CN101114605A - 基板工作台以及热处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基板工作台，具有高耐磨性并且不会发生剥离带电。在工作台主体(11)上形成的用于承载基板W的承载面(12)上，在通过压花加工而形成了给定的压花形状(E)之后，通过阳极氧化处理来形成无定形状态的氧化铝保护膜(A)。无定形状态的氧化铝保护膜(A)是致密并坚固的。因此，具有高耐磨性并能够基本上防止发生剥离带电。

Description

基板工作台以及热处理装置
技术领域
本发明涉及用于承载半导体基板、液晶显示装置用玻璃基板、光掩模用玻璃基板、等离子显示用玻璃基板、光盘用基板等(以下仅称为“基板”)的工作台、以及使用该工作台的热处理装置。
背景技术
在对基板进行各种处理的基板处理装置(例如热处理装置、清洗处理装置、显影处理装置等)中，需要有用于承载待处理基板的工作台。特别是，在热处理装置中使用的工作台大多是由例如铝这样的导热性能良好的金属形成。但是，铝制工作台具有如下的缺点。
第一个缺点是缺乏耐磨性。即，因为铝是比较柔软的材质，所以如果在承载面上露出了铝的状态下持续使用工作台，则随着反复地承载基板，其承载面很容易磨损。其结果是，铝质的工作台缺乏耐磨性。另外，还产生这样的问题，即，因使工作台本身磨损，而导致工作台成为污染物质的发生源。
第二个缺点是显著地发生剥离带电。所谓剥离带电，是指在将由玻璃等绝缘材料制成的基板从由导电性材料即金属制的工作台上剥离时，在基板上产生负电荷(或者正电荷)的现象。由于在基板上产生的这种负电荷(或者正电荷)会成为破坏在基板表面上形成的元件或者吸附污染物质等的原因，所以防止剥离带电成为铝制工作台的重要课题。另外，基板是带正电还是带负电取决于与工作台的材料的组合、即摩擦电序。
为了消除铝制工作台所具有的上述缺点，设计了各种技术。
例如，设计了通过阶段性地减少基板与工作台的接触面积来抑制剥离时产生静电的技术。在此，通过分切工作台的承载面并将各部分依次从基板剥离的结构，来实现基板阶段性的剥离(参照专利文献1)。
此外，例如还设计了如下技术：通过在铝制工作台的表面上形成作为绝缘体的氧化铝(Al2O3)保护膜，而使工作台的耐磨性提高并防止剥离带电。例如，通过将氧化铝粒子以亚音速向保护膜位置喷射，使其作为微细的微晶接合物堆积在该位置，从而生成具有多结晶结构的氧化铝薄膜(参照专利文献2)。
专利文献1：JP特开平11-251257号公报；
专利文献2：JP特开2002-190512号公报。
在以往所使用的各种技术中，在提高基板工作台的耐磨性以及降低剥离带电这些方面能够取得一定的效果，但是无论那种技术都无法获得十分好的效果。
在专利文献1所记载的技术中，通过阶段性地进行基板与工作台的剥离，与一次性地进行剥离的情况相比较，能够相对地降低剥离带电。但是，并不能完全防止剥离带电。
此外，根据专利文献2所记载的技术，在降低晶界层的影响方面下了很多功夫，但是只要是多结晶结构，就不能说完全没有影响。即，在为多结晶构造的氧化铝保护膜的情况下，随着重复使用工作台，在各个结晶粒之间的边界(晶界)产生空隙，成为产生裂痕的原因。特别是，在受到了热冲击的情况下，会显著地产生这种裂痕，最后直到保护膜剥离。并且，该空隙会导致基板与工作台的铝区域变得能够导通，从而也失去了防止剥离带电的效果。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种具有高耐磨性、并且不发生剥离带电的基板工作台。
本发明的第一方面的基板工作台，其用于承载基板，其特征在于，具有：工作台主体；无定形(amorphous)状态的氧化铝保护膜，其形成在所述工作台主体上的基板的承载面上。
本发明的第二方面是如第一方面所述的基板工作台，其特征在于，在所述承载面上形成有压花形状。
本发明的第三方面是如第二方面所述的基板工作台，其特征在于，所述压花形状中的顶面的总面积小于所述承载面的整个面积的50％。
本发明的第四方面是如第二或者第三方面所述的基板工作台，其特征在于，所述压花形状中的顶面的形状近似为圆形。
本发明的第五方面是如第四方面所述的基板工作台，其特征在于，所述圆形的直径小于5mm。
本发明的第六方面是如第二方面所述的基板工作台，其特征在于，所述压花形状的凸部高度小于100um。
本发明的第七方面是如第一方面所述的基板工作台，其特征在于，所述工作台主体由纯铝或者铝合金形成。
本发明的第八方面是一种热处理装置，用于对基板进行冷却或者加热，其特征在于，所述热处理装置具有用于承载基板的基板工作台，所述基板工作台具有：工作台主体；无定形状态的氧化铝保护膜，其形成在所述工作台主体上的基板的承载面上。
本发明的第九方面是如第八方面所述的热处理装置，其特征在于，在所述承载面上形成有压花形状。
在本发明的第一方面的发明中，在工作台主体上形成的基板的承载面上形成有无定形状态的氧化铝保护膜。无定形状态的氧化铝保护膜致密而坚固，所以具有高耐磨性，并能够防止剥离带电。
在本发明的第二方面的发明中，在形成有压花形状的承载面上形成有无定形状态的氧化铝保护膜。由此能够防止剥离带电，同时能够获得良好的温度分布。
在本发明的第八方面的发明中，具有在工作台主体上形成有无定形状态的氧化铝保护膜的基板工作台。由此，能够防止在基板的冷却处理或者加热处理中发生剥离带电。
在本发明的第九方面的发明中，由于在基板工作台上能够获得良好的温度分布，所以能够对基板均匀地进行加热或者冷却。
附图说明
图1是本发明的基板保持装置1的概略立体图。
图2是基板保持装置1的剖视图。
图3是基板工作台10的局部放大图。
图4是表示承载面12的加工处理顺序的流程图。
图5A是示意性地表示无定形状态的氧化铝保护膜A的保护膜构造的样子的图，图5B是示意性地表示多孔质氧化铝保护膜P的保护膜构造的样子的图。
具体实施方式
<1.基板保持装置>
参照图1、图2、图3，来说明使用本发明的基板工作台10而构成的基板保持装置1的结构。图1是本发明的基板保持装置1的概略立体图。图2是图1所示的基板保持装置1的横向剖视图。图3是基板工作台10的局部放大图。
基板保持装置1，在各种基板处理装置(例如，对基板进行加热、冷却的热处理装置、对基板进行药液或者清洗液等涂布处理的显影处理装置或者清洗处理装置、在各处理装置之间搬运基板的基板搬运装置)中作为用于保持待处理基板的装置来使用。
如图1所示，基板保持装置1具有基板工作台10、基板升降机构20、基板固定机构30。
基板工作台10具有工作台主体11，该工作台主体11形成为立方体形状，且由铝制成，具体来说，是纯铝或者铝合金的板。作为铝合金，优选Al-Mg合金，更优选使用Al-Mg-Zr合金。在下面的实施例中，工作台主体11由Al-Mg-Zr合金制成。工作台主体11具有用于承载基板W的承载面12。另外，在图1中省略了图示，但是，在该承载面12上，其整个面通过压花(emboss)加工而形成有图2、图3所示的压花形状E，并且，形成有无定形状态的氧化铝保护膜A。关于压花形状E和氧化铝保护膜A在后面进行说明。
承载面12是具有比所承载的基板W的大小大一些的面积的平面。在承载面12的给定位置上形成有给定个数的贯通孔13来发挥销孔以及吸引孔的功能。贯通孔13是贯通工作台主体11而形成的孔。
基板升降机构20是用于将基板W承载在承载面12上或者使基板W从承载面12离开的功能部，其具有给定个数的升降销21和升降销驱动部22。
如图2所示，升降销21是从下部插入到各个贯通孔13中的销。升降销21能够在容置位置P1(图2的实线位置)和突出位置P2(图2的虚线位置)之间进行升降，其中容置位置P1是使升降销21的上端处在与承载面12同一水平位置(或者承载面12下方位置)的位置，突出位置P2是使升降销21的上端比承载面12更突出的位置。
升降销驱动部22是用于使各升降销21同步进行升降的驱动部。升降销驱动部22通过使各升降销21从突出位置P2移动到容置位置P1而能够将基板W承载在承载面12上(箭头AR210)。此外，升降销驱动部22通过使各升降销21从容置位置P1移动到突出位置P2而使基板W从承载面12离开(箭头AR210)。
基板固定机构30是用于对承载在承载面12上的基板W进行固定的功能部，其具有吸附配管31、真空泵32、开闭阀33。
吸附配管31，其前端与各贯通孔13分别相连通，且在其末端上连接着真空泵32。此外，在吸附配管31的中途配置有开闭阀33。
当将开闭阀33置于开启位置并驱动真空泵32时，贯通孔13内被减压。由此，能够对承载在承载面12上的基板W进行固定吸附。
另外，可以在基板工作台10内以蜿蜒状态埋设冷却管路，并且，通过使冷媒等在该冷却管路内循环移动，而使基板工作台10发挥冷却板的功能。同样地，也可以通过还具有对基板工作台10进行加热的加热器等加热装置，而使基板工作台10发挥加热板的功能。
此外，在上述说明中，构成为使贯通孔13发挥销孔以及吸引孔的功能的结构，但是，也可以是分别独立地设置发挥销孔功能的贯通孔和发挥吸引孔功能的贯通孔。
此外，在上述说明中，工作台主体11由Al-Mg-Zr合金形成，但是也可以由其他材质，例如氧化铝(Al2O3)来形成。
<2.承载面的表面处理>
如图2、图3所示，在该实施方式的基板工作台10的承载面12上，通过压花加工而形成有给定的压花形状E，并形成有无定形状态的氧化铝保护膜A。图4是表示承载面12的加工处理顺序的流程图。
首先，对承载面12实施压花加工而形成给定的压花形状E(步骤S1)。优选由能够以um等级来控制承载面12的表面粗糙度的精密机械来进行该压花加工的表面处理。
接着，对实施了压花加工的承载面12，通过阳极氧化处理而形成无定形状态的氧化铝保护膜A(步骤S2)。
下面，针对在步骤S1中形成的压花形状E以及在步骤S2中进行的阳极氧化处理进行说明。
<2-1.压花形状>
如图2、图3所示，压花形状E是如下这样形成的形状：以给定的图案配置顶面T平坦的凸部121，并且各凸部121的上端位于同一水平面上。也就是说，因为在形成有这样的压花形状的承载面12上承载有基板W，所以凸部的顶面T成为与基板W接触的接触面。
在该压花形状中，相对于承载面12的整个面积，顶面T的总面积所占的比例小于50％(优选为20％)。
此外，凸部121的高度H(即，凹凸的高低差)小于100um(优选为30um)。
此外，顶面T的形状近似呈圆形，其直径Φ小于5mm(优选2mm)。
<2-2.无定形状态的氧化铝保护膜A>
接着，针对用于生成无定形状态的氧化铝保护膜A的阳极氧化处理的条件进行说明。
在给定的电解液中，对作为阳极的工作台主体11施加一定电压来进行阳极氧化，由此形成无定形状态的氧化铝的保护膜(即氧化铝保护膜A)。该阳极氧化处理的具体条件如下。
1.使用中性溶液作为给定的电解液(化学合成溶液)。更具体地说，使用pH值大于5小于9(5＜pH＜9)的溶液。再具体地说，使用溶度为0.1～10％的羧酸溶液。该羧酸溶液优选含有非水溶媒。另外，作为非水溶媒，优选使用具有羟基的溶媒(例如乙醇、有机溶媒)等。
2.作为一定电压而施加50～200V的电压。
在该条件下对工作台主体11进行阳极氧化，而在承载面12上形成具有厚度为数百纳米的致密的氧化铝保护膜A(参照图5A)。该氧化铝保护膜A为无定形构造。
另外，在此所形成的氧化铝保护膜A的厚度为数百纳米左右，与前述的压花形状E相比非常薄。因此，可以忽略氧化铝保护膜A的形成给压花形状E带来的影响。
<3.效果>
[绝缘体的保护膜]
在基板工作台10上，在承载面12上形成有作为绝缘体的氧化铝保护膜A。因此，与在基板工作台10上露出了作为工作台主体11表面的Al-Mg-Zr合金的状态相比较，可以提高耐磨性。此外，如下述说明的那样，可以获得抑制剥离带电的效果。
在露出了导电性材质(例如铝)的基板工作台上，在基板的一部分从工作台剥离时，因静电现象，而在基板上产生负电荷，在工作台上产生正电荷。在此，由于导电性材料从工作台表面露出，所以在工作台上产生的正电荷会直接转移到大地，从而工作台总是保持在电荷提供能力高的状态。因此，在基板的其他部分从工作台上剥离时，仍然因剥离带电而在基板上持续地产生负电荷。另一方面，在由作为绝缘体的氧化铝保护膜A覆盖的基板工作台10上，在基板的一部分从工作台上剥离时，也会在基板和工作台上分别产生电荷。但是，在此，由于在工作台表面上形成有绝缘体层，所以在工作台上产生的正电荷不会转移到大地，从而将工作台保持在电荷提供能力低的状态。因此，可以防止如下这样的情况：随着基板的各部分依次从工作台剥离，从工作台剥离的基板带负电。
如上所述，在基板工作台10上，由于承载面12由作为绝缘物的氧化铝保护膜A覆盖，所以能够防止剥离带电现象。由于在剥离后的基板上不会产生电荷偏差的现象，因此不会发生在基板表面上形成的元件被破坏、或者吸附污染物质等问题。
[无定形构造]
此外，在基板工作台10上，在承载面12上形成有无定形状态的氧化铝保护膜A。该氧化铝保护膜A是极薄且致密的层，并且也不存在销孔等。因此，在基板工作台10上能够获得高耐磨性，并且能够几乎完全防止剥离带电。
例如，在通过现有的阳极氧化而获得的氧化铝保护膜(以下称为“多孔质氧化铝保护膜P”)上形成有多孔层，但是在氧化铝保护膜A上没有形成多孔层。其中，现有的阳极氧化处理(铝阳极化处理)一般在下述条件下进行。
1.使用酸性溶液作为给定的电解液(化学合成溶液)。更具体地说，使用弱酸性的硫酸水溶液(再具体地说，浓度为10～20％的硫酸水溶液)、或者弱酸性的草酸水溶液(再具体地说，浓度为1～10％的草酸水溶液)。
2.作为一定电压而施加10～50V的电压。
图5A是示意性地表示无定形状态的氧化铝保护膜A的保护膜构造的样子的图，图5B是示意性地表示多孔质氧化铝保护膜P的保护膜构造的样子的图。如图5A、图5B所示，氧化铝保护膜A具有数百纳米左右的阻挡层，相对于此，多孔质氧化铝保护膜P具有双层构造，在阻隔层下面具有多孔层，多孔质氧化铝保护膜P的膜厚为数十微米左右。
如图5B所示，由于多孔质氧化铝保护膜P是在酸性的电解液中进行阳极氧化而形成的，所以因作为电解液的酸性溶液的溶解作用而形成有无数的孔Po。该孔Po能够容易地将基板和工作台的Al-Mg-Zr合金区域导通(也就是说，在工作台上产生的正电荷通过孔Po而转移到大地)，因此容易产生剥离带电。另一方面，由于无定形状态的氧化铝保护膜A是在无溶解作用的中性的电解液中进行阳极氧化而形成的，所以不会像多孔质氧化铝保护膜P那样地形成孔Po，而会形成没有缺陷的无定形构造。因此，氧化铝保护膜A能够基本上防止剥离带电。此外，通过形成没有缺陷的无定形构造而能够获得优越的耐磨性。
此外，理所当然，在具有无定形构造(即非结晶状态)的氧化铝保护膜A上不会存在因受到热冲击而成为空隙的原因的晶界，该氧化铝保护膜A是致密而坚固的。因此，氧化铝保护膜A与具有结晶构造的多孔质氧化铝保护膜P相比较，具有优越的耐磨性，并且能够获得很高的剥离带电的抑制效果。
此外，氧化铝保护膜A的膜厚为数百纳米左右，相对于此，多孔质氧化铝保护膜P的膜厚为数十微米左右。换言之，在基板工作台10上，由厚度为数百纳米左右的氧化铝保护膜A，能够获得上述的各种效果。也就是说，与多孔质氧化铝保护膜P相比，氧化铝保护膜A形成的保护膜的膜厚薄，因此能够减小因形成保护膜而对基板工作台10的热传导率产生的影响。
[压花加工]
进一步，在基板工作台10上，在承载面12上形成有压花形状E。
剥离带电也依存于基板与承载面12的接触面积，根据本发明的发明人的研究，确认：通过在承载面12上形成如上所述的压花形状，就可以适当地防止剥离带电。
此外，根据本发明的发明人的研究，同时确认：通过在承载面12上形成如上所述的压花形状，可以防止产生温度分布超过±1.6℃的问题(即，不会产生热不匀)、并可以防止在真空吸附时产生应力集中的问题。即，在将形成有这种压花形状的基板工作台10作为冷却板、加热板来使用时，能够获得对承载在承载面12上的基板均匀地进行热处理的效果。

Claims (9)

1.一种基板工作台，用于对基板进行承载，其特征在于，包括：工作台主体；无定形状态的氧化铝保护膜，其形成在所述工作台主体上的基板的承载面上。
2.如权利要求1所述的基板工作台，其特征在于，在所述承载面上形成有压花形状。
3.如权利要求2所述的基板工作台，其特征在于，所述压花形状中的顶面的总面积小于所述承载面的整个面积的50％。
4.如权利要求2或3所述的基板工作台，其特征在于，所述压花形状中顶面的形状近似为圆形。
5.如权利要求4所述的基板工作台，其特征在于，所述圆形的直径小于5mm。
6.如权利要求2所述的基板工作台，其特征在于，所述压花形状的凸部的高度小于100um。
7.如权利要求1所述的基板工作台，其特征在于，所述工作台主体由纯铝或者铝合金形成。
8.一种热处理装置，用于对基板进行冷却或者加热，其特征在于，
所述热处理装置包括用于承载基板的基板工作台，
所述基板工作台包括：工作台主体；无定形状态的氧化铝保护膜，其形成在所述工作台主体上的基板的承载面上。
9.如权利要求8所述的热处理装置，其特征在于，在所述承载面上形成有压花形状。
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