CN1194384C - 阳极化设备,阳极化系统,及基体处理设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明将降低阳极化反应产生的气体的影响。要处理的硅基体(101)被水平夹住。负电极(129)被布置在硅基体(101)的上方，并使正电极(114)与硅基体(101)的下表面接触。用HF溶液(132)充填负电极(129)和硅基体(101)之间的空间。负电极(129)具有许多排气孔(130)，以防止阳极化反应产生的气体停留在负电极(129)的下方。

Description

阳极化设备，阳极化系统， 及基体处理设备和方法
技术领域
本发明涉及一种阳极化设备，阳极化系统，基体处理设备和方法，以及基体制造方法。
背景技术
多孔硅由A.Uhlir和D.R.Turner在研究氢氟酸中被施加正电位偏压的单晶硅的电解抛光时发现。
稍后，为了利用多孔硅极好的反应性，检查了硅集成电路制造中，多孔硅对元素隔离工艺方法的作用，并开发了利用多孔氧化硅薄膜的全隔离技术(FIFOS：借助多孔氧化硅的全隔离)(K.Imai，Solid StateElectron 24，159，1981)。
最近，研究出一种直接结合应用技术，这种技术中，在多孔硅基体上生长一层硅晶体外延层，基体通过氧化膜和非晶态基体或单晶硅基体结合。(日本专利公开No.5-21338)。
作为另一应用例子，作为独自发光的荧光或电荧光材料，多孔硅已受到极大的注意(日本专利公开No.6-338631)。
下面将描述一种用于制造具有多孔硅层的基体的常规阳极化设备。
图20表示了一种常规阳极化设备的构造(日本专利公开No.6094737)。在该阳极化设备中，由抗HF材料的Teflon(美国杜邦公司的商品名称)制成的阳极化罐1902a和1902b被布置成从两侧把硅基体1901夹在当中。阳极化罐1902a和1902b分别具有用于在夹持硅基体1901的部分进行密封的O形环1904a和1904b。阳极化罐1902a和1902b分别具有铂电极1903a和1903b。在硅基体1901被两个阳极化罐1902a和1902b夹在当中之后，分别使阳极化罐1902a和1902b充满HF溶液1905a和1905b。这种状态下，通过把铂电极1903a设为负电极，把铂电极1903b设为正电极，在这两个电极之间施加一个电压。硅基体1901被阳极化，在该硅基体1901的负电极侧表面上形成多孔硅层。
在这种垂直夹持硅基体，并对其进行阳极化的常规方案中，阳极化反应产生的气体(例如氢气)可能长时间停留在硅基体的表面上，或者沿着硅基体的表面上升。这种情况下，将在在硅基体上形成的多孔硅层的表面上留下气体的痕迹。这将使多孔硅不均匀，导致质量较差，产量和生产率降低。因此，需要采用一种防止阳极化反应产生的气体对阳极化产生不利影响的新方案。
对于具有多孔硅层的基体，为了获得高的质量和生产率，降低阳极化过程中硅基体的污染，以及在包括阳极化和相关工艺步骤(例如冲洗和干燥)的一系列工艺步骤中降低硅基体的污染是重要的。
为了增大具有多孔硅层的基体的生产率，增大包括阳极化和相关工艺步骤的一系列工艺步骤的速度也是重要的。
另外，考虑到近来硅基体直径方面的增大趋势，提出一种能够容易地适应直径增大的方案也是重要的。
发明内容
鉴于上述情况，作出了本发明，本发明的目的是提供一种新的阳极化方案。
更具体地说，本发明的目的是，例如防止阳极化反应产生的气体的任何影响。
本发明的另一个目的是，例如防止要处理的基体的任何污染。
本发明的又一个目的是，例如增大包括阳极化和相关工艺步骤的一系列工艺步骤的速度。
本发明的又一个目的是，例如便于适应直径的增大。
根据本发明的第一方面，提供了一种阳极化硅基体的阳极化设备，其特征在于包括用于水平夹持硅基体的夹持部分，布置在硅基体上方，面对该硅基体的负电极，布置在硅基体下方的正电极，及用电解液充填硅基体和负电极之间空间的阳极化罐，其中负电极具有防止气体停留在负电极下侧的排气孔。
在根据本发明第一方面的阳极化设备中，例如，负电极最好具有用于防止气体停留在下侧的排气孔。
在根据本发明第一方面的阳极化设备中，例如，当与处于阳极化状况下的基体的下表面直接接触时，正电极最好向要处理的基体施加电流。
在根据本发明第一方面的阳极化设备中，例如，至少与要处理的基体接触的正电极部分最好由半导体材料制成。
最好，根据本发明第一方面的阳极化设备还包括，例如支承正电极的电极支承部分，并且电极支承部分具有加装/卸下正电极的机构。
在根据本发明第一方面的阳极化设备中，例如，正电极最好具有用于卡紧要处理的基体的卡盘机构。
在根据本发明第一方面的阳极化设备中，例如，卡盘机构最好包含真空卡盘机构。
在根据本发明第一方面的阳极化设备中，例如，夹持部分最好夹住要处理基体的下表面的周缘部分。
在根据本发明第一方面的阳极化设备中，例如，夹持部分最好具有通过卡紧要处理基体下表面的周缘部分，夹住要处理基体的卡盘部分。
在根据本发明第一方面的阳极化设备中，例如，阳极化罐最好在底部具有开口部分，并且当夹持部分夹住要处理基体时，可被充填液体。
在根据本发明第一方面的阳极化设备中，例如，正电极最好在开口部分内与要处理基体的下表面接触。
根据本发明第一方面的阳极化设备最好还包括，例如用于垂直移动正电极的电极提升机构。
根据本发明第一方面的阳极化设备最好还包括，例如用于大体上在水平面内旋转要处理的基体，以除去粘附在该基体上的液体的旋转驱动机构。
根据本发明第一方面的阳极化设备最好还包括，例如在夹持部分松开基体之后，大体上在水平面内旋转卡紧基体的正电极，以旋转该基体的旋转驱动机构。
最好，在根据本发明第一方面的阳极化设备中，例如，阳极化罐在底部具有使正电极与要处理的基体的下表面接触的开口部分，夹持部分沿着阳极化罐底部的开口部分被布置成环形形状，并夹持要处理基体的下表面的周缘部分。
根据本发明第一方面的阳极化设备最好还包括，例如垂直移动正电极的电极提升机构，以及在电极提升机构把要处理的基体向上移动到基体不与夹持部分接触的位置之后，大体上在水平面内旋转卡紧基体的正电极，以便旋转该基体的旋转驱动机构。
根据本发明第一方面的阳极化设备最好还包括，例如用于从自动传送机械接收要处理的基体，并使夹持部分夹持该基体的基体操作机构。
根据本发明第一方面的阳极化设备最好还包括，例如用于从自动传送机械接收要处理的基体，使夹持部分夹住该基体，并把处理后的基体转移给该自动传送机械或另一自动传送机械的基体操作机构。
根据本发明第一方面的阳极化设备最好还包括，例如用于在阳极化罐的上部，从自动传送机械接收要处理的基体，向下移动该基体，并使夹持部分夹住该基体的提升机构。
根据本发明第一方面的阳极化设备最好还包括，例如用于在阳极化罐的上部，从自动传送机械接收要处理的基体，向下移动该基体，使夹持部分夹住该基体，从该夹持部分接收处理后的基体，向上移动该基体，并把该基体转移给该自动传送机械或另一自动传送机械的基体提升机构。
在根据本发明第一方面的阳极化设备中，例如，提升机构最好具有用于从下方支承要处理的基体的支承部分，并垂直移动放置在该支承部分上的基体。
在根据本发明第一方面的阳极化设备中，例如，支承部分最好大体水平地从自动传送机械接收要处理的基体，并把该基体大体水平地转移给该自动传送机械。
在根据本发明第一方面的阳极化设备中，例如，支承部分最好具有能够从从下方支承要处理基体的自动传送机械接收该基体，并把该基体转移给该自动传送机械的结构。
根据本发明第一方面的阳极化设备最好还包括，例如用于移动负电极的驱动机构。
在根据本发明第一方面的阳极化设备中，例如，当要处理的基体将由夹持部分夹住时，该驱动机构最好从阳极化罐取出负电极，并且当将对该基体进行阳极化时，使负电极面对该基体。
根据本发明第一方面的阳极化设备最好还包括，例如把电解液输入阳极化罐的供给部分。
根据本发明第一方面的阳极化设备最好还包括，例如从阳极化罐排放电解液的排放部分。
根据本发明第一方面的阳极化设备最好还包括，例如用于在把电解液输入阳极化罐，并且同时从阳极化罐排放该电解液的时候，循环电解液的循环系统。
根据本发明第一方面的阳极化设备最好还包括，例如用于在基体被阳极化之后，把清洗液输入阳极化罐中的供给部分。
根据本发明第一方面的阳极化设备最好还包括，例如从阳极化罐排放清洗液的排放部分。
根据本发明第一方面的阳极化设备最好可被用作，例如用电解液充填阳极化罐，以便对基体进行阳极化，并且随后用清洗液充填阳极化罐，以便冲洗该基体的设备。
根据本发明第一方面的阳极化设备最好可被用作，例如用电解液充填阳极化罐，以便对基体进行阳极化，用清洗液充填该阳极化罐，以便冲洗该基体，并且随后干燥该基体的设备。
根据本发明的第二方面，提供了一种对基体进行阳极化的阳极化设备，其特征在于包括阳极化罐，负电极，正电极，使用阳极化罐，把电解液加入负电极和基体之间的空间，以便通过在负电极和正电极之间施加一个电压，对该基体进行阳极化的第一供给部分，和使用阳极化罐向基体提供清洗液，以便冲洗阳极化后的基体的第二供给部分。
根据本发明第二方面的阳极化设备最好还包括，例如用于旋转阳极化罐中冲洗后的基体，以便干燥该基体的旋转驱动机构。
根据本发明的第三方面，提供了一种基体处理设备，其特征在于包括处理罐，和用于对处理罐中的基体进行阳极化、冲洗和干燥中的至少两个连续步骤的处理装置。
在根据本发明第三方面的基体处理设备中，例如，处理装置最好在使基体大体保持水平状态的同时，对基体进行处理。
在根据本发明第三方面的基体处理设备中，例如，处理装置最好在只从下方支承该基体的时候，对基体进行处理。
根据本发明第三方面的基体处理设备最好还包括，例如，用于大体呈水平状态从自动传送机械接收基体，处理该基体，并大体呈水平状态把处理后的基体转移给该自动传送机械的基体操作装置。
在根据本发明第三方面的基体处理设备中，例如，基体操作装置最好通过只从下方支承该基体来操纵该基体。
根据本发明的第四方面，提供了一种阳极化系统，其特征在于包括前述任一阳极化设备，用于把未处理的基体传送给该阳极化设备，从该阳极化设备接收处理后的基体，并把处理后的基体传送到预定位置的自动传送机械，以及用于控制阳极化设备的阳极化操作和自动传送机械的基体传送操作的控制部分。
根据本发明的第五方面，提供了一种阳极化系统，其特征在于包括前述任一阳极化设备，在水平状态下从下方支承基体的同时，把未处理的基体传送给阳极化设备，在水平状态下从下方支承基体的同时，从该阳极化设备接收阳极化后的基体，并把阳极化后的基体传送到预定位置的自动传送机械，以及用于控制阳极化设备的阳极化操作和自动传送机械的基体传送操作的控制部分。
根据本发明的第六方面，提供了一种阳极化系统，其特征在于包括前述任一阳极化设备，冲洗和干燥阳极化后的基体的冲洗/干燥设备，把未处理的基体传送给阳极化设备，从该阳极化设备接收阳极化后的基体，把阳极化后的基体转移给冲洗/干燥设备，从冲洗/干燥设备接收冲洗和干燥后的基体，并把冲洗和干燥后的基体传送到预定位置的自动传送机械，以及用于控制阳极化设备的阳极化操作，冲洗/干燥设备的冲洗/干燥操作和自动传送机械的基体传送操作的控制部分。
根据本发明的第七方面，提供了一种基体处理方法，其特征在于包括大体水平夹持基体，使负电极面对基体的上表面，把正电极放置在基体的下方，用电解液充填基体和负电极之间的空间的第一步骤，和在负电极和正电极之间施加一个电压，以对基体进行阳极化，同时防止阳极化反应产生的气体停留在负电极下方的第二步骤。
在根据本发明第七方面的基体处理方法中，例如，具有用于防止气体停留在其下方的结构的负电极最好被用作为负电极。
在根据本发明第七方面的基体处理方法中，例如，具有用于防止气体停留在其下方的排气孔的负电极最好被用作为负电极。
根据本发明的第八方面，提供了一种基体处理方法，其特征在于包括利用阳极化罐对基体进行阳极化的第一步骤，及利用阳极化罐冲洗阳极化后的基体的第二步骤。
根据本发明第八方面的基体处理方法最好还包括，例如，干燥阳极化罐中的冲洗后的基体的第三步骤。
根据本发明的第九方面，提供了一种基体制造方法，其特征在于包括下述步骤：借助前述任一基体处理方法，在基体表面上形成多孔层；在该多孔层上制备至少具有半导体层的第一基体；在半导体层的一侧，使第二基体和第一基体的表面结合，以制备结合的基体叠层；并在多孔层把结合的基体叠层分离为两个基体。
参考附图，根据本发明实施例的下述详细描述，本发明的其它目的、特征和优点将是显而易见的。
附图说明
图1A-1E说明了根据本发明的一个最佳实施例制造SOI基体的步骤；
图2示意地表示了根据本发明第一实施例的阳极化设备的构造；
图3示意地表示了根据本发明第一实施例的阳极化设备的构造；
图4示意地表示了根据本发明第一实施例的阳极化设备的构造；
图5示意地表示了根据本发明第一实施例的阳极化设备的构造；
图6示意地表示了根据本发明第一实施例的阳极化设备的构造；
图7示意地表示了根据本发明第一实施例的阳极化设备的构造；
图8示意地表示了根据本发明第一实施例的阳极化设备的构造；
图9示意地表示了根据本发明第一实施例的阳极化设备的构造；
图10是表示图2-9中所示的阳极化设备的部分的平面图；
图11是示意表示具有图2-10中所示的阳极化设备的阳极化系统的结构；
图12是示意表示图11中所示阳极化系统的操作的流程图；
图13示意表示了根据本发明第二实施例的后处理设备的构造；
图14示意表示了根据本发明第二实施例的后处理设备的构造；
图15示意表示了根据本发明第二实施例的后处理设备的构造；
图16示意表示了根据本发明第二实施例的后处理设备的构造；
图17是示意表示根据本发明第二实施例的阳极化系统的构造的平面图；
图18示意表示了图17中所示阳极化系统500进行的硅基体处理工艺的流程；
图19是表示处理一个硅基体的情况下，图17中所示阳极化系统的操作的流程图；
图20表示了常规阳极化设备的构造(日本专利公开No.60-94737)。
具体实施方式
作为具有多孔硅层的基体的典型例子(该多孔硅层由根据本发明的一个最佳实施例的阳极化设备制造)，下面将首先描述一种SOI基体制造方法。
图1A-1E说明了根据本发明的最佳实施例制造SOI基体的步骤。
在图1A中所示的步骤中，制备单晶Si硅基体11，并利用根据稍后将描述的一个实施例的阳极化设备，在单晶Si基体11上形成多孔Si层12。正如多孔Si层12一样，通过逐步改变工艺操作条件，可形成具有多层结构的多孔层，所述多层结构具有孔隙率不同的若干层。
在图1B中所示的步骤中，通过外延生长，以无孔隙层的形式在多孔Si层12上形成单晶Si层13。氧化该单晶Si层13的表面，形成SiO2层14作为无孔隙隔离层。借助该工艺过程，形成第一基体10。
在图1C中所示的步骤中，制造单晶Si基体作为第二基体20。在室温下使第一基体10和第二基体20相互紧密接触，同时使第一基体10的SiO2层14面对第二基体20。之后，这些基体可经受阳极结合、压制、加热，或者它们的组合。借助这种处理，形成结合的基体叠层，其中第二基体20和SiO2层14被牢固地结合在一起。当使第一和第二基体相互紧密接触时，可在单晶Si基体11一方，或者在第二基体20上，或者在两个基体上形成SiO2层14，直到获得图1C中所示的状态为止。
在图1D中所示的步骤中，结合的基体叠层30在多孔Si层12处被分离。第二基体一方(10″+20)具有由多孔Si层12″/单晶Si层13/隔离层14/单晶Si基体20组成的多层结构。第一基体一方(10′)具有这样的结构，即多孔Si层12′形成于单晶Si基体11上。
在除去剩余的多孔Si层12′，并且根据需要对分离后的第一基体一侧(10′)的表面进行平面化之后，第一基体被用作用于再次形成第一基体10的单晶Si基体11或第二基体20。
在分离结合的基体叠层30之后，在图1E中所示的步骤中，有选择地除去第二基体一方(10″+20)表面上的多孔层12″。借助该工艺过程，获得具有单晶Si层13/隔离层14/单晶Si基体20的多层结构，即SOI结构的基体。
借助阳极化反应形成多孔硅基体，或者孔隙的形成是在，例如HF溶液中进行的。已知硅基体中小孔的存在对于该工艺方法来说是必不可少的。反应机理推定如下：
首先，在负电极侧的硅基体表面上诱发HF溶液中被施加电场的硅基体中的小孔。于是，补偿硅基体表面上的未键合元素的Si-H键的强度增大。此时，负电极侧HF溶液中的F-亲核破坏Si-H键，形成Si-F键。借助该反应，产生H2分子，同时一个电子被射向正电极。
当形成Si-F键时，由于Si-F键的极化特性，硅基体表面附近的Si-Si键被水削弱。这些弱Si-Si键受到HF或H2O的破坏，晶体表面上的Si原子形成SiF4，并从晶体表面被除去。从而在晶体表面中形成凹陷部分。在该部分产生优先吸引小孔的场分布(场浓度)。当这种表面不均匀性扩展时，硅原子的浸蚀沿着电场连续不断地前进。
如上所述，由于对于阳极化来说，小孔的存在是必不可少的，因此优选p型硅基体作为被处理的基体。但是，通过利用光辐照n型硅基体，促使形成小孔，也可使用n型硅基体。
用于阳极化的溶液并不限于HF溶液，可使用其它任何电解溶液。
下面将描述根据本发明的最佳实施例的阳极化设备。
第一实施例
图2-9示意地表示了根据本发明的第一实施例的阳极化设备的构造。图10是表示图2-9中所示的阳极化设备100的一部分的平面图。
在根据本发明的第一实施例的阳极化设备100中，可执行包括阳极化、冲洗和干燥的一系列工艺步骤。按照该阳极化设备100，可不必在单独进行阳极化、冲洗和干燥的部件之间传送基体。因此，例如1)生产率高，2)可防止基体掉落，3)可使该阳极化设备较为紧凑。
在阳极化设备100中，在水平夹持要处理的基体的同时，进行包括阳极化、冲洗和干燥的一系列工艺步骤。因此，例如，当从水平夹持并传送基体的自动传送机械接收基体时，可在不旋转该基体(例如，垂直放置该基体)的情况下，对该基体进行上述一系列工艺步骤。为此，可提高基体处理效率。
在阳极化设备100中，在从下方支托被处理基体的同时，进行阳极化、冲洗和干燥。这样，可降低基体掉落的危险。
在阳极化设备100中，在基本水平夹持基体，以便将在其上形成多孔层的表面指向上方的同时，对基体进行阳极化。借助这种安排，可快速地从基体表面除去阳极化反应产生的气体，并可防止该气体沿着基体表面移动。按照该阳极化设备100，可以高的产率制造高质量的基体。在阳极化设备100中，面对基体的负电极被布置在基体上方，因为基体被基本水平地夹持，以便将在其上形成多孔层的表面指向上方。在这种情况下，阳极化反应产生的气体(例如氢气)停留在负电极的下侧，导致阳极化效率下降。为了防止这一点，阳极化设备100具有防止气体停留在负电极下侧，从而防止阳极化效率降低的装置。
在阳极化设备100中，由于使基体操作部件只与被处理基体的下表面，即不在其上形成多孔层的表面接触，可有效地防止对基体表面，即将在其上形成多孔层的表面的污染或损坏。
在阳极化设备100中，由于通过硅基体向被处理基体的下表面供给电流，可防止基体下表面的污染。
在阳极化设备100中，由于使正电极卡紧要处理的基体，在基体和正电极之间可保持良好的接触，并可减少由于供电设备故障引起的阳极化失败。
下面将描述根据本发明第一实施例的阳极化设备100的构造。
阳极化设备100具有用于被处理硅基体101的提升机械，作为从自动传送机械接收硅基体101，把该硅基体移动到处理位置，并把处理后的硅基体101传输给该自动传送机械或另一自动传送机械的机构。该提供机械垂直移动硅基体101，同时由直立在环形部件110上的三个升降销钉111从下方支承硅基体101的下表面。环形部件110与提升致动器(例如气缸)113的连杆112的上端耦接，并由致动器113驱动。
阳极化设备100具有位于上方的阳极化罐(处理罐)102和位于下方的用于支承阳极化罐102的支承部件131。
阳极化罐102由对阳极化处理液具有抵抗力的材料制成。当采用HF溶液作为阳极化处理液时，阳极化罐102最好由抗HF材料聚四氟乙烯(商品名称：Teflon)制成。
在阳极化罐102的底部形成环形开口部分103，以便可使正电极114直接接触硅基体101。环形卡盘垫104沿着开口部分103附着在阳极化罐102的底部。卡盘垫104由，例如全氟乙烯形成。卡盘垫104在其表面上具有用于真空卡紧硅基体101的环形凹槽104a。凹槽104a通过抽吸孔105与真空管道134连通。真空管道134和真空泵(图中未表示)连接。
当硅基体101被卡盘垫104卡紧时，阳极化罐102中可充填用于阳极化的处理液，或者用于冲洗的处理液。
阳极化罐102具有用于把处理液注入阳极化罐中的两个注射口106a和106b，及用于排放处理液的两个排放口108a和108b。注射口106a和106b分别与处理液供给管道107a和107b连通。排放口108a和108b分别与处理液回收管道109a和109b连通。参见图2-9，为了图示方便，只表示了一组注射口、排放口、供给管道和回收管道。
在本实施例中，为了阳极化硅基体101，构造了循环阳极化处理液(例如HF溶液)的循环系统，它通过经供给管道107a把阳极化处理液注入阳极化罐102中，并经回收管道109a回收该处理液，循环阳极化处理液。为了冲洗阳极化后的硅基体101，通过供给管道107b把冲洗处理液(例如纯净水)注入阳极化罐102中，并通过回收管道109b回收该冲洗处理液。每种处理液可从硅基体101的上侧供给。
当将对硅基体101进行阳极化时，阳极化罐102被充填阳极化处理液。这种情况下，把负电极129浸入处理液中，并使之面对硅基体101。同时，使正电极114接触硅基体101的下表面。
负电极129具有多个防止阳极化反应产生的气体(例如氢气)停留在负电极129下侧的排气孔130。代替在负电极129中形成排气孔130，也可使用网状负电极129。
负电极129通过连接构件128与电机127的轴连接，并由电机127操纵。更具体地说，当要进行阳极化时，电机127使负电极129绕枢轴转动到硅基体101的相对位置。这种情况下，负电极129的电极表面被水平设置。当要进行除阳极化外的其它工艺步骤时，电极127使负电极129绕枢轴转动到阳极罐102的上侧。负电极129与供电设备(图中未表示)的负极相连。
电机127还具有在使负电极129和硅基体101大体保持平行的同时，精细调节负电极129和硅基体101之间间隔的功能。这允许改变阳极化条件。但是，在保持负电极129和硅基体101大体水平的同时，可以只垂直移动负电极129少量的距离。为了增大该移动量，例如，最好采用用于移动负电极129的操纵机械。
负电极129最好由抗阳极化处理液的材料制成。例如，当采用HF溶液作为阳极化处理液时，负电极129最好由，例如作为抗HF材料的铂制成。
至少在和硅基体101接触的部分，正电极114最好由和硅基体101相同的材料，即硅材料制成。这种硅材料最好具有低的电阻率。当正电极114由硅材料制成时，可防止硅基体101被正电极114的材料污染。由于正电极114并不接触阳极化处理液(例如HF溶液)，因此即使当正电极114由硅材料制成时，正电极的表面也很少改变其质量。
正电极114在其表面上具有用于卡紧硅基体101下表面的真空卡盘的环形凹槽115。凹槽115通过抽吸孔118和密封部分119和真空管道120连通。真空管道120和真空泵(图中未表示)相连。抽吸孔118通过下电极116和电极支承部件117与旋转轴135的侧面连通。环形密封部分119附着在旋转轴135的外表面上，环绕抽吸孔118的出口。密封部分119与真空管道120连接。从而，当启动与真空管道120相连的真空泵时，可把硅基体卡紧在正电极114的表面上。
下电极116是向正电极114的整个表面施加等电位电压的电极。下电极116最好具有用于加装/卸下正电极114的机构，以便当正电极114被污染或损坏时，能够容易地互换正电极114。
下电极116通过导线122与固定在旋转轴135上的环形电极121相连。环形电极121通过接触电刷(图中未表示)与导线123相连。导线123与供电设备(图中未表示)的正极相连。
下电极116被固定在由绝缘材料形成的电极支承部件117在。电极支承部件117被固定在电极124的旋转轴135上。因此，正电极114、下电极116、电极支承部件117和旋转轴135由电机124产生的驱动力整体转动。
电机124被固定在提升致动器(例如气缸)126的连杆125上。电机124和其上的结构由提升致动器126产生的驱动力垂直移动。
支承部件131支承阳极化罐102，以及提升致动器113和126。
图11是示意地表示具有图2-10中所示的阳极化设备的阳极化系统的结构的平面图。
阳极化系统200包括两个图2-10中所示的阳极化设备，一个装载机201，一个卸载机202，一个自动传送机械205及控制器210。在该阳极化系统200中，利用这两个阳极化设备100并行执行包括阳极化、冲洗和干燥的工艺步骤系列，从而提高了生产率。可使用三个或更多阳极化设备。这种安排进一步提高了生产率。
图12是示意表示图11中所示的阳极化系统200的操作的流程图。该流程图中所示的工艺步骤由控制器210控制。控制器210具有用于输入各种指令的输入部分(操作部分)，用于显示处理状况等的显示部分，存储程序的存储器，执行该程序的CPU，以及按照来自CPU的指令驱动各个部件的驱动部分。控制器210可由普通的计算机系统构成。
当容纳未处理的硅基体101的搬运器203被安放在装载机201上，用于放入处理后的硅基体101的搬运器204被安放在卸载机202上，并且用户指令开始工艺步骤时，阳极化系统200开始图12中所示的工艺步骤。为了方便于描述，下面将只描述利用一个阳极化设备100的工艺过程。事实上，该阳极化系统200可利用两个阳极化设备100同时处理两个硅基体101。
首先，在步骤S301中，提升致动器113向上移动升降销钉111，如图2中所示。自动传送机械205通过从下方支承硅基体101的下表面，取出水平放在装载机201上的搬运器203中的硅基体101，并把硅基体101放在升降销钉111上，同时使该硅基体保持水平。
在步骤S302中，如图3中所示，提升致动器113把从下方支承硅基体101的升降销钉111移向下端。在升降销钉111移向下端的向下移动过程中，硅基体101由位于阳极化罐102底部的卡盘垫104从下方支承。卡盘垫104的凹槽104a中的压强被降低，使卡盘垫104卡紧硅基体101。
在步骤S303中，如图3中所示，电机127使负电极129面对硅基体101。
在步骤S304中，提升致动器126向上移动正电极114，并使正电极114的表面接触硅基体101的下表面。正电极114表面上的凹槽115中的压强被降低，使正电极114卡紧硅基体101。
在步骤S305中，如图4中所示，通过供给管道107a，作为阳极化处理液(电解液)的HF溶液132从注射口106a被注入阳极化罐102中，以使阳极化罐充满该溶液。同时，在通过回收管道109a从排放口108a排放HF溶液132的时候，由循环系统(图中未表示)循环该HF溶液。
该循环系统不仅包括阳极化罐102、注射口106a、排放口108a、供给管道107a和回收管道109a，而且还包括存储HF溶液132的存储罐，循环泵和过滤器。循环系统还可包括密度计和用于按照密度计的测量结果和目标浓度，增大/降低HF溶液132的浓度的浓度调节器。可通过，例如测量吸收率测量HF溶液132的浓度。
在步骤S306中，如图4中所示，在循环HF溶液132的同时，由供电设备(图中未表示)在负电极129和正电极114之间施加一个电压，以阳极化硅基体101。借助该工艺步骤，在硅基体101的表面上形成多孔硅层。在控制器210的控制之下，供电设备具有调节要输出的电压和电流的功能。
在步骤S307中，如图5中所示，电机127向上收回负电极129。
在步骤S308中，如图5中所示，停止HF溶液的供给，并通过回收管道109a从阳极化罐102回收HF溶液。
在步骤S309中，如图6中所示，从卡盘垫104中释放硅基体101。该硅基体101由提升致动器126向上移动，并由电极124高速旋转。借助该操作，借助离心力除去粘附在硅基体101上的HF溶液。接下来，如图7中所示，提升致动器126向下移动该硅基体101，直到该硅基体101的下表面接触卡盘垫104为止。之后，使卡盘垫104卡紧硅基体101。注意通过省略步骤S309，以更高的速度执行这一系列工艺步骤也是有效的。
在步骤S310中，如图7中所示，通过供给管道107b，冲洗处理液(清洗液)133从注射口106b被注入阳极化罐102中，以便充满该阳极化罐。同时，在通过回收管道109b从排放口108b把清洗液133回收到回收罐的时候，冲洗硅基体101。
作为清洗液133，最好使用含有表面活性剂的纯水。更具体地说，作为清洗液133，最好使用含有作为表面活性剂的5％-10％酒精的纯水。当使用含有表面活性剂的清洗液时，可使清洗液有效进入硅基体101上形成的多孔硅层中的许多孔隙中。
在第一步中向硅基体101供给表面活性剂，随后在第二步中向硅基体供给纯水冲洗该硅基体101也是等效的。
或者，在向硅基体101施加超声波的同时，可应用超声波清洗方法执行该清洗步骤。当提供超声波时，可缩短清洗时间。
在步骤S311中，如图8中所示，停止清洗液的供给，并通过回收管道109b把清洗液从阳极化罐102回收到回收罐中。
在步骤S312中，如图9中所示，从卡盘垫104中释放硅基体101。该硅基体101由提升致动器126向上移动，并由电机124高速旋转。借助该操作，由离心力除去粘附在硅基体101上的清洗液，以便干燥该硅基体101。
在步骤S313中，解除正电极114对硅基体101的卡夹。同时，如图2中所示，提升致动器113向上移动升降销钉111，以把硅基体101向上移动到预定位置，同时使硅基体101保持由升降销钉111从下方水平支承的状态。接下来，通过从下方支承硅基体101，自动传送机械205接受升降销钉111上的硅基体101，并把该硅基体放入卸载机202上的搬运器204中，同时保持水平状态。
在步骤S314中，确定是否留有未处理的硅基体101。如果是，则流程返回步骤S301，对该硅基体执行步骤S301-S313中的工艺步骤。如果不是，则终止该系列工艺步骤。
第二实施例
下面将描述根据本发明第二实施例的自动阳极化设备。本实施例的自动阳极化设备具有根据第一实施例的阳极化设备100，作为进行阳极化的设备，以及作为冲洗和干燥设备的独立的后处理设备。
图13-16示意地表示了根据本发明第二实施例的后处理设备的构造。图17是示意表示根据本发明第二实施例的阳极化系统的结构的平面图。
下面将首先参考图13-16描述根据本发明的最佳实施例的后处理设备400的构造。除了某些功能被省略之外，该后处理设备400示意地具有和第一实施例的阳极化设备100相同的构造。更具体地说，由于后处理设备400用于冲洗和干燥阳极化后的硅基体，它具有通过从根据第一实施例的阳极化设备100中省略用于阳极化的电极和相关组成部件而获得的构造。注意第一实施例的阳极化设备100可被直接用作后处理设备。
在后处理设备400中，省略了负电极129，和作为相关组成部件的连接构件128和电极127。在后处理设备400中，还省略了作为相关组成部件的下电极116和导线122，环形电极121和导线123。
后处理设备400具有代替正电极114的卡盘部分144′。和正电极114相同，卡盘部分144′最好由硅材料制成。当卡盘部分144′由硅材料制成时，可防止硅基体101被卡盘部分114′的材料污染。
后处理设备400具有代替电极支承部分117，用于支承卡盘部分114′的支承部分401。支承部分401最好具有用于加装/卸下卡盘部分114′的机构，以便当卡盘部分114′被污染或损坏时，可容易地调换卡盘部分114′。
后处理设备400具有代替旋转轴135的旋转轴402。旋转轴135和402的区别仅在于旋转轴135具有用于向硅基体101供电的结构，而旋转轴402不具有这种结构。
后处理设备400具有，例如结构和根据第一实施例的阳极化设备100的阳极化罐完全相同的处理罐102′。
下面将参考图17描述根据本发明的最佳实施例的阳极化系统500。阳极化系统500包括两个图2-10中所示的阳极化设备100a和100b，两个图13-16中所示的后处理设备400a和400b，一个装载机201，一个卸载机202，一个自动传送机械205及一个控制器510。在该自动化阳极化系统500中，通过利用两个阳极化设备和两个后处理设备，并行执行阳极化、冲洗和干燥，从而提高了生产率。可使用三个或更多的阳极化设备和后处理设备。这种安排进一步提高了生产率。
图18示意地表示了图17中所示的阳极化系统500处理硅基体的工艺步骤的流程图。参见图18，基体No.x(例如基体No.1)表示要处理的硅基体的编号。另外，tx(例如t1)表示自动传送机械205的操作顺序，硅基体101按照t1、t2、t3…的顺序被传送。图18中的水平线表示第一阳极化设备100a、第二阳极化设备100b、第一后处理设备400a和第二后处理设备400b执行的工艺步骤。图18中的斜线表示自动传送机械205进行的传送。
在阳极化系统500中，阳极化和冲洗/干燥由不同的设备执行。为此，可防止阳极化处理液和冲洗处理液(清洗液)在罐中被混合。
图19是示意地表示在处理一个硅基体的状况下，图17中所示的阳极化系统的操作的流程图。
首先，在步骤S601中，阳极化设备100a或100b的提升致动器113向上移动升降销钉111，如图2中所示。自动传送机械205通过从下方支承硅基体101的下表面，取出水平放在装载机201上的搬运器203中的硅基体101，并把硅基体101放在阳极化设备100a或100b的升降销钉111上，同时使该硅基体101保持水平。
在步骤S602中，如图3中所示，阳极化设备100a或100b的提升致动器113把从下方支承硅基体101的升降销钉111移向下端。在升降销钉111移向下端的向下移动过程中，硅基体101由位于阳极化罐102底部的卡盘垫104从下方支承。卡盘垫104的凹槽104a中的压强被降低，使卡盘垫104卡紧硅基体101。
在步骤S603中，如图3中所示，电机127使负电极129面对硅基体101。
在步骤S604中，阳极化设备100a或100b的提升致动器126向上移动正电极114，并使正电极114的表面接触硅基体101的下表面。正电极114表面上的凹槽115中的压强被降低，使正电极114卡紧硅基体101。
在步骤S605中，如图4中所示，通过供给管道107a，作为阳极化处理液(电解液)的HF溶液132从注射口106a被注入阳极化罐102中，以使阳极化罐充满该溶液。同时，在通过回收管道109a从排放口108a排放HF溶液132的时候，由循环系统(图中未表示)循环该HF溶液132。
如前所述，该循环系统不仅包括阳极化罐102、注射口106a、排放口108a、供给管道107a和回收管道109a，而且还包括存储HF溶液132的存储罐，循环泵和过滤器。循环系统还可包括密度计和用于按照密度计的测量结果和目标浓度，增大/降低HF溶液132的浓度的浓度调节器。可通过，例如测量吸收率测量HF溶液132的浓度。
在步骤S606中，如图4中所示，在循环HF溶液132的同时，由供电设备(图中未表示)在负电极129和正电极114之间施加一个电压，以阳极化硅基体101。借助该工艺步骤，在硅基体101的表面上形成多孔硅层。在控制器210的控制之下，供电设备具有调节要输出的电压和电流的功能。
在步骤S607中，如图5中所示，电机127向上收回负电极129。
在步骤S608中，如图5中所示，停止HF溶液的供给，并通过回收管道109a从阳极化罐102回收HF溶液。
在步骤S609中，如图6中所示，从卡盘垫104中释放硅基体101。该硅基体101由提升致动器126向上移动，并由电极124高速旋转。借助该操作，由离心力除去粘附在硅基体101上的HF溶液。
在步骤S610中，首先，从正电极中释放硅基体101。同时，如图2中所示，提升致动器113向上移动升降销钉111，把硅基体101向上移动到预定位置，同时使硅基体101保持由升降销钉111从下方水平支承的状态。
和该操作并行，在后处理设备400a或400b中，提升致动器113向上移动升降销钉111，如图13中所示。
自动传送机械205通过从下方支承硅基体101，接受在阳极化设备100a或100b的升降销钉111上的硅基体101，并把该硅基体101放在后处理设备400a或400b的升降销钉111上，同时使硅基体101保持水平状态。
在步骤S611中，如图14中所示，后处理设备400的提升致动器126把升降销钉111移向下端，使硅基体101的下表面接触卡盘垫104。之后，使卡盘垫卡紧硅基体101。
在步骤S612，如图14中所示，通过供给管道107b，冲洗处理液(清洗液)133从注射口106b被注入后处理设备400a或400b的处理罐102′中，以便充满该处理罐。同时，在通过回收管道109b从排放口108b把清洗液133回收到回收罐的时候，冲洗硅基体101。
作为清洗液133，最好使用，例如含有表面活性剂的纯水。更具体地说，作为清洗液133，最好使用含有作为表面活性剂的5％-10％酒精的纯水。当使用含有表面活性剂的清洗液时，可使清洗液有效进入在硅基体101上形成的多孔硅层中。
在第一步中向硅基体101供给表面活性剂，随后在第二步中向硅基体供给纯水冲洗该硅基体101也是等效的。
或者，在向硅基体101施加超声波的同时，可应用超声波清洗方法执行该清洗步骤。当施加超声波时，可缩短清洗时间。
在步骤S613中，如图15中所示，停止清洗液的供给，并通过回收管道109b把清洗液从后处理设备400a或400b的处理罐102′回收到回收罐中。
在步骤S614中，如图16中所示，从卡盘垫104中释放硅基体101。该硅基体101由提升致动器126向上移动，并由电机124高速旋转。借助该操作，由离心力除去粘附在硅基体101上的清洗液，以便干燥该硅基体101。
在步骤S615中，从正电极114中释放硅基体101。同时，如图13中所示，后处理设备400a或400b的提升致动器113向上移动升降销钉111，把硅基体101向上移动到预定位置，同时使硅基体101保持由升降销钉111从下方水平支承的状态。之后，通过从下方支承硅基体101，自动传送机械205接受升降销钉111上的硅基体101，并把该硅基体放入卸载机202上的搬运器204中，同时保持水平状态。
根据本发明，例如，要处理的基体被水平夹持，负电极被布置在基体的上方，并防止气体停留在负电极的下侧，从而降低了阳极化反应产生的气体的影响。
根据本发明，例如，至少接触要处理的基体的正电极部分由半导体材料形成，从而降低了基体的污染。
根据本发明，例如要处理的基体只从下方被支承，从而降低了基体的污染。
根据本发明，例如阳极化、冲洗和干燥中的至少两个连续步骤是在一个处理罐中执行的，从而增大了阳极化和一系列相关工艺步骤的速度。
根据本发明，例如，在使基体保持水平状态的同时，在设备之间传送基体。这有效地防止了，例如基体的掉落，并且便于适应基体直径的增加。
根据本发明，例如，在水平状态下，从下方支承基体的同时，执行一系列工艺步骤。这有效地防止了，例如基体的掉落，并且便于适应基体直径的增加。
本发明不限于上述实施例，在本发明的精神和范围内，可作出各种改变和修改。于是，为了向公众告知本发明的范围，提出了下述权利要求。

Claims (22)

1.一种阳极化硅基体的阳极化设备，其特征在于包括：
用于水平夹持所述硅基体的夹持部分；
布置在所述硅基体上方，面对该硅基体的负电极；
布置在所述硅基体下方的正电极；以及
用于用电解液充填所述硅基体和所述负电极之间空间的阳极化罐，
其中所述负电极具有防止气体停留在所述负电极下方的排气孔。
2.按照权利要求1所述的设备，其特征在于：所述夹持部分夹住所述硅基体下表面的周缘部分。
3.按照权利要求1所述的设备，其特征在于：所述夹持部分具有通过卡紧所述硅基体下表面的周缘部分而夹住该硅基体的卡盘部分。
4.按照权利要求1所述的设备，其特征在于：还包括用于在水平面内旋转所述硅基体，以除去粘附在该硅基体上的液体的旋转驱动机构。
5.按照权利要求1所述的设备，其特征在于：所述阳极化罐在底部具有使所述正电极与所述硅基体的下表面接触的开口部分，所述夹持部分被布置成沿着所述阳极化罐底部的开口部分的环形形状，并夹持所述硅基体下表面的周缘部分。
6.按照权利要求5所述的设备，其特征在于还包括：
垂直移动所述正电极的电极提升机构，以及
在所述电极提升机构把所述硅基体向上移动到所述硅基体不与所述夹持部分接触的位置之后、旋转在水平面内卡紧所述硅基体的所述正电极以旋转该硅基体的旋转驱动机构。
7.按照权利要求1所述的设备，其特征在于还包括：用于从自动传送机械接收所述硅基体、并使所述夹持部分夹持该硅基体的基体操作机构。
8.按照权利要求1所述的设备，其特征在于还包括：基体操作机构，用于从自动传送机械接收所述硅基体、使所述夹持部分夹住该硅基体，并把处理后的所述硅基体转移给所述自动传送机械或另一自动传送机械。
9.按照权利要求1所述的设备，其特征在于还包括：提升机构，用于在所述阳极化罐的上部从自动传送机械接收所述硅基体、向下移动该硅基体，并使所述夹持部分夹住该硅基体。
10.按照权利要求1所述的设备，其特征在于还包括：基体提升机构，用于在所述阳极化罐的上部从自动传送机械接收所述硅基体，向下移动该硅基体，使所述夹持部分夹住该硅基体，从所述夹持部分接收处理后的硅基体，向上移动该硅基体，并把该硅基体转移给所述自动传送机械或另一自动传送机械。
11.按照权利要求10所述的设备，其特征在于：所述提升机构具有用于从下方支承所述硅基体的支承部分并垂直移动放置在所述支承部分上的所述硅基体。
12.按照权利要求11所述的设备，其特征在于：所述支承部分水平地从所述自动传送机械接收所述硅基体，并把该硅基体水平地转移给所述自动传送机械。
13.按照权利要求11所述的设备，其特征在于：所述支承部分具有能够从由下方支承要所述硅基体的所述自动传送机械接收该硅基体、或把该硅基体转移给所述自动传送机械的结构。
14.按照权利要求1所述的设备，其特征在于还包括：用于移动所述负电极的驱动机构。
15.按照权利要求14所述的设备，其特征在于：当所述硅基体将由所述夹持部分夹住时，所述驱动机构从所述阳极化罐取出所述负电极；并且当将对该硅基体进行阳极化时，使所述负电极面对该硅基体。
16.按照权利要求1所述的设备，其特征在于还包括：把电解液输入所述阳极化罐的供给部分。
17.按照权利要求1所述的设备，其特征在于还包括：从所述阳极化罐排放电解液的排放部分。
18.按照权利要求1所述的设备，其特征在于还包括：用于在把电解液输入所述阳极化罐并同时从所述阳极化罐排放该电解液的时候循环电解液的循环系统。
19.按照权利要求1所述的设备，其特征在于还包括：用于在所述硅基体被阳极化之后把清洗液输入所述阳极化罐中的供给部分。
20.按照权利要求19所述的设备，其特征在于还包括：从所述阳极化罐排放清洗液的排放部分。
21.按照权利要求1所述的设备，其特征在于：所述设备可被用作用于用电解液充填所述阳极化罐从而对所述硅基体进行阳极化、随后用清洗液充填所述阳极化罐来冲洗该硅基体的设备。
22.按照权利要求1所述的设备，其特征在于：所述设备可被用作用于用电解液充填所述阳极化罐从而对所述硅基体进行阳极化、用清洗液充填所述阳极化罐来冲洗该硅基体、且随后干燥该硅基体的设备。
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