KR101136940B1 - 전극판 체결용 이중 너트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 처리 장치에서 전극판을 체결하기 위한 너트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마를 생성시키기 위하여 실리콘 소재로 이루어진 상기 전극판을 챔버 내에 체결하기 위한 전극판 체결용 이중 너트에 관한 것이다.
본 발명은 플라즈마 처리 장치에서 플라즈마의 생성을 위해 챔버내에 실리콘 소재로 이루어진 전극판을 체결하기 위한 너트에 있어서, 상기 전극판에 일정깊이 함몰형성되는 체결홈에 삽입되어 나사결합될 수 있도록 외주면에 나사산이 구비되고, 중앙영역에 길이방향을 따라 삽입공이 관통형성되는 내부 중공형의 외부너트; 및 상기 외부너트의 내경에 접촉하는 외경을 가지고, 외부로부터 체결되는 체결볼트와 나사결합될 수 있도록 상기 내경의 내주면을 따라 나사산이 형성된 중공형의 내부너트;를 포함하고, 상기 내부너트는 상기 삽입공의 하부측으로 삽입된 후 상부로 이탈되는 것을 방지할 수 있도록 하부단에 외측으로 일정길이 연장형성되는 돌출부가 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

전극판 체결용 이중 너트{Double Nut For Coupling Electrode}

본 발명은 플라즈마 처리 장치에서 전극판을 체결하기 위한 너트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마를 생성시키기 위하여 실리콘 소재로 이루어진 상기 전극판을 챔버 내에 체결하기 위한 전극판 체결용 이중 너트에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자는 웨이퍼(wafer, '반도체 기판'이라고도함) 상부에 반도체막, 도전막 또는 절연막을 형성하고, 이들을 필요에 따라 식각하여 제조한다. 최근들어 반도체 소자의 제조 공정은 박막의 형성공정과 식각공정에 플라즈마 기술을 이용하여 공정 효율을 증대시키고 있다.

이러한 식각공정은 통상적으로 도 1에 도시된 바와 같이 플라즈마 처리 장치의 밀폐된 챔버(10) 내에서 진행된다. 즉, 소정의 박막이 증착된 웨이퍼(45)을 상기 챔버(10) 내에 로딩한 후 챔버(10)에 반응 가스를 공급하고, 챔버(10)에 고주파 전원을 인가하여 반응 가스를 플라즈마 상태가 되도록 한다.

이러한 플라즈마 상태의 반응 가스에 의해 웨이퍼(45) 상부의 박막이 식각된다. 이와 같이 반응 가스를 플라즈마화시켜 웨이퍼(45) 상부의 박막들과의 반응성을 높일 뿐만 아니라 플라즈마화된 반응 가스의 물리적인 충돌에 의해 박막이 제거됨으로써 박막의 제거 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

이러한 플라즈마 처리 장치의 챔버(10)는 웨이퍼(45)가 안치되는 하부전극(20)과, 웨이퍼의 에지영역에 마련된 에지링(25)과, 하부전극(20) 상측에 마련되어 샤워헤드 기능을 갖는 상부전극(15)과, 상기 하부전극(20)과 상부전극(15)에 전원을 공급하는 제1 및 제2 전원공급부(30,35)를 구비한다. 여기서, 상기 에지링(25)과 상부전극(15)은 실리콘을 이용하여 제작된다.

그리고, 하부전극(20)과의 상호 작용으로 플라즈마를 생성시키는 상기 상부전극(15)을 상기 챔버(10)내에 고정시키기 위하여 체결볼트(40)를 사용하여 체결하게 된다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 상부전극(15)의 상부면에 일정깊이 함몰형성되는 복수 개의 체결홈(17)을 형성하고, 상기 체결홈(17)에 카본 소재로 이루어진 외부너트(51)를 삽입한 후, 상기 체결볼트(40)가 나사결합할 수 있도록 강도가 높은 재질로 이루어진 중공의 내부너트(52)를 삽입하게 된다.

이때, 상기 내부너트(52)와 외부너트(51)는 도 3에 도시된 바와 같이 내부너트(52)의 외경과 외부너트(51)의 내경에 서로 대응되도록 나사산(51a,52a)이 형성되어 서로 나사결합되는데, 상기 외부너트(51)가 카본 소재로 이루어져 있기 때문에 체결볼트(40)와 상기 내부너트(52)의 체결시 가해지는 하중에 의해 강도가 약한 상기 외부너트(51)가 파손되어 상기 내부너트(52)가 상부로 돌출되는 문제점이 있었다.(도 7a참조)

또한, 상기 외부너트(51)에 내부너트(52)를 삽입체결하는 과정에서 외부너트(51)가 강도가 약한 카본 소재로 이루어져 외부너트(51)의 내경에 형성된 나사산(51a)이 파손되어 치핑이 발생되는 문제점이 빈번하게 발생하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 내부너트의 하부단에 돌출부를 구비하여 상기 내부너트가 외부너트로부터 분리되는 것을 방지함으로써 상기 내부너트를 외부너트의 하부 측에서 단순한 삽입과정을 통하여 체결할 수 있는 전극판 체결용 이중 너트를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명은 외부너트의 체결공에 탭가공을 하지 않고 내부너트를 상기 외부너트에 삽입하여 결합함으로써 상기 내부너트와 외부너트의 결합시 치핑이 발생하거나 나사산의 파손 및 외부너트 자체가 파손되어 결합력이 약해지는 종래의 문제점을 해결할 수 있다.

더욱이, 본 발명은 내부너트의 외경을 타원형으로 가공함으로써 외부에서 제공되는 체결볼트의 체결시 슬립을 방지할 수 있는 전극판 체결용 이중 너트를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 플라즈마 처리 장치에서 플라즈마의 생성을 위해 챔버내에 실리콘 소재로 이루어진 전극판을 체결하기 위한 너트에 있어서, 상기 전극판에 일정깊이 함몰형성되는 체결홈에 삽입되어 나사결합될 수 있도록 외주면에 나사산이 구비되고, 중앙영역에 길이방향을 따라 삽입공이 관통형성되는 내부 중공형의 외부너트; 및 상기 외부너트의 내경에 접촉하는 외경을 가지고, 외부로부터 체결되는 체결볼트와 나사결합될 수 있도록 상기 내경의 내주면을 따라 나사산이 형성된 중공형의 내부너트;를 포함하고, 상기 내부너트는 상기 삽입공의 하부측으로 삽입된 후 상부로 이탈되는 것을 방지할 수 있도록 하부단에 외측으로 일정길이 연장형성되는 돌출부가 구비되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 외부너트는 카본 소재로 이루어지고, 상기 내부너트는 스테인레스 스틸로 이루어질 수 있다.

바람직하게는, 상기 내부너트의 단면은 타원형으로 형성되어 상기 체결볼트와의 나사체결시 상기 외부너트의 내경과 상기 내부너트의 외경 사이에 슬립을 방지할 수 있다.

바람직하게는, 상기 돌출부의 직경은 상기 외부너트의 하부측 외경보다 작게 형성하거나 동일하게 형성할 수 있다.

바람직하게는, 상기 외부너트는 상기 전극판과의 체결시 상기 돌출부의 하부면이 상기 체결홈의 하부단과 일정간격 이격되도록 체결될 수 있다.

바람직하게는, 상기 외부너트와 상기 전극판과의 체결시 상기 외부너트의 외경과 상기 체결홈의 내경 사이에 접착제를 도포하여 고정력을 높일 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 내부너트의 하부단에 돌출부를 구비하여 상기 내부너트가 외부너트로부터 분리되는 것을 방지함으로써 상기 내부너트를 외부너트의 하부 측에서 단순한 삽입과정을 통하여 체결할 수 있다.

또한, 본 발명은 외부너트의 체결공에 탭가공을 하지 않고 내부너트를 상기 외부너트에 삽입하여 결합함으로써 상기 내부너트와 외부너트의 결합시 치핑이 발생하거나 나사산의 파손 및 외부너트 자체가 파손되는 종래의 문제점을 해결할 수 있다.

더욱이, 본 발명은 내부너트의 외경을 타원형으로 가공함으로써 외부에서 제공되는 체결볼트의 체결시 슬립을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 플라즈마 처리 장치에 구비되는 챔버를 나타낸 개략도.
도 2는 도 1의 챔버내에 장착되는 전극판을 도시한 평면도.
도 3은 종래의 전극판 체결용 이중 너트가 도 2에 결합된 상태를 나타낸 결합단면도.
도 4는 본 발명에 따른 전극판 체결용 이중 너트를 나타낸 분리 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 전극판 체결용 이중 너트가 도 2에 결합된 상태를 나타낸 결합단면도.
도 6은 본 발명에 따른 전극판 체결용 이중 너트의 평면도.
도 7은 종래와 본 발명의 체결용 이중 너트가 장착된 상태를 비교한 사진.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

이하에서, 발명의 이해를 돕기 위해 도면부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면에 표시되었다 하더라도 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전극판 체결용 이중 너트(100)(이하, '이중 너트'라함)는 도 1에 도시된 바와 같이 웨이퍼(45)의 처리를 위한 플라즈마를 생성하기 위해 챔버(10)내에 전극판(15)을 체결하기 위한 것이다.

여기서 상기 전극판(15)은 실리콘 소재로 이루어지며, 도 2에 도시된 바와 같이 전원 인가시 플라즈마 가스가 발생하여 통과하는 통과홀(16)이 복수 개 관통형성되어 있으며, 상기 이중 너트(100)를 매개로 챔버(10)내에 체결될 수 있도록 복수 개의 체결홈(17)이 일정깊이 함몰형성되어 있다.

상기 전극판(15)에 형성되는 체결홈(17)은 이중 너트(100)가 완전히 삽입될 수 있도록 상부면으로부터 하부로 일정깊이 함몰형성되어 상기 이중 너트(100)의 외부면과 대응되는 형상으로 구비되며, 내주면에는 상기 이중 너트(100)와 나사결합될 수 있도록 나사산(112,122)이 형성된다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 전극판 체결용 이중 너트(100)의 전체적인 구성 및 결합된 상태를 나타내는 분리사시도와 전극판에 체결된 결합상태도이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이중 너트(100)는 상기 전극판(15)의 체결홈(17)에 안착되어 고정되는 외부너트(110)와, 외부로부터 제공되는 체결볼트(40)가 결합될 수 있도록 상기 외부너트(110)에 삽입되는 내부너트(120)로 구성된다.

이러한 이중 너트(100)는 상기 내부너트(120)가 외부너트(110)의 하부에서 상부 방향으로 삽입되어 결합된다.

본 발명에서의 이중 너트(100)는 외측과 내측이 서로 다른 소재로 이중으로 형성되는 너트를 말한다. 즉, 본 발명에서 상기 전극판(15)에 안착 고정되는 외부너트(110)는 카본 소재로 이루어지며, 상기 체결볼트(40)가 나사결합되는 내부너트(120)는 스테인레스 스틸로 이루어질 수 있다.

상기 외부너트(110)는 전극판(15)의 체결홈(17)에 삽입되어 나사결합될 수 있도록 외주면에 나사산(112,122)이 구비되고, 중앙영역에는 길이방향을 따라 삽입공(114)이 관통형성되는 내부 중공형으로 형성된다.

이러한 외부너트(110)는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 체결홈(17)에 나사결합을 통해 삽입되어 상기 전극판(15)에 고정된다. 이때, 상기 외부너트(110)는 열팽창계수가 극히 낮은 재질로 형성되어, 금속 재질의 체결 볼트 또는 실리콘 재질의 전극판(15)이 열팽창되는 것을 억제하도록 한다.

여기서 상기 외부너트(110)는 열팽창 계수가 1.5~4.8인 카본 소재로 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 외부너트(110)의 중앙영역에 형성되는 삽입공(114)은 종래의 이중 너트와는 달리 나사산이 형성되지 않고 단순히 외부너트(110)의 상,하부를 관통하도록 형성된다.

이로 인해, 본 발명의 내부너트(120)는 상기 외부너트(110)와의 결합시 상기 외부너트(110)의 삽입공(114)에 단순히 삽입되어 상기 외부너트(110)의 내경에 그 외경이 접촉되어 결합된다.

따라서, 본 발명의 이중 너트(100)는 외부너트의 내경에 내부너트가 나사결합되던 종래와는 달리 내부너트와 외부너트의 결합이 용이하며, 나사결합이 아닌 단순 삽입결합이기 때문에 체결과정에서 과도한 힘에 의해 외부너트의 내경에 구비된 나사산이 파손되어 치핑이 발생될 우려가 없게 된다.

또한, 단순히 삽입되어 결합되기 때문에 내부너트를 외부너트에 체결하는 과정에서 과도한 힘에 의해 외부너트가 파손되어 상기 내부너트가 외부너트의 상부로 돌출되던 문제도 일어나지 않게 된다.

이는, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 내부너트(120)가 하부단에 상기 외부너트(110)의 내경보다 직경이 큰 돌출부(124)가 외측으로 연장형성되기 때문이다.

즉, 본 발명의 이중 너트(100)는 상기 내부너트(120)가 삽입공(114)의 하부측을 통해 삽입되면 외부너트(110)의 하부단(111)과 돌출부(124)의 상부면이 면접되어 상기 외부너트(110)의 하부단이 상기 돌출부(124)를 구속함으로써 상기 내부너트(120)가 삽입공(114)의 상부를 통해 외부로 분리되는 것을 방지하게 된다.

여기서, 상기 돌출부(124)는 상기 외부너트(110)의 하부단에 의해 지짖되어 상기 내부너트(120)가 외부로 분리되는 것을 방지할 수 있도록 상기 외부너트(110)의 내경을 초과하되 상기 외부너트(110)의 하부측 외경보다는 작게 형성되거나 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 내부너트(120)는 상기 외부너트(110)의 삽입공(114)에 삽입시 외부너트(110)의 내경에 접촉되는 외경을 갖도록 일정길이로 형성되고, 내부에는 체결볼트(40)와 결합될 수 있도록 내경의 내주면을 따라 나사산(112,122)이 형성되는 내부 중공의 형태로 이루어진다.

그리고, 상기 내부너트(120)의 하부단에는 상술한 바와 같이 외부너트(110)와의 결합시 상부측으로 분리되는 것을 방지하기 위한 돌출부(124)가 연장형성된다.

그리고, 이러한 내부너트(120)는 상기 체결볼트(40)와 견고한 나사결합을 이룰 수 있는 금속소재로 이루어지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 스테인레스스틸 소재로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 내부너트(120)의 외경은 도 6에 도시된 바와 같이, 그 단면이 타원형상을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 이는 상기 내부너트(120)에 체결볼트(40)가 체결될 때 나사산에 가해지는 상호작용으로 인해 서로 접촉하는 내부너트(120)의 외경과 외부너트(110)의 내경 사이에 서로 슬립이 발생할 수 있는데, 이를 방지하기 위하여 단면을 원형이 아닌 비정형을 갖는 타원형으로 형성하여 부모멘트를 발생시키도록 하기 위함이다.

도 5는 이와 같이 구성된 본 발명의 이중 너트(100)가 상기 전극판(15)의 체결홈(17)에 체결된 상태를 보여주는 결합단면도이다.

종래의 이중너트(50)는 도 3에 도시된 바와 같이 전극판(15)의 체결홈(17)에 외부너트(51)를 먼저 삽입하여 고정시킨 후 내부너트(52)를 나사결합하는 방식으로 체결되었다.

이로 인해 종래의 이중너트(50)는 도 7a에 도시된 바와 같이 상기 내부너트(52)를 외부너트(51)의 내부에 나사결합하는 과정에서 외부너트(51)의 내경에 형성된 나사산(51a)이 파손되어 치핑이 발생하거나 과도한 하중이 부가되어 외부너트(51) 자체가 파손되는 문제가 발생하였다.

이에 비해, 본 발명의 이중 너트(100)는 내부너트(120)의 하부단에 돌출부(124)를 형성하여 상기 내부너트(120)를 외부너트(110)의 삽입공(114)에 단순히 삽입시킨 후 외부너트(110)를 상기 체결홈(17)에 나사결합시키는 방식으로 체결한다.

따라서, 상기 내부너트(120)를 외부너트(110)의 삽입공(114)에 단순히 삽입하여 내부너트(120)의 외경과 외부너트(110)의 내경이 서로 접촉하도록 결합시킴으로써 치핑이 발생될 우려가 없으며 나사결합시 가해지는 과도한 하중에 의해 외부너트(110)가 파손될 우려가 전혀 발생되지 않는다.

더불어, 과도한 하중으로 외부너트가 파손되어 상기 내부너트가 외부너트의 상부로 돌출되던 종래의 문제점도 해결할 수 있는 장점이 있다. 또한, 내부너트(120)의 하부단에 돌출부(124)가 구비됨으로써 외부너트(110)가 파손된다 하더라도 상기 돌출부(124)에 의해 내부너트(120)가 상부로 돌출되는 것을 미연에 방지할 수 있게 된다.

한편, 상기 외부너트(110)와 내부너트(120)가 서로 결합된 이중 너트(100)를 상기 전극판(15)의 체결홈(17)에 고정시킬 때 상기 돌출부(124)의 하부면이 상기 체결홈(17)의 하부단과 일정거리가 이격된 간격(d)을 갖도록 배치하는 것이 바람직하다.

이는 체결볼트(40)를 매개로 상기 전극판(15)이 챔버(10) 내에 설치되어 사용되는 과정에서 상기 이중 너트(100)에도 높은 열이 전달되게 되는데, 이와 같은 높은 열에 의해 스테인레스스틸 소재로 이루어진 상기 내부너트(120)도 열팽창을 하게 된다.

이와 같이 상기 내부너트(120)가 열팽창을 하게 되더라도 체결홈(17)과 일정간격 이격됨으로써 열팽창에 의한 변형을 보상할 수 있도록 하기 위함이다.

또한, 본 발명의 이중 너트(100)를 상기 전극판(15)에 나사결합을 통하여 고정시킬 때 상기 전극판(15)과 이중 너트(100)와의 결합 강도 향상을 위해 외부너트(110)와 체결홈(17) 사이에 접착제를 사용할 수도 있다.

상기 접착제로는 실리콘 재질에 사용될 수 있는 것으로서 1200℃ 이상의 고온에도 변질되지 않는 것을 사용하도록 한다. 일예로 실리콘게 접착제나 카본계 접착제를 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 잡착제는 외부너트(110)의 나사산과 체결홈(17)의 내주면 사이에 삽입되어 상기 외부너트(110)의 나사산과 체결홈(17)의 내주면 사이의 유격을 채워줌으로써 외부너트(110)와 체결홈(17) 사이의 결합력을 증진시키게 된다.

이와 같이 접착제가 사용되는 경우, 접착제는 도 5에 도시된 바와 같이 외부너트(110)와 체결홈(17)이 나사산에 의해 서로 나사결합되는 부분에만 삽입되며, 상기 외부너트(110)의 상부단에 외측으로 연장형성된 머리부(113)로 인해 외부로 노출되지 않게 된다.

상기에서 본 발명의 특정 실시예에 관련하여 도면을 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명을 이와 같은 특정 구조에 한정하는 것은 아니다. 당 업계에서 통상의 지식을 가진 당업자는 이하의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상을 벗어나지 않고서도 본 발명을 용이하게 수정 또는 변경할 수 있을 것이다. 그러나 이러한 단순한 설계 변형 또는 수정에 의한 등가물, 변형물 및 균등물은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속함을 미리 밝혀둔다.

10 : 챔버 15 : 상부전극, 전극판
16 : 관통홀 17 : 체결홈
20 : 하부전극 25 : 에지링
30 : 제1전원공급부 35 : 제2전원공급부
40 : 체결볼트 50 : 이중너트
51 : 외부너트 52 : 내부너트
51a,52a : 나사산 100 : 이중너트
110 : 외부너트 112 : 나사산
114 : 삽입공 120 : 내부너트
122 : 나사산 124 : 돌출부

Claims (6)

1. 플라즈마 처리 장치에서 플라즈마의 생성을 위해 챔버내에 실리콘 소재로 이루어진 전극판을 체결하기 위한 너트에 있어서,
   상기 전극판에 일정깊이 함몰형성되는 체결홈에 삽입되어 나사결합될 수 있도록 외주면에 나사산이 구비되고, 중앙영역에 길이방향을 따라 삽입공이 관통형성되는 중공형의 외부너트; 및
   상기 외부너트의 내경에 접촉하는 외경을 가지고, 외부로부터 체결되는 체결볼트와 나사결합될 수 있도록 내경의 내주면을 따라 나사산이 형성된 중공형의 내부너트;를 포함하고,
   상기 내부너트는 상기 삽입공의 하부측으로 삽입된 후 상부로 이탈되는 것을 방지할 수 있도록 하부단에 외측으로 일정길이 연장형성되는 돌출부가 구비되는 것을 특징으로 하는 전극판 체결용 이중 너트.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 외부너트는 카본 소재로 이루어지고, 상기 내부너트는 스테인레스 스틸로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극판 체결용 이중 너트.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 내부너트의 단면은 타원형으로 형성되어 상기 체결볼트와의 나사체결시 상기 외부너트의 내경과 상기 내부너트의 외경 사이에 슬립을 방지하는 것을 특징으로 하는 전극판 체결용 이중 너트.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 돌출부의 직경은 상기 외부너트의 하부측 외경보다 작게 형성하거나 동일하게 형성하는 것을 특징으로 하는 전극판 체결용 이중 너트.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 외부너트는 상기 전극판과의 체결시 상기 돌출부의 하부면이 상기 체결홈의 하부단과 일정간격 이격되도록 체결되는 것을 특징으로 하는 전극판 체결용 이중 너트.
6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 외부너트와 상기 전극판과의 체결시 상기 외부너트의 외경과 상기 체결홈의 내경 사이에 접착제를 도포하여 고정력을 높이는 것을 특징으로 하는 전극판 체결용 이중 너트.

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