TWI421369B - 氣體供應設備 - Google Patents

Description

氣體供應設備

本發明是有關於一種電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)系統，且特別是有關於一種用於高頻電漿輔助化學氣相沉積系統的氣體供應設備。

目前電漿輔助化學氣相沉積系統已經是薄膜太陽電池的產業中中最重要與主要的薄膜沉積製程。舉凡所有薄膜太陽電池所需要的膜層，都可以藉由PECVD系統來製得。通常在PECVD系統之製程腔體內，會進行包括於基板上沉積薄膜的製程以及清潔製程腔體的製程。因此，一般供應到製程腔體的至少有沉積薄膜用的製程氣體以及清潔用的清潔氣體。

近來，為因應大面積之薄膜太陽電池，會在大面積型PECVD系統之製程腔體配置遠端電漿源(Remote Plasma Source，RPS)來清潔腔體，譬如清除電極與腔壁上所累積的薄膜。這是因為相較於以射頻(RF)電漿源激發含氟氣體源產生電漿來進行清潔的傳統方式，遠端電漿源有較快的蝕刻能力與更大面積的清潔效能。因此，如何將遠端電漿源有效地整合於高頻PECVD系統中，其機構設計(如氣體管路)是重要關鍵。

目前為了提高RPS的清潔效能，往往會利用增加RPS出氣端的管徑來提高清潔氣體進氣量，以達到所欲達成之功效。但是，管徑的增加會提高此處的寄生電容，導致局部電漿產生，進而成膜阻塞RPS出氣口。此狀況尤其是在高頻PECVD系統更為明顯，進而導致遠端電漿源的使用壽命縮短。

本發明提供一種氣體供應設備，以防止於遠端電漿源之出氣端的異常成膜現象產生，進而提高遠端電漿源的使用壽命。

本發明提出一種氣體供應設備，是用於導引氣體至電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)系統的一製程腔體。這樣的氣體供應設備至少包括從製程腔體的外部進入製程腔體內的一進氣管、一製程氣體管、一清潔氣體管、一遠端電漿源以及一調變閥。所述遠端電漿源連接一清潔氣體源，而清潔氣體管則連接進氣管與遠端電漿源，用以將一清潔氣體自遠端電漿源輸入進氣管。至於製程氣體管是連接上述進氣管與一製程氣體源，用以將一製程氣體輸入進氣管。而調變閥是設置於進氣管中，用來關閉上述清潔氣體管與上述進氣管之間的通路，以避免製程氣體導向上述製程腔體期間進入清潔氣體管。

在本發明之一實施例中，上述遠端電漿源的頻率例如在20MHz~100MHz之間。

本發明之一實施例中，上述進氣管例如位於製程腔體之中央±30%的位置。

在本發明之一實施例中，上述清潔氣體管之管徑大於上述製程氣體管之管徑。

在本發明之一實施例中，上述清潔氣體管之管徑例如10mm~60mm。

在本發明之一實施例中，上述調變閥包括金屬或不鏽鋼所製成的閥門。

在本發明之一實施例中，上述調變閥與製程腔體之間的距離例如30mm~100mm。

在本發明之一實施例中，上述製程氣體例如是由B₂ H₆ 、CO₂ 、CO、GeH₄ 、H₂ 、He、N₂ O、PH₃ 、SiH₄ 、SiF₄ 與SiH₆ 組成的氣體群中選擇的一種氣體或是以上氣體的化合物或混合物。

在本發明之一實施例中，上述清潔氣體例如是由Ar、H₂ 、NF₃ 與SF₆ 組成的氣體群中選擇的一種氣體或是以上氣體的化合物或混合物。

在本發明之一實施例中，上述進氣管還可包括一陶瓷絕緣部，設於上述製程及清潔氣體管和上述製程腔體之間。

基於上述，本發明之氣體供應設備整合製程氣體與清潔電漿源以單一進氣管導入製程腔體，並藉由設置一調變閥防止寄生電容產生，避免清潔氣體管與進氣管之間的通路因上述寄生電容產生異常成膜現象，同時提高PECVD製程之沉積速率，也有效提高遠端電漿源在製程腔體內的清潔效率。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

以下請參照圖式，以便能更為充分地暸解本發明之技術。雖然本文以圖式來顯示本發明之實施例，但本發明仍能以多種不同形式來實踐，且不應將其解釋為限於本文所述之實施例。而在圖式中為明確起見，並未按照真實比例繪製各構件及區域的尺寸及其相對尺寸。

圖1A與圖1B是依照本發明之第一實施例之一種氣體供應設備的運作示意圖。

請先參照圖1A，第一實施例之氣體供應設備100是用來導引氣體至電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)系統的一製程腔體102。圖1的氣體供應設備100包括從製程腔體102的外部進入製程腔體102內的進氣管104、一清潔氣體管106、一遠端電漿源(RPS)108、一製程氣體管110以及一調變閥112。上述進氣管104例如位於製程腔體102之中央±30%的位置，較佳是位於製程腔體102之中央±10%的位置。但需注意的是，當製程腔體102為大面積PECVD系統的腔體時，往往需要搭配多個進氣管104，所以上述進氣管104的位置僅是表示用於單一進氣管104的實施例情形。

在本實施例中，遠端電漿源108藉由一氣體管路114連接到一清潔氣體源116，上述遠端電漿源的頻率例如在20MHz~100MHz之間，較佳為25MHz~45MHz之間。此外，於氣體管路114中通常會設置閥118來控制清潔氣體(即圖1A所示的“點”)進入遠端電漿源108的流動，其中清潔氣體例如是由Ar、H₂ 、NF₃ 與SF₆ 組成的氣體群中選擇的一種氣體或是以上氣體的化合物或混合物。而清潔氣體管106則連接進氣管104與遠端電漿源108，用以將上述清潔氣體自遠端電漿源108輸入進氣管104。因此如圖1A，當閥118打開時，清潔氣體會流入遠端電漿源108以產生高解離率的清潔氣體，再進入清潔氣體管106，最後經由進氣管104進入製程腔體102。一般來說，清潔氣體管106之管徑Φ ₁ 比製程氣體管110之管徑Φ ₂ 大；舉例來說，清潔氣體管106之管徑Φ ₁ 例如10mm~60mm，較佳為25mm~40mm。而上述製程氣體管110則是連接進氣管104與一製程氣體源120，且於製程氣體管110中通常會設置閥122來控制製程氣體的流動。

然後，請參照圖1B，當閥122打開時，製程氣體(即圖1B所示的“點”)會通過進氣管104而進入製程腔體102，其中製程氣體例如是由B₂ H₆ 、CO₂ 、CO、GeH₄ 、H₂ 、He、N₂ O、PH₃ 、SiH₄ 、SiF₄ 與SiH₆ 組成的氣體群中選擇的一種氣體或是以上氣體的化合物或混合物。在製程氣體進入製程腔體102的期間，因為清潔氣體管106之管徑Φ ₁ 明顯會比製程氣體管110之管徑Φ ₂ 大，所以製程氣體極可能進入清潔氣體管106。因此在第一實施例中，於進氣管104中設置調變閥112，用來關閉清潔氣體管106與進氣管104之間的通路124。上述調變閥112例如是金屬或不鏽鋼類所製成的閥門。而且，在本實施例中，調變閥112與製程腔體102之間的距離D例如30mm~100mm。

此外，在本實施例中雖然各有一個製程氣體源120與一個清潔氣體源116，但本發明並不限於此，應知在使用多種製程氣體以及/或是多種清潔氣體的情況，可以有數個製程氣體源以及/或是數個清潔氣體源分別連接到進氣管104，並於各個清潔氣體管與進氣管104之間的通路上設置調變閥112。在另一實施例中，製程氣體源與清潔氣體源亦可以是同一種氣體，在這種情形下，製程氣體源即等同於清潔氣體源。

圖2是圖1A(與圖1B)之氣體供應設備的應用示意圖，其中使用與圖1A與圖1B相同的元件符號代表相同的構件。

請參照圖2，當製程腔體200是用於大面積基板的PECVD系統時，因為製程腔體200本身具有大面積，所以為了使沉積與清潔製程之均勻度，需要搭配多個氣體供應設備100。在本圖中是繪示兩個氣體供應設備100，但仍可依照製程腔體200的尺寸設置更多的氣體供應設備100。

圖3則是依照本發明之第二實施例之一種PECVD系統的示意圖，其中使用與第一實施例相同的元件符號代表相同的構件。

請參照圖3，一般的PECVD系統300包括製程腔體102。在製程腔體102中會有一個與氣體供應設備100之進氣管104相連的氣體噴灑頭302以及用來放置基板304的基板座306。上述氣體噴灑頭302能使製程氣體以及/或是清潔氣體自進氣管104進入之後，均勻噴灑到氣體噴灑頭302底下的基板座306上的基板304。而氣體噴灑頭302與基板座306通常就是PECVD系統300中的上、下電極。因此，PECVD系統300還會有一射頻功率(RF Power)源308，耦接於製程腔體102內的氣體噴灑頭302與基板座306，以於製程腔體102中形成電漿。由於進氣管104及氣體噴灑頭302的材料一般都是金屬或不鏽鋼，所以為避免RF往進氣管104內移動而產生寄生電容效應，導致大量的薄膜與粉塵沉積於此處。因此在本實施例中，進氣管104還可具有一陶瓷絕緣部310，設於製程及清潔氣體管110、106和上述製程腔體102之間。

除了第二實施例之PECVD系統300外，本發明所屬技術領域中具有通常知識者應知氣體供應設備100還可應用於其他PECVD系統，並不限於上述實施例。

綜上所述，本發明之氣體供應設備將製程氣體與來自遠端電漿源之清潔氣體整合以單一進氣管導入製程腔體，並藉由設置一調變閥防止寄生電容產生，避免清潔氣體管與進氣管之間的通路因上述寄生電容產生異常成膜現象。而且，本發明之氣體供應設備因為使用了遠端電漿源，所以能同時提高清潔效率。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．氣體供應設備

102、200．．．製程腔體

104．．．進氣管

106．．．清潔氣體管

108．．．遠端電漿源

110．．．製程氣體管

112．．．調變閥

114．．．氣體管路

116．．．清潔氣體源

118、122．．．閥

120．．．製程氣體源

124．．．通路

300．．．PECVD系統

302．．．氣體噴灑頭

304．．．基板

306．．．基板座

308．．．射頻功率源

310．．．陶瓷絕緣部

D．．．距離

Φ ₁ 、Φ ₂ ．．．管徑

圖1A與圖1B是依照本發明之第一實施例之一種氣體供應設備的運作示意圖。

圖2是圖1A(與圖1B)之氣體供應設備的應用示意圖。

圖3則是依照本發明之第二實施例之一種PECVD系統的示意圖。

100．．．氣體供應設備

102．．．製程腔體

104．．．進氣管

106．．．清潔氣體管

108．．．遠端電漿源

110．．．製程氣體管

112．．．調變閥

114．．．氣體管路

116．．．清潔氣體源

118、122．．．閥

120．．．製程氣體源

124．．．通路

D．．．距離

Φ ₁ 、Φ ₂ ．．．管徑

Claims (10)

1. 一氣體供應設備，用於導引氣體至一電漿輔助化學氣相沉積系統的一製程腔體，該氣體供應設備包括：一進氣管，從該製程腔體的外部進入該製程腔體內；一遠端電漿源，連接一清潔氣體源；一清潔氣體管，連接該進氣管與該遠端電漿源，用以將一清潔氣體自該遠端電漿源輸入該進氣管；一製程氣體管，連接該進氣管與一製程氣體源，用以將一製程氣體輸入該進氣管；以及一實心調變閥，設置於該進氣管中，用來以上下移動方式關閉該清潔氣體管與該進氣管之間的通路，以避免該製程氣體導向該製程腔體期間進入該清潔氣體管，其中無論該清潔氣體管與該進氣管之間的通路是否開啟，該製程氣體管與該進氣管之間的通路都是開啟的。
2. 如申請專利範圍第1項所述之氣體供應設備，其中該遠端電漿源的頻率在20MHz~100MHz之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之氣體供應設備，其中該進氣管位於該製程腔體之中央±30%的位置。
4. 如申請專利範圍第1項所述之氣體供應設備，其中該清潔氣體管之管徑大於該製程氣體管之管徑。
5. 如申請專利範圍第1項所述之氣體供應設備，其中該清潔氣體管之管徑為10mm~60mm。
6. 如申請專利範圍第1項所述之氣體供應設備，其中該實心調變閥包括金屬或不鏽鋼所製成的閥門。
7. 如申請專利範圍第1項所述之氣體供應設備，其中該實心調變閥與該製程腔體之間的距離為30mm~100mm。
8. 如申請專利範圍第1項所述之氣體供應設備，其中該製程氣體是由B₂ H₆ 、CO₂ 、CO、GeH₄ 、H₂ 、He、N₂ O、PH₃ 、SiH₄ 、SiF₄ 與SiH₆ 組成的氣體群中選擇的一種氣體或是以上氣體的化合物或混合物。
9. 如申請專利範圍第1項所述之氣體供應設備，其中該清潔氣體是由Ar、H₂ 、NF₃ 與SF₆ 組成的氣體群中選擇的一種氣體或是以上氣體的化合物或混合物。
10. 如申請專利範圍第1項所述之氣體供應設備，其中該進氣管更包括一陶瓷絕緣部，設於該製程氣體管以及該清潔氣體管和該製程腔體之間。