抑制沉積物在製造系統中的形成的方法

2023-04-29 19:15:31 1

專利名稱：抑制沉積物在製造系統中的形成的方法
技術領域：
本發明大體上涉及包括電極的製造系統以及抑制沉積物在電極上的形成的方法。 更具體地，本發明涉及包括電極的製造系統，所述電極用於將材料沉積在載體主體上並用冷卻劑組合物冷卻，以及涉及由於電極和冷卻劑組合物之間的接觸而抑制沉積物在電極上的形成的方法。
背景技術：
本領域中已知用於將材料沉積在載體主體上的方法。一種這樣的方法使用包括界定室的反應器的製造系統。電極被布置在室內，以將載體主體支持在室內。典型地，電極包含高導電性材料，例如銅。製造系統還包括被耦合於電極的用於向電極提供電流使得電流經過電極並且進入載體主體中的電源。電流的流過產生在電極內的熱並且將載體主體加熱至沉積溫度。反應性氣體和包含材料的前體被引入室中。一旦載體主體達到沉積溫度，那麼前體與反應性氣體的反應會導致材料在載體主體上的沉積。然而，材料將還被沉積至電極上， 如果電極達到沉積溫度的話。因此，期望的是，防止電極達到沉積溫度，同時仍然使載體主體能夠達到沉積溫度。具有多個已知的用於防止電極達到沉積溫度的方法。在一個實施方案中，電極具有冷卻表面，並且提供了用於接觸冷卻表面以消散在電極內產生的熱的冷卻劑組合物。冷卻劑組合物和電極的冷卻表面之間的接觸導致非期望的沉積物在冷卻表面上的形成。沉積物減小冷卻劑組合物和電極之間的熱傳遞的速率。已經觀察到，沉積物在電極上的形成可以取決於所使用的冷卻劑組合物的類型。 例如，當冷卻劑組合物是自來水時，礦物可以被懸浮在自來水中並且被沉積在冷卻表面上。 對與使用自來水作為冷卻劑組合物相關聯的問題的試圖的解決方案已經是去離子水的使用，其不具有在冷卻劑組合物中的懸浮的礦物。然而，去離子水的使用僅獲得沉積物在電極上的形成的很少的延遲。一旦沉積物在冷卻表面上的形成嚴重得使得冷卻劑組合物不能夠防止電極達到沉積溫度並且材料變得被沉積在電極上，那麼發生電極的結垢。一旦發生電極的結垢，那麼電極必須被更換，這增加生產成本。通常，電極的壽命取決於在電極必須被更換之前電極可以處理的載體主體的數量。此外，一旦發生電極的結垢和更換，那麼冷卻劑組合物必須也被更換，這進一步增加生產成本。將意識到，在發電的領域中，冷卻劑組合物也被用於消散熱。在發電中，由於發電設備的高度靈敏的本質，冷卻劑組合物中的礦物可以增加冷卻劑組合物的電導率，導致對發電設備的破環以及效率的降低。此外，發電設備操縱大量的電，這使通過保持冷卻劑組合物的電導率進行電的限制是對於安全性和效率目的來說非常重要的。因此，在發電中，對冷卻劑組合物中的礦物的控制是對於冷卻劑組合物的電導率的降低關鍵的，並且已經採取措施通過多種機制除去冷卻劑組合物中的礦物。因此，將是有利的是，進一步開發抑制沉積物在電極的冷卻表面上的形成的方法。
發明概述和優點公開了抑制沉積物在電極的冷卻表面上的形成的方法，所述電極在用於將材料沉積在載體主體上的製造系統中使用。製造系統包括至少一個界定室的反應器。至少一個電極被至少部分地布置在室內並且用於在室內支持載體主體，並且電極的冷卻表面包含銅。 製造系統還包括包含冷卻劑和溶解銅的冷卻劑組合物。循環系統被耦合於電極並且容納冷卻劑組合物以向電極的冷卻表面和從電極的冷卻表面運輸冷卻劑組合物。系統還包括與循環系統流體連通的過濾系統。方法包括以下步驟加熱支持載體主體的電極以及使電極的冷卻表面與冷卻劑組合物接觸。方法還包括以下步驟將材料沉積在被電極支持的載體主體上以及使用過濾系統過濾冷卻劑組合物以從其除去溶解銅的至少一部分。作為冷卻組合物和包含銅的冷卻表面之間的接觸的結果，銅溶解到冷卻劑組合物中。已經發現的是，溶解銅是沉積物在冷卻表面上的形成的主要原因。因此，過濾冷卻劑組合物的一個優點是，可能抑制沉積物在冷卻表面上的形成用於允許電極內的熱被消散，由此延遲電極的結垢。延遲電極的結垢延長電極的壽命和生產能力。過濾冷卻劑組合物的另一個優點是，過濾增加冷卻劑組合物的壽命。增加電極和冷卻劑組合物的壽命提高製造系統的生產能力並且降低生產成本。附圖簡述本發明的其他的優點將在與附圖結合地考慮時被容易地意識到，如本發明的其他的優點通過參照下文的詳細描述變得更好地被理解，在附圖中

圖1是用於將材料沉積在載體主體上的製造系統的示意性的圖示，其中製造系統具有至少一個被耦合於過濾系統的反應器；圖2是反應器的部分橫截面圖；圖3是在圖1的反應器內利用的電極的橫截面圖；圖4是容納冷卻劑組合物的循環系統的示意性的圖示，其中冷卻劑組合物與電極和過濾系統接觸；圖5是製造系統的示意性的圖示，其中過濾系統包括反滲透處理器；以及圖6是包括與循環系統流體連通的除氣器的製造系統的示意性的圖示。發明的詳細描述參照附圖，其中在所有多個視圖中相似的數字表示相似的或相應的零件，公開了用於將材料沉積在載體主體22上的製造系統20。在下文另外地描述的一個示例性的實施方案中，材料是矽。然而，應意識到，本領域中已知的其他的材料可以被沉積在載體主體22 上，而不偏離本發明的範圍。當材料是矽時，載體主體22典型地是細長矽棒。參照圖1和2，製造系統20包括至少一個界定室沈的反應器對。反應器M可以是任何適合於材料在載體主體22上的沉積的類型，例如化學氣相沉積反應器。反應器M 還界定用於允許對室26接入的入口觀和出口 30。包括材料的前體被用於將材料運輸入室沈中。特別地，作為前體和反應性氣體的反應的結果，材料被沉積在載體主體22上。被沉積在載體主體22上的材料取決於所使用的前體的類型。作為實施例，當前體包含滷化矽烷例如三氯矽烷時，三氯矽烷(本身在本應用中是氣體)通過熱裂解和氫還原與反應性氣體例如氫氣反應以生成矽。矽被沉積在載體主體22上並且可以與載體主體22的矽反應以形成多晶矽(其中，例如，載體主體22是如上文描述的細長矽棒)。在本實施方案中，材料被進一步限定為矽。然而，將意識到，前體不限於三氯矽烷並且可以包括其他的包含矽的化合物。例如，前體可以包含四氯化矽和/或三溴矽烷。此外，將意識到，除了矽之外的或與矽共同的材料也可以被沉積在載體主體22上，在這種情況下其他的前體可以可選擇地被使用。前體經過入口 28進入室沈，並且任何未反應的前體、反應性氣體以及前體和反應性氣體的反應的副產物被經過出口 30從室沈排放。如圖2中示出的，製造系統20還包括至少一個被至少部分地布置在反應器M的室26內並且用於將載體主體22支持在室沈內的電極36。換句話說，電極36可以被完全地或部分地布置在反應器M的室26內。電極36支持載體主體22以防止載體主體22在材料的沉積期間相對於反應器M運動。將意識到，電極36可以是本領域中已知的任何類型的電極36，例如平頭電極、二部分的電極或杯電極，如圖3中示出的。在一個實施方案中，載體主體22具有U形的配置，使第一端32和第二端34與彼此間隔開。當載體主體22是U形的時，兩個電極36被利用，使得電極36中的每個接收載體主體22的端32、34中的一個。雖然不要求，但是插座40典型地被布置在載體主體22和電極36之間，以允許載體主體22在材料已經被沉積至載體主體22上之後被容易地從電極36分離。當載體主體 22是U形的時，一對插座40被使用，使得一個插座40被布置在載體主體22的端32、34中的一個上並且另一個插座40被布置在端32、34的另一個上。本領域的技術人員將意識到， 將載體主體22連接於電極36的方法可以變化，取決於所使用的電極36的類型以及載體主體22的配置，而不偏離本發明的範圍。參照圖3，電極36具有杆狀物42，杆狀物42是大體上圓柱形狀的，具有底部端44 和頂部端46。當電極36如上文描述的被部分地布置在反應器M的室沈內時，杆狀物42 的頂部端46被布置在室沈內。將意識到，杆狀物42可以是與圓柱形不同的形狀，包括但不限於正方形、矩形或三角形，而不偏離本發明的範圍。在一個實施方案中，電極36包括被布置在杆狀物42的頂部端46處的頭部48。頭部48和杆狀物42每個分別具有直徑D1、D2。典型地，頭部48的直徑Dl大於杆狀物42的直徑D2。由於頭部48的直徑Dl相對於杆狀物42的直徑D2，載體主體22可以被支持在室 26中。當存在時，頭部48被布置在室沈內以接收載體主體22。電極36包含具有在室溫的約44X IO6西門子/米(S/m)的最小電導率的導電性材料。在一個實施方案中，電極36包含銅，並且銅典型地以基於電極36的重量的以重量計約 100%的量存在。然而，電極36可以包含其他的合適的符合所述最小電導率的材料，例如銀或金。電極36具有與反應器M的室沈氣體隔離的冷卻表面38。將冷卻表面38與室沈進行氣體隔離防止沾染物向室26中的引入，其可以影響材料向載體主體22上的沉積。在一個實施方案中，冷卻表面38界定在電極36內的通道50，並且杆狀物42的底部端44界定用於到達通道50的孔52。通道50在電極36內延伸距離D，使得距離D小於電極36的長度L。換句話說，通道50不完全地延伸穿過電極36。在設想的可選擇的實施方案中，冷卻表面38在電極36的外部。
冷卻表面38包含銅。典型地，銅以以重量計約100%的量在冷卻表面38中存在。 對於電極36和冷卻表面38 二者合適的銅的一個實例是UNSlO 100級的不含氧的電解銅。冷卻表面38的銅為冷卻表面38提供優良的熱傳遞性質。當電極36和冷卻表面38每個包含銅時，冷卻表面38可以與電極36 —體化。然而，冷卻表面38和電極36可以包含不同的類型的銅，在這種情況下冷卻表面38不與電極一體化。此外，當電極36不如上文描述的包含銅時，冷卻表面38不與電極36 —體化。在這樣的其中冷卻表面38不與電極36 —體化的實施例中，冷卻表面38可以通過任何已知的可接受的方法例如電鍍被布置為毗鄰於電極36。返回參照圖2，製造系統20可以包括被耦合於電極36的用於向電極36提供電流的電源M。電流經過電極36導致在電極36內產生熱。這樣的加熱是本領域的技術人員已知的，稱為焦耳加熱。此外，電流經過電極36並且進入載體主體22中，導致熱通過焦耳加熱在載體主體22內產生。當矽是被沉積在載體主體22上的材料並且氫氣被用作反應性氣體時，將載體主體22加熱至沉積溫度導致被從前體和氫氣的反應生成的矽沉積在載體主體22上並且可能地與載體主體22反應。通常，矽被沉積至反應器M的室沈內的任何達到沉積溫度的結構上。參照圖4，冷卻劑組合物56被在製造系統20內使用，用於消散在製造系統20中產生的熱。例如，冷卻劑組合物56接觸電極36的冷卻表面38以消散在電極36中產生的熱。 將意識到，冷卻劑組合物56可以接觸製造系統20的其他的部分，包括但不限於電源M和其他的電部件，例如電纜，以消散在電源M中產生的熱。當冷卻表面38界定通道50時，冷卻劑組合物被在通道50內循環。可選擇地，當冷卻表面38在電極36的外部時，冷卻劑組合物56簡單地接觸電極36的外部。電極36內的熱的消散防止電極36達到沉積溫度，所以材料不被沉積在電極36上。循環系統58被耦合於電極36並且容納冷卻劑組合物56， 以向和從電極36的冷卻表面38運輸冷卻劑組合物56。循環系統58運輸冷卻劑組合物56 使其與電極36的冷卻表面38接觸。如上文提到的，將意識到，製造系統20可以包括多個反應器M並且具有在每個反應器內的多個電極36，在這種情況下循環系統58被耦合於電極36中的每個。返回參照圖1，循環系統58包括至少一個主儲存罐60，至少一個主儲存罐60典型地向大氣開放並且用於容納冷卻劑組合物56。循環系統58還包括主分支62，主分支62將主儲存罐60與電極36流體地連接，以將冷卻劑組合物56在主儲存罐60和反應器M內的電極36之間運輸。主分支62包括多個適合於運輸冷卻劑組合物56的結構元件，例如管道、 管子、導管和類似物。泵64與主分支62流體連通，以將冷卻劑組合物56經過循環系統58 循環。泵64可以是任何適合於將冷卻劑組合物56在循環系統58內循環的類型。冷卻劑組合物56的總體積典型地存在於循環系統58內並通過循環系統58。要清楚，存在的冷卻劑組合物56的總體積可依賴於比如冷卻表面38的表面積的各種因素，導致對於不同的製造系統20總體積的不同。典型地，冷卻劑組合物56以小於約4300，更典型地從約2200到4300加侖每分鐘(GPM)的流速循環通過循環系統58。循環周期定義為等於存在於循環系統58中冷卻劑組合物56的總體積的量的通過泵64的冷卻劑組合物56的通過。冷卻劑組合物56包括通過冷卻表面38和冷卻劑組合物56之間的熱傳導用於在電極36內消散熱量的冷卻劑。優選地，冷卻劑是去離子水，這是因為去離子水中不存在礦物質；然而，要清楚冷卻劑可以是用於熱傳導的其他流體，比如防凍劑或自來水。冷卻劑組合物56還可以包括溶解氣體，這是因為循環系統58典型地向大氣敞開，這允許來自大氣中的氧氣和二氧化碳溶解在冷卻劑組合物56中。從而，冷卻劑組合物56可以包括溶解的氧氣和溶解的二氧化碳。然而，要清楚的是循環系統58可以與大氣隔離，以防止溶解氣體進入冷卻劑組合物56。當循環系統58與大氣隔離時，空氣可能被捕獲在過濾系統70中。例如，當電極36被替換或者當冷卻劑組合物56被加入到循環系統58中時，空氣可能被捕獲。 要清楚的是電極36可能配有淨化連接(purge connection)，以消除在循環系統58中可能被捕獲的空氣。由於冷卻劑組合物56和電極36的冷卻表面38之間的接觸，在冷卻劑組合物56 中存在以二價銅(Cu2+)離子形式的溶解銅。因此，在冷卻劑組合物56接觸冷卻表面38之後，冷卻劑組合物56包括冷卻劑和溶解銅。要清楚，冷卻劑組合物56可接觸製造系統的包含銅的其它部件，包括但不限制於電源M和例如線纜的其他電子構件，這也能促進冷卻劑組合物56內溶解銅的存在。認為由於冷卻表面38的降解，溶解銅被引入冷卻劑組合物56 中。還認為溶解銅或Cu2+離子與溶解氧反應形成氧化銅CuO，其從冷卻劑組合物56中析出以在電極36的冷卻表面38上形成沉積物。認為冷卻表面38的降解受冷卻劑組合物56的pH值的影響。冷卻劑組合物56中溶解的二氧化碳通過平衡反應形成碳酸氫鹽(HCCV)，這趨於降低受冷卻劑組合物56的PH 值。從而，冷卻劑組合物56中存在的碳酸氫鹽的量可以確定為冷卻劑組合物56的pH值和循環系統58內存在的冷卻劑組合物56的總體積的變化的函數。認為冷卻表面38的降解的發生是因為碳酸氫鹽與冷卻表面38的銅反應，導致冷卻表面38的降解以及冷卻劑組合物56中溶解銅的出現。溶解銅懸浮在冷卻劑組合物56 中並通過循環系統58循環，從而導致如上所述電極36的冷卻表面38上沉積物的形成。不受特定理論的限制，認為控制冷卻劑組合物56中溶解銅的量和冷卻劑組合物 56的pH值將抑制電極36的冷卻表面38上沉積物的形成。例如，認為當達到銅在冷卻劑組合物56中溶解度極限且pH值低於7. 0時，冷卻表面38上沉積物形成的速度增加。還認為當冷卻劑組合物中溶解銅濃度增加且PH值高於7. 0時，冷卻表面38上沉積物形成的速度增加。還認為抑制電極36上沉積物的形成還可以通過使用脫氣系統控制冷卻劑組合物 56中溶解氧的量來實現，其中脫氣系統將冷卻劑組合物56與大氣隔離，從而防止氧化銅的形成。在此系統中，在不存在溶解氧的情況下溶解銅的存在不會導致電極36上沉積物的形成。然而，認為控制冷卻劑組合物56中溶解銅的量比使用脫氣系統通常更加有效。抑制沉積物的形成延長了電極36的壽命和冷卻劑組合物56的壽命，這將降低生產成本，因為不需要那樣經常地替換電極36和冷卻劑組合物。另外，將材料沉積在載體主體22上的生產時間也會降低，因為與當冷卻劑組合物56存在較多的溶解銅時相比，電極36 的替換較少經常發生。另外，在電極36的冷卻表面38上減小沉積物的形成還具有額外的優勢，即改善了反應器M的室沈內的冷卻，這將對生產能力有利並延長了反應器M的壽命。特別地，在冷卻表面38上減小沉積物的形成使得電極36能夠更有效地被冷卻並從而將熱量從室26中吸走，這防止了反應器M在不必要的高溫下運行。如上所述，冷卻劑組合物56中碳酸氫鹽的出現降低了冷卻劑組合物56的pH值。 通常，PH值越低或更加酸性，冷卻表面38降解地就越快，導致較高濃度的溶解銅出現在冷卻劑組合物56中。認為冷卻表面38的降解可通過最大化冷卻劑組合物56的pH值而最小化。典型地，冷卻劑組合物56的pH值高於7. 0。然而，當冷卻劑組合物56的pH值變為鹼性時，在冷卻劑組合物56的電導率上有所增加。高電導率可能導致可能損害電極36的電弧放電。通常，冷卻劑組合物56的高電導率不是大的問題，但是可以被監測以保護電極36。 典型地，如果冷卻劑組合物56的pH值高於9. 5，則電導率太高且可能對電極36造成損害。 鑑於上述情況，製造系統20使用三層控制策略以抑制電極36上沉積物的形成。通常，三層控制策略的第一層包括過濾系統70，用於過濾冷卻劑組合物56以除去冷卻劑組合物56中的至少一部分溶解銅。三層控制策略的第二層包括保持冷卻劑組合物56期望的pH值以最小化冷卻表面38的降解。三層控制策略的第三層包括保持冷卻劑組合物56期望的電導率以防止電弧放電。三層控制策略的一個優點是其確定並控制影響冷卻表面38沉積物形成的因素。控制影響沉積物形成的因素最大化了電極的壽命，這降低了成本和替換的停機時間。要清楚三層控制策略可以是自動或手動進行的。過濾系統70與用於從冷卻劑組合物56中去除溶解銅的循環系統58流體連通。 如上所述，冷卻劑組合物56中的溶解銅導致冷卻表面38上沉積物的形成。更特別地，在冷卻劑組合物56與冷卻表面38接觸點處冷卻劑組合物56中溶解銅的量對冷卻表面38上沉積物的形成具有最大的影響。從而，優選地控制鄰近電極36的冷卻表面38處冷卻劑組合物56中溶解銅的量。換句話說，優選地在冷卻劑組合物56與冷卻表面38接觸之前控制冷卻劑組合物56中溶解銅的量。典型地，冷卻劑組合物56中出現的溶解銅的平均濃度小於約lOOppb，更典型地小於約50ppb且最典型地小於約25ppb。要清楚溶解銅的上限和下限可彼此獨立選擇。過濾系統70從冷卻劑組合物56中去除溶解銅，使得冷卻劑組合物56中溶解銅的平均濃度在上述列出的可接受範圍內。沒有本發明的過濾系統70，冷卻劑組合物 56中溶解銅的平均濃度將超過lOOOppb。通常，隨著冷卻劑組合物pH值增加，氧化銅從溶液中析出並可從冷卻劑組合物56 中過濾。要清楚過濾系統70還可以從冷卻劑組合物56中去除氧化銅。另外，當製造系統 20使用脫氣系統時，脫氣系統可包括用於從冷卻劑組合物56中去除溶解銅的過濾系統70。在一個實施方式中，過濾系統70包括與主分支62、過濾系統70以及主儲存罐60 流體連通的過濾分支72。過濾分支72包括可適於運輸冷卻劑組合物56的多個結構元件， 比如管道、管子、導管和類似物。過濾分支72允許在過濾系統70上進行維修而不關閉製造系統20。要清楚過濾系統70可與主分支62流體連通，從而從循環系統58中去除過濾分支 1。過濾分支閥將一部分冷卻劑組合物56從主分支62轉移至過濾分支72中，用於經過過濾系統70來通過一部分冷卻劑組合物56。典型地，冷卻劑組合物56以小於約20GPM， 且更典型地以從6到10GPM的速度通過過濾分支72。與主分支62中的流動相比，過濾分支 72允許處理較低的流速，同時有效地控制冷卻劑組合物56總體積中溶解銅的含量。另外， 以低速率處理冷卻劑組合物56減小了過濾系統70的操作成本，因為當與在主分支62上提供過濾系統70相比在每個循環周期內過濾較少的冷卻劑組合物56時，過濾系統70的壽命被延長。要清楚過濾系統70內冷卻劑組合物56的流速依賴於冷卻劑組合物56中出現的溶解銅的濃度、循環系統58中出現的冷卻劑組合物56的總體積和過濾系統70去除溶解銅的效率。
在圖1所示實施方式中，過濾系統70包括陽離子濾床過濾器(cationic bed filter) 74,陽離子濾床過濾器74包含用於從冷卻劑組合物56中去除溶解銅的陽離子樹月旨。要清楚，適合於從冷卻劑組合物56中去除銅的任何類型的陽離子樹脂都可以使用。典型地，陽離子樹脂可以是鈉基的，例如具有結合到表面的氫氧化鈉反應基團的沸石樹脂和聚苯乙烯珠樹脂。當過濾系統70是陽離子濾床過濾器74時，如上所述，對於保持冷卻劑組合物56的中性或弱鹼性pH值的增加的優勢是增加了陽離子濾床過濾器74中陽離子樹脂的壽命。另外，當過濾系統70是陽離子濾床過濾器74時，僅使一部分冷卻劑組合物56通過過濾分支72以節省陽離子樹脂的壽命是有利的。過濾系統70還可包括至少一個混合濾床過濾器76，混合濾床過濾器76包含與過濾分支72流體連通的混合樹脂。混合濾床過濾器76從冷卻劑組合物56中去除碳酸氫鹽， 並從而減小必須加到冷卻劑組合物56中以使pH值位於之前提到的可接受範圍內的鹼性物質的量。要清楚，本領域已知的任何類型的混合樹脂都可用於本發明中。典型地，混合樹脂包括混合在一起的陽離子珠和陰離子珠的組合。通常，混合濾床過濾器76還可以用於可能懸浮在冷卻劑組合物56中的礦物質。例如，當冷卻劑是自來水時，混合濾床過濾器76去除懸浮在自來水中的任何礦物質。參照圖5，過濾系統70包括具有膜的反滲透處理器77，其中的膜配置為從冷卻劑組合物56中過濾(strain)溶解銅。要清楚，反滲透處理器77可與陽離子濾床過濾器74 結合使用，或者反滲透處理器77可代替陽離子濾床過濾器74使用。三層控制策略的第二層典型地保持冷卻劑組合物56的pH值為從約7. 0到9. 5，且更優選地從約7. 5到9. 5，且最優選地從約7. 5到9. 5。鑑於冷卻劑組合物的pH值範圍，隨時間引入冷卻劑組合物56中溶解銅的量被最小化。鑑於優選的pH值範圍，冷卻劑組合物 56具有優選地小於約80，且更優選地從約10到80微西門子的電導率。要清楚，冷卻劑組合物56的pH值可通過在本領域已知的適用於保持冷卻劑組合物56的pH值的任何方法來保持。在一個實施方式中，向冷卻劑組合物56加入鹼性物質以抵消碳酸氫鹽在冷卻劑組合物56的pH值上的影響。要清楚，鹼性物質可包括任何強鹼，比如氫氧化鉀、碳酸氫鈉和氫氧化鈉。還要清楚，一部分冷卻劑組合物56可從循環系統中去除並由流體代替，使得此代替導致冷卻劑組合物56的pH值位於上述範圍內。要清楚，混合濾床過濾器76可與鹼性物質配合使用以控制冷卻劑組合物56的pH值。在一些情形下，混合濾床可完全用於替換鹼性物質的添加。在一個實施方式中，仍然參照圖1，PH值保持分支66與主分支62和主儲存罐60 流體連通。要清楚，將冷卻劑組合物56的pH值保持在上述範圍內可以在主分支62內完成， 去除PH值保持分支66。當存在時，pH值保持分支66包括可適於運輸冷卻劑組合物56的多個結構元件，比如管道、管子、導管和類似物。保持分支閥將一部分冷卻劑組合物56從主分支62轉移至pH值保持分支66中，用於處理冷卻劑組合物56以保持處理冷卻劑組合物 56的pH值。典型地，冷卻劑組合物56以小於約20，且更典型地以從約6到約10GPM的速度通過PH值保持分支66。與主分支62中的流動相比，pH值保持分支66允許處理較低的流速，同時仍然有效地處理冷卻劑組合物56的總體積。要清楚，pH值保持分支66可以定位在反應器M的上遊或下遊。鹼性物質儲存罐 68與pH值保持分支66流體連通，用於儲存鹼性物質。來自鹼性物質儲存罐68的鹼性物質被加到PH值保持分支66內的冷卻劑組合物56中，以有效地控制冷卻劑組合物56總體積的PH值。要清楚，加到冷卻劑組合物56中的苛性鹼溶液的量以及添加的速度依賴於冷卻劑組合物56中存在的碳酸氫鹽的量和冷卻劑組合物56的期望pH值。主儲存罐60內冷卻劑組合物56的pH值可被測試以確保冷卻劑組合物56的pH 值在優選的範圍內。鹼性物質添加的速度可根據主儲存罐60內冷卻劑組合物56的pH值的測試結果來調節。然而，因為冷卻劑組合物56的pH值範圍具有由電導率控制的上限，所以單獨控制冷卻劑組合物56的pH值不能完全防止冷卻表面38的降解或者從冷卻劑組合物56中完全去除溶解銅。參照圖4，顯示了主儲存罐60、電極36和過濾系統70之間的流體連接。要清楚， 圖4是示意圖且決不表示冷卻劑組合物56中溶解銅的尺度、構型、真實濃度或分布。當由於冷卻表面38的降解冷卻劑組合物56接觸冷卻表面38時，冷卻劑組合物56內溶解銅的濃度增加。冷卻劑組合物56內溶解銅的最高濃度發生在當冷卻劑組合物56離開電極36 的通道50時的電極36的底端44附近。然而，要清楚，銅的溶解隨時間發生且是相對慢的過程，使得在冷卻劑組合物56通過循環系統58正常流動期間，沿著冷卻表面38的溶解銅濃度上的差別可以忽略。過濾分支72典型地位於電極36的下遊，以當溶解銅的量最高時過濾冷卻劑組合物56。如上所述，大部分冷卻劑組合物56繼續通過主分支62回到主儲存罐60，且一部分冷卻劑組合物56轉移到過濾分支72中並通過過濾系統70。在冷卻劑組合物56通過過濾系統70之後，溶解銅的濃度明顯減小。一旦來自過濾系統70的冷卻劑組合物56與從主分支62回到主儲存罐60的冷卻劑組合物56組合，則溶解銅的濃度就在之前提到的可接受範圍內。參照圖6，製造系統20還可包括與循環系統58流體連通的除氣器78，用於從冷卻劑組合物56中除去溶解的氣體。例如，除氣器78從冷卻劑組合物56中除去溶解的二氧化碳和溶解氧。從冷卻劑組合物56中除去溶解的二氧化碳減小了碳酸氫鹽的形成，從而保持冷卻劑組合物56的pH值。另外，從冷卻劑組合物56中除去溶解氧抑制了電極36上沉積物的形成，因為冷卻劑組合物56中有較少的溶解氧與溶解銅反應形成氧化銅。要清楚，除氣器78可以是任何合適的除氣器，包括但不限於強制通風除氣器、膜接觸器和類似物。用作除氣器78的合適除氣器的示例為LIQUI-CEL 膜接觸器。除氣器78可以獨立於過濾系統70，或者除氣器78可以結合到過濾系統70中。雖然不需要，但除氣器78典型地位於過濾系統70的下遊，以允許在冷卻劑組合物進入除氣器78之前，將溶解銅從冷卻劑組合物56 中去除。要清楚，冷卻劑組合物56中存在的溶解氧可通過其他適當的機制和方法控制。例如，可以使用亞硫酸鈉以化學清除溶解氧。此清除可導致硫酸根離子的形成，該硫酸根離子可隨後從冷卻劑組合物56中去除。還要清楚，冷卻劑組合物56中存在的溶解銅的平均濃度可通過其他合適的方法控制。例如，可向冷卻劑組合物56加入腐蝕抑制劑，以防止冷卻表面38的降解。腐蝕抑制劑作為鈍化層附到溶解銅上，並防止在冷卻劑組合物56中形成氧化銅。另外，可向冷卻劑組合物56添加螯合劑，用於與溶解銅反應以防止形成氧化銅。以下描述在電極36的冷卻表面38上抑制沉積物形成的典型方法，其中的電極36 在用於將材料沉積在載體主體22上的製造系統20中使用。該方法包括使載體主體22與室26內的電極36接觸的步驟，並密封室26。接著，通過使電源M產生的電流通過電極36 和載體主體22來執行加熱載體主體22和電極36的步驟。該方法還包括將前體引入室沈中並且一旦載體主體22達到沉積溫度就在載體主體22上沉積材料的步驟。在一個實施方式中，在載體主體22上沉積材料的步驟還被限定為在載體主體22上沉積矽。另外，在載體主體22上沉積材料的步驟可導致在載體主體22上形成多晶矽。該方法還包括使電極36的冷卻表面38與冷卻劑組合物56接觸以消散電極36內的熱量以及利用過濾系統70過濾冷卻劑組合物56以從其去除至少部分溶解銅的步驟。在一個實施方式中，冷卻劑組合物56的步驟還被限定為使冷卻劑組合物以小於約20GPM的速度通過過濾系統70。利用過濾系統70過濾冷卻劑組合物56的步驟以上述百分比去除了進入過濾系統的冷卻劑組合物56中存在的溶解銅。在一個實施方式中，過濾系統70是陽離子濾床過濾器74，且過濾冷卻劑組合物56 的步驟還被限定為使至少部分冷卻劑組合物經過陽離子濾床過濾器74。在另一實施方式中，過濾系統70是反滲透處理器77，且過濾冷卻劑組合物56的步驟還被限定為使至少部分冷卻劑組合物經過反滲透處理器77。該方法還包括使用除氣器78從冷卻劑組合物56中去除至少部分溶解氣體的步驟。該方法還包括使冷卻劑組合物56的pH值和冷卻劑組合物56的電傳導率保持在上述列出的範圍內。要清楚，保持冷卻劑組合物56的pH值的步驟還被限定為向冷卻劑組合物56添加鹼性物質。然後去除處理過的載體主體22並將新的載體主體22放在製造系統20中。明顯地，根據以上教導，本發明的很多修改和改變是可能的。前述發明已經根據相關的法律標準進行了描述，本質上描述是示例性而不是限制性的。對公開實施方式的變化和修改對於本領域技術人員來說可變得清楚，並且在本發明的範圍內。
權利要求
1.一種抑制沉積物在電極的冷卻表面上的形成的方法，所述電極在用於將材料沉積在載體主體上的製造系統中使用，其中所述冷卻表面包含銅，並且其中所述製造系統包括至少一個界定室的反應器、與所述電極流體連通的用於向所述冷卻表面和從所述冷卻表面運輸冷卻劑組合物的循環系統以及與所述循環系統流體連通的過濾系統，其中所述電極被至少部分地布置在所述室內以在所述室內支持所述載體主體，其中所述冷卻劑組合物包含冷卻劑和來自所述電極的所述冷卻表面的溶解銅，所述方法包括以下步驟加熱支持所述載體主體的所述電極；使所述電極的所述冷卻表面與所述冷卻劑組合物接觸；將所述材料沉積在被所述電極支持的所述載體主體上；以及使用所述過濾系統過濾所述冷卻劑組合物以從其過濾所述溶解銅的至少一部分。
2.根據權利要求1所述的方法，其中將所述材料沉積在所述載體主體上的步驟被進一步限定為將矽沉積在所述載體主體上。
3.根據權利要求2所述的方法，其中將矽沉積在所述載體主體上的步驟導致多晶矽在所述載體主體上的形成。
4.根據權利要求1所述的方法，其中過濾所述冷卻劑組合物的步驟被進一步限定為使所述冷卻劑組合物以小於約20GPM經過所述過濾系統。
5.根據權利要求1所述的方法，其中在所述冷卻劑組合物中存在的所述溶解銅的平均濃度小於約IOOppb。
6.根據權利要求1所述的方法，其中所述過濾系統被進一步限定為陽離子濾床過濾器，並且過濾所述冷卻劑組合物的步驟被進一步限定為使所述冷卻劑組合物的至少一部分經過所述陽離子濾床過濾器。
7.根據權利要求1所述的方法，其中所述過濾系統被進一步限定為反滲透處理器，並且過濾所述冷卻劑組合物的步驟被進一步限定為使所述冷卻劑組合物的至少一部分經過所述反滲透處理器。
8.根據權利要求1所述的方法，還包括保持所述冷卻劑組合物的約7.0至9. 5的pH的步驟。
9.根據權利要求1所述的方法，還包括將所述冷卻劑組合物的電導率保持為小於約80 微西門子的步驟。
10.根據權利要求1所述的方法，其中所述電極還包括頭部和杆狀物，所述頭部和所述杆狀物每個具有使所述頭部的直徑大於所述杆狀物的直徑的直徑，並且所述電極的所述冷卻表面界定通道，所述通道在所述電極內延伸小於所述電極的長度L的距離D，並且使所述電極的所述冷卻表面與所述冷卻劑組合物接觸的步驟被進一步限定為將所述冷卻劑組合物在所述通道內循環。
11.根據權利要求1所述的方法，其中所述冷卻劑是去離子水。
12.根據權利要求1所述的方法，其中所述冷卻劑組合物還包含溶解氣體，並且所述方法還包括使用除氣器從所述冷卻劑組合物除去所述溶解氣體的至少一部分的步驟。
13.根據權利要求1所述的方法，還包括將腐蝕抑制劑加入所述冷卻劑組合物中以防止所述冷卻表面的降解的步驟。
14.根據權利要求1所述的方法，還包括將螯合劑加入所述冷卻劑組合物中用於與所述溶解銅反應以防止銅氧化物在所述冷卻劑組合物中的形成的步驟。
15.一種用於將材料沉積在載體主體上的製造系統，所述系統包括 至少一個界定室的反應器；至少一個電極，其被至少部分地布置在所述室內用於在所述室內支持所述載體主體， 所述電極具有包含銅的冷卻表面；冷卻劑組合物，其包含冷卻劑和溶解銅，所述冷卻劑組合物接觸所述電極的所述冷卻表面以消散在所述電極中產生的熱，由此防止所述電極達到沉積溫度；循環系統，其被耦合於所述電極並且容納所述冷卻劑組合物以向所述冷卻表面和從所述冷卻表面運輸所述冷卻劑組合物；以及過濾系統，其與所述循環系統流體連通，用於從所述冷卻劑組合物除去所述溶解銅的至少一部分。
16.根據權利要求15所述的系統，其中在所述冷卻劑組合物中存在的所述溶解銅的平均濃度小於約lOOppm。
17.根據權利要求15所述的系統，其中所述冷卻劑組合物以小於20gpm經過所述過濾系統。
18.根據權利要求15所述的系統，其中所述過濾系統包括陽離子濾床過濾器。
19.根據權利要求15所述的系統，其中所述過濾系統包括反滲透處理器。
20.根據權利要求15所述的系統，其中所述冷卻劑組合物具有約7.0至9. 5的pH。
21.根據權利要求15所述的系統，其中所述冷卻劑組合物具有小於約80微西門子的電導率。
22.根據權利要求15所述的系統，其中所述電極還包括頭部和杆狀物，所述頭部和所述杆狀物每個具有使所述頭部的所述直徑大於所述杆狀物的所述直徑的直徑，並且所述電極的所述冷卻表面界定通道，所述通道在所述電極內延伸小於所述電極的長度L的距離D。
23.根據權利要求22所述的系統，其中所述冷卻表面包含不含氧的電解銅UNS10100級。
24.根據權利要求15所述的系統，包括多個電極，所述循環系統與所述電極中的每個的所述冷卻表面流體接觸以將所述冷卻劑組合物運輸至所述電極中的每個的所述冷卻表面。
25.根據權利要求15所述的系統，其中被沉積在所述載體主體上的所述材料是矽，以在所述載體主體上形成多晶矽。
26.根據權利要求15所述的系統，其中所述冷卻劑組合物還包含溶解氣體，並且所述系統還包括與所述循環系統流體連通的用於從所述冷卻劑組合物除去所述溶解氣體的至少一部分的除氣器。
27.根據權利要求15所述的系統，其中所述冷卻劑組合物還包含用於防止所述冷卻表面的降解的腐蝕抑制劑。
28.根據權利要求15所述的系統，其中所述冷卻劑組合物還包含螯合劑用於與所述溶解銅反應以防止銅氧化物在所述冷卻劑組合物中的形成。
29.一種用於將材料沉積在載體主體上的製造系統，所述系統包括 至少一個界定室的反應器；至少一個電極，其被至少部分地布置在所述室內用於在所述室內支持所述載體主體， 所述電極具有包含銅的冷卻表面；循環系統，其被耦合於所述電極用於將冷卻劑組合物運輸為與所述冷卻表面接觸，其中所述冷卻劑組合物包含冷卻劑和溶解銅，所述冷卻劑組合物接觸所述電極的所述冷卻表面以消散在所述電極中產生的熱，由此防止所述電極達到其中所述材料被沉積在所述載體主體上的沉積溫度；以及過濾系統，其與所述循環系統流體連通，用於從所述冷卻劑組合物除去所述溶解銅的至少一部分。
30.根據權利要求四所述的系統，其中所述過濾系統包括陽離子濾床過濾器。
31.根據權利要求四所述的系統，其中所述過濾系統包括反滲透處理器。
32.根據權利要求四所述的系統，其中所述電極還包括頭部和杆狀物，所述頭部和所述杆狀物每個具有使所述頭部的所述直徑大於所述杆狀物的所述直徑的直徑，並且所述電極的所述冷卻表面界定通道，所述通道在所述電極內延伸小於所述電極的長度L的距離D。
33.根據權利要求32所述的系統，其中所述冷卻表面的所述銅被進一步限定為不含氧的電解銅UNS 10100級。
34.根據權利要求四所述的系統，包括多個電極，所述循環系統與所述電極中的每個的所述冷卻表面流體接觸以將所述冷卻劑組合物運輸至所述電極中的每個的所述冷卻表面。
35.根據權利要求四所述的系統，其中被沉積在所述載體主體上的所述材料是矽，導致多晶矽在所述載體主體上的形成。
36.根據權利要求四所述的系統，還包括與所述循環系統流體連通的用於從所述冷卻劑組合物除去溶解氣體的至少一部分的除氣器。
37.一種抑制沉積物在電極的冷卻表面上的形成的方法，所述電極在用於將材料沉積在載體主體上的製造系統中使用，其中所述冷卻表面包含銅，並且其中所述製造系統包括至少一個界定室的反應器、與所述電極流體連通的用於向所述冷卻表面和從所述冷卻表面運輸冷卻劑組合物的循環系統以及與所述循環系統流體連通的過濾系統，其中所述電極被至少部分地布置在所述室內以在所述室內支持所述載體主體，其中所述冷卻劑組合物包含冷卻劑和來自所述電極的所述冷卻表面的溶解銅，所述方法包括以下步驟加熱支持所述載體主體的所述電極；使所述電極的所述冷卻表面與所述冷卻劑組合物接觸；使用所述過濾系統過濾所述冷卻劑組合物以從其除去所述溶解銅的至少一部分；保持所述冷卻劑組合物的期望的PH以最小化所述冷卻表面的降解；保持所述冷卻劑組合物的期望的電導率以防止在所述冷卻劑組合物和所述電極之間的電弧放電；以及將所述材料沉積在被所述電極支持的所述載體主體上。
38.根據權利要求37所述的方法，其中將所述材料沉積在所述載體主體上的步驟被進一步限定為將矽沉積在所述載體主體上。
39.根據權利要求38所述的方法，其中將矽沉積在所述載體主體上的步驟導致多晶矽在所述載體主體上的形成。
40.根據權利要求37所述的方法，其中過濾所述冷卻劑組合物的步驟導致在所述冷卻劑組合物中存在的所述溶解銅的小於約IOOppb的平均濃度。
41.根據權利要求37所述的方法，其中所述過濾系統被進一步限定為陽離子濾床過濾器，並且過濾所述冷卻劑組合物的步驟被進一步限定為使所述冷卻劑組合物的至少一部分經過所述陽離子濾床過濾器。
42.根據權利要求37所述的方法，其中保持所述冷卻劑組合物的期望的pH的步驟被進一步限定為保持所述冷卻劑組合物的約7. 0至9. 5的pH。
43.根據權利要求37所述的方法，其中保持所述冷卻劑組合物的期望的電導率的步驟被進一步限定為將所述冷卻劑組合物的電導率保持為小於約80微西門子。
44.根據權利要求37所述的方法，其中所述冷卻劑組合物還包含溶解氣體，並且所述方法還包括使用除氣器從所述冷卻劑組合物除去所述溶解氣體的至少一部分的步驟。
45.根據權利要求37所述的方法，還包括將腐蝕抑制劑加入所述冷卻劑組合物中以防止所述冷卻表面的降解的步驟。
46.根據權利要求37所述的方法，還包括將螯合劑加入所述冷卻劑組合物中用於與所述溶解銅反應以防止銅氧化物在所述冷卻劑組合物中的形成的步驟。
全文摘要
一種方法抑制沉積物在電極的冷卻表面上的形成。電極在將材料沉積在載體主體上的製造系統中使用。冷卻表面包含銅。系統包括界定室的反應器。電極被至少部分地布置在室內並且支持載體主體。循環系統與電極流體連通，向冷卻表面和從冷卻表面運輸冷卻劑組合物。冷卻劑組合物包含冷卻劑和來自冷卻表面的溶解銅。過濾系統與循環系統流體連通。所述方法加熱電極。電極的冷卻表面與冷卻劑組合物接觸。材料被沉積在載體主體上，並且冷卻劑組合物被過濾系統過濾以從其除去溶解銅的至少一部分。
文檔編號C23C16/44GK102471883SQ201080031781
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月14日 優先權日2009年7月14日
發明者M·德蒂亞, 史蒂芬·帕夫利克夫斯基, 傑米·范德霍夫爾, 羅伯特·E·斯特拉頓, 詹森·賈爾迪納, 麥可·約翰·莫爾納, 麥可·豪姆斯特 申請人:赫姆洛克半導體公司