JP3916924B2 - 陽極酸化装置、陽極酸化方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理基板を陽極にして電気化学的に処理を行う陽極酸化装置および陽極酸化方法に係り、特に、処理に際して光の照射を行う陽極酸化に好適な陽極酸化装置および陽極酸化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被処理基板を電気化学的に陽極酸化する処理は、種々の場面で利用されている。このような陽極酸化の一つとして、多結晶シリコン層をポーラス（多孔質）化する処理がある。その概要を述べると、多結晶シリコン層が表面に形成された被処理基板は、導電体を介して電源の正電位極に通電され、かつ、溶媒（例えばエチルアルコール）に溶解されたフッ酸溶液中に浸漬される。フッ酸溶液中すなわち薬液中には、例えばプラチナからなる電極が浸漬され上記電源の負電位極に通電される。また、薬液に浸漬された被処理基板の多結晶シリコン層に向けてはランプにより光が照射される。
【０００３】
これにより、多結晶シリコン層の一部がフッ酸溶液中に溶け出す。この溶け出したあとが細孔となるので、シリコン層が多孔質化するものである。なお、ランプによる光の照射は、上記の溶け出して多孔質化する反応に必要なホールを多結晶シリコン層に生成するためである。参考までに、このような陽極酸化における多結晶シリコン層での反応は、例えば、下記のように説明されている。
Ｓｉ＋２ＨＦ＋（２−ｎ）ｅ＋→ＳｉＦ２＋２Ｈ＋＋ｎｅ−
ＳｉＦ２＋２ＨＦ→ＳｉＦ４＋Ｈ２
ＳｉＦ４＋２ＨＦ→Ｈ２ＳｉＦ６
ここで、ｅ＋はホールであり、ｅ−は電子である。すなわち、この反応には前提としてホールが必要であり単なる電解研磨とは異なるものである。
【０００４】
このようして生成されたポーラスシリコンのミクロレベルの表面にさらにシリコン酸化層を形成すると高効率な電界放射型電子源として好適なものになることは、例えば、特開２０００−１６４１１５公報、特開２０００−１００３１６公報などに開示されている。このような電界放射型電子源としてのポーラスシリコンの利用は、新しい平面型表示装置の実現に途を開くものとして注目されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような光照射が必要な陽極酸化処理においては、光を照射するためのランプと被処理基板の被処理部との間に、必然的に、カソード電極が位置することになる。カソード電極の条件としては、まず、被処理部に対して均一に作用を生じしめるように、被処理部の全面に対して位置的にまんべんなく対向することが必要である。また、一方では、ランプにより発光された光を被処理部に通過させる必要もある。
【０００６】
このためには、例えば、被処理部の平面的広がりと同様な広がりを備えたグリッド状の電極が用いられる。これにより、カソード電極は、被処理部の全面に対して位置的にまんべんなく存在し、かつグリッドの間から光を通過させて被処理部に光を到達させることができる。
【０００７】
しかしながら、いかにグリッド状に電極を構成しても、グリッド状の電極の影が被処理部上には発生する。このため、より細かく見れば被処理部での光照射量がその面上で均一ではなく、陽極酸化としての均一処理性に一定の限界が生じる。
【０００８】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、被処理基板を陽極にして電気化学的に処理を行う陽極酸化装置および陽極酸化方法において、被処理基板の被処理部への光の照射を均一になし、これにより陽極酸化処理を被処理基板面内でより均一にすることが可能な陽極酸化装置および陽極酸化方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の一態様に係る陽極酸化装置は、光を放射するランプと、前記放射された光が到達する位置に設けられ、被処理基板を保持可能な被処理基板保持部と、前記放射された光が前記保持された被処理基板に到達する途上に設けられ、前記光を通過させるための開口部を備え前記光を透過しない導体部を有するカソード電極と、前記カソード電極または前記ランプの空間的位置を周期的振動させる振動機構とを具備することを特徴とする。
【００１０】
すなわち、ランプ、カソード電極、被処理基板を保持する被処理基板保持部の３者の大まかな位置関係を維持したまま、ランプまたはカソード電極の空間的位置を周期的振動させる。これにより、カソード電極の影は被処理基板上で時間的に分散する。したがって、陽極酸化工程に要する時間中の被処理基板上の各部分への光照射量は時間積分的に平均化され、均一化する。よって、陽極酸化処理を被処理基板面内でより均一にすることが可能になる。
【００１１】
なお、ランプ、カソード電極のいずれを振動させるかは、装置を設計する上でコストや各部の空間配置効率を考慮して決定することができる。また、これらの配置関係は、上下方向とする以外にも、横方向から光を照射すべく横方向に配置する場合も含まれる。さらには、光の被処理基板上への照射は、反射、屈折などを介して導かれたものでもよい。また、「周期的振動」は、変位空間上での軌跡が一定の範囲から外に出ないような周期的運動を意味し、１次元、２次元、３次元いずれの運動も含む。
【００１２】
また、本発明の別の態様に係る陽極酸化装置は、被処理基板を保持可能な被処理基板保持部と、前記保持された被処理基板に接続して設けられ、上部が開放された処理槽を形成する壁体と、前記処理槽に処理液を供給する処理液供給部と、前記保持された被処理基板に対向して設けられ、前記保持された被処理基板に光を放射するランプと、前記保持された被処理基板と前記ランプとの間に設けられかつ光を通過させる開口部を有するカソード電極と、前記カソード電極を前記ランプに対して相対的に振動させる振動機構とを具備することを特徴とする。この構成によっても上記とほぼ同様の作用と効果を奏する。
【００１３】
また、本発明の好ましい実施態様として、前記振動機構が、前記カソード電極または前記ランプを前記放射された光の放射方向に対してほぼ垂直の平面上で振動させる、とすることができる。生じる影の位置を被処理基板上で時間的に変えるものである。
【００１４】
また、本発明の好ましい実施態様として、前記振動機構が、前記カソード電極または前記ランプを前記放射された光の放射方向に対してほぼ平行の平面上で振動させる、とすることができる。生じる影の強弱パターンを被処理基板上で時間的に変えるものである。
【００１５】
また、本発明の好ましい実施態様として、前記振動が、往復運動、円運動、または楕円運動である、とすることができる。より単純な機構により運動を生じしめるためである。
【００１７】
また、本発明の好ましい実施態様として、前記カソード電極が、前記導体部がクロスポイントを有する正方グリッド構造であり、前記振動が、往復運動、円運動、および楕円運動のうちの円運動であり、該円運動が、前記クロスポイント間の正方距離のほぼ半分の奇数倍を半径とする前記カソード電極の円運動である、とすることができる。クロスポイントの影が被処理基板上で最も濃くなることを考慮し、その影が運動により集中する領域をなるべく作らないようにするものである。すなわち、円運動の半径を、クロスポイント間の正方距離のほぼ半分の偶数倍とすると、クロスポイントは、隣りのクロスポイントにその運動により移動し、結局クロスポイントの影の集中をもたらすものである。
【００１８】
なお、周期的振動たる上記円運動は、陽極酸化工程に要する時間に対して少なくとも１周期が完了するように周波数を選ぶとその工程による光照射量の一応の平均化がなされる。したがって、１周期の整数倍が陽極酸化工程に要する時間に完了すれば、平均化の効果が得られるが、その整数が大きくなるとちょうど整数であることの意味は相対的に小さくなり、実数倍である場合とほとんど変わりなくなる。
【００１９】
また、本発明の好ましい実施態様として、前記カソード電極が、前記導体部がクロスポイントを有するグリッド構造であり、前記振動が、往復運動、円運動、および楕円運動のうちの往復運動であり、該往復運動が、前記クロスポイント間の対角距離のほぼ半分の奇数倍を振幅とし、かつ前記対角距離の方向になされる前記カソード電極の往復運動である、とすることができる。これも、クロスポイントの影が被処理基板上で最も濃くなることを考慮し、その影が運動により集中する点をなるべく作らないようにするものである。
【００２０】
なお、周期的振動たる上記往復運動は、陽極酸化工程に要する時間に対して少なくとも振幅方向の最大から最小までの半周期が完了するように周波数を選ぶとその工程による光照射量の一応の平均化がなされる。したがって、上記半周期の整数倍が陽極酸化工程に要する時間に完了すれば、平均化の効果が得られるが、その整数が大きくなるとちょうど整数であることの意味は相対的に小さくなり、実数倍である場合とほとんど変わりなくなる。
【００２１】
また、本発明の好ましい実施態様として、前記カソード電極が、前記導体部がクロスポイントを有する長方グリッド構造であり、前記振動が、往復運動、円運動、および楕円運動のうちの楕円運動であり、該楕円運動が、前記クロスポイント間の長辺距離のほぼ半分の奇数倍を長径としかつ前記クロスポイント間の短辺距離のほぼ半分の奇数倍を短径とする前記カソード電極の楕円運動である、とすることができる。これも、クロスポイントの影が被処理基板上で最も濃くなることを考慮し、その影が運動により集中する点をなるべく作らないようにするものである。
【００２２】
なお、この場合も、周期的振動たる上記楕円運動は、陽極酸化工程に要する時間に対して少なくとも１周期が完了するように周波数を選ぶとその工程による光照射量の一応の平均化がなされる。したがって、１周期の整数倍が陽極酸化工程に要する時間に完了すれば、平均化の効果が得られるが、その整数が大きくなるとちょうど整数であることの意味は相対的に小さくなり、実数倍である場合とほとんど変わりなくなる。
【００２３】
また、本発明の好ましい実施態様として、前記カソード電極が、前記放射された光の放射方向にほぼ平行な主面を有する板状体の集合である、とすることができる。光の放射方向にほぼ平行な板状体の主面に、角度を小さく光を入射・反射させることにより、影を作りにくくする効果を加えるものである。
【００２４】
また、本発明の一態様に係る陽極酸化方法は、被処理基板保持部に被処理基板を保持させるステップと、前記保持された被処理基板の被処理部とカソード電極とを薬液に接触させるステップと、前記薬液に接触させられた前記被処理部と前記カソード電極との間を電流駆動するステップと、前記薬液に接触させられた前記被処理部にランプで光を照射するステップと、前記薬液に接触させられた前記カソード電極、またはその状態における前記ランプの空間的位置を周期的振動させるステップとを有することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の別の態様に係る陽極酸化方法は、処理液を接触された被処理基板に光を照射し、かつ、前記被処理基板と対向して設けられたランプと前記被処理基板との間に配設され光を通過させる開口部を有するカソード電極を前記ランプと相対的に振動させることを特徴とする。
【００２６】
すなわち、ランプ、カソード電極、被処理基板を保持する被処理基板保持部の３者の大まかな位置関係を維持したまま、ランプまたはカソード電極の空間的位置を周期的振動させる。これにより、カソード電極の影は被処理基板上で時間的に分散する。したがって、陽極酸化工程に要する時間中の被処理基板上の各部分への光照射量は時間的に平均化され、均一化する。よって、陽極酸化処理を被処理基板面内でより均一にすることが可能になる。
【００２７】
なお、「前記薬液に接触させられた前記被処理部と前記カソード電極との間を電流駆動するステップ」と、「前記薬液に接触させられた前記被処理部にランプで光を照射するステップ」と、「前記薬液に接触させられた前記カソード電極、またはその状態における前記ランプの空間的位置を周期的振動させるステップ」とは、順序としてこの通りである必要はなく、むしろ進行する時間帯が重なり得るステップである。
【００２８】
なお、前記カソード電極を前記被処理基板の面と平行な面内で振動させると、すでに述べたように、生じる影の位置を被処理基板上で時間的に変えることにより、被処理基板上の各部分への光照射量は時間的に平均化される。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００３０】
図１は、本発明の一実施形態たる陽極酸化装置を模式的に示す正面図である。同図に示すように、この陽極酸化装置は、ステージ１１、カソード電極１３、壁部１５、ランプ１７を複数有するランプユニット１６、ランプユニット支持部材１８、カソード電極振動機構１９、カソード電極振動機構支持部材２０を具備する。
【００３１】
被処理基板保持部としてのステージ１１の上には、被処理基板１２（上面が被処理部）が載置・保持され、水平方向四方を囲む壁部１５がステージ１１および被処理基板１２の周縁上に設置される。壁部１５のこの設置は、ステージ１１上に被処理基板１２を載置・保持したのち、例えばその上方から壁部１５を降下させて行う。なお、陽極酸化処理時に被処理基板１２を底部として壁部１５内に薬液（処理液）１４を張るので、壁部１５と被処理基板１２との接触部位には周状にシール部材（図示せず）が設けられる。さらに、被処理基板１２の被処理部に陽極酸化処理時に電気を供給するための導体（図示せず）が上記シール部材の周外側に設けられる。
【００３２】
被処理基板１２を底部として壁部１５内に薬液１４を張ることにより処理槽が形成される。処理層への薬液の供給は、例えば、処理層内への供給管（図示せず）の設置や壁部１５を貫通する供給路（図示せず）などにより行なうことができる。処理槽内には、カソード電極１３が、薬液１４に浸漬されるようにかつ被処理基板１２に対向して設けられる。カソード電極１３は、カソード電極振動機構１９に吊設されており、かつ、カソード電極振動機構１９により水平面内の円運動をさせられ得る。カソード電極１３の平面構成については後述する。
【００３３】
カソード電極振動機構１９は、カソード電極振動機構支持部材２０により壁部１５に固定される。カソード電極振動機構１９内の主要構成については後述する。
【００３４】
被処理基板１２のカソード電極１３ごしにはランプユニット１６が設けられ、その照射光線は、カソード電極１３の開口部を通して被処理基板１２にほぼ垂直方向に入射する。ランプユニット１６は、ランプユニット支持部材１８により壁部１５に固定される。
【００３５】
なお、この実施の形態は、上記のように、被処理基板１２を載置・保持したステージ１１、カソード電極１３、ランプユニット１７の３者のうち、カソード電極１３を振動させるものである。これにより、ランプユニット１６によるカソード電極１３の影は被処理基板１２上で時間的に分散する。したがって、陽極酸化工程に要する時間中の被処理基板１２上の各部分への光照射量は時間積分的に平均化され、均一化する。よって、陽極酸化処理を被処理基板面内でより均一にすることが可能になる。
【００３６】
図２は、図１中に示したカソード電極１３の平面図である。図２に示すようにこのカソード電極は、縦横ともにピッチａ１のグリッド状に構成され、縦横の各交差点にクロスポイント１３ａが存在し、グリッドを構成する各線材の間は光を通過させる開口部である。ここで、例えば、カソード電極１３の材質はプラチナ、ピッチａ１は１０ｍｍ程度、グリッドを構成する線材の太さは０．５ｍｍ程度である。
【００３７】
図３は、図１中に示したカソード電極振動機構１９の主要部を示す平面図である。図３に示すように、この主要部中には、振動プレート３１、カソード電極連結部３２、歯車３４、３６、振動ピン３５、３７、タイミングベルト３８、歯車３９、モータ４０が存在する。
【００３８】
モータ４０により歯車３９が回転し、その回転力がタイミングベルト３８により歯車３６に伝達する。歯車３６は、回転軸位置が固定され回転自在に支持されている。歯車３６と振動ピン３７とは、歯車３６の偏心した位置に振動ピン３７が固定されている関係であり、振動ピン３７は、平面的に円形をなし振動プレート３１に設けられた貫通孔に嵌合している。この貫通孔の孔面に対して振動ピン３７は褶動自在である。
【００３９】
一方、歯車３４と振動ピン３５との関係は、歯車３６と振動ピン３７との関係と同様であり、歯車３４は、回転軸位置が固定され回転自在に支持され、振動ピン３５は、振動プレート３１に設けられた別の貫通孔に嵌合している。この貫通孔に孔面に対して振動ピン３５は褶動自在である。なお、歯車３４は、その歯に対して何らの力伝達要素も設けられていない。
【００４０】
振動プレート３１は、４箇所のカソード電極連結部３２によりカソード電極１３を吊設する。
【００４１】
このような構成により、モータ４０が回転すると、歯車３９の回転がタイミングベルト３８を介して歯車３６の回転させ、振動ピン３７が円運動を行う。これにより振動プレート３１は、ある動きを誘発されるが、振動ピン３５による規制があるため歯車３４の回転を伴うものになる。したがって、歯車３６と歯車３４とが同期した回転となり、結局、振動プレート３１が円運動することになる。よって、振動プレート３１に吊設されたカソード電極１３も水平面内で円運動をする。
【００４２】
ここで、歯車３４（３６）の回転中心からの振動ピン３５（３７）の偏心を図示のように（ａ１）／２とすると、カソード電極１３のクロスポイント１３ａの位置が隣りのクロスポイントの位置と重ならないように円運動が行われる。したがって、クロスポイント１３ａの影が被処理基板１２上で最も濃くなることに配慮して、その影が運動により集中する領域をなるべく作らないようにすることができる。同様に考えて、上記偏心量を（ａ１）／２の奇数倍としてもよい。
【００４３】
なお、図２においては、カソード電極１３のグリッド構造を正方グリッド構造として説明し、それに対応する図３に示すようなカソード電極振動機構１９の主要部構造を示したが、カソード電極１３の構造を長方グリッド構造とする場合には、影の分散効率という意味でカソード電極振動機構１９による運動は楕円運動とするのが好ましい。
【００４４】
このためには、図３における振動プレート３１を円運動に代えて楕円運動させるようにすればよい。このためのひとつの方法として、例えば次のようなものが考えられる。まず、歯車３６、３４を傾けて、平面図上で楕円に見えるように設置する。この見かけ上の楕円は、長軸が図３の左右方向（または上下方向）になるようにする。歯車３６（３４）と振動ピン３７（３５）との関係は、固定ではなく、振動ピン３７（３５）の根元において振動ピン３７（３５）が回転自在に、かつ歯車側面（歯面でない面）に対して倒れ角が自在となるように支持する。また、振動ピン３７（３５）が振動プレート３１に嵌合される角度が垂直を保つように振動プレート３１の貫通孔に規制機能を設ける。
【００４５】
これにより、振動ピン３７（３５）は楕円運動をするので、振動プレート３１の楕円運動が得られる。よって、カソード電極１３も楕円運動する。なお、もちろん偏心カムなどを用いる周知の楕円運動機構を利用してもよい。
【００４６】
カソード電極１３の構造が長方グリッド構造であり、振動プレート３１が楕円運動を行う場合に、クロスポイント１３ａの影が被処理基板１２上で最も濃くなることに配慮してその影が運動により集中する領域をなるべく作らないようにするためには、クロスポイント間の長辺距離のほぼ半分の奇数倍を長径としかつクロスポイント間の短辺距離のほぼ半分の奇数倍を短径とするように楕円運動をせればよい。この理由は、隣のクロスポイントとの距離を考慮すると円運動をさせる場合と同様に考えることができる。
【００４７】
次に、図２に示したカソード電極１３に代えて図１に示した陽極酸化装置において用いることができるカソード電極の別の例を図４を参照して説明する。図４は、図１中に示したカソード電極１３の別の例を示す平面図である。図４に示すカソード電極１３１は、図２に示したものと同様に正方グリッド構造（ピッチａ２）を有するが、線材の設定角度が４５度傾けられている。
【００４８】
この場合においても、図３に示したようなカソード電極振動機構を用いることで図２に示したカソード電極１３と同様な効果を得ることができる。ただし、図３に示した偏心量（ａ１）／２は、（ａ２）／２またはその奇数倍にするとより好ましい。
【００４９】
また、図４に示すようなカソード電極１３１の場合には、カソード電極１３１を円運動ではなく直線的な往復運動（図上の上下方向、または左右方向）とすることによっても影の時間的な分散効果が得られる。これらの方向に往復運動させると各線材の長手方向を避けて運動させることなり、線材の影が時間的に移動するからである。
【００５０】
図５は、図４に示したようなカソード電極１３１を図１に示した陽極酸化装置に適用する場合に用いることができるカソード電極振動機構１９の主要部を示す平面図である。図５に示すように、この主要部中には、規制部材５１、５２、振動プレート５３、連結節５４、連結ピン５５、５６、モータ５７、回転ホイール５８、カソード電極連結部３２が存在する。
【００５１】
モータ５７が回転するとこれに接続された回転ホイール５８が回転し、回転ホリール５８に固定された連結ピン５６が回転する。連結ピン５６の回転を連結節５４により、連結ピン５５を介して振動プレート５３に伝達し、振動プレート５３を往復運動させる。すなわち、振動プレート５３は、規制部材５１、５２により上下方向に規制されている。以上説明からわかるように、この機構は一種のピストン−クランク機構である。
【００５２】
振動プレート５３には、カソード電極連結部３２によりカソード電極１３１が吊設されているので、振動プレート５３の往復運動によりカソード電極１３１の往復運動がなされる。
【００５３】
ここで、連結ピン５６の回転ホイール５８上の偏心は、図示のように（√２）（ａ２）／２とすると、クロスポイント１３１ａの影が被処理基板１２上で最も濃くなることに配慮して、その影が運動により集中する領域をなるべく作らないようにすることができる。すなわち、カソード電極１３１のクロスポイント１３１ａの位置が隣りのクロスポイントの位置と重ならないように往復運動が行われる。同様に考えて、連結ピン５６の回転ホイール５８上の偏心を、（√２）（ａ２）／２の奇数倍としてもよい。
【００５４】
以上の実施の形態では、光の照射方向に対して垂直の面内でカソード電極１３を運動させて、被処理基板１２上に生じる影の位置を時間的に変えることを説明したが、カソード電極１３を光の照射方向に対してほぼ平行な面内で運動させる方法も採り得る方法である。この場合には、被処理基板１２上に生じる影の強弱パターンが時間的に変化する。よって、何らカソード電極１３を運動させない場合より、光の照射量は時間的に平均化する。
【００５５】
これに対応するためにはカソード電極１３、１３１を垂直方向に運動させるようにすべく、図３、図５に示したようなカソード電極振動機構を水平軸回りに９０度回転させて設ければよい。さらには、カソード電極１３、１３１を光の照射方向に対してほぼ垂直な面内で運動させ、かつ光の照射方向に対してほぼ平行な面内でも運動させるようにしてもよい。この場合には、カソード電極振動機構１９を壁部１５に固定せずに、カソード電極振動機構１９自体を運動させる別の振動機構に載せればこれが実現できる。
【００５６】
次に、図２、図４に示したカソード電極１３、１３１に代えて図１に示した陽極酸化装置において用いることができるカソード電極の別の例を図６を参照して説明する。図６は、図１中に示したカソード電極１３のさらに別の例を示す平面図（図６（ａ））および正面図（図６（ｂ））である。
【００５７】
図６に示すカソード電極１３２は、板状体の集合であって、その両主面にほぼ平行な方向に光が通過するように構成され、各板状体の間が光を通過させる開口部である。ここで、例えば、カソード電極１３２の材質はプラチナ、板状体の間のピッチは１０ｍｍ程度、板状体の高さは２ｍｍ程度、その厚さは０．０５ないし０．１ｍｍ程度である。
【００５８】
このようなカソード電極１３２によれば、光線の開口部の通過が図６（ｂ）中に示すようになる（すなわち、板状体の両主面で光の反射が生じる）傾向をもともと有するため、カソード電極１３２の影が生じにくい（もう少し正確に言うと影が分散して生じる）。このようなカソード電極１３２を用いて、さらに、カソード電極１３２を上下方向に往復運動または円運動させると、生じる影の時間的な分散効果を増大させることができる。
【００５９】
よって、陽極酸化工程に要する時間中の被処理基板１２上の各部分への光照射量は時間積分的に平均化され、均一化する。これにより、陽極酸化処理を被処理基板面内でより均一にすることが可能になる。
【００６０】
なお、このようなカソード電極１３２の運動を行うためには、カソード電極振動機構１９に図３あるいは図５に示したような運動機構を設ければよい。その際、カソード電極１３２の運動を垂直方向になすため、水平軸回りに９０度傾けて設置する。
【００６１】
次に、図１に示した陽極酸化装置の一連の動作について図７をも参照して説明する。図７は、図１に示した陽極酸化装置の動作フローを示す流れ図である。
【００６２】
まず、ステージ１１と壁部１５とが上下に離間した状態において、ステージ１１上に被処理基板１２が載置され、その載置状態が保持される（ステップ７１）。被処理基板１２は、被処理部が上に向けられている。ステージ１１上への載置には、ロボットなどの基板搬送機構を用いてもよい。
【００６３】
次に、壁部１５を降下させステージ１１上および被処理基板１２の周縁部上に設置する。このとき、すでに述べたように被処理基板１２の周縁と壁部１５との間には液体シールが確立され、かつその液体シールがされた部位の外側では被処理基板１２の電極と導体により電気的接触がなされる。また、カソード電極振動機構１９およびランプユニット１６が壁体１５に固定されていることにより、これらの位置が被処理基板１２に対して所定に設定される。これらにより処理槽が形成される（以上ステップ７２）。
【００６４】
次に、形成された処理槽に薬液を張る（ステップ７３）。これにより、被処理基板１２の被処理部とカソード電極１３とが薬液に接触した状態となる。薬液は、例えば、エチルアルコールを溶媒とするフッ酸の溶液である。薬液を処理槽に導入するには、例えば、壁部１５に供給路を設けてもよいし、供給管を処理槽の上方から差し入れてもよい。
【００６５】
次に、カソード電極振動機構１９でカソード電極１３を周期的振動させながら、陽極酸化反応を被処理基板１２に起こす（ステップ７４）。このため、被処理基板１２の電極に接触する導体とカソード電極１３との間を電流源で駆動し、かつランプユニット１６のランプ１７により被処理基板１２を照射する。この反応時間は、温度などの条件にもよるが数秒である。
【００６６】
次に、カソード電極１３の周期的振動、被処理基板１２の電極に接触する導体とカソード電極１３との間の電流源駆動、ランプユニット１６のランプ１７による被処理基板１２の照射をすべてやめ、薬液を排出する。薬液の排出は、例えば壁部１５に排出路を設けることによっても、排出管を処理槽の上方から差し入れて吸い出すようにしてもよい。薬液は、強い腐蝕性があるのでこのあと被処理基板１２ともども処理槽を洗浄する。このための洗浄は、例えば、洗浄液の処理槽への供給と排出を繰り返すことにより行うことができる（以上ステップ７５）。以上により、被処理基板１２の一連の陽極酸化工程を完了することができる。
【００６７】
以上の実施の形態では、カソード電極１３、１３１、１３２を周期的振動させる形態を説明したが、これに代えて、あるいはこれに加えて、ランプユニット１６や参考までであるがステージ１１を周期的振動させても、影の分散効果によって、陽極酸化処理の被処理基板１２面上での均一性向上を図ることができる。
【００６８】
ランプユニット１６を周期的振動させるには、例えば、ランプユニット１６をカソード電極振動機構１９のような機構に吊設すればよい。ステージ１１を周期的振動させるには、壁部１５へのランプユニット支持部材１８およびカソード電極振動機構支持部材２０の支持を開放したうえで、ステージ１１、被処理基板１２、壁部１５を一体として、周期的振動させればよい。このためには、やはり、カソード電極振動機構１９のような機構をステージ１１下に設ければよい。
【００６９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ランプ、カソード電極、被処理基板を保持する被処理基板保持部の３者の大まかな位置関係を維持したまま、ランプまたはカソード電極の空間的位置を周期的振動させる。これにより、カソード電極の影は被処理基板上で時間的に分散するので、陽極酸化工程に要する時間中の被処理基板上の各部分への光照射量は時間積分的に平均化され、均一化する。よって、陽極酸化処理を被処理基板面内でより均一にすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態たる陽極酸化装置を模式的に示す正面図。
【図２】図１中に示したカソード電極１３の平面図。
【図３】図１中に示したカソード電極振動機構１９の主要部を示す平面図。
【図４】図１中に示したカソード電極１３の別の例を示す平面図。
【図５】図４に示したカソード電極１３１を図１に示した陽極酸化装置に適用する場合に用いることができるカソード電極振動機構１９の主要部を示す平面図。
【図６】図１中に示したカソード電極１３のさらに別の例を示す平面図（図６（ａ））および正面図（図６（ｂ））。
【図７】図１に示した陽極酸化装置の動作フローを示す流れ図。
【符号の説明】
１１…ステージ、１２…被処理基板、１３，１３１，１３２…カソード電極、１３ａ，１３１ａ…クロスポイント、１４…薬液、１５…壁部、１６…ランプユニット、１７…ランプ、１８…ランプユニット支持部材、１９…カソード電極振動機構、２０…カソード電極振動機構支持部材、３１…振動プレート、３２…カソード電極連結部、３４，３６…歯車、３５，３７…振動ピン、３８…タイミングベルト、３９…歯車、４０…モータ、５１，５２…規制部材、５３…振動プレート、５４…連結節、５５，５６…連結ピン、５７…モータ、５８…回転ホイール
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理基板を陽極にして電気化学的に処理を行う陽極酸化装置および陽極酸化方法に係り、特に、処理に際して光の照射を行う陽極酸化に好適な陽極酸化装置および陽極酸化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被処理基板を電気化学的に陽極酸化する処理は、種々の場面で利用されている。このような陽極酸化の一つとして、多結晶シリコン層をポーラス（多孔質）化する処理がある。その概要を述べると、多結晶シリコン層が表面に形成された被処理基板は、導電体を介して電源の正電位極に通電され、かつ、溶媒（例えばエチルアルコール）に溶解されたフッ酸溶液中に浸漬される。フッ酸溶液中すなわち薬液中には、例えばプラチナからなる電極が浸漬され上記電源の負電位極に通電される。また、薬液に浸漬された被処理基板の多結晶シリコン層に向けてはランプにより光が照射される。
【０００３】
これにより、多結晶シリコン層の一部がフッ酸溶液中に溶け出す。この溶け出したあとが細孔となるので、シリコン層が多孔質化するものである。なお、ランプによる光の照射は、上記の溶け出して多孔質化する反応に必要なホールを多結晶シリコン層に生成するためである。参考までに、このような陽極酸化における多結晶シリコン層での反応は、例えば、下記のように説明されている。
Ｓｉ＋２ＨＦ＋（２−ｎ）ｅ＋→ＳｉＦ２＋２Ｈ＋＋ｎｅ−
ＳｉＦ２＋２ＨＦ→ＳｉＦ４＋Ｈ２
ＳｉＦ４＋２ＨＦ→Ｈ２ＳｉＦ６
ここで、ｅ＋はホールであり、ｅ−は電子である。すなわち、この反応には前提としてホールが必要であり単なる電解研磨とは異なるものである。
【０００４】
このようして生成されたポーラスシリコンのミクロレベルの表面にさらにシリコン酸化層を形成すると高効率な電界放射型電子源として好適なものになることは、例えば、特開２０００−１６４１１５公報、特開２０００−１００３１６公報などに開示されている。このような電界放射型電子源としてのポーラスシリコンの利用は、新しい平面型表示装置の実現に途を開くものとして注目されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような光照射が必要な陽極酸化処理においては、光を照射するためのランプと被処理基板の被処理部との間に、必然的に、カソード電極が位置することになる。カソード電極の条件としては、まず、被処理部に対して均一に作用を生じしめるように、被処理部の全面に対して位置的にまんべんなく対向することが必要である。また、一方では、ランプにより発光された光を被処理部に通過させる必要もある。
【０００６】
このためには、例えば、被処理部の平面的広がりと同様な広がりを備えたグリッド状の電極が用いられる。これにより、カソード電極は、被処理部の全面に対して位置的にまんべんなく存在し、かつグリッドの間から光を通過させて被処理部に光を到達させることができる。
【０００７】
しかしながら、いかにグリッド状に電極を構成しても、グリッド状の電極の影が被処理部上には発生する。このため、より細かく見れば被処理部での光照射量がその面上で均一ではなく、陽極酸化としての均一処理性に一定の限界が生じる。
【０００８】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、被処理基板を陽極にして電気化学的に処理を行う陽極酸化装置および陽極酸化方法において、被処理基板の被処理部への光の照射を均一になし、これにより陽極酸化処理を被処理基板面内でより均一にすることが可能な陽極酸化装置および陽極酸化方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の一態様に係る陽極酸化装置は、光を放射するランプと、前記放射された光が到達する位置に設けられ、被処理基板を保持可能な被処理基板保持部と、前記放射された光が前記保持された被処理基板に到達する途上に設けられ、前記光を通過させるための開口部を備え前記光を透過しない導体部を有するカソード電極と、前記カソード電極または前記ランプの空間的位置を周期的振動させる振動機構とを具備することを特徴とする。
【００１０】
すなわち、ランプ、カソード電極、被処理基板を保持する被処理基板保持部の３者の大まかな位置関係を維持したまま、ランプまたはカソード電極の空間的位置を周期的振動させる。これにより、カソード電極の影は被処理基板上で時間的に分散する。したがって、陽極酸化工程に要する時間中の被処理基板上の各部分への光照射量は時間積分的に平均化され、均一化する。よって、陽極酸化処理を被処理基板面内でより均一にすることが可能になる。
【００１１】
なお、ランプ、カソード電極のいずれを振動させるかは、装置を設計する上でコストや各部の空間配置効率を考慮して決定することができる。また、これらの配置関係は、上下方向とする以外にも、横方向から光を照射すべく横方向に配置する場合も含まれる。さらには、光の被処理基板上への照射は、反射、屈折などを介して導かれたものでもよい。また、「周期的振動」は、変位空間上での軌跡が一定の範囲から外に出ないような周期的運動を意味し、１次元、２次元、３次元いずれの運動も含む。
【００１２】
また、本発明の別の態様に係る陽極酸化装置は、被処理基板を保持可能な被処理基板保持部と、前記保持された被処理基板に接続して設けられ、上部が開放された処理槽を形成する壁体と、前記処理槽に処理液を供給する処理液供給部と、前記保持された被処理基板に対向して設けられ、前記保持された被処理基板に光を放射するランプと、前記保持された被処理基板と前記ランプとの間に設けられかつ光を通過させる開口部を有するカソード電極と、前記カソード電極を前記ランプに対して相対的に振動させる振動機構とを具備することを特徴とする。この構成によっても上記とほぼ同様の作用と効果を奏する。
【００１３】
また、本発明の好ましい実施態様として、前記振動機構が、前記カソード電極または前記ランプを前記放射された光の放射方向に対してほぼ垂直の平面上で振動させる、とすることができる。生じる影の位置を被処理基板上で時間的に変えるものである。
【００１４】
また、本発明の好ましい実施態様として、前記振動機構が、前記カソード電極または前記ランプを前記放射された光の放射方向に対してほぼ平行の平面上で振動させる、とすることができる。生じる影の強弱パターンを被処理基板上で時間的に変えるものである。
【００１５】
また、本発明の好ましい実施態様として、前記振動が、往復運動、円運動、または楕円運動である、とすることができる。より単純な機構により運動を生じしめるためである。
【００１７】
また、本発明の好ましい実施態様として、前記カソード電極が、前記導体部がクロスポイントを有する正方グリッド構造であり、前記振動が、往復運動、円運動、および楕円運動のうちの円運動であり、該円運動が、前記クロスポイント間の正方距離のほぼ半分の奇数倍を半径とする前記カソード電極の円運動である、とすることができる。クロスポイントの影が被処理基板上で最も濃くなることを考慮し、その影が運動により集中する領域をなるべく作らないようにするものである。すなわち、円運動の半径を、クロスポイント間の正方距離のほぼ半分の偶数倍とすると、クロスポイントは、隣りのクロスポイントにその運動により移動し、結局クロスポイントの影の集中をもたらすものである。
【００１８】
なお、周期的振動たる上記円運動は、陽極酸化工程に要する時間に対して少なくとも１周期が完了するように周波数を選ぶとその工程による光照射量の一応の平均化がなされる。したがって、１周期の整数倍が陽極酸化工程に要する時間に完了すれば、平均化の効果が得られるが、その整数が大きくなるとちょうど整数であることの意味は相対的に小さくなり、実数倍である場合とほとんど変わりなくなる。
【００１９】
また、本発明の好ましい実施態様として、前記カソード電極が、前記導体部がクロスポイントを有するグリッド構造であり、前記振動が、往復運動、円運動、および楕円運動のうちの往復運動であり、該往復運動が、前記クロスポイント間の対角距離のほぼ半分の奇数倍を振幅とし、かつ前記対角距離の方向になされる前記カソード電極の往復運動である、とすることができる。これも、クロスポイントの影が被処理基板上で最も濃くなることを考慮し、その影が運動により集中する点をなるべく作らないようにするものである。
【００２０】
なお、周期的振動たる上記往復運動は、陽極酸化工程に要する時間に対して少なくとも振幅方向の最大から最小までの半周期が完了するように周波数を選ぶとその工程による光照射量の一応の平均化がなされる。したがって、上記半周期の整数倍が陽極酸化工程に要する時間に完了すれば、平均化の効果が得られるが、その整数が大きくなるとちょうど整数であることの意味は相対的に小さくなり、実数倍である場合とほとんど変わりなくなる。
【００２１】
また、本発明の好ましい実施態様として、前記カソード電極が、前記導体部がクロスポイントを有する長方グリッド構造であり、前記振動が、往復運動、円運動、および楕円運動のうちの楕円運動であり、該楕円運動が、前記クロスポイント間の長辺距離のほぼ半分の奇数倍を長径としかつ前記クロスポイント間の短辺距離のほぼ半分の奇数倍を短径とする前記カソード電極の楕円運動である、とすることができる。これも、クロスポイントの影が被処理基板上で最も濃くなることを考慮し、その影が運動により集中する点をなるべく作らないようにするものである。
【００２２】
なお、この場合も、周期的振動たる上記楕円運動は、陽極酸化工程に要する時間に対して少なくとも１周期が完了するように周波数を選ぶとその工程による光照射量の一応の平均化がなされる。したがって、１周期の整数倍が陽極酸化工程に要する時間に完了すれば、平均化の効果が得られるが、その整数が大きくなるとちょうど整数であることの意味は相対的に小さくなり、実数倍である場合とほとんど変わりなくなる。
【００２３】
また、本発明の好ましい実施態様として、前記カソード電極が、前記放射された光の放射方向にほぼ平行な主面を有する板状体の集合である、とすることができる。光の放射方向にほぼ平行な板状体の主面に、角度を小さく光を入射・反射させることにより、影を作りにくくする効果を加えるものである。
【００２４】
また、本発明の一態様に係る陽極酸化方法は、被処理基板保持部に被処理基板を保持させるステップと、前記保持された被処理基板の被処理部とカソード電極とを薬液に接触させるステップと、前記薬液に接触させられた前記被処理部と前記カソード電極との間を電流駆動するステップと、前記薬液に接触させられた前記被処理部にランプで光を照射するステップと、前記薬液に接触させられた前記カソード電極、またはその状態における前記ランプの空間的位置を周期的振動させるステップとを有することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の別の態様に係る陽極酸化方法は、処理液を接触された被処理基板に光を照射し、かつ、前記被処理基板と対向して設けられたランプと前記被処理基板との間に配設され光を通過させる開口部を有するカソード電極を前記ランプと相対的に振動させることを特徴とする。
【００２６】
すなわち、ランプ、カソード電極、被処理基板を保持する被処理基板保持部の３者の大まかな位置関係を維持したまま、ランプまたはカソード電極の空間的位置を周期的振動させる。これにより、カソード電極の影は被処理基板上で時間的に分散する。したがって、陽極酸化工程に要する時間中の被処理基板上の各部分への光照射量は時間的に平均化され、均一化する。よって、陽極酸化処理を被処理基板面内でより均一にすることが可能になる。
【００２７】
なお、「前記薬液に接触させられた前記被処理部と前記カソード電極との間を電流駆動するステップ」と、「前記薬液に接触させられた前記被処理部にランプで光を照射するステップ」と、「前記薬液に接触させられた前記カソード電極、またはその状態における前記ランプの空間的位置を周期的振動させるステップ」とは、順序としてこの通りである必要はなく、むしろ進行する時間帯が重なり得るステップである。
【００２８】
なお、前記カソード電極を前記被処理基板の面と平行な面内で振動させると、すでに述べたように、生じる影の位置を被処理基板上で時間的に変えることにより、被処理基板上の各部分への光照射量は時間的に平均化される。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００３０】
図１は、本発明の一実施形態たる陽極酸化装置を模式的に示す正面図である。同図に示すように、この陽極酸化装置は、ステージ１１、カソード電極１３、壁部１５、ランプ１７を複数有するランプユニット１６、ランプユニット支持部材１８、カソード電極振動機構１９、カソード電極振動機構支持部材２０を具備する。
【００３１】
被処理基板保持部としてのステージ１１の上には、被処理基板１２（上面が被処理部）が載置・保持され、水平方向四方を囲む壁部１５がステージ１１および被処理基板１２の周縁上に設置される。壁部１５のこの設置は、ステージ１１上に被処理基板１２を載置・保持したのち、例えばその上方から壁部１５を降下させて行う。なお、陽極酸化処理時に被処理基板１２を底部として壁部１５内に薬液（処理液）１４を張るので、壁部１５と被処理基板１２との接触部位には周状にシール部材（図示せず）が設けられる。さらに、被処理基板１２の被処理部に陽極酸化処理時に電気を供給するための導体（図示せず）が上記シール部材の周外側に設けられる。
【００３２】
被処理基板１２を底部として壁部１５内に薬液１４を張ることにより処理槽が形成される。処理層への薬液の供給は、例えば、処理層内への供給管（図示せず）の設置や壁部１５を貫通する供給路（図示せず）などにより行なうことができる。処理槽内には、カソード電極１３が、薬液１４に浸漬されるようにかつ被処理基板１２に対向して設けられる。カソード電極１３は、カソード電極振動機構１９に吊設されており、かつ、カソード電極振動機構１９により水平面内の円運動をさせられ得る。カソード電極１３の平面構成については後述する。
【００３３】
カソード電極振動機構１９は、カソード電極振動機構支持部材２０により壁部１５に固定される。カソード電極振動機構１９内の主要構成については後述する。
【００３４】
被処理基板１２のカソード電極１３ごしにはランプユニット１６が設けられ、その照射光線は、カソード電極１３の開口部を通して被処理基板１２にほぼ垂直方向に入射する。ランプユニット１６は、ランプユニット支持部材１８により壁部１５に固定される。
【００３５】
なお、この実施の形態は、上記のように、被処理基板１２を載置・保持したステージ１１、カソード電極１３、ランプユニット１７の３者のうち、カソード電極１３を振動させるものである。これにより、ランプユニット１６によるカソード電極１３の影は被処理基板１２上で時間的に分散する。したがって、陽極酸化工程に要する時間中の被処理基板１２上の各部分への光照射量は時間積分的に平均化され、均一化する。よって、陽極酸化処理を被処理基板面内でより均一にすることが可能になる。
【００３６】
図２は、図１中に示したカソード電極１３の平面図である。図２に示すようにこのカソード電極は、縦横ともにピッチａ１のグリッド状に構成され、縦横の各交差点にクロスポイント１３ａが存在し、グリッドを構成する各線材の間は光を通過させる開口部である。ここで、例えば、カソード電極１３の材質はプラチナ、ピッチａ１は１０ｍｍ程度、グリッドを構成する線材の太さは０．５ｍｍ程度である。
【００３７】
図３は、図１中に示したカソード電極振動機構１９の主要部を示す平面図である。図３に示すように、この主要部中には、振動プレート３１、カソード電極連結部３２、歯車３４、３６、振動ピン３５、３７、タイミングベルト３８、歯車３９、モータ４０が存在する。
【００３８】
モータ４０により歯車３９が回転し、その回転力がタイミングベルト３８により歯車３６に伝達する。歯車３６は、回転軸位置が固定され回転自在に支持されている。歯車３６と振動ピン３７とは、歯車３６の偏心した位置に振動ピン３７が固定されている関係であり、振動ピン３７は、平面的に円形をなし振動プレート３１に設けられた貫通孔に嵌合している。この貫通孔の孔面に対して振動ピン３７は褶動自在である。
【００３９】
一方、歯車３４と振動ピン３５との関係は、歯車３６と振動ピン３７との関係と同様であり、歯車３４は、回転軸位置が固定され回転自在に支持され、振動ピン３５は、振動プレート３１に設けられた別の貫通孔に嵌合している。この貫通孔に孔面に対して振動ピン３５は褶動自在である。なお、歯車３４は、その歯に対して何らの力伝達要素も設けられていない。
【００４０】
振動プレート３１は、４箇所のカソード電極連結部３２によりカソード電極１３を吊設する。
【００４１】
このような構成により、モータ４０が回転すると、歯車３９の回転がタイミングベルト３８を介して歯車３６の回転させ、振動ピン３７が円運動を行う。これにより振動プレート３１は、ある動きを誘発されるが、振動ピン３５による規制があるため歯車３４の回転を伴うものになる。したがって、歯車３６と歯車３４とが同期した回転となり、結局、振動プレート３１が円運動することになる。よって、振動プレート３１に吊設されたカソード電極１３も水平面内で円運動をする。
【００４２】
ここで、歯車３４（３６）の回転中心からの振動ピン３５（３７）の偏心を図示のように（ａ１）／２とすると、カソード電極１３のクロスポイント１３ａの位置が隣りのクロスポイントの位置と重ならないように円運動が行われる。したがって、クロスポイント１３ａの影が被処理基板１２上で最も濃くなることに配慮して、その影が運動により集中する領域をなるべく作らないようにすることができる。同様に考えて、上記偏心量を（ａ１）／２の奇数倍としてもよい。
【００４３】
なお、図２においては、カソード電極１３のグリッド構造を正方グリッド構造として説明し、それに対応する図３に示すようなカソード電極振動機構１９の主要部構造を示したが、カソード電極１３の構造を長方グリッド構造とする場合には、影の分散効率という意味でカソード電極振動機構１９による運動は楕円運動とするのが好ましい。
【００４４】
このためには、図３における振動プレート３１を円運動に代えて楕円運動させるようにすればよい。このためのひとつの方法として、例えば次のようなものが考えられる。まず、歯車３６、３４を傾けて、平面図上で楕円に見えるように設置する。この見かけ上の楕円は、長軸が図３の左右方向（または上下方向）になるようにする。歯車３６（３４）と振動ピン３７（３５）との関係は、固定ではなく、振動ピン３７（３５）の根元において振動ピン３７（３５）が回転自在に、かつ歯車側面（歯面でない面）に対して倒れ角が自在となるように支持する。また、振動ピン３７（３５）が振動プレート３１に嵌合される角度が垂直を保つように振動プレート３１の貫通孔に規制機能を設ける。
【００４５】
これにより、振動ピン３７（３５）は楕円運動をするので、振動プレート３１の楕円運動が得られる。よって、カソード電極１３も楕円運動する。なお、もちろん偏心カムなどを用いる周知の楕円運動機構を利用してもよい。
【００４６】
カソード電極１３の構造が長方グリッド構造であり、振動プレート３１が楕円運動を行う場合に、クロスポイント１３ａの影が被処理基板１２上で最も濃くなることに配慮してその影が運動により集中する領域をなるべく作らないようにするためには、クロスポイント間の長辺距離のほぼ半分の奇数倍を長径としかつクロスポイント間の短辺距離のほぼ半分の奇数倍を短径とするように楕円運動をせればよい。この理由は、隣のクロスポイントとの距離を考慮すると円運動をさせる場合と同様に考えることができる。
【００４７】
次に、図２に示したカソード電極１３に代えて図１に示した陽極酸化装置において用いることができるカソード電極の別の例を図４を参照して説明する。図４は、図１中に示したカソード電極１３の別の例を示す平面図である。図４に示すカソード電極１３１は、図２に示したものと同様に正方グリッド構造（ピッチａ２）を有するが、線材の設定角度が４５度傾けられている。
【００４８】
この場合においても、図３に示したようなカソード電極振動機構を用いることで図２に示したカソード電極１３と同様な効果を得ることができる。ただし、図３に示した偏心量（ａ１）／２は、（ａ２）／２またはその奇数倍にするとより好ましい。
【００４９】
また、図４に示すようなカソード電極１３１の場合には、カソード電極１３１を円運動ではなく直線的な往復運動（図上の上下方向、または左右方向）とすることによっても影の時間的な分散効果が得られる。これらの方向に往復運動させると各線材の長手方向を避けて運動させることなり、線材の影が時間的に移動するからである。
【００５０】
図５は、図４に示したようなカソード電極１３１を図１に示した陽極酸化装置に適用する場合に用いることができるカソード電極振動機構１９の主要部を示す平面図である。図５に示すように、この主要部中には、規制部材５１、５２、振動プレート５３、連結節５４、連結ピン５５、５６、モータ５７、回転ホイール５８、カソード電極連結部３２が存在する。
【００５１】
モータ５７が回転するとこれに接続された回転ホイール５８が回転し、回転ホリール５８に固定された連結ピン５６が回転する。連結ピン５６の回転を連結節５４により、連結ピン５５を介して振動プレート５３に伝達し、振動プレート５３を往復運動させる。すなわち、振動プレート５３は、規制部材５１、５２により上下方向に規制されている。以上説明からわかるように、この機構は一種のピストン−クランク機構である。
【００５２】
振動プレート５３には、カソード電極連結部３２によりカソード電極１３１が吊設されているので、振動プレート５３の往復運動によりカソード電極１３１の往復運動がなされる。
【００５３】
ここで、連結ピン５６の回転ホイール５８上の偏心は、図示のように（√２）（ａ２）／２とすると、クロスポイント１３１ａの影が被処理基板１２上で最も濃くなることに配慮して、その影が運動により集中する領域をなるべく作らないようにすることができる。すなわち、カソード電極１３１のクロスポイント１３１ａの位置が隣りのクロスポイントの位置と重ならないように往復運動が行われる。同様に考えて、連結ピン５６の回転ホイール５８上の偏心を、（√２）（ａ２）／２の奇数倍としてもよい。
【００５４】
以上の実施の形態では、光の照射方向に対して垂直の面内でカソード電極１３を運動させて、被処理基板１２上に生じる影の位置を時間的に変えることを説明したが、カソード電極１３を光の照射方向に対してほぼ平行な面内で運動させる方法も採り得る方法である。この場合には、被処理基板１２上に生じる影の強弱パターンが時間的に変化する。よって、何らカソード電極１３を運動させない場合より、光の照射量は時間的に平均化する。
【００５５】
これに対応するためにはカソード電極１３、１３１を垂直方向に運動させるようにすべく、図３、図５に示したようなカソード電極振動機構を水平軸回りに９０度回転させて設ければよい。さらには、カソード電極１３、１３１を光の照射方向に対してほぼ垂直な面内で運動させ、かつ光の照射方向に対してほぼ平行な面内でも運動させるようにしてもよい。この場合には、カソード電極振動機構１９を壁部１５に固定せずに、カソード電極振動機構１９自体を運動させる別の振動機構に載せればこれが実現できる。
【００５６】
次に、図２、図４に示したカソード電極１３、１３１に代えて図１に示した陽極酸化装置において用いることができるカソード電極の別の例を図６を参照して説明する。図６は、図１中に示したカソード電極１３のさらに別の例を示す平面図（図６（ａ））および正面図（図６（ｂ））である。
【００５７】
図６に示すカソード電極１３２は、板状体の集合であって、その両主面にほぼ平行な方向に光が通過するように構成され、各板状体の間が光を通過させる開口部である。ここで、例えば、カソード電極１３２の材質はプラチナ、板状体の間のピッチは１０ｍｍ程度、板状体の高さは２ｍｍ程度、その厚さは０．０５ないし０．１ｍｍ程度である。
【００５８】
このようなカソード電極１３２によれば、光線の開口部の通過が図６（ｂ）中に示すようになる（すなわち、板状体の両主面で光の反射が生じる）傾向をもともと有するため、カソード電極１３２の影が生じにくい（もう少し正確に言うと影が分散して生じる）。このようなカソード電極１３２を用いて、さらに、カソード電極１３２を上下方向に往復運動または円運動させると、生じる影の時間的な分散効果を増大させることができる。
【００５９】
よって、陽極酸化工程に要する時間中の被処理基板１２上の各部分への光照射量は時間積分的に平均化され、均一化する。これにより、陽極酸化処理を被処理基板面内でより均一にすることが可能になる。
【００６０】
なお、このようなカソード電極１３２の運動を行うためには、カソード電極振動機構１９に図３あるいは図５に示したような運動機構を設ければよい。その際、カソード電極１３２の運動を垂直方向になすため、水平軸回りに９０度傾けて設置する。
【００６１】
次に、図１に示した陽極酸化装置の一連の動作について図７をも参照して説明する。図７は、図１に示した陽極酸化装置の動作フローを示す流れ図である。
【００６２】
まず、ステージ１１と壁部１５とが上下に離間した状態において、ステージ１１上に被処理基板１２が載置され、その載置状態が保持される（ステップ７１）。被処理基板１２は、被処理部が上に向けられている。ステージ１１上への載置には、ロボットなどの基板搬送機構を用いてもよい。
【００６３】
次に、壁部１５を降下させステージ１１上および被処理基板１２の周縁部上に設置する。このとき、すでに述べたように被処理基板１２の周縁と壁部１５との間には液体シールが確立され、かつその液体シールがされた部位の外側では被処理基板１２の電極と導体により電気的接触がなされる。また、カソード電極振動機構１９およびランプユニット１６が壁体１５に固定されていることにより、これらの位置が被処理基板１２に対して所定に設定される。これらにより処理槽が形成される（以上ステップ７２）。
【００６４】
次に、形成された処理槽に薬液を張る（ステップ７３）。これにより、被処理基板１２の被処理部とカソード電極１３とが薬液に接触した状態となる。薬液は、例えば、エチルアルコールを溶媒とするフッ酸の溶液である。薬液を処理槽に導入するには、例えば、壁部１５に供給路を設けてもよいし、供給管を処理槽の上方から差し入れてもよい。
【００６５】
次に、カソード電極振動機構１９でカソード電極１３を周期的振動させながら、陽極酸化反応を被処理基板１２に起こす（ステップ７４）。このため、被処理基板１２の電極に接触する導体とカソード電極１３との間を電流源で駆動し、かつランプユニット１６のランプ１７により被処理基板１２を照射する。この反応時間は、温度などの条件にもよるが数秒である。
【００６６】
次に、カソード電極１３の周期的振動、被処理基板１２の電極に接触する導体とカソード電極１３との間の電流源駆動、ランプユニット１６のランプ１７による被処理基板１２の照射をすべてやめ、薬液を排出する。薬液の排出は、例えば壁部１５に排出路を設けることによっても、排出管を処理槽の上方から差し入れて吸い出すようにしてもよい。薬液は、強い腐蝕性があるのでこのあと被処理基板１２ともども処理槽を洗浄する。このための洗浄は、例えば、洗浄液の処理槽への供給と排出を繰り返すことにより行うことができる（以上ステップ７５）。以上により、被処理基板１２の一連の陽極酸化工程を完了することができる。
【００６７】
以上の実施の形態では、カソード電極１３、１３１、１３２を周期的振動させる形態を説明したが、これに代えて、あるいはこれに加えて、ランプユニット１６や参考までであるがステージ１１を周期的振動させても、影の分散効果によって、陽極酸化処理の被処理基板１２面上での均一性向上を図ることができる。
【００６８】
ランプユニット１６を周期的振動させるには、例えば、ランプユニット１６をカソード電極振動機構１９のような機構に吊設すればよい。ステージ１１を周期的振動させるには、壁部１５へのランプユニット支持部材１８およびカソード電極振動機構支持部材２０の支持を開放したうえで、ステージ１１、被処理基板１２、壁部１５を一体として、周期的振動させればよい。このためには、やはり、カソード電極振動機構１９のような機構をステージ１１下に設ければよい。
【００６９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ランプ、カソード電極、被処理基板を保持する被処理基板保持部の３者の大まかな位置関係を維持したまま、ランプまたはカソード電極の空間的位置を周期的振動させる。これにより、カソード電極の影は被処理基板上で時間的に分散するので、陽極酸化工程に要する時間中の被処理基板上の各部分への光照射量は時間積分的に平均化され、均一化する。よって、陽極酸化処理を被処理基板面内でより均一にすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態たる陽極酸化装置を模式的に示す正面図。
【図２】図１中に示したカソード電極１３の平面図。
【図３】図１中に示したカソード電極振動機構１９の主要部を示す平面図。
【図４】図１中に示したカソード電極１３の別の例を示す平面図。
【図５】図４に示したカソード電極１３１を図１に示した陽極酸化装置に適用する場合に用いることができるカソード電極振動機構１９の主要部を示す平面図。
【図６】図１中に示したカソード電極１３のさらに別の例を示す平面図（図６（ａ））および正面図（図６（ｂ））。
【図７】図１に示した陽極酸化装置の動作フローを示す流れ図。
【符号の説明】
１１…ステージ、１２…被処理基板、１３，１３１，１３２…カソード電極、１３ａ，１３１ａ…クロスポイント、１４…薬液、１５…壁部、１６…ランプユニット、１７…ランプ、１８…ランプユニット支持部材、１９…カソード電極振動機構、２０…カソード電極振動機構支持部材、３１…振動プレート、３２…カソード電極連結部、３４，３６…歯車、３５，３７…振動ピン、３８…タイミングベルト、３９…歯車、４０…モータ、５１，５２…規制部材、５３…振動プレート、５４…連結節、５５，５６…連結ピン、５７…モータ、５８…回転ホイール
Claims (13)
- 光を放射するランプと、
前記放射された光が到達する位置に設けられ、被処理基板を保持可能な被処理基板保持部と、
前記放射された光が前記保持された被処理基板に到達する途上に設けられ、前記光を通過させるための開口部を備え前記光を透過しない導体部を有するカソード電極と、
前記カソード電極または前記ランプの空間的位置を周期的振動させる振動機構と
を具備することを特徴とする陽極酸化装置。 - 被処理基板を保持可能な被処理基板保持部と、
前記保持された被処理基板に接続して設けられ、上部が開放された処理槽を形成する壁体と、
前記処理槽に処理液を供給する処理液供給部と、
前記保持された被処理基板に対向して設けられ、前記保持された被処理基板に光を放射するランプと、
前記保持された被処理基板と前記ランプとの間に設けられかつ光を通過させる開口部を有するカソード電極と、
前記カソード電極を前記ランプに対して相対的に振動させる振動機構と
を具備することを特徴とする陽極酸化装置。 - 前記振動機構が、前記カソード電極または前記ランプを前記放射された光の放射方向に対してほぼ垂直の平面上で振動させることを特徴とする請求項１または２記載の陽極酸化装置。
- 前記振動機構が、前記カソード電極または前記ランプを前記放射された光の放射方向に対してほぼ平行の平面上で振動させることを特徴とする請求項１または２記載の陽極酸化装置。
- 前記振動が、往復運動、円運動、または楕円運動であることを特徴とする請求項３記載の陽極酸化装置。
- 前記振動が、往復運動、円運動、または楕円運動であることを特徴とする請求項４記載の陽極酸化装置。
- 前記カソード電極が、前記導体部がクロスポイントを有する正方グリッド構造であり、
前記振動が、往復運動、円運動、および楕円運動のうちの円運動であり、
該円運動が、前記クロスポイント間の正方距離のほぼ半分の奇数倍を半径とする前記カソード電極の円運動であること
を特徴とする請求項５記載の陽極酸化装置。 - 前記カソード電極が、前記導体部がクロスポイントを有するグリッド構造であり、
前記振動が、往復運動、円運動、および楕円運動のうちの往復運動であり、
該往復運動が、前記クロスポイント間の対角距離のほぼ半分の奇数倍を振幅とし、かつ前記対角距離の方向になされる前記カソード電極の往復運動であること
を特徴とする請求項５記載の陽極酸化装置。 - 前記カソード電極が、前記導体部がクロスポイントを有する長方グリッド構造であり、
前記振動が、往復運動、円運動、および楕円運動のうちの楕円運動であり、
該楕円運動が、前記クロスポイント間の長辺距離のほぼ半分の奇数倍を長径としかつ前記クロスポイント間の短辺距離のほぼ半分の奇数倍を短径とする前記カソード電極の楕円運動であること
を特徴とする請求項５記載の陽極酸化装置。 - 前記カソード電極が、前記放射された光の放射方向にほぼ平行な主面を有する板状体の集合であることを特徴とする請求項６記載の陽極酸化装置。
- 被処理基板保持部に被処理基板を保持させるステップと、
前記保持された被処理基板の被処理部とカソード電極とを薬液に接触させるステップと、
前記薬液に接触させられた前記被処理部と前記カソード電極との間を電流駆動するステップと、
前記薬液に接触させられた前記被処理部にランプで光を照射するステップと、
前記薬液に接触させられた前記カソード電極、またはその状態における前記ランプの空間的位置を周期的振動させるステップと
を有することを特徴とする陽極酸化方法。 - 処理液を接触された被処理基板に光を照射し、かつ、前記被処理基板と対向して設けられたランプと前記被処理基板との間に配設され光を通過させる開口部を有するカソード電極を前記ランプと相対的に振動させる
ことを特徴とする陽極酸化方法。 - 前記カソード電極を前記被処理基板の面と平行な面内で振動させることを特徴とする請求項１２記載の陽極酸化方法。
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