[发明专利]用于蚀刻过程的晶圆保持装置及控制晶圆蚀刻速率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造半导体产品的装置，尤其涉及一种用于离子蚀刻过程的改进的晶圆保持装置及在蚀刻过程中控制晶圆的局部蚀刻速率的方法，从而改进晶圆蚀刻的均匀性。

背景技术

众所周知，目前数据储存装置主要是硬盘(Magnetic Hard Disk Drive，HDD)。硬盘用磁头在磁碟上飞行读和写数据。为让磁头能稳定飞行和高速读写数据，磁头集成在带有气垫面(Air Bear Surface，ABS)的滑块(Slider)上。当前的高密度硬盘，要求磁头离磁碟表面的距离只有十纳米(nm)，这需要在滑块表面上定义出极细微尺寸的图案(Pattern)的气垫面，这些图案主要的形成方式是刻蚀(Etching)技术。

就蚀刻过程来说，当前存在各种蚀刻技术，如反应离子蚀刻(reactive ionetching，RIE)和离子束铣(ion milling，IM)等等。在这些技术中，反应离子蚀刻(RIE)多年来广泛应用于许多领域，例如，科学研究及微电子制造，半导体制造及类似领域。反应离子蚀刻的优点在于良好的蚀刻选择性和各向同性的蚀刻图案轮廓的控制能力。

近年来，半导体蚀刻技术已广泛用于硬盘驱动器的巨阻磁头(giantmagnetic resistance head，GMRH)及隧道磁阻磁头(tunnel magnetic resistancehead，TMRH)的气垫面(ABS)生产。反应离子蚀刻包括高密度等离子体(high-density plasma，HDP)反应离子束蚀刻系统(HDP RIE system)和感应耦合等离子体(inductively coupled plasma，ICP)高密度反应离子束蚀刻系统(ICP HDP RIE system)。Surface technology systems(STS)公司的Cluster EtchRIE系统是典型的ICP HDP RIE系统，也被用于巨磁阻磁头及隧道磁阻磁头的气垫面形成。

为了完成超低的飞行高度而又不划碟(Crashing)，气垫面(ABS)的工艺要求相当苛严。进行磁头气垫面蚀刻时，粘贴了长形条(Row bar)的晶圆一般装置于晶圆保持装置上去进行物理/化学蚀刻过程。控制气垫面蚀刻深度是制造过程中的关键指标，也就是要有好的图案(Pattern)的深度均匀性能(Uniformity)。达成此目的的一种典型晶圆保持装置显示于图1a-1c。如图所示，该晶圆保持装置100包括一圆形的底盘102、设有三个圆形物料孔101并覆盖在底盘102上的顶盖104、安装在底盘102上并收容于每一圆形物料孔101的底板凸台106及放置于每一底板凸台106上并放于顶盖104的相应的物料孔101中的晶圆夹具108。

晶圆20粘结在各自对应的晶圆夹具108(本例中用的是4英寸直径的晶圆夹具)上并收容在各自对应的物料孔101中。为了简化，在蚀刻过程中用若干长形条(row bar)作为蚀刻的物体。长形条是从晶圆分割出来的，用于制造硬盘驱动器中的巨磁阻磁头/隧道磁阻磁头。每一长形条具有若干个磁头体(图未示)，每一磁头体将被加工成一个巨磁阻磁头/隧道磁阻磁头，通常是56个长形条平行紧密地粘结在一个晶圆夹具108上。如图1c所示，这些长形条具有不同的长度，例如，第1到第11个长形条及第47到第56个长形条的长度比较短，因此以下将它们称作短长形条，而第12到第46个长形条的长度比较长，因此以下称它们为长长形条。

蚀刻后，各个长形条上均形成有特定的凹槽形状。图2a-2b展示了装在同一晶圆夹具上的不同长形条的蚀刻深度/蚀刻率曲线。图2a中，曲线201代表短长形条(例如第1到第11个长形条及第47到第56个长形条)沿长度方向的蚀刻深度，而曲线202、203代表长长形条(例如第12到第46个长形条)沿长度方向的蚀刻深度。类似的，在图2b中，曲线204、205显示了短长形条的整体蚀刻均匀程度，而曲线206显示了长长形条的整体蚀刻均匀程度。可以清楚看出每一短长形条的两末端207(显示于图中的虚线圆中)比中心区域(未标示)的蚀刻率低，而每一长长形条的两末端208(显示于图中的虚线圆中)比中心区域(未标示)的蚀刻率高。对大多数短长形条来说，两端的蚀刻速率明显比中心的蚀刻速率慢，也就是说，这些长形条在它们的整个长度上的蚀刻一致性差。以下结合图3a-3b说明引起这种现象的原因。