次世代ウェーハ開発への挑戦

半導体用のシリコンウェーハの厚みは、直径の拡大に伴い、グラフのように推移してきました。200mm以上においては、業界全体で標準化が図られ、200mmウェーハでは厚さ725μm（0.725mm）、300mmでは775μm（0.775mm）とされています。

しかし、この厚みの決定には、科学的、工業的に十分な検討がなされておらず、デバイスプロセスでのリソグラフィ工程においては、チャック形状の微細な凹凸の影響や、FLA（Flash Lamp Anneal）など高速熱処理時の熱変形、さらにそれに伴うスリップ、さらにはウェーハ割れなど、厚みが薄すぎるということによる諸問題が表面化しています。

では、450mmウェーハの厚みはどの様に決定されるべきでしょうか。SUMCOでは、さまざまなシミュレーション、および、試作ウェーハによる実験を通して、ウェーハの厚みと機械的特性について検証を重ねています。

ウェーハの加工プロセスやデバイスへの加工プロセスにおいては、ウェーハを水平にしてハンドリングする必要が多々あります。その際に問題になるのが、ウェーハの自重によるたわみです。

厚み825～1,800μmの450mmウェーハを試作し、さまざまな支持方法を用いた際の自重たわみを測定しました。厚み775μmの300mmウェーハの自重は128gですが、450mmウェーハでは450～670g程度の自重となり、たわみに大きく影響することが予測できます。

グラフでは、ウェーハの最外周を支持した際の自重たわみの測定値を示しています。ウェーハの厚み（自重）によって、たわみ量は大きく変化します。

300mmウェーハ（厚み775μm）と同じたわみ量とするには、450mmでは1,800μm(1.8mm)の厚みが必要となります。

300mmウェーハの出荷の際に現状用いられているFOSB（Front Opening Shipping Box）と同じ支持方法を仮定して、自重たわみの測定値とウェーハ厚みの合計値をプロットすると、ウェーハ厚み1,470μmにおいて、最小となる結果が得られました。

フォーク間隔400mmではウェーハ厚み1,330μmで最小となり、フォーク間隔300mmでは1,060μmで最小となりました。フォーク間隔200mmでは、今回作製したウェーハ厚みの範囲に最小値は見られず、825μm以下で最小値を持つと考えられます。