ウェーハはどうやってチップに切り分ける？ バックグラインドとダイシングを一歩ずつ

ウェーハを1個ずつのチップにするには、後工程工場でまずウェーハを裏から削って薄くし（バックグラインド、裏面研削）、次にチップとチップの間に残してある細いすき間（スクライブライン）に沿って切り分けます。この切り分ける工程がダイシングで、1枚のウェーハから千個以上のチップが取れることもよくあります。切り方は大きく2種類、とても薄いダイヤモンドのブレードで切るか、レーザーを使うかです。

ダイシングは、工程全体のどこにある？

チップが前工程の工場でウェーハの上にできあがると、ウェーハごと後工程工場に送られます（「OSATとは？」）。流れはおおよそ、まずテスト、次に薄くして切り分け、それからダイボンド、ワイヤボンディング、モールド、最後にファイナルテストです。この記事は「薄くして切り分ける」ところを扱います。そのあとどう包むかは「パッケージングとは？」へ。ウェーハのまま全体をパッケージしてから、最後に切るパッケージもあります（「ファンアウトパッケージとは？」）。

一歩ずつ：1枚のウェーハから1個ずつのチップへ

ステップ1：どのチップが良品かを知っておく

• 何をする：切る前に、プローブカードの細い針でチップを1個ずつ通電してテストし（ウェーハテスト）、結果を位置ごとにウェーハマップに記録します。
• なぜ：切り分けると、千個のチップはどれも同じに見えるので、良し悪しはこの図で見分けます。
• しないと：不良品までパッケージしてしまい、そのお金がむだになります。テストのしかたは「チップはどうテストする？」と「プローブカードとは？」へ。

ステップ2：表に保護テープを貼る

• 何をする：回路のある面に保護テープを貼り、表を下にして裏返します。
• なぜ：次のステップでは押さえつけて削り、ずっと水をかけます。表の回路は傷つきやすく、シリコンの粉や水が入りこむのも困ります。
• しないと：表に傷や汚れが1つつけば、そのチップはだめになります。

ステップ3：裏から削って薄くする

• 何をする：ダイヤモンドの粒を埋めこんだ砥石を回し、水をかけながら、裏のシリコンを少しずつ削っていきます。まず粗く削って速く、次に細かく削って平らにします。ウェーハはもともと700マイクロメートルあまり（1マイクロメートルは1000分の1ミリ）の厚さで、数十〜100マイクロメートルほど、つまり元の10分の1くらいまで削ることがよくあります。紙1枚ほどの薄さです。
• なぜ：チップが薄ければ、パッケージを小さく薄くでき、スマートフォンやイヤホンに入ります。熱が通り抜けるシリコンも短くなり、熱を逃がしやすくなります。チップをいくつも積み重ねるなら、1個ずつをもっと薄くしなければなりません（「TSV（シリコン貫通電極）とは？」）。
• しないと：厚いままではパッケージに収まりません。ただし薄くしすぎてもいけません。シリコンはガラスのように硬くてもろく、薄いほど反りやすく、割れやすくなります。そのため、とても薄くするときは、支えになる別のウェーハやガラスに貼ってから削ることがよくあります。

なぜ最初から薄いウェーハを使わないのでしょうか。ウェーハは前工程の工場で数百の工程を通り、高温にも何度も入るので、薄いと反ったり割れたりするからです。だから、削るのは最後です。

ステップ4：削ったときにできた傷んだ層を取る

• 何をする：砥石で削った裏面のすぐ下には、目に見えない細かいひびの層があり、応力（材料の中で引っぱり合う力）も残っています。研磨やエッチングのような方法で、この層を薄く取り除きます。
• なぜ：細かいひびは、チップがいちばん割れやすいところです。応力も、薄くしたウェーハを反らせます。
• しないと：チップがもろくなり、あとで力がかかると割れることがあります。

ステップ5：フレームに張ったダイシングテープに貼る

• 何をする：ウェーハの裏に粘着テープを貼ります。テープの外側は金属のフレームに張ってあります。そのあと、表の保護テープをはがします。
• なぜ：切ったあとも、チップはきちんと元の位置にくっついていないと、ウェーハマップと合わなくなります。フレームがあれば、装置が持ちやすくなります。
• しないと：切ったとたんにばらばらになり、どれが良品だったか、もうわかりません。

ステップ6：スクライブラインに沿って切る

チップは碁盤の目のように並び、そのあいだには回路のない細い帯が通っています。これがスクライブライン（ダイシングラインとも）で、幅は数十〜100マイクロメートルほど、髪の毛1本くらいです。測定用の小さな構造（TEG）や位置合わせのマークもここに置かれ、切るときにいっしょに切り落とされます。装置はまずカメラでスクライブラインを見つけ、ウェーハの向きをまっすぐにそろえます。ずれて回路まで切ってしまえば、そのチップはだめになります。よく使われる切り方は3つです。

• ブレードで切る：ブレードはとても薄い円盤で、縁にダイヤモンドの粒がついています。厚さは数十マイクロメートルしかなく、1分間に1万回以上回ります。ウェーハがブレードの下を1回通るたびに1本切れ、ウェーハは切り抜き、テープには少しだけ刃を入れます。一方向を切り終えたら90度回して、もう一方向を切ります。切っているあいだは純水をかけ続け、ブレードを冷やし、シリコンの粉を流します。いちばん成熟していて、いちばん広く使われ、コストも低い方法です。限界は、刃が本当にシリコンに触れるので縁が小さく欠けること、ブレードが使ううちに鈍ること、ウェーハが薄いほど割れやすいことです。
• レーザーで焼き切る：レーザーをスクライブラインに沿って当て、材料を溶かして気体にします。何もウェーハに触れないので欠けにくく、薄いウェーハに向いています。スクライブラインの表面の何層かをレーザーで先に開けてから、ブレードで残りを切ることもよくあります。限界は、切り口の両側に熱で変質した部分と飛び散ったかすが残り、チップが力に弱くなることがある点です。
• 中に層をつくってから、引き伸ばす：シリコンは、ある種の赤外線をほとんど透明のように通します。そのレーザーの焦点をウェーハの中に合わせ、スクライブラインに沿って小さな変質した点を1列つくります。表面にはほとんど何も見えません。そのあとテープを外側へ引き伸ばすと、ウェーハはその列に沿って割れます。せんべいに筋をつけてから割るようなものです。水が要らず、ほとんど何も削らないので、かすもほとんど出ません。限界は、焦点をとても正確に合わせる必要があることです。

順番を逆にするやり方もあります。先に表から半分の深さまで切り、それから裏を削ると、削りが切れ目に届いたところで、チップがひとりでに分かれます。こうすれば、もう薄くてもろくなったウェーハを切らずにすみます。

ステップ7：洗って、チッピングを調べる

• 何をする：切ったウェーハを高速で回しながら水をかけ、残ったシリコンの粉を流して乾かします。それから、縁の欠け、ひび、切り口のずれがないかを調べます。
• なぜ：シリコンの粉がチップにつくと接点が汚れます。縁が欠けて回路まで届いたチップは使えません。
• しないと：不良品がほかといっしょに先へ進み、パッケージしてから気づくことになり、パッケージのお金までむだになります。

ステップ8：テープを広げ、良品のチップだけを取る

• 何をする：テープを外側へ広げ、チップどうしのすき間を少し開けます。紫外線を当てると粘着力が弱くなるテープもあります。ダイボンダはウェーハマップを読み、下から細いピンで良品のチップを1個押し上げ、上の吸着ノズルで吸い取って基板に置きます。不良品はテープに残ります。
• なぜ：すき間が狭いと、1個を取るときに隣をこすります。テープがきつくくっついていると、薄いチップははがすときに割れることがあります。
• しないと：良品を傷めたり、不良品までパッケージしたりします。そのあとチップをどう外とつなぐかは「ワイヤボンディングとは？」と「フリップチップとは？」へ。

チッピングと切るときの水は、どうしている？

• チッピング：切るときにチップの縁が小さく欠けることで、英語では chipping といいます。ブレードが鈍っていたり、切る速度が速すぎたりすると起きやすくなります。対策はごく普通のことで、使った量に応じてブレードを新しくする、ゆっくり切る、合ったブレードを選ぶ、です。どのくらいの欠けまで許すかは前もって基準を決めておき、回路まで届いたものは決して使いません。
• 水：かけるのは不純物を取り除いた純水です。使ったあとの水にはシリコンの粉が混じっているので、処理してからでないと外へ流せません（「半導体工場で使った水は、どこへ行く？」）。

fab24hrでは

「出勤」を押して「工場の一日」を選び、「今日のあなたは」のカードで「後工程工場」を押し、左右にスワイプして組立プロセスエンジニアにします。どのシフトになるかは端末の時刻しだいです。朝シフトはダイシング装置の前です。技術員のグオが拡大写真を見せ、どのチップの欠けが回路に食い込んでいるかを押すように言います。そのあと、いまブレードを新品に替えるか（装置は約20分止まります）、先に切る速度を落として続けるかを決めます。ダイボンダのところでは、縁だけが欠けたチップを残すかどうかも決めます。

メインストーリー「チップの一生」第11章「ボールが浮いた」も、ダイシング装置のそばから始まります。組立ラインリーダーのシューフイが、Glowmereのウェーハはもう切り分けてあり、ウェーハテストで良品と判定されたものだけが次へ進む、と話します。組立ラインのダイボンダを押すと、説明に「ウェーハテストで不良と判定されたものは、吸い上げられない」とあります。ブレードが1本ずつ切っていくようすは、ダイシング装置を開いて「動きを見る」を押すと見られます。

ゲームには裏面を削る研削装置も、レーザーダイシングの装置も出てきません。後工程工場、チップ「Glowmere」、人物、装置が止まる時間は架空の設定で、バックグラインドとダイシングのやり方は、公開されている一般的な資料をもとに書いています。ほかの用語は「半導体工場の業界用語を、やさしく解説」へ。