用于再循环稀释气体的含微粒捕集器/过滤器的系统和方法.pdf

本发明包括一种方法及设备，其包含有微粒捕集器/过滤器，以使处理气体透过一系统而进行再循环处理。处理气体可自腔室排出，且可通过微粒捕集器/过滤器。一部分的气体可再循环回到处理室，而另一部分的气体可通过机械式前级泵排出。当处理气体流经微粒捕集器/过滤器时，微粒捕集器/过滤器内部的过滤介质会捕捉污染物。处理气体的再循环部分可接着与新鲜、非再循环的处理气体结合并进入处理室。再循环气体的量可以决定输送至处理室的新鲜、非再循环的处理气体量。

1.  一种微粒捕集器/过滤器组件，包括：
一微粒捕集器/过滤器主体，具有一入口及一出口，该入口适以与一腔室出口耦接，该出口适以与一腔室入口耦接；
一过滤介质，设置于该主体中而位于该入口与该出口之间；以及
一热交换环道，与该过滤介质耦接。

2.  根据权利要求1所述的组件，其中该主体包括藉由该过滤介质而与一第二空间分离的一第一空间，其中该第一空间至少部分围绕该第二空间。

3.  根据权利要求1所述的组件，其中该过滤介质由一材料制成，该材料选自由镍、不锈钢及其混合物所组成的群组。

4.  根据权利要求1所述的组件，其中该热交换环道藉由扩散接合或焊接而与该过滤介质耦接。

5.  一种等离子体辅助化学气相沉积设备，包括：
一气体来源；
一处理室，具有一腔室出口及一腔室入口；以及
一再循环系统，包括根据权利要求1所述的该微粒捕集器/过滤器组件。

6.  根据权利要求5所述的设备，其中该再循环系统包括多个微粒捕集器/过滤器组件。

7.  一种等离子体辅助化学气相沉积方法，包括：
提供一新鲜、非再循环的处理气体至一等离子体辅助化学气相沉积室，该沉积室具有一腔室入口及一腔室出口；
执行一等离子体辅助化学气相沉积工艺；
将该处理气体自该沉积室排出；
使所排出的处理气体流经一微粒捕集器/过滤器组件，该组件包括：一微粒捕集器/过滤器主体，具有一与该腔室出口耦接的入口以及一与该腔室入口耦接的出口；一过滤介质，设置于该主体中而位于该入口与该出口之间；以及一热交换环道，与该过滤介质耦接；以及
使至少一部分的该排出的处理气体再循环回到该沉积室。

8.  根据权利要求7所述的方法，其更包括当该排出的处理气体流经该组件时，控制该组件的温度。

9.  根据权利要求7所述的方法，其更包括：
将一清洗气体流入该沉积室；
将该清洗气体自该沉积室排出；
使所排出的清洗气体流经该组件；以及
将至少一部分的该排出的清洗气体再循环回到该沉积室。

10.  一种等离子体辅助化学气相沉积方法，包括：
提供一新鲜、非再循环的处理气体至一等离子体辅助化学气相沉积室，该处理气体包括一稀释气体以及一沉积气体；
执行一等离子体辅助化学气相沉积工艺；
将该处理气体自该沉积室排出；以及
使至少一部分的该处理气体再循环通过一气体重新调理设备，该设备包括至少一项目，该项目选自由一微粒捕集器、一微粒过滤器及其组合所组成的群组。

11.  根据权利要求10所述的方法，其中该再循环的处理气体与该新鲜、非再循环的处理气体在该沉积室与一远程等离子体源之间的一位置处结合。

12.  根据权利要求10所述的方法，其中该沉积室包括一入口压力计以及一再循环节流阀，该方法更包括：
维持该新鲜、非再循环的处理气体流至该沉积室的一期望质量流率；以及
控制经过该再循环节流阀而排出的气体量，排出的气体量为在该入口压力计所量测到的该处理气体的压力的函数。

13.  根据权利要求10所述的方法，其中该沉积室包括一腔室压力计以及一腔室节流阀，该方法更包括：
控制经过该腔室节流阀排出的气体量以维持一恒定腔室压力，排出的气体量为在该腔室压力计所量测到的压力的函数。

14.  一种等离子体辅助化学气相沉积方法，包括：
提供一新鲜、非再循环的处理气体至一等离子体辅助化学气相沉积室，该处理气体至少包括氢气及硅烷；
执行一等离子体辅助化学气相沉积工艺；
将该处理气体自该沉积室排出；以及
使至少一部分的该处理气体再循环通过一气体重新调理设备，该设备包括至少一项目，该项目选自由一微粒捕集器、一微粒过滤器及其组合所组成的群组。

15.  根据权利要求14所述的方法，其中该沉积室包括一入口压力计以及一再循环节流阀，该方法更包括：
维持该新鲜、非再循环的处理气体流至该远程等离子体源的一期望质量流率；以及
控制经过该再循环节流阀而排出的气体量，排出的气体量为在该入口压力计所量测到的该处理气体的压力的函数。

16.  根据权利要求14所述的方法，其中该沉积室包括一腔室压力计以及一腔室节流阀，该方法更包括：
控制经过该腔室节流阀排出的气体量以维持一期望的腔室压力，排出的气体量为在该腔室压力计所量测到的压力的函数。

17.  一种等离子体辅助化学气相沉积设备，包括：
一腔室；
一处理气体来源，与该腔室耦接；
一第一压力计，耦接于该处理气体来源与该腔室之间；以及
一腔室排气系统，与该腔室耦接，该排气系统包括：
至少一排气导管，与该腔室耦接；
一微粒过滤器，沿着该至少一排气导管而耦接；
一微粒过滤器排气导管，与该微粒过滤器以及该腔室耦接；以及
至少一节流阀，与该微粒过滤器排气导管耦接，并与该第一压力计为电性耦接。

18.  根据权利要求17所述的设备，其更包括：
一远程等离子体源，耦接于该处理气体来源以及该腔室之间。

19.  根据权利要求18所述的设备，其中该微粒过滤器排气导管在该腔室及该远程等离子体源之间的一位置而与该腔室耦接。

20.  根据权利要求17所述设备，其更包括：
一腔室压力计，与该腔室耦接；以及
一腔室节流阀，耦接于该微粒过滤器与该腔室之间的一位置，并与该腔室压力计为电性耦接。

21.  一种等离子体辅助化学气相沉积设备，包括：
一腔室；
一处理气体来源，与该腔室耦接；
一第一压力计，耦接于该处理气体来源与该腔室之间；以及
一腔室排气系统，与该腔室耦接，该排气系统包括：
至少一排气导管，与该腔室耦接；
至少一节流阀，沿着该至少一排气导管而与该第一压力计为电性耦接；
一微粒过滤器，沿着该至少一排气导管而耦接于该腔室与该至少一节流阀之间；以及
一微粒过滤器排气导管，与该微粒过滤器以及该腔室耦接。

22.  根据权利要求21所述的设备，其更包括一耦接于该腔室以及该处理气体来源之间的远程等离子体源，其中该微粒过滤器排气导管系在该腔室及该远程等离子体源之间的一位置而与该腔室耦接。

23.  根据权利要求21所述的设备，其更包括：
一腔室压力计，与该腔室耦接；以及
一腔室节流阀，耦接于该微粒过滤器与该腔室之间的一位置，并与该腔室压力计为电性耦接。

24.  根据权利要求21所述的设备，其更包括一耦接于该微粒过滤器与该腔室之间的再循环阀。

25.  一种等离子体辅助化学气相沉积设备，包括：
一腔室；
一处理气体来源，与该腔室耦接；以及
一再循环系统，该系统能够将自该腔室排放的一处理气体量再循环回到该腔室，该再循环的处理气体量为由该处理气体来源提供至该腔室的一新鲜处理气体的函数，以确保提供该腔室一期望的处理气体量，该系统包括：
一或多个升压装置；
一或多个机械式泵；以及
一阀，耦接于该一或多个升压装置以及该一或多个机械式泵之间，其中该阀控制再循环至该腔室的排放的气体量，以及自该设备移除的排放的气体量。

用于再循环稀释气体的含微粒捕集器/过滤器的系统和方法
发明背景
发明领域
本发明的实施例涉及一种在等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)工艺中再循环处理气体的方法及设备。
相关技术描述
PECVD为一种藉由使处理气体激发成等离子体态而将材料沉积在基材上的方法。可连续地将处理气体提供至腔室中直到沉积材料的期望厚度达到为止。在处理期间，可将处理气体排出处理室，以维持腔室中的恒定压力。因此，该技艺中需要一种以有效且具成本效益的方式而将处理气体提供至PECVD室并将气体自PECVD室排出。
发明概要
本发明包括一种方法及设备，其包含有微粒捕集器/过滤器，以使处理气体通过一系统而进行再循环处理。处理气体可自腔室排出，且可通过微粒捕集器/过滤器。一部分的气体可再循环回到处理室，而另一部分的气体可通过机械式前级泵(backing pump)排出。当处理气体流经微粒捕集器/过滤器时，微粒捕集器/过滤器内部的过滤介质会捕捉污染物。处理气体的再循环部分可接着与新鲜、非再循环的处理气体结合并进入处理室。再循环气体可以在新鲜、非再循环的处理气体通过远程等离子体源之后再与其结合。远程等离子体源所产生的等离子体可确保再循环的处理气体不会沉积在导向处理室的导管上。再循环气体的量可以决定输送至处理室的新鲜、非再循环的处理气体量。
于一实施例中，揭露一种微粒捕集器/过滤器组件。该组件包括：一微粒捕集器/过滤器主体，具有一适以与一腔室出口耦接的入口，以及一适以与一腔室入口耦接的出口；一过滤介质，设置于主体中而位于入口与出口之间；以及一热交换环道，与过滤介质耦接。
于另一实施例中，揭露一种等离子体辅助化学气相沉积设备。该设备包括：一气体来源；一处理室，具有一腔室出口及一腔室入口；以及一再循环系统，包括一微粒捕集器/过滤器组件。该组件包括：一微粒捕集器/过滤器主体，具有一适以与腔室出口耦接的入口，以及一适以与腔室入口耦接的出口；一过滤介质，设置于主体中而位于入口与出口之间；以及一热交换环道，与过滤介质耦接。
于另一实施例中，揭露一种等离子体辅助化学气相沉积方法。该方法包括：提供一新鲜、非再循环的处理气体至一等离子体辅助化学气相沉积室，该沉积室具有一腔室入口及一腔室出口；执行一等离子体辅助化学气相沉积工艺；将处理气体自沉积室排出；使排出的处理气体流经一微粒捕集器/过滤器组件；以及使至少一部分的排出的处理气体再循环回到沉积室。该组件包括：一微粒捕集器/过滤器主体，具有一与腔室出口耦接的入口以及一与腔室入口耦接的出口；一过滤介质，设置于主体中而位于入口与出口之间；以及一热交换环道，与过滤介质耦接。
于另一实施例中，揭露一种等离子体辅助化学气相沉积方法。该方法包括：提供一新鲜、非再循环的处理气体至一等离子体辅助化学气相沉积室；执行一等离子体辅助化学气相沉积工艺；将处理气体自沉积室排出；以及使至少一部分的处理气体再循环通过一气体重新调理设备(gas reconditioning hardware)，该设备包括至少一项目，该项目选自由一微粒捕集器、一微粒过滤器及其组合所组成的群组。处理气体包括一稀释气体以及一沉积气体。
于另一实施例中，揭露另一种等离子体辅助化学气相沉积方法。该方法包括：提供一新鲜、非再循环的处理气体至一等离子体辅助化学气相沉积室；执行一等离子体辅助化学气相沉积工艺；将处理气体自沉积室排出；以及使至少一部分的处理气体再循环通过一气体重新调理设备，该设备包括至少一项目，该项目选自由一微粒捕集器、一微粒过滤器及其组合所组成的群组。处理气体至少包括氢气及硅烷。
在另一实施例中，揭露一种等离子体辅助化学气相沉积设备。该设备包括：一腔室；一处理气体来源，与腔室耦接；一第一压力计，耦接于处理气体来源与腔室之间；以及一腔室排气系统，与腔室耦接。排气系统包括：至少一排气导管，与腔室耦接；一微粒过滤器，沿着至少一排气导管而耦接；一微粒过滤器排气导管，与微粒过滤器以及腔室耦接；以及至少一节流阀，与微粒过滤器排气导管耦接，并与第一压力计为电性耦接。
在另一实施例中，揭露一种等离子体辅助化学气相沉积设备。该设备包括：一腔室；一处理气体来源，与腔室耦接；一第一压力计，耦接于处理气体来源与腔室之间；以及一腔室排气系统，与腔室耦接。排气系统包括：至少一排气导管，与腔室耦接；至少一节流阀，沿着至少一排气导管而与第一压力计为电性耦接；一微粒过滤器，沿着至少一排气导管而耦接于腔室与至少一节流阀之间；以及一微粒过滤器排气导管，与微粒过滤器以及腔室耦接。
附图简要说明
为让本发明的上述特征更明显易懂，可配合参考实施例说明，其部分在附图中示出。须注意的是，虽然附图揭露本发明特定实施例，但其并非用以限定本发明的精神与范围，任何熟知本领域的技术人员，可作各种的更动与润饰而得到等效实施例。
图1，绘示PECVD室100的剖面视图，其可结合本发明的一或多个实施例而使用；
图2，绘示根据本发明的一实施例的稀释气体再循环系统200的概要图；
图3，绘示根据本发明的一实施例的微粒捕集器/过滤器300的概要图；
图4，绘示根据本发明的另一实施例的微粒捕集器/过滤器400的概要图；
图5，绘示根据本发明的另一实施例的微粒捕集器/过滤器500的概要图；
图6，绘示稀释气体再循环系统600的另一实施例的图。
为便于了解，图中相同的元件符号表示相同的元件。某一实施例采用的元件当不需特别详述而可应用到其它实施例。
具体描述
本发明包括一种方法及设备，其包含有微粒捕集器/过滤器，以使处理气体通过一系统而进行再循环处理。处理气体可自腔室排出，且可通过微粒捕集器/过滤器。一部分的气体可再循环回到处理室，而另一部分的气体可通过机械式前级泵(backing pump)排出。当处理气体流经微粒捕集器/过滤器时，微粒捕集器/过滤器内部的过滤介质会捕捉污染物。处理气体的再循环部分可接着与新鲜、非再循环的处理气体结合并进入处理室。再循环气体可以在新鲜、非再循环的处理气体通过远程等离子体源之后再与其结合。远程等离子体源所产生的等离子体可确保再循环的处理气体不会沉积在导向处理室的导管上。再循环气体的量可以决定输送至处理室的新鲜、非再循环的处理气体量。
PECVD系統
图1为PECVD系统100的一个实施例的剖面视图，其购自加州圣克拉拉应用材料公司(Applied Materials，Inc.)的分公司AKT。应了解本发明亦可应用在其它需要将一气体导入腔室中的处理系统，包括由其它制造商所生产的处理系统。系统100包括耦接至气体来源104的处理室102。处理室102具有壁106及底部108以部分地定义出处理空间112。可经过壁106中的一孔洞(图中未示)而进入处理空间112，以协助基材140移动进出处理室102。壁106及底部108可以由单一块体铝或是其它与处理兼容的材料制成。壁116支撑上盖组件110。处理室102可以由真空泵184来进行抽真空。
温控基材支撑组件138可置中设置于处理室102内。支撑组件138可以于处理中支撑基材140。在一实施例中，基材支撑组件138包括铝主体124，且主体124内嵌设有至少一加热器132。加热器132(例如电阻元件)设置于支撑组件138中，并可耦合至电源174以可控地加热支撑组件138及设置于其上的基材140至一预定温度。加热器132可以将基材140维持在介于约150℃～至少约460℃的均一温度，且此温度视待沉积的材料的沉积处理参数而定。
基材支撑组件138可包括二区域嵌设加热器。一区域为内部加热区，位于接近基材支撑组件138中央处，外部加热区则位于接近基材支撑组件138的外缘处。外部加热区可以设定在较高温度下，以补偿可能发生在基材支撑组件138边缘的较高的热损耗现象。可用于执行本发明的示范性的二区域加热组件被揭露于美国专利第5,844,205号中，在此将其整体并入以做为参考。
支撑组件138可具有下方侧126及上方侧134。上方侧134支撑基材140。下方侧126可具有与之耦合的轴杆142。轴杆142将基材支撑组件138耦接至升举系统(图中未示)，以将支撑组件138于上升处理位置(如图所示)与下降位置(促进基材140传送进出处理室102)之间移动。轴杆142额外提供支撑组件138与系统100中其它组件之间的电导线及热电偶导线的导管。
波纹管146可耦接于支撑组件138(或是轴杆142)与处理室102的底部108之间。波纹管146提供处理空间112与处理室102外的大气之间的真空密封，并有助于支撑组件138的垂直移动。
支撑组件138可以为接地(grounded)，藉此，由功率源122提供至位于上盖组件110与基材支撑组件138(或是设置于腔室上盖组件中或是邻近腔室上盖组件处的其它电极)之间的气体分配板组件118的RF功率可以激发存在于支撑组件138与分配板组件118之间的处理空间112的气体。来自功率源122的RF功率经选择而相称于基材尺寸，以驱动化学气相沉积工艺。
支撑组件138可额外地支撑一周围遮蔽框148。遮蔽框148可以预防基材140与支撑组件138边缘的沉积现象，以使基材140不会黏附在支撑组件138上。
上盖组件110提供处理空间112的上边界。上盖组件110可以被移除或开启以维修处理室102。在一实施例中，上盖组件110可以由铝制成。
上盖组件110可包括入口180，由气体来源104所提供的处理气体可经过入口180而导入处理室102。入口180亦可耦接至清洗源182。清洗源182可提供清洗剂(例如解离氟)，其可导入处理室102中以自处理室设备(包括气体分配板组件118)移除沉积副产物及薄膜。
气体分配板组件118可耦接至上盖组件110的内侧120。气体分配板组件118可配置而基本符合基材140的轮廓，举例来说，用于大面积平板基材或是太阳能基材的多边形，以及用于半导体或太阳能基材的圆形。气体分配板组件118可包括穿孔区域116，由气体来源104所供应的处理气体或其它气体可经过穿孔区域116而输送至处理空间112。气体分配板组件118的穿孔区域116可设置以提供通过气体分配板组件118而进入处理室102的均一气体分布。适用且得益于本发明的气体分配板被描述于共同转让的美国专利第6,477,980、6,772,827、7,008,484、6,942,753号以及美国专利公开申请案第2004/0129211 A1号中，在此将其整体并入以做为参考。
气体分配板组件118可包括一扩散板158，其悬挂于吊挂板160。扩散板158及吊挂板160可选择性地包括一单一部件。多个气体通道162贯穿扩散板158形成，以允许预定的气体分布通过气体分配板组件118而进入处理空间112。吊挂板160维持扩散板158与上盖组件110的内表面120呈一间隔设置关系，因此在其间定义一充气部164。充气部164可允许气体流经上盖组件110以均匀分布于扩散板158的宽度，因此气体可均一地提供在中央穿孔区域116的上方，并均一地分布穿过气体通道162。
扩散板158可以由不锈钢、铝、阳极处理铝、镍或其它RF传导材料制成。扩散板158可配置有一厚度，以维持跨越孔洞166的充足平坦度，而不对基材处理造成不利影响。在一实施例中，扩散板158的厚度为介于约1.0英时～约2.0英时之间。扩散板158可针对半导体或太阳能基材制造而为圆形，或是针对平板显示器或太阳能制造而为多边形(例如矩形)。
如图1所示，控制器186可接合并控制基材处理系统的多种部件。控制器186可包括中央处理器(CPU)190、支持电路192及内存188。
处理气体可以自气体来源104进入处理室102，并藉由真空泵184而排出处理室102。如下将描述，非再循环的处理气体可以由气体来源104通过远程等离子体源(图中未示)而提供至处理室102。由处理室102排出的部分气体可通过至少一微粒捕集器/过滤器，并接着再循环回到处理室102。再循环的处理气体可以在远程等离子体源后方处而连接回处理室102。可经再循环的示范性气体包括氢气、硅烷、PH₃或TMB。
再循环系统
图2显示稀释气体再循环系统200的一实施例。如图2所见，最初，处理气体可以由气体来源208通过入口导管204、210而提供至处理室212。远程等离子体源202沿着入口导管204、210设置，以点燃(strike)来自处理室212远程的等离子体。藉由点燃来自处理室212远程的等离子体，则远程等离子体源202所产生的等离子体可通过入口导管210并维持入口导管210中无沉积物。
处理室212可经抽真空以移除处理气体。可设置一或多个机械式前级泵232以对处理室212抽真空。可以在处理室212与一或多个机械式前级泵232之间额外设置一或多个升压装置218，以助于处理室212的抽真空。在一实施例中，升压装置218可以为鲁氏鼓风机(roots blower)。在另一实施例中，升压装置218可以为机械式泵。另外，升压装置218可以沿着处理室212后方的导管226设置。腔室压力计234耦接至处理室212，以量测处理室212内的压力。腔室节流阀214沿着出口导管216设置，且可以耦接至腔室压力计234。基于腔室压力计234所量测到的压力则可调整腔室节流阀214开启的程度。藉由将腔室节流阀214与腔室压力计234耦接在一起，则可维持预定的腔室压力。在一实施例中，腔室压力可以为约0.3托～约25托。在另一实施例中，腔室压力可以为约0.3托～约15托。
部分被排出的处理气体可以再循环至处理室212。被排出的处理气体沿着导管216、220而通过腔室节流阀214与升压装置218至微粒捕集器/过滤器224。可以利用沿着导管220设置的排气压力计222而量测导管220内的处理气体压力。微粒捕集器/过滤器224适于捕捉存在于被排出的处理气体中的污染物质，例如：副产物微粒物质以及可能来自泵232、升压装置218或其它阀的油。藉由减少处理气体中存在的污染物的量，则导向处理室212的导管226、210中可能发生的沉积现象会减少。
停止阀238可设置于微粒捕集器/过滤器224下游的再循环导管226处。可将停止阀238切换至关闭状态而将通过微粒捕集器/过滤器224且不需再循环至处理室212的气体排出。
微粒捕集器/过滤器224以及再循环系统可经周期性清洗，以确保在再循环系统或微粒捕集器/过滤器224中可能出现的阻塞现象降低。微粒捕集器/过滤器224可以由与蚀刻气体(例如NF₃或F₂)兼容的材料制成，以确保不需替换微粒捕集器/过滤器224。在一实施例中，可使用水冲洗来清洗再循环系统及微粒捕集器/过滤器224。在另一实施例中，使用蚀刻气体(例如NF₃或F₂)来清洗再循环系统及微粒捕集器/过滤器224。
再循环的处理气体量由再循环节流阀228所控制。再循环节流阀228开启的量再结合停止阀238的开启则可以决定再循环的处理气体量以及通过导管230而由机械式前级泵232所排出的处理气体量。再循环节流阀228的开启程度愈大，则愈多的处理气体排放至机械式前级泵232。再循环节流阀228的开启程度愈小，则愈多的处理气体再循环回到处理室212。停止阀236可以设置于再循环导管226与导向处理室212的导管210的接合处，藉此，则可以如期望的预防再循环现象。
再循环节流阀228可以与入口压力计206耦接。藉由将入口压力计206耦接至再循环节流阀228，则可基于入口压力计206所量测的压力而控制再循环节流阀228的开启量。然而，再循环的气体量为在入口压力计206处所量测到压力的函数。在一实施例中，于入口压力计206处所量测到的压力可以为约1托(Torr)～约100托。在另一实施例中，于入口压力计206处所量测到的压力可以为约1托～约20托。可控制流入处理室212的期望处理气体质量流率(mass flow rate)。一旦决定流至处理室212的期望质量流率，则可设定新鲜、未循环的处理气体的质量流率，并调整再循环的处理气体量为新鲜、未循环的处理气体的函数，藉此，新鲜、未循环的处理气体与再循环的处理气体的结合流速等于流至处理室212的期望质量流率。
再循环处理气体与新鲜、非再循环的处理气体结合之处位于远程等离子体源202与处理室212之间。藉由在远程等离子体源202后方提供再循环处理气体，则由于再循环处理气体的存在所造成沿着入口导管210的沉积现象可减少。另外，远程等离子体源202所产生的等离子体可清除由于再循环处理气体的存在而在入口导管210内所形成的沉积物。
图6显示稀释气体再循环系统600的另一实施例。来自气体面板608的处理气体通过导管604、610而提供至处理室612。处理气体的等离子体在远程等离子体源602中被点燃，而远程等离子体源602位于气体面板608与处理室612之间。可藉由机械式前级泵(图中未示)而使处理室612抽真空。一或多个升压装置618设置于处理室612与机械式前级泵之间，以协助处理室612的抽真空。在一实施例中，升压装置618可以为鲁氏鼓风机。在另一实施例中，升压装置618可以为机械式泵。另外，升压装置618可以沿着处理室612后方的导管632设置。来自处理室612的气体可通过导管616、620、636而排放至机械式前级泵。排气压力计622可量测导管620内的压力。
腔室压力计638可量测处理室612中的压力。可开启或关闭腔室节流阀614以控制由处理室612排出的处理气体量。腔室节流阀614开启的量为腔室压力计638所量测的压力的函数。腔室压力计638与腔室节流阀614可耦接在一起。于一实施例中，腔室压力计638所量测的压力为约0.3托～约25托。在另一实施例中，腔室压力计638所量测的压力为约0.3托～约15托。
部分由处理室612所排出的处理气体可经由微粒捕集器/过滤器628而再循环回到处理室612。再循环节流阀624可以控制排放至机械式前级泵的处理气体量，以及有多少处理气体再循环至微粒捕集器/过滤器628。当停止阀630开启时，机械式前级泵抽吸处理气体通过微粒捕集器/过滤器628。部分被抽吸通过微粒捕集器/过滤器628的处理气体可通过导管634而排放至机械式前级泵，且部分的处理气体可通过导管632而再循环回到处理室612。可开启或关闭额外设置的再循环/隔离阀626及停止阀640以允许或预防气体再循环回到处理室612。
再循环节流阀624可耦接至沿着入口导管604设置的入口压力计606。入口压力计606量测提供至处理室612的新鲜、非再循环的处理气体的压力。基于在入口压力计606所量测到的压力，则可控制再循环节流阀624的开启量。于一实施例中，在入口压力计606所量测到的压力为约1托～约100托。于另一实施例中，在入口压力计606所量测到的压力为约1托～约20托。
再循环节流阀624与入口压力计606可彼此耦接以控制处理气体流至处理室612的质量流率。于一实施例中，可决定处理气体流至处理室612的期望质量流率。基于决定的质量流率，则可将新鲜、非再循环的处理气体的质量流率设定为恒定或期望的流率。接着，再循环的处理气体量可经控制为在入口压力计606处所量测到的新鲜、非再循环的处理气体的压力的函数，藉此，提供至处理室612的新鲜、非再循环的处理气体以及再循环气体的结合输入等于流至处理室612的决定及期望的总处理气体质量流率。
操作
上述的PECVD系统可用于在基材(例如太阳能板基材)上沉积薄膜。此种薄膜可包括含硅薄膜，例如p型掺杂硅层(P型)、n型掺杂硅层(N型)或是沉积而形成以P-I-N为基础的结构的本征硅层(I型)。含硅薄膜可以为非晶硅、微晶硅或是多晶硅。再循环系统的操作会参照图2而讨论，但应了解亦可应用图6所示的再循环系统。
在起始操作时，再循环系统尚未运作，且再循环节流阀228完全开启以允许所有处理气体排出至机械式前级泵232。来自气体来源208的新鲜处理气体被输送通过导管204而至远程等离子体源202。新鲜处理气体可包括沉积气体、惰性气体以及稀释气体(例如氢气)。气体可通过分离的导管204或是单一导管204而提供至远程等离子体源202。在一实施例中，将沉积气体直接唧打(plumbed)入处理室212中，且同时将稀释气体及惰性气体直接提供至远程等离子体源202。
入口压力计206量测并控制供应至远程等离子体源202的新鲜处理气体量。在等离子体于远程等离子体源202内点燃之后，处理气体则继续进入处理室212(沉积进行之处)。处理气体一旦被使用后，则藉由机械式前级泵232而由处理室212通过导管216排出。腔室压力计234量测在处理室212中的压力。为了维持处理室212中的适当压力，可基于腔室压力计234所量测到的压力而开启或关闭腔室节流阀214。一或多个升压装置218可设置于处理室212与前级泵232之间。
接着，使用过的处理气体可流经微粒捕集器/过滤器224以自气体中移除微粒物质。可完全开启再循环节流阀228以允许所有自处理室212排出的处理气体在工艺起始之后由系统排出。然而，随着工艺进行且已达到并维持所期望的腔室压力时，则可开始处理气体的再循环。可部分或完全地关闭再循环节流阀228。再循环节流阀228的开启及关闭量是以入口压力计206所量测到的压力为函数。
当再循环节流阀228关闭，提供至远程等离子体源202的新鲜、非再循环的处理气体则相应减少，以确保所期望的处理气体量被加入处理室212中。当在入口压力计206处所量测的新鲜、非再循环的处理气体量减少时，则关闭再循环节流阀228以确保有足够的处理气体再循环回到处理室212而维持所期望的处理室压力。在一实施例中，可关闭再循环节流阀228以使得所有的处理气体皆经过再循环。
提供至处理室212的处理气体混合物可包括硅烷系(silane-based)气体及氢气。合适的硅烷系气体的实例包括但不限于为单硅烷(SiH₄)、二硅烷(Si₂H₆)、四氟化硅(SiF₄)、四氯化硅(SiCl₄)及二氯硅烷(SiH₂C1₂)等。可维持硅烷系气体与氢气的比率以控制气体混合物的反应作用，藉以获得期望的结晶比例。针对本征单晶硅，结晶量可以是介于约20％～约80％。在一实施例中，硅烷系气体与氢气的比率可以是介于约1∶20～约1∶200。在另一实施例中，该比率可以是介于约1∶80～约1∶120。在又一实施例中，该比率可以为约1∶100。亦可提供惰性气体至处理室212。惰性气体包括Ar、He、Xe等。所供应的惰性气体与氢气的流速比率为约1∶10～约2∶1。
在沉积本征微晶硅层之前，可利用上述的硅烷系气体及氢气来沉积一本征微晶硅的薄晶种层(seed layer)。气体混合物的硅烷系气体与氢气的比率为约1∶100～约1∶20000。在一实施例中，该比率可以为约1∶200～约1∶1000。在另一实施例中，该比率为约1∶500。
微粒捕集器/过滤器
图3为绘示微粒捕集器/过滤器300的一实施例的概要图。微粒捕集器/过滤器300包括一外壳302，且外壳302具有与气体入口310及气体出口312连通的内侧空间，以及组合于外壳302中的过滤介质304。外壳302可以由铝或是其它兼容材料制成。于一实施例中，外壳302包括不锈钢。外壳302中的过滤介质304的组件将其内侧空间区分为：由过滤介质304实质包围的内部空间320，以及实质围绕内部空间320的外部空间318。如气流方向314所示，处理气体经过气体入口310而进入外壳302，并由外部空间318流经过滤介质304而至内部空间320，且接着经过气体出口312而离开微粒捕集器/过滤器300。
过滤介质304可以由镍、不锈钢或其它兼容金属合金制成，且其可以利用等离子体(例如氟系清洗气体或其组合)来清洗。于一实施例中，过滤介质304包括316不锈钢。过滤介质304可具有约20％～约30％的开孔率(openarea)。于一实施例中，清洗气体包括SF₆、NF₃或F₂。过滤介质304提供有穿孔306，而该些穿孔306具有适当尺寸以允许处理气体流314由外部空间318流入内部空间320，并阻断处理气体中微粒物质的通过。于一实施例中，过滤介质304提供有一气体选择性渗透膜，其允许特定气体通过该介质，但同时防止不同的气体通过该介质。所捕捉的微粒物质尺寸视穿孔306的配置而定，且在一实施例中面积为约1微米。再者，过滤介质304的一侧包括热交换环道308，该环道308藉由扩散接合或焊接而附接至过滤介质304。于一实施例中，热交换环道308可以由与过滤介质304相同的材料制成。外部来源316所供应的冷却或加热流体可循环以控制过滤介质304的温度状态。更特定的，当微粒捕集器/过滤器300操作于过滤模式下时，例如水的冷却剂或其它适当的冷却流体可流经热交换环道308。当处理气体流经冷却的过滤介质304时，可有效地捕捉微粒物质，且处理气体中的泵油蒸气可凝结并捕捉于过滤介质304的表面。
如图3所示，微粒捕集器/过滤器300的一实施例可具有过滤介质304，其可藉由热交换环道308而冷却，以用于捕捉来自再循环处理气体的污染物质。更特别的，以蒸气状态存在于再循环处理气体中的油类物质可藉此凝结并由冷却的过滤介质304捕捉。
为了清洗微粒捕集器/过滤器300，等离子体及/或包括SF₆、NF₃或F₂的清洗气体由气体入口310流入外壳302中，以蚀刻累积于外壳302中及过滤介质304上的残留物。当等离子体及清洗气体流经微粒捕集器/过滤器300时，加热流体可以循环通过热交换环道308以使过滤介质304的温度升高。部分残留物(例如凝结油及六氟硅铵)捕捉于微粒捕集器/过滤器300中，因此可选择性地藉由蒸发及升华而被移除。
在一实施例中，等离子体及清洗气体可以藉由图2中的远程等离子体源202及气体面板208产生。藉此，随着等离子体及清洗气体往下游流经再循环系统而可方便地清洗微粒捕集器/过滤器224。因此可周期性地清洗微粒捕集器/过滤器224而不需替换过滤器组件。
图4显示微粒捕集器/过滤器400的另一实施例。如同图3所示的实施例，微粒捕集器/过滤器400包括外壳402、具有穿孔406的过滤介质404，以及耦接至外部来源416的热交换环道408，其中过滤介质404将外壳402的内侧空间区分为内部空间418以及围绕的外部空间420。微粒捕集器/过滤器400与图3的实施例不同的是内部空间418与气体入口410连通，而外部空间420与气体出口412连通。如气流方向414所示，处理气体经过气体入口410而进入外壳402，并由内部空间418流经过滤介质404而进入外部空间420，再接着经过气体出口412而离开微粒捕集器/过滤器400。过滤介质404的一侧包括热交换环道408，该环道408藉由扩散接合或焊接而附接至过滤介质404。于一实施例中，热交换环道408可以由与过滤介质404相同的材料制成。
图5绘示微粒捕集器/过滤器500的另一实施例。微粒捕集器/过滤器500包括外壳502，其具有一与气体入口510及气体出口512连通的内侧空间。外壳502显示为开启及透明而供清楚参照。外壳502的内侧空间组合多个微粒捕集器/过滤器单元504。各个微粒捕集器/过滤器单元504的构造类似于图3的微粒捕集器/过滤器300或是图4的微粒捕集器/过滤器400。气流经过气体入口510而进入外壳502，并流经各个微粒捕集器/过滤器单元504而由气体出口512离开。各个微粒捕集器/过滤器单元504中的热交换环道可藉由扩散接合或焊接而附接至过滤介质。于一实施例中，热交换环道可以由与过滤介质相同的材料制成。
为了确保处理室与再循环系统以一有效方式操作，因此在每二次沉积操作之间可周期性地进行清洗操作。清洗操作将参照图2～3而描述如下，但应了解亦可应用于图4所示的系统。
在起始清洗操作之时，关闭停止阀238并开启再循环节流阀228。气体来源208接着供应清洗气体，包括SF₆、NF₃或F₂，其沿着导管204流至远程等离子体源202，而等离子体在远程等离子体源202之处被点燃。清洗气体接着通过处理室212、沿着导管216、220流至微粒捕集器/过滤器224，并最终沿着导管230排出以进行减量。
如图3所示，当清洗气体通过微粒捕集器/过滤器300之时，微粒捕集器/过滤器300中的过滤介质304亦可藉由使加热流体沿着热交换环道308循环而加热。因此已聚积在微粒捕集器/过滤器300中的残留物可藉由蚀刻、蒸发及升华的结合动作而轻易地移除。
应理解，上述的本发明具有包含来自气体来源的处理气体的单一导管，但亦可使用多个导管，其中各个导管含有一或多个处理气体，且各个导管具有其各自的入口压力计，并共同耦接至再循环节流阀。在一实施例中，稀释气体可藉由其特有且分离的导管而直接导入远程等离子体源。在另一实施例中，沉积气体可由气体来源通过其特有且分离的导管而提供，并不会通过远程等离子体源。在又一实施例中，再循环的处理气体直接唧打入处理室，而非在远程等离子体源与处理室之间的一位置处与新鲜、非再循环的处理气体结合。
藉由将处理气体经过再循环，则可减少新鲜、非再循环处理气体的量。藉由使用较少的新鲜、非再循环的处理气体，则可降低利用PECVD而于基材上沉积层的花费，此乃因为在新鲜、非再循环的处理气体上的花费较少之故。因此，藉由将排出的处理气体经过再循环，则可以以一有效方式进行PECVD。另外，由于上述的再循环系统完全与周期性清洗兼容，故其操作可以以一成本效益方式而维持在最佳程度。
虽然本发明虽以较佳实施例说明如上，然其并非用以限定本发明，任何熟知本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，仍应属本发明的技术范畴。