(57)【要約】【課題】高い耐摩耗性を有するとともに、剥離帯電が生じない基板ステージを提供する。【解決手段】ステージ本体１１に形成された基板Ｗを載置するための載置面１２に、エンボス加工によって所定のエンボス形状Ｅを形成した上で、陽極酸化処理によってアモルファス状態のアルミナ皮膜Ａを形成する。アモルファス構造のアルミナ皮膜Ａは、緻密かつ強固である。このため、高い耐摩耗性を有するとともに、剥離帯電をほぼ防止することができる。【選択図】図２
2008034481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置する基板ステージであって、
ステージ本体と、
前記ステージ本体の基板の載置面に形成されたアモルファス状態のアルミナの皮膜と、
を有することを特徴とする基板ステージ。
【請求項２】
請求項１に記載の基板ステージであって、
前記載置面にエンボス形状が形成されていることを特徴とする基板ステージ。
【請求項３】
請求項２に記載の基板ステージであって、
前記エンボス形状における頂上面の総面積が、前記載置面の全面積の５０％未満であることを特徴とする基板ステージ。
【請求項４】
請求項２または３に記載の基板ステージであって、
前記エンボス形状における頂上面の形状が略円形であることを特徴とする基板ステージ。
【請求項５】
請求項４に記載の基板ステージであって、
前記円形の直径が５ｍｍ未満であることを特徴とする基板ステージ。
【請求項６】
請求項２から５のいずれかに記載の基板ステージであって、
前記エンボス形状の凸部の高さが１００μｍ未満であることを特徴とする基板ステージ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の基板ステージであって、
前記ステージ本体が純アルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成されていることを特徴とする基板ステージ。
【請求項８】
基板を冷却あるいは加熱するための熱処理装置であって、
請求項１から７のいずれかに記載の基板ステージを備えることを特徴とする熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体基板、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、光ディスク用基板等（以下、単に「基板」という）を載置するためのステージ、およびそれを用いた熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板に対して各種の処理を行う基板処理装置（例えば、熱処理装置、洗浄処理装置、現像処理装置等）においては、被処理基板を載置するためのステージが必要とされる。特に、熱処理装置において用いられるステージは、熱伝導率が良好な金属、例えばアルミニウムを用いて形成されることが多い。しかしながら、アルミニウム製のステージは次のような欠点を有していた。
【０００３】
第１の欠点は、耐摩耗性が乏しいという点である。すなわち、アルミニウムは比較的柔らかい材質であるため、載置面にアルミニウムが露出した状態でステージの使用を続けると、基板を反復して載置するにつれてその載置面が容易に摩耗してしまうのである。この結果、アルミニウム製のステージは、耐久性に乏しいものとなってしまっていた。また、ステージ自体が摩耗することによってステージが汚染物質の発生源となってしまうという問題も生じていた。
【０００４】
第２の欠点は、剥離帯電が顕著に発生する点である。剥離帯電とは、ガラス等の絶縁材料からなる基板を導電性材料である金属製のステージから剥離するときに、基板に負の電荷（もしくは正の電荷）が発生してしまう現象である。基板上に発生したこの負電荷（もしくは正電荷）は、基板表面に形成された素子の破壊や汚染物質の吸着等の原因となるため、剥離帯電の防止はアルミニウム製のステージにおける重要な課題となっていた。なお、基板が負に帯電するか正に帯電するかはステージの材料との組み合わせ、すなわち帯電列によって決まる。
【０００５】
アルミニウム製のステージの有する上記の欠点を解消すべく、各種の技術が考案されている。
【０００６】
例えば、基板とステージとの接触面積を段階的に減らすことによって、剥離時に生じる静電気を抑制する技術が考案されている。ここでは、ステージの載置面を分割し、各部分を順に基板より剥離する構成によって、基板の段階的剥離を実現している（特許文献１参照）。
【０００７】
また例えば、アルミニウム製のステージ表面に絶縁体であるアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の皮膜を生成することによってステージの耐摩耗性を向上させるとともに剥離帯電を防止する技術が考案されている。例えば、酸化アルミニウム粒子を亜音速程度で被膜位置に向けて噴射することによって、当該位置に微細な結晶子の接合物として堆積させることによって多結晶構造を有するアルミナの薄膜を生成する技術が考案されている（特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２５１２５７号公報
【特許文献２】特開２００２−１９０５１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来行われていた各技術においては、基板ステージの耐摩耗性の向上および剥離帯電の低減という各点について一応の効果は得られるものの、いずれの技術においても、十分な効果を得ることはできていなかった。
【００１０】
特許文献１に記載の技術では、基板とステージとの剥離を段階的に行うことによって、剥離を一度に行う場合に比べて剥離帯電を相対的に低減している。しかしながら、剥離帯電を完全に防止することはできなかった。
【００１１】
また、特許文献２に記載の技術によると、粒界層の影響を低減する工夫がなされているものの、多結晶構造である限りその影響が全くないとは言い切れなかった。すなわち、多結晶構造のアルミナ皮膜の場合、ステージの使用を重ねるにつれて、個々の結晶粒の間の境界（粒界）に空隙が生じ、割れを発生させる原因となる。特に、熱的衝撃を受けた場合、このような割れは顕著に生じてしまい、ついには皮膜の剥離に至ってしまう。さらに、この空隙より基板とステージのアルミニウム領域とが導通可能となってしまうことによって、剥離帯電の防止効果も失われてしまう。
【００１２】
この発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、高い耐摩耗性を有するとともに、剥離帯電が生じない基板ステージを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、基板を載置する基板ステージであって、ステージ本体と、前記ステージ本体の基板の載置面に形成されたアモルファス状態のアルミナの皮膜と、を有する。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板ステージであって、前記載置面にエンボス形状が形成されている。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項２に記載の基板ステージであって、前記エンボス形状における頂上面の総面積が、前記載置面の全面積の５０％未満である。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の基板ステージであって、前記エンボス形状における頂上面の形状が略円形である。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の基板ステージであって、前記円形の直径が５ｍｍ未満である。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項２から５のいずれかに記載の基板ステージであって、前記エンボス形状の凸部の高さが１００μｍ未満である。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の基板ステージであって、前記ステージ本体が純アルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成されている。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、基板を冷却あるいは加熱するための熱処理装置であって、請求項１から７のいずれかに記載の基板ステージを備える。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１から７に記載の発明では、ステージ本体に形成された基板の載置面にアモルファス状態のアルミナの皮膜が形成されている。アモルファス状態のアルミナ皮膜は、緻密かつ強固であるため、高い耐摩耗性を有するとともに、剥離帯電を防止することができる。
【００２２】
特に請求項２から６に記載の発明では、エンボス形状が形成された載置面に、アモルファス状態のアルミナの皮膜が形成されている。このため、剥離帯電を防止しつつ、良好な温度分布を得ることができる。
【００２３】
特に請求項８に記載の発明では、ステージ本体にアモルファス状態のアルミナの皮膜が形成された基板ステージを備える。このため、基板の冷却処理あるいは加熱処理において剥離帯電の発生を防止することができる。特に、請求項２から６のいずれかに記載の基板ステージを備える熱処理装置においては、基板ステージにおいて良好な温度分布を得ることができるので、基板を均質に加熱あるいは冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
〈１．基板保持装置〉
図１，図２，図３を参照しながら、この発明に係る基板ステージ１０を用いて構成された基板保持装置１の構成について説明する。図１はこの発明に係る基板保持装置１の概略斜視図である。図２は図１に示す基板保持装置１の横断面図である。図３は、基板ステージ１０の一部拡大図である。
【００２５】
基板保持装置１は、各種の基板処理装置（例えば、基板を加熱、冷却する熱処理装置、基板に対する薬液や洗浄液等の塗布処理を行う現像処理装置や洗浄処理装置、基板を各処理装置間で搬送する基板搬送装置）において被処理基板を保持するための装置として用いることができる。
【００２６】
図１を参照する。基板保持装置１は、基板ステージ１０と、基板昇降機構２０と、基板固定機構３０とを有している。
【００２７】
基板ステージ１０は、直方体状に形成されたアルミニウム製、具体的には純アルミニウムまたはアルミニウム合金の板であるステージ本体１１を有している。アルミニウム合金としては、Ａｌ−Ｍｇ合金が好ましく、さらに好ましくはＡｌ−Ｍｇ−Ｚｒ合金が使用され、以下の実施例でステージ本体１１はＡｌ−Ｍｇ−Ｚｒ合金製である。ステージ本体１１は、基板Ｗを載置するための載置面１２を有している。また、図１においてはその図示を簡略化しているが、この載置面１２には、その全面にわたって、図２、図３に示すようなエンボス形状Ｅがエンボス加工によって形成されるとともに、アモルファス状態のアルミナ皮膜Ａが形成されている。エンボス加工形状Ｅとアルミナ皮膜Ａとについては後に説明する。
【００２８】
載置面１２は、載置される基板Ｗの大きさよりも若干大きい面積を有する平面である。載置面１２の所定位置には、ピン孔および吸引孔として機能する貫通孔１３が所定数個形成されている。貫通孔１３はステージ本体１１を貫通して形成された孔である。
【００２９】
基板昇降機構２０は、基板Ｗを載置面１２に載置するとともに載置面１２より離間させるための機能部であり、所定数個のリフトピン２１と、リフトピン駆動部２２とを有している。
【００３０】
リフトピン２１は、図２に示すように、貫通孔１３のそれぞれに下部から貫入されたピンである。リフトピン２１は、その上端が載置面１２と同一水平位置（もしくは載置面１２よりも下方の位置）にある格納位置Ｐ１（図２の実線位置）と、その上端が載置面１２よりも突出する突出位置Ｐ２（図２の仮想線位置）との間で昇降可能である。
【００３１】
リフトピン駆動部２２は、各リフトピン２１を同期して昇降させるための駆動部である。リフトピン駆動部２２が、各リフトピン２１を突出位置Ｐ２から格納位置Ｐ１に移動させることによって、基板Ｗを載置面１２に載置することができる（矢印ＡＲ２１０）。また、リフトピン駆動部２２が、各リフトピン２１を格納位置Ｐ１から突出位置Ｐ２に移動させることによって、基板Ｗを載置面１２より離間することができる（矢印ＡＲ２１０）。
【００３２】
基板固定機構３０は、載置面１２に載置された基板Ｗを固定するための機能部であり、吸着配管３１と、真空ポンプ３２と、開閉弁３３と、を有している。
【００３３】
吸着配管３１は、先端が貫通孔１３のそれぞれに連通するとともに、末端に真空ポンプ３２が接続された配管である。また、吸着配管３１の途中には、開閉弁３３が配置されている。
【００３４】
開閉弁３３を開位置に置くとともに真空ポンプ３２を駆動すると、貫通孔１３内が減圧される。これによって、載置面１２に載置された基板Ｗを固定吸着することができる。
【００３５】
なお、基板ステージ１０内に、冷却管路を蛇行状態で埋設するとともに、当該冷却管路内に冷媒等を循環移動させることによって、基板ステージ１０をコールドプレートとして機能させてもよい。同様に、基板ステージ１０を加熱するヒータ等の加熱手段をさらに備えることによって、基板ステージ１０をホットプレートとして機能させてもよい。
【００３６】
また、上記においては、貫通孔１３をピン孔および吸引孔として機能させる構成としていたが、ピン孔として機能する貫通孔と吸引孔として機能する貫通孔とを別に設ける構成としてもよい。
【００３７】
また、上記においては、ステージ本体１１は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｚｒ合金によって形成されているとしたが、その他の材質、例えば、アルミナ（アルミナオキサイド（Ａｌ2Ｏ3））によって形成してもよい。
【００３８】
〈２．載置面の表面処理〉
この実施の形態に係る基板ステージ１０の載置面１２には、図２、図３に示すように、エンボス加工によって所定のエンボス形状Ｅが形成されるとともに、アモルファス状態のアルミナ皮膜Ａが形成されている。図４は、載置面１２の加工の処理手順を示すフローチャートである。
【００３９】
はじめに、載置面１２にエンボス加工を施して所定のエンボス形状Ｅを形成する（ステップＳ１）。このエンボス加工の表面処理は、載置面１２の表面の粗さがμｍレベルで制御可能な精密機械加工によって行うことが望ましい。
【００４０】
続いて、エンボス加工が施された載置面１２に対して、陽極酸化処理によってアモルファス状態のアルミナ皮膜Ａを形成する（ステップＳ２）。
【００４１】
以下において、ステップＳ１において形成されるエンボス形状ＥおよびステップＳ２において行われる陽極酸化処理について説明する。
【００４２】
〈２−１．エンボス形状〉
エンボス形状Ｅは、図２、図３に示す通り、頂上面Ｔが平坦な凸部１２１が所定のパターンで配置されるとともに、各凸部１２１の上端が同一水平面に位置するように形成されたものである。つまり、このようなエンボス形状が形成された載置面１２に基板Ｗが載置されるので、凸部の頂上面Ｔが基板Ｗとの接触面となる。
【００４３】
このエンボス形状においては、載置面１２の全面積に対して、頂上面Ｔの総面積が占める割合が５０％未満（好ましくは２０％）となるように構成されている。
【００４４】
また、凸部１２１の高さＨ（すなわち、凹凸の高低差）は、１００μｍ未満（好ましくは３０μｍ）である。
【００４５】
また、頂上面Ｔの形状は略円形であり、その直径φは５ｍｍ未満（好ましくは２ｍｍ）である。
【００４６】
〈２−２．アモルファス状態のアルミナ皮膜Ａ〉
次に、アモルファス状態のアルミナ皮膜Ａを生成するための陽極酸化処理の条件について説明する。
【００４７】
アモルファス状態の酸化アルミニウムの皮膜（すなわちアルミナ皮膜Ａ）は、所定の電解液中で、陽極であるステージ本体１１に一定電圧を印加して陽極酸化することによって形成される。この陽極酸化処理の具体的な条件は次の通りである。
【００４８】
１．所定の電解液（化成液）として中性溶液を用いる。より具体的には、ｐＨが５より大きく９より小さい値（５＜ｐＨ＜９）の溶液を用いる。さらに具体的には、０．１〜１０％の濃度のカルボン酸の溶液を用いる。このカルボン酸の溶液は、非水溶媒を含有するものであることが望ましい。なお、非水溶媒としては、水酸基を有する溶媒（例えば、アルコール、有機溶媒）等を用いることが好ましい。
【００４９】
２．一定電圧として、５０〜２００Ｖを印加する。
【００５０】
この条件下でステージ本体１１を陽極酸化して、載置面１２に、数百ｎｍの厚みを有する緻密なアルミナ皮膜Ａを形成する（図５（ａ）参照）。このアルミナ皮膜Ａはアモルファス構造をとっている。
【００５１】
なお、ここで形成されるアルミナ皮膜Ａの厚さは数百ｎｍ程度であり、先述のエンボス形状Ｅに対して十分に薄い。したがって、アルミナ皮膜Ａの形成がエンボス形状Ｅに与える影響は無視できる。
【００５２】
〈３．効果〉
〔絶縁体の皮膜〕
基板ステージ１０には、載置面１２に絶縁体であるアルミナの皮膜Ａが形成されている。このため、基板ステージ１０においては、ステージ本体１１の表面であるＡｌ−Ｍｇ−Ｚｒ合金が露出されている状態に比べて耐摩耗性を向上させることができる。また、下記に説明するように、剥離帯電を抑制する効果を得ることができる。
【００５３】
導電性の材質（例えばアルミニウム）が露出した基板ステージにおいては、基板の一部分がステージから剥離する際に、静電現象によって、基板に負電荷が、ステージに正電荷が、それぞれ発生する。ここでは、ステージ表面に導電性材料が露出しているため、ステージ上に生じた正電荷はそのままアースに逃げてしまい、ステージは常に電荷供給能力が高い状態に保たれる。このため、基板の別の部分がステージから剥離する際にも、やはり剥離帯電によって基板に負電荷が発生し続けることになる。一方、絶縁体であるアルミナ皮膜Ａで覆われた基板ステージ１０においても、基板の一部分がステージから剥離する際に、基板とステージとにそれぞれ電荷が発生する。しかし、ここでは、ステージ表面に絶縁体層が形成されているため、ステージ上に生じた正電荷はアースに逃げることができず、ステージは電荷供給能力が低い状態に保たれる。このため、基板の各部分が順にステージから剥離していくにつれてステージより剥離された基板が負の静電気を帯びることが防止される。
【００５４】
以上の通り、基板ステージ１０においては、載置面１２が絶縁物であるアルミナ皮膜Ａによって覆われているために、剥離帯電現象が防止される。剥離後の基板に電荷の偏りが生じることがないので、基板表面に形成された素子の破壊や、汚染物質の吸着等も生じない。
【００５５】
〔アモルファス構造〕
また、基板ステージ１０には、載置面１２にアモルファス状態のアルミナ皮膜Ａが形成されている。このアルミナ皮膜Ａは、極薄で緻密な層であるとともに、ピンホール等も存在しない。このため、基板ステージ１０においては、高い耐摩耗性を得るとともに、剥離帯電をほぼ防止することができる。
【００５６】
例えば、従来の陽極酸化によって得られるアルミナ皮膜（以下、「多孔質アルミナ皮膜Ｐ」という）においては、ポーラス層が形成されるが、アルミナ皮膜Ａにおいてはポーラス層が形成されない。ただし、従来の陽極酸化処理（アルマイト処理）は、一般に以下の条件で行われるものである。
【００５７】
１．所定の電解液（化成液）として酸性溶液を用いる。より具体的には、弱酸性の硫酸水溶液（さらに具体的には、１０〜２０％の濃度の硫酸水溶液）や、弱酸性のシュウ酸水溶液（さらに具体的には、１〜１０％の濃度のシュウ酸水溶液）を用いる。
【００５８】
２．一定電圧として、１０〜５０Ｖを印加する。
【００５９】
図５は、アモルファス状態のアルミナ皮膜Ａ（図５（ａ））と多孔質アルミナ皮膜Ｐ（図５（ｂ））とのそれぞれの皮膜構造の様子を模式的に示した図である。図５に示す通り、アルミナ皮膜Ａは数百ｎｍ程度のバリア層を有するのに対し、多孔質アルミナ皮膜Ｐは、バリア層の下に、ポーラス層を有する２層構造を有し、その膜厚は数十μｍ程度となっている。
【００６０】
図５（ｂ）に示すように、多孔質アルミナ皮膜Ｐは、酸性の電解液中で陽極酸化されて形成されるため、電解液である酸性溶液の溶解作用によって無数の孔Ｐｏが形成されてしまう。この孔Ｐｏより、基板とステージのＡｌ−Ｍｇ−Ｚｒ合金領域とが容易に導通可能となってしまう（つまり、ステージ上に生じた正電荷が孔Ｐｏを通じてアースに逃げてしまう）ため、剥離帯電が生じやすい。一方、アモルファス状態のアルミナ皮膜Ａは、溶解作用のない中性の電解液中で陽極酸化されて形成されるため、多孔質アルミナ皮膜Ｐのように孔Ｐｏが形成されることもなく、欠陥のないアモルファス構造が形成される。したがって、アルミナ皮膜Ａにおいては、剥離帯電をほぼ防止することができる。また、欠陥のないアモルファス構造が形成されることによって優れた耐摩耗性を得ることができる。
【００６１】
また、当然のことながら、アモルファス構造（すなわち非結晶状態）を有するアルミナ皮膜Ａには、熱的衝撃を受けて空隙の原因となりうる粒界が存在せず、緻密で強固である。したがって、アルミナ皮膜Ａは、結晶構造を有する多孔質アルミナ皮膜Ｐに比べて、優れた耐摩耗性を有するとともに、高い剥離帯電の抑制効果も得ることができる。
【００６２】
また、アルミナ皮膜Ａの膜厚は数百ｎｍ程度であるのに対し、多孔質アルミナ皮膜Ｐの膜厚は数十μｍ程度である。換言すると、基板ステージ１０においては、数百ｎｍ程度の厚さのアルミナ皮膜Ａでもって、上記の各効果を得ることができる。つまり、アルミナ皮膜Ａにおいては、多孔質アルミナ皮膜Ｐに比べて形成する皮膜の膜厚を薄くすることができるので、皮膜が形成されることによる基板ステージ１０の熱伝導率への影響を小さくすることができる。
【００６３】
〔エンボス加工〕
さらに、基板ステージ１０には、載置面１２にエンボス形状Ｅが形成されている。
【００６４】
剥離帯電は基板と載置面１２との接触面積にも依存するものであるところ、本発明者の検討によれば、載置面１２に上記の通りのエンボス形状を形成することによって、剥離帯電が適切に防止されることが確認されている。
【００６５】
また、本発明者の検討によれば、載置面１２に上記の通りのエンボス形状を形成することによって、±１．６℃を超える温度分布が生じないこと（すなわち、熱的な不均質が生じないこと）、また、真空吸着時の応力集中にも問題がないことがともに確認されている。すなわち、このようなエンボス形状が形成された基板ステージ１０をコールドプレート、ホットプレートとして用いた場合、載置面１２に載置された基板を均質に熱処理することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】この発明に係る基板保持装置１の概略斜視図である。
【図２】基板保持装置１の断面図である。
【図３】基板ステージ１０の一部拡大図である。
【図４】載置面１２の加工の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】アモルファス構造のアルミナ皮膜Ａと多孔質型のアルミナ皮膜Ｐとのそれぞれの皮膜構造の様子を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００６７】
１    基板保持装置
１０    基板ステージ
１１  ステージ本体
１２    載置面
１３    貫通孔
２０    基板昇降機構
３０    基板固定機構
Ｅ    エンボス形状
Ａ    アルミナ皮膜
【図１】
2008034481.tif 000003
【図２】
2008034481.tif 000004
【図３】
2008034481.tif 000005
【図４】
2008034481.tif 000006
【図５】
2008034481.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成19年11月7日(2007.11.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
また、上記においては、ステージ本体１１は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｚｒ合金によって形成されているとしたが、その他の材質、例えば、アルミナ（酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3））によって形成してもよい。