今回のテーマは、
「ウェハは、どうやって薄くして切り分け、チップを台に固定するのか」
答え：回路のない裏面を削って薄くし、テープに貼ってから刃やレーザーで1個ずつに切り分けます。そのあと、チップを1個ずつ拾って、台の上に接着剤などで固定します。
この記事でわかること
- ① 裏面を削って薄くする
- ② テープに貼る
- ③ 刃で切る
- ④ レーザーで切る
- ⑤ チップを台に固定する
※各節の「くわしく見る」は、計算で確かめたい人向けです。
① 裏面研削：ウェハを薄くする
大事なポイント：切り分ける前に、回路のない側（裏面）を削って、ウェハを薄くします。
前工程のウェハは、思いのほか厚いものです。参考にした資料では、およそ750µm（0.75mm）とされています。厚いのは、高温の工程を通るときに、割れたり反ったりしないよう、強さを保つためです。ところが、このままでは薄い製品や、チップを重ねる製品には厚すぎます。そこで、切り分ける前に、裏面を削って薄くします。これを裏面研削（バックグラインド）とよびます。「裏面」とは、回路をつくった面の反対側のことです。
資料では、薄くしたあとの厚さは、一般に75〜50µmで、もとの厚さの1割ほどになります。削る量は、750 − 75 ＝ 675µmなので、675 ÷ 750 ＝ 0.9、つまり約90%を削ることになります（目安です）。
削るときは、回路のある表面を傷つけないよう、先に保護テープを貼ります。資料には、紫外線（UV）で硬化する保護テープを貼り、削りくずや水が表面につかないようにする、と書かれています。削ったあとは、純水で洗います。この順番は、「薄くしてから切る」が標準だとも書かれています。先に薄くするのは、切り分けたあとの小さなチップを削るより、ウェハのまま削るほうが扱いやすいためです（一般的な説明です）。
確認クイズ：750µmのウェハを75µmまで薄くすると、何%を削ったことになりますか？
答え：(750 − 75) ÷ 750 ＝ 0.9なので、90%です。
② ダイシングテープに貼る：切っても、バラバラにしない
大事なポイント：薄くしたウェハを、粘着のあるテープに貼って金属の枠に固定してから切ります。
ウェハを切ると、チップは何百〜何万個にもなります。そのまま切ると、飛び散って、どれがどの位置かも分からなくなります。そこで、切る前に、粘着のあるダイシングテープにウェハを貼り、金属の薄い枠（フレーム）に張って固定します。参考にした資料にも、ウェハをテープに貼って枠に固定すると書かれています。切ったあとも、チップはテープの上に、元の並びのまま残ります。
テープには、種類があります。資料によると、小さなチップには紫外線で硬化するテープ、大きなチップにはそうでないテープを使います。紫外線を当てると、粘着力が弱まり、チップをはがしやすくなるテープがあります（一般的な説明です）。
また、前工程のあとの試験で不良とされたチップは、ここで除きます。資料には、後工程へ進むのは良品だけ、と書かれています。試験の結果は、ウェハマップ（どの位置のチップが良品かの地図）として記録されていて、あとで拾うときに使われます。テープに貼ることで、切ったチップを並んだまま運べます
確認クイズ：ダイシングテープに貼ってから切る、いちばんの理由は何ですか？
答え：切ったチップが飛び散らず、元の位置のまま並んで残るようにするためです。
③ ブレードダイシング：回転する刃で切る
大事なポイント：ダイヤモンドの粒をつけた薄い刃を高速で回し、チップのあいだの道（ストリート）を切ります。
最も基本的な切り方は、刃を使う方法です。資料によると、ダイヤモンドの粒をつけた刃を、およそ毎分30,000回転で回し、冷却用の水（純水）をかけながら切ります。毎分30,000回転は、1秒あたり 30,000 ÷ 60 ＝ 500回転です。水は、刃を冷やし、切りくずを流します。
チップとチップのあいだには、切るための道があります。これをストリートといいます。資料では、ストリートの幅はふつう75µm（0.075mm）ほどです（一例）。ストリートをあけておく理由は、刃の幅の分だけ、切って消える部分が出るためです。回路にぎりぎりまで刃を近づけると、欠けが回路に届くおそれがあります。
ストリートは、広いほど安全ですが、その分だけウェハ1枚から取れるチップは減ります。たとえば、直径300mmのウェハから5mm角のチップを取るとき、ストリートを0.075mmにすると、チップ1個が占める面積は 5.075 × 5.075 ≒ 25.8mm² です。ストリートがなければ25mm²です。約3%の違いですが、チップの数が多いほど、効いてきます。刃で切る方法は昔からある基本ですが、水を使い、ストリートの幅の分だけ材料を失います
確認クイズ：刃が毎分30,000回転で回っているとき、1秒間に何回転しますか？
答え：30,000 ÷ 60 ＝ 500なので、500回転です。
くわしく見る：1枚のウェハから取れるチップの数（上限の目安）
直径300mmの円の面積は、π × 150² ≒ 70,686mm² です。チップが5mm角（25mm²）で、ストリートがなければ、70,686 ÷ 25 ≒ 2,827個が上限です。ストリートの幅75µm（0.075mm）を加えると、1個が占める面積は 5.075² ≒ 25.76mm² で、70,686 ÷ 25.76 ≒ 2,744個です。
差は 2,827 − 2,744 ＝ 83個ほどで、約3%です。ウェハのふちは使えないので、実際に取れる数は、これより少なくなります。数値は、考え方のための仮の例です。
④ レーザーで切る：ステルスダイシング
大事なポイント：刃のかわりに、レーザー光をウェハの内部に集めて傷をつくり、テープを広げて割る方法もあります。
刃で切る方法には、水が要ること、切りくずが出ること、刃の幅の分だけ材料を失うことの弱点があります。これを減らす方法の1つが、ステルスダイシングです。参考にした資料によると、パルス状のレーザー（波長1064nm）の光を、ウェハの表面ではなく内部に集めます。すると、内部だけに傷（改質層とよばれます）が、切る線に沿って並びます。このあと、ダイシングテープを引き伸ばすと、傷のところからウェハが割れて、チップに分かれます。
資料には、冷却用の液体が要らず、切りくずが少なく、切る幅も小さくできる、と書かれています。ただし、資料はこの方法を万能とは言っていません。どの方法を使うかは、チップの大きさや材料、費用で決めます（一般的な説明です）。
このほかにも、先にウェハの途中まで溝を切ってから、裏面を削って薄くするときにチップを分ける方法（資料では、強度が高くなるとされます）や、エッチングと同じようなプラズマで切る方法があります。くわしくは、2級で学びます。▶ 2級でくわしくレーザーの方法は、水と切りくずを減らし、切る幅を小さくできます
確認クイズ：ステルスダイシングで、レーザー光を集めるのはウェハのどこですか？
答え：ウェハの内部です。内部に傷をつくり、テープを広げて割ります。
⑤ ダイボンディング：チップを拾って、台に固定する
大事なポイント：テープの上のチップを1個ずつ拾い、接着剤などで台（基板やリードフレーム）に固定します。
切り分けたチップは、次に、パッケージの台に置いて固定します。この作業をダイボンディング（ダイアタッチともいいます）とよびます。ダイは、第1講で学んだとおり、1個ずつのチップのことです。
手順は2段階です。まず、テープの裏から突き上げピンで押し上げ、上から吸着ツールで吸ってチップをはがします。次に、台の上の接着剤の上にチップを置き、固めます。接着には、台とチップを固定する役目だけでなく、チップの熱を台へ逃がす道の役目もあります（第1講の「熱を逃がす」です）。
参考にした資料によると、接着の材料は主に3つです。
- エポキシ（樹脂の接着剤）：安く扱いやすく、小さな電力の部品に向きますが、熱の伝わりはよくありません。熱伝導率は、多くが5W/mK未満とされています。
- はんだ：熱をよく伝えます。高鉛はんだで約35W/mKとされます。そのぶん、金属の層を付けたり洗ったりする手間が増えます。
- 共晶合金（金とスズの合金など）：熱の伝わりが最もよい反面、うまく付けられる温度などの範囲がせまいものです。
接着層の厚さにも注意が要ります。資料によると、薄すぎるとはがれやすく、厚すぎると熱が逃げにくくなります。接着剤が、チップの面を90%超おおうことも目安とされます。また、チップを強く押しつけると、見えない小さなひび（マイクロクラック）が入り、電気の試験は通っても、あとで故障することがあります。ダイボンディングは、固定と放熱の両方を決める作業です
確認クイズ：熱の伝わりが悪く、小さな電力の部品に向くとされる接着の材料は、どれですか？
答え：エポキシ（樹脂の接着剤）です。
くわしく見る：接着層の熱抵抗を計算する
接着層の熱の通りにくさは、熱抵抗 ＝ 厚さ ÷（熱伝導率 × 面積）で表せます（一般的な式です）。熱伝導率は、熱の伝えやすさで、大きいほど熱を通します。
例として、接着層の厚さを25µm（＝25×10⁻⁶ m）、チップを5mm角（面積25mm² ＝ 25×10⁻⁶ m²）とします。エポキシの熱伝導率を3W/mK（資料の「5未満」にそろえた仮の値）とすると、
25×10⁻⁶ ÷（3 × 25×10⁻⁶）＝ 約0.33℃/W
高鉛はんだ（35W/mK）なら、25×10⁻⁶ ÷（35 × 25×10⁻⁶）＝ 約0.029℃/Wで、約12分の1です。消費電力が2Wなら、接着層だけで温度差は、エポキシが約0.67℃、はんだが約0.06℃です。この程度の電力では差は小さいですが、電力が大きい部品や、重ねた部品では、効いてきます。厚さと面積は仮の値で、実際の接着層はこれほど単純ではありません。
安全のひとこと：ダイシングの装置には、高速で回る刃と、レーザー光があります。レーザーは、目に見えない光（赤外線など）のこともあり、目や皮膚を傷めるおそれがあります。装置のカバーや安全のしかけを外さないこと、回っている部分に手を近づけないことを守ります。割れたウェハの縁は鋭く、削りくずの粉を吸いこむのも避けるべきです。水を使うので、電気の部分がぬれないようにもします。取り扱いは、必ず職場の決まりに従います。
この講のまとめ
ウェハは、裏面を削って薄くしてから、ダイシングテープに貼って切り分けます。
切り方には、ダイヤモンドの刃で切る方法と、内部をレーザーで傷つけて割る方法があります。
切ったチップは、拾って台に固定します（ダイボンディング）。接着の材料は、固定だけでなく熱の逃げやすさも決めます。
次の第3講では、固定したチップと外の端子を、細い金属線やはんだの玉でつなぐ方法を学びます。
ことばのおさらい
- 裏面研削：回路のない面（裏面）を削って、ウェハを薄くする作業です。
- ダイシング：ウェハを、チップ1個ずつに切り分ける作業です。
- ストリート：チップとチップのあいだにある、切るための道です。
- ダイシングテープ：切るとき、ウェハとチップを固定しておく粘着テープです。
- ステルスダイシング：ウェハの内部にレーザーで傷をつくり、テープを広げて割る切り方です。
- ダイボンディング：チップを台に置いて固定する作業です。
よくある誤解
Q. ウェハは、薄いほど丈夫になりますか？
いいえ。薄くするほど、割れやすく、反りやすくなります。高温の工程を通る前は厚いまま扱い、後工程で薄くします。
Q. ストリートは、せまいほどよいのですか？
一概には言えません。せまいほどチップは多く取れますが、刃の幅や欠けを考えると、ある程度の幅が要ります。
参考にした公式情報
- Wikipedia「Wafer dicing」（刃による切断、ステルスダイシング、ダイシングテープ、ストリート幅）
- Wikipedia「Wafer backgrinding」（ウェハの厚さ、薄くする理由、保護テープ）
- 業界誌（Semiconductor Digest）の記事（組み立ての手順、ダイ接着の材料と熱伝導率、接着の注意点）
- Wikipedia「Semiconductor device fabrication」（良品だけが組み立てに進むこと、裏面研削と切り分けの流れ）
ウェハの厚さ（750µmから75〜50µm）、ストリート幅75µm、毎分30,000回転は、資料にある一般的な値や一例で、条件で変わります。チップ5mm角の個数計算と、接着層の熱抵抗（厚さ25µm、エポキシ3W/mK）は、理解のために置いた仮の値と計算です。紫外線テープの粘着の変化、ストリートをあける理由、先に薄くする理由は、一般的な知識にもとづく説明です。図は、記事用に描いた簡易の図です。
