专利名称：用于衬底的两侧溅射蚀刻的系统和方法
技术领域：
本发明涉及衬底微制造领域，并且尤其涉及例如用于硬盘驱动的硬盘的衬底的构 图。
背景技术：
衬底的微制造是在例如半导体、平板显示器、发光二极管(LED)、用于硬盘驱动 (HDD)的硬盘等的制造中采用的公知技术。已经知道，半导体、平板显示器以及LED的制造 涉及用于对衬底进行构图的各种步骤。另一方面，硬盘的传统制造，通常被称为纵向记录技 术，不涉及构图。类似地，用于垂直记录技术的磁盘制造不涉及构图。沉积更加均勻的层并 且通常通过由未构图的磁层内的磁粒(grain)的自然发生来定义存储器单元。已经证明，为了保持与其它形式存储器的竞争，在面积比特密度和成本方面，非构 图磁盘将不能满足市场需求。因此，已经提出应该对下一代磁盘进行构图。已经展望，尽 管目前还不确定哪一种光刻技术会被商业化，并且还没有商业系统可用于构图介质的商业 制造，但是构图工艺可以利用光刻。光刻的竞争者中有干涉光刻、近场刻蚀和纳米压印光刻 (NIL)。无论使用何种光刻技术，一旦曝光和显影了光致抗蚀剂，需要蚀刻磁盘。然而，目前 还没有提出用于在商业可行环境下蚀刻磁盘的任何技术。可以确定，蚀刻技术对于半导体、平板显示器、LED等是公知的并且发展得很好。然 而，在所有这些应用中，仅需要蚀刻衬底的一侧-允许吸盘(Chuck)向衬底施加力并且从背 侧固定衬底。点燃等离子体以蚀刻前侧。此外，通常将电极嵌入到吸盘中以施加电势以吸 引等离子体粒子撞击到衬底的前表面上。考虑到这些，需要采用等离子体蚀刻技术蚀刻硬盘以提供构图介质的方法和系 统。
发明内容
下面所包括的发明内容部分提供对本发明的一些方面和特征的基本理解。该发明 内容不是本发明的宽泛概述并且因而并非旨在专门标识本发明的主要或者关键元件或者 界定本发明的范围。其唯一目的是以简化形式提供本发明的一些概念作为下面提供的更加 详细描述的前瞻。在考虑将等离子体蚀刻技术应用到硬盘时，本发明的发明人已经意识到，标准等 离子体蚀刻技术对于蚀刻构图硬盘是有问题的。与半导体和其它应用不同，需要在两侧上 蚀刻磁盘。因此，仅在一侧上具有等离子体蚀刻的传统系统不适于硬盘。而且，由于制造 磁盘的两侧，不允许制造机器的元件向磁盘的表面施加夹持力以将磁盘吸附到支撑体上。 因此，利用传统吸盘的现有技术系统由于从其背侧向支撑体施加吸附力而不能用于处理硬 盘。这提出了另一问题，即，如果没有吸盘能够用于固定磁盘，如何能够施加偏置电势以使 等离子体的粒子(species)撞击到磁盘的表面上？本发明的发明人已经提出了对上述问题的解决方案并且开发了能够在商业可行环境中进行磁盘蚀刻的蚀刻系统和方法。本发明的实施例能够对磁盘的两侧进行等离子体 蚀刻，而不向磁盘的任何表面施加吸附力。本发明的实施例还能够施加偏置电势以使等离 子体粒子撞击磁盘的表面，而不使磁盘附接到吸盘。例如使用电容性或者电感性耦合的RF 功率维持等离子体，并且可以使用磁场增强等离子体和/或使等离子体成形。
结合到说明书中并且构成本说明书一部分的附图示例了本发明的实施例，并且连 同说明书一起用于解释和说明本发明的原理。附图旨在以图示的方式说明示例性实施例的 主要特征。附图并非旨在描述实际实施例的每一个特征并且也并非旨在描述元件的相对尺 寸，并且所述附图并非按照比例绘制。图1示出了根据本发明实施例用于制造构图硬盘的系统的一部分。图2示出了沿着图1中的线A-A的截面图。图3示出了沿着图1中的线B-B的截面图。图4A示出了处于远端位置(即，远离磁盘)的可移动电极的局部立体图，而图4B 示出了处于近端位置(即，靠近或者稍微接触磁盘)的可移动电极的局部立体图。图5示出了根据本发明实施例的磁盘蚀刻腔。图6示出了具有交替的蚀刻腔和冷却站的系统的实施例。图7示出了根据本发明实施例的工艺流程。图8示出了根据本发明的系统的可选实施例。图9示出了根据本发明实施例的某些可选特征。图10是示出了根据本发明实施例的工艺流程图。图11示出了根据本发明实施例的可选特征。
具体实施例方式根据本发明的实施例，提供用于蚀刻构图介质磁盘的系统。利用可移动电极执行 溅射蚀刻，该溅射蚀刻对于溅射在硬盘驱动(HDD)中使用的硬盘尤其有利。本发明对于在 通常被称为构图介质类型的磁盘上进行金属蚀刻尤其有利。将电极移动到靠近接触衬底或 者稍微接触衬底以将RF能量耦合到磁盘，但是没有吸附力施加到磁盘。在将电极保持靠近 接触磁盘的实现中，应该将电极与磁盘之间的间隙维持得比等离子体暗区更小，以避免将 等离子体维持在磁盘与电极之间。将被蚀刻的材料可以例如是Co/Pt/Cr的金属或者类似 金属。将衬底垂直保持在载体中并且必须蚀刻两侧。在一个实施例中，在一个腔中蚀刻一 侧，然后在下一个腔中蚀刻第二侧。在两个腔之间设置隔离阀并且磁盘载体在腔之间移动 磁盘。载体可以是例如使用磁化轮和线性电机的线性驱动载体。在一个实施例中，腔在一侧上具有喷头并且在另一侧上具有可移动电极。可以将 喷头接地或者偏置，并且喷头具有向腔中输送气体的设置，该气体例如是氩气、诸如CxFy， Cl2，8^等的反应气体。腔还具有用于线性驱动磁盘载体的导轨或者轨道。当磁盘载体位 于(assume)处理位置时，电极移动到靠近磁盘并且可以稍微接触磁盘，但是不向磁盘施加 任何吸附力，即，通过载体将磁盘维持在适当位置。将例如13. 56MHz的RF功率耦合到电极， 电极电容性耦合到磁盘。然后在磁盘和喷头之间的空隙中点燃等离子体，从而从磁盘的表面溅射材料。或者通过电容性耦合的RF功率，或者通过单独电感性耦合的RF源，可以点燃 和维持等离子体。此外，可以使用磁场增强等离子体和/或使等离子体成形。在下一个腔 中，除了以相对面对的顺序，提供同样的(exact)设置，以便蚀刻磁盘的相对表面。冷却腔 可以介于两个腔之间，或者在这两个腔之后。下面将参照附图描述本发明的实施例。图1示出了根据本发明实施例用于制造构 图硬盘的系统的一部分。在图1中，示出了三个处理腔100、105和110，但是每一侧上的三 个点表示可以使用任何数量的腔。而且，尽管示出了三个具体腔，但是也不必一定要采用这 里示出的腔结构。而是可以使用其它腔结构并且可以在所示的腔之间夹置其它类型的腔。出于说明目的，在图1的示例中，三个腔100、105和110是蚀刻腔，每一个腔由其 自己的真空泵102、104、106去真空。每一个处理腔具有传送部分122、124和126以及处理 部分132、134和136。磁盘150安装在磁盘载体120上。在该实施例中，通过磁盘的外周保 持磁盘，即，由于要制造两个表面以构图两侧，所以不接触其任何表面。磁盘载体120具有 架设在轨道(图1中未示出)上的一组轮121。在一个实施例中，使轮磁化以提供更好的牵 引和稳定。磁盘载体120架设在设置在传送部分中的轨道上以在处理部分中定位磁盘。在 一个实施例中，使用线性电机结构(图1中未示出)从外部向磁盘载体120提供原动力。图2示出了沿着图1中的线A-A的截面图。为了简化，在图2中示出了不带有载体 的磁盘250，但是应该意识到，在图1的系统中执行的整个处理中磁盘保持在磁盘载体上， 并且磁盘通过磁盘载体从一个腔传送到另一个腔，如图2中的箭头所示。在该说明性实施 例中，在每一个腔200、205和210中，在一侧上制造磁盘。如图2所示，随着磁盘从一个腔 移动到另一个腔，在交替侧上制造磁盘，然而应该意识到，可以改变表面制造的顺序。图2 中还示出了在制造期间隔离每一个腔的隔离阀202、206。每一个腔包括安装在可移动支撑 体242，、244，、246，上的可移动电极(在该示例中是阴极)242、244、246以及诸如喷头的处 理气体输送装置262、264、266。图3示出了沿着图1中的线B-B的截面图。所示的磁盘350安装在载体320上。 载体320具有架设在轨道324上的轮321。轮321可以是磁性的，在这种情况下轨道324可 以由顺磁材料制成。在该实施例中，可以通过线性电机326移动载体，尽管可以使用其它原 动力和/或结构。一旦使腔去真空，工艺气体例如经由喷头364供应到腔中。在该特定示 例中喷头可以接地。通过向可移动阴极344施加RF偏置能量，点燃并且维持等离子体。尽 管可以利用用于点燃和维持等离子体的其它装置，但是可移动阴极提供吸引等离子体粒子 并且使其朝向磁盘加速以从磁盘溅射材料必需的偏置能量。即，当可移动阴极344移动到 其近端位置时，其将RF偏置能量电容性耦合到磁盘，以使得朝向磁盘加速等离子体粒子以 蚀刻相对表面。值得注意的是，在整个说明书中，术语近端位置是指非常靠近或者稍微接触 磁盘的一个表面但是不向磁盘施加任何吸附力的电极位置。应该意识到，尽管参照可移动 阴极344解释了图3，但是使用移动阳极也能够实现相同的效果，这将参照图9进行描述。图4A是表示在远端位置中，S卩，远离磁盘的位置中的可移动电极的局部立体图， 而图4B是表示在近端位置中，即，靠近或者稍微接触磁盘的位置中的可移动电极的局部立 体图。图4A示出了磁盘正好插入到腔中或者即将离开该腔并且没有执行处理的情况。图 IlB示出了处理期间，S卩，在蚀刻磁盘期间腔的情况。由载体420的夹子423通过磁盘450 的外周来保持磁盘450 (在该示例中使用四个夹子)。可移动电极组件444包括电极壳体
6441、电极盖443以及电极447。在该示例中，电极盖443具有与夹子423相匹配的凹槽449， 以使得如图4B所示，在其近端位置中该盖不会接触夹子。而且，尽管有一些模糊，但是电极 本身是与磁盘的形状相匹配的垫圈形状，即，具有与磁盘的中心孔相匹配的中心孔。图5示出了根据本发明实施例的蚀刻腔。在图5中，剪裁和移除了一些元件以暴 露出与理解本实施例相关的元件。将整个组件安装在主腔体500上，该主腔体500具有用 作用于载体传送的传送腔的下部522以及专用于磁盘制造，即，蚀刻的上部532。在该图中， 移除了通常位于传送腔522中的轨道和线性电机以提供更清楚的视图。从主腔体500的一 侧进行工艺气体输送而从另一侧提供RF能量耦合。在该实施例中，使用喷头组件562将工 艺气体输送到腔中。使用与磁盘非常靠近或者稍微接触磁盘的可移动电极组件实现RF能 量耦合。使用移动组件585移动电极组件以使该电极组件在磁盘移动期间处于收缩模式并 且在蚀刻期间处于近端模式(参见图4A和4B)。在该特定的示例中，从传导电极到磁盘并且因此到等离子体进行电容性RF能量 耦合。电极组件包含由传导材料制成并且其形状与磁盘表面互补的电极544。电极盖543 设置在电极周围并且延伸超出电极544以在电极处于其近端激励位置时，电极盖543覆盖 磁盘的边缘。在该位置中，电极盖543防止等离子体粒子袭击磁盘的侧面并且防止等离子 体到达磁盘的背侧表面，即，防止等离子体接近位于面对电极的表面和电极之间的空间。而 且，电极与磁盘之间的间隙应该维持得比等离子体暗区更小，以避免在磁盘和电极之间维 持等离子体。对于非反应蚀刻，工艺气体可以例如是氩气。由于通常用于磁盘的磁金属可以被 物理蚀刻，即，通过溅射，氩气是适合的工艺气体。在处理期间，可以使腔保持在降低的压力 下，例如10-80毫托(mT)，尽管可以在lmT到10托的压力下执行某些处理。可以将RF能 量设置为在例如频率为13. 56MHz的例如100-3000瓦。在图5的示例中，通过将RF匹配器 580耦合到蚀刻腔，该结构被压缩。来自匹配器580的RF功率耦合到传导电极544。在一 个实施例中，流体管547提供流体作为热交换媒介以冷却或者加热电极544。类似地，流体 管569可以向喷头提供热交换流体。 为了将RF能量有效耦合到磁盘，必须将电极544放置得距离磁盘很近或者稍微接 触磁盘。在所说明的实施例中，可以将磁盘与电极之间的距离设置在0. 02”到0. 75”之间。 在这些示例中，可以按照士0.005”的精度进行该放置。在一个示例中，通过使用诸如一个 或者多个光学传感器的接近传感器实现该放置精度。如图5所示，光纤582提供从电极544 到光学传感器584的光学路径。可以使用多个光纤和相应的传感器并且可以利用各种光学 技术来增强放置精度并且防止与磁盘碰撞。在一个示例中，电极和喷头都由硬阳极化的铝制成。值得注意的是，与传统蚀刻腔 不同，这里暴露电极的传导表面并且不使用绝缘体覆盖该传导表面。而在其它示例中，喷头 接地并且固定，即，不可移动。绝缘部件可以由氧化铝(这时会发生暴露于等离子体)或者 耐高温绝缘材料(Ultem)制成。利用所描述的实施例，可以实现高于每秒lOnm的蚀刻速率。图6示出了具有交替的蚀刻腔和冷却腔的系统实施例。如每一侧上的三个点所表 示的，该结构可以本身重复或者耦合到执行其它工艺的其它腔或者耦合到冷却或传送腔。 值得注意的是，设置腔600的位置以蚀刻磁盘650的一个表面。然后打开隔离阀602并且 向冷却腔600’移动磁盘。在下一个回合中，打开阀602’并且将磁盘移动到蚀刻腔605中。设置蚀刻腔605的位置以蚀刻磁盘的相对侧。之后将磁盘移动到另一冷却站605’。图7示出了根据本发明实施例的工艺流程。在步骤700处打开隔离阀并且在步骤 705处传送载体以将衬底放置到正确位置进行处理。在步骤710处关闭隔离阀并且在步骤 715处电极移动到其近端位置，S卩，位于衬底附近或者稍微接触衬底但是不向衬底施加力。 在步骤720处将气体供应到腔并且在步骤725处将RF提供到电极以点燃和维持等离子体。 注意到，如果使用另一结构例如，使用感应线圈、远程微波等点燃等离子体，则仍然需要到 电极的RF以提供偏置电势使等离子体粒子朝向衬底加速。只要处理在进行，就供应气体和 RF,并且当在步骤730处停止工艺时，在步骤735处停止RF，在步骤740处停止气体输送，然 后将电极移动到其远端位置，即，远离衬底。然后重复该工艺以处理下一个磁盘并且将当前 磁盘移动到另一个腔。图8示出了根据本发明系统的可选实施例。在图8中，耦合两个蚀刻腔800和805， 在这两个腔之间没有任何冷却腔。而是将一个冷却腔(800’或者805’)设置在蚀刻腔的每 一个双联体之间，以使得在衬底进入冷却腔之前该衬底在两侧上进行蚀刻。图9示出了根据本发明实施例的某些可选特征。可以实现图9的一个或者多个特 征。出于说明目的，图9的腔与图3中的类似，下面强调不同之处。例如，在图9的腔中，提 供一个或者多个气体注射器972，而不是使用喷头。相反地，腔可以采用喷头和气体注射器 二者。例如，喷头可以提供一种类型的气体，例如惰性气体，而注射器提供另一种类型的气 体，例如反应气体。图9的腔的另一特征是使用可移动阳极。即，在图9的腔中，将RF功率 耦合到静止电极964，该静止电极964可以嵌入在喷头中或者不嵌入在喷头中。可移动阳极 944耦合到地。图10是示出根据本发明实施例的工艺流程图。根据本发明构造的任何腔都可以 利用图10的工艺。在步骤1000中，将衬底移动到腔中。在步骤1005中将可移动电极移动 到衬底的近端位置。在步骤1010中将气体引入到腔中并且在步骤1015中将功率耦合到可 移动电极或者静止电极，以便在步骤1020中点燃等离子体。在这种条件下，例如通过物理 和/或反应离子蚀刻处理衬底。在完成处理步骤时，或者通过时序或者通过检测端点，在步 骤1025中关闭RF功率，在步骤1030中使电极收缩到其远端位置，并且在步骤1035中使腔 去真空。在步骤1040中移除该衬底并且重复该工艺用于另一个衬底。应该注意到，尽管将 移除一个衬底并且引入另一个衬底示出为两个单独的步骤，但是可以同时进行这些处理， 即，在将一个衬底移出的同时，将第二衬底移入。图11示出了根据本发明实施例的某些可选特征。可以实现图11的一个或者多 个特征。出于说明目的，图11的腔与图9中的类似，下面强调不同之处。例如，在图11的 腔中，腔的壁接地，而顶层具有RF透明窗1186。在该窗周围设置线圈1164并且RF供应器 1166耦合到线圈1164。当RF供应器1166被激励时，其电感性耦合RF能量以点燃和维持 等离子体。可以控制RF供应器1166的功率等级以控制等离子体密度。另一方面，通过从 RF供应器1168施加到电极1144的功率控制粒子轰击。当使用这样的结构时，可以将感应 耦合的RF频率设置为与可移动电极的相同或者比其大。例如，可以将感应耦合的RF频率 设置为13. 56MHz，而可移动电极的RF频率为几百KHz或者几MHz，例如2. 2MHz或者也是 13. 56MHz。感应等离子体的频率可以更高，例如24MHz、60MHz等等。可以理解，尽管在图9的实施例中使用电容性耦合的RF功率维持等离子体，但是在该实施例中，采用电感性耦合的RF功率维持等离子体。当然，可以使用用于维持等离子 体的其它方法，例如微波、远程等离子体源等等。图11还示出了嵌入在阴极组件1142中的磁体1182。这些磁体用于增强等离子体 和/或限定等离子体和/或使等离子体成形。例如，磁体1182可以用于推拉等离子体远离 阴极组件1142的边缘。可选地或者此外，磁体1184可以被设置在腔外部周围以增强等离 子体和/或限定等离子体和/或使等离子体成形。磁体1182和/或1184中的任意一个或 者二者可以是永磁体或者电磁体。应该理解，这里描述的工艺和技术并非本质上与任何特定的装置相关并且可以通 过部件的适当组合实现。此外，根据这里描述的教导，可以使用各种类型的通用设备。构造 专用装置来执行这里描述的方法步骤也可以证明是有利的。已经参照具体示例描述了本发 明，这些示例是说明性的而非限制性的。本领域的普通技术人员将意识到，硬件、软件和固 件的许多不同组合都将适合于实践本发明。而且，根据这里公开的说明书和本发明的实践， 本发明的其它实现对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。可以单独使用或者以任 何组合形式使用所描述实施例的各个方面和/或部件。所述说明和示例旨在作为示例性的 说明，而本发明的真实范围和精神由下面的权利要求表示。
权利要求
一种用于蚀刻衬底的蚀刻腔，包括主腔体；耦合到所述腔体的工艺气体输送组件；支撑衬底的衬底定位机构；等离子体功率施加器；耦合在所述腔体一侧的可移动电极组件，所述可移动电极组件可用于在所述衬底的传送期间位于远端位置并且在蚀刻处理期间位于近端位置。
2.如权利要求1所述的蚀刻腔，其中，所述等离子体功率施加器包括耦合到所述可移 动电极的RF功率供应器。
3.如权利要求1所述的蚀刻腔，其中，所述等离子体功率施加器包括 设置在所述腔体一侧上的RF透明窗；设置在所述窗周围的天线；以及 耦合到所述天线的RF功率供应器。
4.如权利要求1所述的蚀刻腔，其中，所述等离子体功率施加器包括微波或者远程等 离子体源中的一个。
5.如权利要求1所述的蚀刻腔，还包括被设置成增强所述等离子体或者使所述等离子 体成形的磁体。
6.如权利要求5所述的蚀刻腔，其中，所述磁体嵌入在所述电极组件内。
7.如权利要求5所述的蚀刻腔，其中，所述磁体设置在所述腔体的外部周围。
8.如权利要求1所述的蚀刻腔，其中，所述等离子体功率施加器包括 设置在所述腔体一侧上的RF透明窗；设置在所述窗周围的天线； 耦合到所述天线的第一 RF功率供应器；以及 耦合到所述电极的第二 RF功率供应器。
9.如权利要求8所述的蚀刻腔，其中，将所述第二RF功率供应器的RF频率设置成等于 或者小于所述第一 RF功率供应器的RF频率。
10.如权利要求1所述的蚀刻腔，还包括 设置在所述腔体一侧上的入口隔离阀；设置在所述腔体的相对侧上的出口隔离阀。
11.如权利要求10所述的蚀刻腔，其中，所述衬底定位机构包括 位于所述入口隔离阀和所述出口隔离阀之间的轨道；架设在所述轨道上的衬底载体。
12.如权利要求1所述的蚀刻腔，其中，所述可移动电极组件包括 可移动支撑体；耦合到所述可移动支撑体的运动组件；以及 具有面对所述衬底的暴露表面的传导电极。
13.如权利要求12所述的蚀刻腔，其中，所述可移动电极组件还包括设置在所述电极 周围并且暴露所述电极的所述暴露表面的电极盖。
14.如权利要求12所述的蚀刻腔，其中，所述传导电极是具有中心孔的垫圈形状。
15.一种用于蚀刻衬底的系统，所述系统包括 多个蚀刻腔；能够在所述腔之间传送衬底载体的一系列轨道； 其中，每一个蚀刻腔包括 主腔体；耦合到所述腔体的工艺气体输送组件； 支撑衬底的衬底定位机构； RF功率施加器；以及耦合在所述腔体一侧上的可移动电极组件，所述可移动电极组件可用于在所述衬底的 传送期间位于远端位置并且在蚀刻处理期间位于近端位置。
16.如权利要求15所述的系统，还包括介于所述蚀刻腔之间的多个冷却腔。
17.如权利要求16所述的系统，其中，一个冷却腔介于两个蚀刻腔之间。
18.如权利要求16所述的系统，其中，将一个冷却腔设置成与两个连续连接的蚀刻腔 邻接。
19.如权利要求15所述的系统，其中，所述等离子体功率施加器包括下列中的一个电 容性耦合的RF源、电感性耦合的RF源以及微波源。
20.如权利要求19所述的系统，其中，所述等离子体功率施加器还包括磁体。
全文摘要
本发明公开一种用于蚀刻构图介质磁盘的系统。利用可移动电极执行溅射蚀刻。将电极移动到靠近衬底或者稍微接触衬底以将RF能量耦合到所述磁盘。将被蚀刻的材料可以是例如Co/Pt/Cr的金属或者类似金属。将衬底垂直保持在载体中并且按顺序蚀刻衬底的两侧。即，在一个腔中蚀刻一侧然后在下一个腔中蚀刻第二侧。在两个腔之间设置隔离阀并且磁盘载体在腔之间移动所述磁盘。所述载体可以是使用例如磁化轮和线性电机的线性驱动载体。
文档编号H01L21/00GK101889325SQ200880119457
公开日2010年11月17日 申请日期2008年12月5日 优先权日2007年12月6日
发明者M·S.·巴尔内斯, T·布卢克 申请人:因特瓦克公司