KR100935418B1 - 반도체웨이퍼 증착장비의 샤워헤드 홀 가공장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 표면가공공정에 사용되는 웨이퍼 샤워헤드의 노즐구멍 등 다수의 홀을 동시에 가공하는 가공장치에 관한 것으로 일측으로 비스듬히 기울어지게 설치된 경사지지대와 상기 경사지지대에 대하여 직각의 각도를 이루어 설치되며, 가공제품을 지지하도록 하는 경사작업받침대를 포함하는 몸체프레임과; 상기 경사지지대를 따라 이동하도록 설치되며, 초음파진동으로 물체를 가공하도록 하는 초음파진동가공수단과; 상기 초음파진동가공수단의 가공압력을 조절하여 적정하게 압력을 작용하도록 하는 가공압력조절수단과; 상기 초음파진동가공수단에 의한 초음파진동가공작업이 원활히 이루어지도록 연마재가 혼합된 슬러리를 가공물체에 공급하도록 하는 슬러리연마재공급수단을 포함하는 것으로 웨이퍼 샤워헤드의 노즐구멍을 균일하게 분포 천공하도록 하여 웨이퍼의 표면가공시 보다 우수한 품질의 웨이퍼를 생산할 수 있도록 하는 반도체웨이퍼 증착장비의 샤워헤드 가공장치에 관한 것이다.

경사지지대, 가이드봉, 경사작업받침대, 초음파진동가공수단, 가공압력조절수단,중 량평형조정추, 와이어

Description

반도체웨이퍼 증착장비의 샤워헤드 홀 가공장치{Processing Device of Shower Head Hole for Semiconductor Wafer Deposition Equipments}

본 발명은 반도체 웨이퍼 표면가공공정 등에 사용되는 웨이퍼 샤워헤드의 가공장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 웨이퍼 샤워헤드의 노즐구멍을 균일하게 분포 천공하도록 하여 웨이퍼의 표면가공시 보다 우수한 품질의 웨이퍼를 생산할 수 있도록 하는 반도체웨이퍼 증착장비의 샤워헤드 가공장치에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼를 가공함에 있어서 웨이퍼 표면가공 작업시에는 웨이퍼의 표면에 공정용 반응가스가 균일한 두께로 박막을 형성하면서 증착할 수 있도록 함이 매우 중요하며, 균일한 두께의 박막을 형성하도록 하기 위하여 반응가스를 균일하게 분사하는 웨이퍼 샤워헤드의 노즐구멍이 균일하게 분포되도록 함이 매우 중요하다.

통상적으로 반도체 웨이퍼를 가공하는 화학기상증착장치는 도 5에 도시된 바와 같이 샤워헤드(40)와 히터(50)가 내설될 수 있도록 챔버내부(11)을 갖는 챔 버(10)와 반응가스가 외부로 부터 유입되도록 일측에 가스 인 포트(21)를 마련하고 이를 상기 챔버(10) 상면과 체결수단에 의해 결합되어 밀폐되는 챔버리드(20)와 상기 유입된 반응가스가 챔버리드(20)의 하부에 부설되어 저온영역부를 형성하며, 하단에 설치된 통공(31)에 의해 분배되는 블록플레이트(30)와 상기 분배된 반응가스가 웨이퍼(60) 표면에 분사될 수 있도록 다수개의 분사 노즐구멍(41)을 형성하며, 이를 챔버리드(20)와 체결 고정되도록 외주면을 따라 형성된 다수개의 체결공(42)을 갖는 샤워헤드(40)와 이때 상기 웨이퍼(60)가 상면에 안착되고 하면에는 히터지지대(51)를 갖는 히터(50)가 상기 샤워헤드(40)와 일정간격을 두고 챔버내부(11)에 설치되어 구성되는 것으로 반응가스를 균일하게 분사하는 웨이퍼 샤워헤드는 매우 중요한 역할을 하는 것이다.

이러한 웨이퍼 샤워헤드(40)는 도 6에 도시된 바와 같이 소정 규격의 판으로서 다수의 노즐구멍(41)이 균일한 간격으로 천공되어 구성된 것이다.

상기 웨이퍼 샤워헤드(40)는 유리보다 더 큰 경도를 갖는 실리콘(Si) 또는 실리콘카바이트(SiC)재질의 판재로 구성되는 것으로 판면을 관통하는 다수의 노즐구멍(41)이 천공되어 있다.

상기 노즐구멍(41)은 매우 작은 소구경으로 형성된 것으로서 상기한 바와 같이 반응가스를 균일하게 분사하도록 하기 위하여 균일하게 분포되도록 천공하여야만 양호한 효과를 갖게 된다.

그런데 상기 웨이퍼 샤워헤드(40)의 노즐구멍(41)은 매우 소구경을 갖는 것으로 경도가 큰 웨이퍼 샤워헤드의 재질인 실리콘(Si) 또는 실리콘카바이트(SiC)판 에 천공하는 작업이 매우 어려워서 불량발생이 매우 높으며, 특히 원하는 규격의 샤워헤드 전체면에 동시에 동일한 규격의 노즐구멍(41)을 천공하는 작업이 용이하지 못하여 부분적으로 나누어 복잡한 작업공정을 통하여 천공하였다.

이러한 샤워헤드의 가공방법으로 종래에는 드릴을 사용하여 경도가 큰 실리콘(Si) 또는 실리콘카바이트(SiC)판에 직접 천공하는 방법으로 작업을 하였으나 작업과정이 복잡하고 균일한 간격과 직경을 갖는 노즐구멍(41)을 천공하는 작업이 용이하지 못하여 불량발생으로 거의 작업을 할 수 없었다.

따라서 차선의 방법으로 샤워헤드의 가공면을 여러 등분하여 부분별로 나누어 여러차례에 걸쳐 작업을 하였으므로 가공시간과 비용이 많이 소요되어 단가상승의 요인이 되었으며, 아울러 균일한 간격 작업이 이루어지지 못하여 불량률이 큰 문제점이 있었다.

상기의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명은 연속적으로 균일하게 슬러리 연마재를 공급하면서 초음파 진동자를 이용하여 다수의 핀을 진동 연마하여 균일한 간격과 직경을 갖는 노즐구멍을 천공하도록 하여 단한번의 작업으로 대형의 웨이퍼 샤워헤드를 가공할 수 있도록 한 반도체웨이퍼 증착장비의 샤워헤드 가공장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명 반도체웨이퍼 증착장비의 샤워헤드 가공장치는 일측으로 비스듬히 기울어지게 설치된 경사지지대와 상기 경사지지대에 대하여 직각의 각도를 이루어 설치되며, 가공제품을 지지하도록 하는 경사작업받침대를 포함하는 몸체프레임과; 상기 경사지지대를 따라 이동하도록 설치되며, 초음파진동으로 물체를 가공하도록 하는 초음파진동가공수단과; 상기 초음파진동가공수단의 가공압력을 조절하여 적정하게 압력을 작용하도록 하는 가공압력조절수단과; 상기 초음파진동가공수단에 의한 초음파진동가공작업이 원활히 이루어지도록 연마재가 혼합된 슬러리를 가공물체에 공급하도록 하는 슬러리연마재공급수단을 포함하여 구성된다.

본 발명에 있어 상기 초음파진동가공수단은 초음파진동을 발생시키는 초음파발생기와; 상기 초음파발생기에 의해 발생된 초음파진동을 증폭하도록 하는 부스터 와; 상기 부스터에 의해 증폭 전달되는 진동으로 가공물체와 직접 접촉하여 가공하도록 상기 부스터의 하부에 고정설치되는 가공지그 및; 상기 초음파발생기와 부스터 및 가공지그가 고정설치되며, 상기 경사지지대의 가이드봉을 따라 이동하는 초음파가공부설치대로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서 상기 가공지그는 가공물체의 가공면적보다 더 넓은 크기를 갖는 에폭시경화판재와; 상기 에폭시경화판재에 균일하게 적정의 간격으로 배열되어 박혀진 핀으로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서 상기 몸체프레임의 경사지지대에는 초음파진동가공수단이 설치되어 일정한 방향으로 이동하도록 하는 가이드봉이 구비되며, 상기 경사지지대와 직각을 이루도록 설치 고정된 경사작업받침대에는 가공물체를 견고하게 장착 고정하도록 하는 제품고정스톱퍼가 구비됨을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서 상기 가공압력조절수단은 중량을 임의로 조절하여 경사지지대 위에 설치된 가공지그를 포함하는 초음파진동가공수단이 가공시 중량의 영향을 받지 않도록 중량의 평형을 이루게 하는 중량평형조정추와; 상기 중량평형조정추와 상기 초음파진동가공수단의 초음파가공부설치대의 사이를 연결하여 상호 인장력을 작용하도록 하는 와이어와; 상기 와이어의 양단에서 작용하는 힘의 전달방향을 바꿔주어 상호 대응하도록 하는 다수의 로울러와; 상기 초음파진동가공수단을 일정한 속도로 하강 가압시키도록 하는 가압장치및; 상기 초음파진동가공수단을 눌러주는 실린더가압장치를 포함한다.

본 발명에 있어서 상기 가압장치는 상기 경사지지대에 고정설치된 구동모터 와; 상기 구동모터의 구동력을 전달하는 타이밍밸트와; 상기 타이밍밸트에 의해 전달되는 회동력으로 회전하는 종동풀리에 의해 균일한 속도로 회전하는 피딩나사와; 상기 피딩나사의 회전에 따라 상기 초음파진동가공수단이 균일한 속도로 이동하도록 하는 너트부를 포함한다.

본 발명에 있어서 상기 슬러리연마재공급수단은 연마재가 혼합된 액상의 슬러리가 담겨져 저장 및 교반기능이 이루어지도록 하는 슬러리탱크와; 상기 슬러리탱크의 액상슬러리를 이송 및 교반하도록 하는 슬러리펌프와; 상기 슬러리펌프에 의해 펌핑된 슬러리를 가공물체에 공급하도록 하는 이송관 및 연마재노즐과; 상기 연마재노즐에 의해 공급된 슬러리연마재를 균일하게 분배 공급하도록 하는 분배주머니와; 사용된 상기 액상슬러리를 모아 회수하도록 가공물체의 하측부에 설치된 연마재회수안내판 및; 상기 모아진 액상슬러리를 다시 슬러리탱크로 이송하도록 하는 회수관으로 구성됨을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명은 연속적으로 균일하게 슬러리 연마재를 공급하면서 초음파 진동자를 이용하여 다수의 핀을 구비한 가공지그를 가공물체에 진동시켜 연마되도록 하여 불량발생을 최소화하면서 미세하게 연마작용에 의한 균일한 간격과 직경을 갖는 노즐구멍을 천공하도록 하여 한 번의 작업으로 대형의 웨이퍼 샤워헤드를 가공할 수 있도록 하는 것이다.

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 실시예의 구성을 보인 측면도이고, 도 2는 본 발명 실시예의 가공지그 사시도이고, 도 3은 본 발명 실시예의 가압장치의 구성을 보인 부분 단면도로서, a)는 작업개시상태이고, b)는 가압장치에 의해 하강된 상태를 도시한 것이며, 도 4는 본 발명에 따른 경사작업받침대의 작업상태를 보인 평면도이다.

본 발명의 실시예는 몸체프레임(100)과 상기 몸체프레임(100)에 설치된 초음파진동가공수단(200)과 상기 초음파진동가공수단(200)의 가공압력을 조절하도록 하는 가공압력조절수단(300)과 가공물체(500)의 표면에 연마재를 골고루 공급하도록 하는 슬러리연마재공급수단(400)으로 구성되어 있다.

상기 몸체프레임(100)은 일측으로 비스듬히 기울어지게 설치된 경사지지대(110)와 상기 경사지지대(110)에 대하여 직각의 각도를 이루며, 가공제품을 지지하도록 하는 경사작업받침대(130)를 포함한다.

상기 몸체프레임(100)의 경사지지대(110)에는 초음파진동가공수단(200)이 설치되어 일정한 방향으로 이동하도록 하는 가이더(120)가 구비되며, 상기 경사지지대(110)와 직각을 이루도록 설치 고정된 경사작업받침대(130)에는 가공물체(500)를 견고하게 장착 고정하도록 하는 제품고정스톱퍼(140)가 구비되어 있다.

상기한 바와 같이 경사지지대(110)와 경사작업받침대(130)는 서로 직각을 이루면서 비스듬히 설치됨으로써 바람직한 효과를 갖도록 하는 것이다.

상기 초음파진동가공수단(200)은 초음파발생기(210)와 부스터(220)와 가공지 그(230) 및 초음파가공부설치대(240)를 포함하는 것으로, 상기 초음파가공부설치대(240)는 상기 초음파발생기(210)와 부스터(220) 및 가공지그(230)이 고정설치되며, 상기 경사지지대(110)의 가이드봉(120)을 따라 이동하도록 설치되며, 초음파진동으로 물체를 가공하도록 하는 것이다.

상기 초음파발생기(210)은 초음파진동을 발생시키는 것이고, 부스터(220)는 상기 초음파발생기(210)에 의해 발생된 초음파진동을 증폭하도록 하여 보다 강한 진동을 하도록 하는 것이다.

가공지그(230)는 상기 부스터(220)에 의해 증폭 전달되는 진동으로 가공물체(500)와 직접 접촉하여 가공하도록 상기 부스터(220)의 하부에 고정 설치된 것으로 가공물체(500)의 가공면적보다 더 넓은 크기를 갖는 에폭시경화판재(231)와; 상기 에폭시경화판재(231)에 균일하게 적정의 간격으로 배열되어 박혀진 핀(232)으로 구성되어 있다.

상기 가공압력조절수단(300)은 상기 초음파진동가공수단(200)의 가공압력을 조절하여 적정하게 압력을 작용하도록 하는 것으로 중량평형조정추(310)와 와이어(320)와 다수의 로울러(330)와 가압이송장치(340) 및 실린더가압장치(350)를 포함한다.

상기 중량평형조정추(310)는 중량을 임의로 조절하여 가공지그를 포함한 경사지지대 위 초음파가공부설치대 중량의 열향을 받지 않게 중량의 평형을 이루도록 하는 것으로 중량평형조정추(바란스 웨이트)에 의해 초음파진동가공수단(200)을 설정된 가공압력으로 일정하게 가압시키도록 하는 실린더가압장치(350)에 의하여 가 공압력을 임의로 조절할 수 있도록 하는 것이다.

상기 와이어(320)는 상기 중량평형조정추(310)와 상기 초음파진동가공수단(200)의 초음파가공부설치대(240)의 사이를 연결하여 상호 인장력을 작용하도록 하는 것이며, 초음파가공부설치대 중량의 형향을 받지 않게 중량의 평형을 이루게 하는 중량평형조정추(바란스 웨이트)에 의하여 실린더가압의 압력이 가공부에 작용하도록 하는 것이다.

상기 로울러(330)는 상기 와이어(320)의 양단에서 작용하는 힘의 전달방향을 바꿔주어 상호 대응하도록 다수개 설치되며 양단의 중량을 적정하게 조절할 수 있도록 한다.

상기 가압이송장치(340)는 상기 초음파진동가공수단(200)이 하강작업시 설정된 가공압력으로 일정하게 가압시키도록 하는 것으로 일정한 속도를 갖도록 함이 매우 중요하다.

상기 가압이송장치(340)는 상기 경사지지대(110)에 고정설치된 구동모터(341)와; 상기 구동모터(341)의 구동력을 전달하는 타이밍밸트(342)와; 상기 타이밍밸트(342)에 의해 전달되는 회동력으로 회전하는 종동풀리(343)에 의해 균일한 속도로 회전하는 피딩나사(344)와; 상기 피딩나사(344)의 회전에 따라 상기 초음파진동가공수단(200)이 균일한 속도로 이동하도록 하는 너트부(345)를 포함한다.

상기 슬러리연마재공급수단(400)은 상기 초음파진동가공수단(200)에 의한 초음파진동가공작업이 원활히 이루어지도록 연마재가 혼합된 슬러리를 가공물체(500)에 공급하도록 하는 것이다.

상기 슬러리연마재공급수단(400)은 연마재가 혼합된 액상의 슬러리가 담겨져 저장 및 교반기능이 이루어지도록 하는 슬러리탱크(410)와; 상기 슬러리탱크(410)의 액상슬러리를 이송 및 교반하도록 하는 슬러리펌프(420)와; 상기 슬러리펌프(420)에 의해 펌핑된 슬러리를 가공물체(500)에 공급하도록 하는 이송관(430) 및 연마재노즐(440)과; 상기 연마재노즐(440)에 의해 공급된 슬러리연마재를 균일하게 분배 공급하도록 하는 분배주머니(450)와; 사용된 상기 액상슬러리를 모아 회수하도록 가공물체(500)의 하측부에 설치된 연마재회수안내판(460) 및; 상기 모아진 액상슬러리를 다시 슬러리탱크(410)로 이송하도록 하는 회수관(470)으로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용효과를 살펴본다.

도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이 경사작업받침대(130)의 상부에 가공물체(500)를 장착하고 제품고정스톱퍼(140)에 의해 견고하게 고정시킨 상태에서 초음파진동가공수단(200)의 부스터(220) 하측부에 가공지그(230)를 결합시킨 다음 가공압력조절수단(300)의 중량평형조절추(310)를 조절하여 평형을 이루도록 한 다음 실린더가압장치(350)에 의한 적정의 압력이 작용할 수 있도록 한다.

상기 가공물체(500)가 설치된 경사작업받침대(130)의 상부에는 슬러리연마재공급수단(400)의 연마재노즐(440)이 배치되도록 하며, 상기 연마재노즐(440)의 끝단부는 분배주머니(450)에 담겨지도록 한다.

따라서 연마재노즐(440)에서 분사되는 슬러리 연마재는 분배주머니(450)에 의하여 골고루 분배되어 가공물체(500)의 상면에 균일하게 분산되어 흘러내리게 된다.

이러한 상태에서 초음파진동가공수단(200)의 초음파발생기(210)를 작동시키면 부스터(220)에 의해 진동이 증폭되어 가공지그(230)를 진동시키게 되며, 상기 가공지그(230)의 핀(232)이 가공물체(500)의 표면에 접촉된 상태에서 진동을 하면서 접촉부를 연마하게 된다.

이때 슬러리연마재가 상기 가공지그(230)의 핀(232)과 가공물체(500)의 사이에 균일하게 확산되어 흘러 유입되면서 전체 가공물체(500)가 동일한 속도로 연마되면서 천공작업이 이루어지도록 하는 것이다.

상기 연마재는 산화알미늄, 탄화붕소 또는 다이아몬드분말 등이 사용되며, 가공액으로는 물, 기름, 석유 등이 사용된다.

도 1은 본 발명 실시예의 구성을 보인 측면도.

도 2는 본 발명 실시예의 가공지그 사시도.

도 3은 본 발명 실시예의 가압장치의 구성을 보인 부분 단면도로서,

a)는 작업개시상태이고, b)는 가압장치에 의해 하강된 상태임.

도 4는 본 발명에 따른 경사작업받침대의 작업상태를 보인 평면도임.

도 5는 종래의 화학기상증착장치의 단면도.

도 6은 화학기상증착장치에 적용되는 샤워헤드의 평면구성도.

*주요부분에 대한 부호의 설명

100: 몸체프레임

110: 경사지지대 120: 가이드봉

130: 경사작업받침대 140: 제품고정스톱퍼

200: 초음파진동가공수단 210: 초음파발생기

220: 부스터 230: 가공지그

231: 에폭시경화판재 232: 핀

240: 초음파진동가공부설치대

300: 가공압력조절수단 310: 중량조정추

320: 와이어 330: 롤러

340: 가압장치 341: 구동모터

342: 타이밍밸트 343: 종동풀리

344: 피딩나사 345: 너트부

350: 실린더가압장치

400: 슬러리연마제공급수단 410: 슬러리탱크

420: 슬러리펌프 430: 이송관

440: 연마재 노즐 450: 분배주머니

460: 연마재회수안내판 470: 회수관

Claims (7)

1. 일측으로 비스듬히 기울어지게 설치된 경사지지대(110)와 상기 경사지지대(110)에 대하여 직각의 각도를 이루며, 가공제품을 지지하도록 하는 경사작업받침대(130)를 포함하는 몸체프레임(100)과;

   상기 경사지지대(110)를 따라 이동하도록 설치되며, 초음파진동으로 물체를 가공하도록 초음파진동을 발생시키는 초음파발생기(210)와, 상기 초음파발생기(210)에 의해 발생된 초음파진동을 증폭하도록 하는 부스터(220)와, 상기 부스터(220)에 의해 증폭 전달되는 진동으로 가공물체(500)와 직접 접촉하여 가공하도록 상기 부스터(220)의 하부에 고정설치되는 가공지그(230) 및, 상기 초음파발생기(210)와 부스터(220) 및 가공지그(230)이 고정설치되며, 상기 경사지지대(110)의 가이드봉(120)을 따라 이동하는 초음파가공부설치대(240)로 구성하는 초음파진동가공수단(200)과;

   상기 초음파진동가공수단(200)의 가공압력을 조절하여 적정하게 압력을 작용하도록 중량을 임의로 조절하여 경사지지대 위에 설치된 가공지그를 포함하는 초음파진동가공수단(200)이 가공시 중량의 영향을 받지 않도록 중량의 평형을 이루게 하는 중량평형조정추(310)와, 상기 중량평형조정추(310)와 상기 초음파진동가공수단(200)의 초음파가공부설치대(240)의 사이를 연결하여 상호 인장력을 작용하도록 하는 와이어(320)와, 상기 와이어(320)의 양단에서 작용하는 힘의 전달방향을 바꿔주어 상호 대응하도록 하는 다수의 로울러(330)와, 상기 초음파진동가공수단(200)을 일정한 속도로 하강 가압시키도록 하는 가압이송장치(340) 및, 상기 초음파진동가공수단(200)을 눌러주는 실린더가압장치(350)를 포함하는 하는 가공압력조절수단(300)과;

   상기 초음파진동가공수단(200)에 의한 초음파진동가공작업이 원활히 이루어지도록 연마재가 혼합된 슬러리를 가공물체(500)에 공급하도록 하는 슬러리연마재공급수단(400)을 포함하는 반도체웨이퍼 증착장비의 샤워헤드 가공장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,

   상기 가압이송장치(340)는

   상기 경사지지대(110)에 고정설치된 구동모터(341)와;

   상기 구동모터(341)의 구동력을 전달하는 타이밍밸트(342)와;

   상기 타이밍밸트(342)에 의해 전달되는 회동력으로 회전하는 종동풀리(343)에 의해 균일한 속도로 회전하는 피딩나사(344)와;

   상기 피딩나사(344)의 회전에 따라 상기 초음파진동가공수단(200)이 균일한 속도로 이동하도록 하는 너트부(345)를 포함하는 반도체웨이퍼 증착장비의 샤워헤드 가공장치.
7. 삭제

Images