TWI421360B - 雙面濺射蝕刻基板之系統與方法（一） - Google Patents

Description

雙面濺射蝕刻基板之系統與方法(一) 產業上利用領域

本發明是關於一種基板之微加工技術，特別是關於一種在基板上，例如硬式磁碟機之硬碟上，形成圖案之技術。

對基板之微加工是一種應用在例如半導體，平面顯示器、發光二極體(LED)、硬式磁碟機(HDD)之硬碟等之製作上已知之技術。如所周知，在製作半導體、平面顯示器及LED時，需經過數道在基板上形成圖案之製程。另一方面，傳統製作硬碟片時，通常是使用長度方向記錄技術，則不是形成圖案。與此相同，製造用來供垂直記錄技術(perpendicular recording technology)之碟片時，也不形成圖案，而是形成統一的數磁性層，並使記憶單元大致由自然形成的紋理，規範在未形成圖案之磁性層內。

已有證據顯示，未形成圖案之磁片無法滿足市場上之需求，因其面積位元量及成本無法與其他型式之儲存媒介競爭。其結果，有人提出下一世代之磁片應形成圖案。可以得知，形成圖案之製程需使用光微影技術。雖然目前仍未確知將來在商業上可能使用何種微影技術，且目前也無供商業上使用，以製作圖案化記錄媒介之設備。在各種可用之光微影技術中，目前有干涉型光微影技術、近場微影技術及奈米壓印微影技術(nano-imprint lithography,NIL)等。不管使用何種微影技術，一旦將光阻曝光及顯影，就必須對碟片作蝕刻。但是，目前並沒有任何技術可以提供在可商業化之環境中進行蝕刻。

進一步說明：目前蝕刻技術已經廣為周知，對半導體、平面顯示板、LED等之蝕刻技術也相當成熟，但在上述所有應用中，均只需蝕刻該基板之一面，因此可使用一夾具由其背面保持該基板，再點燃一電漿以蝕刻基板正面(front side)。此外，通常也在該夾具中內建一電極，以施加一電位來吸引該電漿物種(species)，用以壓印該基板之正面。

在上述情形下，目前實有必要提供一種方法及系統，可以將電漿蝕刻技術應用在蝕刻硬式碟片，以提供圖案化之記錄媒介。

以下發明之簡述是用來提供對本發明數種面向及特徵的基本理解。發明的簡述不是對本發明的全面性展現，因此並不是用來特別指明本發明的關鍵性或最重要的元件，也不是用來界定本發明的範圍。其唯一目的只是在以簡要的方式顯示本發明某些概念，作為其下本發明詳細說明的前奏。

為能將電漿蝕刻技術應用到硬碟片，本發明人已認知到，標準之電漿蝕刻技術並無法用來在硬碟片上蝕刻出圖案。與半導體及其他應用不同，在此種應用中必須對碟片之兩面蝕刻。傳統之技術因為只能以電漿蝕刻單面，將無法應用在硬碟。同時，由於碟片之兩面均需加工，所使用之製造機器不能施加任何夾持力至碟片表面。因此，使用傳統夾具之已知系統將無法用來處理硬碟片，因其會接觸該碟片背面。由此又產生另一問題：如果不能以夾具夾持碟片，如何能施加一偏壓，以使該電漿之物種能在該碟片表面形成印壓？

本發明提供一解決上述技術難題之方案，提供蝕刻之手段及方法，可在一商業上可行之環境下對碟片作蝕刻。本發明之實施例可以對碟片之兩面作電漿蝕刻，而不需對碟片任何一面施加夾持力。本發明之實施例也可以施加偏壓，以使該電漿物種印壓碟片表面，而無需將碟片附著到一夾具。

根據本發明之實施例，係提供一用來蝕刻出圖案化硬碟之系統。使用一可動、非接觸電極，以執行濺射蝕刻，特別適合用來對供硬碟機(HDD)使用之硬碟作濺射。而本發明則特別適合用來對一般稱為圖案化記錄媒介(patterned media)之碟片，作金屬蝕刻。該電極移動至幾乎接觸碟片表面，而耦合RF能量至該碟片。所蝕刻之材料可為金屬，例如Co/Pt/Cr或類似材料。碟片係以垂直方式保持在一載具，而可蝕刻其兩面。在一實施例中，碟片之一面係在一腔中蝕刻，而第二面則在吹一腔中蝕刻。在二腔間設一隔離閥，使該碟片載具在二腔間移動該碟片。該載具可為一直線驅動載具，使用例如磁化輪及直線馬達驅動。

在一實施例中，該腔一側具有一噴灑頭，在另一側具有一可動電極。該噴灑頭可以接地或施加偏壓，並可以提供氣體(例如氬、反應氣體例如CxFy、Cl2、Br2等)，進入該腔內。該腔也可具有導軌或軌條，供該直線驅動碟片載具使用。當該碟片載具位在處理位置時，將該電極移動而接近該碟片，但並不接觸。將一RF電源，例如13.56MHz耦合至該電極，而以電容耦合至該碟片。其後點燃一電漿在該碟片與該噴灑頭之間，以從該碟片表面噴除材料。在吹一腔中，也使用相同之設計，但使碟片面向相反側，以蝕刻該碟片之相反面。可以一冷卻腔插置於兩腔之間，或設在兩腔之後級。

以下依據圖式說明本發明一實施例。第1圖表示本發明一實施例之用以製作圖案化硬碟片之系統一部份之系統圖。在第1圖中顯示有3個處理腔，100、105及110，但圖中兩處之3黑點表示在此可加入任何數量之處理腔。同時，雖然圖中只顯示出3個特定之處理腔，但並不意味本發明中只能使用如圖所示之處理腔配置。事實上，也可使用其他之處理腔配置，在各腔之間也可加入其他型態之腔。

為顯示方便起見，在第1圖中之3個腔100、105及110均為蝕刻腔，各以其真空泵102、104、106抽真空。各處理腔均具有一轉送站122、124及126，以及其處理段132、134及136。碟片150係負載於一碟片載具120上。在此實施例中，該碟片係由其周圍加以保持，亦即，載具未接觸其兩表面之任何部份，故可在兩表面上形成圖案。該碟片載具120具有一組輪121，載置於軌道(第1圖未顯示)上。在一實施例中，各輪經過磁化，以提供較佳之吸引力及穩定性。該碟片載具120載置於位在該轉送站之軌條上，以將該碟片定位到該處理段。在一實施例中，係使用一直線馬達機制(第1圖未顯示)，由外部提供動力。

第2圖表示第1圖中沿A-A線之截面圖。為簡化圖面，在第2圖中碟片250之載具並未顯示。但應理解：在第1圖所示之系統中所進行之全部製程，該碟片250係全程位在該碟片載具上，並由該碟片截具自一腔輸送至另一腔中，如第2圖中之箭頭所示。在所示之實施例中，在各腔200、205及210中均係對該碟片之一面加工。如第2圖所示，透過將碟片由一腔移動至另一腔，而一面接一面對其兩面分別加工。不過應理解，加工之表面順序仍可改變。同時，第2圖中也顯示隔離閥202及206，用以在製程中隔離各腔。各腔均具有一可動電極242、244、246，在此例中為陰極(cathode)，設於一可動支撐242’、244’、246’上，並具有一處理氣體供應裝置262、264、266，可為一噴灑頭。

第3圖顯示第1圖中沿B-B線之截面圖。圖中顯示碟片350係位於載具320上。載具320具有輪321，載置於軌道324上。該輪321可予磁化，而在此例中軌道324係以永久磁性材料製作。在本實施例中，該載具320係由直線馬達326驅動，但其他動力及/或驅動方式也可應用在本發明。當該處理腔已經抽真空後，即將前驅氣體透過例如噴灑頭364供應到腔中。該噴灑頭為接地。以施加RF偏壓能量至該可動陰極344之方式點燃電漿並維持該電漿。如果使用其他之方式點燃及維持該電漿，也無不可。該可動陰極提供該必要之偏壓能量以吸引該電漿物種，並將其加速至該碟片，以將碟片上之物質噴除。換言之，當該可動陰極344移到極接近該碟片一表面之位置時，即電容耦合該RF偏壓能量至該碟片，故使該電漿物種加速至該碟片，可蝕刻其相反側表面。由第3圖中也可理解，雖然圖中是使用一可動陰極344，但如使用一可動陽極，也可達到相同之效果，詳情將於第9圖之說明中描述。

第4A圖為該可動電極位在一離開該碟片之位置時之部份等角視圖，而第4B圖則表示該可動電極位於一接近該碟片之位置時之部份等角視圖。第4A圖顯示該碟片剛剛移入到該腔，或正要離開該腔時之情形。此時並無進行任何處理。第4B圖則顯示該腔中正進行處理之情形，此時正在蝕刻該碟片。磁片450以載具420之夾臂423保持其周圍處，在本例中使用4支夾臂。該可動電極組成444包括該電極殼體441、電極蓋443及電極447。在此例中，電極蓋443具有凹槽449，及以供夾臂423嵌入，以使其位於接近位置，如第4B圖所示，但使該電極蓋不接觸該夾臂。同時，在圖中雖然未完全顯示，但該電極本身形成甜甜圈(doughnut)形，以配合碟片之形狀。換言之，電極中央有一孔洞，以配合該碟片之中央孔洞。

第5圖顯示本發明一實施例之蝕刻腔。在第5圖中有些元件係切開，有些元件則加以省略，以使與了解本實施例有關之元件能清楚顯示。整體組成依位於一主腔體500上，主腔體500具有一下部522，作為載具輸送用之輸送腔，以及一上部532，作為碟片加工，亦即蝕刻之用。在此圖中，該通常位在輸送腔522中之軌道及該直線馬達係加以省略，以使圖面更易於理解。前驅氣體是由該主腔體500之一側供應，而RF能量耦合則是由另一側供應。在本實施例中是使用一噴灑頭組成562將處理氣體供應至腔中。RF能量耦合則是使用一可動電極組成，使其移至極為接近，但不接觸該碟片之方式達成。該電極組成可以使用移動組成585驅動。該移動組成585在碟片移動時是在一回收模態下操作，而在進行蝕刻時則是在一接近模態下操作，見第4A圖及4B圖。

從一導電電極將RF能量電容耦合到該碟片，並及於該電漿。該電極組成包括一電極544，是以導電材料製成，並形成與該碟片表面配合之形狀。提供一電極蓋543，位於該電極周邊，並延伸至該電極544之外，因此當電極位在該接近位置並能量化後，該電極蓋543可蓋住該碟片之邊緣，在此一位置下，該電極蓋543可以避免電漿物種攻擊該碟片之側邊，並可防止電漿達到該碟片之背側表面。換言之，使該電漿不能達到位在該碟片面向電極之表面與該電極間之空間。

在進行非反應性蝕刻(non-reactive etch)時，該處理氣體可為例如氬。由於通常使用在磁性碟片之磁性金屬，可以物理蝕刻方式，亦即以濺射方法蝕刻，氬為一種適合之處理氣體。在該腔中進行處理時，腔中可維持於一低壓，例如10-80mT，雖然有些處理也可在1mT到10Torr之壓力下進行。該RF能量可以設定為例如100-3000瓦，其頻率可為例如13.56MHz。在第5圖之實例中，該裝置體積使用將RF轉接器580耦接在腔體之方式，加以縮小。由轉接器580提供之RF電源耦接至該導電電極544。在一實施例中，流體導管547可以提供流體，作為熱交換媒介，以冷卻或加熱該電極544。同樣也可以流體導管569提供熱交換流體至該噴灑頭。

為有效將RF能量耦合到該碟片，該電極544應位於極為接近該碟片之位置。在上述之實例中，該碟片與該電極之間距可設於0.02”至0.75”(0.508mm至19.05mm)之間。且在上述實例中，其位置之精確度可為±0.005”(±0.127mm)。在一實施例中，該位置精確度可以使用一近接感應器(proximity sensor)，例如一或多數光學感測器加以達成。如第5圖所示，光纖582提供光路，由該電極544至一光學感測器584。可使用多數之光纖及相對應之感測器，以及各種光學科技，以提高位置精確度並避免與該碟片發生衝突。

在一實施例中，該電極與該噴灑頭均以硬質電鍍鋁(anodized aluminum)製作。與傳統蝕刻腔不同，在本實例中該電極之導電表面係予以曝露，而未以一絕緣體加蓋。在其他實例中，該噴灑頭係予接地，並予固定，亦即固定不動。絕緣部件可以氧化鋁(在可能曝露於電漿下之部份)或Ultem樹脂。於上述之實施例中，可以達到高於每秒10nm以上之蝕刻率。

第6圖顯示一實施例之系統中具有替代性之蝕刻腔及冷卻站。如圖中兩側之3個黑點所示，該配置可以重複設置，或與其他用來作其他處理之腔，或冷卻腔或轉送腔等結合。圖中顯示腔600是用來蝕刻該碟片650之一表面。其後，該隔離閥602開啟，而將碟片移進冷卻腔600’。在下一輪，打開閥門602’，並將碟片移進蝕刻腔605，而蝕刻腔605之位置即用來蝕刻該碟片之相反側表面。最後，將該碟片移至另一冷卻站605’。

第7圖顯示依據本發明一實施例之處理流程圖。於步驟700打開該隔離閥，而於步驟705將該載具移送到一處所，使該基板位於適合處理之位置。於步驟710將該隔離閥關閉，而於步驟715將該電極移到該接近位置，亦即接近但未接觸該基板之處。於步驟720供應氣體至腔內，並於步驟725供應RF至該電極，以點燃及維持該電漿。請注意，如果使用其他設備點燃該電漿，例如以感應線圈，遠距微波等，則仍需供應RF至該電極，以供應該偏壓電位俾將該電漿物種加速至該基板。該氣體及RF之供應維持到碟片之處理完成時為止。當該處理於步驟730完成時，於步驟735停止該RF，於步驟740停止供應氣體，並將該電極移動至該離開位置，亦即離開該基板之位置。上述步驟再經重複，以處理下一片碟片，同時並將目前存在之碟片移至另一腔。

第8圖顯示本發明一替代性實施例之系統。在第8圖中，該2蝕刻腔800與805係加以耦合，而無位在兩者間之冷卻腔。在此例中係使用一冷卻腔(800’及805’)設於每對蝕刻腔之間。藉此，進行蝕刻處理之基板在進入冷卻腔前，其兩側表面均已經處理。

第9圖表示根據本發明之實施例之若干替代性技術特徵。為便利顯示起見，第9圖之腔體與第3圖所示者同，但揭示下列之差異點：例如，在第9圖之腔中，係提供一或多個氣體射出器972，而不是使用一噴灑頭。反之，該腔中也可使用一噴灑頭及氣體射出器。例如，該噴灑頭可提供一種氣體，例如為非反應氣體，而該射出器則提供另一種氣體，例如為反應氣體。第9圖之腔之另一技術特徵為使用可動陽極。換言之，在第9圖之處理腔中，該RF電源是耦合至一不動電極964，該電極可內建或不內建在一噴灑頭。一可動陽極係耦合至地。

第10圖為本發明一實施例之處理步驟流程圖。第10圖所示之製程可以應用在根據本發明所構成之任何腔體。在步驟1000將一基板移動進入該腔體。於步驟1005將該可動電極移至該基板之一接近該基板但不接觸之位置。於步驟1010將氣體引入該腔中，並於步驟1015將電源耦合至該可動或不動電極，藉此，於步驟1020點燃電漿。在此條件下，對該基板進行例如物理及/或反應離子蝕刻處理。處理程序完成後，可以一計時方式或偵測方式得知，於步驟1025將RF電源關閉，並於步驟1030將該電極回收到其離開位置，於步驟1035淨空該腔。於步驟1040將該基板移除，之後重複上述步驟，以處理另一基板。請注意，當移出一基板並移進另一基板時，在此係顯示為2步驟。但事實上可以同時為之，例如可以同時移出一基板及移進一基板。

必須了解，本說明書所敘述之製程與技術，並不一定要在任何特定裝置中執行，而是可於任何適合的元件組合實施。此外，多種形態之泛用型裝置，也可根據說明書所述加以應用。如果利用特別設計之裝置執行所述之方法步驟，也能展現其優點。本發明已經透過特定之實例加以說明，但特定實例只是用來例示本發明，而非用來限制其範圍。習於斯藝之人士都可利用各種不同之硬體、軟體及韌體組合，實施本發明。此外，本發明其他之實施方式，也可由習於斯藝之人士經由閱讀本說明書而加以理解，並加以實施。本文所述之實施例中之各種面向及/或元件，都可單獨或以任何組合，應用在伺服器技術中。本說明書及其範例，目的只是在演示本發明，而其真正之範圍及精神，都記載在以下之申請專利範圍。

100、105、110．．．處理腔

102、104、106．．．真空泵

120．．．碟片載具

121．．．輪

122、124、126．．．轉送站

132、134、136．．．處理段

150．．．碟片

200、205、210．．．腔

202、206．．．隔離閥

242、244、246．．．可動電極

242’、244’、246’．．．可動支撐

262、264、266．．．處理氣體供應裝置

250．．．碟片

320．．．載具

321．．．輪

324．．．軌道

326．．．直線馬達

344．．．陰極

350．．．碟片

364．．．噴灑頭

420．．．載具

423．．．夾臂

441．．．殼體

443．．．電極蓋

444．．．可動電極組成

447．．．電極

450．．．磁片

500．．．主腔體

522．．．下部

532．．．上部

522．．．輸送腔

543．．．電極蓋

544．．．電極

547．．．流體導管

562．．．噴灑頭組成

569．．．流體導管

585．．．移動組成

580．．．RF轉接器

582．．．光纖

584．．．光學感測器

600．．．腔

600’．．．冷卻腔

602．．．隔離閥

602’．．．閥門

605．．．蝕刻腔

605’．．．冷卻站

650．．．碟片

800、805．．．蝕刻腔

800’、805’．．．冷卻腔

964．．．不動電極

972．．．氣體射出器

所附的圖式納入本件專利說明書中，並成為其一部份，是用來例示本發明的實施例，並與本案的說明內容共同用來說明及展示本發明的原理。圖式的目的只在以圖型方式例示本發明實施例的主要特徵。圖式並不是用來顯示實際上的範例的全部特徵，也不是用來表示其中各元件之相對尺寸，或其比例。

第1圖表示本發明一實施例之圖案化硬碟製造系統一部份之系統示意圖。

第2圖表示第1圖中沿A-A線之截面圖。

第3圖表示第1圖中沿B-B線之截面圖。

第4圖顯示該可動電極位在離開該碟片之位置時之部份等角視圖，第4B圖則表示該可動電極位在一接近該碟片之位置時之部份等角視圖。

第5圖表示本發明一實施例之一碟片蝕刻腔之結構示意圖。

第6圖表示一具有替換性蝕刻腔及冷卻站之系統之一實施例示意圖。

第7圖表示本發明一實施例之步驟流程圖。

第8圖表示本發明一實施例系統之替代性實施例示意圖。

第9圖表示本發明一實施例之一些可替換性技術特徵示意圖。

第10圖表示本發明一實施例之步驟流程圖。

320．．．載具

321．．．輪

324．．．軌道

326．．．直線馬達

344．．．陰極

350．．．碟片

364．．．噴灑頭

Claims (24)

1. 一種碟片蝕刻腔之可動電極，該電極可達到一接近位置，用於處理碟片，及一離開位置，以運送該碟片，包括：一可動支撐；一移動組成，耦合至該可動支撐；一導電電極，耦合至該可動支撐，具有一露出表面，該露出表面以導電材料製成並形成與該碟片表面配合之形狀，以將RF能量電容耦合到該碟片；一電極蓋，位於該電極周邊，露出該電極之露出表面並延伸至電極之外，當電極在該接近位置時，電極蓋覆蓋碟片之邊緣，用以防止電漿達到該碟片面對電極之表面；及其中該導電電極建置成由該移動組成移動，以在處理過程中達到接近但不接觸碟片之位置，並在碟片運送過程達到離開該碟片之位置。
2. 如申請專利範圍第1項之可動電極，另包括流體導管，以提供熱交換流體控制該導電電極。
3. 如申請專利範圍第1項之可動電極，另包括一近接感應器。
4. 如申請專利範圍第3項之可動電極，其中該近接感應器包括光纖，耦合至一光學偵測器。
5. 一種蝕刻基板用之蝕刻腔，包括：一主腔體；一前驅氣體供應組成，耦合至該主腔體；一可動電極組成，耦合至該腔體； 一基板定位機構，位於該腔體內，用以在處理過程支撐基板，該基板定位機構包括夾臂，以從基板周圍保持該基板，但不接觸任何基板表面；及其中該可動電極組成構成，可選擇性位於一接近該基板但不接觸該基板任何表面之位置，以處理該基板，及一離開該基板之位置，以輸送該基板。
6. 如申請專利範圍第5項之蝕刻腔，其中該可動電極組成包括：一可動支撐；一移動組成，耦合至該可動支撐；及一導電電極，具有一露出導電表面。
7. 如申請專利範圍第6項之蝕刻腔，其中該可動電極組成另包括一電極蓋，位於該電極周邊，並露出該電極之露出表面。
8. 如申請專利範圍第7項之蝕刻腔，其中該電極蓋構成可位於一處理位置，以蓋住該基板之周圍。
9. 如申請專利範圍第6項之蝕刻腔，其中該可動電極組成構成將其電極之露出表面位於離該基板0.02"至0.75"(0.508mm至19.05mm)之間。
10. 如申請專利範圍第6項之蝕刻腔，另包括一近接感應器，用以量測該電極之露出表面與該基板之間距。
11. 如申請專利範圍第10項之蝕刻腔，其中該近接感應器包括光纖，耦合至一光學偵測器。
12. 如申請專利範圍第5項之蝕刻腔，其中該前驅氣體供應組成包括一接地之噴灑頭。
13. 如申請專利範圍第6項之蝕刻腔，另包括流體導管，以提供熱交換流體制該導電電極。
14. 如申請專利範圍第6項之蝕刻腔，另包括一RF電源供應，耦合至該導電電極。
15. 一種蝕刻基板用之系統，包括：一第一蝕刻腔，包括；一第一主腔體，具有一第一側及一第二側，位於該第一側之相反側；一第一電極組成，耦合至該第一側；一第一可動電極組成，耦合至該第二側；一第一基板定位機構，位於該第一腔體內，以接收基板；一第二蝕刻腔，系列耦合至該第一蝕刻腔，並包括；一第二主腔體，具有一第三側及一第四側，該第三側位於該第二側之相反側，且該第四側位於該第一側之相反側；一第二電極組成，耦合至該第四側；一第二可動電極組成，耦合至該第三側；及一第二基板定位機構，位於該第二腔體內，以接收基板。
16. 如申請專利範圍第15項之系統，另包括隔離閥，位於該第一及第二蝕刻腔之間。
17. 如申請專利範圍第15項之系統，另包括一冷卻腔，位於該第一及第二蝕刻腔之間。
18. 如申請專利範圍第15項之系統，其中各該第一及第二可動電極組成包 括：一可動支撐；一移動組成，耦合至該可動支撐；及一導電電極，具有一露出導電表面。
19. 一種在一蝕刻腔中蝕刻基板之方法，包括：將該基板裝載於一載具；輸送該載具至一腔中；移動一導電電極至一接近該基板一表面，但使該電極物理上不接觸該基板之位置；引進前驅氣體至該腔中；及耦合RF能源至該電極，以電容耦合RF能源至該基板，且使電漿物種在該腔內加速至該基板，用以蝕刻基板的相對表面；及防止電漿進入電極及基板面向該電極之表面間之空間。
20. 如申請專利範圍第19項之方法，另包括供應流體與該電極熱交換之步驟。
21. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該電漿物種在該腔中蝕刻該基板之一面，該方法另包括移動該基板進入下一腔及蝕刻該基板相反面之步驟。
22. 如申請專利範圍第21項之方法，另包括在將該基板移動進入下一腔之前，移動該基板進入一冷卻腔之步驟。
23. 一種在一包括多數蝕刻腔之系統中蝕刻基板之方法，包括：將該基板裝載於一載具； 輸送該載具至一第一蝕刻腔中；蝕刻該基板之一面；及輸送該載具至下一蝕刻腔並蝕刻該基板之相反面。
24. 如申請專利範圍第23項之方法，另包括在將該基板輸送進入下一腔之前及/或在將該基板於該下一腔中蝕刻之後，移動該基板進入一冷卻腔之步驟。