KR101153729B1 - 금속가스켓 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공정챔버, 게이트 밸브 및 진공펌프 등을 구비하는 반도체 체조장치에 적용되는 금속가스켓의 구조에 관한 것으로, 구체적으로는 내부의 중심축(Q)을 기준으로 일정한 폭을 가지는 환형의 몸체(110)를 구비하는 메인가스켓(100)을 구비하며, 상기 메인가스켓의 몸체의 중심영역을 따라 형성되는 가상의 센터라인(P)에 형성되는 적어도 1 이상의 차단에어갭패턴(B)을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

금속가스켓{Metat Gasket}

본 발명은 공정챔버, 게이트 밸브 및 진공펌프 등을 구비하는 반도체 체조장치에 적용되는 금속가스켓의 구조에 관한 것이다.

반도체 소자가 고기능화, 고집적화 됨에 따라 제조장비나 공정 중의 오염의 관리가 보다 중요하게 인식되고 있다. 반도체제조공정은 고온에서 막의 성장이나 이온을 확산하는 확산로(diffusion furnace), 고진공하에서 화학기상반응 및 식각을 행하는 플라즈마 장비, 이온주입 또는 금속증착 장비 등 다양한 장비를 거쳐 진행된다. 이 중 플라즈마 장비는 고주파 전력에 의해 가스(gas)를 활성화시켜 고에너지의 이온과 라디칼(radical)로 이루어진 플라즈마를 형성하여 박막을 성막하거나 식각하는 장치이다. 따라서, 플라즈마에 의한 반응기 상의 아킹(arching), 스퍼터링(sputtering), 반응 부산물의 박리등으로 인해 플라즈마 장비가 반도체 제조공정상의 주요 오염원으로 작용하고 있다.

한편, 반도체 제조공정중의 파티클(particle), 금속이온 등의 오염은 패턴의 결함, 절연막의 내압불량, 접합 누설전류의 발생, 라이프 타임(life time)의 단축을 초래하는 등 반도체 소자에 치명적인 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 플라즈마 공정에서 오염 발생원이나 제거방법에 대한 연구가 활발하게 진행되어 왔다. 특히, 플라즈마를 이용하는 반도체제조공정에서 오염원의 제거를 위해서 제조장치의 재질 및 구조의 변경, 공정의 변경 또는 첨가 등 다양한 방법이 연구, 적용되고 있다. 따라서, 이러한 다양한 문제를 해소할 수 있는 구조의 가스켓을 개발하는 것은 반도체 공정에서 매우 중요한 화두가 되고 있다.

한국공개특허공보 제10-2007-0068958호

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 금속가스켓의 구조에 메인가스킷의 몸체의 중심영역을 따라 형성되는 차단에어갭패턴을 구비하는 구조를 구비하며, 나아가 밀착구조를 효율화할 수 있는 요철패턴의 구조를 미세하게 형성하여 금속가스켓의 실링대상인 구조물 상하의 영역의 밀착력을 극대화시키며, 금속가스켓의 상하 구조물 사이의 열전달을 효율적으로 구현할 수 있도록 하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 내부의 중심축(Q)을 기준으로 일정한 폭을 가지는 환형의 몸체(110)를 구비하는 메인가스켓(100);을 구비하며, 상기 메인가스켓의 몸체의 중심영역을 따라 형성되는 가상의 센터라인(P)에 형성되는 적어도 1 이상의 차단에어갭패턴(B);을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속가스켓을 구현할 수 있도록 한다.

특히, 이 경우 상기 차단에어갭패턴은, 상기 센터라인(P)에 배치되며, 상기 몸체의 원주방향을 따라 형성되는 상기 몸체를 관통하는 홈패턴의 구조이거나, 상기 몸체의 원주방향을 따라 형성되는 돌출구조의 돌출패턴으로 구현할 수 있다.

또한, 상기 몸체의 표면에는 규칙 또는 불규칙한 배열로 형성되는 요철패턴이 구비될 수 있으며, 상기 요철패턴은, 상기 차단에어갭패턴을 중심으로 상기 중심축(Q)에 근접한 영역인 제1영역과 상기 센터라인 바깥쪽에 배치되는 제2영역에 형성되는 요철패턴의 사이즈가 서로 상이하게 형성될 수 있다.

또한, 상기 요철패턴은, 상기 제1영역의 요철패턴의 사이즈가 상기 제2영역의 요철패턴의 사이즈보다 작게 형성되도록 구현할 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 상기 금속가스켓은, 상기 차단에어갭패턴을 중심으로 상기 중심축(Q)에 근접한 영역인 제1영역(A)과 상기 센터라인 바깥쪽에 배치되는 제2영역(C)의 두께가, 상기 차단에어갭패턴에서 멀어질수록 얇아지도록 형성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 상기 메인가스켓은, 상기 환형의 몸체의 일면 또는 상기 일면에 대향하는 타면에 적층되는 적어도 1 이상의 금속코팅층을 더 구비구조로 구현할 수 있으며, 이 경우 상기 금속코팅층은, Al, Si, Cu, Fe, Pb, Ag, SiC 또는 도핑된 실리콘 중 선택되는 어느 하나 또는 선택되는 둘 이상의 물질로 형성할 수 있다.

또한, 상기 금속가스켓은, 상기 금속코팅층의 상면에 적층되는 보호층을 더 포함하며, 상기 보호층은 Ti, W, TiN, Ni, Cr 중 선택되는 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.

또한, 상기 금속가스켓은, 상기 제1보호층을 2 이상의 적층(layer)구조로 형성할 수 있다.

아울러, 상기 제1보호층의 최상위 표면에 형성되는 Au로 구성되는 내식피막용 제2보호층을 더 포함하여 형성할 수 있다.

또한, 상기 금속가스켓은, 상기 메인가스켓(100)의 내부영역에 배치되는 적어도 1 이상의 환형의 보조가스겟을 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 보조가스켓은, 상기 메인가스켓(100)과 동일한 구조 및 재질로 형성될 수 있다.

아울러 상기 보조가스켓은, 상기 메인가스켓(100)의 중심축(Q)를 중심으로 다수의 보조가스켓이 대칭구조로 배치될 수 있다.

본 발명에 따르면, 공정챔버, 게이트 밸브 및 진공펌프 등을 구비하는 반도체 체조장치에 적용되는 금속가스켓의 구조에 메인가스킷의 몸체의 중심영역을 따라 형성되는 차단에어갭패턴을 구비하는 구조를 구비도록 하여, 상하의 영역의 밀착력을 극대화시키며, 금속가스켓의 상하 구조물 사이의 열전달을 효율적으로 구현하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 금속가스켓의 기본 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 금속가스켓의 세부 구조를 설명하기 위한 X-X' 단면 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 금속가스켓의 구현예를 도시한 것이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 금속가스켓의 다양한 다른 구조를 도시한 것이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 1은 본 발명에 따른 금속가스켓의 기본 구조를 설명하기 위한 개념도이다. 아울로, 도 2는 도 1의 구조의 다양한 실시예를 설명하기 위한 X-X' 단면 개념도이다.

도시된 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 금속가스켓은, 내부의 중심축(Q)을 기준으로 일정한 폭을 가지는 환형의 몸체(110)를 구비하는 메인가스킷(100)을 구비하며, 상기 메인가스킷의 몸체의 중심영역을 따라 형성되는 가상의 센터라인(P)에 형성되는 적어도 1 이상의 차단에어갭패턴(B)을 포함하여 구성된다.

즉, 본 발명에 따른 금속가스켓(100)은 내부가 비어 있는 고리(環)모양의 메인가스켓 구조를 구비하는 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 메인가스켓(110)은 전체적으로 일정한 폭(d)으로 형성되는 몸체(110)을 구비하며, 상기 몸체(110)의 중심영역, 즉 몸체(110)의 중앙부분에 가상의 선, 즉 센터라인(P)을 고려할 때, 상기 센터라인(P)를 중심으로 메인가스켓의 중심축(Q)에 가까운 부분을 제1영역(A), 먼 부분을 제2영역(B)으로 정의하여 기술하기로 한다.

상기 제1영역과 제2영역을 구분하는 센터라인(P)에 원주 방향을 따라 형성되는 차단에어갭패턴(B)는 고리모양으로 연속적으로 형성되거나, 불연속적으로 단절된 구조로 형성되며, 실링이 필요한 곳에 본 발명에 따른 메탈가스켓이 장착하고 상부와 하부의 구조물이 밀착하는 경우, 일정한 에어(공간)이 형성되도록 패턴이 구현된다.

도 2 및 도 4를 참조하여 상기 차단에어갭패턴(B)의 구조를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 이는 도 1의 X-X'부분의 단면을 확대한 확대 개념도이다.(도 3 및 도 4도 X-X'부분의 단면을 확대한 다른 실시예로서의 개념도이다.

도 2에 도시된 것과 같이, 상기 차광에어갭패턴(B)의 구조는 본 발명에 따른 도 1의 고리 모양의 몸체(110)의 센터라인(P)를 따라 형성되며, 몸체(110)을 관통하는 구조로 형성되는 홈패턴(H)으로 구현할 수 있다. 즉 몸체에 상부에서 하부로 형성되는 홈이 라인 형상으로 상기 센터라인(P)를 따라 연속적으로 또는 불연속적으로 배치될 수 있다.

도 2의 (a)에 도시된 구조는 상기 몸체(110)의 센터라인을 따라 홈구조가 형성되는 일반적인 차광에어갭패턴(B)의 구조를 도시한 것이다.

도 2의 (b)에 도시된 구조는 본 발명에 따른 몸체의 표면에 다수의 요철패턴을 구비한 구조를 도시한 것이다. 즉, 본 발명에 따른 금속가스켓의 상기 몸체(110)의 표면에는 규칙 또는 불규칙한 배열로 형성되는 요철패턴(150)이 더 구비될 수 있다. 여기에서 요철패턴이라 표면에 스퍼터링 또는 가압으로 형성되는 미세 단위의 거칠기(Roughness)를 가지도록 미세패턴을 구현할 수 있다. 상기 요철패턴(150)은 상기 차단에어갭패턴을 중심으로 상기 중심축(Q)에 근접한 영역인 제1영역과 상기 센터라인 바깥쪽에 배치되는 제2영역에 형성되는 요철패턴의 사이즈가 서로 상이하게 형성될 수 있다. 물론, 동일한 사이즈가 되도록 구현할 수도 있으나, 더욱 효율적인 밀착력을 구현하기 위해서 도 (b)에 도시된 것과 같이, 제1영역(A)의 표면에 형성되는 요철패턴의 사이즈가 제2영역(B)의 표면에 형성되는 요철패턴의 사이즈 보다 미세하게 형성하는 것이 더욱 바람직하다. 이는 1차적으로 매우 미세한 패턴의 존재로 인해 상하의 구조물에서 가해지는 가압력이 매끈한 표면일 때보다 미세패턴의 존재로 인해 더욱 효율적으로 몸체표면에 전달될 수 있게 되며, 이는 구조물 자체에 형성된 오물이나 돌출 구조 등의 금속가스켓이 사용되는 구조물의 실제 표면의 불균일한 상태의 오류편차를 실제적으로 보강할 수 있게 하는 효과가 있다.

특히, 제1영역과 제2영역의 요철패턴의 사이즈를 상이하게 하는 것은, 이러한 금속가스켓이 적용되는 구조물의 표면에 상태는 균일성을 보장할 수 없기 때문에 1차적으로 형성되는 미세패턴(제1영역)으로 가압력을 강하게 전달하고, 2차적으로 제2영역에 형성된 미세패턴에서 한번 더 강하게 가압을 할 수 있도록 하여 금속가스켓의 밀착성을 더욱 강하게 할 수 있게 하는 효과가 있다.

상기 제1영역 및 제2영역에 형성되는 미세 요철패턴은 0.01um~10um의 범위에서 구현함이 바람직하며, 10um를 초과하는 경우에는 실링효과가 떨어지게 된다.

또한, 도 2의 (c)에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 금속가스켓에는 상술한 요철패턴의 구현 또는 요철패턴이 구현되기 전에 표면처리를 통해 다수의 코팅층을 구비하도록 하는 것이 더욱 바람직하다. 즉, 도시된 것과 같이, 몸체(110)의 일면 또는 상기 일면에 대향하는 타면에 적층되는 적어도 1 이상의 금속코팅층(130)을 더 포함할 수 있다. 이러한 상기 금속코팅층은, Al, Si, Cu, Fe, Pb, Ag, SiC 또는 도핑된 실리콘 중 선택되는 어느 하나 또는 선택되는 둘 이상의 물질로 형성될 수 있다. 이를테면, 상기 몸체(110)의 구성을 Sil-Pad rubber의 양쪽에 알루미늄으로 코팅하는 구조로 구현할 수 있도록 할 수 있다. 이러한 구조는 열전달의 효율성을 향상할 수 있도록 한다. 나아가, 본 발명에 따른 상기 금속가스켓은, 상술한 금속코팅층(130)의 상면에 적층되는 제1보호층(140)을 더 포함하도록 할 수 있다.

특히 상기 제1보호층(140)은 Ti, W, TiN, Ni, Cr 중 선택되는 어느 하나의 물질로 형성되도록 할 수 있다. 상기 제1보호층(140)은 몸체를 구성하는 Al, Cu 등에서 발생하는 확산현상을 방지하는 확산방지기능을 수행하여 공정 챔버의 오염을 방지하게 할 수 있다. 나아가, 상기 제1보호층을 2 이상의 적층(layer)구조로 형성하여 이러한 확산방지의 기능을 더욱 강화할 수 있으며, 특히 상기 제1보호층(140)의 최상위 표면에 형성되는 Au로 구성되는 내식피막용 제2보호층을 더 포함하여 구현할 수 있다. 이러한 제1 및 제2 보호층의 형성은 스퍼터링 또는 전기 도금을 통해 구현할 수 있다.

도 2의 (d)는 상술한 몸체(110)의 표면에 금속코팅층(130), 제1보호층(140)을 적층한 후, 본 발명에서 상술한 요철패턴(150)의 구조를 구현한 예를 도시한 것이다. 물론, 이 경우에도 전술한 바와 같이, 제1영역(A)의 표면에 형성되는 요철패턴의 사이즈가 제2영역(B)의 표면에 형성되는 요철패턴의 사이즈 보다 미세하게 형성하는 것이 가능함은 물론이다.

도 2의 (e)에 도시된 구조는 상술한 도 2의 (a) 내지 (d)의 구조에 모두 적용할 수 있는 다른 실시예를 도시한 것으로, 차광에어갭패턴(B)에 근접한 상기 몸체(110)의 두께(T2)와 떨어진 곳의 몸체의 두께(T1)을 상이하게 형성하되, 차광에어패턴(B)에 근접한 상기 몸체(110)의 두께(T2)를 더 두껍게 형성하도록 구현한 예를 도시한 것이다. 이러한 구조는 요철패턴과 더불어 금속가스켓이 적용되는 구조물의 상부쪽의 가압력을 강하에 전달받아 금속가스켓의 몸체 전체에 균일하게 압력을 전달하기 위한 구조로 기능하게 된다. 즉 두꺼운 부분에서 강하게 압력을 받아 가압되게 되는 경우, 얇은 쪽으로 가압력이 전달되어 밀착력을 향상시킬 수 있도록 하기 위함이다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 차광에어갭패턴(B)의 다른 실시예를 도시한 것이다.

즉, 도 2에서 상술한 홈패턴 구조가 아니라 몸체의 센터라인에 돌출구조의 돌출패턴(Y)을 형성하게 한 것이다. 상기 돌출패턴은 도 2의 (e)에서 상술한 것과 같이, 상부쪽에 형성되는 가압력을 금속가스켓의 전체 영역에 강하게 전달하는 기능을 수행함과 동시에, 돌출패턴 하부의 에어공간이 효율적으로 형성되어 이중으로 밀착을 구현할 수 있도록 하는 효과가 있다.

나아가 도 4의 구조와 같이, 차광에어갭패턴(B)에 근접한 상기 몸체(110)의 두께(T2)와 떨어진 곳의 몸체의 두께(T1)을 상이하게 형성하되, 차광에어패턴(B)에 근접한 상기 몸체(110)의 두께(T2)를 더 두껍게 형성할 수 있음은 물론이다.

이는 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 요철패턴이나 도 3에서 상술한 돌출패턴의 기능과 더불어 금속가스켓이 적용되는 구조물의 상부쪽의 가압력을 강하에 전달받아 금속가스켓의 몸체 전체에 균일하게 압력을 전달할 수 있게 되며, 이는 두꺼운 부분에서 강하게 압력을 받아 가압되게 되는 경우, 얇은 쪽으로 가압력이 전달되어 밀착력을 향상시킬 수 있는 독특한 기능을 구현할 수 있게 하는 장점이 있다.

도 5는 본 발명에 따른 금속가스켓의 다른 구현예를 도시한 것이다.

도시된 도면과 같이, 본 발명에 따른 금속가스켓의 구조로서, 상기 메인가스켓(100)의 내부영역에 배치되는 적어도 1 이상의 환형의 보조가스겟(200, 300)을 더 포함하는 구조로 형성될 수 있다. 즉, 메인가스켓과 보조가스켓의 유닛화한 구조로 구현을 할 수 있다.

물론, 상기 보조가스켓(200, 300)은, 도 5에 도시된 것과 같이, 메인가스켓과 상이한 구조로 구현하는 것도 가능하지만, 더욱 바람직하게는 상기 메인가스켓(100)과 동일한 구조 및 재질로 형성될 수 있다. 즉 차광에어갭패턴, 요철패턴 의 구조를 동일하게 적용하고 크기를 작게 하여 배치하게 된다. 이 경우 보조가스켓은, 상기 메인가스켓(100)의 중심축(Q)를 중심으로 다수의 보조가스켓이 대칭구조로 배치하여 균일한 가압력을 받을 수 있도록 함이 더욱 바람직하다.

도 6 내지 도 9는 상술한 본 발명에 따른 메인가스켓(100)의 중심축을 기준으로 대칭되는 구조로 배치되는 다양한 형태의 보조가스켓(200~400)을 구비하는 구조의 본 발명에 따른 금속가스켓의 실제 구현예를 도시한 것이다. 물론, 도시된 예시에서는 차광에어갭패턴을 생략하였으나, 상술한 도 1 내지 도 5의 다양한 변형실시예를 그대로 적용하는 것은 자명하다 할 것이다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 메인가스켓
110: 몸체
200~400: 보조가스켓
A: 제1영역
B: 차광에어갭패턴
C: 제2영역
Q: 메인가스켓의 중심축

Claims (14)

1. 내부의 중심축(Q)을 기준으로 일정한 폭을 가지는 환형의 몸체(110)를 구비하는 메인가스켓(100);을 포함하되,
   상기 몸체(110)의 중심영역을 따라 형성되는 가상의 센터라인(P)에 적어도 1 이상의 차단에어갭패턴(B)이 형성되며, 상기 몸체(110)의 표면에는 규칙 또는 불규칙한 배열로 요철패턴이 형성되고, 상기 요철패턴은 상기 차단에어갭패턴(B)을 중심으로 상기 중심축(Q)에 근접한 영역인 제1영역과 상기 센터라인 바깥쪽에 배치되는 제2영역에 형성되는 요철패턴의 사이즈가 서로 상이하게 형성되는 것을 특징으로 하는 금속가스켓.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 차단에어갭패턴은,
   상기 센터라인(P)에 배치되며,
   상기 몸체의 원주방향을 따라 형성되는 상기 몸체를 관통하는 홈패턴의 구조이거나,
   상기 몸체의 원주방향을 따라 형성되는 돌출구조의 돌출패턴인 금속가스켓.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 요철패턴은,
   상기 제1영역의 요철패턴의 사이즈가 상기 제2영역의 요철패턴의 사이즈보다 작게 형성되는 금속가스켓.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 금속가스켓은,
   상기 차단에어갭패턴을 중심으로 상기 중심축(Q)에 근접한 영역인 제1영역(A)과 상기 센터라인 바깥쪽에 배치되는 제2영역(C)의 두께가,
   상기 차단에어갭패턴에서 멀어질 수록 얇아지도록 형성되는 금속가스켓.
   
7. 내부의 중심축(Q)을 기준으로 일정한 폭을 가지는 환형의 몸체(110)를 구비하는 메인가스켓(100);을 포함하되,
   상기 몸체(110)의 중심영역을 따라 형성되는 가상의 센터라인(P)에 적어도 1 이상의 차단에어갭패턴(B)이 형성되고,
   상기 몸체(110)의 일면 또는 상기 일면에 대향하는 타면에 적층되는 적어도 1 이상의 금속코팅층이 형성되며,
   상기 금속코팅층의 상면에 Ti, W, TiN, Ni, Cr 중 선택되는 어느 하나의 물질로 이루어지는 확산방지용 제1보호층이 형성되는 것을 특징으로 하는 금속가스켓.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 금속코팅층은,
   Al, Si, Cu, Fe, Pb, Ag, SiC 또는 도핑된 실리콘 중 선택되는 어느 하나 또는 선택되는 둘 이상의 물질로 형성되는 금속가스켓.
   
9. 삭제
10. 청구항 7에 있어서,
    상기 금속가스켓은,
    상기 제1보호층을 2 이상의 적층(layer)구조로 형성하는 금속가스켓.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1보호층의 최상위 표면에 형성되는 Au로 구성되는 내식피막용 제2보호층을 더 포함하는 금속가스켓.
    
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 금속가스켓은,
    상기 메인가스켓(100)의 내부영역에 배치되는 적어도 1 이상의 환형의 보조가스겟을 더 포함하는 금속가스켓.
    
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 보조가스켓은,
    상기 메인가스켓(100)과 동일한 구조 및 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 금속가스켓.
    
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 보조가스켓은,
    상기 메인가스켓(100)의 중심축(Q)를 중심으로 다수의 보조가스켓이 대칭구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 금속가스켓.

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