JP6037779B2 - 陽極酸化装置、陽極酸化システム及び陽極酸化方法 - Google Patents

Description

本発明は、陽極酸化装置、陽極酸化システム及び陽極酸化方法に関する。更に詳しくは、陽極酸化処理を施す基板を容易に着脱することができる陽極酸化装置、陽極酸化システム及び陽極酸化方法に関する。

電解質溶液、特にフッ化水素酸（以下、「ＨＦ」と略す）溶液中で、シリコンウェハ等の半導体基板に陽極酸化処理を施すことで半導体基板に多孔質が形成されることが知られている。

下記特許文献には、図３に示す通り、溶液槽１００の内部に負電極１０１を配設すると共に、溶液槽１００の底部を陽極酸化処理するための基板１０２で閉塞し、該基板１０２を外側から正電極１０３で押圧して溶液槽１００を密封し電解質溶液１０４が漏洩しないようにし、次いで、溶液槽１００に電解質溶液１０４を注入し、正電極１０３と負電極１０１との間の外部電源１０５を接続して電圧を印加することで基板１０２に陽極酸化処理を施すことが提案されている。

しかしながら、上記の従来例では、基板１０２が溶液槽１００の底部に配設されているので、基板の着脱作業が煩雑となり、大量の基板に陽極酸化処理を施すには不適当であった。

特開２００７−１５９４３９

本発明は上記の不具合点を解決するためになされたものであって、その目的とするとこは、基板を容易に着脱することができ、大量の基板に陽極酸化処理を施すことができる陽極酸化装置、陽極酸化システム及び陽極酸化方法を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る陽極酸化装置は、電解質溶液を貯留する溶液槽と、前記電解質溶液を介し電流を通すための正電極と負電極と、を備え、前記正電極と前記負電極間に配設した基板に陽極酸化処理を施す陽極酸化装置であって、前記溶液槽は底部に前記電解質溶液を注入排出するための通路が開設され、前記溶液槽の両側面は前記各基板で閉塞され、前記各基板は外側から前記各正電極で押圧されていることを特徴とするものである。

前記陽極酸化装置において、前記正電極は、銅板若しくはステンレス板の片側表面がメッシュ状若しくは針状の白金で接合されていることが好ましい。

また、本発明に係る陽極酸化システムは、前記陽極酸化装置と、陽極酸化処理を施した前記基板を洗浄する洗浄装置と、前記溶液槽より排出された電解質溶液を冷却する冷却装置と、前記基板を搬送する搬送装置と、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明に係る陽極酸化方法は、電解質溶液を貯留する溶液槽と、前記電解質溶液を介し電流を通すための正電極と負電極と、を備えた陽極酸化装置を用い、前記正電極と前記負電極間に配設した基板に陽極酸化処理を施す陽極酸化方法であって、前記溶液槽の側面を前記基板で閉塞し、前記基板を外側から前記正電極で押圧し、前記溶液槽の底部に開設されている通路から前記電解質溶液を前記溶液槽に注入して前記基板に陽極酸化処理を施すことを特徴とするものである。

上記構成を備えた本発明の陽極酸化装置、陽極酸化システム及び陽極酸化方法は、溶液槽の両側面を各基板で閉塞し、両側面を閉塞した各基板の外側を夫々正電極で押圧することで基板を装着するので、基板の着脱が容易で自動化することが可能となり、大量の基板に陽極酸化処理を容易に施すことができる。

更に、本発明の陽極酸化装置、陽極酸化システム及び陽極酸化方法は、溶液槽の両側面を各基板で閉塞し、両側面の各基板の外側を夫々正電極で押圧することで基板を装着するので、溶液槽内部に配設されている１個の負電極で両側面の正電極と対をなし、少ない電極で両側面の２枚の基板に陽極酸化処理を施すことができる。

更に、本発明の陽極酸化装置、陽極酸化システム及び陽極酸化方法は、溶液槽の両側面を各基板で閉塞するので、基板の内側の面は電解質溶液に接触し陽極酸化処理が施されるが、基板の外側の面は電解質溶液に接触しないので、基板の片面のみ陽極酸化処理を施すことができる。

更に、本発明の陽極酸化装置、陽極酸化システム及び陽極酸化方法は、溶液槽の下部に電解質溶液を注入排出するための通路が開設されているので、電解質溶液を溶液槽の下部から注入し上部よりオーバーフローさせて循環させることができ、基板の表面に気泡が付着するのを防止することができると共に、電解質溶液の濃度を均一とし基板の反応速度を均一にすることができる。

更に、本発明の陽極酸化装置、陽極酸化システム及び陽極酸化方法は、溶液槽の両側面を閉塞する各基板を押圧する正電極は、銅板若しくはステンレス板の片側表面に接合する白金がメッシュ状又は針状であるので、基板の全面が均一に正電極の白金と接触し、基板に陽極酸化処理を均一に施すことができる。

本発明に係る陽極酸化装置の概略断面説明図 本発明に係る陽極酸化システムの概略説明図 従来例の陽極酸化装置の概略断面説明図

以下に図面を参照して、この発明の実施形態を例示して説明する。

第一実施形態
図１は、本発明に係る陽極酸化装置の概略断面説明図である。本発明に係る陽極酸化装置１は、溶液槽１０と、正電極３０と、負電極４０と、基板５０と、を備えている。

溶液槽１０は、電解質溶液５を収容する容器で、収容される電解質溶液５としては、ＨＦが用いられるが、これに限定されるものではなく他の電解質溶液であっても良い。尚、電解質溶液５には、基板５０表面から気泡を除去するために必要に応じてエチルアルコール等のアルコールが添加される。溶液槽１０の底部１１には、電解質溶液５を注入排出するための通路１２が開設されていて、通路１２は電解質溶液貯蔵槽６に連結している注入配管７に繋がっている。通路１２が底部１１に開設されていることで電解質溶液５が下部から上部に向かって流れるようになり、基板５０の表面に付着する気泡が除去されるようになっている。また、電解質溶液５の濃度が均一に保たれ基板５０に陽極酸化処理が均一に施されるようになっている。

溶液槽１０は、前面、後面及び底部１１は、四フッ化エチレン樹脂等により成形されているが、対向する両側面１３は、後述する基板５０を装着できるように、上枠１４及び下枠１５のみで形成されている。上枠１４の下部及び下枠１５の上部には凹溝１６が全幅で形成されていて、凹溝１６にはフッ素樹脂製のＯリング１７が嵌め込まれている。Ｏリング１７が嵌め込まれていることで、基板５０が後述する正電極３０で押圧されたときに上枠１４及び下枠１５との密接が確保され、電解質溶液５の漏洩が防止されている。

溶液層１０の中央には、上部と下部に四フッ化エチレン樹脂で成形されたホルダー１８が配設されていて、ホルダー１８に白金で成形された負電極４０が支持されている。従って、中央に配設された負電極４０が後述する対向する両側面（１３Ａ，１３Ｂ）の両正電極（３０Ａ，３０Ｂ）と対を成すので、少ない電極で多くの基板５０に陽極酸化処理を施すことができるようになっている。

基板５０は、シリコンウェアー等の半導体基板が用いられるが、これに限定されるものではなく、陽極酸化処理を施す対象物であればどのような物であっても良い。一般にはＰ型のシリコン基板が用いられる。基板５０は、陽極酸化処理を施す酸化面５１を電解質溶液５と接触するように溶液槽１０側に向け、溶液槽１０の側面１３を閉塞する。各基板（５０Ａ，５０Ｂ）が対向する両側面（１３Ａ，１３Ｂ）を閉塞することで、基板５０は酸化面５１のみが電解質溶液５と接触し陽極酸化されるようになっている。基板５０の大きさは限定されるものではない。但し、基板５０の大きさ（インチ）を変更するときは、電流の密度を略同一になるように調整する必要がある。

正電極３０は、銅板若しくはステンレス板３１の片面全面にメッシュ状若しくは針状の白金３２が接合されていて、白金３２が結合している面が溶液槽１０に装着された基板５０に接触するような状態で、基板５０を溶液槽１０側に外側から押圧するようになっている。白金３２がメッシュ状若しくは針状に成形されているので、基板５０を押圧したときに基板５０と正電極３０が全面で接触し、陽極酸化処理が均一に全面に施されるようになっている。更に、正電極３０で押圧されることで基板５０が溶液槽１０の側面１３に装着され溶液槽１０を密封しているので、基板５０の着脱が容易になっている。

溶液槽１０内のホルダー１８に支持されている負電極４０と、対向する両側面（１３Ａ，１３Ｂ）の各基板（５０Ａ，５０Ｂ）を押圧している各正電極（３０Ａ，３０Ｂ）との間には、外部電源６０が接続されている。

次に、基板１０に陽極酸化処理が施される方法について説明する。

初めに、各基板（５０Ａ，５０Ｂ）で溶液槽１０の対向する両側面（１３Ａ，１３Ｂ）を閉塞する。基板５０は、陽極酸化処理を施す酸化面５１を電解質溶液５と接触するように溶液槽１０側に向けて側面１３を閉塞する。基板５０の中央部が、溶液槽１０の上枠１４に形成されている凹溝１６に嵌め込まれているＯリング１７と下枠１５に形成されている凹溝１６に嵌め込まれているＯリング１７との中央部と略一致するようにする。

次いで、溶液槽１０の外側から各正電極（３０Ａ，３０Ｂ）が各基板（５０Ａ，５０Ｂ）を溶液槽１０側に押圧する。これにより、基板５０が上枠１４及び下枠１５の凹溝１６に嵌め込まれているＯリング１７と密接する。正電極３０は、銅板若しくはステンレス板３１の片面に結合している白金３２の面が基板５０と接触するように向けられていて、白金３２はメッシュ状又は針状に形成されているので、正電極３０は基板５０と全面で接触する。尚、両側面（１３Ａ，１３Ｂ）を各基板（５０Ａ，５０Ｂ）で閉塞した後に、各基板（５０Ａ，５０Ｂ）を各正電極（３０Ａ，３０Ｂ）で押圧したが、一の側面１３Ａを基板５０Ａで閉塞し、続けてその基板５０Ａを正電極３０Ａで押圧し、その後に他の側面１３Ｂを基板５０Ｂで閉塞し、続けてその基板５０Ｂを正電極３０Ｂで押圧しても良い。

次いで、溶液槽１０の底部１１に開設されている通路１２が開放され、通路１２に連結している注入配管７を通して電解質溶液貯蔵槽６に貯留している電解質溶液５が溶液槽１０に注入される。

溶液槽１０に規定量の電解質溶液５が注入されると、溶液槽１０内のホルダー１８に支持されている負電極４０と両側面（１３Ａ，１３Ｂ）に装着された各基板（５０Ａ，５０Ｂ）を押圧している各正電極（３０Ａ，３０Ｂ）との間の電源６０が接続されて電圧が印加され、基板５０の酸化面５１と電解質溶液５との界面に陽極酸化反応を生じさせる電解電流が流れ、電解質溶液５と接している酸化面５１に陽極酸化処理が施される。

電解質溶液５は、溶液槽１０の底部１１に開設されている通路１２を通して常時流入し、溶液槽１０の上部よりオーバーフローして電解液溶液貯蔵槽６に収容されるように常時下部から上部に向かって循環している。従って、基板１０の陽極酸化処理が施される酸化面５１に気泡の付着が防止されると共に、電解質溶液５の濃度が均一に保持され酸化面５１に陽極酸化処理が均一に施される。

第二実施形態
次に、本発明に係る陽極酸化システムについて説明する。陽極酸化システムは、第一実施形態で説明した陽極酸化装置1を含むシステムであるので、第一実施形態と異なる点について主に説明する。

図２は、本発明に係る陽極酸化システムの概略説明図である。本発明の陽極酸化システム２は、陽極酸化装置１と、電解質溶液貯蔵槽６と、洗浄装置７０と、冷却装置８０と、搬送装置９０と、を備えている。この陽極酸化システム２は、例えば電算機により動作が制御される。

陽極酸化装置１及び電解質溶液貯蔵槽６は、第一実施形態で説明した装置が用いられる。設置台数は、本実施形態では１台であるが複数台であっても良い。

洗浄装置７０は、洗浄槽７１より構成されていて、陽極酸化処理が施された基板５０を洗浄するための純水が貯留されている。洗浄槽７１は、溶液槽１０の一の側面（右側面）１３Ａに装着された右側面用基板５０Ａを洗浄する右洗浄槽７１Ａと、溶液槽１０の他の側面（左側面）１３Ｂに装着された左側面用基板５０Ｂを洗浄する左洗浄槽７１Ｂとが、溶液槽１０の両脇に対になって設置される。洗浄槽７１は、複数の基板５０を同時に洗浄することができるようになっていて、本実施例では２５枚を同時に洗浄できるようになっている。

冷却装置８０は、電子冷却器８１より構成されていて、溶液槽１０内で陽極酸化処理に使用されたことで熱せられた電解質溶液５を冷却するものである。溶液槽１０内の電解質溶液５は、陽極酸化処理が終了すると溶液槽１０の底部１１に開設されている通路１２より排出され注入配管７を経由して電解質溶液貯蔵槽６に回収されるので、電子冷却器８１は熱せられた電解質溶液５を貯留している電解質溶液貯蔵槽６を冷却するようになっている。

搬送装置９０は、真空チャック９１より構成されていて、図示されていないキャリア上に載置されている基板５０を溶液槽１０の右側面１３Ａ又は左側面１３Ｂの装着できる位置まで搬送し、正電極３０により押圧されるまで基板５０を保持するようになっている。また、陽極酸化処理が施された溶液槽１０の側面１３に装着されている基板５０を保持し、正電極３０の押圧が外れると右側面１３Ａに装着されていた右側面用基板５０Ａを右洗浄槽７１Ａまで、左側面１３Ｂに装着されていた左側面用基板５０Ｂを左洗浄槽７１Ｂまで搬送するようになっている。

次に、基板１０に陽極酸化処理が施され、洗浄されるまでのフローについて説明する。

初めに、真空チャック９１はキャリア上に載置されている基板５０を把持し、右側面用基板５０Ａとして溶液槽１０の右側面１３Ａを閉塞するように所定の装着位置まで搬送し、その位置で保持し続ける。溶液槽１０の外側から溶液槽１０に向かって右正電極３０Ａが右側面用基板５０Ａを押圧し、右側面用基板５０Ａが溶液槽１０の右上枠１４Ａ及び右下枠１５Ａの右凹溝１６Ａに嵌め込まれている右Ｏリング１７Ａに密接されると、真空チャック９１は右側面用基板５０Ａを放し、元の位置まで戻る。

次いで、真空チャック９１はキャリア上に載置されている基板５０を把持し、左側面用基板５０Ｂとして反転させた後、溶液槽１０の左側面１３Ｂを閉塞するように所定の装着位置まで搬送し、その位置で保持し続ける。溶液槽１０の外側から溶液槽１０に向かって左正電極３０Ｂが左側面用基板５０Ｂを押圧し、左側面用基板５０Ｂが溶液槽１０の左上枠１４Ｂ及び左下枠１５Ｂの左凹溝１６Ｂに嵌め込まれている左Ｏリング１７Ｂに密接されると、真空チャック９１は左側面用基板５０Ｂを放し、元の位置まで戻る。

両側面（１３Ａ，１３Ｂ）が各基板（５０Ａ，５０Ｂ）で密封するように装着されると、溶液槽１０の下部に開設されている通路１２が開放され、注入配管７を経由して電解質溶液貯蔵槽６から電解質溶液５が溶液槽１０に注入される。

溶液槽１０に規定量の電解質溶液５が注入されると、溶液槽１０内のホルダー１８に支持されている負電極４０と、両側面（１３Ａ，１３Ｂ）に装着されている各基板（５０Ａ，５０Ｂ）を押圧している各正電極（３０Ａ，３０Ｂ）との間の電源６０が接続されて電圧が印加され、基板５０の酸化面５１と電解質溶液５との界面に陽極酸化反応を生じさせる電解電流が流れ、電解質溶液５と接している酸化面５１に陽極酸化処理が施される。

電解質溶液５は、溶液槽１０の通路１２を通して下部から常時流入し、溶液槽１０の上部よりオーバーフローして電解質溶液貯蔵槽６に収容されることで電解質溶液５は下から上へと循環しているので、基板５０の酸化面５１に気泡が付着するのが防止されている。

陽極酸化処理が終了し、電解質溶液５が通路１２から注入配管７を経由して電解質溶液貯蔵槽６に全量が回収されると、電子冷却器８１が作動し電解質溶液貯蔵槽６内の電解質溶液５が一定温度に低下するまで冷却する。

溶液槽１０より電解質溶液５が排出されると、溶液槽１０にはエチルアルコール貯蔵槽８２からエチルアルコールが注入配管７を経由して通路１２から注入され、規定量が注入されると通路１２が閉鎖される。溶液槽１０内のエチルアルコールにより基板５０の酸化面５１の洗浄が終了すると通路１２が開放され、エチルアルコールは通路１２から注入配管７を経由してエチルアルコール貯蔵槽８２に回収される。

溶液槽１０よりエチルアルコールが排出されると、真空チャック９１は、移動して右側面１３Ａに装着されている右側面用基板５０Ａを把持すると、右側面用基板５０Ａを押圧していた右正電極３０Ａが反溶液槽１０側に移動する。続いて、真空チャック９１は右側面用基板５０Ａを右洗浄槽７１Ａまで搬送して右洗浄槽７１Ａ内の所定位置に固定すると、真空チャック９１は、右側面用基板５０Ａを放し元の位置まで戻る。

次いで、真空チャック９１は、移動して左側面１３Ｂに装着されている左側面用基板５０Ｂを把持すると、左側面用基板５０Ｂを押圧していた左正電極３０Ｂが反溶液槽１０側に移動する。次いで、真空チャック９１は左側面用基板５０Ｂを左洗浄槽７１Ｂまで搬送して左洗浄槽７１Ｂ内の所定位置に固定すると、真空チャック９１は、左側面用基板５０Ｂを放し元の位置まで戻る。

以上の繰り返しが行われることで、大量の基板５０に陽極酸化処理を自動的に施すことが可能となる。

尚、本実施形態では、装着時及び取り外し時共に、右側面用基板５０Ａ、左側面用基板５０Ｂの順に説明したが、左側面用基板５０Ｂ、右側面用基板５０Ａと逆の順に行っても良く、また、装着時は右側面用基板５０Ａ、左側面用基板５０Ｂの順に行い、取り外し時には逆に左側面用基板５０Ｂ、右側面用基板５０Ａの順に行っても良い。

１ 陽極酸化装置
２ 陽極酸化システム
５ 電解質溶液
６ 電解質溶液貯蔵槽
７ 注入配管
１０ 溶液槽
１１ 底部
１２ 通路
１３，１３Ａ，１３Ｂ 側面
１４，１４Ａ，１４Ｂ 上枠
１５，１５Ａ，１５Ｂ 下枠
１６，１６Ａ，１６Ｂ 凹溝
１７，１７Ａ，１７Ｂ Ｏリング
１８ ホルダー
３０，３０Ａ，３０Ｂ 正電極
３１ 銅板若しくはステンレス板
３２ 白金
４０ 負電極
５０，５０Ａ，５０Ｂ 基板
５１ 酸化面
６０ 電源
７０ 洗浄装置
７１，７１Ａ，７１Ｂ 洗浄槽
８０ 冷却装置
８１ 電子冷却器
８２ エチルアルコール貯蔵槽
９０ 搬送装置
９１ 真空チャック

Claims (6)

1. 電解質溶液を貯留する溶液槽と、前記電解質溶液を介し電流を通すための正電極と負電極と、を備え、前記正電極と前記負電極間に配設した基板に陽極酸化処理を施す陽極酸化装置であって、
   前記溶液槽は底部に前記電解質溶液を注入排出するための通路が開設され、
   前記溶液槽の対向する両側面のそれぞれの側面は個別の前記基板で閉塞され、それぞれの前記基板は外側から個別の前記正電極で押圧されていると共に、前記溶液槽の中央に、前記負電極が前記溶液槽の対向する両側面の両正電極と対をなして配設されている、
   ことを特徴とする陽極酸化装置。
2. 前記正電極は、銅板若しくはステンレス板の片側表面がメッシュ状の白金で接合されていることを特徴とする請求項１に記載の陽極酸化装置。
3. 前記正電極は、銅板若しくはステンレス板の片側表面が針状の白金で接合されていることを特徴とする請求項１に記載の陽極酸化装置。
4. 前記電解質溶液を、前記溶液槽の底部に開設された通路から注入し、前記溶液槽の上部からオーバーフローさせて循環させることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の陽極酸化装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の陽極酸化装置と、陽極酸化処理を施した前記基板を洗浄する洗浄装置と、前記溶液槽より排出された電解質溶液を冷却する冷却装置と、前記基板を搬送する搬送装置と、を備えたことを特徴とする陽極酸化システム。
6. 電解質溶液を貯留する溶液槽と、前記電解質溶液を介し電流を通すための正電極と負電極と、を備えた陽極酸化装置を用い、前記正電極と前記負電極間に配設した基板に陽極酸化処理を施す陽極酸化方法であって、
   前記溶液槽の対向する両側面のそれぞれの側面を個別の前記基板で閉塞し、それぞれの前記基板を外側から個別の前記正電極で押圧すると共に、前記溶液槽の中央に、前記負電極を前記溶液槽の対向する両側面の両正電極と対をなして配設し、
   前記溶液槽の底部に開設されている通路から前記電解質溶液を前記溶液槽に注入し、前記溶液槽の上部からオーバーフローさせて循環させて、前記基板に陽極酸化処理を施すことを特徴とする陽極酸化方法。

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