KR101240912B1 - Gas valve assembly of atomic layer deposition apparatus comprising lip seal - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원자층 증착장치의 가스밸브어셈블리에 관한 것으로서, 다수의 내부유로를 가지며, 상기 내부유로의 입구가 외주면에 형성되는 구동축; 상기 구동축의 외주를 둘러싸며 상기 다수의 내부유로에 각 대응되는 다수의 가스공급홀을 구비하는 하우징; 상기 하우징의 내측벽에 고정되고 상기 구동축이 관통하는 개방부를 가지는 판상의 몸체부와 상기 개방부측 주연부가 일 측으로 절곡되어 형성된 깔때기 모양의 시일부를 포함하며, 상기 구동축과 하우징 사이에서 설치되어 상기 각 내부유로 및 각 내부유로에 대응되는 가스공급홀과 일대일로 연통하는 환형유로를 다수 형성하는 립 시일(lip seal)을 포함하는 가스밸브어셈블리를 제공한다.The present invention relates to a gas valve assembly of an atomic layer deposition apparatus, comprising: a drive shaft having a plurality of internal flow paths, the inlet of which is formed on an outer circumferential surface thereof; A housing surrounding the outer circumference of the drive shaft and having a plurality of gas supply holes corresponding to the plurality of internal passages; A plate-shaped body portion fixed to an inner wall of the housing and having an open portion through which the drive shaft penetrates, and a funnel-shaped seal portion formed by bending the opening portion side peripheral portion, and installed between the drive shaft and the housing, the inside of each of which is installed; The present invention provides a gas valve assembly including a lip seal that forms a plurality of annular flow passages in one-to-one communication with a flow passage and gas supply holes corresponding to each internal flow passage.
본 발명에 따르면 원자층증착 장치를 고온 공정에 적용하더라도 가스밸브어셈블리에서 리크가 발생하거나 자성유체로 인해 챔버 내부가 오염되는 위험을 방지할 수 있게 된다. According to the present invention, even if the atomic layer deposition apparatus is applied to a high temperature process, it is possible to prevent the risk of leakage in the gas valve assembly or contamination of the inside of the chamber due to magnetic fluid.
원자층 증착, 가스밸브어셈블리, 립 시일(lip seal) Atomic layer deposition, gas valve assembly, lip seal
Description
도 1은 세미배치 방식의 원자층증착장치에서 가스밸브 어셈블리의 사용상태도 1 is a state of use of the gas valve assembly in a semi-batch atomic layer deposition apparatus
도 2는 공정챔버의 상부에 결합된 가스밸브 어셈블리의 단면도 2 is a cross-sectional view of the gas valve assembly coupled to the top of the process chamber;
도 3은 도 2의 A부분에 대한 부분확대도 3 is a partially enlarged view of a portion A of FIG.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가스밸브 어셈블리의 단면도 4 is a cross-sectional view of a gas valve assembly according to an embodiment of the present invention.
도 5a 및 도 5b는 립 시일의 사시도 및 측면도 5A and 5B are perspective and side views of the lip seal
도 6은 고정부재의 다른 실시예를 나타낸 도면6 is a view showing another embodiment of a fixing member
도 7은 하우징에 역류방지용 퍼지가스공급홀이 형성된 모습을 나타낸 단면도 7 is a cross-sectional view showing a state in which a backflow preventing purge gas supply hole is formed in a housing;
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Description of the Related Art [0002]
100 : 가스밸브어셈블리 110 : 구동축 100: gas valve assembly 110: drive shaft
120 : 하우징 122 : 플랜지 120 housing 122 flange
130,140,150,160 : 제1,2,3,4 가스공급홀 130,140,150,160: First, second, third and fourth gas supply holes
171,172,173,174 : 제1,2,3,4 내부유로 171,172,173,174: 1st, 2nd, 3rd and 4th Euro
180 : 립시일(lip seal) 181 : 몸체 180: lip seal 181: body
182 : 개방부 183 : 시일부 182: opening 183: seal
190 : 고정부재 191 : 하부고정부재190: fixing member 191: lower fixing member
192 : 스프링 193 : 시일보조지지부재192: spring 193: seal auxiliary support member
194 : 상부고정부재 200 : 역류방지용 퍼지가스공급홀 194: upper fixing member 200: back flow prevention purge gas supply hole
본 발명은 원자층증착장치의 가스밸브어셈블리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 립시일(lip seal)을 포함하는 가스밸브어셈블리에 관한 것이다. The present invention relates to a gas valve assembly of an atomic layer deposition apparatus, and more particularly, to a gas valve assembly including a lip seal.
일반적으로 반도체 소자는 실리콘 웨이퍼 상에 회로패턴을 형성하는 공정과 웨이퍼를 소정의 크기로 절단하여 에폭시 수지 등으로 봉지하는 패키징 공정 등을 통해 제조된다. Generally, a semiconductor device is manufactured through a process of forming a circuit pattern on a silicon wafer and a packaging process of cutting the wafer into a predetermined size and encapsulating the wafer with an epoxy resin.
웨이퍼상에 회로패턴을 형성하기 위해서는 소정의 박막을 형성하는 박막증착공정, 증착된 박막에 포토레지스트를 도포하고 노광 및 현상을 통해 포토레지스터 패턴을 형성하는 포토리소그래피 공정, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 박막을 패터닝하는 식각 공정, 웨이퍼의 소정 영역에 특정 이온을 주입하는 이온주입공정, 불순물을 제거하는 세정공정 등을 거쳐야 하고, 이러한 공정은 해당 공정을 위해 최적의 환경이 조성된 공정챔버의 내부에서 진행된다. In order to form a circuit pattern on a wafer, a thin film deposition process of forming a predetermined thin film, a photolithography process of forming a photoresist pattern by applying photoresist to the deposited thin film and exposing and developing the photoresist pattern, An etching process of patterning a thin film, an ion implantation process of injecting specific ions into a predetermined region of the wafer, and a cleaning process of removing impurities must be performed.These processes are performed in a process chamber in which an optimal environment is formed for the process. Proceed.
이중에서 박막증착공정은 스퍼터링(Sputtering)법과 같이 물리적인 충돌을 이용하는 PVD(Physical Vapor Deposition)법과 화학반응을 이용하는 CVD(Chemical Vapor Deposition)법으로 크게 구분할 수 있으며, CVD법이 PVD법에 비하여 박막균일도 및 계단도포성(step coverage)이 우수하기 때문에 일반적으로 많이 사용된다. CVD법은 APCVD(Atmospheric pressure CVD), LPCVD(Low pressure CVD), PECVD(Plasma Enhanced CVD) 법 등으로 나뉜다. Among these, the thin film deposition process can be largely divided into PVD (Physical Vapor Deposition) method using physical collision, such as sputtering method, and CVD (Chemical Vapor Deposition) method using chemical reaction. And it is generally used because of the excellent step coverage (step coverage). The CVD method is divided into APCVD (Atmospheric pressure CVD), LPCVD (Low pressure CVD), PECVD (Plasma Enhanced CVD) method.
그런데 최근에는 종래 방식에 비하여 박막균일도나 계단도포성(step coverage)이 매우 우수한 ALD(Atomic Layer Deposition : ALD) 방식이 미세패턴이 요구되는 게이트산화막(gate-oxide layer), 커패시터유전막(capacitor dielectric layer), 확산방지막(diffusion barrier layer) 등의 증착공정을 중심으로 많이 사용되고 있다. Recently, ALD (Atomic Layer Deposition: ALD) method, which has much higher film uniformity or step coverage than the conventional method, requires a gate-oxide layer and a capacitor dielectric layer requiring a fine pattern. ), And is widely used for deposition processes such as diffusion barrier layers.
ALD방식에 의하면 반응원료들이 기판의 표면에서만 반응하기 때문에 하나의 원료공급 주기에서 증착되는 막의 두께가 일정하며, 따라서 원료공급주기의 횟수를 조절함으로써, 박막두께를 정밀하게 조절할 수 있는 장점이 있다. According to the ALD method, since the reactants react only on the surface of the substrate, the thickness of the film deposited in one raw material supply cycle is constant, and thus, the thickness of the thin film can be precisely controlled by controlling the number of raw material feed cycles.
A물질과 B물질의 화합물인 A+B로 이루어지는 원자층 박막의 증착과정을 설명하면 다음과 같다. The deposition process of an atomic layer thin film consisting of A + B compounds of A and B materials is described as follows.
먼저 공정챔버 내에 웨이퍼를 안치시키고 공정분위기를 조성하기 위해 진공펌핑을 수행한 다음, 공정챔버 내로 A물질을 유입하여, 웨이퍼 표면에 흡착시킨다. 이어서 Ar, N2 등의 퍼지가스를 유입하여 잔류기체를 퍼지시킨다. First, the wafer is placed in the process chamber and vacuum pumped to form a process atmosphere. Then, A material is introduced into the process chamber and adsorbed onto the wafer surface. Subsequently, purge gases such as Ar and N 2 are introduced to purge the residual gas.
퍼지과정이 완료된 후 새로운 B물질을 챔버 내로 유입시키면, B물질이 웨이퍼 상에 이미 증착되어 있는 A물질과 반응하여 화합물 A+B의 박막을 형성한다. 이어서 다시 퍼지가스를 유입하여 잔류기체를 제거하면 1회의 증착주기가 완성되며, 이와 같은 과정을 필요한 만큼 반복함으로써 원하는 두께의 박막을 얻을 수 있다. When the new B material is introduced into the chamber after the purge process is completed, the B material reacts with the A material already deposited on the wafer to form a thin film of Compound A + B. Subsequently, once the purge gas is introduced again to remove residual gas, one deposition cycle is completed. By repeating this process as necessary, a thin film having a desired thickness can be obtained.
이러한 원자층 증착방식은 1주기 공정을 통해 얻어지는 박막의 두께가 매우 얇기 때문에 필요한 박막두께를 얻기 위해서는 전술한 주기의 증착공정을 수회 내지 수백 회 반복하여야 하므로 공정속도가 매우 늦을 수밖에 없다. Since the atomic layer deposition method has a very thin thickness obtained through one cycle process, in order to obtain the required thin film thickness, the above-described deposition process of the above-mentioned cycle must be repeated several times to several hundred times.
따라서 생산성을 높이기 위해 통상 4-5매의 웨이퍼를 한꺼번에 처리하는 세미배치(semi batch) 타입의 공정챔버가 많이 사용된다. Therefore, in order to increase productivity, a semi batch process chamber which processes 4-5 sheets at a time is commonly used.
또한 원자층증착장치는 다수의 공정가스 및 퍼지가스를 이용하기 때문에 각각의 가스마다 별도의 가스유입관 및 밸브를 설치하게 되면 설비가 복잡해지고 각 공정당 밸브의 온/오프 동작이 수백 번 반복되어야 하므로 밸브의 수명이 단축될 뿐만 아니라 밸브구동을 위한 전기적 신호장치, 공압가동장치, 밸브 온/오프장치 등의 작동순서 및 시간을 일치시키기 어려운 문제가 있다. In addition, since the atomic layer deposition apparatus uses a plurality of process gases and purge gases, if a separate gas inlet pipe and a valve are installed for each gas, the equipment is complicated and the on / off operation of the valve per process must be repeated hundreds of times. Therefore, not only the life of the valve is shortened, but there is a problem that it is difficult to match the operation order and time of the electric signal device, pneumatic actuator, and valve on / off device for driving the valve.
이러한 문제를 해결하기 위해 제안된 것이, 보다 단순한 구성을 가지면서도, 가스주입순서를 효과적으로 제어할 수 있는 가스밸브 어셈블리이다.Proposed to solve this problem is a gas valve assembly having a simpler configuration, and can effectively control the gas injection sequence.
도 1은 이러한 가스밸브 어셈블리(10)가 사용되는 세미배치 방식의 원자층 증착장치를 도시한 것으로서 설명의 편의를 위하여 가스밸브 어셈블리(10)와 그 하부의 웨이퍼(w)만을 도시하였다. FIG. 1 illustrates a semi-batch atomic layer deposition apparatus in which such a
가스밸브 어셈블리(10)는 원통형상의 하우징(12)과 하우징(12)의 내부를 상 하로 관통하는 구동축(11)을 포함하며, 구동축(11)의 내부에는 다수의 내부유로가 형성되어 있다. The
하우징(12)의 측면에는 상기 내부유로와 각 연통되는 제1,2,3,4 가스공급관(21,22,23,24)이 연결되며, 구동축(11)의 하단부에는 상기 내부유로와 각 연통되는 제1,2,3,4 인젝터(31,32,33,34)가 연결된다. First, second, third, and fourth
제1,2,3,4 인젝터(31,32,33,34)는 하부에 다수의 분사홀(미도시)이 형성되어 있고 구동축(11)에 의해 바람개비 모양으로 회전하기 때문에 웨이퍼(w)의 상부에 제1 원료물질, 퍼지가스, 제2 원료물질, 퍼지가스를 순차적으로 분사하는 역할을 한다. 이때 퍼지가스는 Ar 또는 N2가 이용된다. The first, second, third, and
도 2는 공정챔버(40)의 상부에 체결된 가스밸브어셈블리(10)의 단면을 나타낸 것으로서, 하우징(12)의 외주에는 제1,2,3,4 가스공급관(21,22,23,24)이 각 연결되는 제1,2,3,4 가스공급홀(13,14,15,16)이 형성되며, 하부에는 공정챔버(40)와 체결되는 플랜지(12a)를 구비한다. 또한 내부가 진공상태인 공정챔버(40)를 진공시일하기 위해 오링(42)을 설치한다. FIG. 2 is a cross-sectional view of the
구동축(11)의 내부에는 제1,2,3,4 가스공급홀(13,14,15,16)과 각 대응하는 제1,2,3,4 내부유로(17,18,19,20)가 형성되는데, 상기 제1,2,3,4 내부유로(17,18,19,20)의 입구는 구동축(11)의 측부에 형성되고, 출구는 구동축(11)의 하단부에 형성된다. Inside the
내부유로의 각 출구에는 도 1에 도시된 바와 같이 제1,2,3,4 인젝터(31,32,33,34)가 바람개비 형태로 연결된다. As shown in FIG. 1, first, second, third, and
따라서, 예를 들어, 제1 가스공급관(21)을 통해 공급되는 제1 원료물질은 제1 가스공급홀(13), 제1 내부유로(17) 및 제1 인젝터(31)를 거쳐 분사되고, 제2 가스공급관(22)을 통해 공급된 퍼지가스는 제2 가스공급홀(14), 제2 내부유로(18) 및 제2 인젝터(32)를 거쳐 분사되고, 제3 가스공급관(23)을 통해 공급된 제2 원료물질은 제3 가스공급홀(15), 제3 내부유로(19) 및 제3 인젝터(33)를 거쳐 분사되고, 제4 가스공급관(22)을 통해 공급된 퍼지가스는 제4 가스공급홀(16), 제4 내부유로(20) 및 제4 인젝터(34)를 거쳐 분사된다.Thus, for example, the first raw material supplied through the first
전술한 바와 같이 구동축(11)이 회전하므로, 각 인젝터(31,32,33,34)는 원주방향으로 배열된 다수 웨이퍼의 상부를 순차적으로 통과하면서 제1 원료물질, 퍼지가스, 제2 원료물질, 퍼지가스를 순차적으로 분사하므로 다수의 웨이퍼에 대한 원자층 증착공정이 한꺼번에 진행된다. As the
한편, 도 2에서 제1,2,3,4 가스공급홀(13,14,15,16)을 통해 유입되는 원료물질 및 퍼지가스는 서로 섞이지 않아야 하므로, 하우징(10)의 내측에는 각 유로를 서로 격리시키기 위한 시일수단이 필요한데, 종래에는 도 2에 도시된 바와 같이 마그네틱시일(30)이 주로 이용되었다. Meanwhile, raw materials and purge gas introduced through the first, second, third, and fourth
마그네틱시일(magnetic seal)이란 자기력에 의해 일정한 형태를 유지하는 자성유체(magnetic fluid)의 특성을 이용하여 액체 오링(O-ring)을 형성한 것을 말한 다. 자성유체란 베이스오일(base oil)에 Fe3O4 등의 자성분말을 콜로이드 모양으로 안정, 분산시킨 다음 침전이나 응집이 생기지 않도록 계면활성제를 첨가한 유체로서, 자계를 인가함으로써 유체의 유동성이나 점도를 신속하고 가역적으로 제어시킬 수 있기 때문에 샤프트시일이나 진공시일의 작동유체로 많이 사용된다. Magnetic seal refers to the formation of a liquid O-ring using the characteristics of a magnetic fluid that maintains a certain form by magnetic force. Magnetic fluid is a fluid that stabilizes and disperses magnetic powders such as Fe3O4 in a base oil in a colloidal shape, and then adds a surfactant to prevent precipitation or agglomeration. Since it can be controlled reversibly, it is widely used as a working fluid for shaft seals and vacuum seals.
자성유체속의 자성분말은 일반적으로 0.01 내지 0.02 마이크로미터의 초미립자 분말이므로 초미립자 특유의 브라운운동을 하기 때문에, 외부에서 자기장, 중력, 원심력 등이 가해져도, 자성유체속의 자성분말입자의 농도가 일정하게 유지되므로 시일성능이 뛰어나며, 구동부재의 마찰로 인한 파티클발생을 방지할 수 있는 효과도 있다. Since the magnetic powder in the magnetic fluid is generally ultrafine powder of 0.01 to 0.02 micrometers, it performs brown movement peculiar to the ultrafine particles, so that the concentration of magnetic powder in the magnetic fluid is kept constant even when external magnetic fields, gravity and centrifugal force are applied. Therefore, the sealing performance is excellent, there is an effect that can prevent the generation of particles due to the friction of the drive member.
도 3은 도 2의 A부분을 확대한 도면으로서, 구동축(11)과 하우징(12)사이에 형성된 마그네틱시일(30)의 구성을 개략적으로 도시한 것이다. 이에 따르면 하우징(12)의 내측벽에 다수의 영구자석(31)과, 단부에 다수의 뾰족부를 가지는 폴피스(pole piece, 32)를 교대로 설치하고, 폴피스(32)의 뾰족부에 자성유체(33)를 주입한다. FIG. 3 is an enlarged view of portion A of FIG. 2 and schematically illustrates a configuration of the
주입된 자성유체(33)는 영구자석(31)에서 인가되는 자계와 자성유체(33) 고유의 점성으로 인하여 폴피스(32)의 뾰족부에 뭉치게 되고, 구동축(11)과 폴피스(32) 뾰족부 사이의 간극을 채우면서 구동축(11) 외주면을 따라 환형의 마그네틱시일(30)을 형성하게 된다. The injected
그런데 이러한 마그네틱시일은 회전체의 시일수단으로서 활용범위가 넓기는 하지만 다음과 같은 몇 가지 문제점을 가지고 있다. However, although the magnetic seal has a wide range of applications as a sealing means of the rotating body, it has some problems as follows.
첫째, 자성유체를 이용하기 때문에 온도에 취약하며, 100℃ 이상에서 자성이 상실되거나 자성유체가 기화될 우려가 있기 때문에 핫월(hot wall)을 필요로 하는 고온 공정에 적용하기에는 부적합하다. 자성이 상실되면 자성유체가 누설되어 마그네틱시일의 리크가 발생하게 되고, 자성유체가 기화되면 기화된 물질이 챔버 내부로 유입되어 오염원으로 작용하기 때문이다. First, it is vulnerable to temperature due to the use of magnetic fluid, and is not suitable for high temperature processes requiring a hot wall because the magnetic fluid may be lost or the magnetic fluid may be vaporized above 100 ° C. This is because the magnetic fluid is leaked when the magnetic fluid is lost, and the magnetic seal is leaked. When the magnetic fluid is vaporized, the vaporized material flows into the chamber and acts as a pollution source.
둘째, 원료물질이 유동 중에 마그네틱시일과 접하게 되므로, 자성유체와 원료물질이 서로 반응하여 오염물질을 생성할 우려가 있고, 반응하지 않더라도 자성유체가 원료물질과 함께 챔버 내부로 유입되면 오염원으로 작용하거나 공정이나 설비에 2차적인 문제를 유발시킬 위험이 있다. Second, since the raw material is in contact with the magnetic seal during the flow, there is a risk that the magnetic fluid and the raw material react with each other to generate pollutants, and even if the magnetic fluid does not react, it acts as a source of contamination if the magnetic fluid enters the chamber together with the raw material. There is a risk of causing secondary problems in the process or equipment.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 원자층 증착장치의 가스밸브 어셈블리에서 리크가 발생하거나 자성유체로 인해 챔버 내부가 오염되는 위험을 방지할 수 있는 방안을 제공하는데 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method of preventing a leak occurring in a gas valve assembly of an atomic layer deposition apparatus or contamination inside a chamber due to magnetic fluid.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 다수의 내부유로를 가지며, 상기 내부유로의 입구가 외주면에 형성되는 구동축; 상기 구동축의 외주를 둘러싸며 상기 다수의 내부유로에 각 대응되는 다수의 가스공급홀을 구비하는 하우징; 상기 하우징의 내측벽에 고정되고 상기 구동축이 관통하는 개방부를 가지는 판상의 몸체부와 상기 개방부측 주연부가 일 측으로 절곡되어 형성된 깔때기 모양의 시일부를 포함하며, 상기 구동축과 하우징 사이에서 설치되어 상기 각 내부유로 및 각 내부유로에 대응되는 가스공급홀과 일대일로 연통하는 환형유로를 다수 형성하는 립 시일(lip seal)을 포함하는 가스밸브어셈블리를 제공한다.The present invention to achieve the above object, the drive shaft having a plurality of internal passages, the inlet of the inner passage is formed on the outer peripheral surface; A housing surrounding the outer circumference of the drive shaft and having a plurality of gas supply holes corresponding to the plurality of internal passages; A plate-shaped body portion fixed to an inner wall of the housing and having an open portion through which the drive shaft penetrates, and a funnel-shaped seal portion formed by bending the opening portion side peripheral portion, and installed between the drive shaft and the housing, the inside of each of which is installed; The present invention provides a gas valve assembly including a lip seal that forms a plurality of annular flow passages in one-to-one communication with a flow passage and gas supply holes corresponding to each internal flow passage.
상기 립 시일은 불소수지계열 또는 카본 그라파이트 재질로 제조되는 것이 바람직하다.The lip seal is preferably made of a fluorine resin series or carbon graphite material.
상기 립 시일은 상기 각 내부유로 입구의 상하에 하나 이상씩 설치되는 것이 바람직하다.The lip seal is preferably installed at least one upper and lower sides of the respective inlet passage.
상기 하우징의 내측벽에는 상기 몸체부를 고정하는 고정부재가 설치되는 것이 바람직하다.It is preferable that a fixing member for fixing the body portion is installed on the inner wall of the housing.
상기 고정부재는, 하우징의 내측벽에 고정되는 하부고정부재; 상기 립 시일의 탄성력을 보조로 지지하는 시일보조지지부재; 상기 하부고정부재와 함께 상기 립 시일을 고정하는 상부고정부재를 포함하며, 상기 하부고정부재와 상기 시일보조지지부재 사이에는 탄성부재가 설치되는 것이 바람직하다.The fixing member includes a lower fixing member fixed to the inner wall of the housing; A seal auxiliary support member for supporting an elastic force of the lip seal; And an upper fixing member for fixing the lip seal together with the lower fixing member, and an elastic member is installed between the lower fixing member and the seal supporting member.
상기 탄성부재는 상기 하부고정부재 내의 오목부 또는 단차부에 설치되고, 상기 오목부 또는 단차부와 상기 립시일의 사이에는 곡면을 가지는 시일보조지지부재가 삽입되는 것이 바람직하다.Preferably, the elastic member is provided in a recess or step portion in the lower fixing member, and a seal auxiliary support member having a curved surface is inserted between the recess or step portion and the lip seal.
상기 가스공급홀은 제1 원료물질 공급홀, 제2 원료물질 공급홀 및 하나 이상의 퍼지가스공급홀을 포함한다.The gas supply hole includes a first raw material supply hole, a second raw material supply hole, and one or more purge gas supply holes.
상기 하우징에는 상기 하우징이 결합되는 챔버의 내부와 연통되는 역류방지 용 퍼지가스공급홀이 더 형성될 수 있다.The housing may further include a backflow preventing purge gas supply hole communicating with the inside of the chamber to which the housing is coupled.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. Hereinafter, with reference to the drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가스밸브어셈블리(100)의 단면도로서, 원통형상의 하우징(120)에 구동축(110)이 상하로 관통하여 결합되고, 하우징(120)의 측부에는 제1,2,3,4 가스공급홀(130,140,150,160)이 상하로 소정거리 이격되어 형성되며, 하우징(120)의 하부에는 공정챔버의 상부에 체결하기 위한 플랜지(112)가 형성되는 점은 종래와 공통된다. 4 is a cross-sectional view of the
또한 종래와 마찬가지로 구동축(110)의 내부에는 하우징(120)의 제1,2,3,4 가스공급홀(130,140,150,160)과 각 대응하는 제1,2,3,4 내부유로(171,172,173,174)가 형성된다.In addition, as in the prior art, the first, second, third, and fourth gas supply holes 130, 140, 150, and 160 of the
제1,2,3,4 내부유로(171,172,173,174)의 입구는 구동축(110)의 측부에서 상기 제1,2,3,4 가스공급홀(130,140,150,160)과 같은 높이에 형성되며, 출구는 구동축(110)의 하단부에 형성된다. Inlets of the first, second, third, and fourth
하우징(120)의 제1,2,3,4 가스공급홀(130,140,150,160)에는 제1 원료물질공급관, 퍼지가스공급관, 제2 원료물질공급관, 퍼지가스공급관이 각각 연결되므로, 제1,2,3,4 내부유로(171,172,173,174)에는 제1 원료물질, 퍼지가스, 제2 원료물질, 퍼지가스가 각각 공급된다. 이때 퍼지가스는 Ar 또는 N2가 이용된다. The first, second, third and fourth gas supply holes 130, 140, 150, and 160 of the
상기 구동축(110)의 하단부는 챔버 내부에 위치하고 각 내부유로 (171,172,173,174)의 출구에는 인젝터가 결합되므로, 구동축(110)을 회전시키면 인젝터가 회전하면서 각 웨이퍼의 상부에 제1 원료물질, 퍼지가스, 제2 원료물질, 퍼지가스를 순차적으로 분사하여 원자층 박막을 증착한다. Since the lower end of the
본 발명의 가스밸브어셈블리(100)는 구동축(110)과 하우징(120) 사이에 설치되어 서로 대응되는 내부유로(171,172,173,174) 및 가스공급홀(130,140,150,160)만을 연통시키고 다른 내부유로 및 가스공급홀과는 격리시키는 시일수단으로서 립 시일(180)을 이용하는 점에 특징이 있다. The
립 시일(180)은 도 5a 및 도 5b에 도시된 사시도 및 측면도에 도시된 바와 같이, 가운데에 개방부(182)를 가지는 원판형상의 몸체부(181)와, 개방부(182) 주변의 주연부가 일 방향으로 절곡되어 깔때기 모양으로 형성된 시일부(183)로 이루어진다. The
개방부(182)는 구동축(110)이 관통하는 부분이며, 몸체부(181)는 하우징(120)의 내측벽에 고정된다. 몸체부(181)를 고정하기 위해 하우징(120)의 내측벽에 고정부재(190)를 설치하여야 한다.The
이때 시일부(183)는 고정부재(190)의 외측으로 돌출되며 주연부가 구동축(110)에 인접하는데, 시일부(183)의 주연부와 구동축(110) 사이의 간극은 수 마이크로미터 이하로 유지되어야 립 시일(180)의 상하로 가스가 유동하는 것을 막을 수 있다. At this time, the
예를 들어, 도 4에서 구동축(110)의 외주에 형성된 제1 내부유로(171)의 입 구 상하에 립 시일(180)을 1개씩 설치하면, 구동축(110)과 하우징(120)의 사이에는 상기 립 시일(180)에 의해 다른 내부유로 및 가스공급홀과 격리되는 환형유로가 형성된다. For example, in FIG. 4, if one
구동축(110)의 외주를 따라 형성되는 상기 환형유로는 제1 내부유로(171) 및 제1 가스공급홀(130)과 연통되므로, 제1 가스공급홀(130)을 통해 공급된 원료물질은 상기 환형유로를 따라 확산하였다가 제1 내부유로(171) 를 통해 챔버 내부로 유입된다. Since the annular flow path formed along the outer circumference of the
이와 같이 립 시일(180)을 제1,2,3,4 내부유로(171,172,173,174)의 입구 상하에 설치함으로써 각 내부유로 및 가스공급홀을 다른 내부유로 및 가스공급홀과 서로 격리시킬 수 있다. 이때 시일 성능을 높이기 위하여 립 시일(180)을 한 곳에 2개 이상 설치할 수도 있다.Thus, by installing the
한편, 상기 립 시일(180)은 원료물질 및 퍼지가스에 노출될 뿐만 아니라 공정챔버로부터 전달되는 고열의 영향을 받으므로 내열성 및 내산화성이 뛰어난 재질을 이용하여 제조하여야 한다. 본 발명에서는 흔히 테프론이라 불리는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 또는 테드라 플루오르에틸렌-페르플루오트 알킬비닐에테르 공중합체(PFA) 등을 포함하는 불소수지계열이나 카본 그라파이트 재질을 이용한다.On the other hand, the
한편 립 시일(180)을 고정하는 고정부재(190)는 단순히 몸체부(181)가 삽입되는 삽입홈을 가지는 형태일 수도 있으나, 도 6에서는 이와 다른 형태의 고정부재(190)를 제안하고 있다.On the other hand, the fixing
즉, 하우징(120)의 내측벽에 부착된 하부고정부재(191)가 립 시일(180)의 몸체부(181)를 하부에서 고정하고, 상부고정부재(194)가 립 시일(180)의 몸체부를 상부에서 고정한다. That is, the
립 시일(180)의 시일부(183)는 하부로 절곡된 형태로서 자체 탄성으로 구동축(110) 외주와의 간격을 유지하지만, 보다 안정적으로 간격을 유지할 수 있도록 도 6에 도시된 바와 같이 시일보조지지부재(193)를 설치할 수도 있다.The
시일보조지지부재(193)는 원형 단면을 가지는 링 형태로서, 하부고정부재(191)에 설치된 스프링(192)에 의해 탄성력을 받으면서 립 시일(180)의 시일부(183)를 하부에서 지지한다. 시일보조지지부재(193)가 균일한 탄성력으로 립시일의 시일부(183)을 지지할 수 있도록 구동축(110)을 중심으로 등간격으로 스프링(192)을 다수 개 설치하는 것이 바람직하다.The seal
한편 상기 스프링(192) 및 시일보조지지부재(193)를 지지하기 위하여 하부고정부재(191)에는 소정의 오목부 또는 단차부를 형성할 수도 있다.Meanwhile, in order to support the
이상에서는 퍼지가스가 2개의 경로를 통해, 즉 제2,4 가스공급홀(140,160) 및 제2,4 내부유로(172,174)를 통해서 공급되는 경우를 설명하였으나, 퍼지가스의 공급경로를 하나만 형성하는 것도 가능하다. In the above description, a case in which purge gas is supplied through two paths, that is, through the second and fourth gas supply holes 140 and 160 and the second and fourth
이 경우 구동축(110)은 3개의 내부유로를 가지며, 내부유로에 대응하는 가스공급홀도 3개를 가지게 되는데, 제1,2 원료물질의 공급주기 사이에는 반드시 퍼지가스가 공급되어야 하므로, 퍼지가스용 내부유로가 하나뿐인 경우에는 출구에 연결 되는 퍼지가스용 인젝터를 2개의 경로로 분기하여야 한다. In this case, the
도 7은 하우징(120)의 하부에 역류방지용 퍼지가스공급홀(200)을 추가로 형성한 가스밸브어셈블리(100)의 단면도이다. 이는 가스밸브 어셈블리(100)의 내부로 원료물질이나 기타 공정잔류기체가 역류하여 박막이 증착되거나 파티클이 발생하는 것을 방지하기 위해 Ar, N2 등의 퍼지가스를 지속적으로 분사시키기 위한 것이다. FIG. 7 is a cross-sectional view of the
본 발명에 따르면 원자층증착 장치를 고온 공정에 적용하더라도 가스밸브어셈블리에서 리크가 발생하거나 자성유체로 인해 챔버 내부가 오염되는 위험을 방지할 수 있게 된다. According to the present invention, even if the atomic layer deposition apparatus is applied to a high temperature process, it is possible to prevent the risk of leakage in the gas valve assembly or contamination of the inside of the chamber due to magnetic fluid.
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