KR100923732B1 - 열팽창량이 상호 다른 부재의 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 장비에 사용되는 것으로서 열팽창량이 상호 다른 부재의 조립체에 관한 것이다. 본 발명에 따른 열팽창량이 상호 다른 부재의 조립체는, 반도체 제조 공정용 장비에 고정되게 설치되는 제1부재; 제1부재에 결합되는 것으로서 제1부재와 열팽창량이 상이하며, 입구부와 입구부로부터 하측으로 연장되며 입구부의 횡방향 단면의 넓이에 비하여 넓은 횡방향 단면적을 가지는 바닥부로 이루어진 결합홈부가 마련되는 제2부재; 제1부재에 고정되며 결합홈부의 입구부에 끼워지는 본체부와, 본체부의 둘레방향을 따라 서로 이격되어 복수 개 배치되되 본체부로부터 하방으로 연장형성되어 결합홈부의 바닥부에 끼워지며 본체부의 중심으로 접근 및 이격되는 방향을 따라 탄성변형 가능한 복수의 탄성편을 구비하는 슬리브;를 포함하여 이루어진 것에 특징이 있다.

Description

열팽창량이 상호 다른 부재의 조립체 {Assembly of members having different thermal expansion amounts}

도 1은 종래의 반도체 장비에서 사용되는 것으로서 열팽창량이 상호 다른 부재의 조립체를 설명하기 위한 개략적 도면이다.

도 2a 및 도 2b는 각각 반도체 장비에 사용되는 것으로서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열팽창량이 상호 다른 부재의 분리된 상태의 개략적인 도면 및 조립된 상태의 개략적 도면이다.

도 3은 도 2a 및 도 2b에 도시된 슬리브의 개략적 확대사시도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열팽창량이 상호 다른 부재의 조립체의 개략적 단면도이다.

도 5는 도 4에 도시된 슬리브의 개략적 확대사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 ... 열팽창량이 상호 다른 부재의 조립체 10 ... 제1부재(지지링)

11 ... 관통공 b ... 나사

20 ... 제2부재(가스 분배 플레이트) 21 ... 입구부

22 ... 바닥부 23 ... 결합홈부

30,40 ... 슬리브 31,41 ... 본체부

32,42 ... 탄성편 33,43 ... 암나사산

본 발명은 열팽창량이 상호 다른 부재들을 상호 결합시키기 위한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 박막증착장비, 에처(etcher) 등 반도체 공정용 설비부재에 채용되는 부품들 중 열팽창량이 상이한 부재들을 상호 결합시키기 위한 것이다.

도 1에는 반도체 공정용 설비부재 중 에처(etcher)의 일부분이 개략적으로 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 처리대상이 되는 웨이퍼(w)가 로딩 플레이트(l)에 장착되어 있으며, 웨이퍼(w)의 상부에는 원판형의 가스 분배 플레이트(3, 이하 GDP라 함, Gas Distribution Plate, showerhead류)가 배치된다. 이 GDP(3)는 가스가 통과할 수 있는 다공성으로 그 상면과 하면 사이를 관통하는 다수의 미세공(4)이 형성되어 있으며, 그 재질은 실리콘 또는 실리콘 카바이드로 이루어져 있다. 또한 상기 GDP(3)를 지지하기 위한 환형(또는 판형)의 지지링(5)이 설치되는데, 이 지지링(5)은 에처의 다른 부분에 고정되어 있으며 재질은 그라파이트(graphite)로 이루어져 있다. GDP(3)는 지지링(5)에 다양한 방식으로 결합되어 지지된다.

상기한 구성으로 이루어진 장비를 이용하여 공정을 진행할 때, 웨이퍼(w)와 GDP(3)의 사이에는 고온의 플라즈마(p)를 형성시켜 프로세스를 진행시키는바, 플라즈마(p)의 열이 GDP(3)와 지지링(5)에 전달된다. 상기한 바와 같은 열전달에 의하여 GDP(3)와 지지링(5)은 각각 팽창하게 되는데, 이들은 열팽창율이 서로 다른 재 질 즉, 실리콘과 그라파이트로 이루어진바 그 변형의 정도가 서로 달라 문제가 발생할 수 있다. 예컨대, GDP(3)와 지지링(5)을 나사로 결합시킨 경우라면, 열팽창에 의하여 서로 변형되는 정도가 다르므로 그 나사결합 부위는 파손될 우려가 있다. 이에, 종래에는 실리콘 재질의 GDP(3)와 그라파이트 재질의 지지링(5)을 이른바 일라스토머 조인트(8, elastomer joint)를 사용하여 상호 부착함으로써 문제를 일부 해결할 수 있었다. 일라스토머 조인트(8)는 열팽창율이 상이한 GDP(3)와 지지링(5) 사이에서 완충작용을 행하며, 이에 대해서는 미국특허 제6073577호에 자세히 개시되어 있다.

그러나, 근래에는 일라스토머 조인트(8)의 경우 고온의 플라즈마에 그대로 노출되어 훼손의 우려가 있어 공정상의 문제점이 야기되고 있으며, 이렇게 훼손이 발생한 경우 일라스토머 조인트(8)에 의하여 결합되어 있는 조립체 전체를 폐기하고 교체해야 하므로 비경제적이라는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 매우 간단한 구성으로 열팽창량이 상이한 부재들을 상호 안전하게 결합시킬 수 있어 장비의 내구성이 향상되며, 결합부위가 고온의 플라즈마에 노출되지 않아 공정상의 문제점을 야기하지 않을 뿐만 아니라, 일부분이 손상되는 경우 그 부분만을 교체할 수 있어 경제적인 열팽창량이 상호 다른 부재의 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열팽창량이 상호 다른 부재의 조 립체는, 반도체 제조 공정용 장비에 고정되게 설치되는 제1부재와, 상기 제1부재에 결합되는 것으로서 상기 제1부재와 열팽창량이 상이하며, 입구부와 상기 입구부로부터 하측으로 연장되며 상기 입구부의 횡방향 단면의 넓이에 비하여 넓은 횡방향 단면적을 가지는 바닥부로 이루어진 결합홈부가 마련되는 제2부재와, 상기 제1부재에 고정되며 상기 결합홈부의 입구부에 끼워지는 본체부와, 상기 본체부의 둘레방향을 따라 서로 이격되어 복수 개 배치되되 상기 본체부로부터 하방으로 연장형성되어 상기 결합홈부의 바닥부에 끼워지며 상기 본체부의 중심으로 접근 및 이격되는 방향을 따라 탄성변형 가능한 복수의 탄성편을 구비하는 슬리브를 포함하여 이루어진 것에 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 상기 슬리브의 본체부는 중공형으로서 그 내주면에 암나사산이 형성되어 있고, 상기 제1부재에는 관통공이 형성되어 있어 나사가 상기 제1부재의 관통공을 통해 상기 슬리브의 암나사산에 체결됨으로써 상기 슬리브가 제1부재에 고정되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 슬리브의 본체부에 체결된 나사의 단부는 이 본체부로부터 하방으로 돌출되어 상기 복수의 탄성편들 중앙에 배치됨으로써, 상기 슬리브의 탄성편이 탄성변형되어 본체부의 중심쪽으로 위치이동되는 변위를 제한하는 것이다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 슬리브의 탄성편은 경사지게 배치되어 하단부가 상단부에 비하여 상기 본체부의 중심으로부터 외측에 위치되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 슬리브의 본체부의 외경은 서로 이격되어 있 는 상기 복수의 탄성편을 상호 연결한 가상의 원의 외경에 비하여 작게 형성되어, 상기 슬리브의 본체부와 탄성편은 상호 단차지게 형성되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열팽창량이 상호 다른 부재의 조립체에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

도 2a 및 도 2b는 각각 반도체 장비에 사용되는 것으로서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열팽창량이 상호 다른 부재의 분리된 상태의 개략적인 도면 및 조립된 상태의 개략적 도면이다. 또한 도 3은 도 2a 및 도 2b에 도시된 슬리브의 개략적 확대사시도이다.

도 2a 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열팽창량이 상호 다른 부재의 조립체(100)는 제1부재(10), 제2부재(20) 및 슬리브(30)를 구비한다.

상기 제1부재(10)와 제2부재(20)는 반도체 제조 공정용 장비의 부품으로서, 서로 이종(異種)의 재질로 이루어지며 서로 결합된다. 이러한 제1부재(10)와 제2부재(20)로는 다양한 조합이 있을 수 있다. 즉, 반도체 장비의 전극이 제2부재로 되고 이 전극을 지지하는 지지링이 제1부재가 될 수 있으며, 본 실시예에서와 같이 가스 분배 플레이트(20, GDP, Gas Distribution Plate)가 제2부재가 되고, 제1부재는 가스 분배 플레이트(20)를 지지하는 지지링(10)이 될 수 있다. 이외에도 제1부재와 제2부재로 다양한 부품이 사용될 수 있다. 예컨대, 제2부재로는 세라믹 재질의 정전척(electrostatic chuck) 또는 히터블럭(heater block) 등이 사용될 수 있다. 상기 제1부재(10)는 반도체 장비에 고정되어 설치되며, 제2부재(20)는 이 제1 부재(10)에 결합되어 지지된다. 또한, 상기한 바와 같이, 제1부재(10)와 제2부재(20)는 열팽창률이 서로 다른 재질로 이루어지는데 본 실시예에서 제1부재인 지지링(10)은 그라파이트 재질이며, 제2부재인 가스 분배 플레이트(20)는 실리콘 재질이다. 한편, 제1부재와 제2부재는 반드시 열팽창률이 다른 이종 부재로 이루어지는 것에 한정되는 것은 아니며, 동일한 재질로 이루어질 수도 있다. 즉, 동일한 재질이라고 하더라도 그 형상에 따라 열팽창량이 다를 수 있기 때문이다. 예컨대, 동일한 재질이라도, 관 형상으로 이루어진 제1부재와 판 형상으로 이루어진 제2부재가 서로 결합된 상태로 고온에 노출된 경우, 동일한 재질이지만 제1부재와 제2부재의 열팽창량은 그 형상에 의하여 달라질 수 있기 때문이다.

상기 제1부재인 지지링(10)은 가스 분배 플레이트(20)를 지지하기 위한 것으로서, 고리형으로 형성되어 가스 분배 플레이트(20)의 상면에 배치된다. 이 지지링(10)에는 둘레 방향을 따라 복수의 관통공(11)이 형성되어 있다.

상기 가스 분배 플레이트(20)는 원판 형상으로 상면과 하면 사이를 관통하는 미세한 통공이 다수 형성되어 있다. 또한, 이 가스 분배 플레이트(20)에는 그 둘레방향을 따라 복수의 결합홈부(23)가 형성되어 있다. 이 결합홈부(23)들은 상기 지지링(10)의 관통공(11)과 동일한 개수로 관통공(11)과 대응되는 위치에 배치된다. 이 결합홈부(23)는 두 부분으로 나누어지는데, 결합홈부(23)의 상부에 형성되는 입구부(21)와 이 입구부(21)로부터 하방으로 연장되어 하부에 형성되는 바닥부(22)로 이루어진다. 상기 바닥부(22)는 입구부(21)로부터 외측으로 경사지게 형성되므로 입구부(21)의 횡방향 단면적에 비하여 넓은 단면적으로 가지게 된다.

상기 슬리브(30)는 제1부재(10)와 제2부재(20)를 상호 결합시키기 위한 것으로서, 본체부(31)와 탄성편(32)을 구비한다. 본체부(31)는 제1부재(10)에 고정되는 부분으로서, 본 실시예에서 이 본체부(31)는 중공의 원통형으로 이루어져 있다. 이 본체부(31)의 내주면에는 암나사산(33)이 형성되어 있다. 탄성편(32)은 본체부(31)의 둘레방향을 따라 슬릿(34)에 의하여 서로 이격되어 복수 개 배치된다. 각각의 탄성편(32)들은 본체부(31)로부터 하방으로 연장되어 형성되는데, 본 실시예에서 탄성편(32)은 본체부(31)의 길이방향에 대하여 경사지게 배치된다. 즉, 탄성편(32)의 상단으로부터 하단으로 갈수록 탄성편(31)들은 본체부(31)의 중심으로부터 외측으로 멀어지는 방향으로 경사지게 배치되어, 탄성편(31)의 하단부는 상단부에 비하여 외측에 배치된다. 이 탄성편(32)들은 본체부(31)의 중심으로 접근되는 방향 및 이격되는 방향 즉, 본 실시예에서는 본체부(31)의 반경방향을 따라 탄성변형 가능하다.

상기한 구성으로 이루어진 슬리브(30)는 제2부재인 가스 분배 플레이트(20)의 결합홈부(23)에 끼워지는데, 슬리브(30)의 본체부(31)는 결합홈부(23)의 입구부(21)에 끼워지며, 복수의 탄성편(32)은 결합홈부(23)의 입구부(21)를 지나 바닥부(22)에 끼워진다. 탄성편(32)은 본체부(31)의 중심쪽으로 탄성변형되므로 좁은 단면적을 가지는 입구부(21)를 통과할 수 있다. 또한, 탄성편(32)이 입구부(21)를 통과하여 바닥부(22)에 진입하면 입구부(21)의 내벽에 의한 가압이 해제되어 탄성편(32)은 탄성복원됨으로써 바닥부(22)의 내벽에 지지된다. 한편, 본 실시예에서, 상기 슬리브(30)의 본체부(31)는 제1부재인 지지링(10)에 나사(b)에 의하여 고정된 다. 즉, 나사(b)는 지지링(10)에 형성된 관통공(11)을 통해 본체부(31)의 내주면에 형성된 암나사산(33)에 체결됨으로써, 슬리브(31)는 지지링(10)에 고정된다. 이 때, 볼트(b)의 하단부는 슬리브(30)의 본체부(31)에 대하여 하방으로 돌출되어 탄성편(32)들의 중앙에 배치된다. 이렇게 볼트(b)의 하단부가 탄성편(32)들의 중앙부에 배치됨으로써, 탄성편(32)이 본체부(31)의 중심쪽으로 탄성변형되는 변위가 제한된다. 또한, 볼트(b)는 바닥부(22)의 바닥면에 접촉되도록 깊게 체결된다. 이에 따라, 탄성편(32)들이 결합홈부(23)에 끼워져 있는 상태에서 원치 않는 외력이 가해지는 경우에도 탄성편(32)이 탄성변형되어 결합홈부(23)로 부터 이탈되는 것이 방지된다. 이는 제1부재(10)와 제2부재(20)의 결합이 해제되는 것이 효과적으로 방지될 수 있다는 것을 의미한다.

상기한 바와 같이, 반도체 공정용 제조장비에서 이종의 재질로 된 2개의 부품(부재)이 직접 결합되지 않고 슬리브(30)를 매개로 결합됨으로써 서로 다른 열팽창율을 가지는 제1부재(10)와 제2부재(20)가 안정적으로 결합되며 고온의 환경에서도 내구성을 유지할 수 있다. 즉, 슬리브(30)는 결합홈부(23)에 끼워져 지지되는데 슬리브(30)가 결합홈부(23) 내에서 완전히 위치고정되는 것이 아니라 약간의 상대이동이 가능하다. 결과적으로 제1부재(10)와 제2부재(20)도 약간의 상대이동이 가능하게 되므로, 제1부재(10)와 제2부재(20)가 고온의 환경에서 서로 다른 정도로 열팽창 하여도 종래와 같이 결합이 해제되거나 결합부위가 파손되는 문제가 발생되지 않는다.

지금까지, 제2부재(20) 결합홈부(23)의 바닥부(22)가 경사지게 형서되고, 슬 리브(30)의 탄성편(32)도 이에 대응되도록 경사지게 배치된 것으로 설명 및 도시하였으나, 탄성편(32)과 결합홈부(23)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이렇게 변형된 형태의 실시예가 도 4 및 도 5에 도시되어 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열팽창량이 상호 다른 부재의 조립체의 개략적 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 슬리브의 개략적 확대사시도이다.

도 4에 도시된 본 발명의 다른 실시예는, 도 2a 내지 도 3을 참조하여 설명한 실시예와 모든 구성요소가 동일하며, 단지 슬리브(40)의 형태와 결합홈부의 바닥부(22)의 형상만이 다를 뿐이다. 따라서, 결합홈부의 바닥부(22)와 슬리브(40)에 대해서만 구체적으로 설명하기로 한다.

도 4 및 도 5에 도시된 실시예에서, 제2부재(20)에 형성된 결합홈부도 도 2에 도시된 실시예와 마찬가지로 입구부와 바닥부를 구비한다. 다만, 본 실시예에서는 바닥부(22)가 경사지게 배치되지 않고, 입구부에 비하여 큰 직경을 가지도록 형성되어 입구부와 바닥부(22)가 단차지게 형성된다. 슬리브(40)도 앞에서 설명한 실시예와 마찬가지로 본체부(41)와 탄성편(42)을 구비하는데, 본체부(41)는 중공의 원통형으로 형성된다. 이 본체부(41)의 외경(D2)은, 탄성편(42)들의 외주면을 연결한 가상의 원통의 외경(D1)에 비하여 작게 형성되다. 이에 따라, 도 4 및 도 5에 도시된 슬리브(40)는 본체부(41)와 탄성편(42)이 상호 단차지게 형성된다. 또한, 이 탄성편(42)들은 본체부(42)의 반경방향을 따라 탄성변형 가능하다. 결국, 슬리브(40)가 결합홈부에 끼워져 제1부재(10)와 제2부재(20)를 약간의 상대이동될 수 있는 상태로 결합시키는 기능 및 작용은 앞에서 설명한 실시예와 완전히 동일하다. 미설명한 참조번호 43은 슬리브(40)의 내주면에 형성된 암나사산으로서 나사(b)가 체결되는 부분이며, 44는 탄성편(42)들 사이의 슬릿이다.

본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

또한, 본 발명에 대하여 열팽창률이 서로 다른 이종 부재를 예로 들어 설명하였으나, 제1부재와 제2부재가 서로 동일한 재질로 이루어진 경우에도 적용가능하다. 즉, 제1부재와 제2부재가 동일한 재질이라도, 위에서 예를 들어 설명한 바와 같이 그 형상에 따라 열팽창량이 달라질 수 있기 때문이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 열팽창량이 상호 다른 부재의 조립체는, 반도체 장비에 사용되며 열팽창량이 다른 부품들을 서로 안정적으로 결합시키면서도, 열팽창량의 차이에 따라 결합부위가 파손되거나 결합이 해제되는 종래의 문제점을 해결할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 결합부위가 노출되지 않아 공정상의 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 조립체 중 어느 일부가 파손되는 경우에도 그 부분만을 교체할 수 있어 경제적이라는 장점이 있다.

Claims (6)

1. 반도체 제조 공정용 장비에 설치되는 제1부재;

   상기 제1부재에 결합되는 것으로서 상기 제1부재와 열팽창량이 상이하며, 입구부와 상기 입구부로부터 하측으로 연장되며 상기 입구부의 횡방향 단면의 넓이에 비하여 넓은 횡방향 단면적을 가지는 바닥부로 이루어진 결합홈부가 마련되는 제2부재;

   상기 제1부재에 고정되며 상기 결합홈부의 입구부에 끼워지는 본체부와, 상기 본체부의 둘레방향을 따라 서로 이격되어 복수 개 배치되되 상기 본체부로부터 하방으로 연장형성되어 상기 결합홈부의 바닥부에 끼워지며 상기 본체부의 중심으로 접근 및 이격되는 방향을 따라 탄성변형 가능한 복수의 탄성편을 구비하는 슬리브;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 장비용 이종 부재 조립체.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제2부재는 다공성의 가스 분배 플레이트로서 실리콘 재질로 이루어지며, 상기 제1부재는 상기 가스 분배 플레이트를 고정하기 위한 것으로서 그라파이트 재질로 이루어진 지지링인 것을 특징으로 하는 반도체 장비용 이종 부재 조립체.
3. 제1항에 있어서,

   상기 슬리브의 본체부는 중공형으로서 그 내주면에 암나사산이 형성되어 있고, 상기 제1부재에는 관통공이 형성되어 있어 나사가 상기 제1부재의 관통공을 통해 상기 슬리브의 암나사산에 체결됨으로써 상기 슬리브가 제1부재에 고정되는 것을 특징으로 하는 반도체 장비용 이종 부재 조립체.
4. 제3항에 있어서,

   상기 슬리브의 본체부에 체결된 나사의 단부는 이 본체부로부터 하방으로 돌출되어 상기 복수의 탄성편들 중앙에 배치됨으로써, 상기 슬리브의 탄성편이 탄성변형되어 본체부의 중심쪽으로 위치이동되는 변위를 제한하는 것을 특징으로 하는 반도체 장비용 이종 부재 조립체.
5. 제1항에 있어서,

   상기 슬리브의 탄성편은 경사지게 배치되어 하단부가 상단부에 비하여 상기 본체부의 중심으로부터 외측에 위치되는 것을 특징으로 하는 반도체 장비용 이종 부재 조립체.
6. 제1항에 있어서,

   상기 슬리브의 본체부의 외경은 서로 이격되어 있는 상기 복수의 탄성편을 상호 연결한 가상의 원의 외경에 비하여 작게 형성되어, 상기 슬리브의 본체부와 탄성편은 상호 단차지게 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장비용 이종 부재 조 립체.

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