(57)【要約】      （修正有）【課題】切削量の要求精度（±１μｍ以内）を満たしつつコストを低減できる半導体装置の金属電極形成方法及び金属電極形成装置を提供する。【解決手段】裏面１１ｂの形状を反映して表面部１１ａの凹凸差が増大した半導体基板１１の凹凸差を低減すべく、表面部の表面形状データを取得し、このデータに基づいて変形手段により半導体基板に変位を与え、切削面Ｐと半導体基板の表面部との距離が切削量の要求精度の範囲内になるように変形させる。変形手段として、変位をそれぞれ制御可能な複数個のアクチュエータ２４ａを用い、各アクチュエータを、吸着ステージの裏面に当接してそれぞれ設けるとともに、その配置間隔を半導体基板の厚さ分布の空間周波数の最小波長に対し、１／２よりも大きく１以下とする。そして、変形させた半導体基板を吸着ステージに吸着固定したまま、切削面において切削加工を行い、金属膜をパターニングして金属電極１５を形成する。【選択図】図４
2011097027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の主面に、半導体素子と電気的に接続された下地電極を形成する工程と、
前記下地電極を覆う保護膜を形成した後、該保護膜に前記下地電極を露出させる開口部を形成する工程と、
前記保護膜及び前記開口部から臨む前記下地電極の表面を覆う金属膜を形成する工程と、
前記半導体基板を吸着固定する吸着ステージに、前記金属膜が形成された半導体基板を吸着固定した後に、前記半導体基板の主面に臨んで配設され、前記半導体基板の表面形状を測定する表面形状測定手段により、前記吸着ステージに吸着固定された半導体基板の、前記金属膜のうち前記保護膜を覆っている表面部の表面形状データを取得する工程と、
前記表面形状測定手段により取得された表面形状データに基づいて、前記吸着ステージに固定された半導体基板に前記吸着ステージ側から変位を与えて変形させる変形手段により、変形前の前記吸着ステージと平行に設定された切削面と前記半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内になるように変形させる変形工程と、
前記表面形状測定手段により、前記変形された半導体基板の表面部の表面形状を測定し、前記切削面と前記変形された半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内であるか否かを判定する判定工程と、
前記切削面と前記変形された半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内であると判定された場合に、前記変形された半導体基板を前記吸着ステージに吸着固定したまま、前記切削面において切削を行う切削加工により、前記金属膜をパターニングして金属電極を形成する工程と、を備える半導体装置の金属電極形成方法であって、
前記変形手段として、変位をそれぞれ制御可能な複数個のアクチュエータを用い、
複数個の前記アクチュエータを、前記吸着ステージを介して前記半導体基板に変位を与えるように、前記吸着ステージの裏面に当接してそれぞれ設けるとともに、前記アクチュエータの配置間隔を、前記半導体基板の厚さ分布の空間周波数の最小波長に対し、１／２よりも大きく１以下とすることを特徴とする半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項２】
前記変形工程として、
前記表面形状測定手段により取得された表面形状データに基づいて、前記所定の範囲から外れ且つ前記最小波長の１／２以下のうねり領域の有無を判定するうねり判定工程と、
前記うねり領域がある場合に、前記うねり領域に対応するアクチュエータにより、前記うねり領域を前記所定の範囲内となるように変形させる局部変形工程と、
前記うねり領域なしと判定された場合、前記表面形状データに基づき、前記切削面と前記半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内になるように、全体を変形対象として前記半導体基板を変形させ、前記うねり領域ありと判定された場合、前記局部変形工程後に、前記表面形状測定手段により、前記変形された半導体基板の表面部の表面形状を測定し、取得された表面形状データに基づき、前記切削面と前記半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内になるように、全体を変形対象として前記半導体基板を変形させる全体変形工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項３】
表面形状データを取得する工程にて取得された表面形状データに基づき、前記切削面と前記半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内になるように、全体を変形対象として前記半導体基板を変形させる、前記変形工程としての全体変形工程と、
前記全体変形工程後に前記半導体基板の表面部の表面形状を測定し、前記切削面と前記変形された半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内であるか否かを判定する、前記判定工程としての第１判定工程と、
前記第１判定工程にて前記所定の範囲外と判定された場合、前記所定の範囲から外れ且つ前記最小波長の１／２以下のうねり領域の有無を判定する、前記判定工程としてのうねり判定工程と、
前記うねり領域ありと判定された場合、前記うねり領域に対応するアクチュエータにより、前記うねり領域を前記所定の範囲内となるように変形させる、前記変形工程としての局部変形工程と、
前記局部変形工程後に、前記半導体基板の表面部の表面形状を測定し、前記切削面と前記変形された半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内であるか否かを判定する、前記判定工程としての第２判定工程と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項４】
前記半導体基板は、前記下地電極を形成する工程の前に主面とは反対の裏面側から研削されて、所定厚さとされていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項５】
前記半導体素子は、前記半導体基板の厚み方向に電流が流れる縦型トランジスタ素子であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項６】
前記アクチュエータは、圧電素子を用いた圧電アクチュエータであることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項７】
前記金属電極を形成する工程において、前記金属膜のうち前記開口部の内部に形成された部分のみを残すようにパターニングして、前記金属電極を形成することを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項８】
前記表面形状測定手段による前記表面形状データの測定点数は、前記アクチュエータの数よりも多いことを特徴とする請求項１〜７いずれか１項に記載の半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項９】
前記表面形状測定手段は、前記アクチュエータにより変位を与える点に対応する前記表面部の表面形状を少なくとも測定することを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載の半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項１０】
前記表面形状測定手段は、前記切削面に平行な面に沿って走査されるレーザ変位計であることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項に記載の半導体装置の金属電極形成方法。
【請求項１１】
半導体基板を吸着固定する吸着ステージと、
該吸着ステージを介して前記半導体基板に変位を与えるように、前記吸着ステージの裏面に当接して設けれた複数のアクチュエータと、を備え、
前記半導体基板の固定面と反対の主面上に下地電極が形成され、保護膜の開口部から望む前記下地電極及び前記保護膜を覆うように形成された金属膜を、変形前の前記吸着ステージと平行に設定された切削面にて切削して金属電極を形成するための金属電極形成装置であって、
複数の前記アクチュエータが、前記半導体基板の厚さ分布の空間周波数の最小波長に対し、１／２よりも大きく１以下の間隔で配置されていることを特徴とする金属電極形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体基板の主面に形成された下地電極に対する接続用の金属電極を、切削加工により金属膜をパターニングして形成する半導体装置の金属電極形成方法及び金属電極形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
はんだ接合用などの金属電極を安価に形成する技術として、例えば特許文献１には、パターニングにホトリソグラフィー工程を行わずに金属電極を形成する技術が示されている。
【０００３】
特許文献１では、半導体基板の一面上に下地電極を形成し、下地電極の上に保護膜を形成し、保護膜に開口部を形成するとともに、開口部から臨む下地電極の表面上に、接続用の金属電極を形成してなる半導体装置において、保護膜の上面に対して開口部から臨む下地電極の表面が引っ込むように段差が形成されていることを利用して、下地電極及び保護膜の上に形成した金属膜を切削加工によりパターニングし、金属電極としている。
【０００４】
このような半導体装置では、半導体基板の厚み方向にばらつきが生じても、保護膜の上面上に位置する金属膜を切削加工によって確実に除去するために、保護膜上の金属膜とともに保護膜の一部も除去される。しかしながら、半導体装置では、半導体基板に構成される半導体素子の電気絶縁性の確保や、半導体基板の面内における電気絶縁性のばらつきを抑制するために、所定厚さの保護膜を確保する必要がある。したがって、切削により金属電極をパターニングする場合、半導体基板の全面において、金属膜の表面を基準とした切削量のばらつきを、±１μｍ以内（２μｍ以内）という高い精度で切削加工を行うことが好ましい。例えば、アルミニウムからなる厚さ５μｍの下地電極に対し、保護膜を、半導体基板の一面上の部分で厚さ１０μｍとなるように形成すると、保護膜の下地電極上の部分の厚さは約８μｍとなる。したがって、電気絶縁の信頼性確保のために必要な最低膜厚約３μｍを、下地電極上の部分においても確保するためには、２μｍ以内（±１μｍ以内）という精度が必要となる。
【０００５】
一方、切削加工では、半導体基板を吸着ステージ上に吸着固定するが、半導体基板の裏面は平坦になるように変形されるため、半導体基板の主面が、裏面の元の凹凸形状を反映した形状となる。また、切削加工は吸着ステージと平行な面に沿って行われる。したがって、半導体基板が、その面内に、上記した切削量の要求精度（±１μｍ以内）よりも大きい厚さばらつきを有する場合には、面内の一部に切削量の要求精度を満足しない領域が存在することとなり、製造歩留が低下する。
【０００６】
これに対し、本出願人は、特許文献２に記載の方法を提案している。特許文献２では、金属膜が形成された半導体基板を吸着ステージに吸着固定した後に、表面形状測定手段により、吸着ステージに吸着固定された半導体基板の金属膜のうち保護膜を覆っている表面部の表面形状データを取得する。次いで、表面形状データに基づいて、半導体基板に吸着ステージ側から変位を与えて変形させる変形手段により、吸着ステージと平行に設定された切削面と半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内になるように変形させる。そして、表面形状測定手段により変形された半導体基板の表面形状を測定し、切削面と表面部との距離が所定の範囲内であると判定された場合に、変形手段により変形された半導体基板を吸着ステージに吸着固定したまま、切削面において切削加工を行うようにしている。これによれば、半導体基板における表面部の凹凸差を小さくした状態で切削加工するので、製造歩留を向上させることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１８６３０４号公報
【特許文献２】特開２００９−４９３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２では、変形手段としての複数個のアクチュエータの配置については特に言及していない。したがって、アクチュエータの配置によっては、半導体基板における表面部の凹凸、すなわちうねりを精度よく補正することができない恐れがある。基板表面のうねりを精度よく補正するには、アクチュエータの配置間隔（ピッチ）を狭くするほど好ましいが、それに伴い、アクチュエータの本数が増加し、本数増加に伴って制御系も複雑化するため、コストが増加してしまう。
【０００９】
なお、周知の標本化定理（サンプリング定理）に基づけば、基板表面のうねりの空間周波数の波長に対し、該波長の１／２以下の間隔でアクチュエータを配置すると、アクチュエータの変位をつないでうねりを復元できる。すなわち、標本化定理に基づいて理想的にアクチュエータを配置したとしても、うねりを精度よく補正するには、上記空間周波数の波長の１／２が、アクチュエータの配置間隔の上限となる。
【００１０】
本発明は上記問題点に鑑み、切削量の要求精度（±１μｍ以内）を満たしつつコストを低減できる半導体装置の金属電極形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成する為に請求項１に記載の半導体装置の金属電極形成方法は、
半導体基板の主面に、半導体素子と電気的に接続された下地電極を形成する工程と、
下地電極を覆う保護膜を形成した後、該保護膜に下地電極を露出させる開口部を形成する工程と、
保護膜及び開口部から臨む下地電極の表面を覆う金属膜を形成する工程と、半導体基板を吸着固定する吸着ステージに、金属膜が形成された半導体基板を吸着固定した後に、半導体基板の主面に臨んで配設され、半導体基板の表面形状を測定する表面形状測定手段により、吸着ステージに吸着固定された半導体基板の、金属膜のうち保護膜を覆っている表面部の表面形状データを取得する工程と、
表面形状測定手段により取得された表面形状データに基づいて、吸着ステージに固定された半導体基板に吸着ステージ側から変位を与えて変形させる変形手段により、変形前の吸着ステージと平行に設定された切削面と半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内になるように変形させる変形工程と、
表面形状測定手段により、変形された半導体基板の表面部の表面形状を測定し、切削面と変形された半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内であるか否かを判定する判定工程と、
切削面と変形された半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内であると判定された場合に、変形された半導体基板を吸着ステージに吸着固定したまま、切削面において切削を行う切削加工により、金属膜をパターニングして金属電極を形成する工程と、を備える。
【００１２】
そして、変形手段として、変位をそれぞれ制御可能な複数個のアクチュエータを用い、複数個のアクチュエータを、吸着ステージを介して半導体基板に変位を与えるように、吸着ステージの裏面に当接してそれぞれ設けるとともに、アクチュエータの配置間隔を、半導体基板の厚さ分布の空間周波数の最小波長に対し、１／２よりも大きく１以下とすることを特徴とする。
【００１３】
本発明者は、先ず、金属膜が形成された半導体基板の厚さ分布を測定し、この測定結果に基づいて、基板表面のうねりの振幅と空間周波数の波長分布を明らかにした。そして、アクチュエータの配置間隔と基板表面のうねりとの関係について鋭意検討を行った。その結果、アクチュエータの配置間隔を、半導体基板の厚さ分布の空間周波数の最小波長に対し、１／２よりも大きく１以下としても、切削量の要求精度を満たすことができることを新たに見出した。本発明はこの知見に基づいており、従来の１／２以下の配置間隔に比べて、アクチュエータの本数を低減できるため、切削量の要求精度（±１μｍ以内）を満たしつつコストを低減できる。なお、アクチュエータの配置間隔を、空間周波数の最小波長よりも長くすると、うねりを補正しきれず、切削量の要求精度を満たすことができなかった。
【００１４】
なお、本発明によれば、切削加工により、金属膜をパターニングして金属電極を形成することができる。また、切削加工するに際し、金属膜が形成された半導体基板を吸着ステージに吸着固定した状態で、表面形状測定手段により、半導体基板の表面部の表面形状データを取得する。そして、この表面形状データに基づいて、変形手段としての複数個のアクチュエータにより、切削面と半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内になるように半導体基板を変形させる。また、表面形状測定手段により、変形された半導体基板の表面形状を測定し、切削面と表面部との距離が所定の範囲内であると判定された場合に、変形手段により変形された半導体基板を吸着ステージに吸着固定したまま、切削面において切削加工を行う。したがって、吸着ステージに吸着固定されることにより裏面形状を反映して表面部の凹凸差が増大した半導体基板について、表面部の凹凸差を小さくし、切削面と表面部との距離を所定の範囲（切削量の要求精度）内にすることができる。
【００１５】
また、変形手段として、変位をそれぞれ制御可能な複数個のアクチュエータを備えているため、半導体基板の変形状態に応じて異なる変位を与えることができ、半導体基板の表面形状を精度良く制御することができる。
【００１６】
また、変形手段としてのアクチュエータは、吸着ステージの裏面に当接して設けられており、吸着ステージを介して半導体基板に変位を与えるため、変形手段により半導体基板に局所的に応力が発生し、半導体基板が局所的に変形することを防止することができる。
【００１７】
請求項２に記載のように、変形工程として、
表面形状測定手段により取得された表面形状データに基づいて、所定の範囲から外れ且つ最小波長の１／２以下のうねり領域の有無を判定するうねり判定工程と、
うねり領域がある場合に、うねり領域に対応するアクチュエータにより、うねり領域を所定の範囲内となるように変形させる局部変形工程と、
うねり領域なしと判定された場合、上記表面形状データに基づき、切削面と半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内になるように、全体を変形対象として半導体基板を変形させ、うねり領域ありと判定された場合、局部変形工程後に、表面形状測定手段により、変形された半導体基板の表面部の表面形状を測定し、取得された表面形状データに基づき、切削面と半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内になるように、全体を変形対象として半導体基板を変形させる全体変形工程と、を含むことが好ましい。
【００１８】
本発明によれば、所定の範囲から外れ且つ最小波長の１／２以下のうねりが生じても、うねりが生じた領域に対応するアクチュエータにより、うねり領域が所定の範囲内となるように、半導体基板を局部変形させる。そして、うねり領域を補正した状態で、基板全体を変形対象として半導体基板を変形させる。このように２段階で半導体基板を変形させるので、上記うねり領域が存在する場合でも、表面部の凹凸差を小さくし、切削面と表面部との距離を所定の範囲（切削量の要求精度）内にすることができる。すなわち、より確実に、切削面と表面部との距離を所定の範囲（切削量の要求精度）内にすることができる。
【００１９】
また、請求項３に記載のように、
表面形状データを取得する工程にて取得された表面形状データに基づき、切削面と半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内になるように、全体を変形対象として半導体基板を変形させる、変形工程としての全体変形工程と、
全体変形工程後に半導体基板の表面部の表面形状を測定し、切削面と変形された半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内であるか否かを判定する、判定工程としての第１判定工程と、
第１判定工程にて所定の範囲外と判定された場合、所定の範囲から外れ且つ最小波長の１／２以下のうねり領域の有無を判定する、判定工程としてのうねり判定工程と、
うねり領域ありと判定された場合、うねり領域に対応するアクチュエータにより、うねり領域を所定の範囲内となるように変形させる、変形工程としての局部変形工程と、
局部変形工程後に半導体基板の表面部の表面形状を測定し、切削面と変形された半導体基板の表面部との距離が所定の範囲内であるか否かを判定する、判定工程としての第２判定工程と、を備えても良い。
【００２０】
本発明によれば、先ず基板全体を変形対象として半導体基板を変形させる。そして、この変形状態で、所定の範囲から外れ且つ最小波長の１／２以下のうねりが生じた場合には、うねりが生じた領域に対応するアクチュエータにより、うねり領域が所定の範囲内となるように、半導体基板を局部変形させる。このように、本発明でも２段階で半導体基板を変形させるので、上記うねり領域が存在する場合でも、表面部の凹凸差を小さくし、切削面と表面部との距離を所定の範囲（切削量の要求精度）内にすることができる。すなわち、より確実に、切削面と表面部との距離を所定の範囲（切削量の要求精度）内にすることができる。
【００２１】
請求項４に記載のように、下地電極を形成する工程の前に主面とは反対の裏面側から研削されて、所定厚さとされた半導体基板に好適である。半導体基板の裏面を研削する場合、半導体基板の少なくとも主面側に半導体素子（主面側の部分）を形成した後、主面側の表面に保護テープを貼り付けて裏面を研削し、これにより所定の厚さとする。このとき、保護テープには切削量の要求精度を超える厚さばらつきがあるため、保護テープの厚さばらつきが半導体基板に転写されてしまい、これにより、半導体基板が切削量の要求精度（±１μｍ以内）よりも大きい厚さばらつきを有することとなる。しかしながら、本発明によれば、主面側の表面に保護テープを貼り付けて裏面を研削してなる半導体基板であっても、切削量の要求精度（±１μｍ以内）を満たしつつコストを低減できる。
【００２２】
請求項５に記載のように、半導体素子が、半導体基板の厚み方向に電流が流れる縦型トランジスタ素子のときに特に好適である。このような縦型トランジスタ素子、例えば電力用（パワー系）のＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴでは、半導体基板の厚さを薄くしてオン抵抗を低減するために、通常、半導体基板を裏面側から研削する。本発明によれば、縦型トランジスタ素子のオン抵抗を低減しつつ、切削量の要求精度（±１μｍ以内）を満たし、且つ、コストを低減することができる。
【００２３】
請求項６に記載のように、アクチュエータとして、圧電素子を用いた圧電アクチュエータを用いると良い。圧電アクチュエータを用いると、他のアクチュエータに比べて変位制御の精度を高くすることができる。また、バックラッシュが少なく、作動時の発熱量も小さいという利点もある。
【００２４】
請求項７に記載のように、金属電極を形成する工程において、金属膜のうち開口部の内部に形成された部分のみを残すようにパターニングして、金属電極を形成しても良い。これによれば、開口部から臨む下地電極の表面及び開口部から下地電極の表面に向かって段差を形成する保護膜の側面に金属電極を形成することができる。また、保護膜の上面（側面を除く）に位置する金属膜を切削により除去するので、製造工程を簡素化することができる。
【００２５】
請求項８に記載のように、表面形状測定手段による表面形状データの測定点数を、アクチュエータの数よりも多くすると良い。これによれば、アクチュエータ間の領域の変位も測定することができるので、表面形状の測定精度を向上させることができる。
【００２６】
請求項９に記載のように、表面形状測定手段が、アクチュエータにより変位を与える点に対応する表面部の表面形状を少なくとも測定すると良い。これによれば、最も変形が大きい部分を測定することができるので、表面形状の測定精度を向上させることができる。
【００２７】
請求項１０に記載のように、表面形状測定手段として、切削面に平行な面に沿って走査されるレーザ変位計を採用すると良い。これによれば、表面形状を非接触で精度良く測定することができるとともに、測定時間を短くすることができる。
【００２８】
次に、請求項１１に記載の発明は、
半導体基板を吸着固定する吸着ステージと、
該吸着ステージを介して半導体基板に変位を与えるように、吸着ステージの裏面に当接して設けれた複数のアクチュエータと、を備え、
半導体基板の固定面と反対の主面上に下地電極が形成され、保護膜の開口部から望む下地電極及び保護膜を覆うように形成された金属膜を、変形前の吸着ステージと平行に設定された切削面にて切削して金属電極を形成するための金属電極形成装置であって、
複数のアクチュエータが、半導体基板の厚さ分布の空間周波数の最小波長に対し、１／２よりも大きく１以下の間隔で配置されていることを特徴とする。
【００２９】
本発明の作用効果は、請求項１に記載の発明の作用効果と同じであるので、その記載を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る金属電極形成方法及び金属電極形成装置により金属電極が形成された半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】金属電極の形成方法を示す工程別の断面図である。
【図３】金属電極の形成方法を示す工程別の断面図である。
【図４】金属電極の形成方法を示す工程別の断面図である。
【図５】金属電極形成方法に適用される表面形状制御装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は半導体基板側から見た平面図である。
【図６】金属電極にはんだを介してヒートシンクが接合された半導体装置の概略構成を示す断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、圧電アクチュエータの配置間隔と、半導体基板の表面部のうねりとの関係を示す模式的な図である。
【図８】半導体基板の厚さ分布を示す図である。
【図９】図８のデータをフーリエ変換し、空間周波数のデータとした図である。
【図１０】圧電アクチュエータの配置を示す図である。
【図１１】図１０のデータをフーリエ変換し、空間周波数のデータとした図である。
【図１２】図９のデータと図１１のデータをコンボリューションした図である。
【図１３】図１２から導き出される誤差を示す図である。
【図１４】図１３のデータを逆フーリエ変換した図である。
【図１５】図１２の得られた情報（Ａ４）を逆フーリエ変換してなる点を、図８及び図１０のデータと重ね合わせた結果を示す図である。
【図１６】圧電アクチュエータの配置間隔と誤差幅との関係を示す図である。
【図１７】補正前の半導体基板の表面部のうねりの実測値と、圧電アクチュエータの各配置において、計算により上記うねりを再現した結果を示す図である。
【図１８】うねり領域を説明するための図である。
【図１９】本発明の第２実施形態に係る金属電極形成方法を示すフロー図である。
【図２０】局部変形工程を説明するための模式的な図である。
【図２１】金属電極形成方法の変形例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
【００３２】
（第1実施形態）
本実施形態の特徴部分は、半導体装置の金属電極を切削加工により形成する際の、変形手段としてのアクチュエータの配置にある。それ以外の点については、上記した本出願人による特許文献２（特開２００９−４９３５６号公報）に示されるものと基本的に同じであるので、重複する部分の説明は簡素化し、アクチュエータの配置について詳細に説明する。
【００３３】
図１は、第１実施形態に係る金属電極形成方法により金属電極が形成された半導体装置の概略構成を示す断面図である。図２〜図４は、金属電極の形成方法を示す工程別の断面図であり、図２、図３、図４の順に推移する。図５は、金属電極形成方法に適用される表面形状制御装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は半導体基板側から見た平面図である。図６は、金属電極にはんだを介してヒートシンクが接合された半導体装置の概略構成を示す断面図である。なお、各図では、説明のために一部を拡大し、一部を省略して示している。
【００３４】
図１に示すように、半導体装置１０は、シリコン等からなり、素子が構成された半導体基板１１と、素子の電極であり、半導体基板１１の主面１１ａに形成された下地電極１２と、絶縁材料からなり、主面１１ａと下地電極１２の一部とを覆う保護膜１３と、保護膜１３に形成された開口部１３ａを介して下地電極１２と接続された金属電極１５と、を有している。
【００３５】
半導体基板１１に構成される素子（半導体素子）としては、特に限定されるものではない。本実施形態では、シリコンからなる半導体基板１１に対し、厚み方向に電流が流れる縦型トランジスタ素子としてのＩＧＢＴが構成されている。なお、縦型トランジスタ素子としては、ＩＧＢＴ以外にも、縦型のＭＯＳＦＥＴがある。これらゲートを有する縦型トランジスタ素子は、例えば負荷を駆動するためのインバータ内に備えられるパワーデバイスとして用いられる。また、このような半導体基板１１を備える半導体装置１０は、所謂パワーカードなどに用いられる。
【００３６】
下地電極１２は、素子と電気的に接続される電極のうち、素子と接続される部分である。本実施形態では、シリコンからなる半導体基板１１に対し、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｓｉ−ＣｕなどのＡｌ合金などのＡｌ系材料を用いて形成されている。また、半導体基板１１に構成されたＩＧＢＴのエミッタやゲートと接続されている。なお、図１に示す下地電極１２は全てエミッタと接続されたものである。以下においても、エミッタと接続されたもののみを例示する。一方、保護膜１３は、例えば厚さ数μｍ〜２０μｍのポリイミド系樹脂からなり、下地電極１２を露出させる開口部１３ａが形成されている。そして、保護膜１３の上面１３ｂに対して、開口部１３ａから臨む下地電極１２の表面１２ａが引っ込むように段差が形成されている。
【００３７】
金属電極１５は、素子と電気的に接続される電極のうち、はんだやワイヤなどの部材により他の部材と接続される部分である。本実施形態では、金属電極１５が、開口部１３ａ内のみに形成されており、開口部１３ａを介して露出する下地電極１２の表面１２ａと段差を形成する保護膜１３の側面１３ｃとを覆って形成されている。また、金属電極１５が、下地電極１２側からＴｉ膜／Ｎｉ膜／Ａｕ膜の順に積層して形成されている。なお、金属電極１５の膜構成としては、上記例に限定されるものではなく、例えば下地電極１２側からＮｉ膜／Ａｕ膜の順に積層した構成としても良いし、単層の金属膜でも良い。さらには、Ｎｉ膜の代わりに、ＮｉＶ膜を用いても良い。
【００３８】
次に、金属電極１５の形成方法について説明する。まず、図２（ａ）に示すように、図示しない素子が構成された半導体基板１１を準備する。本実施形態では、シリコンウェハ（半導体基板１１）の主面側にＩＧＢＴの主面側の部分（エミッタ、ゲートなど）を形成し、次いで主面に保護テープを貼り付けた状態でウェハを裏面から研削し、厚さを１００〜２００μｍ程度とする。これは、上記のごとく、素子（ＩＧＢＴ）のオン抵抗を低減するためである。そして、研削後、ウェハの裏面側にＩＧＢＴの裏面側の部分（コレクタ）を形成し、次いで裏面上に裏面側の電極（コレクタ電極）を形成する。半導体基板１１は、以上の工程を経てなるものである。このように、主面側の電極（下地電極１２及び金属電極１５）を形成する前に、素子の裏面側の部位や裏面側の電極を先に形成するのは、金
属電極１５を形成する際に、その構成材料（Ａｕ）により、ウェハの露出された裏面側の部位が汚染されるのを防ぐためである。
【００３９】
このように、下地電極１２を形成する前の状態で、半導体基板１１は、裏面側から研削されて所定厚さとされている。裏面を研削する際に用いる保護テープは、ウェハに貼り付けられる面内で厚さばらつきをもっている。具体的には、ウェハに貼り付けられる面内での厚さばらつきが数μｍ（１〜３μｍ）、製造ロット間での厚さばらつきが５μｍ程度ある。したがって、研削後、保護テープを剥がしたシリコンウェハ（半導体基板１１）では、保護テープの厚さばらつきが転写されており、テープが厚かった部分は薄くなり、テープが薄かった部分では厚くなっている。なお、本発明者が確認したところ、直径２００ｍｍ程度（１００〜３００ｍ）のウェハを厚さ１２０μｍ程度（５０〜３００μｍ）に研削してなる半導体基板１１では、金属膜１４までを形成した状態（切削加工前の状態）で、表面部１１ｃの高さばらつき（凹凸差）が８σで７．５μｍ程度であった。また、研削後、下地電極１２までを形成した状態で、半導体基板１１の厚み方向における表面部１１ｃのばらつきが８σで５．５μｍ程度であった。この結果からも、保護テープの厚さばらつきの転写が、半導体基板１１の厚さばらつきの主要因であると考えられる。
【００４０】
この準備した半導体基板１１の主面１１ａに、スパッタ法などによりＡｌ−Ｓｉ膜が成膜され、ホトリソグラフィー法によりパターニングされた下地電極１２を形成する。また、下地電極１２を覆うように、半導体基板１１の主面１１ａ全面に、スピンコート法などによりポリイミド系樹脂からなる厚さ１０μｍの保護膜１３を形成する。そして、保護膜１３の所定部位に、下地電極１２を露出させる開口部１３ａを、ホトリソグラフィー法により表面から下地電極１２に向けて開口して形成する。このように、保護膜１３として樹脂系材料を用いることにより、厚さがある下地電極１２を適切に覆うことができる。また、開口部１３ａが形成された状態で、保護膜１３の上面１３ｂに対して開口部１３ａから臨む下地電極１２の表面１２ａが引っ込むような段差が形成される。
【００４１】
開口部１３ａを備えた保護膜１３の形成後、図２（ｂ）に示すように、下地電極１２及び保護膜１３の上面１３ｂ、側面１３ｃを覆って、スパッタ法などにより金属膜１４を形成する。本実施形態では、Ｔｉ膜／ＮｉＶ膜／Ａｕ膜を順に積層して金属膜１４が形成されている。なお、ＮｉＶ膜のＶは、はんだに対するバリア層として機能する。
【００４２】
金属膜１４の形成後、図２（ｃ）に示すように、半導体基板１１を裏面１１ｂにおいて、表面形状制御装置２０（図５）の吸着ステージ２１ｂに設けられた吸着面２１ａに載置し、吸着固定する。このとき、吸着面２１ａにおいて発生する吸着力により、裏面１１ｂが平坦になるため、半導体基板１１の表面部１１ｃは、裏面１１ｂの元の凹凸形状を反映して、凹凸が大きい表面形状となる。なお、表面部１１ｃとは、金属膜１４のうち、保護膜１３の上面１３ｂを覆っている部分を示す。また、「表面形状」とは、表面部１１ｃの凹凸のプロファイルであり、表面部１１ｃと後述する切断面Ｐとの距離のプロファイルに対応する。
【００４３】
ここで、表面形状制御装置２０の構成について、図５（ａ），（ｂ）を参照して説明する。表面形状制御装置２０は、半導体基板１１を載置するステージ２１と、半導体基板１１を吸着固定するための吸着装置２２と、半導体基板１１の表面部１１ｃの形状を測定する表面形状測定装置２３と、半導体基板１１を裏面１１ｂから変形させるための変形装置２４と、これらの装置を制御するための制御コンピュータ２５とから構成されている。上記のうち、変形装置２４が、特許請求の範囲に記載の金属電極形成装置に相当する。
【００４４】
ステージ２１は、吸着ステージ２１ｂと下部ステージ２１ｃとの間に中空部２１ｄを有する中空形状に形成されており、吸着ステージ２１ｂには、半導体基板１１を吸着固定する吸着面２１ａと、真空ポンプなどの吸着装置２２を用いて中空部２１ｄを減圧することにより生じる吸着力を半導体基板１１に作用させる吸着孔２１ｅとが形成されている。
【００４５】
吸着ステージ２１ｂは、後述する変形装置２４による変位を半導体基板１１に加えるために、変形しやすく形成されている。ここでは、吸着ステージ２１ｂは、厚さ０．５ｍｍ〜３ｍｍの板状のステンレス鋼（ＳＵＳ）により形成されている。このような吸着ステージ２１ｂを介することで、圧電アクチュエータ２４ａ間の変位を滑らかにつなぐことができる。また、下部ステージ２１ｃには、吸着装置２２を接続するための減圧孔２１ｆと変形装置２４とが設けられている。
【００４６】
本実施形態では、変形装置２４として、複数個の圧電アクチュエータ２４ａを用いた。圧電アクチュエータ２４ａは、所定の間隔で例えば格子状に配置されており、吸着ステージ２１ｂの裏面２１ｇに当接し、上向きの変位を発生させることができるように設けられている。この圧電アクチュエータ２４ａの配置が本実施形態の特徴部分である。この点については後述する。なお、図３（ａ），（ｂ）、図４（ａ）、及び図５（ａ），（ｂ）には、便宜上、１６個の圧電アクチュエータ２４ａが、縦４個、横４個の格子状に配置されている場合を例示している。各圧電アクチュエータ２４ａは、制御コンピュータ２５により独立して変位を制御することができ、それぞれ異なる変位を発生させることができる。ここで、圧電アクチュエータ２４ａは、変位制御の精度が高く、バックラッシュが少ないとともに、作動時の発熱量も小さいという利点がある。本実施形態では、圧電アクチュエータ２４ａのストロークを１９μｍとしている。
【００４７】
圧電アクチュエータ２４ａに上向きの変位を生じさせると、吸着ステージ２１ｂを介して半導体基板１１に上向きの変位を与えて、半導体基板１１を変形させることができる。ここで、圧電アクチュエータ２４ａは、吸着ステージ２１ｂを介して半導体基板１１に変位を与えるため、圧電アクチュエータ２４ａにより半導体基板１１に局所的に応力が発生し、局所的に変形することを防止することができる。また、吸着装置２２による負圧を用いて半導体基板１１に下向きの変位を与えることもできる。
【００４８】
変形装置２４は、上端部を吸着ステージ２１ｂの裏面２１ｇと接合して設けてもよい。この構成を用いると、半導体基板１１に上向きの変位を与える場合に遊びが生じないとともに、半導体基板１１に吸着ステージ２１ｂを介して下向きの変位を与えることもできる。
【００４９】
表面形状測定装置２３は、半導体基板１１の表面部１１ｃの表面形状を測定する装置である。本実施形態では、表面形状測定装置２３としてレーザ変位計を用いた。レーザ変位計を用いると、表面形状を非接触で精度良く測定することができるとともに、測定時間を短くすることができる。表面形状測定装置２３により測定された表面部１１ｃの表面形状データは、制御コンピュータ２５に対して出力される。
【００５０】
半導体基板１１を吸着ステージ２１ｂの吸着面２１ａに吸着固定した後、図３（ａ）に示すように、表面形状測定装置２３により半導体基板１１の表面部１１ｃの表面形状を測定する。ここでは、半導体基板１１の表面部１１ｃに格子状に測定点を設定して、表面形状測定装置２３を、切削面Ｐに平行な面に沿って走査して半導体基板１１の厚さを測定し、各点の測定データを制御コンピュータ２５に対して出力する。そして、制御コンピュータ２５では、各点の測定データに基づいて、各測定点間を補完して、半導体基板１１の表面部１１ｃの表面形状データを構築する。なお、切削面Ｐは、変位する前の吸着ステージ２１ｂと平行であって、保護膜１３の上面１３ｂ上に位置する金属膜１４を確実に除去するために、保護膜１３の一部（半導体基板１１の厚み方向において、上面１３ｂからの一部）を除去するような高さに設定されている。
【００５１】
ここで、表面形状測定装置２３は、図５（ｂ）の直線Ｓに示すように、測定点に少なくとも変形装置２４により変位が与えられる点に対応する表面部１１ｃの点が含まれるように走査する。
【００５２】
これによれば、最も変位が大きくなる測定点を測定することができるので、表面形状の測定精度を向上させることができる。また、測定点の数は圧電アクチュエータ２４ａの数よりも多くすることができる。これによれば、各圧電アクチュエータ２４ａ間の領域の変位も測定することができ、各圧電アクチュエータ２４ａ間を補完する測定点を増やすことができるため、表面形状の測定精度を向上させることができる。
【００５３】
表面形状データの取得後、図３（ｂ）に示すように、半導体基板１１の裏面１１ｂから変形装置２４により変位を加えて、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが、後述する切削加工における要求精度内に収まるように半導体基板１１を変形させ、表面形状を制御する。つまり、表面部１１ｃの凹凸差が切削量の要求精度内に収まるように半導体基板１１を変形させる。
【００５４】
具体的には、制御コンピュータ２５において構築された表面形状データに基づいて、表面部１１ｃの凹凸差が、切削量の要求精度（±１μｍ以内）の範囲内になるように、制御コンピュータ２５により変形装置２４の各圧電アクチュエータ２４ａの変位量を制御して、吸着ステージ２１ｂを介して裏面１１ｂから半導体基板１１に変位を与える。ここで、変形装置２４の各圧電アクチュエータ２４ａの変位と半導体基板１１の変形量との関係は、シミュレーションまたは実測によりあらかじめ求めておく。
【００５５】
半導体基板１１に変位を与えた後、図示しないが、変形された半導体基板１１の表面部１１ｃの表面形状を表面形状測定装置２３により測定し、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが切削加工における要求精度の範囲内であるか否かを制御コンピュータ２５において判定する。ここでは、表面部１１ｃの凹凸差が±１μｍ以内であるか否かを判定する。
【００５６】
制御コンピュータ２５において、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが切削加工における要求精度の範囲内であると判定されると、続いて、図４（ａ）に示すように、バイト３１を用いて金属膜１４の表面から切削加工を行い、金属膜１４をパターニングして金属電極１５を形成する。本実施形態では、金属膜１４とともに保護膜１３の一部（上面１３ｂからの一部）も切削加工され、新たな上面１３ｄが表出する。また、バイト３１と半導体装置１０との相対速度は２０ｍ／ｓ、切削加工のピッチは７０μｍに設定した。さらには、バイト３１の金属膜１４に対する高さ精度を、±１μｍ以下とした。
【００５７】
上記切削条件で、半導体基板１１の主面１１ａ全面にわたって切削加工を行うことにより、保護膜１３の上面１３ｂ上に位置する金属膜１４を除去し、開口部１３ａの内部にのみ金属膜１４を残すようにパターニングして金属電極１５を形成することができる。つまり、金属電極１５は、開口部１３ａから露出する下地電極１２の表面１２ａ及び段差を形成する保護膜１３の側面１３ｃを覆って形成される。
【００５８】
そして、図４（ｂ）に示すように、圧電アクチュエータ２４ａの変位を解除して、半導体基板１１をステージ２１から外すことにより、半導体基板１１に金属電極１５を形成することができる。
【００５９】
上記した工程によれば、半導体基板１１の主面１１ａ全面にわたって切削加工を行うことにより、保護膜１３の上面１３ｂ上に位置する金属膜１４を除去し、開口部１３ａの内部にのみ金属膜１４を残すようにパターニングして金属電極１５を形成することができる。金属電極１５は、開口部１３ａから露出する下地電極１２の表面１２ａ及び段差を形成する保護膜１３の側面１３ｃを覆って形成されているので、下地電極１２の表面１２ａのみに金属電極１５が形成される場合と比べて、金属電極１５の強度を向上させることができる。
【００６０】
また、吸着ステージ２１ｂに吸着固定されることにより裏面１１ｂの形状を反映して表面部１１ｃの凹凸差が増大した半導体基板１１について、表面部１１ｃの凹凸差を小さくすることができる。これにより、切削加工の加工精度を向上させることができるため、金属電極形成における製品歩留まりを向上させることができる。
【００６１】
このようにして得られる半導体装置１０の金属電極１５は、はんだやワイヤなどの部材を介して他の部材が接続される。例えば、図６に示すように、半導体基板１１の主面１１ａの大部分を占めるエミッタ電極としての金属電極１５には、はんだ４１を介してヒートシンク４０が接合された構造を採用することができる。ここで、金属電極１５は、その表面に凹部を有しているため、これにより、はんだ４１との接触面積を増大させることができ、ひいては、はんだ４１の接合強度を向上させることができる。
【００６２】
しかしながら、上記した金属電極形成方法では、変形手段としての圧電アクチュエータ２４ａの配置によって、半導体基板１１における表面部１１ｃの凹凸、すなわちうねりを精度よく補正することができない恐れがある。図７（ａ）〜（ｃ）は、圧電アクチュエータの配置間隔と、半導体基板の表面部のうねりとの関係を示す模式的な図である。
【００６３】
圧電アクチュエータ２４ａの配置間隔（隣接する圧電アクチュエータ２４ａの中心間の距離）を広くすると、例えば図７（ａ）に示すように、圧電アクチュエータ２４ａにより半導体基板１１を変形させても、半導体基板１１の表面部１１ｃのうねりを補正しきれず、切削量の要求精度を満たすことができない。
【００６４】
一方、圧電アクチュエータ２４ａの配置間隔（隣接する圧電アクチュエータ２４ａの中心間の距離）を狭くすると、例えば図７（ｂ）に示すように、圧電アクチュエータ２４ａにより半導体基板１１を変形させた状態で、半導体基板１１の表面部１１ｃのうねりを補正し、切削量の要求精度を満たすことができる。しかしながら、圧電アクチュエータ２４ａの配置間隔を狭くするほど、圧電アクチュエータ２４ａの個数が増加し、また個数増加に伴って制御系も複雑化するため、コストが増加することとなる。
【００６５】
したがって、圧電アクチュエータ２４ａの配置間隔は、例えば図７（ｃ）に示すように、圧電アクチュエータ２４ａにより半導体基板１１を変形させた状態で、半導体基板１１の表面部１１ｃのうねりを補正し、切削量の要求精度を満たすことができる配置間隔であって、できる限り広くすることが好ましい。
【００６６】
そこで、本発明者は、圧電アクチュエータ２４ａの配置間隔と、変形後の半導体基板１１の表面部１１ｃのうねりとの関係について鋭意検討を行った。具体的には、半導体基板１１の厚さ分布を実測し、その結果をフーリエ変換して、空間周波数解析を行った。そして、解析結果をもとに、圧電アクチュエータ２４ａの配置間隔を仮定してこの配置での半導体基板１１の表面部１１ｃのうねり補正結果を計算し、配置間隔と誤差幅（補正しきれずに残ったうねり）との関係について精査した。以下にその結果を、順をおって説明する。
【００６７】
図８は、半導体基板の厚さ分布を示す図である。図９は、図８のデータをフーリエ変換し、空間周波数のデータとした図である。図１０は、圧電アクチュエータの配置を示す図である。図１１は、図１０のデータをフーリエ変換し、空間周波数のデータとした図である。図１２は、図９のデータと図１１のデータをコンボリューションした図である。図１３は、図１２から導き出される誤差を示す図である。図１４は、図１３のデータを逆フーリエ変換した図である。図１５は、図１２の得られた情報（Ａ４）を逆フーリエ変換してなる点を、図８及び図１０のデータと重ね合わせた結果を示す図である。図１６は、圧電アクチュエータの配置間隔と誤差幅との関係を示す図である。図１７は、補正後の半導体基板のうねりの実測値と計算結果を示す図である。
【００６８】
なお、この検討に際しては、上記した半導体基板１１同様、表面部１１ｃのうねり（凹凸差）が、８σで７．５μｍ程度のものを用いた。ただし、測定を簡素化するために、主面１１ａ全面を覆うように下地電極１２、保護膜１３、及び金属膜１４がそれぞれ形成された半導体基板１１（半導体ウェハ）を準備し、金属膜１４の表面全面を表面部１１ｃに相当する部分とした。
【００６９】
先ず準備した半導体基板１１について、面内の厚さ分布を測定する。この厚さ分布の測定では、半導体基板１１を吸着ステージ２１ｂの吸着面２１ａに搭載し、吸引固定した状態で、表面形状測定装置２３としてレーザ変位計を、吸着面２１ａに平行な一方向（Ｘ方向）に沿って走査し、測定を行う。具体的には、レーザ変位計の走査ライン上において、半導体基板１１の中心の厚さを、半導体基板１１が有りの状態と無しの状態のレーザ変位計の値から求め、走査ラインの中心以外の部分は、半導体基板１１有りでの、中心を基準とするレーザ変位計の値から求める。その結果を図８に示す。
【００７０】
次いで、得られた図８に示すデータをフーリエ変換し、周波数成分とその強度を示すデータとする。その結果を図９に示す。図９に示すように、半導体基板１１の表面部１１ｃのうねりには高周波成分が認められず、０．０２／ｍｍ以下の低周波成分が殆どであり、空間周波数の最小波長は５０ｍｍであることが明らかとなった。なお、図９中の破線Ａ１は、図９の波形（実線）を、誤差を含めて模式的に示したものである。
【００７１】
一方、レーザ変位計が走査される半導体基板１１上のラインにおいて、図１０に示すように、ΔＸの配置間隔（ピッチ）で複数の圧電アクチュエータ２４ａを配置するものとし、フーリエ変換により、周波数成分のデータとする。その結果を図１１に示す。図１１に示すように、この場合の周波数は１／ΔＸである。この１／ΔＸの周波数成分を示す線をＡ２とする。
【００７２】
次いで、半導体基板１１の厚さ分布の空間周波数データ（図９）と、圧電アクチュエータ２４ａの配置の空間周波数データ（図１１）とを、図１２に示すようにコンボリューション（畳み込み）し、得られた情報と、圧電アクチュエータ２４ａの所定の配置間隔で、うねりを補正した後の、半導体基板１１の表面部１１ｃのうねり（補正しきれずに残ったうねり、すなわち誤差）とを求める。
【００７３】
圧電アクチュエータ２４ａが線Ａ２に示す周波数で配置された状態で、半導体基板１１の厚さ分布の周波数成分が線Ａ１となる。半導体基板１１の厚さ分布の周波数成分を示す線Ａ１のうち、圧電アクチュエータ２４ａの配置を示す線Ａ２よりも高周波側の部分Ａ１１が、補正しきれずに残る誤差となる。この線Ａ１１を線Ａ２で折り返したものが線Ａ３であり、この線Ａ３が上記誤差を示す。
【００７４】
また、線Ａ４は、線Ａ２よりも低周波側の範囲において、線Ａ１と線Ａ３とを足し合わせたものである。この線Ａ４が、得られた情報（所定のピッチで配置した圧電アクチュエータ２４ａにより補正した後のうねりで誤差を含むうねりの周波数成分）を示す。すなわち、線Ａ３は、線Ａ４と線Ａ１の差であり、上記誤差を示す。
【００７５】
図１３では、図１２のうち、補正後の表面部１１ｃのうねり、すなわち誤差を示すデータ（線Ａ３）のみを抜き出して示している。そして、この誤差データ（周波数成分）を逆フーリエ変換することで、図１４に示すように、誤差データを、位置と厚さとの関係とすることができる。この図１４において、波形の最大値と最小値の差が、所定配置での圧電アクチュエータ２４ａによっても補正しきれずに残る誤差幅を示すこととなる。図１４では、一例として、圧電アクチュエータ２４ａの配置間隔ΔＸが２０ｍｍの結果を示している。
【００７６】
なお、図１５は、図８に示す半導体基板１１の厚さ分布のデータ（位置データ）と、図１０に示す圧電アクチュエータ２４ａの配置データ（位置データ）とを重ね合わせ、さらに、図１２に示す線Ａ４（得られた情報）を逆フーリエ変換したデータを重ね合わせた図である。図１５に示す圧電アクチュエータ２４ａの各配置位置において、半導体基板１１の厚さ分布と得られた情報（補正後の、誤差を含むうねりの周波数成分）を逆フーリエ変換した情報と差が誤差に相当し、差の最大値と最小値の差が誤差幅を示すこととなる。このように、得られた情報（Ａ４）を逆フーリエ変換しても、図１４に示す誤差幅を求めることができる。
【００７７】
そして、圧電アクチュエータ２４ａの配置間隔ΔＸを変数とし、各配置間隔について上記した誤差幅を求める。それをまとめたものが図１６である。図１６に示すように、圧電アクチュエータ２４ａの配置間隔ΔＸを５０ｍｍ以下、すなわち変形前の半導体基板１１の表面部１１ｃのうねりの空間周波数の最小波長（５０ｍｍ）と同じ長さ以下（１波長以下）とすれば、誤差幅を±１μｍ（２μｍの幅）以下とすることができることが明らかとなった。すなわち、圧電アクチュエータ２４ａの配置間隔ΔＸを５０ｍｍ以下とすれば、切削量の要求精度（±１μｍ）内となるように、半導体基板１１を変形させることができることが明らかとなった。
【００７８】
なお、図１７は、補正前の半導体基板１１の表面部１１ｃのうねりの実測値と、圧電アクチュエータ２４ａの各配置において、計算により上記うねりを再現した結果を示す図である。測定値（実測値）を実線、圧電アクチュエータ２４ａの配置間隔が１０ｍｍを破線、２０ｍｍを一点鎖線、５０ｍｍを二点鎖線で示している。測定値は、サンプリング０．４ｍｍピッチの静電容量式厚さ測定器における測定値である。図１７に示すように、配置間隔が狭くなるほどその波形が測定値に近づいており、１０ｍｍ間隔ではその波形が測定値の波形とほぼ一致しているが、配置間隔５０ｍｍであっても、測定値との差が２μｍ以内となっている。この結果からも、圧電アクチュエータ２４ａの配置間隔ΔＸを５０ｍｍ以下とすれば、切削量の要求精度（±１μｍ）内となるように、半導体基板１１を変形させることができることが明らかである。
【００７９】
また、周知の標本化定理（サンプリング定理）によれば、表面部１１ｃのうねりに対し、その空間周波数の波長の１／２以下の間隔で圧電アクチュエータ２４ａを配置すると、うねりを復元できることが知られている。すなわち、標本化定理に基づいて理想的に圧電アクチュエータ２４ａを配置した場合、うねりを精度よく補正するには、半導体基板１１のうねりの空間周波数の波長の１／２が、圧電アクチュエータ２４ａの配置間隔の上限となる。したがって、標本化定理に基づいた場合、圧電アクチュエータ２４ａの配置間隔は２５ｍｍピッチ以下となる。
【００８０】
これに対し、本実施形態では、圧電アクチュエータ２４ａの配置間隔を、変形前の半導体基板１１の表面部１１ｃのうねりの空間周波数の最小波長（５０ｍｍ）に対し、１／２よりも大きくしても、誤差幅を±１μｍ（２μｍの幅）以下とすることができる。
【００８１】
以上に基づき、本実施形態では、圧電アクチュエータ２４ａの配置間隔を、半導体基板１１の厚さ分布の空間周波数の最小波長に対し、１／２よりも大きく１以下とする。したがって、従来の１／２以下の配置間隔に比べて、圧電アクチュエータ２４ａの個数を低減できるため、切削量の要求精度（±１μｍ以内）を満たしつつコストを低減できる。
【００８２】
また、本実施形態では、変形手段としての圧電アクチュエータ２４ａが、吸着ステージ２１ｂの裏面２１ｇに当接して設けられており、吸着ステージ２１ｂを介して半導体基板１１に変位を与えるため、変形手段により半導体基板１１に局所的に応力が発生し、半導体基板１１が局所的に変形することを防止することができる。
【００８３】
また、本実施形態では、半導体基板１１が、下地電極１２を形成する工程の前に、主面１１ａとは反対の裏面１１ｂ側から研削されて、所定厚さとされている。このような半導体基板１１では、上記のごとく、保護テープの厚さばらつきが半導体基板１１に転写され、これにより、切削量の要求精度（±１μｍ以内）よりも大きい厚さばらつきを有している。しかしながら、このような半導体基板１１であっても、本実施形態に係る金属電極形成方法によれば、切削量の要求精度（±１μｍ以内）を満たしつつコストを低減できる。
【００８４】
また、本実施形態では、半導体基板１１に、縦型トランジスタ素子としてのＩＧＢＴが構成されている。このような縦型トランジスタ素子、例えば電力用（パワー系）のＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴでは、半導体基板１１の厚さを薄くしてオン抵抗を低減するために、通常、半導体基板１１を裏面１１ｂ側から研削する。すなわち、上記したように、保護テープの厚さばらつきが半導体基板１１に転写され、半導体基板１１の厚さばらつきが大きい。しかしながら、このような半導体基板１１であっても、本実施形態に係る金属電極形成方法によれば、縦型トランジスタ素子のオン抵抗を低減しつつ、切削量の要求精度（±１μｍ以内）を満たし、且つ、コストを低減することができる。
【００８５】
（第２実施形態）
本発明者がｎ増しで確認したところ、稀ではあるが、第１実施形態に示した金属電極形成方法及び金属電極装置を用いても、切削量の要求精度（±１μｍ以内）を満たせないことがあることが明らかとなった。また、切削量の要求精度（±１μｍ以内）を満たせない半導体基板１１は、厚さ分布の最大値と最小値の中心に対して切削加工の要求精度の範囲から外れ、且つ、上記最小波長の１／２以下のうねりの領域を有していた。すなわち、うねりの高周波成分を有していた。このうねり領域を図１８に例示する。図１８では、上記中心が５８０μmとなっている。そして、破線で囲まれる領域が上記うねり領域となっている。
【００８６】
そこで、本実施形態では、第１実施形態同様、圧電アクチュエータ２４ａの配置間隔を、半導体基板１１の厚さ分布の空間周波数の最小波長に対し、１／２よりも大きく１以下としつつ、以下に示す方法で金属電極１５を形成する。
【００８７】
金属膜１４の形成後、図１９に示すように、半導体基板１１を吸着ステージ２１ｂの吸着面２１ａに吸着固定し、表面形状測定装置２３により、変形前の半導体基板１１の表面部１１ｃの表面形状を測定する（ステップ１０）。ここまでの工程は、第1実施形態と同じである。
【００８８】
次いで、制御コンピュータ２５が、ステップ１０で取得した表面形状データに基づいて、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離が切削加工における要求精度の範囲から外れ、且つ、上記した最小波長の１／２以下のうねり領域が存在するか否かを判定する（ステップ１１）。このステップ１１が、特許請求の範囲に記載のうねり判定工程に相当する。
【００８９】
うねり領域ありと判定すると、制御コンピュータ２５は、うねり領域が切削加工における要求精度の範囲内になるように、うねり領域に対応する圧電アクチュエータ２４の変位量を制御する。これにより、半導体基板１１には、吸着ステージ２１ｂを介して裏面１１ｂから局所的な変位が与えられる（ステップ１２）。例えば図１８に示すうねり領域の場合、うねり領域部分の厚さが増すように、半導体基板１１に局所的な変位を与える。このステップ１２が、特許請求の範囲に記載の局部変形工程に相当する。
【００９０】
なお、うねり領域に対応する圧電アクチュエータ２４の個数は特に限定されるものではない。例えば、図２０に示すように、うねり領域１１ｕの直下に圧電アクチュエータ２４が位置しない場合、うねり領域１１ｕに近接する４つの圧電アクチュエータ２４ｔにより、半導体基板１１に局所的な変位を与えても良い。また、うねり領域１１ｕの直下に１つの圧電アクチュエータ２４が存在する場合には、この圧電アクチュエータ２４によって半導体基板１１に局所的な変位を与えても良い。
【００９１】
半導体基板１１に局所的な変位を与えた後、表面形状測定装置２３により、局部変形された半導体基板１１の表面部１１ｃの表面形状を測定する（ステップ１３）。そして、制御コンピュータ２５は、取得した表面形状データに基づいて、圧電アクチュエータ２４の変位量を制御し、吸着ステージ２１ｂを介して裏面１１ｂから、全体を変形対象として半導体基板１１に変位を与える（ステップ１４）。このステップ１３及びステップ１４が、特許請求の範囲に記載の全体変形工程に相当する。
【００９２】
なお、ステップ１１にてうねり領域ありと判定した場合は、ステップ１４において、制御コンピュータ２５が、ステップ１０で取得した表面形状データに基づいて圧電アクチュエータ２４の変位量を制御し、吸着ステージ２１ｂを介して裏面１１ｂから、全体を変形対象として半導体基板１１に変位を与える。
【００９３】
半導体基板１１の全体に変位を与えた後、変形された半導体基板１１の表面部１１ｃの表面形状を表面形状測定装置２３により測定する（ステップ１５）。そして、制御コンピュータ２５は、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが切削加工における要求精度の範囲内であるか否かを判定する（ステップ１６）。
【００９４】
制御コンピュータ２５において、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが切削加工における要求精度の範囲内であると判定されると、バイト３１を用いて金属膜１４の表面から切削加工を行い、金属膜１４をパターニングして金属電極１５を形成する（ステップ１７）。
【００９５】
一方、ステップ１６において、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが切削加工における要求精度の範囲外であると判定されると、ステップ１１に戻り、半導体基板１１のうねりを再度補正する。
【００９６】
上記したように、本実施形態では、半導体基板１１に、切削加工の要求精度の範囲から外れ、且つ、上記最小波長の１／２以下のうねり領域が存在しても、うねり領域に対応する圧電アクチュエータ２４により、うねり領域が切削加工の要求精度の範囲となるように、半導体基板１１を局部変形させる。そして、うねり領域を補正した状態で、基板全体を変形対象として半導体基板１１を変形させる。
【００９７】
このように２段階で半導体基板１１を変形させるので、上記うねり領域が存在する場合でも、表面部１１ｃの凹凸差を小さくし、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが切削加工における要求精度の範囲内を切削量の要求精度内にすることができる。すなわち、より確実に、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきを切削加工における要求精度の範囲内にすることができる。
【００９８】
（変形例）
上記実施形態では、基板全体を対象とする半導体基板１１の変形の前に、うねり領域を局所的に変形させる例を示した。しかしながら、基板全体を対象とする半導体基板１１の変形を行った後に、うねり領域を局所的に変形させても良い。この金属電極形成方法を図２１に示す。
【００９９】
金属膜１４の形成後、半導体基板１１を吸着ステージ２１ｂの吸着面２１ａに吸着固定し、表面形状測定装置２３により、変形前の半導体基板１１の表面部１１ｃの表面形状を測定する（ステップ２０）。ここまでの工程は、第1実施形態と同じである。
【０１００】
そして、制御コンピュータ２５は、取得した表面形状データに基づいて、圧電アクチュエータ２４の変位量を制御し、吸着ステージ２１ｂを介して裏面１１ｂから、全体を変形対象として半導体基板１１に変位を与える（ステップ２１）。このステップ２１が、特許請求の範囲に記載の全体変形工程に相当する。
【０１０１】
半導体基板１１の全体に変位を与えた後、変形された半導体基板１１の表面部１１ｃの表面形状を表面形状測定装置２３により測定する（ステップ２２）。そして、制御コンピュータ２５は、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが切削加工における要求精度の範囲内であるか否かを判定する（ステップ２３）。このステップ２２及びステップ２３が、特許請求の範囲に記載の第１判定工程に相当する。
【０１０２】
制御コンピュータ２５において、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが切削加工における要求精度の範囲内であると判定されると、バイト３１を用いて金属膜１４の表面から切削加工を行い、金属膜１４をパターニングして金属電極１５を形成する（ステップ２４）。
【０１０３】
一方、ステップ１６において、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが切削加工における要求精度の範囲外であると判定されると、制御コンピュータ２５は、ステップ２２で取得した表面形状データに基づいて、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離が切削加工における要求精度の範囲から外れ、且つ、上記した最小波長の１／２以下のうねり領域が存在するか否かを判定する（ステップ２５）。このステップ２５が、特許請求の範囲に記載のうねり判定工程に相当する。
【０１０４】
うねり領域ありと判定すると、制御コンピュータ２５は、うねり領域が切削加工における要求精度の範囲内になるように、うねり領域に対応する圧電アクチュエータ２４の変位量を制御する。これにより、半導体基板１１には、吸着ステージ２１ｂを介して裏面１１ｂから局所的な変位が与えられる（ステップ２６）。このステップ２６が、特許請求の範囲に記載の局部変形工程に相当する。
【０１０５】
半導体基板１１に局部的な変位を与えた後、変形された半導体基板１１の表面部１１ｃの表面形状を表面形状測定装置２３により測定する（ステップ２７）。そして、制御コンピュータ２５は、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが切削加工における要求精度の範囲内であるか否かを判定する（ステップ２８）。このステップ２７及びステップ２８が、特許請求の範囲に記載の第２判定工程に相当する。
【０１０６】
そして、ステップ２８で切削加工における要求精度の範囲内であると判定されると、バイト３１を用いて金属膜１４の表面から切削加工を行い、金属膜１４をパターニングして金属電極１５を形成する（ステップ２４）。
【０１０７】
なお、ステップ２５にてうねり領域なしと判定された場合、及び、ステップ２８にて切削加工における要求精度の範囲外と判定された場合は、ステップ２１に戻り、半導体基板１１のうねりを再度補正する。
【０１０８】
この金属電極形成方法においても、２段階で半導体基板１１を変形させるので、切削量の要求精度から外れ、且つ、最小波長の１／２以下のうねり領域が存在しても、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきが切削加工における要求精度の範囲内を切削量の要求精度内にすることができる。すなわち、より確実に、切削面Ｐと表面部１１ｃとの距離のばらつきを切削加工における要求精度の範囲内にすることができる。
【０１０９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【０１１０】
本実施形態では、金属電極１５が、開口部１３ａ内に位置し、且つ、その表面に凹部を有する例を示した。しかしながら、金属電極１５の配置は、上記例に限定されるものではない。例えばその表面に凹部を有さず、平坦なものを採用することができる。上記したように、開口部１３ａ内のみ金属電極１５が位置する構成の場合、保護膜１３の上面１３ｂ（側面１３ｃを除く）に位置する金属膜１４を、保護膜１３の一部とともに切削により除去することが形成できるので、製造工程を簡素化することができる。
【０１１１】
本実施形態では、半導体基板１１が、下地電極１２を形成する工程の前に、主面１１ａとは反対の裏面１１ｂ側から研削されて、所定厚さとされている例を示した。しかしながら、下地電極１２を形成する前において、半導体基板１１の厚さばらつき（吸着ステージ２１ｂに吸着固定した状態での表面部１１ｃの凹凸差）が、切削量の要求精度（±１μｍ以内）よりも大きいものであれば良い。
【０１１２】
本実施形態では、半導体基板１１に素子としてＩＧＢＴが構成される例を示した。しかしながら、縦型のパワーＭＯＳＦＥＴを採用しても良い。さらには、ＬＤＭＯＳトランジスタ素子やバイポーラトランジスタ素子などの横型の素子を採用しても良い。
【０１１３】
本実施形態では、アクチュエータとして圧電アクチュエータ２４ａの例を示したが、特に限定されるものではない。ただし、圧電アクチュエータ２４ａを用いると、他のアクチュエータに比べて変位制御の精度を高くすることができる。また、バックラッシュが少なく、作動時の発熱量も小さいという利点もある。
【符号の説明】
【０１１４】
１０・・・半導体装置
１１・・・半導体基板
１１ａ・・・主面
１１ｃ・・・表面部
１２・・・下地電極
１３・・・保護膜
１３ａ・・・開口部
１３ｂ，１３ｄ・・・上面
１４・・・金属膜
１５・・・金属電極
２１ｂ・・・吸着ステージ
２４ａ・・・圧電アクチュエータ（アクチュエータ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011097027.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2011097027.tif 000015
【図１４】
2011097027.tif 000016
【図１５】
2011097027.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2011097027.tif 000019
【図１８】
2011097027.tif 000020
【図１９】
2011097027.tif 000021
【図２０】
2011097027.tif 000022
【図２１】
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