KR100593256B1 - 배플 플레이트, 가스 처리 장치 및 배플 플레이트 제조 방법 - Google Patents

배플 플레이트, 가스 처리 장치 및 배플 플레이트 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 처리 조건에 상관없이 균일한 배기를 실현할 수 있는 가스 처리 장치와, 상기 가스 처리 장치를 구성하는 가스 처리실과, 상기 가스 처리실에 장착된 배플(21) 플레이트와, 상기 배플 플레이트의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 배플 플레이트는 공급된 가스에 의해 화학 처리가 실시되는 처리 공간과, 상기 처리 공간과 인접해 있으며 화학 처리에 의해 발생된 배기 가스를 배기시키는 기능을 하는 덕트 사이의 격벽으로서 작용한다. 배플 플레이트상의 위치에 따라 변하는 배플 플레이트의 양 측면상의 압력의 차이로 인해, 배플 홀(23)은 배플 플레이트상의 다수 위치에 배치된다.

Description

배플 플레이트, 가스 처리 장치 및 배플 플레이트 제조 방법{BAFFLE PLATE, METHOD OF PRODUCING THE SAME, AND GAS PROCESSING APPARATUS CONTAINING BAFFLE PLATE}
본 발명은 화학 처리의 결과 발생되는 배기 가스를 배기시키는 가스 처리 장치와, 상기 가스 처리 장치에 합체되는 배플 플레이트와, 상기 배플 플레이트를 제조하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 반도체 제조의 웨이퍼 사전처리 단계에서 사용되는 밀폐식으로 밀봉된 챔버에서 단일 웨이퍼 처리를 실시하는 장치의 구조를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 처리 장치는 웨이퍼(1), 유리 기판 및 다른 전자 재료 기판이 위치되는 웨이퍼 기대(3)와; 웨이퍼 기대(3)를 둘러싸는 배기 덕트(5)와; 배플 홀(7)이 제공되고 배기 덕트(5)상에 위치되는 배플 플레이트(9)와; 배기 덕트(5)에 연결된 배기 파이프(11)를 포함한다. 도 1에서, 화살표(13)는 처리 가스의 배기 흐름을 나타낸다.
밀폐식으로 밀봉된 챔버내에서 단일 웨이퍼 처리를 실시하는 장치[예를 들면 CVD[화학적 증기 증착(Chemical Vapor Deposition)] 장치, 에칭 장치, 어닐링(annealing) 장치 및 건식 청결 장치임]에서 웨이퍼(1)의 표면상에 균일한 처리를 실시하기 위해서, 샤워 헤드에서 웨이퍼(1)의 표면상으로 균일하게 처리 가스를 공급할 필요가 있으며, 웨이퍼(1)와 접촉에 의해 발생된 배기 가스를 웨이퍼(1)의 임의의 원주 각도에서 반경방향으로 균일하게 유동시킬 필요가 있다[이 처리는 이후 균일 배기(uniform exhaust)라 칭함].
균일 배기는 균일 필름 형성 작동을 실시하기 위한 (금속 CVD 장치와 같은) 단일 웨이퍼 처리 장치에서 기본적이다. 단일 웨이퍼 처리 장치는 소위 속도-결정 처리를 수행하며, 웨이퍼(1) 표면상의 반응 속도는 재료 가스의 이송 속도에 좌우된다. 또한, 웨이퍼상의 가스의 체류 시간이 불안정한 종류의 농도 변화에 영향을 미치는 플라즈마 처리 장치(즉, 플라즈마 CVD 장치 또는 플라즈마 에칭 장치)에 있어서, 균일 배기는 균일 필름 형성 속도 및 에칭 속도를 얻기 위해 필수적이다.
일반적인 경우에 있어서, 웨이퍼 처리 가스를 배기하도록 펌프에 연결된 배기 파이프(11)의 연결 구멍은 웨이퍼(1)의 중심축으로부터 벗어나 있으며 가스 처리실로 개방되어 있으며, 모든 원주 방향에서 웨이퍼상의 가스 유동의 중심으로부터 균일하게 가스를 배기시키기 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 배기 덕트(5)는 배기 파이프(11)의 연결 구멍으로부터 웨이퍼(1)의 전체 외연으로 연장되며, 배플 플레이트(9)는 배기 덕트(5)와 챔버 사이의 경계상에 분리벽으로서 배치된다. 일반적으로, 다수의 배플 홀(7)이 배플 플레이트(9)에 균일한 간격으로 형성되어, 균일한 배기를 달성한다.
배플 플레이트(9)는 웨이퍼(1)의 표면상의 배기 가스 유동의 불균일을 감소시키는 것을 목적으로 한다. 배플 플레이트(9)의 원리는 원주 각도에 좌우되는 배기 컨덕턴스에 있어서의 변화를 감소시키고 웨이퍼(1) 둘레의 배기 가스의 유량을 원주방향으로 균일하게 하기 위해 배기 덕트(5)내의 유동 저항보다 큰 유동 저항을 야기시키는 배플 홀(7)을 형성하는데 있다.
배플 홀(7)의 배기 유량을 균일하게 하기 위해서는, 배플 플레이트(9)의 양 측면상의 각 배플 홀(7)에서의 차압을 동일하게 할 필요가 있다. 그러나, 배플 플레이트(9)상에 동일한 배플 홀(7)을 균일한 간격으로 형성하는 종래의 기술에 있어서, 웨이퍼(1)의 모든 원주방향 각도에서 균일한 배기 유동(13)을 얻기는 어렵다. 이에 대한 주요한 이유는 일반적인 필름 형성 작동시 배기 덕트(5)의 내부 압력과 챔버내의 압력 사이의 차이가 작다고 하는 것이다. 결과적으로, 유체 압력 손실이 너무 커서 차압의 변화에 있어서 배기 덕트(5)의 내부 압력의 악영향은 무시된다.
배기 덕트(5)의 내부 압력의 변화를 무효로 할 정도로 배플 홀(7)의 양 측상의 차압을 증가시키기 위해서 각 배기 홀(7)의 홀 사이즈를 감소시킬 수도 있다. 그러나, 각 배플 홀(7)의 보다 작은 홀 사이즈는 챔버내의 압력의 증가를 가져온다. 또한 배기 덕트(5)내의 유동 저항을 감소시키기 위해 각 배플 홀(7)의 홀 사이즈를 확대시키는 것은 바람직하지 않은데, 이는 보다 큰 홀 사이즈는 배기 덕트(5)내의 유동 저항의 감소를 가져오기 때문이다. 따라서, 배플 플레이트(9)를 사용하는 종래의 장치에 따르면, 비교적 대량의 배기 가스가 배기 파이프(11)의 연결 구멍 근처에 있는 웨이퍼의 표면상으로 유동한다고 하는 것과, 배기 파이프(11)의 연결 구멍에서 및 다른 측면상의 배플 홀(7)에서의 배기 가스의 유량이 낮다고 하는 문제가 여전히 남아있다.
전술한 문제점을 해결하기 위해서, 일본 특허 공개 공보 제 1988-141318 호에는 배기 구멍으로부터의 거리에 비례한 홀 사이즈를 갖는 다수의 홀이 제공된 컨덕턴스 플레이트가 개시되어 있다. 그러나, 이러한 컨덕턴스 플레이트는 다수의 샘플상에 균일한 처리를 하도록 충분히 기능하지 못한다.
또한, 종래의 배기 장치는 가스 처리실의 측벽에 연결된 배기 파이프(11)를 갖는 간단한 구조를 갖는다[이러한 구조는 이후 사이드드래프트 배기 구조(sidedraft exhaust structure)라고 함]. 이러한 종래의 배기 장치에 있어서, 배기 구멍은 일반적으로 측벽에 형성되어, 배기 가스 유동에 있어서 상당한 불균일을 초래한다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 일본 특허 공개 공보 제 1996-45917 호에 개시된 바와 같이, 가스 처리실의 측벽에 2개 또는 그 이상의 연결 구멍을 갖는 구조체가 제안되었다. 그러나 상기 구조체에 있어서, 배기 가스 유동의 불균일이 일정한 정도로 수정될 수 있지만, 상기 구조체가 복잡하게 되고, 결과적으로 제조 비용이 증가한다고 하는 다른 문제점이 있다.
일본 특허 공개 공보 제 1988-111621 호에 개시된 바와 같이, 웨이퍼의 중심축과 동축 방향으로 웨이퍼 기대의 아래로부터 배기되는 배기 장치가 제안되었다. 그러한 배기 장치에 있어서, 배기 장치의 구조가 중심축 방향으로 너무 길게 되고, 일반적으로 웨이퍼 기대의 아래에 배치되는 각종 구성요소의 배치[즉, 웨이퍼를 상하로 이동시키기 위한 푸셔 핀(pusher pin), 서셉터 가열기 및 온도 가열기용 배선 배치]가 어렵게 된다고 하는 문제점이 있다.
또한, 사이드드래프트 배기 구조를 갖는 가스 처리실내에 다공성 배플 플레이트를 사용하는 종래의 배기 장치에 있어서, 웨이퍼상에 원주방향으로 배기 가스의 유량이 균일 분포될 수 있는 균일-배기 배플 플레이트를 설계 및 제조하는 것은 어렵다. 이의 가장 큰 이유는 유체 동역학적 이론에 근거한 양적 설계 방법(quantitative design method)이 공지되지 않았다고 하는 것이다. 특히, 배플 홀 사이즈가 보다 작아짐에 따라, 배기 유량이 보다 균일하게 된다. 그러나, 챔버 내부 압력은 동시에 증가한다. 결과적으로, 이러한 기술은 챔버 내부 압력이 낮아야 하는 일반적인 처리에 적용할 수 없다.
또한, 일본 특허 공개 공보 제 1996-64489 호에는 배플 홀이 가변 간격으로 배치된 구조가 개시되어 있으며, 일본 특허 제 2927211 호에는 변위된 배기 컨덕턴스 조절 홀이 제공된 배플 플레이트가 개시되어 있다. 그러나, 가스 유량, 가스의 형태, 온도 및 압력과 같은 각종 처리 조건과 무관하게 균일한 배기를 유지시키는 기능을 갖는 배기 장치를 얻기란 어렵다고 고려된다. 비록 배플 홀의 직경 및 간격이 변할지라도, 특정하게 상술된 처리 조건을 제외하고는, 배기에 있어서 소정의 균일성을 유지하기란 어렵다.
일본 특허 공개 공보 제 1987-98727 호에는 "도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 배기 홀(10)은 가스 유입 경로(4)로부터 웨이퍼(6)의 표면을 따라서 균일하게 하측으로 유동하는 에칭 가스의 유동 방향에서 계산된 유체 컨덕턴스에 따라 설계된다"라고 하는 것이 기재되어 있다. 그러나, 상기 참조문헌은 홀의 위치가 메인 배기 홀로부터 보다 멀리 위치할 수록 홀 사이즈가 보다 커져야 한다고만 기재되어 있으며, 배기 홀을 설계하기 위한 보다 상세한 방법 또는 기술은 언급되어 있지 않다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 처리 조건에 관계없이 균일 배기를 실현하는 가스 처리 장치와, 상기 가스 처리 장치에 장착된 배플 플레이트와, 상기 배플 플레이트를 제조하는 방법과, 상기 배플 플레이트를 제조하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적은 공급된 가스에 의해 화학 처리가 실시되는 처리 공간과, 상기 화학 처리에 의해 발생된 배기 가스를 배기시키기 위해 상기 처리 공간에 인접해 있는 덕트를 분할하는 배플 플레이트에 의해 달성된다. 이러한 배플 플레이트에 있어서, 다수의 관통 홀이 배플 플레이트상의 소망 위치에 가상적으로 형성된 후, 상기 다수의 관통 홀은 상기 다수의 관통 홀에서 배기 가스의 유량이 균일하게 되도록 하는 소망 위치에 실제로 형성된다. 이러한 배플 플레이트에 의해서, 화학 처리에서 요구되는 균일 배기가 확실히 실현될 수 있다.
또한 본 발명의 상기 목적은 공급된 가스에 의해 화학 처리가 실시되는 처리 공간을 상기 화학 처리에 의해 발생된 배기 가스를 배기시키기 위해 상기 처리 공간에 인접해 있는 덕트와 분리시키는 배플 플레이트에 의해 달성된다. 이러한 배플 플레이트에 있어서, 관통 홀은 배플 플레이트의 양 측면 사이의 압력차에 따라 배플 플레이트상의 다수의 위치에 형성된다. 이러한 배플 플레이트에 의하면, 화학 처리에 요구되는 균일 배기가 확실히 달성될 수 있다.
상기 배플 플레이트에 있어서, 관통 홀은 덕트 내측의 배기 가스의 유동 경로를 따라서 배기 가스의 압력 변화에 따라 형성될 수 있다. 특히, 관통 홀은 하겐-포아쥬 식에 의해 계산된 관통 홀을 관통하여 유동하는 배기 가스의 유량이 일정해지도록 형성될 수 있다. 또한 상기 목적은 여러 간격으로 있는 적어도 3개의 관통 홀을 갖는 배플 플레이트, 또는 상이한 홀 사이즈를 갖는 적어도 2개의 관통 홀을 구비한 배플 플레이트에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 공급된 가스에 의해 화학 처리가 실시되는 처리 공간을 상기 화학 처리에 의해 발생된 배기 가스를 배기시키기 위해 상기 처리 공간에 인접해 있는 덕트와 분리시키는 배플 플레이트에 의해 달성되며, 다수의 관통 홀은 소망의 위치에 형성된다. 이 배플 플레이트는 소망의 위치들중 2개 또는 그 이상의 위치에서 두께가 변한다. 이러한 배플 플레이트에 의해서, 관통 홀을 관통해 유동하는 배기 가스의 컨덕턴스는 조절될 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 공급된 가스에 의해 화학 처리가 실시되는 처리 공간을 상기 화학 처리에 의해 발생된 배기 가스를 배기시키기 위한 덕트와 분리시키는 배플 플레이트에 의해 달성된다. 이러한 배플 플레이트에 있어서, 배플 플레이트를 관통하며 덕트내의 배기 가스의 유동 경로를 따라서 폭이 변하는 슬릿은 배플 플레이트의 양 측면 사이의 압력차에 따라 형성되며, 상기 압력차는 배플 플레이트상의 위치에 따라 변한다. 이러한 배플 플레이트의 경우, 상기 슬릿을 관통해 유동하는 배기 가스의 컨덕턴스는 조절될 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 공급된 가스에 의해 화학 처리가 실시되는 처리 공간을 상기 화학 처리에 의해 발생된 배기 가스를 배기시키도록 상기 처리 공 간에 인접해 있는 덕트와 분리시키는 배플 플레이트에 의해 달성된다. 이 배플 플레이트에 있어서, 배플 플레이트를 관통하고 균일 폭을 갖는 슬릿은 덕트 내측의 배기 가스의 유동 경로를 따라 형성되며, 배플 플레이트는 유동 경로를 따라서 두께가 변한다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 가스 처리 장치에 의해서 달성되며, 상기 가스 처리 장치는 피처리체가 위치되는 기대와 상기 기대상에 위치되는 상기 피처리체상에 화학 처리를 실시하기 위해 상기 피처리체에 가스를 공급하기 위한 가스 공급 유닛을 갖는 처리 공간과; 상기 화학 처리에 의해 발생되는 배기 가스를 배출시키기 위해 상기 처리 공간에 인접해 있는 덕트와; 상기 배기 가스를 배출시키기 위한 상기 덕트에 연결된 배출 유닛을 포함한다. 상기 가스 처리 장치는 상기 덕트를 상기 처리 공간과 분리시키며, 경계 표면의 양 측면 사이의 압력차에 따라 상기 처리 공간에서 상기 덕트로 유동하는 상기 배기 가스의 유량을 조절하는 격벽 유닛을 더 포함하며, 상기 압력차는 상기 처리 공간과 상기 덕트 사이의 상기 경계 표면상의 위치에 따라 변하는 것을 특징으로 한다. 이 가스 처리 장치에 의해, 상기 화학 처리를 위해 요구되는 균일 배기가 확실히 실현될 수 있다.
본 발명의 상기 목적은 공급된 가스에 의해 화학 처리가 실시되는 처리 공간을 상기 화학 처리에 의해 발생된 배기 가스를 배기시키도록 상기 처리 공간에 인접해 있는 덕트와 분리시키는 배플 플레이트를 제조하는 방법에 의해서 달성된다. 상기 방법은 상기 배플 플레이트상의 소망 위치에서 상기 배플의 양 측면 사이의 압력차를 계산하는 단계와; 상기 계산된 압력차에 따라 상기 배플 플레이트상의 다수의 위치에서 관통 홀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 방법에 의해서, 균일 배기를 실현할 수 있는 배플 플레이트가 확실히 얻어질 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 공급된 가스에 의해 화학 처리가 실시되는 처리 공간을 상기 화학 처리에 의해 발생된 배기 가스를 배기시키도록 상기 처리 공간에 인접해 있는 덕트와 분리시키는 배플 플레이트를 제조하는 방법에 의해서 달성된다. 이 방법은 상기 배플 플레이트의 양 측면 사이의 압력차, 및 상기 덕트 내측의 상기 배기 가스의 유동 경로를 따라서 상기 배기 가스의 압력 변화를 계산하는 단계로서, 상기 압력차는 상기 배플 플레이트상의 위치에 따라 변하는, 상기 배기 가스의 압력 변화 계산 단계와; 상기 계산된 압력차 및 상기 압력 변화에 따라 상기 배플 플레이트상의 다수의 위치에 관통 홀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 공급된 가스에 의해 화학 처리가 실시되는 처리 공간을 상기 화학 처리에 의해 발생된 배기 가스를 배기시키기 위한 상기 처리 공간에 인접해 있는 덕트와 분리시키는 배플 플레이트를 제조하는 방법에 의해서 달성된다. 이 방법은 하겐-포아쥬 식에 의해 계산된 상기 배기 가스의 유량이 일정하게 되도록 상기 배플 플레이트에 다수의 관통 홀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 공급된 가스에 의해 화학 처리가 실시되는 처리 공간을 상기 화학 처리에 의해 발생된 배기 가스를 배기시키기 위한 상기 처리 공간에 인접해 있는 덕트와 분리시키는 배플 플레이트를 형성하기 위한 장치에 의 해서 달성된다. 이 장치는 상기 배플 플레이트상의 여러 위치에서 상기 배플 플레이트의 양 측면 사이의 압력차를 계산하는 계산 유닛과; 상기 계산 유닛에 의해 계산된 상기 압력차에 따라 상기 배플 플레이트상의 다수의 위치에 관통 홀을 형성하는 홀 형성 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 장치에 있어서, 상기 계산 유닛은 상기 덕트 내측의 상기 배기 가스의 유동 경로를 따라서 상기 배기 가스의 압력 변화를 계산하며, 상기 홀 형성 유닛은 상기 계산 유닛에 의해 계산된 상기 압력차와 상기 압력 변화에 따라 상기 배플 플레이트상의 다수의 위치에 상기 관통 홀을 형성한다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 공급된 가스에 의해 화학 처리가 실시되는 처리 공간을 상기 화학 처리에 의해 발생된 배기 가스를 배기시키기 위한 상기 처리 공간에 인접해 있는 덕트와 분리시키는 배플 플레이트를 제조하기 위한 장치에 의해서 달성된다. 이 장치는 하겐-포아쥬 식에 의해 계산된 상기 배플 플레이트에 형성된 관통 홀에서 상기 배기 가스의 유량이 일정해지도록 홀 형성 위치들을 계산하는 계산 유닛과; 상기 계산 유닛에 의해 계산된 상기 홀 형성 위치들에서 상기 관통 홀을 형성하는 홀 형성 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 반도체 제조 공정에서 웨이퍼 사전처리시 밀폐식으로 밀봉된 챔버에서 단일 웨이퍼를 처리하기 위한 장치의 구조체를 도시하는 도면,
도 2는 배기 덕트내의 가스 유동 및 차압을 도시하는 도면,
도 3은 종래의 배플 플레이트의 구조를 도시하는 도면,
도 4는 도 3의 배플 플레이트가 장착된 가스 처리실의 구조를 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 제 1 실시예의 배플 플레이트에 형성된 배플 홀의 배치를 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 제 1 실시예의 배플 플레이트의 구조를 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 제 2 실시예의 배플 플레이트의 구조를 도시하는 도면,
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따라 서로 상이한 홀 사이즈를 갖는 배플 홀이 제공된 배플 플레이트의 특성을 도시하는 그래프,
도 9는 도 8에 도시된 경우와 동일한 조건하에서 도 3에 도시된 종래의 배플 플레이트에서 수행된 시뮬레이션의 결과를 도시하는 그래프,
도 10은 일본 특허 공개 공보 제 1988-141318 호에 개시된 종래의 배플 플레이트에서 수행된 시뮬레이션의 결과를 도시하는 그래프,
도 11은 본 발명의 제 3 실시예의 배플 플레이트의 구조를 도시하는 도면,
도 12는 도 11에 도시된 배플 플레이트가 장착된 가스 처리실의 구조를 도시하는 도면,
도 13은 본 발명의 제 4 실시예의 배플 플레이트의 구조를 도시하는 도면,
도 14는 도 13에 도시된 배플 플레이트가 장착된 가스 처리실의 구조를 도시하는 도면,
도 15는 본 발명의 제 5 실시예의 배플 플레이트의 구조를 도시하는 도면,
도 16은 도 15에 도시된 배플 플레이트가 장착된 가스 처리실의 구조를 도시하는 도면,
도 17은 본 발명의 제 6 실시예의 배플 플레이트의 구조를 도시하는 도면,
도 18은 도 17에 도시된 배플 플레이트가 장착된 가스 처리실의 구조를 도시하는 도면,
도 19는 본 발명의 제 8 실시예의 가스 처리실의 구조를 도시하는 도면,
도 20은 도 19에 도시된 가스 처리실의 평면도,
도 21은 본 발명의 배플 플레이트를 제조하기 위한 장치의 구조를 도시하는 도면,
도 22는 도 21에 도시된 배플 플레이트의 제조 작업을 도시하는 흐름도.
하기에는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 상세한 설명이 상술되어 있다. 도면을 통해서, 동일한 구성요소는 동일한 참조부호로 표기된다.
본 발명의 실시예에 있어서, 수학식은 배플 경로의 형태 및 사이즈, 배플 홀의 직경 및 간격, 배플 홀의 개수, 슬릿의 폭, 및 배플 플레이트의 두께 변화를 실질적으로 결정하기 위해 사용되었다. 이들 수학식을 사용해 계산된 값에 근거하여, 웨이퍼상에 유동하는 가스의 원주방향으로 균일한 유량을 얻기 위한 최적의 형상을 갖는 배플 플레이트가 하기의 상세한 설명에 상술되어 있다.
유체역학적 최적 형상을 갖는 배플 플레이트는 처리 가스의 유량, 처리 가스 의 형태, 온도, 및 압력과 같은 처리 조건에 관계없이 균일 배기를 달성할 수 있음이 이론적으로 증명되었다.
본 발명의 실시예의 기본적인 사상은 가스 유동의 균일한 배기를 가능하게 하도록 배플 경로를 설계하는 것으로, 상기 방법에 있어서 웨이퍼(1)에 가까운 주어진 위치에서 챔버의 배기 파이프의 연결 구멍까지 배기 컨덕턴스를 같게 한다. 이를 위해서, 배기 파이프의 연결 구멍쪽으로 유동하는 가스의 유체 마찰에 의한 압력 손실은 각 가스 경로에 대해 계산될 필요가 있다. 가장 주목할 만한 압력 손실은 배플 경로의 유체 저항과 배플 경로의 하류측상의 배기 덕트를 관통해 유동하는 가스의 유체 저항 사이에서 발생된다. 이러한 유체 압력 손실을 얻기 위해, 패닝식(Fanning' equation) 또는 하겐-포아쥬 식이 사용되며, 따라서 배플 경로는 형상과 사이즈 사이의 이론적인 관계, 및 배플 홀 또는 배플 슬릿 및 배기 덕트의 차압 및 유량에 근거하여 설계된다.
차압, 유량 및 홀 사이즈 사이의 관련 표현은 균일 배기를 얻을 수 있는 배플 플레이트의 최적 형상을 설계하기 위한 기본적이고 필수적인 이론식이다. 예를 들면, 배플 홀 또는 슬릿의 유량은 그의 홀 사이즈의 4제곱에 비례하고, 슬릿 폭의 3제곱에 비례하며, 플레이트 두께에 반비례하고, 경로 상측의 압력과 경로 하측의 압력 사이의 차의 제곱에 비례한다. 원주방향으로 균일 배기를 위한 경로의 형상은 덕트 내부 압력의 변화에 근거하여 결정되며, 상기 덕트 내부 압력은 덕트내 하측의 가스 유량의 증가에 따라 광범위하게 변한다. 그러나, 3개의 인수, 즉 경로의 형상, 유량 및 압력을 결정하기 위해서는 고도의 해석학적 기법이 요구된다.
상기 조건하에서, 최적 형상을 갖는 5가지 형태의 배플 플레이트가 새로이 도입된 이론식에 근거하여 설계되고 제조되었다. 그 후, 이들 배플 플레이트는 균일 배기를 얻기 위해 단일 웨이퍼 처리 장치상에 장착되었다. 5가지 형태는 ① 균일 배기를 얻기 위해 가변 간격으로 배치된 배플 홀을 갖는 균일 사이즈, 균일 두께의 다공성 배플 플레이트; ② 균일 배기를 위해 가변 홀 사이즈를 갖는 배플 홀을 구비하는 균일 간격, 균일 두께의 다공성 배플 플레이트; ③ 균일 배기를 위해 두께가 변하는 균일 사이즈, 균일 간격의 다공성 배플 플레이트; ④ 균일 배기를 위해 가변 폭을 갖는 슬릿을 구비하는 균일 두께의 슬릿형 배플 플레이트; 및 ⑤ 균일 배기를 위해 두께가 변하는 균일 폭의 슬릿 배플 플레이트를 포함한다.
상기 배플 플레이트 사이에서, 처리하기 가장 쉬운 것은 가변 간격으로 배치된 배플 홀을 갖는 상기 ①번 배플 플레이트이다. 이러한 구조체는 동일 직경의 절단 블레이드를 사용해 원주방향으로 상이한 각도를 갖는 홀을 형성함으로써 쉽게 달성될 수 있다. 이러한 방법에 있어서, 균일한 배기는 저렴한 비용으로 달성될 수 있다. 반면에, 가변 홀 사이즈를 갖는 배플 홀을 구비하는 상기 ②번 배플 플레이트의 경우, 상이한 직경을 갖는 다수의 절단 블레이드를 준비할 필요가 있다. 반면에, 원주방향으로 두께가 변하는 상기 ③번 및 ⑤번 배플 플레이트는 비교적 제조가 용이하다. 그러나, 폭이 변하는 슬릿을 갖는 상기 ④번 배플 플레이트의 제조는 그렇게 쉽지 않다. 제조시 각종 여러움에도 불구하고, 최적화된 배플 플레이트는 동일한 균일 배기를 가지며, 단일 웨이퍼 처리실내에 효과적으로 사용될 수 있다.
상기 ④번 배플 플레이트에 있어서, 슬릿은 배기를 위해 형성되었고, 슬릿의 폭은 유체역학적으로 최적한 방법으로 연속적으로 변하며, 따라서 가장 작은 필요 압력 손실이 균일 배기동안 얻어질 수 있다. 반면에, 다공성 배플 플레이트는 비교적 큰 차압을 필요로 하며, 가스 처리실내의 압력은 불필요하게 상승한다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 본 발명의 실시예는 새로운 설계 방법에 의해 단일 웨이퍼 처리실에서 균일 배기를 할 수 있는 다공성 배플 플레이트 및 슬릿형 배플 플레이트를 제공한다. 또한, 본 발명의 실시예는 상기 배플 플레이트들 중 하나를 구비하는 가스 처리 장치를 제공한다. 이러한 가스 처리 장치는 에칭 장치, 플라즈마 장치 및 열적 CVD(화학적 증기 증착) 장치와 같은 장치들중 하나에 적용될 수도 있다.
하기에 있어서, 본 발명의 기본적인 이론 공식이 상술된다. 사이드드래프트 배기 구조체를 갖는 단일 웨이퍼 처리 장치에 있어서, 가스는 웨이퍼(1)의 표면으로부터 웨이퍼(1) 둘레의 배플 홀(7)을 통해 배기 덕트(5)로 유입된다. 배기 덕트(5) 내측 둘레의 절반을 지난 후, 가스는 가스 처리실의 측벽에 배치된 배기 파이프(11)의 연결 구멍에 다다른다. 여기서, 각 배플 홀(7)에서의 유량은 배기 덕트(5)의 내부 압력과 챔버내의 압력 사이의 차에 의해 결정된다. 이러한 관계는 점성 유동이 유체 경로를 관통하는 경우 유량과 압력차 사이에 적용되는 하겐-포아쥬 식으로 표현될 수 있다.
Figure 112002019396183-pct00001
여기서, D는 유체 경로의 내경[m]을 나타내고, L은 내경 D를 갖는 유체 경로의 길이[m]를 나타내며,
Figure 112002019396183-pct00002
는 길이 L의 하류측에서 압력에 대한 차압[㎩]을 나타내고, μ는 가스의 점성[㎩·sec]을 나타내며, u는 가스의 유동 속도[m/sec]를 나타낸다.
압력에 따른 체적의 변화가 중요시 되기 때문에, 하기에 상술된 바와 같은 질량 속도 G[㎏/m2/sec]를 이용하는 방정식이 얻어질 수 있다.
하겐-포아쥬 식은 기본적으로 점성 유체의 층류 유동이 원형 덕트내의 유체 경로를 통과할 때 발생되는 유압 손실에 대한 관련 표현이다. 유체가 순환적이 아닌 경우, 동일한 관련 표현을 얻기 위해 원의 직경 대신에, 등가 직경(equivalent diameter)이라 불리우는 대표 사이즈(representative size)가 사용된다. 화공학회(Chemical Engineering Society)에 의해 편찬되었으며, 마루젠(Maruzen)에 의해 출판된 "화학 공학자의 핸드북(제 5 판)"에 따르면, 등가 직경은 수력 반경(hydraulic radius)에 4를 곱함으로써 얻어지는 값이다. 수력 반경은 경로의 단면적을 상기 경로의 단면상의 유체에 인접한 원주로 나눔으로써 얻어진다. 하기에서, 유체 경로의 단면은 설명을 쉽게 하기 위해 원형이지만, 유체 경로의 단면이 원형이 아닌 경우 등가 직경을 사용함으로써 동일한 효과가 달성될 수 있다.
하겐-포아쥬 식이 적용되는 범위의 층류 유동 영역에 대해, 본 발명이 사용되는 장치내의 가스 유동의 레이놀즈수는 100 또는 그 이하로 적용된다. 레이놀즈수가 2000 또는 그 이하인 경우, 일반적으로 층류 유동을 유지시킬 수 있다. 가해지는 압력 범위에 대해, 20㎩ 또는 그 이상의 압력은 점성 유동을 얻기에 충분해야 한다. 저압이더라도, 유체 경로의 직경이 가스 분자의 평균 자유 경로보다 20배 또는 그 이상인 이상, 10㎩은 실제적인 사용에 충분해야 한다.
20㎩, 200℃에서 질소 분자의 평균 자유 경로는 약 500㎛이며, 이는 하기의 실시예에서 덕트의 등가 직경 27㎜와 비교하여 충분히 작음을 알아야 한다. 배플 홀의 경로의 직경은 덕트의 직경보다 작지만, 덕트의 경로는 배플 경로보다 길다. 결과적으로, 평균 자유 경로는 보다 작아야 한다. 예를 들면, 93.3㎩에서 평균 자유 경로는 약 100㎛이어야 한다. 따라서, 하기의 수학식 2가 실제적인 사용에서 유지되어야 한다.
Figure 112002019396183-pct00003
Figure 112002019396183-pct00004
는 기준점에서 압력[㎩]을 나타내고, R은 가스 상수(8.3143[㎡ ㎏/mol/sec2])를 나타내며, T는 온도[K]를 나타내고, M은 분자 중량[㎏/mol]을 나타낸다.
도 2는 배기 덕트내의 가스 유동 및 차압을 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 숫자 i = 1, 2, 3, ... 은 배기 덕트의 최하측으로부터 배플 홀에 할당되었다. 여기서, 홀 사이즈(Di), 구멍 길이(Li), 덕트 내부 압력(Pi), 가스 유량(Fi), 처리 챔버 압력(
Figure 112004016983319-pct00005
)과 덕트 내부 압력(
Figure 112004016983319-pct00006
) 사이의 차압(
Figure 112004016983319-pct00007
), 배기 가스의 유체 경로에 인접한 홀 아래의 덕트 내부 압력(
Figure 112004016983319-pct00008
)과 덕트 내부 압력(Pi) 사이의 차압(압력 변화)(
Figure 112004016983319-pct00009
), 덕트의 등가 직경(DH), 및 i번째 홀에서 i+1번째 홀까지 덕트 경로의 길이(Li+1,i) 사이의 관계는 하기의 수학식으로 표현된다. 여기서, 덕트 경로의 단면이 원형이 아닌 경우, 예를 들면 단면이 장측(a)과 단측(b)을 갖는 직사각형인 경우, 덕트의 등가 직경은 2ab/(a+b)이다.
Figure 112002019396183-pct00010
Figure 112002019396183-pct00011
Figure 112002019396183-pct00012
P1을 나타내는 수학식 5는 홀 가스 유량(Fi) 및 질량 속도(Gi)를 나타내는 수학식 6에 의해 수학식 7로 변환될 수 있다.
Figure 112002019396183-pct00013
Figure 112002019396183-pct00014
δ[= 64μRT(1E-6/60)(1/0.0224))]로 대체하면, 수학식 7은 하기의 수학식 8로 다시 변환될 수 있다.
Figure 112002019396183-pct00015
상기 수학식 8로부터, 각 홀의 유량(Fi)은 덕트 내부 압력(Pi), 내경(Di), 및 홀 길이(Li)의 함수로서 하기의 수학식 9로 표현될 수 있다.
Figure 112002019396183-pct00016
반면에, 덕트 내부 압력(Pi)은 하기의 수학식 10에 하류측 압력과 차압의 곱으로서 표시된다.
Figure 112002019396183-pct00017
덕트에서 2개의 이웃하는 홀의 내측 차압은 하기의 수학식 11로 표시된다.
Figure 112002019396183-pct00018
상기 수학식 10 및 11에서 수학식 8을 치환함으로써, 하기의 수학식 12가 얻 어질 수 있다.
Figure 112002019396183-pct00019
수학식 11 및 12로부터, 하기의 수학식 13이 얻어진다.
Figure 112002019396183-pct00020
수학식 13으로부터, 하기의 수학식 14가 얻어진다.
Figure 112002019396183-pct00021
여기서, 수학식 14의 Fi,i-1는 i번째 홀에 인접한 덕트의 단면에서 가스 유량이며, 하기의 수학식 15로 표현된다.
Figure 112002019396183-pct00022
수학식 15는 수학식 14에서 치환되어 하기의 수학식 16을 얻으며, 수학식 16은 i번째 홀의 하측에 위치된 홀의 유량에 의해 i번째 홀 아래측의 덕트 내부 압력(Pi)을 표시한다.
Figure 112002019396183-pct00023
상기의 수학식으로부터, 소망의 배기 유량은 하류측으로부터 시작하는 각 홀에 대해 결정될 수 있다. 이러한 방법에 의해, 각 홀의 가스 유량은 검출될 수 있으며, 따라서 다공성 배플 플레이트의 균일성이 검출될 수 있다.
이러한 기술을 사용해, 종래의 배플 플레이트에 의한 배기 유량의 균일성은 비교 목적을 위해 계산되었다. 홀의 개수, 홀 사이즈, 홀 간격, 및 플레이트 두께가 알려져 있다면, 다공성 배플 플레이트의 배기 유량의 균일성은 하기와 같이 결정된다. 첫째, 제 1 홀 아래의 덕트 내부 압력(P1)이 추정되고, 유량(F1)은 제 1 홀의 덕트 내부 압력(P1)과 홀 사이즈(D1)로부터 결정된다. 그런 후, 제 2 홀의 유량(F2)과 내부 압력(P2)이 계산되고, 모든 나머지 홀의 유량은 차례로 계산된다. 제 1 홀의 덕트 내부 압력(P1)은 모든 홀의 전체 배기 유량이 처리의 유량(F0)[sccm]과 같아지도록 결정되어야 한다. 이러한 계산은 스프레드시트 소프트웨어(spreadsheet software)를 사용해 쉽게 이루어져야 한다. 단위[sccm]는 일반적인 상태에서 단위 분당 유동하는 가스의 양(㎤)이다.
본 발명에 따른 관계식에 근거한 배플 플레이트의 형상을 결정하는 기술을 사용하지 않는다면, 시험 배플 플레이트의 유량 변화의 측정을 반복함으로써 만족스러운 형상을 결정하기란 어렵다. 또한, 컴퓨터를 사용하는 유체 시뮬레이션 방법에 의해 배플 플레이트의 형상을 결정하기란 어려운데, 이는 해석적인 바로미터(barometers)없이 형상을 결정하기 위한 너무 많은 변수를 삽입하는 반복 적인 시행 착오 시뮬레이션은 매우 효율적이지 못하기 때문이다.
따라서, 본 발명의 방법에 따르면, 균일 배기를 위해 요구되는 배플의 형상 및 사이즈는 해석적으로 결정될 수 있으며, 그러한 배플은 효과적으로 제조된다.
도 3은 종래의 배플 플레이트의 구조를 도시하며, 도 4는 도 3에 도시된 배플 플레이트(9)가 제공된 가스 처리실(15)의 구조를 도시한다. 여기서, 배기 펌프(P)는 가스 처리 장치를 형성하도록 가스 처리실(15)에 연결된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 배플 플레이트(9)는 동일한 홀 사이즈를 가지며 균일 간격으로 원주상에 형성된 배플 홀(7)이 제공된다. 그러한 구조를 갖는 배플 플레이트(9)가 사용되는 경우, 가스 유도 파이프(17)로부터 샤워 헤드(14)를 통해 웨이퍼(1)로 공급된 가스는 배기 펌프(P)에 연결된 배기 파이프(1)의 연결 구멍 근처의 배플 홀(7)을 통해 배출된다. 결과적으로, 웨이퍼(1)의 원주방향으로의 배출은 열악한 균일성을 갖는다. 반면에, 각 배플 홀(7)의 홀 사이즈가 보다 작게 형성되는 경우, 균일성은 향상될 수 있다. 그러나, 각 배플 홀(7)의 홀 사이즈는 처리 압력의 상한의 관점에서 매우 작게 형성될 수 없다.
균일한 홀 사이즈, 균일한 두께 및 균일한 간격을 갖는 배플 홀이 제공된 종래의 배플 플레이트가 사용되는 경우, 웨이퍼의 원주방향으로의 배기 유량의 균일성은 참조를 위해 표 1에 도시되었다. 표 1에서, "균일성"은 (최대 유량 - 최소 유량)/(최대 유량 + 최소 유량)을 계산함으로써 각 배플 홀의 유량의 최대값과 최소값으로부터 결정될 수 있다. "균일성" 값이 보다 커지는 경우, 배플 홀의 유량은 보다 불균일하게 된다. "균일성" 값이 보다 작아질 때, 배플 홀의 유량은 보다 균일하게 된다.
홀 사이즈 ㎜ 5.0 4.0 3.0 2.5 2.444 2.0 1.0
최소 유량 최대 유량 sccm sccm 2.6 6.9 12.2 14.3 14.5 8.0 0.591 62.0 41.0 26.1 21.5 21.3 9.6 0.598
최대/최소 유량 균일성 % % 23.7 6.0 2.1 1.50 1.47 1.2 1.01 91.9 71.2 36.1 20.1 19.0 9.1 0.6
배기 가장 낮은 덕트 압력 % ㎩ 100 100 100 100 100 51 3.6 85.3 79.9 63.6 27 6.67 6.67 6.67
표 1은 1㎜의 두께를 갖는 다공성 배플 플레이트가 단일 텅스텐 CVD 장치내의 25㎜의 폭, 30㎜의 깊이 및 120㎜의 피치 원 직경을 갖는 배기 덕트상에 위치되는 경우의 데이타를 나타낸다. 균일 홀 사이즈를 갖는 72개의 배플 홀이 매 5°의 균일 간격으로 피치 원상에 배치된다. 이러한 장치를 사용하여, 1203 sccm의 전체 배기 유량(F0)을 갖는 CVD 처리 가스가 처리된다. 배플 홀 홀 사이즈는 5㎜, 4㎜, 3㎜, 2.5㎜, 2.444㎜, 2㎜, 및 1㎜이며, 계산된 값은 각 홀 사이즈에 대해 도시된다. 처리 조건하에서, 챔버내의 배플 홀(7)의 상류측에서의 압력(0P)은 93.3㎩이고, 온도(T)는 520℃이며, 가스의 평균 분자 중량은 0.0596 ㎏/mol이고, 점성(μ)은 3.625E-5㎩·sec이며, 배기 출구의 흡입 압력의 한계는 6.67㎩이다.
표 1에 도시된 바와 같이, 각기 3㎜의 홀 사이즈를 갖는 비교적 작은 배플 홀에 대해서, 배기 유량은 가장 작게는 12.2 sccm이고 가장 크게는 26.1 sccm이다. (최대 유량 - 최소 유량)/(최대 유량 + 최소 유량)을 계산함으로써 얻어진 배기 균일성은 36.1%이며, 이는 작은 값이다. 최대 유량은 배기 출구에 가장 근접한 배플 홀에서 얻어진다. 배기 출구에 가장 가까운 배플 홀 바로 아래의 덕트 내부 압력은 가장 작게는 63.6㎩이며, 93.3㎩의 챔버 압력과의 차압은 29.7㎩이고, 이는 가장 크다. 배기 출구로부터 먼 위치에서 덕트 내부 압력이 커짐에 따라, 챔버 내부 압력과의 차압은 그 위치에서 낮게 된다. 따라서, 배기 유량은 배기 파이프(11)의 연결 구멍에서 가장 먼 위치에서 가장 낮게 된다.
표 1에 도시된 바와 같이, 배기 균일성은 보다 큰 홀 사이즈에 대해 점점 나빠진다. 반면에, 배기 균일성은 보다 작은 홀 사이즈에 대해 향상된다. 그러나, 작은 홀 사이즈에 대해, 덕트 내부 압력을 감소시킬 필요가 있는데, 이는 작은 홀 사이즈에 대해 소정의 유량으로 가스를 배기시키기 위해서 큰 차압이 필요하기 때문이다. 본 실시예에 있어서, 2.444㎜의 홀 사이즈에 대한 균일성 값은 19.0%의 균일값을 유지시킬 수 있다. 2.0㎜ 및 1.0㎜의 보다 작은 홀 사이즈에 대해, 배기는 너무 낮게 된다. 예를 들면, 2.0㎜의 홀 사이즈에 대해 동일 챔버 압력을 유지하기 위해, 배기 가스 유량은 51%로 감소될 필요가 있다.
하기에서, 5가지 유형의 적절한 배플 플레이트가 상술된다.
[제 1 실시예]
본 발명의 제 1 실시예에 있어서, 다공성 배플 플레이트는 배플 홀 사이의 가변 피치에 대해 균일 배기를 위해 균일한 홀 사이즈 및 균일한 두께를 갖는다.
본 실시예의 다공성 배플 플레이트는 각기 동일한 홀 사이즈를 갖는 배플 홀을 구비한다. 그러나, 배플 홀 사이의 간격은 원주방향으로 균일한 평균 배기 유량을 유지하도록 변한다.
도 5는 제 1 실시예의 배플 플레이트(21)에 형성된 배플 홀(23)의 배치를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 배기 파이프의 연결 구멍에 가까운 하류측에 있는 각 2개의 배플 홀(23) 사이의 간격은 과도한 흡입 차압에 따른 각 배플 홀의 배기 유량의 증가를 고려해 상류측에서 보다 넓다. 원주상에 균일한 평균 배기 유량을 만들기 위해 필요한 홀 간격의 배치는 하기와 같다. i번째 홀의 원주 각도에서의 위치는 θi도 이며, 배기 파이프의 연결 구멍은 도 5에 도시된 바와 같이 원점이다. 하기의 상세한 설명에 있어서, 제 1 홀(h1)은 배기 구멍과 동일한 원주 각도, 즉 θi=0°에 위치된다. 그러나, 본 실시예의 배치는 다른 상황에서 사용될 수 있다. i번째 홀을 관통하는 배기 가스의 유량은 Fi[sccm]이며, i번째 홀 아래의 덕트 내부 압력은 Pi[㎩]이다. 등가 직경은 DH[m]이고, 배플 플레이트의 두께는 L0[m]이며, 홀의 피치 원(19)의 반경은 r[m]이고, 전체 배기 유량은 F0[sccm]이며, 처리실의 압력은 0P[㎩]이다. i번째 홀에 있는 원주 각도 영역의 각도는 ±αi 도이다. 여기서, 하기의 수학식이 얻어진다.
Figure 112002019396183-pct00024
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Figure 112002019396183-pct00030
Figure 112002019396183-pct00031
일반적으로, i는 2보다 크며, 하기의 수학식이 얻어진다.
Figure 112002019396183-pct00032
Figure 112002019396183-pct00033
Figure 112002019396183-pct00034
Figure 112002019396183-pct00035
제 1 홀(h1) 아래의 덕트 내부 압력(P1)에 대한 제 1 홀(h1)의 유량(Fi)은 결정되며, 제 1 홀(h1)의 배기 영역의 일 측면상의 각도(α1)는 유량(F1)에 근거한다. 제 2 홀(h2)의 각도 위치(θ2)는 유량(F1)과 각도(α2)에 근거하여 계산되며, 제 2 홀(h2)의 유량(F2)은 각도 위치(θ2)와 각도(α1)로부터 결정된다. 그런 후, 각도(α2)는 유량(F2)으로부터 얻어진다. 제 2 홀(h2)의 덕트 내부 압력(P2)은 이들 3개 요소의 함수로서 계산된다. 제 3 홀 및 나머지 홀들에 대해서, 단위 원주 각도에 대해 균일 배기 유량이 주어지는 모든 배기 홀의 각도 위치의 변화를 결정하기 위해 동일한 계산이 수행된다. 얻어진 전체 유량이 처리 가스 유량의 조건을 만족시키도록 초기 압력(P1)은 변환된다. 따라서, 각 홀의 각도 위치(θi)의 변화가 구해질 수 있다.
도 6은 제 1 실시예의 배플 플레이트(21)를 도시하는 도면으로서, 배플 홀(23)은 상기 방법에 의해 얻어진 각도 위치(θ1)에 형성된다.
제 1 홀(h1) 또는 n번째 홀(hn)이 피치 원(19)상의 0°와 180°사이의 직선 상에 위치되는 경우, 이후에 상술될 계수 c1 또는 cn는 2이다. 제 1 홀(h1) 또는 n번째 홀(hn)이 상기 직선상에 위치되지 않는 경우, 이후에 상술될 계수 c1 또는 cn는 1이다. 홀의 전체 개수(m)는 72개 이고 계수 c1 또는 cn가 2인 경우, n은 37×{(m+2)/2}로 결정된다. 전체 배기 유량(F0)은 하기와 같이 결정된다.
Figure 112002019396183-pct00036
하기에는, 균일 배기를 얻기 위해 가변 간격으로 배치된 배플 홀을 갖는 배플 플레이트(21)의 제 8 실시예가 상술된다.
(표준 조건)
도 3에 도시된 종래의 배플 플레이트와 동일한 처리 조건하에서, 균일 배기 시험은 피치 원(19)상에 최적 간격으로 배치된 배플 홀을 갖는 배플 플레이트(21)에 대해 실시되었다. 홀 사이즈는 2.5㎜, 3㎜, 4㎜ 및 5㎜이다. 홀의 개수는 72개이다. 표 2는 각 홀의 0°에서 180°사이의 홀 사이즈와 최적 변화 사이의 관계를 도시한다.
각도 홀 사이즈 홀 번호 홀 사이즈
홀 번호 2.5㎜ 3.0㎜ 4㎜ 5㎜ 각도 2.5㎜ 3.0㎜ 4㎜ 5㎜
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 0.0 6.6 13.0 19.3 25.4 31.4 37.3 43.0 48.7 54.2 59.6 64.9 70.2 75.3 80.4 85.4 90.3 95.1 99.9 0.0 8.4 16.5 24.1 31.3 38.3 44.9 51.3 57.4 63.3 69.0 74.5 79.9 85.0 90.0 94.9 99.7 104.3 108.8 0.0 16.6 30.7 43.0 53.7 63.2 71.6 79.2 86.1 92.4 98.2 103.6 108.5 113.1 117.5 121.6 125.4 129.1 132.6 0.0 32.9 55.9 73.0 86.2 96.7 105.3 112.6 118.7 124.1 128.7 132.8 136.5 139.9 142.9 145.7 148.2 150.6 152.8 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 104.7 109.4 114.0 118.6 123.2 127.7 132.1 136.6 141.0 145.4 149.8 154.1 158.5 162.8 167.1 171.4 175.7 180.0 113.3 117.6 121.9 126.1 130.2 134.3 138.3 142.2 146.1 150.0 153.8 157.6 161.4 165.1 168.9 172.6 176.3 180.0 135.9 139.1 142.1 145.1 147.9 150.7 153.4 156.0 158.8 161.1 163.5 166.0 168.3 170.7 173.0 175.4 177.7 180.0 154.9 156.8 158.7 160.4 162.1 163.7 165.2 166.7 168.2 169.6 171.0 172.3 173.6 174.9 176.2 177.5 178.7 180.0
표 2에 나타내진 바와 같이, 제 1 홀(h1)과 제 2 홀(h2) 사이의 간격은 각 홀 사이즈에 대해 가장 큰 반면, 36번째 홀과 180°상의 37번째 홀 사이의 간격은 가장 작게 된다. 표 3은 가변 홀 간격을 갖는 배플 플레이트의 균일성과 처리 조건 사이의 관계를 나타낸다.
Figure 112002019396183-pct00037
표 3에 도시된 흡입 차압은 각 배플 홀(23)에서 처리실의 내부 압력과 배기 덕트의 내부 압력 사이의 차이를 나타낸다.
표 2에서 3㎜ 홀 사이즈의 경우는 표 3에서 칼럼 1-1에 대응한다. 칼럼 1-1의 경우에 있어서, 배플 홀(23) 사이의 최대 간격[제 1 홀(h1)과 제 2 홀(h2) 사이임]은 8.4도 이며, 최소 간격[36번째 홀과 37번째 홀 사이임]은 3.7도 이다. 최대 유량은 제 1 홀(h1)에서 29 sccm이고, 최소 유량은 37번째 홀에서 12.4 sccm이다. 배플 홀(23)의 유량을 각 배플 홀(23)에 대한 배기 영역의 각도(2α1 및 2α37)로 나눔으로써 얻어진 값은 표 3에서 칼럼 1-1으로 표시된 1도당 유량과 동등하다. 상기 값은 둘다 3.342 sccm이다. 나머지 위치에서 나머지 배플 홀(23)에 대해, 각 홀의 배기 가스의 유량은 배기 영역의 각도로 나누어지며, 단위 원주 각도당 평균 배기 유량은 동일하다. 따라서, 균일성 값은 0%이다.
배플 홀(23)의 위치는 원주 각도로 0°에서 180°의 범위로 도시되며, 배기 파이프(11)의 연결 구멍의 위치는 원점이다. 피치 원(19)상의 72개 홀중 제 1 홀(h1)은 0°에 위치되며, 37번째 홀은 180°에 위치된다. 제 2 홀(h2)에서 36번째 홀은 표 3에 도시된 각도로 위치되지만, 38번째 홀에서 72번째 홀은 원점의 대향측상의 원주상에 위치되고, 0°와 180°사이의 선에 대해 제 2 홀(h2)에서 36번째 홀의 위치와 대칭적으로 배치된다.
또한, 표 3의 칼럼 1-1의 경우, 제 1 홀(h1) 바로 아래의 덕트 내부 압력은 59.4㎩이며, 이는 표 1에 도시된 3㎜의 홀 사이즈의 경우 63.6㎩의 가장 낮은 덕트 내부 압력보다 약간 낮다. 그러나, 도 1에 도시된 종래의 배플 플레이트(9)에서 배플 홀(7) 사이의 간격은 균일하다. 반면에, 본 실시예의 배플 플레이트(21)에서 배플 홀(23) 사이의 간격은 표 3의 칼럼 1-1에 도시된 바와 같이 3.7도에서 8.4도까지의 범위에서 변하며, 따라서 단위 원주 각도당 배기 유량의 변화는 균등하게 된다. 결과적으로, 균일성은 0%에 근접한다. 이것은 표 1에 도시된 종래의 배플 플레이트와 비교하여 균일성이 극적으로 향상됨을 입증한다.
(압력 변화의 영향)
제 1 실시예의 배플 플레이트(21)를 사용하는 경우, 챔버 내측 압력이 변하더라도 배기 가스는 원주방향으로 균일하게 분포될 수 있다. 표 3의 칼럼 1-1에 도시된 것과 동일한 처리 조건하에서, 챔버 내부 압력이 133.3㎩인 것을 제외하고는, 각기 3㎜의 홀 사이즈를 갖는 72개의 배플 홀의 위치는 챔버로부터의 배기가 원주방향으로 균일하게 분포되도록 결정된다. 이의 결과는 표 3의 칼럼 1-2에 도시된 바와 같이, 표 2에 도시된 3㎜의 홀 사이즈의 경우의 값과 정확하게 동일하다. 따라서, 가스 처리실의 내부 압력이 균일 배기를 위한 최적 홀 간격에 악영향을 미치지 않음을 입증한다.
제 1 홀(h1) 바로 아래의 가장 낮은 배기 압력은 112.2㎩로 조절될 필요가 있는데, 이는 가장 낮은 배기 압력이 표 3의 칼럼 1-1의 챔버 압력보다 높은 챔버 압력에 대응하여야 하기 때문이다. 따라서, 처리실의 내부 압력은 133.3㎩로 유지된다.
(유량 변화의 영향)
표 3의 칼럼 1-1에 표시된 배플 플레이트를 사용하는 경우, 원주방향으로의 배기 유량의 변화는 균일하게 될 수 있다. 표 3의 칼럼 1-1과 동일한 처리 조건하에서, 배기 가스의 전체 유량이 601.5 sccm인 것을 제외하고는, 표 3의 칼럼 1-1에서 전체 유량의 절반이며, 균일 배기를 위해 요구되는 배플 홀의 위치는 결정된다. 이의 결과는 표 3의 칼럼 1-3에 도시된 바와 같이, 표 2에 도시된 3㎜의 홀 사이즈의 경우에서의 값과 정확히 동일하다. 따라서, 처리 가스의 유량이 균일 배기를 위한 최적 홀 간격에 악영향을 미치지 않음이 입증되었다. 그러나, 배기 유량이 표 3의 칼럼 1-1에서보다 낮도록 조절되도록 제 1 홀(h1) 바로 아래의 가장 낮은 배기 압력은 78.2㎩로 조절될 필요가 있다. 이렇게 함으로써, 배기 가스는 원주방향으로 균일하게 분포될 수 있는 반면, 챔버 내부 압력은 93.3㎩로 유지된다. 단위 원주 각도당 배기 유량은 처리 가스의 양이 감소됨에 따라 감소된다. 그러나, 단위 원주 각도당 배기 유량은 홀의 위치에 관계없이 1.671 sccm의 일정한 값임이 밝혀졌다.
(온도 변화의 영향)
표 3의 칼럼 1-1에 도시된 배플 플레이트를 사용하는 경우, 처리 온도가 변할지라도, 배기 유량의 변화는 원주방향으로 균일하게 될 수 있다. 처리 가스 온도가 600℃인 것을 제외하고는, 표 3의 칼럼 1-1과 동일한 처리 조건하에서, 균일 배기를 위해 요구되는 배플 홀의 위치는 결정된다. 이의 결과는 표 3의 칼럼 1-4에 도시된 바와 같이, 표 2에 도시된 3㎜의 홀 사이즈의 경우와 정확히 동일한 값이다. 따라서, 처리 가스 온도는 균일 배기를 위한 최적 홀 간격에 악영향을 미치지 않음이 입증되었다.
표 3의 칼럼 1-1보다 높은 온도로 인해 증가된 배기 유량을 조절하기 위해서, 제 1 홀(h1) 바로 아래의 가장 낮은 배기 압력은 54.8㎩로 조절될 필요가 있다. 그렇게 함으로서, 배기 가스는 원주방향으로 균일하게 분포될 수 있는 반면, 챔버 내부 압력은 93.3㎩로 유지된다.
(점도 변화의 영향)
표 3의 칼럼 1-1에 도시된 배플 플레이트를 사용하는 경우, 가스 점도가 변할지라도 배기 가스는 원주방향으로 균일하게 분포될 수 있음이 밝혀졌다. 가스 점도가 5.44E-5㎩·s인 것을 제외하고는 표 3의 칼럼 1-1에 도시된 것과 동일한 처리 조건하에서, 가스 점도는 표 3의 칼럼 1-1의 것보다 1.5배 이상 크며, 챔버로부터의 배기가 각기 3㎜의 홀 사이즈를 갖는 72개의 배플 홀에 의해 원주방향으로 균일하게 분포될 수 있도록 배플 홀의 위치는 다시 결정된다. 이의 결과는 표 3의 칼럼 1-5에 도시된 바와 같이, 표 2에서 3㎜의 홀 사이즈의 경우에서의 값과 정확히 동일하다. 따라서, 처리 가스 점도는 균일 배기를 위한 최적 간격에 악영향을 미치지 않음이 입증되었다.
그러나, 표 3의 칼럼 1-1의 것보다 높은 증가된 가스 점도를 조절하기 위해서, 제 1 홀(h1) 바로 아래의 가장 낮은 배기 압력은 30.5㎩로 조절될 필요가 있다. 그렇게 함으로써, 배기 가스는 원주방향으로 균일하게 분포될 수 있는 반면, 챔버 내부 압력은 93.3㎩로 유지된다.
(홀 사이즈 변화의 영향)
표 4는 가변 홀 간격을 갖는 배플 플레이트의 균일성과 유체 경로의 조건 사이의 관계를 나타낸다.
Figure 112002019396183-pct00038
배플 플레이트가 각기 3㎜ 대신에, 2.5㎜의 홀 사이즈를 갖는 72개의 홀을 구비하는 경우, 원주방향으로 균일 배기를 위해 필요한 배플 홀의 위치가 결정된다. 이의 결과는 표 4의 칼럼 1-6에 도시되어 있다. 배플 홀의 각도 위치는 표 2에 2.5㎜의 홀 사이즈의 칼럼에 도시되어 있다.
3㎜의 홀 사이즈의 경우와 비교하여, 2.5㎜ 홀 사이즈 홀의 홀 간격은 보다 높은 균일성을 나타낸다. 제 1 홀(h1) 바로 아래의 덕트내의 흡입 차압이 표 4의 칼럼 1-6에서 20.4㎩로 감소되기 때문에, 챔버 압력과 덕트 내부 압력 사이의 차압은 보다 작은 홀 사이즈에 대한 보다 큰 유체 마찰 저항에 기인한다. 따라서, 각 홀에서의 차압은 더욱 커진다. 결과적으로, 원주방향으로 덕트 내부 압력의 변화의 영향은 비교적 작게되며, 홀 위치 사이의 흡입 차압에 따른 배기 유량에 있어서의 차이는 더욱 작아진다. 따라서, 홀 사이의 간격은 보다 균일성을 나타낸다.
표 2에서, 4㎜ 및 5㎜ 뿐만 아니라, 2.5㎜ 및 3㎜의 홀 사이즈의 경우에 대해 배기의 변화가 도시되었다. 표 2에 따르면, 홀 사이즈가 커짐에 따라, 제 1 홀측상의 홀 간격은 더욱 길어지는 반면, 180°측상의 홀 간격은 더욱 짧아진다. 그러나, 각 홀 사이즈는 홀 간격보다 작아져야만 하는 것은 자명하다.
(덕트 등가 직경에서의 변화의 영향)
배기 덕트의 등가 직경이 27.3㎜에서 34.3㎜로 확대되는 것을 제외하고는, 표 3의 칼럼 1-1에서와 같이 동일 홀 사이즈에 대해 동일 개수의 홀을 갖는 배플 플레이트를 사용하는 경우, 동일 유량, 동일 압력 및 동일 온도의 배기 가스의 균일 배기가 원주방향으로 얻어질 수 있도록 배플 홀의 위치는 다시 결정된다. 이의 결과는 표 4의 칼럼 1-7에 나타내져 있다.
보다 넓은 덕트에서 유체 마찰 저항이 보다 작기 때문에, 챔버에서 덕트로 가스를 인출하기 위해 요구되는 차압은 보다 균일하게 된다. 결과적으로, 원주방향으로 단위 각도당 균일 배기를 얻기 위한 배플 홀 사이의 간격은 표 3의 칼럼 1-1의 경우보다 균일하게 된다.
(홀 번호에 있어서의 변화의 영향)
배플 홀의 개수가 72개 대신에 47개인 것을 제외하고는 표 3의 칼럼 1-1과 동일한 조건하에서, 원주방향으로 균일 배기를 얻기 위해 요구되는 배플 홀의 위치가 결정된다. 이의 결과는 표 4의 칼럼 1-8에 나타내진다. 배플 홀의 각도 위치는 지금까지 상술된 것과 동일한 방법으로 결정될 수 있다.
홀의 개수가 감소됨에 따라, 최대 홀 간격과 최소 홀 간격 양자는 증가하고, 각 홀의 유량은 보다 커진다. 그러나, 홀의 위치에 상관없이, 단위 원주 각도당 배기 유량은 3.342 sccm으로 일정하다. 이러한 사실로부터, 홀 간격을 변화시킴으로써 균일 배기를 얻는 기술은 홀의 개수가 변하는 경우에 대해서도 적용될 수 있음이 명백하다.
[제 2 실시예]
본 발명의 제 2 실시예는 다공성 배플 플레이트가 균일 간격으로 배치되고 균일 배기를 얻기 위해 상이한 홀 사이즈를 갖는 배플 홀을 구비하는 경우를 나타낸다. 이러한 다공성 배플 플레이트에 있어서, 홀 간격과 두께는 균일하지만, 균일 배기 유량이 원주방향으로 얻어질 수 있도록 홀 사이즈는 변한다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예의 배플 플레이트의 구조를 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 홀 사이즈는 과도한 흡입 차압으로 인한 각 홀의 배기 유량의 증가를 제한하기 위해 배기 파이프(11)의 연결 구멍 근처인 하류측상에서 더욱 작다. 균일 유량을 얻기 위해, 홀 사이즈는 하기의 방법으로 설계된다.
균일 간격으로 피치 원(19)상에 배치되는 m개의 배플 홀(27)의 최적 홀 사이즈 변화를 결정하는 방법이 상술된다. 홀당 배기 유량은 평균 유량, 즉 Fm=F0/m 이다. 최하류측에 위치된 홀의 홀 사이즈(D1)는 최소 설계 홀 사이즈로서 임의로 주어지며, 따라서 나머지 홀 사이즈는 하기에 상술된 관계로부터 결정될 수 있다.
제 1 홀의 유량(F1)과 홀 사이즈(D1) 사이의 관계는 하기와 같이 챔버 압력(0P)과 덕트 내부 압력(P1) 사이의 차압[Δ0P1(=0P-P1)]으로 표시될 수 있다.
Figure 112002019396183-pct00039
상기의 수학식 30으로부터, 덕트 내부 압력은 하기의 수학식 31에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112002019396183-pct00040
제 2 홀 바로 아래의 덕트 내부 압력(P2)은 덕트 내부 압력(P1) 곱하기 차압(ΔP2,1)보다 크며, 덕트 길이[Lm(= 2πr/m)]의 거리를 유동하는 가스[F2,1 (= (F0-F1)/2)]의 질량 속도[G2,1 (= F2,1(1E-6/60)(M/0.0224)/((π/4)D H 2))]와의 관계에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112002019396183-pct00041
상기 수학식 32로부터, 균일 유량(Fm)으로서 제 2 홀의 유량(F2)을 갖는 홀 사이즈(D2)가 얻어질 수 있다. 나머지 배플 홀에 대해, 홀 사이즈는 동일한 방법으로 결정된다.
Figure 112002019396183-pct00042
Figure 112002019396183-pct00043
i번째 홀에 대해서, 하기의 수학식이 구해진다.
Figure 112002019396183-pct00044
Figure 112002019396183-pct00045
Figure 112002019396183-pct00046
Figure 112002019396183-pct00047
그 후, i 및 i-1에 대한 관련 표현인 수학식 36은 수학식 35에 대입되어 하기와 같다.
Figure 112002019396183-pct00048
수학식 39를 정리하면, 하기의 수학식 40이 얻어진다.
Figure 112002019396183-pct00049
홀의 유량이 균일한 경우, 수학식 40의 우변은 1로 된다. 따라서 하기의 수학식이 구해진다.
Figure 112002019396183-pct00050
Figure 112002019396183-pct00051
Figure 112002019396183-pct00052
각 홀의 홀 사이즈가 수학식 43을 만족시킬 경우, 홀의 유량은 명백히 균일하게 된다.
상술한 바와 같이, 균일 간격으로 배치된 배플 홀(27) 각각의 직경은 수학식 43에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 각 배플 홀(27)의 홀 사이즈는 홀의 개수(m), 플레이트 두께(L0), 피치 원 반경(r), 및 덕트 유효 직경(DH)에 의해서만 좌우되며, 전체 유량(F0), 챔버 압력(0P), 온도(T), 및 점도에는 좌우되지 않음이 명백해 진다. 제 1 홀의 직경(D1)은 기준값으로 주어지며, 따라서 전체 유량(F0)에 대한 챔버 압력(0P)을 유지시키기 위한 덕트 내부 압력(P1)은 수학식 31에 의해 계산될 수 있다. 따라서 구해지는 덕트 내부 압력(P1)은 배기 시스템의 압력을 조절하기 위해 중요하다.
표 5는 상이한 직경을 갖는 배플 홀을 구비하는 배기 배플 플레이트(25)에 있어서 흡입 압력과 홀 사이즈 사이의 관계를 나타낸다.
Figure 112002019396183-pct00053
표 5는 표 1에 나타난 데이타를 얻는 처리 조건과 동일한 처리 조건하에서, 피치 원상에 균일한 간격으로 배치되고 다양한 직경을 갖는 배플 홀(27)이 제공된 다공성 배플 플레이트에 관한 것이다. 표 5에는, 배플 플레이트에 형성된 72개 배플 홀 사이의 최대 홀 사이즈 및 최소 홀 사이즈만이 나타내져 있다. 그러나, 나머지 홀들은 수학식 43을 만족시키도록 형성된다.
표 5의 칼럼 2-1 내지 2-6은 배플 홀(27)의 2.3㎜ 내지 3㎜ 범위의 최소 홀 사이즈상에서의 시험 결과를 나타낸다. 이들 결과로부터, 홀당 배기 유량은 홀 사이즈에 상관없이 동일함이 입증되었다.
또한, 홀 사이즈가 보다 작아짐에 따라, 각 배플 홀(27)의 양 측면 사이의 차압은 보다 커지게 된다. 그러나, 표의 칼럼 2-1에서, 최소 홀 사이즈는 2.3㎜인 반면, 최대 홀 사이즈는 단지 2.56㎜이다. 따라서, 홀 사이즈를 광범위하게 변화시킬 필요가 없다. 그러나, 본 경우에 있어서, 제 1 홀의 내부 압력을 7.8㎩로 감소시킬 필요가 있으며, 이는 흡입 압력의 한계인 6.67㎩에 근접한다. 배플 플레이트(25)가 사용되는 경우, 가스 유동 부하는 더이상 증가될 수 없다. 반면에, 표 5의 칼럼 2-6의 경우, 최소 홀 사이즈는 3㎜인 반면, 최대 홀 사이즈는 10.5㎜ 정도 클 필요가 있다. 이 최대 홀 사이즈는 평균 홀 간격(240π/72 = 10.47㎜), 및 홀 사이즈의 상한과 거의 동일하다. 가장 큰 홀 사이즈를 갖는 배플 홀(27) 아래의 덕트 내부 압력은 93.3㎩ 정도로 크며, 이는 처리실의 내부 압력과 등가이다. 또한, 홀 사이즈의 상기 변화는 한계치인데, 이는 균일한 흡입 작동이 가장 큰 홀 사이즈를 갖는 배플 홀(27)을 통해 매우 작은 차압에서 실시되기 때문이다. 이들 시험에 있어서, 홀 사이즈 변화를 갖는 배플 플레이트(25)는 표 5의 칼럼 2-2 내지 2-5에 나타내져 있다. 전술된 바와 같이, 소망의 처리 조건 하에서 균일 배기를 얻기 위해서, 다양한 홀 사이즈 변화는 균일 간격으로 배치된 소망 개수의 배플 홀 및 소망 두께를 갖는 다공성 배플 플레이트에 대해 존재할 수 있다. 이들 변화는 본 발명에 따른 상기 관련식에 의해 쉽게 구현될 수 있다. 또한, 배플 플레이트(25)는 실제 처리 장치의 조건에 대한 최적 홀 사이즈 변화를 갖는다.
표 6은 고정된 홀 사이즈 변화를 갖는 배플 플레이트(25)에서 배기 균일성은 처리 조건에 좌우되지 않음을 나타낸다.
Figure 112002019396183-pct00054
표 6은 처리 조건에 있어서의 변화가 2.6㎜(표 5의 칼럼 2-4에 도시됨)의 최소 홀 사이즈를 갖는 배플 플레이트에서 최적 홀 사이즈 변화에 영향을 미치지 않음을 보여준다. 보다 명확하게, 최소 홀 사이즈를 갖는 배플 홀에서 및 최대 홀 사이즈를 갖는 배플 홀에서의 유량(각 배플 홀에서 배기 유량을 나타냄)은 표 6의 칼럼 2-7에 도시된 바와 같이 93.3㎩ 내지 133.3㎩의 처리 압력의 변화 및 표 6의 칼럼 2-8 내지 2-11에 도시된 바와 같이 600sccm 내지 1800sccm의 유동 부하의 변화를 갖는 제 1 홀 하에서 배기 덕트 내부 압력(Pi)을 간단히 조절함으로써 균일하게 유지될 수 있다.
표 6에서 알 수 있는 바와 같이, 서로 상이한 홀 사이즈를 갖는 배플 홀(27)이 제공된 배플 플레이트(25)는 표 1에 도시된 균일 간격에서 균일 사이즈의 배플 홀을 갖는 배플 플레이트(9)보다 더욱 바람직하다. 표 1에 나타내진 배플 플레이트(9)에 대해, 각 홀 사이즈가 2.444㎜일지라도, 흡입 차압이 배기 용량의 한계에 도달할 수 있도록 커지며, 배기 균일성은 19.0%를 초과할 수 없다. 반면에, 최적 홀 사이즈 변화를 갖는 배플 플레이트(25)에 대해, 균일 배기는 덕트 내부 압력이 조절될 수 있는 범위에서 일정하게 얻어질 수 있다.
배플 홀(27)의 홀 사이즈가 너무 작은 경우, 배플 홀(27)의 차압은 처리중 압력 제어를 위해 사용되는 제어값의 자유도 및 처리 가스 유량을 제한하기 위해 증가한다. 반면에, 각 배플 홀(27)의 홀 사이즈가 너무 작은 경우, 배기 파이프(11)의 연결 구멍으로부터 먼 곳의 덕트내의 내부 압력은 챔버 내부 압력과 실질적으로 동일하게 되어, 소망의 배기를 하게 된다. 따라서, 균일 배기를 억기 위해서는, 최적 홀 사이즈 변화를 갖는 배플 플레이트(25)가 선택될 필요가 있다. 이는 본 발명에 따른 방법에 의해 쉽게 달성될 수 있다.
도 8은 서로 상이한 홀 사이즈를 갖는 배플 홀이 제공된 제 2 실시예의 배플 플레이트(25)의 특성을 도시하는 그래프이다. 그래프는 시뮬레이션의 결과로서, 소정의 원주상의 전체 홀 개수는 72개이고, 홀 간격은 균일하며, 덕트 반경은 120㎜이고, 덕트 섹션의 장측은 30㎜이며, 덕트 섹션의 단측은 24㎜이고, 배플 플레이트의 두께는 1㎜이며, 챔버 압력은 93.3㎩이고, 가스양은 1203sccm이며, 온도는 520℃이고, 평균 분자 중량은 59.6 g/mol이며, 가스 점도는 3.625E-5 ㎩·sec이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 배플 홀(27)(번호 1)이 본 발명의 제 2 실시예의 배플 플레이트(25)의 배기 파이프(11)의 연결 구멍의 바로 위에 형성되는 경우, 홀 사이즈(Di)는 반원을 따라 상류측에 형성된 37번째 배플 홀(27)쪽으로 증가한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 배플 홀(25)에 있어서, 홀 번호에 따른 덕트 내부 압력(Pi)[㎩]의 변화는 홀 사이즈에 따른 변화와 유사하다. 덕트 내부 압력(Pi)[㎩]은 제 1 배플 홀에서 37번째 배플 홀까지 증가한다. 유량(Fi)[sccm]은 도 8에 도시된 바와 같이 홀의 위치에 상관없이 일정하다.
도 9는 도 8에 도시된 경우와 동일한 조건하에서 도 3에 도시된 종래의 배플 플레이트(9)에서 수행된 시뮬레이션의 결과를 도시하는 그래프이다. 배플 플레이트(9)는 균일 홀 사이즈를 갖는 배플 홀(7)을 갖는다. 제 2 실시예의 배플 플레이트(25)와 비교하여, 덕트 내부 압력은 홀 번호에 대해 보다 큰 증가 속도를 갖는다. 첫번째에서 37번째 배플 홀(7)을 관통하여 유동하는 가스의 유량은 홀 번호에 대해 감소하는 함수를 형성한다. 따라서, 유량은 배기 출구에 대응하는 배플 홀의 위치로부터 변하며, 균일 배기는 실현될 수 없다.
도 10은 도 8에 도시된 경우와 동일한 조건하에서 일본 특허 공개 제 1988-141318 호에 개시된 종래의 배플 플레이트에서 수행된 시뮬레이션의 결과를 도시하는 그래프이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 배플 플레이트에 있어서, 배플 홀의 홀 사이즈는 홀 번호, 즉 배기 출구로부터의 거리에 비례한다. 또한 도 10에 도시된 바와 같이, 유량은 20번째 홀 주위의 위치에서 극적으로 변하며, 이는 유량 균일성이 배플 플레이트의 원주방향으로 매우 열악함을 증명한다.
[제 3 실시예]
본 발명의 제 3 실시예는 균일 간격으로 형성된 균일-직경 배플 홀이 제공된 다공성 배플 플레이트이다. 이러한 배플 플레이트에 있어서, 홀 간격과 홀 사이즈는 모두 균일하지만, 홀들의 길이, 즉 플레이트 두께는 원주방향으로 균일 평균 배기 유량을 유지시킬 수 있는 방식으로 변한다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예의 배플 플레이트(29)의 구조를 도시한다. 도 12는 본 실시예의 배플 플레이트(29)가 장착된 가스 처리실의 구조를 도시한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 배플 플레이트(29)는 과도한 흡입 차압으로 인한 홀당 배기 유량에 있어서의 증가를 제한하도록 배기 파이프(11)의 연결 구멍 근처에서 보다 큰 두께를 가지며, 그에 따라 가스 유동에 의해 컨덕턴스를 감소시킨다. 흡 입 차압이 감소하는 가스 유동의 상류측에서, 배플 플레이트(29)는 컨덕턴스를 증가시키기 위해 보다 작은 두께를 가지며, 그에 따라 균일한 배기 유량을 얻는다.
균일 배기 유량을 얻기 위해 요구되는 각 배플 홀(31)의 길이 및 배플 플레이트(29)의 두께는 하기의 방법으로 결정된다.
배플 플레이트(29)의 최적 두께 변화는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 관련 표현에 의해 구해질 수 있으며, i번째 배플 홀(31)의 길이(L0)는 Li이고 홀 사이즈(Di)는 D0이다.
Figure 112002019396183-pct00055
Figure 112002019396183-pct00056
Figure 112002019396183-pct00057
Figure 112002019396183-pct00058
여기서, 상기 수학식 44는 수학식 45에 대입되어 하기의 수학식을 얻게 된다.
Figure 112002019396183-pct00059
배플 홀(31)의 유량이 서로 동일, 즉 Fi-1/Fi=1이고 홀 간격(Lm)이 2πr/m이기 때문에, i번째 배플 홀(31)의 길이(Li)는 하기와 같이 결정될 수 있다.
Figure 112002019396183-pct00060
배기 파이프(11)의 연결 구멍 근처의 피치 원상의 제 1 홀의 각도 위치가 0°이고, 연결 구멍에서 먼 거리의 n번째 홀의 각도 위치가 180°일 경우, 참조부호(n)와 전체 홀 개수(m) 사이의 관계는 n=(m+2)/2로서 표시될 수 있으며, 가장 얇은 n번째 홀의 플레이트 두께(Ln)는 하기와 같이 표시될 수 있다.
Figure 112002019396183-pct00061
L1 및 Ln의 허용가능한 범위가 최소 흡입 압력(P*) 또는 그 보다 커야하기 때문에, 하기의 수학식이 구해진다.
Figure 112002019396183-pct00062
Figure 112002019396183-pct00063
Figure 112002019396183-pct00064
Figure 112002019396183-pct00065
홀 사이즈의 허용가능한 범위는 하기의 수학식으로부터 구해질 수 있으며, 이는 임의로 선택된 Ln을 상기 수학식 54에 대입함으로써 구해진다.
Figure 112002019396183-pct00066
지금까지 상술한 바와 같이, 균일 배기를 실현하기 위한 배플 플레이트의 최적 두께 변화는 수학식 49로부터 결정된다. 그러나, 가장 낮은 흡입 압력(P*)과 챔버 압력(0P)의 한계에 근거하여 수학식 52, 54 및 55의 제한 조건을 사용할 필요가 있다.
이제, 최적 플레이트 두께 변화상에서 배플 홀의 홀 사이즈의 영향은 표 7 및 표 8에 나타내져 있다.
Figure 112002019396183-pct00067
Figure 112002019396183-pct00068
칼럼 번호 3-1 내지 3-5의 배플 플레이트(29)는 각기 균일한 홀 사이즈를 가지며 균일 간격으로 배치된 72개의 배플 홀을 구비하고, 120㎜의 피치 원 반경(r)을 갖는다. 홀 사이즈는 변하며, 시뮬레이션은 균일 배기를 위해 요구되는 최적 두께 변화에서 실시된다. 처리 조건 및 덕트 반경은 도 5에 도시된 경우와 동일하다.
배플 플레이트(29)를 쉽게 처리하기 위해, 배플 플레이트(29)의 최소 두께(Ln)는 1㎜로 설정되고, 배플 홀(31)에 대해 최소 한계 홀 사이즈(D0 > 2.55㎜)는 수학식 55에 의해 구해질 수 있다. 그런 후, 3㎜ 내지 6㎜의 최소 한계 홀 사이즈(D0)의 경우에 대해 시험이 실시된다. 표 7은 칼럼 번호 3-1 내지 3-5에 도시된 경우 가스 유동의 하류측 및 상류측에서 배플 홀(31)에 대응하는 플레이트 두께와, 덕트 내부 압력과, 배플 홀(31)의 양 측면 사이의 차압과, 홀당 가스 유량을 나타낸다.
표 8에서, 각 배플 홀의 플레이트 두께는 칼럼 번호 3-1 내지 3-5로 표시된 경우에서 보다 자세히 나타나있다. 표 8에 따르면, 각 경우의 유량은 배플 홀(31)의 위치에 상관없이 균일하다. 결과적으로, 홀 사이즈가 5㎜보다 큰 위치에서의 변화 속도는 너무도 크며, 따라서 3㎜ 내지 4㎜의 배플 홀 직경을 갖는 배플 플레이트의 두께를 설계하기에 적합하다라고 말할 수 있다.
수학식 50으로부터 명백한 바와 같이, 배플 플레이트(29)의 두께를 조절함으로써 균일 배기를 얻기 위한 상기 방법에 의해, 가스 온도, 압력, 유량 및 점도와 같은 처리 조건에 상관없이 최적 두께가 얻어질 수 있다. 따라서, 상이한 처리 조건하에서 수행된 시뮬레이션의 결과는 생략된다. 배플 홀의 개수가 상이하고 덕트의 등가 직경이 상이한 경우의 다른 시험 결과는 동일한 방법의 전술한 관련 표현에 의해 쉽게 구해질 수 있다. 그러나, 본 발명의 제 3 실시예의 배플 플레이트(29)가 얻어질 수 있는 범위는 수학식 55에 의해 명시된 조건에 의해서 제한됨을 알아야 한다.
[제 4 실시예]
본 발명의 제 4 실시예는 균일 배기를 얻기 위한 다양한 폭을 갖는 슬릿(배플 슬릿)이 제공된 슬릿형 배플 플레이트에 관한 것이다.
도 13은 제 4 실시예의 배플 플레이트(33)의 구조를 도시한다. 도 14는 배 플 플레이트가 장착되는 가스 처리실의 구조를 도시한다. 배플 플레이트는 다공형 형태이고, 컨덕턴스는 균일 배기를 얻도록 웨이퍼 둘레에 형성된 배플 홀의 간격 및 직경을 변화시킴으로써, 또는 배플 플레이트의 두께를 변화시킴으로써 조절된다. 반면에 본 실시예의 배플 플레이트에 있어서, 웨이퍼(1)의 둘레 영역을 관통하는 배기 슬릿(배플 슬릿)(35)을 통과하는 가스 유동의 컨덕턴스는 조절된다. 슬릿(35)의 폭 및 배플 플레이트(33)의 두께는 원주방향으로 변하게 되며, 그에 따라 원주방향으로 균일 배기를 얻는다.
이 배플 플레이트(33)는 원주방향으로 연속적인 배기를 가능하게 하는 장점이 있다. 따라서, 배플 플레이트(33)는 저압 처리실에서 균일 배기를 실현시키기 위한 낮은 차압 배플(큰 컨덕턴스 배플)로서 적합하다.
다음으로, 슬릿이 제공된 배플 플레이트(33)를 설계하기 위한 이론식이 상술된다. 여기서, 슬릿이 제공된 배플 플레이트의 유체 압력 손실을 구하기 위한 방정식이 분석되고, 배플 플레이트(33)의 최적 슬릿 폭 및 두께 변화를 결정하기 위한 관련 표현이 분석된다.
장측(a)과 단측(b)을 갖는 직사각형 파이프의 단면의 등가 직경(DH)에 따라서, 패닝식의 파이프 직경은 하기의 수학식으로 조정되며, 참조부호(a)는 무한대로 된다.
Figure 112002019396183-pct00070
U는 단면에서의 평균 유동 속도이다.
수학식 57에 있어서, Re는 레이놀즈수를 나타내고, U는 단면에서의 평균 유동 속도를 나타내며, ρ는 유체의 밀도를 나타낸다. 유체 압력 손실 ΔP는 하기와 같이 표현된다.
Figure 112002019396183-pct00071
그런 후, 값 16/3은 수학식 58에서 X로 대체되며, 유체 압력 손실 ΔP는 하기와 같이 표현된다.
Figure 112002019396183-pct00072
반면에, 마찰 손실 계수 f는 24/Re로 표시된다. 압력에 있어서 변화에 기인하여 유량에 대한 공기 팽창의 영향을 고려하여, 하기의 수학식은 전술한 실시예와 동일한 방법으로 얻어진다.
Figure 112002019396183-pct00073
여기서, i는 원주 각도를 나타내고, 배기 파이프의 연결 구멍의 위치는 원점 에 있으며, Δ0P1는 위치 i에서 배기 덕트의 내부 압력 Pi과 챔버 내부 압력 0P 사이의 차압을 나타내고, Li는 위치 i에서 슬릿 플레이트의 두께를 나타내며, bi는 원주 각도 i의 위치에서 슬릿 폭을 나타내고, 0Gi는 챔버에서 대응하는 슬릿의 단위 각도 폭 i를 갖는 영역으로 유동하는 가스의 질량 속도를 나타낸다. 원주 방향으로 균일 배기를 얻기 위해 요구되는 슬릿 폭 및 원주 방향으로 배플 플레이트(33)의 두께 변화를 결정하기 위해서, 하기의 수학식이 제공된다.
배기 덕트(5)의 각도 위치 i+di와 i 사이의 가스 유량과 압력 손실 사이의 관계는 하기와 같이 근사적으로 표현된다.
Figure 112002019396183-pct00074
r(di)(π/180)은 각도 (di)당 배기 덕트(5)의 길이이고, 덕트의 피치 원의 반경은 r이고, Gi+di,i는 각도 위치 (i+di)°와 i°사이의 배기 덕트를 관통하여 유동하는 가스의 질량 유동 속도이다. DH는 배기 덕트(5)의 등가 직경이다.
Δ0Pi와 ΔPi+di 사이의 관계로부터 하기의 수학식이 얻어진다.
Figure 112002019396183-pct00075
상기 수학식 62로부터 하기의 수학식이 얻어진다.
Figure 112002019396183-pct00076
0Gi는 1°각도 위치에서 1°개방 영역당 슬릿을 관통하는 가스의 질량 유량이다. 균일 배기시의 전체 유량은 0F이고, 평균 배기 유량 f는 0F/360 [sccm/deg]이며, 하기의 수학식이 얻어진다.
Figure 112002019396183-pct00077
Fi+di,i는 i°와 i+di°사이의 배기 덕트(5)를 관통해 유동하는 가스의 유량 [sccm]이고, 가스의 전체 유량의 근사값은 180 내지 i°사이에서 슬릿(35)으로부터 배기 덕트(5)로 배출된다.
Figure 112002019396183-pct00078
그런 후, 수학식 61 및 63은 수학식 64 및 65에 대입되어 하기의 수학식들이 얻어진다.
Figure 112002019396183-pct00079
Figure 112002019396183-pct00080
상기 수학식들을 간략하게 하기 위해, 상수는 하기와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112002019396183-pct00081
Figure 112002019396183-pct00082
Figure 112002019396183-pct00083
Figure 112002019396183-pct00084
제 1 각도 0°에서 슬릿 바로 아래의 압력 P0는 흡입 한계 압력 P*과 같거나 그보다 크며, 하기의 수학식이 얻어진다.
Figure 112002019396183-pct00085
슬릿의 가장 작은 폭(b0)의 조건은 하기와 같이 표시될 수 있다.
Figure 112002019396183-pct00086
각도 di°바로 아래의 압력은 Pdi이고, 제 1 섹션에서의 평균 배기 유량 F0는 (180-di)f로 표시된다. 따라서, 하기의 수학식이 얻어진다.
Figure 112002019396183-pct00087
Figure 112002019396183-pct00088
Figure 112002019396183-pct00089
정확하게 말하면, 미분 방정식은 컴퓨터를 사용해 Runge-Kutta 방법에 의해 계산될 수 있다. 그러나, 원리는 오일러 방법에 의해 하기에 상술되며, 설명을 쉽게 하기 위해 간략화된다.
플레이트 두께 L0가 일정할 경우 각도 위치 0°에서 가장 작은 슬릿 폭 b0에 근거하거나, 또는 슬릿 폭 b0가 일정할 경우 가장 큰 플레이트 두께 L0에 근거하여, P0는 수학식 72로부터 얻어지고, P1은 하기의 수학식으로부터 얻어진다.
Figure 112002019396183-pct00090
구해진 Pi에 대해, 슬릿 폭 bi+1 또는 플레이트 두께 Li+1은 하기의 수학식 75 및 76으로부터 구해질 수 있다.
Figure 112002019396183-pct00091
Figure 112002019396183-pct00092
상기 수학식 75 및 76은 하기의 수학식으로 대체되어, 값 Pi+1을 얻게 된다.
Figure 112002019396183-pct00093
i가 0, 1, 2, ... 인 경우 배기 덕트(5)의 내부 압력은 연속적으로 계산되며, 따라서 균일 배기를 위한 슬릿 폭 b1 및 배플 플레이트(33)의 두께 Li의 변화는 결정된다.
표 9는 챔버에서 균일 배기를 얻기 위해 요구되는 슬릿 폭의 변화를 결정함으로써 얻어지는 균일 두께의 슬릿형 배플 플레이트(33)의 특정예를 나타낸다. 표 9에 나타내진 데이타의 처리 조건은 표 1의 처리 조건과 동일하다.
Figure 112002019396183-pct00094
배플 플레이트(33)의 두께 L0가 0.92㎜인 경우 슬릿 폭은 최저 한계를 갖는 다. 따라서, 표 9에 나타내진 바와 같이 두께는 1㎜, 2㎜ 및 3㎜인 반면, 최저 슬릿 폭 b0은 1㎜, 1.2㎜, 1.5㎜ 및 1.8㎜이다. 시뮬레이션은 각 경우에 대해 실행된다. 표 9에 나타내진 각 번호하에서, 최저 슬릿 폭 및 최대 슬릿 폭에 대응하는 배기 덕트(5)의 내부 압력, 각 슬릿(35)의 양 측면 사이의 차압(흡입 차압), 단위 각도 1°당 슬릿으로부터 배출되는 가스의 유량, 및 배기 유량의 균일성이 도시되어 있다.
표 9에서 알 수 있는 바와 같이, 배기 유량은 임의 경우에도 균일하다. 플레이트 두께가 1㎜정도로 작은 경우, 슬릿 폭의 변화 범위는 좁으며, 원주방향으로 폭의 변화는 1㎜ 내지 1.21㎜의 매우 좁은 범위에 놓인다. 이러한 것은 배플 플레이트(33)의 처리 및 조립시에 요구되는 정밀도가 매우 높아지게 한다. 그러나, 배플 플레이트가 3㎜의 두께를 갖는 표 9에 도시된 칼럼 번호 4-5의 경우, 슬릿 폭은 1.8㎜ 내지 3.39㎜ 범위에서 변하며, 원주상에서의 변화 범위는 보다 크다.
표 9에서 명백해지는 바와 같이, 본 실시예의 배플 플레이트(33)에 대해, 플레이트 두께의 최적 변화는 쉽게 구해질 수 있다.
배플 플레이트는 일체형 구성요소로서 형성될 필요가 없고, 다수의 구성요소로 제조될 수 있음을 알아야 한다.
[제 5 실시예]
본 발명의 제 5 실시예는 균일 폭의 슬릿을 갖는 배플 플레이트이다. 이 배플 플레이트의 두께는 균일 배기를 얻도록 변화된다.
도 15는 본 발명의 제 5 실시예의 배플 플레이트의 구조를 도시한다. 도 16은 본 실시예의 배플 플레이트가 장착되는 가스 처리실의 구조를 도시한다. 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 슬릿형 배플 플레이트(37)에 의해 챔버에서 균일 배기를 얻기 위해, 제 4 실시예의 수학식 76은 배플 플레이트(37)의 두께 변화를 최적화시키도록 사용되는 반면, 관통 슬릿(39)의 폭을 균일하게 유지시킨다.
원주방향으로 배기 유량을 일정하게 유지시키기 위해서, 원주방향으로 배플 플레이트(37)의 두께 변화는 표 1에 도시된 경우와 동일한 처리 조건하에서 시험된다. 특히, 슬릿(39)의 폭은 원주방향으로 균일하게 되지만, 나머지 슬릿(39)의 폭은 1.8㎜ 내지 2.5㎜의 범위에 있다. 배플 플레이트(37)의 최대 두께는 5㎜ 또는 10㎜이며, 배기 유량의 균일성은 시뮬레이션을 통해 시험된다. 표 10은 시뮬레이션의 결과를 나타낸다.
Figure 112002019396183-pct00095
슬릿의 폭이 3㎜ 또는 그 이상일 경우, 배기 파이프(11)의 측면상의 배플 플 레이트(37)의 최대 두께는 몇 ㎝로 두꺼운데, 이는 실제적인 값은 아니다. 이는 슬릿(39)의 유체 압력 손실이 각 슬릿(39)의 폭의 세제곱에 반비례하는 반면, 배플 플레이트(37)의 두께에 비례하기 때문이다. 또한, 배기 덕트(5)의 내부 압력이 낮고 흡입 차압이 충분히 높은 경우, 슬릿(39)의 폭은 낮은 상수값으로 유지되는 것이 바람직하며, 따라서 원주방향으로의 배기 유량은 조절될 수 있는 반면 두께 변화는 1㎜ 내지 3㎜의 범위내에 유지시킨다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제 5 실시예에 따르면, 최적 형상을 갖는 균일 두께의 슬릿형 배플 플레이트(37)는 효과적으로 및 쉽게 설계될 수 있다.
[제 6 실시예]
도 17은 본 발명의 제 6 실시예의 배플 플레이트의 구조를 도시하며, 도 18은 본 실시예의 배플 플레이트가 장착되는 가스 처리실의 구조를 도시한다. 도 18에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 배플 플레이트(41)는 두께가 변하는 다공성 배플 플레이트 형태이다. 각 배플 홀(43)의 형상은 원형이 아니라 직사각형이다. 본 실시예에서와 같이, 본 발명의 배플 홀의 형상(또는 배플 경로)은 직사각형에 한정되지 않는다. 또한, 원형 배플 홀의 경우, 단일 피치 원상에 배치될 필요는 없으나, 상이한 원을 갖는 다수의 피치 원상에 배치될 수 있다.
그러나 본 실시예에 있어서, 배플 홀(또는 배플 경로)의 컨덕턴스는 단일 피치 원상에 배치되는 원형 배플 홀의 컨턱던스와 같게 제조되어야 한다. 직사각형 배플 홀(43)의 경우에 있어서, 장측(a)과 단측(b)으로부터 구해지는 등가 직경 Dh=2ab/(a+b)는 소망의 원형 홀의 직경과 같도록 되어야 한다.
반면에, 하나의 배플 홀을 동일 기능을 갖는 다수의 배플 홀로 나누는 기술이 또한 바람직하며, 이러한 기술은 전체 피치 원 또는 부분 피치 원에 적용될 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼가 플라즈마를 사용하는 방법에 의해 처리되는 경우, 플라즈마 가스가 배플 플레이트를 관통하지 않도록 하고 배기측으로 유동하지 않도록 할 필요가 있다. 따라서, 배플 홀의 직경이 원주방향으로 변하는 제 2 실시예의 배플 플레이트에 대해, 큰 직경을 갖는 각 배플 홀은 작은 직경을 갖는 다수의 배플 홀로 대체될 수도 있다. 그러한 경우에 있어서, 배플 홀의 개수로 의해 분할된 가스 유량에 근거한 유체 압력 손실은 전술한 실시예의 관련 표현에 부분적으로 적용되어, 배플 홀의 직경을 결정한다.
[제 7 실시예]
전술한 실시예에 있어서, 홀 간격, 홀 사이즈, 플레이트 두께 또는 슬릿의 형상을 포함하는 인자중 하나만이 변하게 되어 균일 배기를 얻는다. 반면에, 본 발명의 제 7 실시예에 있어서, 다수의 인자가 동시에 변하게 된다. 예를 들면, 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예가 조합될 수 있다. 그러한 경우에 있어서, 보다 작은 홀 사이즈를 갖는 배플 홀이 일정한 배플 홀 사이에 형성되며, 따라서 배기 파이프의 연결 구멍 근처의 배플 홀 사이의 간격은 너무 길게 되는 것이 방지될 수 있다.
그러나, 동시에 다수의 인자를 변화시키는 것은 고가이며, 따라서 본 실시예는 특별한 사용에만 적용될 수 있음을 알아야 한다.
[제 8 실시예]
도 19는 본 발명의 제 8 실시예의 가스 처리실의 구조를 도시하며, 도 20은 가스 처리실의 평면도이다.
도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 가스 처리실은 웨이퍼 기대(3)를 둘러싸는 챔버 벽(46)이 제공된 챔버(45)를 포함한다. 이 가스 처리실에 있어서, 배기 슬릿(47)은 챔버 벽(46)의 바닥 단부에 형성된다. 배기 슬릿(47)의 높이는 전술한 실시예에서와 같이 균일한 배기를 얻기 위해 변하게 된다.
웨이퍼 기대(3) 주위의 배기 슬릿(47)의 높이의 변화는 슬릿형 배플 플레이트(33)상의 슬릿(35)의 폭이 웨이퍼 기대(3) 주위에서 변하는 제 4 실시예와 유체동역학적으로 동일한 효과를 갖는다. 이러한 관점에서, 본 실시예의 가스 처리실은 제 4 실시예의 가스 처리실의 변형이라고 말할 수 있다.
[제 9 실시예]
도 21은 본 발명의 배플 플레이트를 제조하기 위한 장치의 구조를 도시하는 블럭 다이어그램이다. 이러한 블럭 다이어그램에 있어서, 실선은 데이타 흐름을 나타내고, 점섬은 제어 신호의 흐름을 나타낸다. 도 21에 도시된 바와 같이, 배플 플레이트를 제조하기 위한 장치는 입력/출력 유닛(50)과, 저장 유닛(51)과, 산술 작동 유닛(53)과, 제어 유닛(55)과, 작업 유닛(57)을 포함한다. 처리 가스의 특성, 처리 조건, 배기 덕트의 형상 및 처리 챔버의 사이즈와 같은 변수는 입력/출력 유닛(50)에 입력된다. 산술 작동 유닛(53)은 저장 유닛(51)에 연결된다. 작업 유닛(57)은 입력/출력 유닛(50)에 연결된다. 제어 유닛(55)은 입력/출력 유닛(50), 저장 유닛(51), 산술 작동 유닛(53) 및 작업 유닛(57)에 연결된다.
실시될 처리의 형태에 따라서, 작업 유닛(57)은 선반, 드릴링 머신, 보링 머신, 또는 밀링 머신에 의해 형성된다. 배플 홀이 배플 플레이트에 형성될 경우, 예를 들면 드릴링 머신이 사용된다.
도 22에 도시된 플로우차트를 참조하면, 상기 구조를 갖는 배플 플레이트를 제조하기 위한 장치의 작동은 상술된다.
단계 S1에 있어서, 처리 가스의 특성 및 처리 조건, 배기 덕트의 형상, 및 처리실의 사이즈와 같은 변수가 입력/출력 유닛(50)에 입력된다. 입력된 변수는 저장 유닛(51)에 저장된다.
단계 S2에 있어서, 제어 유닛(55)은 하겐-포아쥬 식에 따른 유량 계산 프로그램에 근거하여 산술 작동 유닛(53)을 제어하며, 상기 프로그램은 사전에 저장 유닛(51)에 저장된다. 특히, 상기 프로그램에 따르면, 배플 홀은 실제로 배플 플레이트상에 형성된다. 산술 작동 유닛(53)은 하겐-포아쥬 식에 따라 배기 덕트내의 압력 변화와 배플 플레이트의 양 측면 사이의 압력차를 계산하며, 그에 따라 배플 홀을 관통해 유동하는 가스의 유량을 결정한다. 계산 결과치는 저장 유닛(51)에 일시적으로 저장되고, 제어 유닛(55)으로 전송된다.
단계 S3에 있어서, 제어 유닛(55)은 배플 홀의 유량을 균일하게 하는 방법으로 배플 홀의 위치 및 홀 사이즈를 결정한다. 단계 S4에 있어서, 제어 유닛(55)은 배플 홀의 최적 위치를 나타내는 데이타를 작업 유닛(57)에 전송한다.
단계 S5에 있어서, 전송된 데이타에 근거하여, 작업 유닛(57)은 배플 플레이트를 처리한다. 작업 유닛(57)의 작동 정보는 제어 유닛(55)으로 전송되고, 그 후 제어 유닛은 전송된 작동 정보에 따라 작업 유닛(57)을 제어한다.
본 발명의 제 9 실시예의 배플 플레이트를 제조하기 위한 상기 장치에 따라, 전술한 실시예의 배플 플레이트가 쉽게 제조될 수 있다.

Claims (22)

  1. 삭제
  2. 공급된 가스에 의해 화학적 처리가 실시되는 처리 공간과, 상기 처리 공간에 인접하고 상기 화학 처리의 결과 발생된 배기 가스를 배기하기 위한 덕트를 분리시키는 배플 플레이트에 있어서,
    균등 플레이트 두께의 배플 플레이트의 반경(r)의 피치상에 균등 간격으로 관통 홀이 복수 형성되는 동시에, 상기 관통 홀은 하겐-포아쥬 식에 기초하여, 상기 관통 홀의 홀 직경이 상기 피치상에서 변화하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    배플 플레이트.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 공급된 가스에 의해 화학적 처리가 실시되는 처리 공간과, 상기 처리 공간에 인접하고 상기 화학 처리의 결과 발생된 배기 가스를 배기하기 위한 덕트를 분리시키는 배플 플레이트에 있어서,
    상기 배플 플레이트의 반경(r)의 피치상에 균등 간격, 또한 균등 홀 직경의 관통 홀이 복수 형성되는 동시에, 상기 배플 플레이트는 하겐-포아쥬 식에 기초하여, 상기 플레이트 두께가 상기 피치상에서 변화하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    배플 플레이트.
  8. 삭제
  9. 공급된 가스에 의해 화학 처리가 실시되는 처리 공간과, 상기 처리 공간에 인접하고 상기 화학 처리의 결과 발생된 배기 가스를 배기하기 위한 덕트를 분리시키는 배플 플레이트에 있어서,
    상기 배플 플레이트를 관통하는 동시에 균일 폭을 갖는 슬릿이 상기 덕트 내측의 상기 배기 가스의 유동 경로를 따라서 형성되며,
    상기 유동 경로를 따라서 상기 배플 플레이트의 두께가 변하는 것을 특징으로 하는
    배플 플레이트.
  10. 피처리체를 탑재하는 기대와, 상기 기대상에 탑재된 상기 피처리체에 있어서 화학적 처리를 실시하기 위해 상기 피처리체로 가스를 공급하는 가스 공급 수단을 포함하는 처리 공간과, 상기 화학적 처리의 결과 발생된 배기 가스를 배기하기 위한 배기 수단을 갖는 가스 처리 장치에 있어서,
    상기 처리 공간을 구획하는 처리 챔버에는, 이 벽면을 따라 원주방향으로 연속하는 슬릿이 형성되는 동시에, 상기 슬릿의 높이 치수는 원주방향으로 변화하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    가스 처리 장치.
  11. 삭제
  12. 공급된 가스에 의해 화학 처리가 실시되는 처리 공간과, 상기 처리 공간에 인접하고 상기 화학 처리에 의해 발생된 배기 가스를 배기시키기 위한 덕트를 분리키는 배플 플레이트를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 배플 플레이트상의 위치에 따라 변화하는 상기 배플 플레이트의 양 측면 사이의 압력차와, 상기 덕트 내측의 상기 배기 가스의 유동 경로를 따른 상기 배기 가스의 압력 변동을 계산하는 단계와,
    상기 계산된 압력차 및 상기 압력 변동에 따라서 상기 배플 플레이트상의 다수의 위치에 관통 홀을 형성하는 단계를 포함하는
    배플 플레이트 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제 2 항에 있어서,
    상기 덕트내의 압력을 제어하는 압력 제어 수단을 더 구비하는
    배플 플레이트.
  20. 제 2 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 관통 홀 대신에, 하기 수학식을 만족하는 장측(a), 단측(b)의 슬릿을 형성한 것을 특징으로 하는
    수학식, 관통 홀 직경 Dh = 2ab/(a+b)
    배플 플레이트.
  21. 제 7 항에 있어서,
    상기 관통 홀 대신에, 하기 수학식을 만족하는 장측(a), 단측(b)의 슬릿을 형성한 것을 특징으로 하는
    수학식, 관통 홀 직경 Dh = 2ab/(a+b)
    배플 플레이트.
  22. 피처리체를 탑재하는 기대와, 상기 기대상에 탑재된 상기 피처리체에 있어서 화학적 처리를 실시하기 위해 상기 피처리체로 가스를 공급하는 가스 공급 수단과, 상기 화학적 처리의 결과 발생된 배기 가스를 배기하기 위한 배기 수단을 갖는 가스 처리 장치에 있어서,
    제 2 항, 제 7 항 및 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 배플 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는
    가스 처리 장치.
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