TW201131008A - Manufacturing apparatus for depositing a material and an electrode for use therein - Google Patents

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201131008 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種製造設備。更特定言之，本發明係關 於該製造設備中所利用之電極。 本專利申請案主張2009年10月9日申請之美國臨時專利 申凊案第61/250,340號之優先權及所有權利。該臨時專利 申請案之全文以引用的方式併入本文中。 【先前技術】 ' 用於沉積物質至一載體上之製造設備為本技術已知。該 製造设備包括界定一室之外殼。一般而言，該载體實質上 係u-形，其具有彼此隔開之第一末端及第二末端。通常， 於該載體之各末端置有插口。一般而言，兩個或更多個電 極係被設置於該室中以用於接收被設置於該載體之第一末 端及第二末端上之各自插口。該電極包括一具有接觸區域 之外表面，其支撐該插口及最終支撐該載體以防止該載體 ◎ 相對於該外设移動。該接觸區域係適合與該插口直接接觸 之電極之部份及提供自該電極至該插口及至該載體中之主 要電流途徑。 電源裝置係與該電極連結以用於提供電流至該載體。電 L使·^私極與忒載體一者加熱至一沉積溫度。經處理之載 體係藉由在沉積溫度下沉積物質於該載體上而形成。 如本技藝中已知，隨著將載體加熱至沉積溫度，沉積於 載體上之物質熱膨脹從而使電極及插口之形狀存在變化。 -種方法係利用平頭電極及呈石墨滑塊形式之插口。該石 151448.doc 201131008 墨/月塊在該載體與該平頭電極之間發揮橋接的作用。該载 體及作用於該接觸區域之石墨滑塊之重量可減少該石墨滑 塊與該平頭電極之間的接觸電阻。另-方法涉及到使用兩 件式電極。該兩件式電極包括用於壓縮該插口之第一半段 及第二半段。使一彈簧元件與該兩件式電極之第一半段及 第二半段連結，以用於提供壓縮該插口之力。另一方法包 括使用界定一杯狀物之電極，而接觸區域係被設置於該電 極之杯狀物内。該插口係適用以套入該電極之杯狀物中及 用以與被⑨置於該電極之杯狀物内之接觸區域接觸。或 者，可將該插口構造成套入該電極之頂部之蓋帽。 在某些製造設備中，由於沉積物之累積，尤其係在沉積 於該載體上之物質係多晶矽時(其係由於氣矽烷分解所形 成），電極之結垢會出現在接觸區域。該沉積物將造成該 插口與該電極之間隨著時間的推移而不當地套接。該不當 套接會在該接觸區域與該插口之間引起小電弧，從而造成 沉積於該載體上之物質之金屬污染。金屬污染物會降低载 體之價值’因為所沉積的物質較不純。此外，該結垢會降 二：電極與該插口之間的熱轉移，從而造成該電極達到更 南溫度以有效地加熱該插口及最終加熱該載體。該電極之 更高溫度會加速物質沉積至該電極上。此對於包括銀或銅 作為其中存在之單獨或主要金屬的電極時尤其明顯。 電極之結垢亦可出現在該室外部之外表面之部份上之電 :的外表面上。該室外部之其部份上之電極的外表面上之 。垢係不同於出現在被設置於該室内的該電極之部份上的 151448.doc 201131008 結垢之類型，其係歸因於用於沉積之物質。該室外部的電 極之外表面之結垢可能係由製造設備外部之工業條件所引 起，或可僅歸因於由於電極暴露至空氣之氧化作用。此對 電極包括銀或鋼作為存在於其中單獨或主要金屬時尤其 如此。 該等電極通常係連續地經受機械清_作以移除在物質 沉積於該載體上期間形成於其上之至少某些沉積物。該機 〇 料«作通常係於被設置於該室中之電極之所有部份上 進仃，其包括在接觸區域外部之電極之外表面。 當出現以下-或多種情況時，必需更換電極：第一，當 經沉積至該載體上之物質之金屬污染物超過臨限值水； 時；第二，當該電極之接觸區域之結垢引起該電極與該插 口之間的連接變差時；第三’當由於電極之接觸區域之結 垢，對於電極需要過度的操作溫度時。該電極具有藉由在 以上之一者出現前該電極可處理之載體數所決定之^命。 〇 =而腐似沉積物形成會縮短電極之壽命，歸因於機械清 潔操作之磨損亦會縮短電極之壽命。 本技藝中已知可對不鏽鋼電極提供銀電鑛。如本技藝中 . 心，彳目較於不鏽鋼而言，銀具有更高料熱性及更 • t阻係數及可提供有關增強該電極之熱轉移及導電性特性 之直接益處。基於先前技術之教示，對不鐵鋼電極提 電鑛係足以滿足增強該電極之熱轉移及導電特性之目標。、 然而，先前技術未能解決關於延長電極的使用 量。 哥"卩之考 151448.doc 201131008 本技藝中亦已知應在易於磨損之物體（諸如鑽頭及切割 工具）上形成耐磨性塗層。然而，電極會經過數種考量， 該專考量對於諸如鑽頭及切割工具之物件不具重要性。 就上述關於電極結垢及電極磨損之問題而言，存在對進 一步發展電極之結構以改善生產率及增加電極壽命之需 求0 【發明内容】 本發明係關於一種用於沉積物質至载體上之製造設備及 該製造設備所使用之電極。該載體具有彼此隔開之第一末 端及第二末端。於該載體之各末端上置有插口。 —該製造設備包括界定—室之外殼。人口係經由該外殼界 定以用於將氣體引入至該室中。出口係經由該外殼界 定，以用於將氣體自該室排出。至少一個電極係被設置於 穿過該外殼，電極係至少部份被設置於該室中以用於與該 插口連結。該電極包括具有第一末端及第二末端之轴:及 独置於該轴之該等末端之—者上之頭。該電極之頭具有 外表面。料表面具有適合與該插口接觸之接觸區域。 於該接觸區域外部該電極之外表面上置有外部塗層。該外 部塗層具有以mm3/N*_得比錄更高的财磨性。電源裝置 與該電極連結以用於提供電流至該電極。 控制該電極之外表面上之外部塗層之類型及位置存在許 多優勢。-個優勢係可基於結垢源，藉由用不同的物質將 外部塗層定製於其不同區域令之電極之外表面上而延遲電 極之結垢。藉由延遲結垢，電極之壽命可得以延長，從而 151448.doc 201131008 使得生產成本更低及所加工載體之生產時間縮短。此外， 相較於接觸區域内而言，外表面上之接觸區域外部之導電 率考量較不重要，藉此對接觸區域外部之外部塗層提供就 可包括於其中之物質之類型而言的更多選項之機會。 【實施方式】 本發明之其他優點將參考下列詳細說明並配合圖式而理 解且變得更易於了解。 現參照圖，其中類似數字表示若干視圖中類似或相應的 部份，用於沉積物質22至載體24上之製造設備20係顯示於 圖1及5中。在一實施例中，待沉積之物質22係矽；然而， 應瞭解在不偏離本發明主旨之範疇下，製造設備2〇可用於 沉積其他物質至載體24上。 通常，就本技藝中已知之化學氣相沉積法，諸如西門子 法而言，載體24實質上係U-形及具有彼此隔開且平行之第 一末端54及第二末端56。插口 57係被設置於載體24之各第 一末端54及第二末端56上。 製造设備20包括界定室30之外殼28。通常，外殼28包括 内部圓柱體32、外部圓柱體34及基板36。内部圓柱體32包 括彼此隔開之開口端3 8及閉端4 0。外部圓柱體3 4係被設置 於内部圓柱體32周圍以界定内部圓柱體32與外部圓柱體34 之間的空隙42，其通常係充當一夾套以收藏循環冷卻流體 (未顯示）。熟悉此項技術者應瞭解空隙42可為（但不限於） 習知容器夾套、擋板夾套、或半管夾套。 基板36係被設置於内部圓柱體32之開口端38上以界定室 151448.doc 201131008 3〇。基板36包括與内部圓柱體32成一直線之密封件（未顯 示）以用於一旦内部圓柱體32係被設置於基板36上時用以 密封室30。在一實施例中，製造設備2〇係西門子類型化學 氣相沉積反應器。 外殼28界定用於將氣體45引入至室30中之入口 44及用於 將氣體45自至30排出之出口 46。通常，入口管48係連接至 入口 44以用於將氣體45輸送至外殼28及排出管5〇係連接至 出口 46以用於將氣體45自外殼28移除。排出管50可經諸如 水或商業熱轉移流體之冷卻流體予以夾套。 至少一個電極52係被設置於外殼28中以用於與插口 57連 結。在-實施例中，如圖1及5所示，至少一個電極52包括 被設置穿過外殼28且用於接收載體24之第一末端54之插口 Μ之第一電極52及被設置穿過外殼28且用於接收載體以之 第二末端56之插口 57之第二電極52。應瞭解電極52可為本 技藝中已知之任何類型的電極 件式電極或杯狀電極。此外， 被設置於室3 0中。在一實施例 板36。 ’諸如（例如）平頭電極、兩 至少一個電極52係至少部份 中，電極52係被設置穿過基 電極52通常係由在室溫下具有約7><1()6至42⑽6西門子 米或S/m的最小導電率之基底金屬形成。例如，電極η可 自選自由銅、銀、鎳、—、金及其組合物組成之群 之基底金屬形成，其各者皆滿足上述導電率參數。此外， 電極52可包括滿足上述導電率來數之入人 ./數之合金。在一實施例 ，電極52包括在室溫下具有約58x1q6 s/m的最小導電率 351448.doc •10- 201131008 之導電物質。通常’電極52包括銅’其在室溫下具有約 58xl06 S/m的導電率’及銅通常係基於電極52之重量以約 100重量％之量存在。銅可為不含氧之電解銅等級UNS 10100。 參照圖2及3’電極52具有外表面60。電極5 2之外表面60 具有接觸區域80。特定言之’接觸區域8〇如文中所定義係 電極52之外表面60之一部份，其適合與插口 57直接接觸及 提供自電極52經由插口 57及至載體24中之主要電流通道。 \J > 就此而言’在製造設備20之正常操作期間，接觸區域8〇係 經屏蔽而不會暴露至沉積於載體24上之物質22。由於接觸 區域80係適合與插口 57直接接觸及一般在沉積於載體24上 期間不會暴露至物質22，接觸區域80係接受與電極52之其 他部份不同的設計考量，該考量將在下文中詳細闡述。 電極52包括具有第一末端61及第二末端62之轴58。軸58 進一步界定電極52之外表面60。一般而言，第一末端61係 〇 電極52之開口端。在一實施例中，如圖4所示，軸58—般 係圓柱形及界定直徑D〗。然而，應瞭解轴58可在不偏離本 發明主旨下為諸如正方形、圓形、長方形或三角形之不同 形狀。 電極52亦可包括被設置於軸58之末端61 ' 62之一者上之 頭72。頭72亦界定電極52之外表面60。應瞭解頭72係整合 至軸58。接觸區域80係被設置於頭72上。熟悉此項技術者 f瞭解將插口 57連接至電極52之方法可在不偏離本發明主 曰下於各貫施中有所不同。舉例而言，在一實施例中諸 151448.doc • 11 - 201131008 如對於平頭電極（未顯示）而言，接觸區域80可僅為電極52 之頂部平面及插口 57可界定與電極52之第二末端62匹配之 插口杯狀物（未顯示在另一實施例中，如圖2至4所示， 電極52界定用於接收插口 57之杯狀物81。當電極52界定杯 狀物81時，接觸區域8〇係被設置於杯狀物81之一部份中。 更特定言之’杯狀物81具有底部112及侧壁114，其側壁 114 一般界定呈錐形形式之杯狀物81。就本申請案之目的 而吕’接觸區域80僅被設置於杯狀物81之側壁114上。杯 狀物81之底部112不包括在所指定接觸區域8〇中，因為插 口 57—般由於杯狀物81之錐形形式架在側壁114上。就此 而言一般不考慮杯狀物81之底部112之導電率，然而應 考慮杯狀物81之側壁114之導電率。實際上，在某些情況 下’如以下進一步詳細闡述，希望杯狀物81之底部112之 導電率最小。可設計插口 57及杯狀物81以使得插口 57可在 載體24自製造设備20收取時自電極52移除。通常，頭72界 定直徑D2，其係大於軸58之直徑D!。基板36界定用於接收 電極52之轴58之洞（未標號）’以使得電極52之頭72保持在 室30内以用於使室30密封。應瞭解頭72可整合至軸58。 第一組螺紋84可被設置於電極52之外表面60上。回到參 照圖1及5 ’介電質套管86通常係被設置於電極52周圍以使 電極52絕緣。介電質套管86可包括陶瓷。螺帽88係被設置 於第一組螺紋84上以用於將介電質套管86壓縮在基板36與 螺帽8 8之間，以將電極5 2固定於外殼2 8上。應瞭解電極5 2 可在不偏離本發明主旨之範缚下藉由其他方法，諸如料由 151448.doc •12· 201131008 法蘭固定於外殼28上。 Ο

參照回圖2至4’通常，轴58及頭72之至少一者包括界定 通道64之内表面63。内表面63包括與軸58之第一末端61隔 開之終端94。終端94一般係平坦的且與電極52之第一末端 61平行。應瞭解可利用終端94之其他組態，諸如錐形組 態、橢圓形組態或倒圓錐形組態（其皆未顯示）。通道64具 有自電極52之第一末端61延伸至終端94之長度l。應瞭 解’當存在終端94時，可在不偏離本發明之主旨下，終端 94可被設置於電極52之軸58中或終端94可被設置於電極^ 之頭72中。 再次參照圖1及5，製造設備20進一步包括與電極52連結 用於提供電流至電極52之電源裝置96。通常，電線或電纜 97將電源裝置96與電極52連結。在一實施例中，電線97係 藉由將電線97置於第一組螺紋84與螺帽88之間而連接至電 極52。應瞭解電線97至電極52之連接可藉由不同的方法完 成。 電極52具有一溫度，其係經電流通過而改變，從而造成 電極52之加熱及藉此確立電極52之操作溫度。該加熱係熟 悉此項技術者所知曉之焦耳（J〇ule)加熱。特定言之，電流 通過電極52、通過電極52之接觸區域8〇上之插口 57及通至 載體24中’從而造成載體24之焦耳加熱。此外，載體24之 焦耳加熱造成室30之放熱/對流性加熱。電流通過載體24 之通道確立載體24之操作溫度。 參照圖4A及回到參照圖1及5,製造設備20亦可包括被設 151448.doc 201131008 置於電極52之通道64内之循環系統98。當存在循環系統％ 時’其係至少部份被設置於通道64内。應瞭解循環系統％ 之一部份可被設置於通道64之外部。第二組螺紋99可被設 置於電極52之内表面63上，以用於將循環系統％連結電極 52。然而，熟悉此項技術者應瞭解其他緊固方法，諸如利 用法蘭或連結物可用於將循環系統98與電極52連結。 循％系統98包括與電極52之通道64流體連通之冷卻劑， 以用於降低電極52之溫度。在一實施例中’該冷卻劑係 水；然而，應瞭解該冷卻劑可在不偏離本發明之主旨下為 能減少通過循環之熱量的任何流體。此外，循環系統98亦 包括連結電極52與儲存器（未顯示）之間的軟管1〇〇。僅參照 圖4A’軟管1〇〇包括内管1〇丨及外管丨〇2。應瞭解内管1〇1及 外管102可整合至軟管10〇中，或者，内管ι〇1及外管1〇2可 藉由利用連結物（未顯示）附接至軟管1〇〇。内管係被設 置於通道64内及延伸通道64之大部份長度L以用於冷卻劑 在電極52内循環。 循環系統98内之冷卻劑係處於壓力下以迫使冷卻劑通過 内管101及外管102。通常’冷卻劑離開内管1 〇丨及被迫壓 緊電極52之内表面63之終端94及隨後經由軟管100之外管 102離開通道64。應瞭解亦可反轉流動組態以使得冷卻劑 經由外管102進入通道64及經由内管1〇1離開通道64。熟悉 熱轉移技術者亦應瞭解由於電極52之頭72之表面積及與其 接近，終端94之組態會影響熱轉移速率。如上所述，終端 94之不同幾何外形會造成對於相同的循環流動速率之不同 151448.doc • 14 · 201131008 對流熱轉移係數。 在圖2至4A中所示之包括杯狀物81之電極52之實施例 中，腐蝕及沉積形成會降低杯狀物81之耐受性及造成被設 置於載體24上之插口 57與被設置於電極52之杯狀物81之一 部份中之接觸區域80之間匹配變差。由於電流係自電極52 傳導至載體24，因此匹配差會造成接觸區域8〇與插口 57之

間的小電弧。小電弧會造成電極52之金屬沉積於載體24 上’藉此造成物質22沉積於載體24上之金屬污染。作為一 實例，在製造高純度矽中’希望沉積之後將經加工之載體 中之金屬污染物保持在最低’因為金屬污染物會促成矽錠 及自經加工之載體製成之晶圓之雜質生成。此等晶圓上之 金屬污染物能自塊體晶圓擴散至在微電子裝置之後加工期 間經晶圓製成之微電子裝置之活性區域中。舉例而言，若 經加工載體中之銅濃度過高，則銅特別易於在晶圓内擴 散。當電極52包括裸露銅時，該等污染問題尤其普遍。 一般而言，一旦多晶矽中金屬污染物超過臨限值水平或 物質22—旦沉積於電極52上則需更換電極52及防止在加工 為闡述此情況，歸 之後插口 57自電極52之杯狀物81移除 因於以銅為主之電極之多晶矽之銅污染物通常低於臨限值 0.01 ppba。然而，熟悉生產高純度半導體物質之技術者應 瞭解，過渡金屬污染物之規格可根據特定用途而不同。舉 例而言，已知用於製造錠之石夕及用於光伏打電池之晶圓在 未明顯損失使用壽命及電池性能之下，可耐受相對於半導 體級石夕之略高水平的銅污染物’例如1〇〇1〇〇〇〇倍。就此 151448.doc •15· 201131008 而5，當視為需要更換電極時可個別地估計多晶矽之各純 度規格。 電極52係連續地經受機械清潔操作以移除可能在物質22 =積於載體24上期間已經形成於其上之沉積物。機械清潔 操作通常係在被設置於室3〇甲之電極52之所有部份上進 订。因為接觸區域80外部之電極52之外表面⑼在沉積至載 體24上期間係暴露至室3〇及暴露至物質。中，電極之該 等部份上之沉積物形成會增加及可能需要比電極52之其他 部份更強的機械清潔。舉例而言，由於接觸區域8〇係經插 口57屏蔽，因此接觸區域8〇在沉積至載體24上期間並未直 接暴露至室30及暴露至物質22。就此而言，相較於在接觸 區域80外部之電極52之外表面6〇而言，沉積物會更少地形 成於接觸區域8 0上。 如上所述，鎳係一種可包括於電極52中之常見的物質。 鎳亦已包括於電極52上之外部塗層中，尤其係用於其中形 成多晶矽之製造設備中之電極52上，因為鎳相較於銅（其 通常亦包括於電極中）而言較少污染多晶矽。然而，銅基 板上之鎳塗層具有約mm3/N*m的低耐磨性，且銀 及金具有類似的低耐磨性，其會加速電極52之報廢。 參照圖4，電極52包括被設置於接觸區域80外部之其外 表面60上之外部塗層1〇6。特定言之，外部塗層1〇6通常係 直接被設置於電極52之基底金屬上，即在外部塗層ι〇6與 電極52之基底金屬之間無其他層。該外部塗層ι〇6通常係 被設置於接觸區域80外部之頭72及電極52之軸58之至少一 151448.doc -16- 201131008 者上。換言之，外部塗層106可被設置於接觸區域80外部 之頭72、軸58上，或接觸區域80外部之頭72與軸58二者 上。當包括於轴58上時，外部塗層106可自頭72延伸至軸 58上之第一組螺線84。 在一實施例中，外部塗層106可進一步定義為物理氣相 沉積（PVD)塗層或電漿輔助化學氣相沉積（pcVD)塗層之一 者。在另一實施例中，外部塗層106係進一步定義為動態 化合物沉積塗層。動態化合物沉積（DCD)係一種藉由 〇

Richter Precision，Inc. of East Petersburg, PA實施之專屬低 溫塗佈方法。PVD、PCVD、及DCD塗層通常係自難以電 鍵’但對電極52提供上述增強特性之物質形成。相較於經 由其他技術所形成之塗層而言，動態化合物沉積塗層1〇6 具有大幅度減少的摩擦係數及增加的耐久性。 外部塗層106具有以mm3/N*m測得比鎳更高的耐磨性， 其4強電極52之整體耐磨性。财磨性可藉由astm G99-5 Q 「Standard Test Method for Wear Testing with Pin-on-Disk

Apparatus」測量。外部塗層1〇6通常具有至少6χΐ〇6 mmVN*m，或者至少lxl〇8 mm3/N*m的耐磨性，其係比鎳 之耐磨性高數倍之等級。由於上述機械清潔操作，耐磨性 係接觸區域80外部之外部塗層1〇6之重要特徵。因為外部 塗層1〇6之導電率不及電極52本身重要，及因為在沉積期 間外部塗層106並未與載體24接觸，故相較於可用於意欲 與載體24接觸之電極52之部份而言更廣範圍的物質可用於 外部塗層106。然而，應瞭解適用於外部塗層ι〇6之物質並 151448.doc •17- 201131008 不限於彼等具有低導電率者。因為相較於意欲與插口”接 觸之電極52之部份而言，更廣範圍的物質可用於外部塗層 1 06，因此可選擇更加耐腐蝕之物質及，因此，使得結垢 速度比用於電極52本身之物質更低。該更低的結垢可提供 相對於延長電極52之壽命之優勢。 在一實施例中’外部塗層1〇6包括含鈦化合物。適宜的 含鈦化合物可選自由氮化鈦、碳化鈦、氧化鈦及其組合物 組成之群。含鈦化合物具有優異的耐磨性特性。此外，含 鈦化合物具有優異的耐腐蝕性，尤其係對於在高反應器溫 度下之氣矽烷具有抗性，以使得該含鈦化合物可理想地適 用於接觸區域80外部之外部塗層1〇6。特定言之，氧化鈦 具有優異的鏡面反射率，因而氧化鈦可特別適用於接觸區 域80外部之外部塗層1〇6。氧化鈦通常具有在1至3〇微米的 遠IR波長中之58至80%、在1000至1500 近以波長中 之5至66。/〇、在1500至25 00 nm的近IR波長中之30至66〇/〇、 及在小於500 nm的UV-可見波長中之40至65%之鏡面反射 率。就此而言，氧化鈦可提供相對於更高光譜反射率明顯 的優勢。 外部塗層106可包括除含鈦化合物外或用於替代其之其 他金屬及/或化合物。舉例而言，在一實施例中，外部塗 層106可包括至少一種銀、錄、鉻、金、始、纪及錢；及 其合金，諸如錄/銀合金。由於鉑及姥二者展現比鎳在更 高溫度之石夕化物形成作用，因此鉑及铑適用於接觸區域8〇 外部之外部塗層1 〇6(藉此提供就耐腐蝕性而言之益處）。通 151448.doc 201131008 常’外部塗層106實質上僅包括含鈦化合物。然而，當存 在一或多種其他金屬時，含鈦化合物之總量通常基於外部 塗層106之總重量係至少5〇重量％。該含鈦化合物難以電 鍵。就此而言，含鈦化合物係理想地包含於PVD或pcVD 塗層中。 因為導電性在電極52之接觸區域80外部並不重要，因

此可將非含鈦化合物之其他物質用於被設置於接觸區域8〇 外部之電極52之外表面60上之外部塗層1 〇6。就此而言， 就被设置於接觸區域8〇外部之電極52之外表面6〇上之外部 塗層106而言，可基於其增強熱反射性、導熱性、純度及 沉積物釋放特性之能力選擇其物質而較少關注導電性。 在一實施例中，外部塗層1〇6在室溫下具有小於7χ1〇6西 門子/米的導電率。在此實施例中，外部塗層106可包括（但 不限於）類金剛石碳化合物。類金剛石碳化合物係本技藝 中已知及熟悉此項技術者可確認。如本技藝中已知，天然 形成的金剛石具有sp3鍵結碳原子之純粹立方定向。在天 然及塊體合成金剛石生產方法二者中來自熔融物質之金丨 生長速率係足夠緩慢，以使得晶格結構有時間以對於 原子之SP3鍵結可能之立方形式生長。相反地，類金剛 碳塗層可藉由能產生獨特的最終所需塗層特性以與應用 求匹配之若干方法製造。就此而言，立方及六方晶^二 皆可為經原子層無規混合之層，因為對於—種結晶幾何 狀在原子「;東結」於物f中之原位中之前沒有時間以立 W生長1此’非晶㈣金剛石碳塗層可獲得不呈有 151448.doc _19· 201131008 範圍結晶順序之結果。該缺乏長範圍結晶順序可提供不存 在易碎破裂面之優勢，因此該等塗層對於待塗佈之潛在形 狀可撓及保形，但仍然與金剛石一樣硬。 包括類金剛石碳化合物之塗層係以商品名Trib〇_k〇teTM 購自Richter Precision，Inc.。特定言之，包括類金剛石碳 化合物之外部塗層106具有優異的熱反射性、導熱性、純 度及沉積物釋放特性，其對於接觸區域8〇外部及室3〇中之 電極52之外表面60係理想的，因為接觸區域8〇外部之電極 52之外表面60係在沉積於載體24上期間暴露至室儿及暴露 至物質22。特定言之，如用獲自Perkin Eimei^Lambda 19 分光光度計測得，類金剛石碳化合物通常具有在15至3〇微 米的遠IR波長中之10至20%、在1000至25〇〇 nm的近汛波 長中之25至33%、及在小於5〇〇 nm之UV-可見波長中之1 〇 至26%的鏡面反射率。當使用類金剛石碳化合物時其通 常係基於外部塗層1 〇6之總重量以大於95重量。/❶之量存在 於外部塗層106中。更特定言之，當使用外部塗層1〇6時， 其僅包括類金剛石碳化合物。該類金剛石破化合物通常係 經由動態塗佈沉積技術（如上所述）沉積，儘管應瞭解本發 明不限於經由任何特定技術沉積類金剛石碳。 外部塗層106可進一步藉由提供比一般用於形成電極52 之物質更尚的耐磨性而延長電極之壽命。此外，因為接觸 區域80外部之電極52之耐磨性係控制電極52是否必需更換 之—因素，相較於選擇耐磨性係次要問題之電極52之其他 份之物質而言，基於耐磨性選擇外部塗層1 〇6之物質可 151448.doc 20· 201131008 更加有效地延長電極Μ之壽命。 用於外部塗層106之物質之特定類型可視外部塗層之 特疋位置而定。舉例而言，腐蝕源及因此結垢可視外部塗 層106之特定位置而不同。當外部塗層1〇6係被設置於接觸 區域80外部之頭72之外表面6〇上時，外部塗層1〇6係被設 置於室30内且因此係暴露至用於沉積至載體以上之物質 22。在該等情況下，希望外部塗層1〇6可在收取多晶矽期 0 間提供對氣化物環境之耐腐蝕性及進一步經由氣化作用及/ 或矽化處理提供對由於暴露至在沉積製程期間所使用之物 質22而引起之化學攻擊之抗性。 當外部塗層106係被設置於軸58之外表面6〇上時，外部 塗層106可包括與彼等包括於接觸區域8〇外部之頭72上外 部塗層106中者相同或不同的金屬。在一實施例中，軸58 上之外部塗層106包括與頭72之外部塗層1 〇6不同的物質， 藉此可定製軸58上之外部塗層1〇6以抵抗來自並非由頭72 ◎ 之外表面60上之腐蝕引起之不同來源的腐蝕。在另一實施 例中’軸58可不含被設置於其外表面60上之塗層。在又一 實施例中，頭之外表面60可不含塗層，而外部塗層【〇6僅 被設置於軸58之外表面60上。 參照圖4 ’電極52亦可包括被設置於電極52之接觸區域 上之接觸區域塗層110。當存在接觸區域塗層11〇時，其 通常係直接被設置於電極52之基底金屬上，即在接觸區域 塗層110與電極52之基底金屬之間無其他塗層。接觸區域 塗層110具有至少7χ106西門子/米，更常見為至少2〇xl〇6 151448.doc 21 - 201131008 s/m，最常見為至少40 xlO6 S/m的導電率，其各係在室溫 下測得，並未限制導電率之上限。由於接觸區域塗層1 j 〇 之導電性比非在電極52與載體24之間的主要電流通道中之 電極52之其他部份重要，且由於接觸區域塗層110在沉積 期間係與插口 57接觸及在某種程度上被沉積於載體上之物 質22屏蔽，因此接觸區域塗層11〇應選擇滿足上述導電性 特性之特定物質。 接觸區域塗層110可包括含鈦化合物，諸如彼等以上所 述在至/3BL下具有至少7X106西門子/米的導電率者。適宜的 該含鈦化合物可選自由氮化鈦、碳化鈦及其組合物組成之 群。該含鈦化合物具有充足的導電性及耐磨性以使得該含 鈦化合物對於接觸區域塗層11〇係理想的。 接觸區域塗層110可與外部塗層1〇6不同。特定言之接 觸區域塗層110可包括與外部塗層106不同的物質及/或可 經由不同的技術形成。用於接觸區域塗層11〇或外部塗層 1〇6之物質類型可因考慮諸如導電性之物理特性而不同。 舉例而言，如上所述，接觸區域80之導電性比非在電極52 與載體24之間的主要電流通道中之電極52之其他部份更受 關注。就此而言，接觸區域塗層11〇(當存在時）在室溫下呈 有至少7X106西門子/米的導電率，然而外部塗層1〇6不需要 具有如此高的導電率。 接觸區域塗層110以及接觸區域80外部之外部塗層i 通 常具有約0.1 μηι至約5 μιη之厚度。雖然未顯示於圖中，但 應瞭解接觸區域塗層110及外部塗層106可包括具有常見组 151448.doc -22- 201131008 合結構之多重個別層，諸如用於達成接觸區域塗層11〇及 外部塗層106之更高的有效厚度目的。此外，在不偏離本 發明之範疇下’應瞭解其他塗層可被設置於外部塗層106 及/或接觸區域塗層11 〇上。 基於以上，很明顯接觸區域塗層110之含量可與外部塗 層106不同。當電極52界定杯狀物81而接觸區域8〇係被設 置於杯狀物81之一部份中時，由於不必擔憂杯狀物81之底 部112之導電性’外部塗層ι〇6可被設置於杯狀物81之底部 112上’且可與杯狀物81之側壁ι14上之接觸區域塗層u〇 不同。因此，被設置於杯狀物81之底部U2上之外部塗層 106可在室溫下具有小於7xl06西門子/米的導電率且可包括 類金剛石碳化合物’其具有優異的熱反射性、導熱性、純 度及沉積物釋放特性以及優異的耐磨性。此外，被設置於 杯狀物81底部112上且在室溫下具有小於7χ106西門子/米的 導電率之外部塗層106可有效地防止在插口 57並未與杯狀 物81之底部112接觸時之杯狀物81底部112與插口 57之間的 電弧形成。 在某些情況下可能亦需要電極52之選擇性塗層，其係視 諸如電極52之特定基底金屬、沉積於載體24上之物質22、 及製造设備欲使用的條件之因素而定。在一實施例中，電 極52之接觸區域80係不含塗層。 如上所提及’具有外部塗層106及視需要具有接觸區域 塗層110之電極52可在操作製造設備20期間表現對存在於 至30中的氣體之而才腐餘性。特定言之，電極a可在高至 151448.doc -23- 201131008 峨的高溫下表現優異的對氫及三氯石夕烧之抗卜例 八有外部塗層106及視需要具有接觸區域塗層之電 極52可在45Gt的溫度下暴露至氫及三氯石夕烧氣體之氛圍5 小時的時間之後表現重量無變化或正變化，伴隨著低或無 表面發泡或降解(如經由視覺觀察測定)，藉此表示電極52 或不同的塗層1〇6、n〇受該等氣體之低腐姓或未受腐蚀。 ’二某二重量損失係可接受的（表示表面降解），但該重量 知失通常係小於或等於接觸區域塗層106的總重量之20重 或者小於或等於15重量。/。，或者小於或等於丨〇重量 %，以無重量損失較佳。然而，應瞭解本發明之電極”不 文限於有關耐腐蝕性之任何特定物理特性。 電極52可被設置於非外表面6〇及接觸區域8〇之其他位置 中以用於延長電極52之壽命。參照圖2至4，通道塗層1〇4 可被設置於電極5 2之内表面6 3上以用於保持電極5 2與冷卻 hJ之間的導熱性。一般而言，相較於電極$ 2之对腐钱性而 口 通道塗層1 對由冷卻劑與内表面63之相互作用引起 的腐蝕性具有更高抗性。通道塗層104通常包括耐腐蝕及 抑制沉積物堆積之金屬。舉例而言，通道塗層104可包括 至少一種銀、金、鎳、鉻及其合金，諸如鎳/銀合金。通 常’通道塗層104係鎳。通道塗層104具有70.3至427 W/m K ’更常見為70.3至405 W/m K及最常見為70.3至90.5 W/m 導熱率。通道塗層104亦具有0.0025 mm至0.026 mm， 更常見為0.0025 mm至0.0127 mm及最常見為〇.〇〇51 mm至 〇·〇 127 mm的厚度。 151448.doc -24- 201131008 此外’應瞭解電極52包括被設置於通道塗層i〇4上之防 汙層。該防汙層係經施加至通道塗層1〇4上之保護性薄膜 有機層。可使用諸如Technic Inc.’s Tarniban™之保護性系 統’繼而形成電極52之通道塗層1〇4以在不引起過度的熱 阻下減少電極52及通道塗層1〇4中金屬之氧化。例如，在 一實施例中’電極52可包括銀且通道塗層1〇4可包括銀， 而存在防汙層以相較於純銀而言提供對沉積物形成之抗 〇 性。通常，電極52包括銅且通道塗層1〇4包括鎳以使導熱 性及對沉積物形成之抗性最大，其防汙層係被設置於通道 塗層104上。 在不受理論的限制下，歸因於存在通道塗層1〇4而延遲 結垢可延長電極52之壽命。延長電極Μ之壽命可由於需要 更換電極52頻率少於無通道塗層ι〇4之電極52故而降低生 產成本。此外’沉積物質22至載體24上之生產時間亦減 少’因為更換電極52的頻率少於無通道塗層1〇4之電極52 Q 之故。通道塗層丄⑼可造成製造設備20之更少的停機時 間。 應瞭解電極52除外部塗層1 〇6外，可具有以任何組合之 至少一個通道塗層104與接觸區域塗層110。通道塗層1〇4 可藉由電錄形成。然而，應瞭解各塗層可在不偏離本發明 主旨下藉由不同的方法形成。同樣，熟悉製造高純度半導 體材料如多晶矽之技術者應瞭解某些電鍍製程利用摻雜劑 之物質’即第III族及第V族元素（排除在製造多晶矽的情況 下之氮外）且適宜塗佈方法之選擇可使載體24之潛在污染 151448.doc -25- 201131008 最小化。舉例而言，希望通常被設置於室3 〇内之電極之面 積，諸如頭塗層108及接觸區域塗層Π0，具有併入其各自 電極塗層中之最少的硼及磷。 物質22沉積於載體24上之典型方法係論述於下及參照圖 5。載體24係置於室30中，因而被設置於載體24之第一末 端54及第二末端56之插口 57係被設置於電極52之杯狀物81 内並使室30密封。電流係自電源裝置96轉移至電極52。，冗 積溫度係基於待沉積之物質22計算。載體24之操作溫度係 隨電流至載體24之直接通過而增加，因而載體24之操作'θ 度超過沉積溫度。一旦載體24達到沉積溫度，則會使氣體 45引入室30中。在一實施例中，引入室3〇中之氡體“包括 鹵矽烷，諸如氣矽烷或溴矽烷。該氣體可進一步包括氯 氣。然而’應瞭解本發明不限於存在於該氣體中之組分及 該氣體可包括其他沉積前驅物，尤其係含;g夕分子，諸如石夕 烷、四氯化矽及三溴矽烷。在一實施例中，載體24係矽細 特定言之，在此實 棒及製造設備20可用於沉積石夕於其上 施例中，該氣體通常包含三氣矽烷且矽因三氣矽烷之熱分 解而沉積至載體24上。冷卻劑係用於防止電極52之操作溫 度達到沉積溫度以確保矽不會沉積至電極52上。物質。均 勻地沉積於載體24上直至載體24上之物質22達到所需直徑 為止。 一旦加工載體24，則中斷電流以使得電極52及載體24停 止接收電流。氣體45係經由外殼28之出口 46排出及使載體 24冷卻。一旦所加工載體Μ之操作溫度冷卻後，則可自室 151448.doc -26 - 201131008 30移除經加工之載體24。隨後移除經加工之載體24及將新 的載體24置於製造設備20中。 實例 製備各種實例以闡釋自鎳形成之試樣品之耐腐蝕性，而 其上置有如下表1所述之各種塗層。 表1

試樣物質 塗層 實例1 鎳 PVD類金剛石碳，2.5 μιη 實例2 鎳 PVD類金剛石碳，5.5 μιη 實例3 鎳 DCD類金剛石碳，1.5 μιη 實例4 鎳 TiN/TiOx，7.0 μιη 實例5 鎳 TiN，6.0 μηι 實例6 鎳 TiN

將實例1至5之試樣品置於350°c下氫氣之環境中放置5小 時。在各運轉之前及之後記錄試樣品之重量。亦觀察樣品 之初始及最終物理狀況（例如表面發泡及降解）。測試結果 提供於下表2中。 表2 初始 重量，g 大約初始塗 層質量，g 最終 重量，g 差值，g 塗層重量 變化％ 表面發泡/ 降解 實例1 15.1745 0.0190 15.1691 0.0054 -29% 中等 實例2 12.0867 0.0410 12.0750 0.0117 -28% 中等 實例3 14.1901 0.0110 14.1899 0.0002 -2% 無 實例4 16.1213 0.0890 16.1139 0.0074 -8% 低 實例5 16.2107 0.0780 16.2033 0.0074 -9% 低 將實例6之試樣品置於450°C下氫氣與三氯矽烷之環境中 放置5小時。在各運轉之前及之後記錄試樣品之重量。亦 觀察樣品之初始及最終物理狀況（例如表面發泡及降解）。 該樣品具有18.0264 g的初始重量及18.0266 g之最終重量， 151448.doc -27- 201131008 重量差為0.0002 g’及展現無表面發泡或降解。 顯然，根據以上教示，可對本發明進行許多修飾及文 變，且本發明可如隨附申請專利範圍之範疇内所特定描述 般以其他方式實施。應瞭解隨附申請專利範圍不受限於實 施方式中所述之表述及特定化合物、組合物或方法其可 在落入隨附申請專利範圍之範疇内之特定每 付疋只施例之間變 化。就文中所依賴用於闡述不同實施例之特定特徵或熊樣 之Markush組群而言，應瞭解不同、特殊、及/或未意=到 的結果可自與所有其#Markush組分無關之各自仏如敝 群之各組分獲得。可個別地及/或組合地依賴組群 之各組分及在隨附申請專利範圍之範嘴内對特定實施例提 供充分的支持。 亦應瞭解在闡述本發明之各種實施财所依賴之任何範 圍及子範圍係獨立地及整體涵蓋於隨附申請專利範圍之範 疇内，及應瞭解其闡述及涵i包括#中之整數值及/或分 數值之所有範圍，即使該等值在文中並未書面表述。熟悉 此項技術者可㈣理解所例舉範圍及子範圍充分闡述及實 現本發明之不同實施例，及該等範圍及子範圍可進一步分 為相關的二等份、r:箄检、 梦 一寻伤四等份、五等份等。正如一實 例’「自(M至0.9」之範圍可進一步分為三分之一的較低 值Ρ〇·1至0.3 ’二分之一的中間值即〇 4至〇 6，及三分 之一的較南值，即0750Q 甘& •主ϋ·9其係個別地及整體地涵蓋於 隨附申叫專利|巳圍之範_内，及可個別地及/或整體地依 賴及在隨附申e月專利範圍範_内對特定實施例提供充分支 151448.doc -28- 201131008 持。此外，就界定或修飾範圍之語言而言，諸如「至少」 「大於」、「小於」、「不大於」及類似物’應瞭解該語言包 括子範圍及/或上限或下限。作為另—實例，「至少】〇」之 • «圍固有地包括至少1G至35之子範圍、至少1()至25之^範 ®、25至35之子範圍等’及可個別地及/或整體地依賴各 子範圍及在隨附申請專利範圍料内對特定實施例提供充 分支持。最終，可依賴在所揭示範圍内之個別數及在隨附 ◎ I請專利範圍範相對特定實施例提供充分支持。舉例而 言，「1至9」之範圍包括不同的個別整數，諸如3，以及個 別數包括小數點（或分數），諸如4.卜其可依賴及在隨附申 請專利範圍範疇内對特定實施例提供充分支持。 【圖式簡單說明】 圖1係用於沉積物質至載體上之製造設備之截面視圖； 圖2係圖1製造設備所利用之電極之透視圖； 圖3係圖2的電極沿著線3_3之之截面視圖； 〇 圖4係圖3之電極之截面視圖，其顯示其外表面上之外部 塗層； 圖4A係具有與其連接的循環系統之圖3之電極之截面視 圖；及 圖5係在物質沉積至該載體上期間，圖丨之製造設備之截 面視圖。 【主要元件符號說明】 2〇 製造設備 22 物質 151448.doc •29· 201131008 24 載體 30 室 32 内部圓柱體 34 外部圓柱體 36 基板 38 開口端 40 閉端 42 空隙 44 入口 45 氣體 46 出口 48 入口管 50 排出管 52 電極 54 載體之第一末端 56 載體之第二末端 57 插口 58 轴 60 電極52之外表面 61 軸之第一末端 62 軸之第二末端 63 通道64之内表面 64 通道 72 頭 151448.doc -30- 201131008

80 81 84 86 88 94 96 97 98 99 100 101 102 104 106 108 110 112 114 接觸區域 杯狀物 第一組螺紋 介電質套管 螺帽 終端 電源裝置 電線 循環系統 第二組螺紋 軟管 内管 外管 通道塗層 外部塗層 頭塗層 接觸區域塗層 杯狀物81之底部 杯狀物81之側壁 151448.doc -31

Claims (1)

1. 201131008 七、申請專利範園： h 積物質至載體上之製造設備，該载體具有彼 :開之第-末端及第二末端與位於該載體之各末端處 之插口，該設備包括： 界定一室之外殼； 經由S亥外殼界定之入口， ⑺於將軋體引入至該室中； 經由該外殼界定之出口，用於脸严城人 用於將軋體自該室排出； Ο ο 至少-個穿過該外殼設置之電極，該電極係至少部份 被設置於該室中以用於與該插口連結，該電極包括： 具有第一末端及第二末端之軸； 被設置於該軸之該等末端之—者上之頭，其中該電 極之該頭具有-外表面，該外表面具有適合與該插口 接觸之接觸區域； 與該電極連結用於提供電流至該電極之電源裝置；及 被設置於該接觸區域外部之該電極之該外表面上之外 部塗層，該外部塗層具有以_3/N*m測f比錄更大的耐 磨性。 2.如請求们之製造設備’其中該電極係自基底金屬形成 及其中該外部塗層係直接被設置於該電極之該基底金屬 上0 3.如請求項2之製造設備，其中該基底金屬係選自銅、 銀、鎳、Inconel®、金及其合金之群。 4·如請求項1之製造設備，其中該外部塗層係進一步界定 為物理氣相沉積塗層或電漿輔助化學氣相沉積塗層之一 151448.doc 201131008 者。 5. 如請求項1之製造設備，其中該外部塗層係谁 疋~~步界定 為動態化合物沉積塗層。 6. 如請求項丨之製造設備，其中該外部塗岸 ^很據ASTM G99-5具有至少6><1〇6 mm3/N*m的耐磨性。 7. 如請求項1之製造設備，其中該外部塗層在 主伽·下具有 低於7χ1〇6西門子（Siemens)/米的導電率。 8. 如請求項7之製造設備，其中該外部塗層 曰匕栝_金剛石 碳化合物。 9. 如請求項1至8中任一項之製造設備，其中該接觸區域不 含被設置於其上之塗層。 10·如請求項丨至8中任一項之製造設備，其中該外部塗層係 被設置於該接觸區域外部之該頭及該軸之至少—者上。 11. 如請求項丨至8中任一項之製造設備，其中該外部塗層係 被設置於該軸及該接觸區域外部之該頭上，且其中該轴 上之該外部塗層包括與該頭上之該外部塗層不同的物 質。 12. 如請求項丨至8中任一項之製造設備，其中該軸係不含被 設置於其之該外表面上之塗層。 13. 如請求項丨至8中任一項之製造設備，其中該外部塗層具 有約0.1至約5 μπι的厚度。 14. 一種使用於製造設備以沉積物質至载體上之電極，該載 體具有彼此隔開之第一末端及第二末端與位於該載體之 各末端處之插口’該電極包括： 151448.doc 201131008 具有第一末端及第二末端之軸； ，其中該頭具 接觸之接觸區 被設置於該軸之該等末端之一者上之頭 有外表面’該外表面具有適合與該插口 域；及 被设置於該接觸區域外部之該電極之該外表面上之外 P塗s °亥外σ卩塗層具有以測量比鎳更大的耐 磨性。 〇 15.如凊求項14之電極，其中該電極係自基底金屬形成及其 中該外。p塗層係直接被設置於該電極之該基底金屬上。 16. 如請求項15之電極，其中該基底金屬係選自銅、銀、 鎳、Inconel®、金及其合金之群。 17. 如：求項14之電極’其中該外部塗層係進一步界定為物 理氣相沉積塗層或電漿輔助化學氣相沉積塗層之一者。 18. 如請求項14之電極，其中該外部塗層係進—步界定為動 態化合物沉積塗層。 〇 19.如请求項14之電極，其中該外部塗層根據ASTM G99-5 具有至少6χ 106 rnm3/N*m的耐磨性。 20·如請求項14之電極，其中該外部塗層在室溫下具有低於 7x106西門子/米的導電率。 2 1 ·如請求項20之電極，其中該外部塗層包括類金剛石碳化 合物。 22. 如請求項14至21中任一項之電極，其中該接觸區域係不 含被設置於其上之塗層。 23. 如請求項14至21中任一項之電極，其中該外部塗層係被 151448.doc 201131008 設置於該接觸區域外部之該頭及該軸之至少一者上。 24. 如請求項23之電極，其中該外部塗層係被設置於該軸及 該接觸區域外部之該頭上，及其中該軸上之該外部塗層 包括與該頭上之該外部塗層不同的物質。 25. 如請求項14至21中任一項之電極，其中該軸係不含被設 置於其之該外表面上之塗層。 26. 如請求項14至21中任一項之電極，其中該電極界定一杯 狀物’且該接觸區域係被設置於該杯狀物之一部份中。 27. 如請求項26之電極，其中該接觸區域係僅被設置於該杯 狀物之側壁上。 28. 如請求項27之電極，其中該外部塗層係被設置於該杯狀 物之該底部上。 29. 如請求項14至21辛任一項之電極，其中該外部塗層具有 約0 · 1至約5 μηι的厚度。 30. —種用於沉積物質至載體上之製造設備，該載體具有彼 此隔開之第一末端及第二末端與位在該載體之各末端處 之插口，該設備包括： 界定一室之外殼； 經由該外殼界定之入口，用於將氣體引入至該室中； 經由該外殼界定之出口，用於將氣體自該室排出； 自基底金屬形成且穿過該外殼設置之至少一個電極， 該電極係至少部份被設置於該室中以用於與該插口連 結，該電極包括： 具有第一末端及第二末端之軸； 151448.doc 201131008 被：置於該軸之該等末端之一者上之頭，其中該電 /頭’、有外表面，該外表面具有適合與該插口 接觸之接觸區域； 與該電極連結以用於斜 、 、對5亥電極棱供電流之電源裝置；及 被δ又置於該接觸區域外部之兮雷权 Μ 1 t β電極之該外表面上且直 接被設置於該電極之該基底全屬 I低兔屬上之外部塗層，該外部 塗層根據ASTM G99-5具有至少&νΐΛ6 3, 八令王ν 6χ1〇6 mm3/N*m的耐磨 Ο 性。

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