの種類や出力、照射条件の選定が重要となります。
レーザーダイシングのひとつであり、ウェーハの内部にレーザー光を集光して改質層を形成し、ウェーハを分割する方式です。このとき形成した改質層は、ウェーハの内部に脆弱なラインを形成することから、その後わずかに物理適応力を加えただけでラインに沿ってウェーハを分割できます。このとき、ウェーハ表面に切断した痕が残らない点が特徴です。
ステルスダイシングでは、チッピングやマイクロクラックなどのダメージが発生しにくく、チップの強度低下・歩留まりの悪化を防げます。特に薄型ウェーハや脆弱な材料の加工に向いている方法です。
ブレードダイシングやレーザーダイシングなどダイシングの方式で選択できます。例えばブレードダイシングはコストパフォーマンスが良い方法であり、標準的なSi（シリコン）に向いていますが、ウェーハの欠けへの対策が重要です。対してレーザーダイシング（ステルスダイシング）は、薄い材料や割れやすい材料に強い面がありますが、装置価格は高めの傾向があります。
以上から、ダイシング方式で装置を選ぶ場合には、まずは「何を切るか」をはっきりさせた上で、対象に合った装置の選択を行うことが大切であるといえます。
作業を行う上では、「1枚あたりの処理時間（段取りを含む）」が重要になってくることから、切断速度も注目しておきたい要素です。切断速度には、ウェーハの硬度・厚み、使用するブレードやレーザーの種類などさまざまな要素が関わっています。高速な切断が可能であれば生産性が向上するものの、速度が過剰になると精度が低下しクラックの発生につながるため、生産量と品質のバランスを考えることが大切です。
また、近年では装置を選定する単位が「単工程」から「ライン単位」へと拡張している傾向があります。特に中小ファブやMEMSメーカー、IDMにおいては、CMP後の洗浄・検査・ダイシング・パッケージングまで一貫して最適化する「Back-End Integration」へのニーズが高まっており、自社の工程フロー全体を俯瞰した上で装置の選定を行うことも大切なポイントであるといえます。
メンテナンス性も注目しておきたい部分です。例えば、ダイシング装置に搭載されている冷却システムは、切断の品質を保つために重要であるといえます。冷却に関する仕様は、切断速度・ウェーハの熱特性、ブレードやレーザーの種類に影響されます。
ガラスや薄いウェーハなど熱に敏感な材料を扱う場合には優れた冷却システムが求められます。このように、どんな材料を扱うかを考慮し、そのニーズに合った冷却システムを搭載したダイシング装置の選択によって高品質な切断を行えます。
ダイシング加工を行う際に、ウェーハの端が欠けてしまうことをチッピング、ウェーハ表面や断面に生じる亀裂をクラックと呼びます。これらは、半導体の品質を低下させる要因の一つです。これは、ダイシングを行う際の物理的な衝撃によって発生するものであり、特にウェーハが薄い・脆い材料を使用している場合にリスクが高まります。また、ブレードが摩耗している、目詰まりを起こしている、冷却水の供給が不足なども原因として考えられます。
この場合には、まずはブレードやダイシング装置の選定が重要なポイントです。切断するウェーハに合わせた選定を行うことで切削時の負担を軽減し、チッピングやクラックの発生を抑えることにつながります。
ダイシング加工を行う上で、加工精度を左右する要素としてアライメント機能が挙げられます。高品質な半導体チップを安定生産するには精密な位置合わせが必要ですが、アライメント機能が不十分だとチップの切り出し位置がずれてしまうために精度低下が起こる可能性が高まります。
以上から、求められる加工精度や生産するチップの種類に応じたアライメント機能を搭載した装置の選定が、精度の向上につながるといえます。
薄いウェーハをダイシングする際の主な課題は、チッピングやクラックの発生リスクの増大が挙げられます。ウェーハが薄くなるほど、ダイシング工程で発生するわずかな応力や熱などでチッピングやクラックの発生につながる可能性が高くなります。このような欠陥が発生した場合には製品の精度を大きく損なうことになるため、ウェーハに合ったダイシング装置の選定が重要になってきます。
SiC（炭化ケイ素）やGaN（窒化ガリウム）など、新しい材料のダイシングを行う際には、材料が極めて硬いことから加工が難しい点が課題として挙げられます。特にSiCは非常に高い硬度を持つため、ブレードダイシングを用いる場合にはブレードの摩耗が早くコストの増大につながる可能性があります。また、高度の高さから切断速度が低下し、生産性の低下も考えられます。
さらに、SiCやGaNはその硬さに加えて脆い面もあり、薄いウェーハの加工中にチッピングやクラックが発生しやすい点にも対応が必要です。
こちらの記事では、ダイシング装置の仕組みや構造、切断方法の種類や装置の選び方などについて解説を行ってきました。ダイシングは、半導体の製造において非常に重要な工程です。この工程でウェーハを正確に切断して高品質なチップに仕上げることが、製品の信頼性を左右します。
以上の点から、ダイシングを行うにあたって出てくる様々な課題を理解し、ニーズに合った装置の選択や運用条件の最適化によって、生産効率と品質の向上につなげていくことが大切です。
柔軟性と高い機械剛性を備え、角チップも取り付け可能。金属・酸化・窒化膜、ベアウエハはもちろん材料や関連商品などの研究開発向けに、試作の細かな調整がスムーズに行える卓上型CMP装置。
| ウェーハ サイズ |
チップサイズ ～150mm |
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自動研磨機能と4つのテーブルを使ったデュアルモジュール構造で効率的な半導体製造の歩留まり向上を実現。安定した品質と高い生産効率を提供。
| ウェーハ サイズ |
～300mm |
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大型基板の高密度配線やTSV（貫通電極）プロセスの複雑な構造に対応した450mmウェーハ用では世界初※の全自動CMP装置。ポリッシュ取り代量の多い工程でも、安定した研磨性能。
| ウェーハ サイズ |
～450mm |
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