(57)【要約】【課題】表面に保護部材が被着された半導体基板の裏面を研削する際に、保護部材の厚みが半導体基板相互間においてばらついていても基板の仕上げ厚み寸法精度を高く保持できる半導体基板の研削装置並びに半導体デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】  半導体基板１に被着された保護部材２の厚みＸ２を研削時において連続的に測定する測定装置１０と、半導体基板１と保護部材２の合計の厚みＸ３を研削時において連続的に測定するコンタクトゲージ８の２つの測定機構を備え、各々の半導体基板１についてそれぞれの測定値の差（Ｘ３−Ｘ２）から半導体基板１の厚みＸ１を算出する。この研削装置１００によれば、保護部材２の厚みＸ２が半導体基板１相互間においてばらついていても、半導体基板１の厚みＸ１の仕上げ厚み寸法精度を高く保持することができ、電気特性が安定した信頼性の高いデバイスを得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に保護部材が被着された半導体基板の前記保護部材側をテーブルに保持し、前記半導体基板の裏面に研削砥石を押し付けながら前記研削砥石と前記テーブルを相対的に回転させ、前記半導体基板の裏面を研削する半導体基板の研削装置であって、
前記半導体基板に被着された前記保護部材の厚みＸ２を測定する第１の測定機構と、
前記半導体基板と前記保護部材の合計の厚みＸ３を研削時において連続的に測定する第２の測定機構と、
前記第１の測定機構および前記第２の測定機構により測定されたそれぞれの測定値の差（Ｘ３−Ｘ２）から前記半導体基板の厚みＸ１を求め、この半導体基板の厚みＸ１が前記半導体基板の目標とする厚みＸ０と等しくなった時点で研削を終了させる制御機構とを備えたことを特徴とする半導体基板の研削装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体基板の研削装置であって、前記第１の測定機構は、研削時において連続的に前記保護部材の厚みＸ２を測定することを特徴とする半導体基板の研削装置。
【請求項３】
請求項１記載の半導体基板の研削装置であって、前記第１の測定機構は、研削を開始する前に前記保護部材の厚みＸ２を測定することを特徴とする半導体基板の研削装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の半導体基板の研削装置であって、前記第１の測定機構により前記保護部材の厚みＸ２を前記半導体基板面内の３箇所以上において測定し、前記制御機構は、それらの測定値の平均値Ｘ２ｍを前記保護部材の厚みとして用いることを特徴とする半導体基板の研削装置。
【請求項５】
請求項１記載の半導体基板の研削装置であって、前記第１の測定機構は、前記テーブルに形成された貫通穴に充填された透明の窓部材と、前記テーブルの基板保持面と相対する面に設置され、前記窓部材を通して前記保護部材にレーザを照射し前記保護部材の厚みを測定する測定装置から構成されることを特徴とする半導体基板の研削装置。
【請求項６】
請求項５記載の半導体基板の研削装置であって、前記テーブルは、その回転軸を中心として前記測定装置と点対称の位置に前記測定装置と略同重量の部材が取り付けられていることを特徴とする半導体基板の研削装置。
【請求項７】
表面に保護部材が被着された半導体基板の前記保護部材側をテーブルに保持し、前記半導体基板の裏面に研削砥石を押し付けながら前記研削砥石と前記テーブルを相対的に回転させ、前記半導体基板の裏面を研削する半導体基板の研削装置であって、
前記保護部材が被着された前記半導体基板の、前記半導体基板のみの厚みＸ１を研削時において連続的に測定する第３の測定機構と、
前記第３の測定機構により測定された半導体基板の厚みＸ１が前記半導体基板の目標とする厚みＸ０と等しくなった時点で研削を終了させる制御機構とを備えたことを特徴とする半導体基板の研削装置。
【請求項８】
請求項７記載の半導体基板の研削装置であって、前記第３の測定機構は、前記半導体基板の裏面側から前記半導体基板にレーザを照射し前記半導体基板の厚みＸ１を測定する測定装置から構成されることを特徴とする半導体基板の研削装置。
【請求項９】
請求項８記載の半導体基板の研削装置であって、前記第３の測定機構は、前記半導体基板の裏面のレーザ照射領域に高圧エアを送り込み、前記レーザ照射領域を清浄にするエア供給機構を有することを特徴とする半導体基板の研削装置。
【請求項１０】
半導体基板の表面に電極を形成する工程と、前記電極を保護するための保護部材を前記半導体基板の表面に被着した状態で前記半導体基板の裏面を研削する工程を含む半導体デバイスの製造方法であって、前記半導体基板の裏面を研削する工程が、前記半導体基板の裏面を研削しながら前記半導体基板に被着された前記保護部材の厚みＸ２と、前記半導体基板と前記保護部材の合計の厚みＸ３を、それぞれ連続的に測定する第１のステップと、
前記第１のステップにおいて測定された前記保護部材の厚みＸ２と、前記半導体基板と前記保護部材の合計の厚みＸ３のそれぞれの測定値の差（Ｘ３−Ｘ２）から前記半導体基板の厚みＸ１を求め、この半導体基板の厚みＸ１が前記半導体基板の目標とする厚みＸ０と等しくなった時点で研削を終了する第２のステップとを含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項１１】
半導体基板の表面に電極を形成する工程と、前記電極を保護するための保護部材を前記半導体基板の表面に被着した状態で前記半導体基板の裏面を研削する工程を含む半導体デバイスの製造方法であって、前記半導体基板の裏面を研削する工程が、
研削を開始する前に前記半導体基板の表面に被着された前記保護部材の厚みＸ２を前記半導体基板面内の３箇所以上において測定し、それらの測定値の平均値Ｘ２ｍを求める第１のステップと、
前記半導体基板の裏面を研削しながら前記半導体基板と前記保護部材の合計の厚みＸ３を連続的に測定し、この合計の厚みＸ３が、前記保護部材の厚みの平均値Ｘ２ｍと半導体基板の目標とする厚みＸ０との合計値（Ｘ２ｍ＋Ｘ０）と等しくなった時点で研削を終了する第２のステップとを含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項１２】
半導体基板の表面に電極を形成する工程と、前記電極を保護するための保護部材を前記半導体基板の表面に被着した状態で前記半導体基板の裏面を研削する工程を含む半導体デバイスの製造方法であって、前記半導体基板の裏面を研削する工程が、
前記半導体基板の裏面を研削しながら前記保護部材が被着された前記半導体基板の、前記半導体基板のみの厚みＸ１を連続的に測定する第１のステップと、
前記第１のステップで測定された前記半導体基板の厚みＸ１が前記半導体基板の目標とする厚みＸ０と等しくなった時点で研削を終了する第２のステップとを含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の研削装置並びに半導体デバイスの製造方法に関し、特に、表面に保護部材が被着された半導体基板の裏面を研削する際の仕上げ厚み寸法精度を向上させるための機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パワー半導体デバイスにおいては、半導体基板の両主面に電極を設け基板の厚さ方向に電流を流す縦型半導体デバイスが用いられている。縦型半導体デバイスは、基板の厚さを薄く形成することによって損失が低減し特性が向上するが、基板が薄すぎると耐圧不良が発生し、厚すぎると電気損失が大きくなる。また、基板が薄くなるにつれ、特性を維持するための厚み公差も小さくなり、例えば１３０μm厚程度のデバイスでは±５μm程度の厚み寸法精度が要求される。
【０００３】
半導体基板を所望の厚さにするためには、ある程度厚いウエハを用いて、表面に形成されたゲート構造や電極の上に保護膜を形成し、表面保護用の保護部材を貼り付けた後、ウエハ裏面を砥石によって研削する方法が一般的である。
【０００４】
研削時または研削後の半導体基板の厚み寸法を測定する方法として、例えば、特許文献１では、レーザ変位計を使用して被加工物の厚みを測定するウエハの研磨面位置測定装置が開示されている。また、特許文献２では、ウエハ裏面の位置の変化量とウエハ研削面の位置の変化量をそれぞれ検出することにより、ウエハの厚さ変化量を算出するウエハの厚さ及び厚さ変化量測定装置が開示されている。しかし、これらの特許文献１および特許文献２では、基板の表面に半導体素子を形成する以前の半導体基板を研削する用法を紹介しており、表面保護用の保護部材は使用していない。表面に保護部材が被着された半導体基板を研削する用法にこれらの特許文献１および特許文献２の装置を用いた場合、保護部材と半導体基板の合計厚みを測定することになる。
【特許文献１】特開平１０−１９９９５１号公報
【特許文献２】特開平１０−１６０４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の半導体基板の研削装置においては、研削後の残し厚みを設定する場合、目標とする基板の厚みと保護部材の厚みの合計値を設定していた。この際、保護部材の厚みとしては、メーカーから出荷検査時に示されるロット単位での値を参照することが一般的であった。しかしながら、保護部材は半導体基板に貼り付けられる際、引張り力や押し付け力を受けて厚みが変化し、また貼り付けられた後もそれらの力により導入された応力を解放しようとして経時的に厚みが再度変化する。また、保護部材を半導体基板に貼り付ける際の引張り力や押し付け力は常に一定ではなく、貼り付けてからの時間も異なるため、研削時は、同じロット内であっても半導体基板相互間において保護部材の厚みにばらつきが発生している。
【０００６】
このため、研削時に、半導体基板の厚みと保護部材の厚みの合計値（目標値）を全ての基板において一定に設定すると、半導体基板相互間における保護部材の厚みのばらつきにより、研削後の半導体基板の仕上げ厚み寸法にばらつきが発生するという問題がある。例えば、研削時に設定した保護部材の厚みよりも実際の保護部材の厚みが薄かった場合、研削後の半導体基板は目標とする厚みよりも厚くなってしまい、デバイスの電気特性に影響を及ぼすという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点を改善するためになされたもので、表面に保護部材が被着された半導体基板の裏面を研削する際に、保護部材の厚みが半導体基板相互間においてばらついていても基板の仕上げ厚み寸法精度を高く保持でき、電気特性が安定した信頼性の高いデバイスが得られる半導体基板の研削装置並びに半導体デバイスの製造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】
【０００８】
本発明の第1の観点による半導体基板の研削装置は、表面に保護部材が被着された半導体基板の保護部材側をテーブルに保持し、半導体基板の裏面に研削砥石を押し付けながら研削砥石とテーブルを相対的に回転させ、半導体基板の裏面を研削する半導体基板の研削装置であって、半導体基板に被着された保護部材の厚みＸ２を測定する第１の測定機構と、半導体基板と保護部材の合計の厚みＸ３を研削時において連続的に測定する第２の測定機構と、第１の測定機構および第２の測定機構により測定されたそれぞれの測定値の差（Ｘ３−Ｘ２）から半導体基板の厚みＸ１を求め、この半導体基板の厚みＸ１が半導体基板の目標とする厚みＸ０と等しくなった時点で研削を終了させる制御機構とを備えたものである。
【０００９】
また、本発明の第２の観点による半導体基板の研磨装置は、表面に保護部材が被着された半導体基板の保護部材側をテーブルに保持し、半導体基板の裏面に研削砥石を押し付けながら研削砥石とテーブルを相対的に回転させ、半導体基板の裏面を研削する半導体基板の研削装置であって、保護部材が被着された半導体基板の、半導体基板のみの厚みＸ１を研削時において連続的に測定する第３の測定機構と、第３の測定機構により測定された半導体基板の厚みＸ１が半導体基板の目標とする厚みＸ０と等しくなった時点で研削を終了させる制御機構とを備えたものである。
【００１０】
また、本発明の第1の観点による半導体デバイスの製造方法は、半導体基板の表面に電極を形成する工程と、この電極を保護するための保護部材を半導体基板の表面に被着した状態で半導体基板の裏面を研削する工程を含む半導体デバイスの製造方法であって、半導体基板の裏面を研削する工程が、半導体基板の裏面を研削しながら半導体基板に被着された保護部材の厚みＸ２と、半導体基板と保護部材の合計の厚みＸ３を、それぞれ連続的に測定する第１のステップと、第１のステップにおいて測定された保護部材の厚みＸ２と、半導体基板と保護部材の合計の厚みＸ３のそれぞれの測定値の差（Ｘ３−Ｘ２）から半導体基板の厚みＸ１を求め、この半導体基板の厚みＸ１が半導体基板の目標とする厚みＸ０と等しくなった時点で研削を終了する第２のステップとを含むものである。
【００１１】
また、本発明の第２の観点による半導体デバイスの製造方法は、半導体基板の表面に電極を形成する工程と、この電極を保護するための保護部材を半導体基板の表面に被着した状態で半導体基板の裏面を研削する工程を含む半導体デバイスの製造方法であって、半導体基板の裏面を研削する工程が、研削を開始する前に半導体基板の表面に被着された保護部材の厚みＸ２を半導体基板面内の３箇所以上において測定し、それらの測定値の平均値Ｘ２ｍを求める第１のステップと、半導体基板の裏面を研削しながら半導体基板と保護部材の合計の厚みＸ３を連続的に測定し、この合計の厚みＸ３が、保護部材の厚みの平均値Ｘ２ｍと半導体基板の目標とする厚みＸ０との合計値（Ｘ２ｍ＋Ｘ０）と等しくなった時点で研削を終了する第２のステップとを含むものである。
【００１２】
さらに、本発明の第３の観点による半導体デバイスの製造方法は、半導体基板の表面に電極を形成する工程と、この電極を保護するための保護部材を半導体基板の表面に被着した状態で半導体基板の裏面を研削する工程を含む半導体デバイスの製造方法であって、半導体基板の裏面を研削する工程が、半導体基板の裏面を研削しながら保護部材が被着された半導体基板の、半導体基板のみの厚みＸ１を連続的に測定する第１のステップと、第１のステップで測定された半導体基板の厚みＸ１が半導体基板の目標とする厚みＸ０と等しくなった時点で研削を終了する第２のステップとを含むものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の第1の観点による半導体基板の研削装置では、半導体基板に被着された状態の保護部材の厚みＸ２を測定し、半導体基板と保護部材の合計の厚みＸ３との差（Ｘ３−Ｘ２）から半導体基板の厚みＸ１を求めるようにしたので、半導体基板相互間における保護部材の厚みばらつきがある場合でも、半導体基板の厚みＸ１を正確に求めることができる。その結果、半導体基板の仕上げ厚み寸法精度が高くなり、電気特性が安定した信頼性の高い半導体デバイスが得られる。
【００１４】
また、本発明の第２の観点による半導体基板の研磨装置では、保護部材が被着された半導体基板の、半導体基板のみの厚みＸ１を研削時において連続的に測定するようにしたので、保護部材の厚みばらつきの影響を無視することができ、半導体基板の仕上げ厚み寸法精度が高くなり、電気特性が安定した信頼性の高い半導体デバイスが得られる。
【００１５】
また、本発明の第１の観点による半導体デバイスの製造方法では、半導体基板の裏面を研削しながら半導体基板に被着された保護部材の厚みＸ２と、半導体基板と保護部材の合計の厚みＸ３をそれぞれ連続的に測定し、それぞれの測定値の差（Ｘ３−Ｘ２）から半導体基板の厚みＸ１を求めるようにしたので、半導体基板相互間における保護部材の厚みばらつきがある場合でも、半導体基板の厚みＸ１を正確に求めることができ、さらに、研削砥石の負荷により保護部材の厚みＸ２が変化していても、変化時の保護部材の厚みＸ２を正確に求めることができる。その結果、半導体基板の仕上げ厚み寸法精度が高くなり、電気特性が安定した信頼性の高い半導体デバイスを製造することが可能である。
【００１６】
また、本発明の第２の観点による半導体デバイスの製造方法では、半導体基板の表面に被着された保護部材の厚みＸ２を半導体基板面内の３箇所以上において測定し、それらの測定値の平均値Ｘ２ｍを求めるようにしたので、半導体基板面内における保護部材の厚みばらつきが平均化され、より正確な保護部材の厚みが求められる。その結果、半導体基板の仕上げ厚み寸法精度が高くなり、電気特性が安定した信頼性の高い半導体デバイスを製造することが可能である。また、研削を開始する前に保護部材の厚みＸ２を測定するようにしたので、研削装置に保護部材の厚みＸ２を測定する測定機構を備える必要がなく、簡単な構成で安価な研削装置を用いて製造することができる。
【００１７】
さらに、本発明の第３の観点による半導体デバイスの製造方法では、半導体基板の裏面を研削しながら、保護部材が被着された半導体基板の、半導体基板のみの厚みＸ１を連続的に測定するようにしたので、保護部材の厚みばらつきの影響を無視することができ、半導体基板の厚みＸ１を正確に求めることができる。その結果、半導体基板の仕上げ厚み寸法精度が高くなり、電気特性が安定した信頼性の高い半導体デバイスを製造することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
実施の形態１．
以下、本発明を実施するための最良の形態である実施の形態１について、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体基板の研削装置を示す主要部断面図である。本実施の形態に係わる研削装置１００は、表面１ａに保護部材２が被着された半導体基板１の裏面１ｂを研削するものであり、半導体基板１の保護部材２側を吸着保持するテーブルであるチャックテーブル３と、２〜４ｍｍの幅を持つカップ型の研削砥石４を備えている。
【００１９】
チャックテーブル３には、スピンドル５と図示しないモータの回転軸が連結されている。また、研削砥石４には、スピンドル６と図示しないモータの回転軸が連結され、これらのモータを駆動することにより、チャックテーブル３および研削砥石４を回転させる。また、研削砥石４は、駆動機構７により上下方向に移動可能に設置されている。研削時には、駆動機構７により半導体基板１の裏面１ｂに研削砥石４を押し付けながら、研削砥石４とチャックテーブル３を相対的に回転させ、半導体基板１の裏面１ｂを研削する。
【００２０】
また、本実施の形態における研削装置１００は、半導体基板１の表面１ａに被着された保護部材２の厚みＸ２を測定する第１の測定機構として、窓部材９と測定装置１０を備えている。窓部材９は、チャックテーブル３に形成された貫通孔に透明の部材が充填されたもので、保護部材２を臨むことができる。なお、窓部材９が充填される貫通孔の形状は、図１に示すようなテーパ状に形成されることが望ましい。これにより、チャックテーブル３と窓部材９の嵌合が容易になり、またチャックテーブル３の表面３ａに露出する窓部材９領域を小さくできるため、半導体基板１および保護部材２を強固に保持できる。
【００２１】
チャックテーブル３の基板保持面３ａと相対する面３ｂの窓部材９下方には、研削時において連続的に保護部材２の厚みＸ２を非接触で測定する測定装置１０、例えばキーエンス社製ＬＫ−３６が設置されている。測定装置１０は、その投光部からの光１１を、窓部材９を通して保護部材２に照射し、保護部材２の厚みＸ２を測定する。測定方法としては例えば、保護部材２の表面２ａからの反射光と裏面２ｂからの反射光の光路の水平間距離を、保護部材２の厚みに換算する方法を用いることができる。ただし、保護部材２の厚みＸ２を測定する測定装置１０の測定方法は、これに限定されるものではない。
【００２２】
また、研削装置１００は、半導体基板１と保護部材２の合計の厚みＸ３を研削時において連続的に測定する第２の測定機構として、コンタクトゲージ８を備えている。コンタクトゲージ８は、研削時において、チャックテーブル３の基板保持面３ａから半導体基板１の裏面１ｂまでの距離、すなわち半導体基板１と保護部材２の合計厚Ｘ３を連続的に測定する。
【００２３】
さらに、研削装置１００は、測定装置１０及びコンタクトゲージ８により測定されたそれぞれの測定値の差（Ｘ３−Ｘ２）から半導体基板１の厚みＸ１を求め、この半導体基板１の厚みＸ１が予め設定された半導体基板１の目標とする厚みＸ０（設定値）と等しくなった時点で駆動機構７に研削砥石４の下降を止めるよう指示を出し、研削を終了させる制御機構（図示せず）を備えている。
【００２４】
このように、本実施の形態に係わる研削装置１００は、保護部材２の厚みＸ２を測定する測定装置１０と、半導体基板１と保護部材２の合計の厚みＸ３を測定するコンタクトゲージ８の２つの測定機構を備えており、研削時には、これらの測定機構により測定された半導体基板１と保護部材２の合計の厚みＸ３と保護部材２の厚みＸ２の差（Ｘ３−Ｘ２）から半導体基板１の厚みＸ１を求めつつ研削を行い、半導体基板１の厚みＸ１が、半導体基板１の目標とする厚みＸ０（設定値）と等しくなった時点で、制御機構の指示により駆動機構７は研削砥石４の下降を止め、研削を終了する。
【００２５】
なお、チャックテーブル３には、その回転軸を中心として測定装置１０と点対称の位置に、測定装置１０と略同重量の部材１２が取り付けられている。これにより、スピンドル５の回転時の重量バランスの均衡が保たれ、チャックテーブル３の回転時に発生する振動が抑制される。
【００２６】
なお、本実施の形態では、保護部材２の厚みＸ２を測定する測定装置１０を１箇所に設置したが、半導体基板１面内における保護部材２の厚みばらつきの影響を抑制するため、測定装置１０を複数箇所に設置してもよい。その場合は、部材１２を用いず、複数の測定装置１０を、重量バランスを考慮して設置すればよい。なお、後述の実施の形態２に示す理由により、保護部材２の厚みＸ２は半導体基板１面内の３箇所以上において測定することが望ましく、制御機構は、それらの測定値の平均値Ｘ２ｍを保護部材２の厚みとして用いることが望ましい。
【００２７】
次に、本実施の形態における半導体デバイスの製造方法について簡単に説明する。本実施の形態における半導体デバイスの製造方法は、例えばパワー半導体デバイス等の縦型半導体デバイスの製造方法であって、半導体基板１の表面１ａに、成膜工程および写真製版工程等によりゲート構造および電極（いずれも図示せず）等を形成する工程と、これらの電極等を保護するための保護部材２を半導体基板１の表面１ａに被着した状態で半導体基板１の裏面１ｂを研削する工程とを含んでいる。
【００２８】
半導体基板１の裏面１ｂを研削する工程は、例えば図１に示す研削装置１００を用いて行われ、以下の２つのステップを含んでいる。まず、半導体基板１の裏面１ｂを研削しながら半導体基板１に被着された保護部材２の厚みＸ２と、半導体基板１と保護部材２の合計の厚みＸ３を、測定装置１０およびコンタクトゲージ８によりそれぞれ連続的に測定する（第１のステップ）。続いて、第１のステップにおいて測定された保護部材２の厚みＸ２と、半導体基板１と保護部材２の合計の厚みＸ３のそれぞれの測定値の差（Ｘ３−Ｘ２）から半導体基板１の厚みＸ１を求め、この半導体基板１の厚みＸ１が半導体基板１の目標とする厚みＸ０（設定値）と等しくなった時点で研削を終了する（第２のステップ）。
【００２９】
以上のように、本実施の形態によれば、半導体基板１に被着された保護部材２の厚みＸ２を測定する測定装置１０と、半導体基板１と保護部材２の合計の厚みＸ３を測定するコンタクトゲージ８の２つの測定機構を備えることにより、各々の半導体基板１について保護部材２の厚みＸ２と、保護部材２と半導体基板１の合計の厚みＸ３とを測定し、それぞれの測定値の差（Ｘ３−Ｘ２）から半導体基板１の厚みＸ１を正確に求めることができる。すなわち、保護部材２の厚みＸ２が半導体基板１相互間においてばらついていても、半導体基板１の厚みＸ１の仕上げ厚み寸法精度を高く保持することができ、電気特性が安定した信頼性の高いデバイスを得ることができる。
【００３０】
また、研削時において連続的に保護部材２の厚みＸ２と、保護部材２と半導体基板１の合計の厚みＸ３とを測定するため、研削時の研削砥石４の下降による負荷により保護部材２の厚みＸ２が変化しても、変化時の保護部材２の厚みＸ２と合計厚みＸ３との差（Ｘ３−Ｘ２）から半導体基板１の厚みＸ１を正確に求めることができるため、研削時の保護部材２の厚みの変化の影響を抑制することができる。
【００３１】
さらに、チャックテーブル３の回転軸を中心として測定装置１０と点対称の位置に、測定装置１０と略同重量の部材１２を取り付けることにより、スピンドル５の回転時の重量バランスの均衡が保たれ、チャックテーブル３の回転時に発生する振動が抑制されるため、測定精度を高く保持することができる。
【００３２】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、研削時において連続的に保護部材２の厚みＸ２を測定する第１の測定機構を備えた研削装置１００について説明したが、本実施の形態では、研削を開始する前に保護部材２の厚みＸ２を測定する第１の測定機構を備えた研削装置１０１およびその研削方法について説明する。なお、本実施の形態に係わる研削装置１０１の構成は、上記実施の形態１に係わる研削装置１００とほぼ同じであるため、図１を流用して説明する。
【００３３】
図２は、本実施の形態に係る半導体基板の研削装置１０１における、装置駆動系・測定系および装置制御系の動作を示すフローチャートである。研削装置１０１の操作者は、半導体基板１の目標とする厚みＸ０（設定値）を装置制御系である制御機構（図示せず）に入力し、処理を開始させる（Ｃ１）。次に、第１の測定機構により、半導体基板１面内の３点に対し、半導体基板１の表面１ａに被着された状態の保護部材２の厚みＸ２の測定を行う（Ｃ２）。保護部材２の厚みＸ２の測定を行う第１の測定機構としては、例えば、上記実施の形態１に示した、チャックテーブル３上において保護部材２の厚みＸ２を測定する測定装置１０を用いることができる。
【００３４】
次に、これら３点における保護部材２の厚みＸ２のデータを制御機構に送り、３点の保護部材２の平均値Ｘ２ｍを算出し（Ｃ３）、さらに、３点の保護部材２の平均値Ｘ２ｍと半導体基板１の目標とする厚みＸ０の和（Ｘ２ｍ＋Ｘ０）を算出する（Ｃ４）。その後、装置駆動系に対して研削砥石４の下降開始を指示し（Ｃ５）、研削砥石４の下降が開始され、半導体基板１の裏面１ｂの研削が開始される（Ｃ６）。研削に係る機構については上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００３５】
研削開始後は、第２の測定機構であるコンタクトゲージ８を用い、チャックテーブル３の基板保持面３ａから半導体基板１の裏面１ｂまでの距離、すなわち半導体基板１と保護部材２の合計の厚みＸ３を連続的に測定する（Ｃ７）。
【００３６】
測定された半導体基板１と保護部材２の合計の厚みＸ３の値は、研削中、常に制御機構に送られる。制御機構は、Ｘ２ｍ＋Ｘ０＜Ｘ３の間は装置駆動系に対して研削砥石４の下降を継続して研削を続けるよう指示し、Ｘ２ｍ＋Ｘ０＝Ｘ３となった時点で研削砥石４の下降停止を指示する（Ｃ８）。研削停止の指示を受けた装置駆動系は、研削砥石４の下降を停止し、研削を終了する（Ｃ９）。
【００３７】
次に、半導体基板１面内における保護部材２の厚みＸ２の測定点数と測定誤差の関係について、図３および図４を用いて説明する。図３（ｂ）は、１２枚の半導体基板１に対し、図３（ａ）に示す面内９点における保護部材２の厚みＸ２を測定した結果を示している。図３（ｂ）中、黒いポイント（◆）は面内９点の平均値、エラーバーは半導体基板１面内における最小値と最大値の幅を表す。また、図４は、横軸に図３（ａ）に示す面内９点のうち任意に抽出する点の数（１〜８点）をとり、縦軸に抽出した点における厚み平均と９点測定時の平均との誤差を示している。なお、１〜８点の抽出を行う際には、それらの点における厚み平均と９点測定時の平均との誤差が最も大きくなるように選択する。この結果、当然ながら抽出する点数が増加するにつれ９点測定時の厚み平均との誤差は小さくなる。
【００３８】
一般的に、研削装置に起因する半導体基板１の面内厚みばらつき及び半導体基板１相互間の厚みばらつきは、それぞれ±１μm程度存在する。さらに、保護部材２に起因する半導体基板１の面内厚みバラツキは±２μm程度存在し、１３０μm程度の薄型パワーデバイスにおいては、損失や耐圧などの電気特性を維持するために必要な半導体基板１の厚み公差は一般的に±５μm程度であることから、保護部材２の厚みＸ２の測定値は±１μm以内の精度が要求されることになる。図４によると、保護部材２の厚みを誤差１μm以下の精度で測定する要求に対しては、面内９点のうち任意の３点以上を測定する必要があるといえる。よって、本実施の形態では、図３（ａ）に示す１、３、５の位置において、面内３点で測定を行うように設定した。
【００３９】
次に、本実施の形態における半導体デバイスの製造方法について簡単に説明する。本実施の形態における半導体デバイスの製造方法は、例えばパワー半導体デバイス等の縦型半導体デバイスの製造方法であって、半導体基板１の表面１ａに、成膜工程および写真製版工程等によりゲート構造および電極（いずれも図示せず）等を形成する工程と、これらの電極等を保護するための保護部材２を半導体基板１の表面１ａに被着した状態で半導体基板１の裏面１ｂを研削する工程とを含んでいる。
【００４０】
半導体基板１の裏面１ｂを研削する工程は、例えば図１に示す研削装置１０１を用いて行われ、以下の２つのステップを含んでいる。まず、半導体基板１の表面１ａに被着された保護部材２の厚みＸ２を半導体基板面内の３箇所以上において測定し、それらの測定値の平均値Ｘ２ｍを求める（第１のステップ）。この第１のステップは、研削を開始する前に行われるもので、本実施の形態のように研削装置１０１において行うこともできるが、後述の実施の形態３のように、保護部材２の厚みＸ２を測定することが可能な別の装置において行ってもよい。
【００４１】
次に、半導体基板１の裏面１ｂを研削しながら、例えばコンタクトゲージ８により半導体基板１と保護部材２の合計の厚みＸ３を連続的に測定し、この合計の厚みＸ３が、保護部材２の厚みの平均値Ｘ２ｍと半導体基板１の目標とする厚みＸ０（設定値）との合計値（Ｘ２ｍ＋Ｘ０）と等しくなった時点で研削を終了する（第２のステップ）。
【００４２】
以上のように、本実施の形態によれば、研削を開始する前に保護部材２の厚みＸ２を測定する第１の測定機構と、研削時において連続的に半導体基板１と保護部材２の合計の厚みＸ３を測定する第２の測定機構の２つの測定機構を備えることにより、各々の半導体基板１について保護部材２の厚みＸ２と、保護部材２と半導体基板１の合計厚みＸ３とを測定し、それぞれの測定値の差（Ｘ３−Ｘ２）から、半導体基板１の厚みＸ１を正確に求めることができる。すなわち、保護部材２の厚みＸ２が半導体基板１相互間においてばらついていても、半導体基板１の厚みＸ１の仕上げ厚み寸法精度を高く保持することができ、電気特性が安定した信頼性の高いデバイスを得ることができる。
【００４３】
さらに、保護部材２の厚みＸ２を半導体基板１面内の複数点、望ましくは３箇所以上において測定し、それらの平均値Ｘ２ｍを用いることにより、保護部材２の半導体基板１面内における厚みばらつきの影響を抑制することができ、半導体基板１の厚みＸ１の仕上げ厚み寸法精度をより高く保持することができる。
【００４４】
実施の形態３．
上記実施の形態２では、研削を開始する前に保護部材２の厚みＸ２を測定する第１の測定機構を備えた研削装置１０１について説明したが、第１の測定機構は、必ずしも研削装置に設置されていなくてもよい。すなわち、保護部材２が被着された半導体基板１を研削装置のチャックテーブルに載置する前に、別の装置において保護部材２の厚みＸ２を測定してもよい。その場合の研削方法について以下に説明する。
【００４５】
まず、第１のステップとして、研削を開始する前に、半導体基板１の表面１ａに被着された保護部材２の厚みＸ２を、半導体基板１面内の３箇所以上において測定し、それらの測定値の平均値Ｘ２ｍを求める。保護部材２の厚みＸ２の測定方法については特に限定するものではなく、例えば上記実施の形態１と同様に、保護部材２の表面２ａからの反射光と裏面２ｂからの反射光の光路の水平間距離を、保護部材２の厚みに換算する方法等を用いることができる。なお、第１のステップで求められた保護部材２の厚みの平均値Ｘ２ｍと、半導体基板１の目標とする厚みＸ０は、研削装置（図示せず）の制御機構に入力される。
【００４６】
次に、第２のステップとして、保護部材２が被着された半導体基板１を研削装置のチャックテーブルに載置し、半導体基板１の裏面１ｂを研削しながら半導体基板１と保護部材２の合計の厚みＸ３を連続的に測定し、この合計の厚みＸ３が、保護部材２の厚みの平均値Ｘ２ｍと半導体基板１の目標とする厚みＸ０との合計値と等しくなった時点（Ｘ２ｍ＋Ｘ０＝Ｘ３）で、制御機構は研削砥石の下降停止を指示し、研削停止の指示を受けた装置駆動系は、研削砥石の下降を停止し研削を終了する。なお、半導体基板１と保護部材２の合計の厚みＸ３を研削時において連続的に測定する方法としては、上記実施の形態１と同様に、コンタクトゲージ８を用いることができる。
【００４７】
以上のように、本実施の形態によれば、研削装置に保護部材２の厚みＸ２を測定する第１の測定機構を備えていなくても、上記実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
実施の形態４．
上記実施の形態１および実施の形態２では、半導体基板１の研削時または研削前に、保護部材２の厚みＸ２を測定する第１の測定機構を備えた研削装置１００、１０１について説明し、また、上記実施の形態３では、研削前に保護部材２の厚みＸ２を半導体基板１面内の３箇所以上において測定する研削方法について説明した。本実施の形態では、表面１ａに保護部材２が被着された状態で、保護部材２を除く半導体基板１のみの厚みＸ１を、研削中において連続的に測定することを特徴とする研削装置１０２について説明する。
【００４９】
図５は、本実施の形態に係る半導体基板の研削装置を示す主要部断面図である。なお、図中、同一、相当部分には同一符号を付している。本実施の形態に係わる研削装置１０２は、表面１ａに保護部材２が被着された半導体基板１の裏面１ｂを研削するものであり、半導体基板１の保護部材２側を吸着保持するテーブルであるチャックテーブル３と、２〜４ｍｍの幅を持つカップ型の研削砥石４を備えている。
【００５０】
チャックテーブル３には、スピンドル５と図示しないモータの回転軸が連結されている。また、研削砥石４には、スピンドル６と図示しないモータの回転軸が連結され、これらのモータを駆動することにより、チャックテーブル３および研削砥石４を回転させる。また、研削砥石４は、駆動機構７により上下方向に移動可能に設置されている。研削時には、駆動機構７により半導体基板１の裏面１ｂに研削砥石４を押し付けながら、研削砥石４とチャックテーブル３を相対的に回転させ、半導体基板１の裏面１ｂを研削する。なお、半導体基板１の目標とする厚みＸ０（設定値）は、図示しない制御機構に予め入力される。
【００５１】
さらに、本実施の形態における研削装置１０２は、半導体基板１のみの厚みＸ１を非接触で測定する第３の測定機構として、レーザ厚み測定機１３を備えている。レーザ厚み測定機１３は、半導体基板１に対してレーザ１６を照射し、半導体基板１の厚みＸ１を研削時において連続的に測定するものである。
【００５２】
例えば半導体基板１の材質がシリコンである場合、シリコンに対して透過性を有する波長１.０〜１.４μmの赤外レーザを使用し、半導体基板１の裏面(研削面)１ｂに対し垂直に照射する。レーザ１６が半導体基板１の裏面１ｂに到達すると、レーザ１６の強度成分は反射成分Ａ１と透過成分Ｂ１に分かれる。次に、裏面１ｂを透過した強度成分Ｂ１が表面１ａに到達すると、ここでも反射成分Ａ２と透過成分Ｂ２に分かれ、反射成分Ａ２は半導体基板１内を通って再度裏面１ｂへ到達し、反射成分Ａ３と透過成分Ｂ３に分かれる。ここでの透過成分Ｂ３と、最初に裏面１ｂで反射された反射成分Ａ１が、それぞれ入射光としてレーザ１６の出射光と干渉することを利用して、半導体基板１の裏面１ｂまでの距離と表面１ａまでの距離を測定し、それらの差を以って半導体基板１の厚みＸ１を求める。
【００５３】
本実施の形態に係わる研削装置１０２では、上記のような方法で半導体基板１の厚みＸ１を連続的に測定しながら研削を行い、その測定値は制御機構（図示せず）に送られる。制御機構は、Ｘ１＞Ｘ０の間は装置駆動系に対して研削砥石４の下降を継続して研削を続けるよう指示し、Ｘ１＝Ｘ０となった時点で研削砥石４の下降停止を指示する。研削停止の指示を受けた装置駆動系は、研削砥石４の下降を停止し、研削を終了する。
【００５４】
また、研削装置１０２は、半導体基板１の裏面１ｂのレーザ照射領域に対しエア１７を送り込みレーザ照射領域を清浄にするエア供給機構１４を備えている。エア供給機構１４は、半導体基板１の厚みＸ１を測定する際に、研削によって発生する切り屑、砥粒、結合材および研削水等がレーザ照射領域に滞留し測定精度が低下するのを防止するために設けられており、このエア供給機構１４によりレーザ照射領域を洗浄し清浄にすることで、半導体基板１の厚みＸ１測定精度を向上させている。
【００５５】
なお、本実施の形態では、レーザ厚み測定機１３は、円柱形のエア供給機構１４下部のエア吹き出し口に対し中央に位置するように設置されている。また、エア供給機構１４の外周部には円筒管１５が接合されており、円筒管１５の端部１５ａは、半導体基板１の裏面１ｂから数十〜数百μmの位置に配置されている。この円筒管１５内部にエア１７を供給することで高圧状態を作り、レーザ厚み測定機１３と半導体基板１の裏面１ｂの間に存在する上記異物を除去する。
【００５６】
次に、本実施の形態における半導体デバイスの製造方法について簡単に説明する。本実施の形態における半導体デバイスの製造方法は、例えばパワー半導体デバイス等の縦型半導体デバイスの製造方法であって、半導体基板１の表面１ａに、成膜工程および写真製版工程等によりゲート構造および電極（いずれも図示せず）等を形成する工程と、これらの電極等を保護するための保護部材２を半導体基板１の表面１ａに被着した状態で半導体基板１の裏面１ｂを研削する工程とを含んでいる。
【００５７】
半導体基板１の裏面１ｂを研削する工程は、例えば図５に示す研削装置１０２を用いて行われ、以下の２つのステップを含んでいる。まず、半導体基板１の裏面１ｂを研削しながら保護部材２が被着された半導体基板１の、半導体基板のみの厚みＸ１を、レーザ厚み測定機１３にて連続的に測定する（第１のステップ）。次に、第１のステップで測定された半導体基板１の厚みＸ１が、半導体基板１の目標とする厚みＸ０（設定値）と等しくなった時点で研削を終了する（第２のステップ）。
【００５８】
以上のように、本実施の形態によれば、表面に保護部材２が被着された半導体基板１において、半導体基板１のみの厚みＸ１を測定するレーザ厚み測定機１３を備えることにより、保護部材２の厚みばらつきの影響を受けることなく、半導体基板１の厚みＸ１を正確に求めることができる。その結果、半導体基板１の厚みＸ１の仕上げ厚み寸法精度を高く保持することができ、電気特性が安定した信頼性の高いデバイスを得ることができる。
【００５９】
また、半導体基板１の厚みＸ１測定時に、半導体基板１の裏面１ｂのレーザ照射領域に高圧状態のエア１７を送り込みレーザ照射領域を清浄にするエア供給機構１４を備えたので、研削によって発生する切り屑、砥粒、結合材および研削水等がレーザ照射領域に滞留し、測定精度が低下するのを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、表面に保護部材が被着された半導体基板の裏面を研削する工程を含む半導体デバイスの製造、特にパワー半導体デバイス等の縦型半導体デバイスの製造において利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態１に係わる半導体基板の研削装置を示す主要部断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係わる半導体基板の研削装置における、装置駆動系・測定系および装置制御系の動作を示すフローチャートである。
【図３】保護部材の厚み測定位置と半導体基板相互間における厚みのばらつきを示す図である。
【図４】保護部材の厚み測定点数と平均からの誤差を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係わる半導体基板の研削装置を示す主要部断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  半導体基板、１ａ  表面、１ｂ  裏面（研削面）、２  保護部材、２ａ  表面、
２ｂ  裏面、３  チャックテーブル、３ａ  基板保持面、４  研削砥石、
５、６  スピンドル、７  駆動機構、８  コンタクトゲージ、９  窓部材、
１０  測定装置、１１  光、１２  部材、１３  レーザ厚み測定機、１４  エア供給機構、１５  円筒管、１５ａ  端部、１６  レーザ、１７  エア、
１００、１０１、１０２  研削装置。
【図１】
2007220775.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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