KR101588265B1 - 노즐부재 및 이에 의한 가스 디스트리뷰터의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노즐부재와, 이에 의한 반도체 디바이스 또는 액정표시장치의 제조공정 등에 사용되는 가스 디스트리뷰터의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 노즐부재는, 적어도 일면에 길이 방향으로 곡면의 제1요홈이 형성되며, 상기 제1요홈과 수직하게 연결되어 일측 단부까지 연장 형성되는 장공의 제2요홈이 형성되는 선형의 스틱 형상의 몸체부를 포함하며, 본 발명의 가스 디스트리뷰터의 제조방법은 한 쌍의 노즐부재로 구성되는 단위 노즐부를 2개 이상 나란하게 조립하여 노즐 조립체를 제작함으로써 달성될 수 있다.

Description

노즐부재 및 이에 의한 가스 디스트리뷰터의 제조방법{Nozzle member, and method for manufacturing of a gas distributor utilizing the same}

본 발명은 노즐부재와, 이에 의한 반도체 디바이스 또는 액정표시장치의 제조공정 등에 사용되는 가스 디스트리뷰터의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 디바이스 또는 액정표시장치는 반도체 기판인 웨이퍼 또는 유리기판 상에 사진, 식각, 확산, 화학기상증착, 이온주입, 금속증착 등의 일련의 공정을 선택적이고 반복적으로 수행하여 제조가 이루어진다.

특히 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 공정에서는 챔버 내에 로딩된 기판 상에 증착용 소스 가스를 분사하여 기판 표면에 미세한 박막층을 형성하게 되며, 이때 제품의 품질에 가장 큰 영향을 미치는 것은 증착 균일도를 확보하는 것이다.

따라서 CVD 공정에서는 소스 가스를 기판 표면상에 균일하게 확산시키는 것이 매우 중요하며, 이를 위하여 다양한 구조의 가스 디스트리뷰터(또는 '샤워 헤드'로도 지칭함)가 제시되어 있다.

도 1은 종래기술에 따른 가스 디스트리뷰터의 단면 구성도이다.

도 1을 참고하면, 종래기술의 가스 디스트리뷰터(10)는, 전체적으로 일정 두께의 플레이트로써, 제1공정가스 유로(11)와, 제2공정가스 유로(12)가 형성되어 각 유로를 따라서 공정 가스가 따로 공급되어 챔버 내에 공급이 이루어진다. 도면부호 13은 냉각수가 흐르게 되는 냉각유로이다.

이러한 종래기술의 가스 디스트리뷰터의 제조는 일정 두께 플레이트에 홀 또는 유로 형태에 따라서 다양한 가공 공정을 거쳐서 제작이 이루어진다.

예를 들어, 제1공정가스 유로(11)는 플레이트의 수평 방향으로 건 드릴(Gun drill)을 사용하여 300mm 이상의 원형 홀을 천공하여 제1유로(11a)를 가공하며, 다시 플레이트의 수직 방향으로 와이어 방전 가공(Wire electric discharge machining)을 진행하여 제1유로(11a)와 연통되게 제2유로(11b)(통상 1mm 내외)를 가공하게 된다.

한편 제2공정가스 유로(12)(통상 2mm 내외)는 플레이트의 수직 방향으로 방전 가공(Electric discharge machining)을 진행하여 가공이 이루어진다.

냉각유로(13)는 건 드릴(Gun drill)을 사용하여 가공이 이루어진다.

이와 같이 종래기술의 이종의 공정 가스를 공급하기 위한 가스 디스트리뷰터는 일정 두께의 플레이트에 가공하고자하는 유로의 위치, 형상 및 사이즈를 고려하여 건 드릴(Gun drill) 공정, 와이어 방전 가공(Wire electric discharge machining) 및 방전 가공(Electric discharge machining)과 같은 여러 가공장치를 거쳐서 가공 작업이 이루어짐으로써 제작과정이 복잡하고 제작비용이 상승하는 문제점이 있다.

또한 플레이트 내부에 대한 유로 가공은 제한된 가공 작업만이 가능하며, 특히 건 드릴 가공, 방전 가공, 및 와이어 방전 가공은 직선 형태의 홀 가공만이 가능하여 가스 흐름을 고려하여 유로 형태의 변경이 필요하더라도 가공의 한계로 인하여 형상의 변경에 어려움이 있다.

예를 들어, 제1유로(11a)와 제2유로(11b)는 각각 건 드릴 공정과, 와이어 방전 가공에 의해 이루어지며, 이때 두 유로의 경계면은 직각 형태를 가질 수 밖에 없으며, 따라서 직각의 경계면(도면부호 A)에서 난류가 형성되어 가스 흐름의 저항이 크게 발생되는 문제점이 있다.

또한 유로를 따라서 흐르는 공정가스 컨트롤의 중요한 인자인 유량, 유압 및 유속을 변경하기 위하여 유로 형상의 변경이 필요하더라도 위에서 설명한 일반 가공 공정에서는 홀 크기만의 변경이 가능하여 공정가스 컨트롤에 많은 제한이 발생되는 문제점이 있다.

다음으로 와이어 방전 가공은 가공의 특성 상, 플레이트를 관통하여 가공이 이루어짐으로써 불필요한 가공이 발생되는 문제점이 있다.

예를 들어, 제2유로(11b)는 유로 폭이 통상 1mm 내외의 작은 홀 가공이 요구되어 와이어 방전 가공에 의해 이루어지며, 이때 가공 특성 상 제1유로(11a) 상부까지 완전히 관통되어 홀(도면부호 B)이 형성된다. 그러나 이러한 불필요한 홀은 제1공정가스 유로와 제2공정가스 유로가 서로 연통되는 구조로써 두 공정가스가 원하지 않는 반응 부산물을 형성하여 공정 불량을 야기할 수 있다.

등록특허공보 제10-1138210호(공고일자: 2012.05.10)

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로써, 공정가스 토출을 위한 유로 형상의 설계 자유도를 높이며, 제작이 용이한 가스 디스트리뷰터의 제조방법을 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가스 디스트리뷰터의 제조방법은, 적어도 일면에 요홈이 형성된 노즐부재를 가공하는 제1단계와; 노즐부재를 서로 접합하여 접합면 상에 노즐공이 형성된 단위 노즐부를 제작하는 제2단계와; 상기 단위 노즐부를 2개 이상 병렬로 조립하여 노즐 조립체를 제작하는 제3단계를 포함한다.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 노즐 조립체의 테두리를 감싸게 되는 폐곡선 형태의 지그를 조립하는 제3단계를 더 포함한다.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 제1단계에서 상기 노즐부재의 표면에 기계적인 절삭 가공을 이용하여 요홈이 형성됨을 특징한다.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 노즐부재는 브레이징 처리되어 접합이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 가스 디스트리뷰터용 노즐부재는, 적어도 일면에 길이 방향으로 곡면의 제1요홈이 형성되며, 상기 제1요홈과 수직하게 연결되어 일측 단부까지 연장 형성되는 장공의 제2요홈이 형성되는 선형의 스틱 형상의 몸체부를 포함한다.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 몸체부는 길이 방향으로 관통 형성된 냉각유로가 형성됨을 특징으로 한다.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 몸체부는 조립을 위한 계합부재를 더 포함하며, 보다 바람직하게는, 상기 계합부재는 돌기 또는 돌기가 삽입되는 요홈인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 노즐부재 및 이에 의한 가스 디스트리뷰터의 제조방법은, 노즐공으로 기능하게 되는 요홈을 가공하여 마련된 노즐부재를 접합하여 단위 노즐부를 구성하며, 이 단위 노즐부를 병렬로 조립하여 노즐 조립체를 제작함으로써, 공정가스 토출을 위한 유로 형상의 설계 자유도를 높이며, 제작이 용이한 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 가스 디스트리뷰터의 단면 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 가스 디스트리뷰터의 분해 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 가스 디스트리뷰터의 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 가스 디스트리뷰터의 평면도,
도 5는 도 4의 A-A 선의 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 가스 디스트리뷰터에 있어서, 일반 노즐부재의 조립 상태와 분해된 상태를 예시하여 보여주는 도면,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 디스트리뷰터의 단면 구성도,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 디스트리뷰터의 단면 구성도.
도 9는 본 발명에 따른 가스 디스트리뷰터의 제조과정을 보여주는 흐름도.

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.

어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 가스 디스트리뷰터(1)는 서로 접합이 이루어지는 접합면 상에 노즐공이 형성되는 한 쌍의 노즐부재(110)(120)가 단위 노즐부(N)를 구성하며, 이러한 단위 노즐부가 2개 이상 병렬로 조립되는 노즐 조립체(100)를 포함한다.

이하 단위 노즐부(N)를 구성하는 한 쌍의 노즐부재(110)(120)는 편의상 제1노즐부재(110)와 제2노즐부재(120)라고 칭하여 설명한다.

한 쌍의 제1노즐부재(110)와 제2노즐부재(120)는 단위 노즐부(N)를 구성하며, 단위 노즐부(N)들이 다시 조립되어 노즐 조립체(100)를 구성한다.

각 노즐부재는 전체적으로 선형의 스틱(stick)으로써 적어도 일면에 요홈이 형성되며, 이때 요홈이 형성되는 면은 제1노즐부재(110)와 제2노즐부재(120)의 접합면에 해당한다.

제1노즐부재(110)와 제2노즐부재(120)가 접합되어 접합면 상에 형성된 각 노즐부재의 요홈은 단위 노즐부(N)의 노즐공을 형성한다.

가스 디스트리뷰터(1)는 노즐 조립체(100)가 삽입되어 조립이 이루어지는 고리 형상의 지그(200)를 포함하며, 이때 노즐 조립체(100)는 지그(200) 내경과 동일한 크기를 갖는다. 본 실시예에서 가스 디스트리뷰터(1)는 원형을 예시하고 있으나, 사각 또는 임의 다각형일 수 있다.

바람직하게는 지그(200) 내주면에 노즐부재에 형성된 냉각유로와 연통되는 복수의 냉각수 공급홀(201)이 형성되며, 각 냉각수 공급홀(201)은 지그(200) 상부에 형성된 배관 조립구(202)와 연통된다. 배관 조립구(202)는 냉각수 공급튜브(210)가 조립되어 냉각수는 냉각수 공급튜브(210)를 통해 노즐부재 내부를 따라서 순환이 이루어질 수 있다.

도 3에 예시된 것과 같이, 가스 디스트리뷰터(1)는 단위 노즐부(N)인 제1노즐부재(110)와 제2노즐부재(120)의 접합면 사이에서 길이 방향으로 관통하면서 하방으로 연통되는 노즐공(h1)(이하, '제1노즐공'이라 함)의 개구부는 지그(200) 상단에 노출되게 마련되며, 또한 두 단위 노즐부(N) 사이에는 수직하게 관통 형성되는 노즐공(h2)(이하, '제2노즐공'이라 함)이 추가로 형성될 수 있다.

제1노즐공(h1)과 제2노즐공(h2)의 개구부는 각각 다른 공정가스 유로로 사용되어 각 공정가스 저장챔버와 연결되며, 따라서 각 공정가스는 챔버 내에 공급되는 과정에서 서로 섞이지 않으면서 공급이 이루어질 수 있다.

도 5를 참고하면, 제1노즐부재(110)와 제2노즐부재(120)는 접합면이 브레이징 처리되어 일체로 접합이 이루어질 수 있으며, 단위 노즐부 역시도 브레이징 처리되어 일체로 접합이 이루어질 수 있다.

바람직하게는 각 노즐부재는 길이 방향으로 관통 형성된 냉각유로(h3)가 형성되어 냉각수의 순환이 이루어질 수 있으며, 냉각유로(h3)는 노즐조립체를 고정하게 되는 지그의 냉각수 공급홀(201)(도 2 참고)과 연통된다.

도 6을 참고하면, 제2노즐부재(120)는 선형의 스틱 형상의 몸체부에 일면에 길이 방향으로 곡면의 제1요홈(121)이 형성되며, 제1요홈(121)과 수직하게 연결되어 하측 단부까지 연장 형성되는 장공의 제2요홈(122)이 형성된다.

제1노즐부재(110)는 제2노즐부재(120)와의 접합면과 대칭되는 요홈 구조가 형성되어, 두 노즐부재의 접합에 의해 제1요홈(121)은 공정가스의 공급이 이루어지는 제1유로로 기능하게 되며, 제2요홈(122)은 제1요홈(121)을 통해 공급된 공정가스가 하방으로 분사가 이루어지는 제2유로로써 기능하게 된다. 제2유로의 폭(2d)은 제1유로의 폭(2r)보다는 좁다.

바람직하게는 노즐부재, 또는 단위 노즐부는 서로 계합되어 조립이 가능한 복수의 계합부재가 마련될 수 있다.

예를 들어, 제2노즐부재(120)는 바깥 면에 돌출 형성된 리브(123)가 형성될 수 있으며, 제1노즐부재(110)는 이와 대응되어 리브(123)의 삽입이 이루어지는 리브요홈(111)이 형성되어 두 개의 단위 노즐부(N)는 리브요홈(111)과 끼움 고정되는 리브(123)를 브레이징 처리하여 일체로 접합이 이루어질 수 있으며, 리브(123) 사이의 공간은 제2노즐공(h2)으로 기능한다.

또한 제2노즐부재(120)는 접합면에 장공의 조립요홈(124)(125)이 마련될 수 있으며, 이와 대응되어 제1노즐부재(110)는 접합면에 조립돌기가 형성되어 접합이 이루어질 수 있다.

이와 같이 본 발명의 가스 디스트리뷰터는 공정가스가 흐르게 되는 노즐공이 한 쌍으로 접합되는 노즐부재의 접합면 상에 마련되어, 노즐공의 가공이 용이하며 복잡한 유로 형상의 가공이 가능하다.

도 7에 예시된 것과 같이, 본 발명은 제1유로(121a)와 제2유로(121a)의 경계면(C)에 대한 곡면 가공이 노즐부재의 표면에 대한 기계적인 절삭 가공만으로 이루어질 수 있어서 가공 작업이 용이하게 이루어질 수 있으며, 따라서 공정가스 흐름상의 난류 발생을 방지할 수 있다.

다른 예로써, 도 8을 참고하면, 노즐부재의 표면에 대한 기계적인 절삭 가공만으로 제2유로(122a)에 일정 크기의 버퍼유로(h11)(h12)를 형성할 수 있으며, 종래에는 유로의 사이즈 변경만이 가능한 반면에, 본 발명은 유로의 폭과 함께 유로의 체적에 대한 변경이 가능하여 유로 형상의 설계 자유도를 높을 수 있어서 공정가스의 컨트롤 인자인 유량, 유압, 및 유속에 대한 독립적인 제어가 가능하다.

도 9는 본 발명에 따른 가스 디스트리뷰터의 제조과정을 보여주는 흐름도이다.

도 9를 참고하면, 본 발명은 적어도 일면에 요홈이 형성된 노즐부재를 가공하는 제1단계(S1)와; 노즐부재를 서로 접합하여 접합면 상에 노즐공이 형성된 단위 노즐부를 제작하는 제2단계(S2)와; 상기 단위 노즐부를 2개 이상 병렬로 조립하여 노즐 조립체를 제작하는 제3단계(S3)를 포함한다.

제1단계(S1)는 노즐부재를 가공하는 과정으로써, 일정 두께의 선형 스틱의 표면에 요홈을 가공하게 되며, 이때 요홈의 가공은 기계적인 절삭 가공에 의해 이루어질 수 있으며, 또는 냉각유로를 천공하기 위한 드릴링 가공이 있을 수 있다.

제2단계(S2)는 제작된 노즐부재를 서로 접합하여 단위 노즐부를 제작하게 되며, 단위 노즐부의 조립은 브레이징 처리에 의한 접합에 의해 이루어질 수 있다.

제3단계(S2)는 제작된 단위 노즐부를 2 개 이상 나란하게 병렬로 브레이징 처리에 의해 일체로 조립하여 노즐 조립체를 제작한다.

한편 제작된 노즐 조립체는 테두리에 지그를 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

1 : 가스 디스트리뷰터 100 : 노즐 조립체
110 : 제1노즐부재 120 : 제2노즐부재
200 : 지그 201 : 냉각수 공급홀
202 : 배관 조립구 210 : 냉각수 공급튜브
h1 : 제1노즐공 h2 : 제2노즐공
h3 : 냉각유로 N : 단위 노즐부

Claims (8)

1. 적어도 일면에 요홈이 형성된 노즐부재를 가공하는 제1단계와;
   좌우대칭 구조를 가지는 상기 노즐부재를 서로 접합하여 접합면 상의 상기 요홈에의해 노즐공이 형성된 단위 노즐부를 제작하는 제2단계와;
   상기 단위 노즐부를 2개 이상 병렬로 조립하여 노즐 조립체를 제작하는 제3단계를 포함하는 가스 디스트리뷰터의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 노즐 조립체의 테두리를 감싸게 되는 폐곡선 형태의 지그를 조립하는 단계를 더 포함하는 가스 디스트리뷰터의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 제1단계에서 상기 노즐부재의 표면에 기계적인 절삭 가공을 이용하여 요홈이 형성됨을 특징으로 하는 가스 디스트리뷰터의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 노즐부재는 브레이징(Brazing) 접합 처리되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스 디스트리뷰터의 제조방법.
5. 적어도 일면에 길이 방향으로 곡면의 제1요홈이 형성되며, 상기 제1요홈과 수직하게 연결되어 일측 단부까지 연장 형성되는 장공의 제2요홈이 형성되는 선형의 스틱 형상의 몸체부를 포함하는 가스 디스트리뷰터용 노즐부재.
6. 제5항에 있어서, 상기 몸체부는 길이 방향으로 관통 형성된 냉각유로가 상기 제1, 2 요홈과 평행하게 형성됨을 특징으로 하는 가스 디스트리뷰터용 노즐부재.
7. 제5항에 있어서, 상기 몸체부는 조립을 위한 계합부재를 더 포함하는 가스 디스트리뷰터용 노즐부재.
8. 제7항에 있어서, 상기 계합부재는 돌기 또는 돌기가 삽입되는 요홈인 것을 특징으로 하는 가스 디스트리뷰터용 노즐부재.

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