KR101810065B1 - 대면적 전극 상에 억지 끼워맞춤된 세라믹 절연체 - Google Patents

대면적 전극 상에 억지 끼워맞춤된 세라믹 절연체 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예들은 일반적으로 샤워헤드 조립체와 사용하기 위한 실드 프레임 조립체, 및 진공 처리 챔버 내의 샤워헤드의 둘레 주위에 억지 끼워맞춤되는 절연체를 포함하는 실드 프레임 조립체를 갖는 샤워헤드 조립체를 포함한다. 일 실시예에서, 샤워헤드 조립체는 가스 분배 판 및 상기 가스 분배 판의 둘레 에지를 둘러싸는 멀티피스 프레임 조립체를 포함한다. 아킹으로 이어질 수 있는 갭들을 생성하지 않고서, 멀티피스 프레임 조립체는 가스 분배 판의 팽창을 가능하게 한다. 다른 실시예들에서, 절연체가 그 내부에 위치된 가스 분배 판의 둘레에 집중된 전기장들을 갖도록 위치되며, 이로써 아킹 가능성을 감소시킨다.

Description

대면적 전극 상에 억지 끼워맞춤된 세라믹 절연체{TIGHTLY-FITTED CERAMIC INSULATOR ON LARGE-AREA ELECTRODE}
본 발명은 일반적으로, 억지 끼워맞춤(tightly fitted) 세라믹 절연체를 갖는, 샤워헤드 조립체와 같은 전극에 관한 것이다.
1.5 ㎡ 보다 큰 기판들을 처리하는데 사용되는 대면적의 직사각형 PECVD 챔버들에서, 구동 전극의 둘레 주위에서 아킹(arcing)을 경험하는 경향은 RF 주파수 및 파워 밀도, 전극 간격, 압력 및 가스 화학작용(chemistry)과 같은 동일한 고유 처리 조건들 하에서 동작하는 보다 작은 챔버들에 비해서 더 많다. 2차원으로 2 내지 3 미터 정도의 전극들을 갖는 챔버들에 대해서, 유용한 필름들 및/또는 충분히 유용한 증착률들과 상업적 생산성이 달성될 수 없는 정도로 낮게 인가된 RF 파워 레벨들에서 아킹을 경험할 수 있다.
따라서, 대면적 PECVD 챔버들 등에서 사용하는데 적합한 개선된 전극에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 실시예들은 일반적으로, 샤워헤드 조립체와 사용하기 위한 실드(shield) 프레임 조립체, 및 진공 처리 챔버 내의 샤워헤드 둘레 주위에 억지 끼워맞춤되는 절연체를 포함하는 실드 프레임 조립체를 갖는 샤워헤드 조립체를 포함한다. 일 실시예에서, 가스 분배 판 샤워헤드 조립체의 둘레 에지를 둘러싸기 위한 멀티피스(multi-piece) 프레임 조립체가 제공된다. 멀티피스 프레임 조립체는 제 1 단부 내의 구멍 및 제 2 단부 내의 슬롯을 갖는 제 1의 짧은 세장형 프레임 부재와, 제 1 단부 내의 구멍 및 제 2 단부 내의 슬롯을 갖는 제 2의 짧은 세장형 프레임 부재와, 제 1 단부 내의 구멍 및 제 2 단부 내의 슬롯을 갖는 제 1의 긴 세장형 프레임 부재, 및 제 1 단부 내의 구멍 및 제 2 단부 내의 슬롯을 갖는 제 2의 긴 세장형 프레임 부재를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 샤워헤드 조립체는 가스 분배 판 및 멀티피스 프레임 조립체를 포함한다. 멀티피스 프레임 조립체는 가스 분배 판의 둘레 에지를 둘러싼다. 멀티피스 프레임 조립체는 제 1 프레임 부재 및 제 2 프레임 부재를 포함한다. 제 1 프레임 부재는 제 2 프레임 부재의 고정 단부와 맞닿는(abutting) 자유 단부를 가진다.
다른 실시예에서, 샤워헤드 조립체는 가스 분배 판의 둘레 에지를 둘러싸는 절연 프레임 조립체를 포함한다. 전도성 엘리먼트(conducting element)가 절연 프레임 조립체 내에 배치되며, 가스 분배 판에 전기적으로 연결된다.
본 발명의 목적은 다음의 도형들 및 도면들에 예시된 바람직한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명을 읽은 후에 본 기술 분야의 당업자들에게 분명히 명확해질 것이다.
본 발명의 교시들은 첨부 도면들과 관련하여 다음의 상세한 설명을 고려함으로써 용이하게 이해될 수 있다.
도 1은 실드 프레임 조립체를 갖는 PECVD 처리 챔버의 일 실시예의 부분 단면도를 도시하며,
도 2는 가스 분배 판 조립체에 장착되는 실드 프레임 조립체의 일 실시예의 저면도이며,
도 3은 가열 상태에서 도 2의 실드 프레임 조립체 및 가스 분배 판 조립체를 도시하며,
도 4a 내지 도 4c는 냉각 상태 및 가열 상태에서 도 2의 실드 프레임 조립체의 인터페이스의 측면도 및 저면도이며,
도 5a 내지 도 5f는 실드 프레임 조립체의 다양한 실시예들의 예시적인 단면 프로파일들을 도시하며,
도 6은 실드 프레임 조립체의 다른 실시예의 평면도이다.
이해를 촉진시키기 위해서, 도면들에서 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해서, 가능한 한 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 그러나, 본 발명이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문에, 첨부 도면들은 본 발명의 전형적인 실시예들만을 도시하고, 따라서 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 한다.
본 발명의 실시예들은 일반적으로, PECVD 샤워헤드 조립체의 둘레 주위에 억지 끼워맞춤되는 멀티피스 절연체를 포함하는 실드 프레임 조립체를 포함한다. 멀티피스 절연체는 샤워헤드 조립체의 열-유도 팽창 및 수축 동안 억지 끼워맞춤을 유지하도록 구성되고, 이로써 아킹 가능성을 최소화한다. 또한, 멀티피스 절연체는 인접한 챔버 컴포넌트들에 대한 아킹을 방지하기 위해 샤워헤드의 둘레를 커버하고 밀봉하는 기능을 한다. 일 실시예에서, 실드 프레임 조립체는 절연 재료로 샤워헤드 조립체의 둘레를 물리적으로 커버함으로써 아킹을 방지한다. 절연 재료는 세라믹 또는 다른 적합한 재료일 수 있다. 또한, 다른 실시예들에서, 샤워헤드 조립체 및/또는 멀티피스 세라믹 절연체의 둘레는 전기장 집중들을 감소시키기 위한 반경(radius)을 포함하는데, 이는 아킹 가능성을 추가로 감소시킨다. 다른 실시예들에서, 전도성 엘리먼트가 실드 프레임 조립체 내에 존재하는데, 상기 전도성 엘리먼트는 샤워헤드 조립체에 또는 샤워헤드 조립체의 일부에 전기적으로 연결되어서, 전도성 엘리먼트는 샤워헤드 조립체와 본질적으로 동일한 전압으로 동작하고, 이로써 샤워헤드 조립체의 노출된 둘레에 대한 전기장을 감소시킨다. 본 발명의 실시예들이 PECVD 샤워헤드 조립체를 참조하여 예시적으로 설명되지만, 본 발명이 CVD, ALD, 에칭 등과 같은 다른 플라즈마-보조 처리들에서 사용될 수 있다는 것이 고려된다. 또한, 실드 프레임 조립체는 실드 프레임 조립체에 대해 상이한 열 팽창 계수들을 갖는 다른 사변형 물체들에도 사용될 수 있다는 것이 고려된다.
도 1은 실드된 샤워헤드 조립체(114)를 갖는 처리 챔버(100)의 일 실시예의 부분 단면도를 도시한다. 처리 챔버(100)는 RF 파워 소스(124) 및 가스 패널(122)에 연결된 챔버 바디(102)를 포함한다. 챔버 바디(102)는, 일반적으로 전도성 재료로 제작되는 벽들(104) 및 리드(lid)(106)를 포함한다. 챔버 바디(102)는 기판(130)이 상부에서 처리되는 기판 지지대(132) 위의 처리 영역(160)을 한정한다. 배면 판(110)은 리드(106) 상에 배치된다. 절연체(108)는 전기 절연을 제공하도록 배면 판(110)과 리드(106) 사이에 배치된다.
샤워헤드 조립체(114)는 브래킷(112)에 의해 배면 판(110) 아래에 현수된다. 샤워헤드 조립체(114)는 일반적으로, 가스 분배 판(116) 및 유전체 실드 프레임 조립체(118)를 포함한다. 처리 및/또는 세정 가스는 가스 패널(122)로부터 배면 판(110)을 통하는 가스 채널(120)을 통해 전달되어 가스 분배 판(116)과 배면 판(110) 사이의 틈새 공간으로 가스를 제공한다. 틈새 공간 내의 가스는 가스 분배 판(116)을 통해 형성된 복수의 가스 통로들(140)을 통해, 그리고 가스 분배 판(116)의 바닥(138)과 기판 지지대(132) 상에 지지된 기판(130) 사이에 정의된 처리 영역(160) 내측으로 유동한다. 매칭 회로(126)를 통해 가스 분배 판(116)으로 제공되는 RF 파워는 가스 분배 판(116)과 기판(130) 사이에 배치된 가스들을 활성화하여 플라즈마를 유지함으로써 기판(130) 상의 증착을 용이하게 한다.
처리 동안 기판(130)의 둘레에 따른 증착을 방지하기 위해, 기판(130)의 에지는 섀도우 프레임(128)에 의해 커버된다. 섀도우 프레임(128) 및/또는 기판 지지대(132)는 전도성 스트랩과 같은 접지 RF 리턴 경로(134)에 의해 챔버 바디(102)의 벽들(104)에 전기적으로 연결된다. 챔버 벽들(104)은 또한, 기판 지지대(132)의 섀도우 프레임(128)을 지지하고 들어올리는 섀도우 프레임 지지대(136)를 포함하며, 기판 지지대(132)는 기판 이송을 용이하게 하기 위해 하강된다. 리드(106) 및 챔버 벽들(104)의 표면을 따른 RF 파워의 이동은 브래킷(146) 및 커버(148)를 통해 RF 파워 소스(124)로 리턴된다.
가스 분배 판(116)은 일반적으로 가스 분배 판의 둘레에 따른 단차부(step; 150)를 포함한다. 가스 분배 판(116)의 바닥(138)과 교차하는 단차부(150)의 내부 벽(152)에 의해 형성된 코너들(154)은 일반적으로 코너들의 기하학적 형상(geometry)으로 인해 높은 전기장들을 가진다. 이들 위치들에서의 아킹을 방지하기 위해서, 유전체 실드 프레임 조립체(118)가 단차부(150) 내에 배치되며 내부 벽(152)에 대해 억지 끼워맞춤된다. 내부 벽(152)을 따라서 생성되는 고농도 전기장들이 실드 프레임 조립체(118)의 유전체 재료 내에 위치되므로, 가스 분배 판(116)과 그라운드 챔버 컴포넌트들(이를테면, 리드(106) 및/또는 챔버 벽들(104)) 사이의 아킹이 크게 감소된다. 유전체 실드 프레임 조립체(118)는 패스너(fastener)들 또는 (아래에 추가로 설명되는) 다른 적합한 방법에 의해 가스 분배 판(116)에 고정된다. 패스너들은, 실드 프레임 조립체(118)가, 가스 분배 판(116)의 내부 벽(152)과 유전체 실드 프레임 조립체(118) 사이에 갭이 거의 없거나 또는 갭이 없도록, 그리고 또한 실드 프레임 조립체 자체의 컴포넌트들 사이에 갭이 거의 없거나 또는 갭이 없도록 유지시키면서, 가스 분배 판(116)의 열 팽창 및 수축을 수용하게 하도록 구성된다.
도 2는 실드 프레임 조립체(118)의 일 실시예의 저면도를 도시한다. 실드 프레임 조립체(118)는 사변형 링 내에 배열된 적어도 네 개의 프레임 부재들을 포함한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 실드 프레임 조립체(118)는 짧은 프레임 부재(202), 긴 프레임 부재(252), 짧은 프레임 부재(254) 및 긴 프레임 부재(256)를 포함한다. 짧은 프레임 부재들(202, 254)은 세장형이며, 평행 배향을 갖는다. 긴 프레임 부재들(252, 256)은 세장형이며, 짧은 프레임 부재들(202, 254)의 배향에 실질적으로 수직인 평행 배향을 갖는다. 프레임 부재들(202, 252, 254, 256) 각각은, 가스 분배 판(116)에 고정되는 고정 단부, 및 가스 분배 판(116)의 열 팽창 및 수축에 응답하여 가스 분배 판이 프레임 부재에 대하여 움직이도록 허용하는 방식으로 가스 분배 판(116)에 고정되는 자유 단부를 갖는다.
도 2에 도시된 실시예에서, 짧은 프레임 부재(202)는 실질적으로 직사각형 형태를 갖고, 상기 직사각형 형태는 고정 단부(204), 자유 단부(206), 외부 장측(208) 및 내부 장측(210)을 갖는다. 내부 장측(210)은 가스 분배 판(116)의 내부 벽(152)에 맞닿는다. 외부 장측(208)은 내부 장측(210)에 일반적으로 평행한 배향을 갖는다. 고정 단부(204)는 구멍(216)을 갖고, 상기 구멍(216)은 짧은 프레임 부재(202)를 가스 분배 판(116)에 고정시키는 정적 핀(218)을 상기 구멍(216)을 관통하여 수용하도록 형성된다. 구멍(216)이 정적 핀(218)에 꼭끼워맞춤(close fit)되도록 치수화되어서, 짧은 프레임 부재(202)는 정적 핀(218)에 대하여 거의 움직이지 않거나 또는 움직이지 않고, 상기 정적 핀(218)은 가스 분배 판(116)에 나사결합(thread)되거나, 압입 끼워맞춤(press fit)되거나 또는 그렇지 않으면 고정된다. 일 실시예에서, 정적 핀(218)은 가스 분배 판(116) 내에 형성된 나사결합된 구멍(230)(도 5a에 도시됨)과 체결된다.
짧은 프레임 부재(202)의 자유 단부(206)는 고정 단부(204)에 대향하게 배치된다. 슬롯(212)은 자유 단부(206)와 가까운 짧은 프레임 부재를 관통하여 형성된다. 슬롯(212)은 장측들(208, 210)의 배향과 일반적으로 평행한 배향을 갖고, 고정 단부(204)를 관통하여 형성되는 구멍(216)과 정렬될 수 있다. 짧은 프레임 부재(202)의 자유 단부(206)를 가스 분배 판(116)에 슬라이드 가능하게(slideably) 고정시키기 위해, 가이드 핀(214)이 슬롯(212)을 관통하여 배치된다. 가이드 핀(214) 및 슬롯(212)은 틈새 끼워맞춤(clearance fit)되고, 상기 틈새 끼워맞춤은, 짧은 프레임 부재(202)의 자유 단부(206)가, 가스 분배 판(116)의 내부 벽(152)과 내부 장측(210) 사이의 꼭끼워맞춤을 유지시키면서, 장측들(208, 210) 및 슬롯(212)의 배향과 평행한 방향으로 움직이게 한다.
긴 프레임 부재(252)는 고정 단부(264), 자유 단부(266), 외부 장측(268) 및 내부 장측(270)을 포함한다. 긴 프레임 부재(252)의 단부들(264, 266) 및 측들(268, 270)은, 짧은 프레임 부재(202)에 의해 설명된 바와 유사한 배향을 갖는다. 긴 프레임 부재(252)의 고정 단부(264)는 인터페이스(220)에 있는 자유 단부(206)와 가까운 짧은 프레임 부재(202)의 내부 장측(210)에 맞닿는다. 짧은 프레임 부재(202)와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 정적 핀(218)은 긴 프레임 부재(252)의 고정 단부(264)를 가스 분배 판(116)에 고정시키지만, 슬롯(212)을 관통하여 배치되는 가이드 핀(214)은 자유 단부(266)를 가스 분배 판(116)에 고정시킨다. 긴 프레임 부재(252)의 고정 단부(264)가 가스 분배 판(116)에 대하여 실질적으로 정적 포지션에 핀으로 고정되므로, 짧은 프레임 부재(202)의 내부 장측(210)과 긴 프레임 부재(252)의 고정 단부(264)의 맞닿는 부분들의 인터페이스(220)에 갭을 생성하지 않고서, 짧은 프레임 부재(202)의 자유 단부(206)는 긴 프레임 부재(252)의 고정 단부(264) 양단에서 자유롭게 슬라이드된다.
짧은 프레임 부재(254)는 짧은 프레임 부재(202)와 실질적으로 동일하다. 짧은 프레임 부재(254)는 실질적으로 직사각형 형태를 갖고, 상기 직사각형 형태는 고정 단부(274), 자유 단부(276), 외부 장측(278) 및 내부 장측(280)을 갖는다. 내부 장측(280)은 가스 분배 판(116)의 내부 벽(152)에 맞닿는다. 외부 장측(278)은 내부 장측(280)에 일반적으로 평행한 배향을 갖는다. 고정 단부(274)는 구멍(216)을 갖고, 상기 구멍(216)은 짧은 프레임 부재(254)를 가스 분배 판(116)에 고정시키는 정적 핀(218)을 상기 구멍(216)을 관통하여 수용하도록 형성된다. 구멍(216)이 정적 핀(218)에 꼭끼워맞춤되도록 치수화되어서, 짧은 프레임 부재(254)는 정적 핀(218)에 대하여 거의 움직이지 않거나 또는 움직이지 않고, 상기 정적 핀(218)은 가스 분배 판(116)에 나사결합되거나, 압입 끼워맞춤되거나 또는 그렇지 않으면 고정된다. 일 실시예에서, 정적 핀(218)은 가스 분배 판(116) 내에서 형성된 나사결합된 구멍(230)과 체결된다.
짧은 프레임 부재(254)의 고정 단부(274)는 인터페이스(222)에 있는 자유 단부(266)와 가까운 긴 프레임 부재(252)의 내부 장측(270)에 맞닿는다. 짧은 프레임 부재(254)의 고정 단부(274)가 가스 분배 판(116)에 대하여 실질적으로 정적 포지션에 핀으로 고정되므로, 긴 프레임 부재(252)의 내부 장측(270)과 짧은 프레임 부재(254)의 고정 단부(274)의 맞닿는 부분들의 인터페이스(222)에 갭을 생성하지 않고서, 긴 프레임 부재(252)의 자유 단부(266)는 짧은 프레임 부재(254)의 고정 단부(274) 양단에서 자유롭게 슬라이드된다.
짧은 프레임 부재(254)의 자유 단부(276)는 고정 단부(274)에 대향하게 배치된다. 슬롯(212)은 자유 단부(276)와 가까운 짧은 프레임 부재를 관통하여 형성된다. 슬롯(212)은 장측들(278, 280)의 배향과 일반적으로 평행한 배향을 갖고, 고정 단부(274)를 관통하여 형성되는 구멍(216)과 정렬될 수 있다. 짧은 프레임 부재(254)의 자유 단부(276)를 가스 분배 판(116)에 슬라이드 가능하게 고정시키기 위해, 가이드 핀(214)이 슬롯(212)을 관통하여 배치된다. 가이드 핀(214) 및 슬롯(212)은 틈새 끼워맞춤되고, 상기 틈새 끼워맞춤은, 짧은 프레임 부재(254)의 자유 단부(276)가, 가스 분배 판(116)의 내부 벽(152)과 내부 장측(280) 사이의 꼭끼워맞춤을 유지시키면서, 장측들(278, 280) 및 슬롯(212)의 배향과 평행한 방향으로 움직이게 한다.
긴 프레임 부재(256)는 긴 프레임 부재(252)와 실질적으로 동일하다. 긴 프레임 부재(256)는 고정 단부(284), 자유 단부(286), 외부 장측(288) 및 내부 장측(290)을 포함한다. 긴 프레임 부재(256)의 단부들(284, 286) 및 측들(288, 290)은, 긴 프레임 부재(256)에 의해 설명된 바와 유사한 배향을 갖는다. 긴 프레임 부재(256)는 구멍(216)을 관통하여 배치되는 정적 핀(218) 및 슬롯(212)을 관통하여 배치되는 가이드 핀(214)에 의해 가스 분배 판(116)에 결합된다. 긴 프레임 부재(256)의 자유 단부(286)는 인터페이스(226)에 있는 자유 단부(286)와 가까운 짧은 프레임 부재(202)의 고정 단부(204)에 맞닿는다. 짧은 프레임 부재(202)의 고정 단부(204)가 가스 분배 판(116)에 대하여 실질적으로 정적 포지션에 핀으로 고정되므로, 긴 프레임 부재(256)의 내부 장측(290)과 짧은 프레임 부재(202)의 고정 단부(204)의 맞닿는 부분들의 인터페이스(226)에 갭을 생성하지 않고서, 긴 프레임 부재(256)의 내부 장측(290)은 짧은 프레임 부재(202)의 고정 단부(204) 양단에서 자유롭게 슬라이드 된다.
긴 프레임 부재(256)의 고정 단부(284)는 인터페이스(224)에 있는 자유 단부(276)와 가까운 짧은 프레임 부재(254)의 내부 장측(280)에 맞닿는다. 긴 프레임 부재(256)의 고정 단부(284)가 가스 분배 판(116)에 대하여 실질적으로 정적 포지션에 핀으로 고정되므로, 짧은 프레임 부재(254)의 내부 장측(280)과 긴 프레임 부재(256)의 고정 단부(284)의 맞닿는 부분들의 인터페이스(224)에 갭을 생성하지 않고서, 짧은 프레임 부재(254)의 자유 단부(276)는 긴 프레임 부재(256)의 고정 단부(284) 양단에서 자유롭게 슬라이드 된다.
위에 논의된 바와 같이, 프레임 부재들(202, 252, 254, 256)은, 도 2에 도시된 바와 같은 저온(cold) 상태로부터 도 3에 도시된 바와 같은 고온(hot) 상태로 가스 분배 판(116)의 열 팽창을 수용한다. 도 4a-도 4b에 도시된 인터페이스(224)의 추가로 상세히 도시된 바와 같이, 긴 프레임 부재(256)의 고정 단부(284)는 도 4c에 도시된 바와 같은 짧은 프레임 부재(254)의 내부 장측(280)에 대해 실질적으로 고정되는데, 그 이유는 가이드 핀(214)에 대한 정적 핀(218)의 상대적 포지션의 근접(예컨대, 근사)으로 인해 가스 분배 판(116)이 도 4a에 도시된 바와 같은 저온 상태로부터 도 4b에 도시된 바와 같은 고온 상태로 팽창하기 때문이다. 짧은 프레임 부재(254)에 대한 긴 프레임 부재(256)의 움직임은 짧은 프레임 부재(254)의 자유 단부(276)에 대한 긴 프레임 부재(256)의 포지션의 상대적 변화로 보일 수 있고, 그리고 슬롯(212)의 내부 단부(232)로부터 슬롯(212)의 외부 단부(234)로 슬롯(212) 내에서 가이드 핀(214)의 포지션의 변화로 보일 수 있으며, 상기 가이드 핀(214)의 포지션의 변화는 가스 분배 판(116) 내에 형성된 구멍들 사이의 거리를 증가시키는, 가스 분배 판(116)의 팽창을 표시하고, 상기 구멍들은 가스 분배 판(116)의 공통 에지를 따라서 가이드 핀들(214, 218)을 수용한다.
도 5a 내지 도 5f는 프로파일, 실드 프레임 조립체 및 가스 분배 판의 부분 단면도들을 도시한다. 가스 분배 판에 전력이 인가될 때, 가스 분배 판의 코너는 가스 분배 판의 둘레에 전기장을 집중시키기 때문에, 실드 프레임 조립체의 프로파일은 실드 프레임 조립체를 포함하는 절연성 재료 내에 전기장 및/또는 전기장 집중의 포지션을 최소화하도록 설계될 수 있어서, 가스 분배 판과 다른 컴포넌트들, 이를테면 챔버 벽 사이의 아킹에 대한 가능성이 최소화된다.
도 5a는 실드 프레임 조립체(118)의 긴 프레임 부재(252)에 대한 프로파일의 일 실시예를 도시한다. 실드 프레임 조립체(118)의 다른 프레임 부재들은 유사하게 구성될 수 있다. 긴 프레임 부재(252)는 내부로 연장하는 립(502)을 갖는 바디(508)를 포함한다. 립(502)은 가스 분배 판(116)의 바닥(138)의 일부를 커버링하고 그 위에 있는 팁(506)으로 연장한다. 립(502)이 가스 분배 판(116)의 코너(154)를 커버하기 때문에, 코너(154)에 집중된 전기장은 긴 프레임 부재(252)에 묻히고, 이로써 가스 분배 판(116)과 챔버 바디(102) 및/또는 다른 챔버 컴포넌트 사이의 아킹 가능성을 실질적으로 감소시킨다.
도 5b는 실드 프레임 조립체(118)의 긴 프레임 부재(500B)에 대한 프로파일의 다른 실시예를 도시한다. 실드 프레임 조립체(118)의 다른 프레임 부재들은 유사하게 구성될 수 있다. 긴 프레임 부재(500B)는 내부로 연장하는 테이퍼링된 립(512)을 갖는 바디(508)를 포함한다. 립(512)은 가스 분배 판(116)의 바닥(138) 위에 있는 바디(508)의 상부면(514)으로부터 테이퍼링된다. 립(512)이 가스 분배 판(116)의 코너(154)를 커버하고, 바디(508)의 상부면(514)이 가스 분배 판(116)의 바닥(138) 위에서 이격되기 때문에, 코너(154)에 집중된 전기장은 긴 프레임 부재(500B)에 묻히고, 이로써 가스 분배 판(116)과 챔버 바디(102) 및/또는 다른 챔버 컴포넌트 사이의 아킹 가능성을 실질적으로 감소시킨다.
도 5c는 실드 프레임 조립체(118)의 긴 프레임 부재(500C)에 대한 프로파일의 다른 실시예를 도시한다. 실드 프레임 조립체(118)의 다른 프레임 부재들은 유사하게 구성될 수 있다. 긴 프레임 부재(500C)는 내부로 연장하는 립(522)을 갖는 바디(508)를 포함한다. 립(522)은 일반적으로, 가스 분배 판(116)의 바닥(138)과 실질적으로 공면인 바디(508)의 상부면(514)과 공면이다. 립(522)은 단부(524)로 연장하며, 이는 만곡된 표면(520)을 통해 바디(508)로 리턴한다. 표면(520)의 프로파일 또는 만곡부는 반경을 갖는 것으로 도 5c에 도시된, 코너(154)의 형상에 일치되도록 선택된다. 코너(154)의 반경은 코너(154)에 집중되는 전기장을 감소시키는 작용을 한다. 립(522)이 가스 분배 판(116)의 만곡된 코너(154)를 커버하기 때문에, 만곡된 코너(154)에 집중된 감소된 전기장은 긴 프레임 부재(500C)에 여전히 묻히고, 이로써 가스 분배 판(116)과 챔버 바디(102) 및/또는 다른 챔버 컴포넌트 사이의 아킹 가능성을 실질적으로 감소시킨다.
도 5d는 실드 프레임 조립체(118)의 긴 프레임 부재(500D)에 대한 프로파일의 다른 실시예를 도시한다. 실드 프레임 조립체(118)의 다른 프레임 부재들은 유사하게 구성될 수 있다.
도 5d에 도시된 실시예에서, 긴 프레임 부재(500D)의 바디(508)의 상부면(514)은 가스 분배 판(116)의 바닥(138)을 지나 연장한다. 따라서, 바디(508)의 내부 에지(530)가 상부 만곡된 코너(154)의 전체 프로파일과 일치하지 않더라도, 만곡된 코너(154)에 집중된 감소된 전기장은 여전히 긴 프레임 부재(500D)의 융기된 상부(514) 아래에 묻혀있고, 이로써 아킹 가능성을 실질적으로 감소시킨다.
도 5e는 실드 프레임 조립체(118)의 긴 프레임 부재(500E)에 대한 프로파일의 다른 실시예를 도시한다. 실드 프레임 조립체(118)의 다른 프레임 부재들이 유사하게 구성될 수 있다. 도 5e에 도시된 실시예에서, 긴 프레임 부재(500E)의 바디(508)는 가스 분배 판(116)의 바닥(138)과 실질적으로 공면이다. 긴 프레임 부재(500E)는 긴 프레임 부재(500C)를 참조하여 설명되는 것과 유사한 라운딩된 코너(154)와 실질적으로 일치하는 립(522)을 포함한다. 긴 프레임 부재(500E)는 상부면(514)을 향해 바디(508)의 바닥면(544)으로부터 연장하는 슬롯(540)을 추가적으로 포함한다. 가스 분배 판(116)에 전기적으로 결합되는 전도성 엘리먼트(542)는 슬롯(540) 내에 배치되거나, 또는 그렇지 않으면 긴 프레임 부재(500E)의 바디(508)에 묻힌다. 슬롯(540)은 긴 프레임 부재(500E)의 길이를 따라 연장한다. 전도성 엘리먼트(542)는 가스 분배 판(116)의 전압과 본질적으로 동일한 전압으로 동작하며, 이로써 샤워헤드 조립체의 노출된 코너(154)에서 전기장을 감소시키고, 부가적으로 전기장선들을 실질적으로 바디(508) 내에 집중시키고, 이로써 아킹 가능성을 실질적으로 감소시킨다. 도 5e에 도시된 실시예에서, 전도성 엘리먼트(542)는 가스 분배 판(116)으로부터 긴 프레임 부재(500E)로 연장하는 탭으로서 도시된다. 전도성 엘리먼트(542)가, 실질적으로 아킹 가능성을 감소시키는 방식으로 긴 프레임 부재(500E)를 포함하는 재료 내에 묻히는 ―그렇지 않으면 상기 재료로 인터리빙하는― 다른 구성들을 가질 수 있다는 것이 고려된다.
도 5f는 실드 프레임 조립체(118)의 긴 프레임 부재(500F)에 대한 프로파일의 다른 실시예를 도시한다. 실드 프레임 조립체(118)의 다른 프레임 부재들은 유사하게 구성될 수 있다. 긴 프레임 부재(500F)는, 바디(508)의 상부면(514)이 가스 분배 판(116)의 바닥(138)을 지나 연장하는 점을 제외하고, 전도성 엘리먼트(542)를 수용하는 슬롯(540)을 포함하여, 전술된 긴 프레임 부재(500E)와 유사하게 구성된다. 립이 도 5f에 도시된 실시예에서 설명되지 않지만, 립(522) 및/또는 립(502) 또는 립(512)과 같은 립은 아킹 가능성의 감소를 강화하기 위해 코너(154)를 커버하도록 사용될 수 있다는 것이 고려된다.
도 6은 실드 프레임 조립체(600)의 다른 실시예의 평면도이다. 실드 프레임 조립체(600)는 실드 프레임 조립체(118)와 실질적으로 유사하고 짧은 프레임 부재(602), 긴 프레임 부재(606), 짧은 프레임 부재(604) 및 긴 프레임 부재(608)를 포함한다. 짧은 프레임 부재들(602, 604)은 세장형이며 평행한 배향을 갖는다. 긴 프레임 부재들(606, 608)은 세장형이며, 그리고 짧은 프레임 부재들(602, 604)의 배향에 실질적으로 수직인 평행 배향을 갖는다. 프레임 부재들(602, 604, 606 및 608) 각각은, 가스 분배 판(116)(도 6에는 미도시)에 고정되는 고정 단부(632), 및 가스 분배 판(116)의 열 팽창 및 수축에 응답하여 가스 분배 판이 프레임 부재에 대하여 움직이게 하는 방식으로 가스 분배 판(116)에 대해 고정되는 자유 단부(630)를 갖는다.
프레임 부재들(602, 604, 606 및 608) 각각은 외부 에지(610) 및 내부 에지(622)를 포함한다. 프레임 부재들(602, 604, 606 및 608)의 외부 에지(610)는 선형 배향을 가질 수 있다. 실드 프레임 조립체(600)의 내부 에지들(622)은, 프레임 부재들(602, 604, 606 및 608) 각각의 내부 에지들(622)이 오목부(612)를 갖는다는 점에서 실드 프레임 조립체(118)의 내부 에지들과 상이하다. 내부 에지(622)의 오목부(612)가 프레임 부재들(602, 604, 606, 608)의 내부 코너들로부터 연장하는 점선 기준 라인(614)에 대비하여 도시된다. 가스 분배 판(116)의 중심 부분들은 일단 가열되면 가스 분배 판(116)의 코너 부분들보다 더 밖으로 연장하기 때문에 내부 에지들(622)의 오목부(612)는 실드 프레임 조립체(600)와 가스 분배 판(116) 사이에 실질적으로 균일한 갭이 유지되게 한다. 따라서, 내부 에지들(622)의 오목부(612)는 가스 분배 판(116)과의 잠재적 마찰 및 입자 생성을 최소화한다.
내부 에지들(622) 각각은 슬롯(212)이 형성되는 프레임 부재의 자유 단부(630)에 위치된 선형 표면 부분(618)을 또한 포함한다. 선형 표면 부분(618)은 일반적으로, 프레임 부재들(602, 604, 606, 608)의 내측 코너들로부터 연장하는 기준 라인(614)과 공통-선형(co-linear)이다. 선형 표면 부분(618)은 고정 단부(632)의 단부(620)에 맞닿아 슬라이딩하는 평평한 표면을 제공하며, 이로써 실드 프레임 조립체(600)와 가스 분배 판(116)이 가열 및 냉각으로 인해 팽창 및 수축함에 따른 인접한 프레임 부재들(602, 604, 606, 608) 사이의 갭들을 최소화한다.
따라서, 샤워헤드의 둘레 주위에 억지 끼워맞춤되는 절연성 실드 프레임 조립체를 포함하는 샤워헤드 조립체가 제공되었다. 바람직하게, 절연성 실드 프레임 조립체는 샤워헤드의 열-유도 팽창 및 수축 동안 억지 끼워맞춤을 유지하도록 구성되고, 이로써 아킹 가능성을 최소화한다. 부가적으로, 절연성 실드 프레임 조립체는 인접한 챔버 컴포넌트들에 대한 아킹을 방지하기 위해 샤워헤드의 둘레를 커버하고 밀봉하는 기능을 한다. 또한, 샤워헤드에 또는 샤워헤드의 일부에 전기적으로 연결되는 실드 프레임 조립체의 몇몇 실시예들에서 전도성 엘리먼트가 제공되어서, 전도성 엘리먼트는 샤워헤드의 전압과 본질적으로 동일한 전압으로 동작하고, 이로써 샤워헤드의 노출된 둘레에 대한 전기장을 감소시킨다.
상기 예 및 설명들을 이용하여, 본 발명의 실시예들의 특징들 및 사상들이 기재된다. 당업자들은 본 발명의 교시를 유지하면서 상기 디바이스의 다수의 변형들 및 변경들이 이루어질 수 있다는 것을 용이하게 알 것이다. 따라서, 상기 개시는 첨부된 청구항들의 한계(metes and bounds)에 의해서만 제한되는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (16)

  1. 가스 분배 판의 둘레 에지를 둘러싸기 위한 멀티피스 프레임 조립체로서:
    제 1 단부 내의 구멍 및 제 2 단부 내의 슬롯을 갖는, 제 1의 세장형 프레임 부재;
    제 1 단부 내의 구멍 및 제 2 단부 내의 슬롯을 갖는, 제 2의 세장형 프레임 부재;
    제 1 단부 내의 구멍 및 제 2 단부 내의 슬롯을 갖는, 제 3의 세장형 프레임 부재; 및
    제 1 단부 내의 구멍 및 제 2 단부 내의 슬롯을 갖는, 제 4의 세장형 프레임 부재;를 포함하며,
    상기 제 4의 세장형 프레임 부재의 제 1 단부는, 상기 제 3의 세장형 프레임 부재의 제 2 단부로 하여금 상기 제 4의 세장형 프레임 부재의 제 1 단부를 가로질러(across) 자유롭게 슬라이드되게 하도록 구성되고,
    상기 제 4의 세장형 프레임 부재의 제 2 단부는, 상기 제 1의 세장형 프레임 부재의 제 1 단부를 가로질러 자유롭게 슬라이드되는,
    가스 분배 판의 둘레 에지를 둘러싸기 위한 멀티피스 프레임 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1의 세장형 프레임 부재는 내부 에지 및 외부 에지를 포함하며, 상기 내부 에지는 오목부를 가지는,
    가스 분배 판의 둘레 에지를 둘러싸기 위한 멀티피스 프레임 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1의 세장형 프레임 부재의 내부 에지는, 선형 표면 부분을 포함하는,
    가스 분배 판의 둘레 에지를 둘러싸기 위한 멀티피스 프레임 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 내부 에지의 선형 표면 부분은, 상기 제 1의 세장형 프레임 부재의 상기 슬롯 근처에 배치되는,
    가스 분배 판의 둘레 에지를 둘러싸기 위한 멀티피스 프레임 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1의 세장형 프레임 부재의 상기 슬롯은, 상기 제 1의 세장형 프레임 부재의 장측(long side)과 평행하게 정렬되는 배향을 갖는,
    가스 분배 판의 둘레 에지를 둘러싸기 위한 멀티피스 프레임 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3의 세장형 프레임 부재는, 내측으로 연장하는 립(lip)을 갖는 바디를 포함하는,
    가스 분배 판의 둘레 에지를 둘러싸기 위한 멀티피스 프레임 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3의 세장형 프레임 부재는 바디를 포함하고, 상기 바디는 내측으로 연장하는 테이퍼링된 립을 갖는,
    가스 분배 판의 둘레 에지를 둘러싸기 위한 멀티피스 프레임 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3의 세장형 프레임 부재는 바디를 포함하고, 상기 바디는 내측으로 연장하는 립을 가지며,
    상기 립은, 상기 바디의 상부면과 동일 평면에 놓이고, 만곡된 표면을 통해 상기 바디로 리턴하는 일 단부로 연장하는,
    가스 분배 판의 둘레 에지를 둘러싸기 위한 멀티피스 프레임 조립체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3의 세장형 프레임 부재는 바디를 포함하고,
    상기 바디는, 상기 바디의 바닥면으로부터 상기 바디의 상부면을 향해 연장하는 슬롯 및 립을 갖는,
    가스 분배 판의 둘레 에지를 둘러싸기 위한 멀티피스 프레임 조립체.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 슬롯은 상기 제 3의 세장형 프레임 부재의 길이를 따라 연장하는,
    가스 분배 판의 둘레 에지를 둘러싸기 위한 멀티피스 프레임 조립체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임 부재들은 세라믹으로 제조되는,
    가스 분배 판의 둘레 에지를 둘러싸기 위한 멀티피스 프레임 조립체.
  12. 샤워헤드 조립체로서:
    가스 분배 판; 및
    상기 가스 분배 판의 둘레 에지를 둘러싸는 멀티피스 프레임 조립체를 포함하며,
    상기 멀티피스 프레임 조립체는, 제 2 프레임 부재의 고정 단부에 맞닿는(abutting) 자유 단부를 갖는 제 1 프레임 부재를 포함하며,
    상기 제 1 프레임 부재의 자유 단부는 상기 제 2 프레임 부재의 고정 단부를 가로질러 자유롭게 슬라이딩되는,
    샤워헤드 조립체.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 프레임 부재들은 세라믹으로 제조되는,
    샤워헤드 조립체.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 프레임 부재의 자유 단부는 슬롯을 더 포함하고,
    상기 슬롯은, 상기 슬롯을 관통하여 배치되고 상기 가스 분배 판에 상기 자유 단부를 고정시키는 가이드 핀을 갖는,
    샤워헤드 조립체.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 프레임 부재는 상기 자유 단부에 대향하는 고정 단부를 더 포함하며,
    상기 제 1 프레임 부재의 고정 단부는 구멍을 갖고,
    상기 구멍은, 상기 구멍을 관통하여 배치되고 상기 가스 분배 판에 상기 제 1 프레임 부재의 고정 단부를 고정시키는 정적 핀(static pin)을 갖는,
    샤워헤드 조립체.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 샤워헤드 조립체는:
    상기 멀티피스 프레임 조립체의 제 1 프레임 부재 내에 배치되며 상기 가스 분배 판에 전기적으로 연결되는 전도성 엘리먼트(conducting element)를 더 포함하는,
    샤워헤드 조립체.
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