ウェーハソープロセス中に CO2 が導入されるのはなぜですか

ダイシング水への CO₂ の導入は、静電気の蓄積を抑制し、汚染を軽減するためのウェーハソープロセスにおける重要な技術的手段であり、それによってダイシングの歩留まりとチップの信頼性が向上します。

静電気を除去する

のウエハースダイシングプロセスでは、高速回転するダイヤモンドブレードを使用して切断する必要があり、冷却と洗浄のために純水を噴霧します。このプロセス中に、摩擦により大量の静電気が発生します。同時に、DI 水は高圧噴霧と衝突中に弱いイオン化を受け、少数のイオンが生成されます。シリコンという素材自体が電荷を蓄積しやすい性質を持っています。この静電気を制御しないと、電圧が 500V 以上に上昇し、静電気放電が発生することがあります。これにより、回路の金属配線が損傷したり、層間絶縁膜に亀裂が発生したりするだけでなく、静電吸着によるシリコンダストによるウェハの汚染や、ボンディングパッドでのボンドリフト問題の原因にもなります。

CO₂ が水に導入されると、溶解して H₂CO₃ が形成されます。 H₂CO₃ はイオン化されて H⁺ と HCO₃⁻ を生成し、水の抵抗率を効果的に低下させながら水の伝導率を大幅に増加させます。この高い導電率により、水流を介して静電気が急速にアースに伝導され、電荷の蓄積が防止されます。さらに、CO₂ は弱電気陰性ガスであるため、高エネルギー環境でイオン化して荷電粒子 (CO₂+ や O- など) を生成することがあります。これらの粒子は、ウェーハ表面や塵によって運ばれる電荷を中和することができるため、静電吸着や静電気放電のリスクが軽減されます。

汚染を軽減し、表面を保護します

製造時に発生するシリコンダストウエハースソープロセスでは静電気が蓄積しやすく、静電気がウェーハや装置の表面に付着して汚染を引き起こす可能性があります。同時に、冷却水がアルカリ性であると、金属粒子（ステンレス鋼のFe、Ni、Crイオンなど）が水酸化物の沈殿を形成します。水酸化物の沈殿物がウェーハ表面またはダイシングチャネル内に堆積し、チップの品質に影響を与えます。

CO₂ が導入されると、電荷が中和され、塵と表面の間の静電力が弱まります。一方、CO₂エアフローにより切断面の粉塵を分散させ、二次付着を防止します。また、CO₂ を添加すると弱酸性の環境が生成され、金属イオンの沈殿が抑制され、金属イオンが溶解した状態に保たれ、水流によって金属イオンが運び去られるようになります。さらに、CO₂ は不活性ガスであるため、シリコンダストと酸素の接触を減らし、ダストの酸化と凝集を防ぎ、切断環境の清浄度をさらに高めます。

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