ウェーハのダイシングプロセス中に CO₂ が導入されるのはなぜですか?

ダイシング時のダイシング水へのCO₂導入ウエハース切断は、静電荷の蓄積を抑制し、汚染のリスクを低減するための効果的なプロセス手段であり、それによってダイシングの歩留まりと長期的なチップの信頼性が向上します。

1. 静電気の帯電を抑える

その間ウェーハダイシング、高速回転ダイヤモンド ブレードが高圧脱イオン (DI) ウォーター ジェットと連携して、切断、冷却、洗浄を実行します。ブレードとウェーハ間の激しい摩擦により、大量の静電荷が発生します。同時に、DI 水は高速噴霧と衝撃によりわずかにイオン化して、少数のイオンを生成します。シリコン自体は電荷を蓄積する傾向があるため、この電荷が時間内に放電されないと、電圧が 500 V 以上に上昇し、静電気放電 (ESD) を引き起こす可能性があります。

ESD は、金属相互接続を破壊したり、層間絶縁膜を損傷したりするだけでなく、静電引力によってシリコンダストがウェーハ表面に付着し、粒子欠陥を引き起こす可能性があります。より深刻なケースでは、ワイヤボンディング不良やボンドリフトオフなどのボンドパッドの問題が発生する可能性があります。

二酸化炭素 (CO₂) が水に溶けると炭酸 (H₂CO₃) が生成され、さらに水素イオン (H⁺) と重炭酸イオン (HCO₃⁻) に解離します。これにより、ダイシング水の導電率が大幅に向上し、抵抗率が低下します。導電率が高いため、静電荷が水流を通じてグランドに素早く伝導され、ウェーハや装置の表面に電荷が蓄積しにくくなります。

さらに、CO₂ は弱い電気陰性気体です。高エネルギー環境では、イオン化されて CO₂+ や O- などの荷電種が形成されることがあります。これらのイオンは、ウェーハ表面および浮遊粒子の電荷を中和することができ、静電気引力や ESD イベントのリスクをさらに低減します。

2. 汚染の低減とウェーハ表面の保護

ウエハをダイシングすると多量のシリコン粉が発生します。これらの微粒子は容易に帯電し、ウェーハや装置の表面に付着し、粒子汚染の原因となります。冷却水が弱アルカリ性の場合、金属イオン (ステンレス鋼のフィルターや配管から放出される Fe、Ni、Cr など) が金属水酸化物の沈殿物を形成することも促進されます。これらの析出物はウェーハ表面またはダイシングストリート内に堆積し、チップの品質に悪影響を与える可能性があります。

一方では、CO₂ を導入した後、電荷の中和により塵とウェーハ表面の間の静電引力が弱まります。一方、CO2 ガス流は粒子をダイシング ゾーンから分散させるのに役立ち、重要な領域に粒子が再堆積する可能性を減らします。

また、溶解した CO2 によって形成される弱酸性環境は、金属イオンの水酸化物沈殿物への変換を抑制し、金属を溶解状態に保つため、水流によって容易に除去され、ウェハや装置上の残留物が減少します。

同時に、CO₂は不活性です。ダイシング領域に一定の保護雰囲気を形成することで、シリコンダストと酸素の直接接触を減らし、ダストの酸化、凝集、およびその後の表面への付着のリスクを低減します。これにより、よりクリーンな切断環境とより安定したプロセス条件を維持できます。

ウェーハ切断中にダイシング水に CO₂ を導入することは、静電気と ESD のリスクを効果的に制御するだけでなく、塵や金属の汚染を大幅に低減するため、ダイシングの歩留まりとチップの信頼性を向上させる重要な手段となります。