CN101889101B - 用于基板的双面溅射蚀刻的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于蚀刻图案化的介质盘片的系统。可动的非接触电极被利用来执行溅射蚀刻。电极移动到几乎接触的距离但是并未接触基板以将RF能量耦合到盘片。待蚀刻的材料可以是金属，例如Co、Pt、Cr或类似金属。基板竖直保持在承载器中并且两个侧面顺次被蚀刻。也就是，一个侧面在一个腔室中被蚀刻，然后在下一腔室中第二侧面被蚀刻。隔离阀布置在两个腔室之间，盘片承载器在腔室之间移动盘片。承载器可以是利用例如磁化轮和直线电机的线性驱动承载器。

Description

用于基板的双面溅射蚀刻的系统和方法

技术领域

本发明涉及基板微制作领域，更具体地，涉及基板例如用于硬盘驱动器的硬盘的图案化(pattern)领域。

背景技术

基板的微制作是在例如半导体、平板显示器、发光二极管(LED)、用于硬盘驱动器(HDD)的硬盘等的制作中熟知的技术。如所熟知的，半导体、平板显示器和LED的制作包括用于图案化基板的许多步骤。另一方面，硬盘的传统制作，一般称作纵向记录技术，并不包括图案化。类似地，用于横向记录技术的硬盘制作并不包括图案化。相当均一的层被淀积并且记忆单元通常由未图案化磁层内的纹理的自然出现限定。

已经证明，为了保持与其它形式的存储器的竞争力，未图案化的盘片在区位密度和成本方面会不能满足市场的需要。结果，已经提出，下一代盘片应当被图案化。可以想到，图案化处理会利用光刻术，尽管当前并不明确哪种刻印技术会被商业化，并且仍然没有可用于图案化介质的商业制作的商业系统。光刻术的竞争者是干涉光刻术、近场刻印术和纳米压印刻印术(NIL)。不管应用哪种刻印技术，一旦光致抗蚀剂被曝光和显影，盘片就需要被蚀刻。但是，迄今为止还没有提出一种在商业上可行环境下用于蚀刻盘片的技术。

确信的是，蚀刻技术是熟知的，并且得到很好的发展用于半导体、平板显示器、LED等。但是，在所有的这些应用中，基板的仅一个侧面需要被蚀刻从而允许卡盘从后侧面保持基板。等离子被激发以蚀刻前侧面。此外，电极通常嵌入在卡盘中以施加电势以吸引等离子体来撞击基板的前表面。

由于上面的情况，需要一种方法和系统以采用等离子蚀刻技术用于蚀刻硬盘以提供图案化的介质。

发明内容

以下的概述被包括进来以为了提供对本发明的一些方面和特征的基本理解。该概述并不是本发明的广泛的综述，因此并不意在用于特别地确定本发明的重要或者关键要素或者用于描述本发明的范围。它的唯一的目的是以简化的形式作为下面将要进行的更详细的描述的前序以介绍本发明的一些构思。

考虑到等离子蚀刻技术在硬盘方面的应用，本发明人已经认识到，标准的等离子蚀刻技术对于蚀刻图案化的硬盘存在问题。不同于半导体以及其它应用，盘片需要在两个侧面上都被蚀刻。因此，仅在一面上进行等离子蚀刻的传统系统不能用于硬盘。再者，因为盘片的两个侧面被制作，所以不能允许制作设备的元件接触盘片的任一表面。因此，利用传统卡盘的现有技术的系统不能用于处理硬盘，因为它们接触后侧面。这引起另一问题，即如果没有卡盘能够用于保持盘片，如何能够施加偏压电势来使得等离子体撞击盘片的表面呢？

本发明人已经提供对上面的问题的解决方案并研发出一种能够使得在可商业运行的环境下蚀刻盘片的系统和方法。本发明的实施方式使得能够在盘片的两面上进行等离子蚀刻，而无需接触盘片的任何表面。本发明的实施方式还使得能够施加偏压电势以使得等离子体撞击盘片表面而无需使得盘片附着到卡盘。

附图说明

附图被引入说明书并构成说明书的一部分，附图示例出本发明的实施方式，并与说明书一起用以解释和示出本发明的原理。附图意在以示意性的方式示出示例性实施方式的主要特征。附图并不意在描述实际实施方式的每个特征，也不是意在描述所示元件的相对尺寸，并且附图也不是按比例绘制的。

图1示出根据本发明的实施方式的用于制作图案化的硬盘的系统的一部分。

图2示出沿着图1的线A-A剖开的横截面。

图3示出沿着图1的线B-B的横截面。

图4A是示出处于远离盘片的位置的可动电极的局部轴测图，而图4B是示出处于紧邻盘片的位置的可动电极的局部轴测图。

图5示出根据本发明的实施方式的盘片蚀刻腔室。

图6示出具有交替的蚀刻腔室和冷却站的系统的实施方式。

图7示出根据本发明的实施方式的处理流程。

图8示出根据本发明的系统的替代实施方式。

图9示出根据本发明的实施方式的某些替代特征。

图10是示出根据本发明的实施方式的流程的流程图。

具体实施方式

根据本发明的实施方式，提供一种用于蚀刻图案化介质盘片的系统。可动的非接触电极被利用来执行溅射蚀刻，这对于溅射用于硬盘驱动器(HDD)的硬盘是特别有益的。本发明对于在一般称为图案化介质类型的盘片上的金属蚀刻是特别有益的。电极移动到几乎接触的距离但是并不接触基板以耦合RF能量到盘片。待蚀刻材料可以是金属，例如，Co、Pt、Cr或类似金属。不允许系统的任何部分接触表面。基板被竖直保持在承载器(carrier)中，并且两个侧面都必须被蚀刻。在一个实施方式中，一面在一个腔室中被蚀刻，然后第二面在下一腔室中被蚀刻。隔离阀布置在两个腔室之间，并且盘片承载器在腔室之间移动盘片。承载器可以是利用例如磁化轮和直线电机的线性驱动承载器。

在一个实施方式中，腔室在一个侧面上具有喷头，在另一个侧面上具有可动电极。喷头可以接地或者偏压，并具有用于将气体例如氩气、活性气体，例如CxFy、Cl₂、Br₂等传递到腔室中的装置。腔室还具有用于线性驱动盘片承载器的导引器或者导轨。当盘片承载器呈现处理位置时，电极移动到接近盘片，但是不接触盘片。将例如13.56MHz的RF激励耦合到电极，电极电容性地耦接到盘片。等离子然后在盘片和喷头之间的空隙中被激发，从而从盘片的面上溅射材料。在下一腔室中，相同的安置被提供，除了是以相反的面向顺序之外，以使得盘片的相反面被蚀刻。冷却腔室可以介于上述两个腔室之间，或者在上述两个腔室之后。

现将参照附图描述本发明的实施方式。图1示出根据本发明的实施方式的用于制作图案化硬盘的系统的一部分。在图1中，三个处理腔室100、105和110被示出，但是在每个侧面上的三个点表明可以使用任何数量的腔室。再者，尽管在此示出三个特定的腔室，但是并非一定要采用在此所示的腔室安置。而是，可以使用其它腔室安置，并且其它类型的腔室可以介于所示的腔室之间。

用于示例的目的，在图1的例子中，三个腔室100、105和110是蚀刻腔室，每个腔室由它自己的真空泵102、104、106进行抽空。处理腔室的每一个具有移送部分122、124和126、处理部分132、134和136。盘片150安装到盘片承载器120上。在这个实施方式中，盘片通过它的周边被保持，也就是，并不接触其任何表面，因为两个表面都被制作以图案化两个侧面。盘片承载器120具有一组骑在轨道(在图1中未示出)的轮121。在一个实施方式中，这些轮被磁化以提供更好的牵引和稳定性。盘片承载器120骑在设置在移送部分中的导轨上以定位盘片在处理部分中。在一个实施方式中，运动力通过直线电机安置(在图1中未示出)外部地提供到盘片承载器120。

图2示出沿着图1的线A-A剖开的横截面。为简单起见，在图2中，盘片250被示出而未带有承载器，但是，应当认识到，盘片在图1的系统中执行的整个处理过程中保持在盘片承载器上，并且盘片通过圆盘承载器从一个腔室运输到另一腔室，如在图2中的箭头所示例的。在这个示例性实施方式中，在每个腔室200、205和210中，盘片在一个侧面上进行制作。如图2所示，当盘片从一个腔室移动到另一腔室时，盘片在交替的侧面上被制作，但是，应当认识到，表面制作的顺序可以变化。同样在图2中示出的是隔离阀202、206，该隔离阀202、206在制作过程中隔离每个腔室。每个腔室包括安装到可动支撑部242′、244′、246′上的可动电极(在这个例子中为阴极)242、244、246，以及原气传递设备262、264、266，例如喷头。

图3示出沿着图1的线B-B剖开的横截面。盘片350被示出安装到承载器320上。承载器320具有轮321，轮321骑在轨道324上。轮321可以是磁性的，在该情形下，轨道324可以由顺磁材料制成。在这个实施方式中，承载器通过直线电机326移动，尽管其它运动力和/或安置也可以使用。一旦腔室被抽空，原气就经由例如喷头364供应到腔室中。喷头接地。等离子通过施加RF偏压能量到可动阴极344而被激发和保持。尽管其它用于激发和保持等离子的装置也可以使用，但是，可动阴极提供吸引等离子体并使得等离子体向着盘片加速以从盘片溅射材料所需的偏压能量。也就是，当可动阴极344移动到非常接近盘片的一个表面时，它电容性地耦接RF偏压能量到盘片，以使得等离子体向着盘片加速以蚀刻相对表面。应当认识到，尽管图3是关于可动阴极344进行解释的，但是能够通过利用移动阳极实现相同的效果，如将参照图9进行解释的。

图4A是示出可动电极处于远离盘片的位置的局部轴测图，而图4B是示出可动电极处于紧邻盘片的位置的局部轴测图。图4A示出当盘片刚插入到腔室中或者即将离开腔室并且没有执行处理的情形。图4B示出在处理过程中，也就是在盘片的蚀刻过程中腔室的情形。盘片450通过承载器420的夹子423(在这个例子中利用四个夹子)保持它的周边。可动电极组件444包括电极壳体441、电极盖443和电极447。在这个例子中，电极盖443具有与夹子423匹配的凹口449，以使得在它的紧邻位置，如图4B所示，盖并不接触夹子。再者，尽管有一点不清楚，电极为环形形状，与盘片的形状相匹配，也就是，具有匹配盘片的中心孔的中心孔。

图5示出根据本发明的实施方式的蚀刻腔室。在图5中，一些元件被剖开，一些元件被移除，以为了露出与理解该实施方式相关的元件。整个组件安装在主腔室体500上，具有用作用于承载器运输的运输腔室下部522和专用于盘片制作也就是蚀刻的上部532。在该附图中，通常位于运输腔室522中的轨道和直线电机已经被移除以提供更清楚的视图。原气(precursorgas)从主腔室体500的一侧进行传递，而RF能量耦合从另一侧提供。在这个实施方式中，原气通过利用喷头组件562而传递到腔室中。RF能量耦合通过利用非常接近但不接触盘片的可动电极组件而实现。电极装置通过利用运动组件585而移动以在盘片运动过程中处于缩回模式，在蚀刻过程中处于紧邻模式(参见图4A和4B)。

RF能量从传导电极电容性地耦合到盘片，然后到等离子。电极组件包括由传导材料制成并形状与盘片表面互补的电极544。电极盖543设置在电极周围，并且延伸超过电极544以使得当电极处于它的近端激励位置时，电极盖543盖住盘片边缘。在这个位置，电极盖543防止等离子体攻击盘片的侧面并防止等离子抵达盘片的后侧表面，也就是，防止等离子接近面对电极的表面和电极之间的空间。

对于非活性蚀刻，原气可以是例如氩气。因为通常用于磁性盘片的磁性金属可以是物理蚀刻的，也就是，通过溅射，所以氩气是适当的原气。在处理过程中，腔室可以保持在减压下，例如10-80毫托(mT)，尽管某些处理可以在1mT至10torr的压力下进行。RF能量可以设置到例如100-3000瓦，例如13.56MHz的频率。在图5的例子中，通过耦接RF匹配件580到蚀刻腔室而使得结构紧凑。来自匹配件580的RF激励耦合到传导电极544。在一个实施方式中，流体管547提供作为热交换介质的流体以冷却或者加热电极544。类似地，流体管569可以提供热交换流体到喷头。

为了有效耦合RF能量到盘片，电极544必须布置为非常靠近盘片。在所示实施方式中，盘片和电极之间的距离可以设置为0.02″-0.75″。在这些例子中，所述布置可以做到±0.005″的精度。在一个例子中，布置精度通过能够通过利用近程式传感器例如一个或多个光学传感器实现。如图5所示，光纤582提供从电极544到光学传感器584的光路。多个光纤和相应的传感器可以被使用，并且各种光学技术可以被利用以提高布置精度和防止冲撞到盘片。

在一个例子中，电极和喷头都由硬阳极化铝制成。显然，不同于传统的蚀刻腔室，在此电极的传导表面被露出并且没有被绝缘体覆盖。如在其它例子中，喷头接地并固定，也就是不可动。绝缘部分可以由氧化铝(其中可暴露到等离子)或Ultem制成。对于所述实施方式，可以实现每秒高于10nm的蚀刻速率。

图6示出具有交替的蚀刻腔室和冷却站的系统的实施方式。如在每个侧面上的三个点表明的，所述安置可以重复自身或者耦接到执行其它处理的其它腔室或者耦接到冷却或者移送腔室。显然，腔室600定位为蚀刻盘片650的一个表面。隔离阀602然后打开并且盘片移动到冷却腔室600′。在下一轮，602′打开并且盘片移动到蚀刻腔室605中。蚀刻腔室605定位为蚀刻盘片的相反侧面。其后，盘片移动到另一冷却站605′。

图7示出根据本发明的实施方式的处理流程。在步骤700，隔离阀打开，在步骤705，承载器被运输以将基板布置在适当位置用于处理。在步骤710，隔离阀闭合，在步骤715，电极移动到它的近端位置，也就是靠近但不接触基板。在步骤720，气体供应到腔室，在步骤725，RF供应到电极以激发和保持等离子。注意到，如果另一安置用于激发等离子，例如感应线圈、远程微波等，仍然需要到电极的RF以便提供偏压电势以使得等离子体向着基板加速。只要处理进行，气体和RF就供应，并且当在步骤730，处理终止时，RF在735终止，气体传递在740终止，然后电极移动到它的远端位置，也就是远离基板。处理然后可以被重复以处理下一盘片并移动当前盘片到另一腔室。

图8示出根据本发明的系统的替代实施方式。在图8中，两个蚀刻腔室800和805耦接，而没有冷却腔室在它们之间。而是，冷却腔室800′和805′设置在蚀刻腔室对与蚀刻腔室对之间，以使得基板在进入冷却腔室之前经历双面蚀刻。

图9示出根据本发明的实施方式的某些替代特征。为了示例的目的，图9的腔室类似于图3的腔室，从而突显下面的差异。例如，在图9的腔室中，提供一个或多个气体注射器972，而不是利用喷头。相反，腔室可以采用喷头和气体注射器。例如，喷头可以提供一种类型的气体，例如惰性气体，而注射器提供另一类型的气体，例如活性气体。图9的腔室的另一特征是利用可动阳极。也就是，在图9的腔室中，RF能量耦合到静止电极964，该电极可以嵌入或者可以不嵌入在喷头中。可动阳极944耦接到大地。

图10是示出根据本发明的实施方式处理的流程图。图10的处理可以利用根据本发明构造的任何腔室。在步骤1000，基板移入腔室中。在步骤1005，可动电极移动到紧邻但不接触基板的位置。在步骤1010，气体被引入腔室中，在步骤1015，能量被耦合到可动或者静止电极，以使得在步骤1020等离子被激发。在这样的条件下，基板通过例如物理和/或活性离子蚀刻而进行处理。当处理步骤完成时，要么是通过时序要么通过检测结束点，在步骤1025，RF能量关闭，在步骤1030电极缩回到其远端位置，在步骤1035腔室被抽空。在步骤1040基板移除并且对另一基板重复该处理。应当注意到，尽管移除一个基板并引入另一基板被示出为两个单独的步骤，但是这些步骤可以同时进行，也就是在一个基板被移出时，另一个基板可以移入。

应当理解，在此描述的处理和技术并不内在地与任何特定的设备相关，而是可以通过任何部件的适当组合而实现。进一步地，各种类型的通用装置可以根据在此描述的教导进行使用。构建专门的设备来执行在此描述的方法步骤也会被证明是有利的。已经参照特定的例子描述了本发明，这些特定例子在所有方面都是为了示例性目的，而非限制性目的。本领域技术人员将认识到，硬件、软件和固件的许多不同组合将适于实施本发明。而且，考虑到在此公开的本发明的说明书和实施，本发明的其它实施方式对于本领域技术人员来说将是明显的。所述实施方式的各个方面和/或部件可以单独使用，或者可以以本领域的任何组合使用。因此，所述描述和例子应当仅视为示例性的，本发明的实际范围和精神将由权利要求书表明。

Claims (22)

1.用于盘片蚀刻腔室的可动电极，其包括：

可动支撑部；

耦接到所述可动支撑部的运动组件；

具有暴露表面的传导电极，所述传导电极由传导材料制成并且形状与盘片表面互补而且具有匹配盘片的中心孔的中心孔，当所述传导电极移动到非常接近所述盘片的一个表面时，所述传导电极电容性地耦接RF能量到所述盘片；以及

设置在所述传导电极周围并露出所述传导电极的所述暴露表面的电极盖，并且所述电极盖延伸超过所述传导电极以使得当所述传导电极处于近端激励位置时，电极盖盖住盘片边缘，从而防止等离子体攻击盘片的侧面并防止等离子抵达盘片的后侧表面，也就是，防止等离子接近位于面对电极的盘片表面和电极之间的空间，以及

其中所述可动电极构造为在蚀刻盘片时采取紧邻所述盘片但不接触所述盘片的位置，以及远离所述盘片以便盘片运输的位置。

2.如权利要求1所述的可动电极，进一步包括传递热交换流体到所述传导电极的流体管。

3.如权利要求1所述的可动电极，进一步包括近程式传感器。

4.如权利要求3所述的可动电极，其中，所述近程式传感器包括耦接到光学传感器的光纤。

5.用于蚀刻基板的蚀刻腔室，其包括：

主腔室体；

耦接到所述腔室体的原气传递组件；

如权利要求1所述的可动电极，其耦接在所述腔室体的侧面上；

在所述腔室体内部用于接收基板的基板定位机构；以及

其中所述可动电极构造为选择地采取紧邻所述基板但不接触所述基板的任何表面以便处理的位置，以及远离所述基板以便基板运输的位置。

6.如权利要求5所述的蚀刻腔室，其中，所述电极盖构造为使得采取盖住所述基板的周边的处理位置。

7.如权利要求5所述的蚀刻腔室，其中，所述可动电极构造为以使得布置所述电极的所述暴露表面在距离所述基板0.02"至0.75"之间的距离处。

8.如权利要求5所述的蚀刻腔室，进一步包括测量所述电极的所述暴露表面和所述基板之间的距离的近程式传感器。

9.如权利要求8所述的蚀刻腔室，其中，所述近程式传感器包括耦接到光学传感器的光纤。

10.如权利要求5所述的蚀刻腔室，其中，所述原气传递组件包括接地喷头。

11.如权利要求5所述的蚀刻腔室，进一步包括传递热交换流体到所述电极的流体管。

12.如权利要求5所述的蚀刻腔室，进一步包括耦接到所述传导电极的RF激励源。

13.用于蚀刻基板的系统，所述系统包括：

第一蚀刻腔室，该第一蚀刻腔室包括：

具有第一侧面和与该第一侧面相对的第二侧面的第一主腔室体；

第一电极组件，其耦接到所述第一侧面；

耦接到所述第二侧面的第一可动电极，其中所述第一可动电极为如权利要求1所述的可动电极；

位于所述第一主腔室体内部用于接收所述基板的第一基板定位机构；

串联耦接到所述第一蚀刻腔室的第二蚀刻腔室，该第二蚀刻腔室包括：

具有第三侧面和第四侧面的第二主腔室体，该第三侧面与所述第二侧面相对，并且所述第四侧面与所述第一侧面相对；

第二电极组件，其耦接到所述第四侧面；

耦接在所述第三侧面上的第二可动电极，其中所述第二可动电极为如权利要求1所述的可动电极；以及

位于所述第二主腔室体内部用于接收基板的第二基板定位机构。

14.如权利要求13所述的系统，进一步包括定位在所述第一和第二蚀刻腔室之间的隔离阀。

15.如权利要求13所述的系统，进一步包括定位在所述第一和第二蚀刻腔室之间的冷却腔室。

16.如权利要求13所述的系统，其中，所述第一和第二可动电极各自包括电极盖：

所述电极盖设置在电极周围并且延伸超过所述电极，以使得当所述电极处于它的近端激励位置时，所述电极盖盖住所述盘片的边缘，由此防止等离子抵达所述盘片的后侧表面。

17.用于在蚀刻腔室中蚀刻基板的方法，其包括：

安装基板到承载器上；

将承载器运输到腔室中；

移动如权利要求1所述的可动电极以采取紧邻基板的表面而电极并未物理接触基板的位置；

将原气注入腔室中；以及

将RF能量耦合到所述电极以使得腔室中的等离子体向着基板加速。

18.如权利要求17所述的方法，进一步包括提供流体以与电极交换热量。

19.如权利要求17所述的方法，其中，在腔室中的等离子体蚀刻基板的一个侧面，所述方法进一步包括将基板移入随后的腔室中并蚀刻基板的相反侧面。

20.如权利要求19所述的方法，进一步包括在将基板移入随后的腔室之前将基板移入冷却腔室中。

21.用于在包括多个蚀刻腔室的系统中蚀刻基板的方法，其包括：

将基板安装到承载器上；

将承载器运输到第一蚀刻腔室中；

采用如权利要求1所述的可动电极来蚀刻基板的一个侧面；以及

将基板运输到随后的蚀刻腔室中并蚀刻基板的相反侧面。

22.如权利要求21所述的方法，进一步包括在将基板运输到随后的蚀刻腔室中之前和在随后的腔室中蚀刻之后的至少一个的情况下将基板运输到冷却腔室中。