KR20080014778A - 샤워 플레이트 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20080014778A
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마사히로 오케사쿠
다다히로 오오미
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호쿠리쿠세이케고교 가부시키가이샤
고쿠리츠 다이가쿠 호진 도호쿠 다이가쿠
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Abstract

프로세스 가스의 취출 구멍의 구조가 간단하고, 취출 구멍을 용이하게 형성 가공할 수 있으며, 더구나 취출 구멍의 치수가 높은 정밀도로 프로세스 가스의 취출 얼룩짐이나 파티클의 발생이 없이, 일정한 품질로 호환성 있는 샤워 플레이트를 제공한다. 저유전율의 세라믹 재료용 분말을 프레스 성형하여, 외형 치수를 소결 수축률과 마무리 가공대를 가미하여 원판형으로 성형하여, 이 원판형 성형체의 단계에서 가스 도입로(3)와 취출 구멍(2)과의 성형체용 구멍을 천공한 후 소결하고, 이어서, 가스 도입로(3)와 취출 구멍 본체 부분(2b)과의 면조도를 1 s 이내로 연마하고, 선단 부분이 끝이 가늘어지는 형상인 랩핑용 와이어를 분출구(2a)에 삽입 관통하여 왕복 운동시키면서 순차적으로 와이어 직경이 큰 쪽으로 슬라이드시켜 감으로써, 직경이 0.1 mm∼0.3 mm 미만의 범위 내이고, 또, 치수 정밀도가 ±0.002 mm 이내이며, 더구나, 면조도를 1 s 이내로 마무리 가공한다.
프로세스 가스, 취출 구멍, 샤워 플레이트, 반도체

Description

샤워 플레이트 및 그 제조 방법{SHOWER PLATE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은, 반도체 제조 장치에 있어서 대형 기판(웨이퍼) 위에 균일하게 프로세스 가스를 공급하기 위해서 사용하는 샤워 플레이트 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래부터, 반도체 제조 공정에 있어서, 웨이퍼의 표면에 프로세스 가스를 공급하여 막을 형성하기 위한 CVD 장치나 드라이 에칭 장치 등의 반도체 제조 장치가 이용되고 있다.
이들 반도체 제조 장치는, 웨이퍼와 프로세스 가스를 뿜어내는 샤워 플레이트와의 사이에 고주파 전압을 가하여 프로세스 가스를 플라스마 상태로 함으로써, 웨이퍼 표면에 박막을 형성하거나, 웨이퍼 표면에 에칭을 행하는 것이다.
이 샤워 플레이트에는, 다수의 미세한 취출 구멍을 형성할 필요가 있기 때문에, 가공성의 면에서 알루미늄이나 실리콘 등의 판재가 채용되고 있지만, 미세한 취출 구멍 내면의 경면 마무리가 곤란하고, 불소나 염소계의 프로세스 가스가 반응 공간에서 발생하는 플라스마에 대하여 내식성이 나빠 소모가 심하다고 하는 문제가 있었다.
이에 대하여, 특허문헌 1에는, 구멍 뚫기 가공이 곤란한 세라믹이라도 취출 구멍의 형성을 용이하게 한 샤워 플레이트의 구조가 개시되어 있다. 이 샤워 플레이트에서는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 취출 구멍(207)이, 샤워 플레이트(202)에 뚫린 구멍과 구멍에 삽입된 구멍보다도 작은 지름을 갖는 원주(204)와의 간극에 의해서 형성되어 있다. 구체적으로는, 직경 350 mm, 두께 20 mm의 샤워 플레이트(202)의 중앙 직경 200 mm의 범위에, 20 mm 간격으로 직경 2.1 mm의 구멍을 뚫고, 구멍의 상부는 암나사(206)를 삽입하기 위해서 2 mm의 깊이로 직경 6 mm로 넓이고 있다. 한편, 수나사(205)를 선단에 형성한 직경 2 mm의 원주(204)를 제작하여, 이 원주(204)를 상기 구멍에 삽입하여 나사로 고정하고, 미리 암나사(206)에 형성되어 있던 절결(208)이 가스의 통로로 되고 있다. 그러나, 이 샤워 플레이트에서는 적절한 재료를 선택함으로써, 내식성의 문제는 해결할 수 있다고 해도, 플레이트에의 다수의 구멍 뚫기와, 동수의 암나사와 수나사를 지닌 원주를 형성할 필요가 있어, 각각의 제조비용이 많이 들게 되고, 파티클의 발생 빈도를 적게 하기 어려웠다.
또한, 특허문헌 2에는, 내식성이 우수하고, 고강도이며 또 가공성이 높은 샤워 플레이트의 재료로서, 알루미나와 YAG의 화합물을 주 결정상으로 하는 세라믹스 재료가 개시되어 있다. 이 세라믹스 재료는, 알루미나와 3∼50 중량％의 YAG로 이루어져 있기 때문에, 굽힘 강도나 경도가 높은 알루미나의 특성과, 내식성이 우수한 YAG의 특성을 겸비하고 있으며, 알루미나와 YAG의 평균 결정 입자 지름 및 그 평균 결정 입자 지름의 비나 파괴 인성치와 내열충격성이 소정 범위에 한정되어 있 다. 이 특성을 갖는 샤워 플레이트는, 세공 및 분출구 등을 가공할 때, 에칭이나 결함 등이 생기지 않으며, 복수의 세공을 높은 정밀도로 가공할 수 있다고 설명되어 있다. 그러나, 이 샤워 플레이트에서는, 가스를 분출하는 복수의 세공 및 분출구를 형성하기 위해서는, 원하는 사이즈의 가는 드릴을 이용하여 구멍 가공을 하는 방법, 또는 공구에 초음파 진동을 부여하여, 거기에 유리 쇄립을 공급함으로써 구멍을 파나가는 초음파 가공법을 채용할 필요가 있다. 따라서, 공구의 마모나 소모가 현저하고 공구 비용이 비싸게 되며, 다수의 세공을 가공하는 공정수가 많아지게 된다. 또한, 이 세라믹 재료는 강도나 경도가 높은 소결체이기 때문에, 매우 미세한 분출구를 형성하는 것은 공구의 강도적인 문제 때문에 매우 곤란하므로, 필연적으로 공구 직경을 크게 하여, 분출구의 직경을 0.3 mm 이상으로 할 필요가 있어, 그 폐해로서 플라스마가 역류하는 문제가 있었다. 나아가서는, 복수의 세공 및 분출구의 형상이나 치수 공차를 높은 정밀도로 마무리하는 것이 매우 곤란했다.
더욱이, 특허문헌 3에는, 알루미나 함유율이 99.5 중량％ 이상이며 기공율이 30％∼65％인 세라믹스 다공질체로 이루어지는 샤워 플레이트가 개시되어 있다. 이것은, 종래의 샤워 플레이트에서는 가스 분출 구멍의 지름, 수, 피치, 깊이가 미리 정해져 있기 때문에, 진공 용기 내에 균일한 가스를 분출하는 것이 곤란하다고 하는 관점에서, 샤워 플레이트에 평균 지름이 20 μm∼30 μm인 기공을 균일하게 분산시킴으로써 각 기공에 통기 구멍의 작용을 하게 하여, 웨이퍼에 균일하게 프로세스 가스를 살포할 수 있도록 한 것이다. 그러나, 이 다공질체로 이루어지는 샤워 플레이트는, 알루미나와 수지를 소정 비율로 첨가 혼합한 원료를 성형하여 소결함 으로써 제조되는 것이기 때문에, 수지의 혼합 얼룩짐이나 분포 얼룩짐 및 소성 변동, 기공율의 변동 등이 필연적으로 생기므로, 안정된 호환성이 있는 샤워 플레이트를 제공하는 것은 곤란했다. 또한, 다공질체로 이루어지는 샤워 플레이트에서는, 외형 치수를 마무리 가공할 때에 발생하는 연삭 찌꺼기나 미립자가 복잡한 형상의 기공 부분에 부착하게 되어, 실제로 가동할 때에 파티클 발생의 문제가 생긴다.
<특허문헌 1>
일본 특허 공개 평성 제11-297672호 공보
<특허문헌 2>
일본 특허 공개 제2003-133237호 공보
<특허문헌 3>
일본 특허 공개 제2003-282462호 공보
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 프로세스 가스의 취출 구멍의 구조가 간단하고, 또한 취출 구멍의 치수가 미소한 지름이며, 또 높은 정밀도로 프로세스 가스의 취출 얼룩짐이나 파티클의 발생 및 플라스마의 역류가 없고, 일정한 품질로 호환성 있는 고순도의 샤워 플레이트와, 고순도이며 게다가 그 높은 정밀도의 취출 구멍을 용이하게 형성 가공할 수 있는 샤워 플레이트의 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 샤워 플레이트는, 원판형 플레이트의 한 쪽의 측면에서 중앙부로 향해 직선형으로 천공한 긴 구멍과 긴 구멍의 선단 부분에서부터 직각으로 원판형 플레이트의 배면측을 향해 천공한 개구부를 연통시킨 가스 도입로와, 원판형 플레이트의 배면측에서부터 정면측을 향해 천공한 프로세스 가스를 뿜어내기 위한 다수의 취출 구멍을 갖는 샤워 플레이트로서, 취출 구멍의 본체 부분과 분출구가 동일 축심 상에 연통하고 있으며, 상기 취출 구멍의 분출구의 직경 치수가 0.1 mm 내지 0.3 mm 미만이고, 분출구의 직경 치수 공차가 ±0.002 mm 이내의 정밀도인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 샤워 플레이트에 있어서, 취출 구멍의 분출구의 직경 치수 공차는, 보다 바람직하게는 ±0.001 mm 이내의 정밀도로 하고, 취출 구멍 내면의 면조도는 1.0 s 이내, 보다 바람직하게는 0.5 s 이내로 한다.
이와 같이, 다수의 취출 구멍의 분출구의 직경 치수가 미소한 지름이며, 높은 정밀도로 또한 변동이 없이 형성되고 있기 때문에, 프로세스 가스의 분출 유량 변동이 실질적으로 없으며, 나아가서는 대형 기판(웨이퍼)에 대하여 종래 불가능했던 균일한 박막의 형성이나 에칭이 가능하게 되어, 변동이 없는 고품질의 반도체를 제조할 수 있다.
본 발명의 샤워 플레이트는, 평균 입자 지름이 0.8 μm 이하, 보다 바람직하게는 0.5 μm 이하이며 순도 99.95％ 이상의 Al2O3 미세분말을 95 질량％ 내지 100 질량％, 나머지부가 순도 99.923％ 이상인 Y2O3, Ce2O3 및 MgO 중 적어도 1종의 미세분말 0 질량％ 내지 5 질량％를 분쇄 혼합 조정한 세라믹 재료의 소결용 원료 분말을 성형 후 소결함으로써, 재료 특성이 99.4％ 이상의 상대밀도 또는 97.5％ 내지 99％의 상대밀도를 지니고, 유전 손실이 5×10-3 내지 1×10-5가 되도록 한 것이다.
이와 같이, 고순도의 출발 원료 분말을 조정하여 소결하고, 그럼에도 불구하고 낮은 유전 손실을 갖게 함으로써, 마이크로파의 흡수에 의한 발열이 거의 없어지고, 마이크로파의 투과성이 좋아지며, 이로써 플라스마의 발생 효율이 높아져, 에너지 손실을 적게 할 수 있다. 또한, 상대밀도는 99.4％ 이상으로 하여 빈 구멍이 거의 없는 치밀한 소결체로 하면, 흡착 가스가 적어져, 장치 안을 소정의 진공도에 빠르게 도달하게 할 수 있다. 한편, 상대밀도를 97.5％ 내지 99％의 범위로 하여 빈 구멍을 소정량 잔존시키도록 하면, 열 충격 균열을 일으키기 쉬운 조건 하에서는 열 충격에 의한 크랙의 전파를 빈 구멍에 의해 방지할 수 있다.
본 발명의 샤워 플레이트 및 그 제조 방법에 이용하는 샤워 플레이트의 재료로서는, 우선, 출발 원료인 Al2O3 분말은, 평균 분말 입자 지름이 0.8 μm 이하인 미세분말을 사용함으로써, 비교적 저온도에서 소결할 수 있기 때문에, 소결체의 구성 결정 입자 지름이 이상 성장하는 폐해를 억제할 수 있다. Al2O3 분말의 순도가 99.95％ 미만인 원료를 사용한 경우는, 불순물이 마이크로파를 흡수하여 그 투과를 저해하고, 유전 손실이 5×10-3보다도 커지는 폐해가 생겨 에너지 손실이 커지기 때문에, 순도가 99.95％ 이상인 원료 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 한편 상기 Al2O3 분말의 1 질량％ 이하를 고순도의 MgO로 치환한 원료 분말을 이용할 수도 있다.
한편, 배합 성분으로서의 Y2O3, Ce2O3 및 MgO 원료 분말은, 가능한 한 미세분말이 바람직하지만, 적어도 평균 분말 입자 지름이 1 μm 이하인 원료를 사용함으로써, 볼밀 등에 의한 분쇄 혼합 공정에서 Al2O3 원료 분말과 균일하게 혼합 분산시킬 수 있고, 순도가 99.9％ 이상인 원료를 사용함으로써, 유전 손실의 악화를 피할 수 있다.
이어서, Al2O3과 Y2O3, Ce2O3 또는 MgO 원료 분말과의 배합 비율은, 샤워 플레이트의 소결용 원료 분말의 95 질량％ 이상이 Al2O3 성분이고, 나머지부인 5 질량％ 이하를 Y2O3, Ce2O3 혹은 MgO 성분으로 함으로써, Al2O3의 소결성을 개선하여 저온 소결성을 부여할 수 있다. 한편, Y2O3, Ce2O3 혹은 MgO 분말의 배합 비율이 5 질량％를 넘으면, 저온 소결성이 개선되지만, 소결 과정에 있어서 Al2O3과 Y2O3, Ce2O3 혹은 MgO과의 액상 생성물이 과도하게 되기 때문에 소결체의 결정 입자 지름이 조대화된다. 또한, 상정하지 않은 빈 구멍의 양이 증가하여 목적 범위 내의 상대밀도로 조정 소결하는 것이 곤란하고, 치밀한 샤워 플레이트의 재료를 얻기 어렵게 된다. 따라서, 샤워 플레이트 재료 조직을 균일하게 미세하고, 컨트롤된 상대밀도, 또는 치밀한 소결체로 하기 위해서는, Y2O3, Ce2O3 혹은 MgO의 배합 비율을 1 질량％ 이하로 하는 것이 보다 바람직한데, Al2O3의 평균 분말 입자 지름이 0.5 μm 이하인 미세한 원료 분말을 사용함으로써, 저온 소결성을 얻을 수 있기 때문에 Y2O3, Ce2O3 혹은 MgO 분말을 전혀 이용하지 않고서 배합을 0 질량％로 할 수도 있다.
또한, 본 발명의 샤워 플레이트의 제조 방법에서는, 세라믹 재료의 소결용 원료 분말로부터, 소결 수축대(收縮代)와 마무리 가공대를 가미하여 형상을 이루는 원판형 성형체를 얻어, 상기 원판형 성형체의 소정 위치에 배면측에서부터 막힌 구멍 형상의 취출 구멍의 본체 부분을 형성하고, 원판형 성형체의 정면측 또는 배면측에서 상기 막힌 구멍 형상의 본체 부분의 축심을 따라서 분출구를 형성하여 취출 구멍을 연통시킨 후, 소결할 수 있다.
이와 같이, 소결용 원료 분말을 원판형으로 성형하여 소결하기 전의 부드러운 단계에서, 취출 구멍의 본체 부분과 분출구를 동일 축심 상에 형성하여 연통시킴으로써, 가공 능률이 좋아지고, 공구의 소모도 적어 경제적으로 된다.
또한, 본 발명의 샤워 플레이트의 제조 방법에서는, 세라믹 재료의 소결용 원료 분말로부터, 소결 수축대와 마무리 가공대를 가미하여 형상을 이루는 원판형 성형체를 얻어, 얻어진 원판형 성형체의 가로 방향에서부터 단척 드릴로 가스 도입로의 입구부를 가공하고, 동일 축심 방향으로 장척 드릴로 원판 중앙까지 긴 구멍을 천공하여 플레이트 배면측에 천공한 개구부와 연통시킨 후, 소결할 수 있다.
샤워 플레이트에 가스 도입로를 형성함에 있어서, 예컨대, 소결 후의 직경 치수가 360 mm이고 두께가 20 mm인 샤워 플레이트를 제조하기 위한 소결용 원료 분말의 원판형 성형체에, 소결 후의 직경 치수가 예컨대 직경 1 mm에 상당하는 가스 도입로를 형성하는 경우에는, 가스 도입로의 길이는 직경의 반인 약 200 mm로 되어 소직경이며 매우 길기 때문에, 장척 드릴로 긴 구멍을 형성할 때에, 긴 구멍이 예정 축심에서 틀어지거나 구부러지거나 하여 긴 구멍 내면에 마이크로 크랙이나 잔류 응력이 존재하는 소재가 되어, 소결했을 때에 이 가스 도입로가 소결시 균열의 발생 기점이 되는 빈도가 높아진다.
이에 대하여, 상기한 바와 같이, 우선 단척 드릴로 중심 흔들림이 없는 상태에서 예정 축심으로 향하여 가스 도입로의 입구부를 일정 길이로 천공하여 형성함으로써, 이것이 다음 공정의 장척 드릴로 긴 구멍을 형성할 때에, 장척 드릴이 축심에서 틀어지지 않도록 장착 드릴의 가이드 구멍으로 되는 작용 효과를 발휘한다.
본 발명의 샤워 플레이트의 제조 방법은, 선단 부분이 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상을 이루는 랩핑 와이어를 소결한 세라믹 재료로 이루어지는 샤워 플레이트의 취출 구멍에 삽입 관통하고, 상기 랩핑 와이어를 선단부에서 기단부 쪽으로 순차적으로 슬라이드시키면서, 상기 랩핑 와이어 또는 상기 샤워 플레이트를 왕복 운동시킴으로써 취출 구멍의 분출구의 마무리 가공을 하는 것이다.
이와 같이, 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상의 랩핑 와이어를 취출 구멍에 삽입 관통하여, 랩핑 와이어에 다이아몬드 지립 등을 도포하면서, 랩핑 와이어 또는 샤워 플레이트를 취출 구멍의 축심과 평행 방향으로 왕복 운동시킴으로써, 분출구의 치수 정밀도를 ±0.002 mm 이내, 면조도를 1 s 이내, 보다 바람직하게는 0.5 s 이내의 정밀도로 마무리할 수 있다.
또한, 본 발명의 샤워 플레이트의 제조 방법에서는, 선단 부분이 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상을 이루는 랩핑 와이어를 소결한 세라믹 재료로 이루어지는 샤워 플레이트의 취출 구멍에 삽입 관통하여, 상기 랩핑 와이어에 장력을 작용시킨 상태에서 랩핑 와이어의 선단과 기단부를 회전체에 클램프하고, 상기 양단의 회전체를 동일 축심 상에서 동일 회전수로 회전시켜, 랩핑 와이어의 선단부에서 기단부 쪽으로 순차적으로 슬라이드시키면서, 상기 랩핑 와이어 또는 샤워 플레이트를 축심 방향으로 왕복 운동시킴으로써, 취출 구멍의 분출구의 마무리 가공을 할 수 있다.
이와 같이, 샤워 플레이트의 취출 구멍의 축심에 삽입 관통한 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상의 랩핑 와이어에 장력을 작용시킨 상태에서 위아래의 회전체에 고정하여, 랩핑 와이어를 회전시키면서 랩핑 와이어 또는 샤워 플레이트를 상하 방향으로 왕복 운동시켜 취출 구멍의 분출구를 연마 마무리함으로써, 랩핑 와이어의 회전 방향과 상하 이동 방향과의 복합 연마로 되어, 능률 좋고 게다가 면조도가 향상된다.
또한, 본 발명의 샤워 플레이트의 제조 방법에서는, 선단 부분이 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상을 이루는 랩핑 와이어를 소결한 세라믹 재료로 이루어지는 샤워 플레이트의 취출 구멍에 삽입 관통하여, 상기 랩핑 와이어의 기단부를 초음파 진동 가공 장치의 와이어 체결부에 체결하고, 상기 랩핑 와이어의 선단부를 장력을 작용시킨 상태로 고정하여, 상기 랩핑 와이어에 축심 방향의 초음파 진동을 부여하면서, 랩핑 와이어 또는 샤워 플레이트를 왕복 운동시킴으로써, 취출 구멍의 분출구의 마무리 가공을 할 수 있다.
이와 같이, 샤워 플레이트의 취출 구멍의 축심에 삽입 관통한 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상의 랩핑 와이어에 축심과 평행 방향의 초음파 진동을 작용시킨 상태로, 랩핑 와이어 또는 샤워 플레이트를 상하 방향으로 왕복 운동시킴으로써, 연마 시간이 대폭 단축되고, 분출구의 치수 정밀도를 ±0.002 mm 이내로 마무리하여 연마할 수 있다.
또한, 본 발명의 샤워 플레이트의 제조 방법에서는, 선단 부분이 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상을 이루는 랩핑 와이어를 소결한 세라믹 재료로 이루어지는 샤워 플레이트의 취출 구멍에 삽입 관통하고, 상하 이동이 자유로운 샤프트의 상하 부분으로부터 각각 뻗어 나온 아암에, 상기 랩핑 와이어의 양단을 장력을 작용시킨 상태로 고정하고, 상기 샤프트의 축심의 상부 또는 하부에 초음파 진동 장치를 장착하여, 샤프트와 연동하는 랩핑 와이어에 축심 방향의 초음파 진동을 부여하면서, 랩핑 와이어 또는 샤워 플레이트를 왕복 운동시킴으로써, 취출 구멍의 분출구의 마무리 가공을 할 수 있다.
이 제조 방법은, 상기 제조 방법과는 초음파 진동의 부여 방법이 다르지만, 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상의 랩핑 와이어에 작용하는 초음파 진동 현상은 동일하며, 더구나 연마 방법도 동일하기 때문에, 상기 제조 방법과 같은 작용 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 샤워 플레이트의 제조 방법에서는, 선단 부분이 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상을 이루는 랩핑 와이어를 소결한 세라믹 재료로 이루어지는 샤워 플레이트의 취출 구멍에 삽입 관통하고, 상기 랩핑 와이어의 일단을 초음파 진동 장치에 연결한 회전 가능하고 상하 이동이 가능한 와이어 체결구에 체결하여, 랩핑 와이어에 축심 방향의 초음파 진동과 회전 운동을 부여하면서, 랩핑 와이어 또는 샤워 플레이트를 왕복 운동시킴으로써, 취출 구멍의 분출구의 마무리 가공을 할 수 있다.
이와 같이, 취출 구멍의 축심에 삽입 관통한 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상의 랩핑 와이어에, 회전 운동과 취출 구멍의 축심과 평행 방향의 초음파 진동을 작용시키면서 분출구의 연마 가공을 행함으로써, 회전 운동과 초음파 진동에 의한 큰 가속도로 강력한 연마력을 발휘하게 할 수 있고, 분출구의 치수 정밀도를 ±0.002 mm 이내, 면조도를 0.5 s 이내의 정밀도로 마무리할 수 있다.
한편, 본 발명의 샤워 플레이트의 제조 방법에 있어서, 선단 부분이 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상을 이루는 랩핑 와이어를 소결한 세라믹 재료로 이루어지는 샤워 플레이트의 취출 구멍에 삽입 관통하여, 분출구의 마무리 가공을 하는 방법은, 상기 랩핑 와이어를 선단부에서 기단부 쪽으로 순차적으로 슬라이드시키면서, 랩핑 와이어 또는 샤워 플레이트를 왕복 운동시킴으로써, 취출 구멍의 분출구의 마무리 가공을 하는 것이다.
이와 같이, 랩핑 와이어를 선단부에서 기단부 쪽으로 순차적으로 슬라이드시키면서 분출구의 연마 가공을 행함으로써, 연마 공정수를 대폭 단축할 수 있고, 분출구의 치수 정밀도를 ±0.002 mm 이내, 면조도를 0.5 s 이내의 정밀도로 마무리할 수 있으며, 나아가서는 연마 마무리 장치의 작동 정밀도를 향상시키고, 또한 지립의 직경을 선택함으로써, 분출구의 치수 정밀도를 ±0.001 mm 이내로, 분출구 내면의 면조도를 0.4 s 이내의 정밀도로 마무리할 수 있다.
또한, 본 발명의 샤워 플레이트의 제조 방법에서는, 취출 구멍의 분출구 내면의 연마 라인 흔적이 취출 구멍의 축심과 평행하게 되도록 마무리 가공을 할 수 있다.
즉, 랩핑 와이어에 예컨대 평균 입자 지름 5 μm의 다이아몬드 페이스트를 도포하여, 이 랩핑 와이어 또는 샤워 플레이트를 왕복 운동시켜 분출구의 연마 가공을 행함으로써, 분출구 내면의 면조도가 0.5 s 이내이며, 취출 구멍의 축심과 평행 방향의 연마 라인 흔적을 형성할 수 있다. 이 연마 라인 흔적은 분출구 안을 고속으로 통과하는 프로세스 가스가 난류 상태가 되지 않도록 정류하는 작용을 발휘한다.
<발명의 효과>
1. 취출 구멍의 분출구의 직경 치수가 0.1 mm 내지 0.3 mm 미만이며, 더구나 분출구의 직경 치수 공차가 ±0.002 mm 이내의 정밀도이기 때문에, 각 취출 구멍으로부터의 프로세스 가스의 분출 유량 변동이 실질적으로 없다.
2. 취출 구멍의 분출구의 직경 치수가 0.1 mm 내지 0.3 mm 미만으로 작기 때문에, 플라스마의 역류를 방지할 수 있다.
3. 대형 기판(웨이퍼)에 대하여, 종래 불가능했던 균일한 박막의 형성이나 에칭이 가능하게 되어, 고품질의 반도체를 제조할 수 있다.
4. 취출 구멍 내면의 면조도를 0.5 s 이내로 할 수 있기 때문에, 프로세스 가스의 분출 저항이 작아진다.
5. 샤워 플레이트의 취출 구멍을 선단 부분이 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상을 이루는 랩핑 와이어에 의해서 마무리 가공을 하기 때문에, 취출 구멍의 치수가 고정밀도로 되어, 각 취출 구멍으로부터 뿜어내는 프로세스 가스의 유량 변동이 없이 호환성 있는 샤워 플레이트를 안정적으로 제조할 수 있다.
6. 샤워 플레이트의 재료 특성이, 고순도이며 게다가 유전 손실이 5×10-3 내지 1×10-5로 매우 우수하기 때문에, 마이크로파의 투과성이 좋고 에너지 손실이 적다.
7. 취출 구멍은 원판형 플레이트의 배면측에서부터 정면측으로 천공된 것으로, 취출 구멍 자체의 구조가 간단하기 때문에 용이하게 형성 가공할 수 있다.
8. 소결 전의 원판형 성형체의 단계에서 가스 도입로 및 취출 구멍을 형성함으로써, 구멍 가공용 공구의 마모, 소모가 현저하게 적어져, 각 구멍을 천공 형성하는 공정수를 대폭 삭감할 수 있다.
9. 저유전율의 세라믹 재료를 상대밀도가 99.4％ 이상이 되도록 소결하고, 더구나, 샤워 플레이트의 양면과 가스 도입로 및 취출 구멍의 면조도를 1 s 이내, 보다 바람직하게는 0.5 s 이내로 할 수 있기 때문에 파티클이 발생하지 않는다.
10. 상대밀도를 97.5％ 내지 99％의 범위로 소결 조정한 샤워 플레이트는 열 충격 균열을 일으키기 쉬운 조건 하에서는 적합하게 사용할 수 있다.
11. 랩핑 와이어에 회전 운동 혹은 초음파 진동, 또는 그 양방을 작용시킴으로써, 취출 구멍의 연마 효율을 높일 수 있다.
12. 취출 구멍의 분출구 내면의 연마 라인 흔적의 방향이 취출 구멍의 축심과 평행하게 되기 때문에, 분출하는 프로세스 가스에 난류 현상을 부여하는 일이 없고, 오히려 정류하는 작용 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명에 따른 샤워 플레이트의 일 실시형태를 도시하며, (a)는 가스 도입로가 형성되어 있는 방향의 샤워 플레이트의 약 반을 분할한 가스 도입로의 종단면도, (b)는 가스 도입로가 형성되어 있지 않은 방향의 샤워 플레이트의 약 반을 취출 구멍을 따라서 분할한 종단면도이다.
도 2는 도 1(b)에 도시하는 취출 구멍의 확대도이고, (a)는 취출 구멍 본체 부분의 선단을 직각으로 한 예, (b)는 취출 구멍 본체 부분의 선단을 테이퍼형으로 축소한 예를 도시한다.
도 3은 본 발명에서 사용하는 와이어 랩핑 장치의 개략도이다.
도 4는 랩핑 와이어에 회전 운동을 부여하는 연마 장치를 도시하는 종단면도이다.
도 5는 랩핑 와이어에 초음파 진동을 부여하는 연마 장치를 도시하는 종단면도이다.
도 6은 랩핑 와이어에 초음파 진동을 부여하는 다른 연마 장치를 도시하는 종단면도이다.
도 7은 랩핑 와이어에 회전 운동과 초음파 진동을 부여하는 연마 장치를 도시하는 종단면도이다.
도 8은 종래의 샤워 플레이트의 일례를 도시하는 종단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 샤워 플레이트 2 : 취출 구멍
2a : 취출 구멍의 분출구 2b : 취출 구멍의 본체 부분
3 : 가스 도입로 3a : 가스 도입로의 입구부
3b : 가스 도입로의 긴 구멍 3c : 가스 도입로의 개구부
4 : 샤워 플레이트의 중심 5 : 샤워 플레이트의 정면측
6 : 샤워 플레이트의 배면측 7 : 샤워 플레이트의 외주 근방부
10 : 베이스 11 : 센터링 현미경
12 : 가이드 홀더 13 : 와이어 가이드
14 : 와이어(랩핑 와이어) 15 : 슬라이드 레일
16 : 슬라이드 블록 17 : 행거
18 : 브래킷 19 : 웨이트
20 : 롤러 21 : 로프
22 : 감속 모터 23 : 연결 플랜지
24 : 회전 샤프트 25a, 25b : 풀리
26a, 26b : 벨트 27a, 27b : 풀리
28a, 28b : 회전체 29a, 29b : 컬렉트
30 : 리니어 볼 베어링 31 : 하측 아암
32 : 초음파 진동 장치 32a : 컬렉트
33 : 상측 아암 34 : 와이어 체결구
35 : 샤프트 36 : 지주
37 : 베이스 플레이트 38 : 컬렉트
39 : 모터 직결형 초음파 진동 장치 40 : 마이크로 모터
40a : 회전축 41 : 와이어 체결구
41a : 컬렉트 41b : 컬렉트 너트
201 : 간극판(덮개판) 202 : 샤워 플레이트
203 : 갭 204 : 원주
205 : 수나사 206 : 암나사
207 : 취출구(취출 구멍) 208 : 절결
이하 본 발명의 실시형태를 첨부 도면에 따라 설명한다. 첨부 도면에 도시하는 것은 단순히 일례에 지나지 않으며, 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 각 부의 형상이나 가공 방법을 적절하게 조합할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 샤워 플레이트의 일 실시형태를 도시하는 개략도로, 도 1(a)은 가스 도입로(3)가 형성되어 있는 방향의 샤워 플레이트의 약 반을 가스 도입로(3)의 중심축을 따라서 분할한 종단면도이며, 도 1(b)는 가스 도입로(3)가 형성되어 있지 않은 방향의 약 반을 샤워 플레이트의 중심(4)에서 외주 방향을 향해 취출 구멍(2)의 중심축을 경유하여 분할한 종단면도를 도시한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 원판형의 샤워 플레이트(1)의 정면측(5)은, 외주 근방부(7)를 제외한 동심원의 범위 내가 오목면형으로 형성되어 있다. 한편, 도 1(a)의 반에는, 도 1(b)과 마찬가지로 취출 구멍을 갖고 있지만, 그 취출 구멍의 도시를 생략하고 있다.
도 2는 도 1(b)에 도시하는 취출 구멍(2)을 확대한 개략도를 도시한다. 이 취출 구멍(2)의 본체 부분(2b)은 샤워 플레이트(1)의 배면측(6)에서부터 직경 D의 치수로, 샤워 플레이트(1)의 정면측(5) 가까이까지 수직으로 형성되어 있고, 그 분출구(2a)는 직경 D 부분의 선단의 중심에서부터 정면측(5)을 향해 직경 d로 형성되어 있으며, 취출 구멍(2)의 본체 부분(2b)과 분출구(2a)는 동심 상에서 연통되어 있다. 한편, 도 2(b)는 직경 D의 취출 구멍(2) 본체 부분(2b)의 선단을 원추형으로 형성한 예를 도시하는 것이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 취출 구멍(2)의 분출구(2a)의 직경 d를 본체 부분(2b)의 직경 D보다 작게 함으로써, 취출 구멍(2)의 본체 부분(2b) 내에서의 압력 손실이 매우 작고, 더구나, 분출구(2a)에서 프로세스 가스의 유속이 가속되기 때문에, 플라스마가 역류하는 일이 없다.
본 실시형태에서는, 취출 구멍(2)의 본체 부분(2b)의 직경 D를 1 mm, 분출구(2a)의 직경 d를 0.1 mm로 하여, 분출구(2a)를 포함하여 취출 구멍(2) 내면의 면조도를 0.5 s 이내로 연마했다. 또한, 분출구(2a)에 대해서는, 후술하는 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상의 랩핑 와이어로 와이어 랩핑 마무리 가공하고, 치수 정밀도가 φd±0.002 mm 이내, 보다 바람직하게는 ±0.001 mm 이내가 되도록 했다. 그 결과, 다수의 취출 구멍(2)으로부터 뿜어내는 프로세스 가스의 유량은 거의 전부 동일하게 되어, 품질의 변동이 없는 일정 품질의 샤워 플레이트(1)를 제조할 수 있었다.
도 1(a)에 도시한 바와 같이, 프로세스 가스를 샤워 플레이트(1)의 배면측(6)에 도입하기 위한 가스 도입로(3)는, 샤워 플레이트(1)의 한 쪽의 측면에 형성된 입구부(3a)에서부터 샤워 플레이트(1)의 중심(4)을 향해 직선형으로 천공된 긴 구멍(3b)과 이 긴 구멍(3b)의 선단에서부터 직각으로 샤워 플레이트(1)의 배면측(6)을 향해 천공한 개구부(3c)를 연통시켜 형성되어 있다. 이 가스 도입로(3)의 내면은 면조도 0.5 s 이내로 연마할 수 있기 때문에, 프로세스 가스의 유통 저항이 매우 적다.
도 3은 취출 구멍(2)의 분출구(2a)의 연마 마무리 가공을 하기 위해서 사용하는 와이어 랩핑 장치의 개략도를 도시한다. 도 3에 있어서, 중앙부가 갈라져 관통된 베이스(10)에 샤워 플레이트(1)를 탑재하여 전후좌우로 슬라이드시키면서, 센터링 현미경(11)으로 관찰하여, 도 1(b)에 도시한 취출 구멍(2)의 분출구(2a)의 중심축과 가이드 홀더(12)와 와이어 가이드(13)가 일직선상에 합치한 상태로 샤워 플레이트(1)를 고정한 후, 선단 부분이 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상인 와이어(14)를 취출 구멍(2)을 통과하게 하여 가이드 홀더(12) 부분과 와이어 가이드(13) 부분으로 고정한다. 이 가이드 홀더(12)와 와이어 가이드(13)는, 슬라이드 레일(15)을 따라서 슬라이드하는 슬라이드 블록(16)에 연결한 행거(17)에 부착되어 있으며, 브래킷(18)과 웨이트(19)를, 롤러(20)를 사이에 두고, 로프(21)로 연결한 상태로 웨이트(19)를 위아래로 움직이게 함으로써, 다이아몬드 지립을 칠한 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상의 와이어(14)가 취출 구멍(2) 안을 상하 방향으로 왕복하는 구조로 되어 있다. 선단 부분이 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상의 와이어(14)를 취출 구멍(2)의 중심축 방향으로 왕복시키면서 순차적으로 와이어 지름이 작은 쪽에서 큰 쪽으로 최종적으로는 와이어(14)의 스트레이트부까지 슬라이드시켜 감으로써, 취출 구멍(2)의 분출구(2a)의 치수 정밀도를 φd±0.002 mm 이내 및 더욱 높은 정밀도인 φd±0.001 mm 이내로, 또한 취출 구멍 내면의 면조도를 0.5 s 이내로 연마 마무리할 수 있다.
한편, 본 실시형태에서는, 샤워 플레이트(1)를 고정하여, 선단 부분이 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상의 와이어(14)를 취출 구멍(2)의 중심축 방향으로 왕복시키도록 했지만, 반대로, 취출 구멍(2) 안으로 통과시킨 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상의 와이어(14)를 고정한 상태에서 샤워 플레이트(1)를 상하 방향으로 왕복시키는 구조로 하여 와이어 랩핑을 행하더라도 좋다. 이와 같이, 와이어(14)가 취출 구멍의 분출구(2a) 내에서 취출 구멍(2)의 축심과 평행 방향으로 왕복 운동하기 때문에, 분출구(2a) 내면의 연마 라인 흔적이 취출 구멍(2)의 축심과 평행 방향으로 붙게 된다.
와이어의 선단 부분을 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상으로 하는 장치는 도시하지 않지만, 이하의 방법에 의해 와이어의 선단 부분을 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상으로 할 수 있다. 우선, 좌우 방향으로 왕복 운동 가능한 상면으로 향하는 플레이트 또는 지석 위에 와이어를 지석의 왕복 운동 방향에 대하여 직각 방향으로 놓아두고, 하면으로 향하는 플레이트 또는 지석이 일정 압력으로 올라타 걸리도록 해 놓는다. 이 하면 방향 플레이트 또는 지석은, 좌우 방향이 상면 방향 플레이트 또는 지석과 평행이지만 전후 방향으로 경사진 면이 되도록 구성하여, 상면 방향의 지석을 좌우로 왕복 운동시킴으로써 선단 부분이 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상의 와이어를 제작할 수 있다. 한편, 상하면 방향의 지석이 아니라 플레이트인 경우는, 플레이트면에 지립을 공급함으로써 선단 부분이 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상의 와이어를 제작할 수 있다.
도 4는 랩핑 와이어에 회전 운동을 부여하는 연마 장치를 도시하는 종단면도이다. 도 4에 도시하는 연마 장치에서는, 감속 모터(22)와 연결 플랜지(23)로 연결된 회전 샤프트(24)에, 풀리(25a)와 풀리(25b)를 고정하여, 이 풀리(25a)와 풀리(25b)에 각각 벨트(26a)와 벨트(26b)를 부착하고 있다. 그리고, 이 벨트(26a) 및 벨트(26b)에 의해서, 풀리(25a)와 풀리(25b)에 각각 대향하는 풀리(27a)와 풀리(27b)에 회전력을 전달함으로써, 회전체(28a 및 28b)가 완전히 동일한 회전수로 회전되도록 하고 있다.
이 회전체(28a,28b)에는, 각각 컬렉트(29a, 29b)가 장착되어 있고, 이 컬렉트(29a, 29b)에, 샤워 플레이트(1)의 취출 구멍(2)에 삽입 관통된 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상의 랩핑 와이어(14)를 장력을 작용시킨 상태로 체결하고 있다. 그리고, 샤워 플레이트(1)를 베이스(10)와 함께 상하 방향으로 왕복 운동시키거나, 또는, 회전 기구 전체 즉 랩핑 와이어(14)를 상하 방향으로 왕복 운동시키면서, 랩핑 와이어(14)를 선단부에서 기단부까지 슬라이드시킴으로써, 지립을 칠한 회전 상태의 랩핑 와이어(14)로 능률 좋게 연마 마무리할 수 있도록 하고 있다.
도 4의 부호 30은 리니어 볼 베어링을 도시한다. 한편, 도 4에는 도시하지 않지만, 도 3에 도시한 것과 같은 가이드 홀더(12)나 와이어 가이드(13) 등의 기구 를 병용하는 것이 바람직하다.
도 5는 랩핑 와이어에 초음파 진동을 부여하는 연마 장치를 도시하는 종단면도이다. 도 5에 도시하는 연마 장치에서는, 샤워 플레이트(1)의 취출 구멍(2)에 삽입 관통한 랩핑 와이어(14)의 기단부를 하측 아암(31)에 체결한 초음파 진동 장치(32)의 컬렉트(32a)(와이어 체결부)에 체결하고, 랩핑 와이어(14)의 선단 부분을 상측 아암(33)에 부착한 와이어 체결구(34)에 장력을 작용시킨 상태에서 체결함으로써, 초음파 진동 장치(32)에 의한 초음파 진동을 랩핑 와이어(14)의 축심 방향으로 작용시키도록 하고 있다. 한편, 상측 아암(33) 및 하측 아암(31)은 샤프트(35)에 부착되어 있고, 이 샤프트(35)는 리니어 볼 베어링(30)을 통해 지주(36)에 상하 이동 가능하게 부착되고 있기 때문에, 초음파 진동 장치(32)에 의한 초음파 진동은, 상측 아암(33), 하측 아암(31) 및 샤프트(35)에도 전달됨으로써 랩핑 와이어(14)의 진동이 구속되지 않도록 하고 있다.
이 연마 장치에서는, 베이스 플레이트(37)를 상하 방향으로 왕복 운동시키는, 즉 랩핑 와이어(14)를 왕복 운동시키거나, 또는 샤워 플레이트(1)를 베이스(10)와 함께 상하 방향으로 왕복 운동시키면서, 랩핑 와이어(14)를 선단부에서 기단부 쪽으로 순차적으로 슬라이드시킴으로써, 취출 구멍(2)의 분출구의 연마 마무리를 한다.
도 6은 랩핑 와이어에 초음파 진동을 부여하는 별도의 연마 장치를 도시하는 종단면도이다. 도 6에 도시하는 연마 장치에서는, 지주(36)의 아암(36a)에 리니어 볼 베어링(30)을 통해 부착한 상하 이동이 자유로운 샤프트(35)를 초음파 진동 장 치(32)의 컬렉트(32a)에 체결하여, 샤프트(35)로부터 뻗어 나온 상측 아암(33)과 하측 아암(31)에, 샤워 플레이트(1)의 취출 구멍(2)에 삽입 관통된 랩핑 와이어(14)를 와이어 체결구(34) 및 컬렉트(38)에 의해서 장력을 작용시킨 상태로 체결함으로써, 초음파 진동(32)이 랩핑 와이어(14)의 축심 방향으로 전달되도록 하고 있다.
이 연마 장치에서는, 도 5의 연마 장치와 마찬가지로, 베이스 플레이트(37)를 상하 방향으로 왕복 운동, 즉 랩핑 와이어(14)를 왕복 운동시키거나, 또는 샤워 플레이트(1)를 베이스(10)와 함께 상하 방향으로 왕복 운동시키면서, 랩핑 와이어(14)를 선단부에서 기단부 쪽으로 순차 슬라이드시킴으로써, 취출 구멍(2)의 분출구의 연마 마무리를 한다.
한편, 도 5 및 도 6에는 도시하지 않지만, 도 3에 도시한 것과 같은 가이드 홀더(12)나 와이어 가이드(13) 등의 기구를 병용하는 것이 바람직하다.
도 7은 랩핑 와이어에 회전 운동과 초음파 진동을 부여하는 연마 장치를 도시하는 종단면도이다. 도 7에 도시하는 연마 장치에서는, 모터 직결형 초음파 진동 장치(39)에 동축 상에 셋팅한 마이크로 모터(40)의 회전축(40a)에, 컬렉트(41a) 및 컬렉트 너트(41b)로 이루어지는 와이어 체결구(41)를 장착하여, 이 와이어 체결구(41)에 의해서 샤워 플레이트(1)의 취출 구멍(2)에 삽입 관통한 랩핑 와이어(14)의 선단을 자유로운 상태로 체결하고 있다.
이 연마 장치에서는, 모터 직결형 초음파 진동 장치(39)를 지주(36)에 리니어 볼 베어링(30)을 통해 연결함으로써, 랩핑 와이어(14)에 회전 방향과 축심 방향 으로 초음파 진동을 작용시키면서, 랩핑 와이어(14) 또는 샤워 플레이트(1)를 상하 방향으로 왕복 운동시켜 취출 구멍(2)의 분출구의 연마 마무리를 행한다.
<실시예>
이하, 본 발명의 샤워 플레이트 및 그 제조 방법을 도 1을 참조하여 설명한다.
우선, 순도 99.95％ 이상의 Al2O3 미세분말에 순도 99.9％ 이상의 Y2O3 미세분말을 0.1 질량％ 내지 5 질량％가 되도록 배합 조정한 소결용 원료 분말을 냉간 정수압 프레스(CIP)법에 의해 성형하여, 소결 수축대와 마무리 가공대를 가미하여 형상을 이루는 원판형 성형체를 얻었다. 그리고, 이 원판형 성형체의 가로 방향에서부터 원판의 중심을 향해서, 샤워 플레이트 완성품의 가스 도입로(3)의 직경(φ1 mm)에 대응하는 단척 드릴을 이용하여 입구부(3a)를 가공한 후, 장척 드릴로 입구부(3a)의 축심을 따라서 원판 중앙까지 긴 구멍(3b)을 천공 가공했다. 이와 같이, 단척 드릴과 장척 드릴을 병용함으로써, 가스 도입로(3)의 긴 구멍(3b) 부분의 동심도 및 진직도를 0.002 mm 이내로 형성할 수 있었다.
이어서, 동일한 치수의 단척 드릴을 이용하여, 원판형 성형체의 배면측(6)의 중심부에 개구부(3c)를 천공하여 긴 구멍(3b)의 선단부와 연통시켰다. 한편, 이 개구부(3c)를 미리 천공해 둔 후, 긴 구멍(3b)을 원판의 중심까지 형성하여 입구부(3a)에서부터 개구부(3c)까지 연통시키더라도 좋다.
또한, 샤워 플레이트 완성품의 취출 구멍(2)의 분출구(2a)의 길이가 0.5 mm 에 상당하는 위치까지, 원판형 성형체의 배면측(6)에서 정면측(5)을 향해서, 마무리 가공 후의 취출 구멍(2)의 본체 부분(2b)의 직경 D가 1 mm이 되는 사이즈의 드릴을 이용하여 막힌 구멍을 형성했다.
이어서, 원판형 성형체의 정면측(5) 또는 배면측(6) 방향으로부터, 샤워 플레이트 완성품의 취출 구멍(2)의 분출구(2a)의 직경 d가 0.1 mm이 되는 소직경의 드릴을 이용하여, 상기 막힌 구멍의 중심축을 따라서 분출구(2a)를 형성하여 취출 구멍(2)을 연통시켰다.
이 다수의 취출 구멍(2) 및 가스 도입로(3)의 성형체 구멍을 형성 가공한 원판형 성형체를 공지의 방법으로 소결한 후, 열간 정수압(HIP) 처리를 행함으로써, 상대밀도가 99.4％ 이상, 보다 바람직하게는 99.5％ 이상이며, 유전 손실이 5×10-3 내지 1×10-5의 치밀한 샤워 플레이트용의 소결 소재를 얻었다.
이 소결 소재의 양면 및 외주의 전면을 다이아몬드 지석 및 다이아몬드 지립으로 면조도가 1 s 이내, 보다 바람직하게는 0.5 s 이내가 되도록 연삭 및 연마 마무리를 했다.
이어서, 직경이 1 mm인 가스 도입로(3)의 연마를 마무리하기 위해서, 기저부의 직경이 0.9 mm이고, 선단부 길이 10 mm의 범위가 직경 0.990 mm이고, 더구나 이 선단부를 축심 방향으로 균등 분할하기 위해서, 적어도 1곳, 보다 바람직하게는 2곳의 커팅 자국을 넣은 맨드릴을 제작 준비했다. 이 맨드릴 선단의 분할 부분에 지립의 직경이 5 μm인 다이아몬드 페이스트를 도포하여, 고속 회전시키면서 가스 도 입로(3)의 축심을 따라서 삽입했다. 고속 회전에 따라, 맨드릴이 분할된 선단부의 직경이 원심력으로 확대하고자 하여 연마 압력이 작용하게 되고, 이로써, 가스 도입로(3)의 면조도가 1 s 이내, 보다 바람직하게는 0.5 s 이내가 되도록 연마 마무리를 행했다.
이어서, 취출 구멍(2)의 연마 마무리 방법에 관해서 설명한다. 실시예에서는, 상기 소결 소재에 있어서의 취출 구멍(2)의 본체 부분(2b)의 직경 치수가 0.995 mm ∼1.00 mm이며, 취출 구멍(2)의 분출구(2a)의 직경 치수가 0.093 mm ∼0.098 mm가 되도록 했다.
취출 구멍(2) 본체 부분(2b)의 연마는 앞서 설명한 맨드릴과 동일 치수의 맨드릴에 지립의 직경이 5 μm인 다이아몬드 페이스트를 도포하여 고속 회전시키면서 취출 구멍(2)의 축심을 따라서 삽입함으로써, 직경 D가 1.0 mm이고, 치수 정밀도가 ±0.002 mm 이내가 되도록 했다.
한편, 취출 구멍(2)의 분출구(2a)를 연마하기 위해서, 와이어의 직경 치수가 0.093 mm이고, 전체 길이 200 mm 중 선단 부분의 길이 100 mm의 범위를 와이어선단의 직경 치수가 0.08 mm이 되도록, 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상으로 가공한 랩핑용 와이어를 제작했다.
이어서, 도 3에 도시하는 와이어 랩핑 장치에 상기한 가공이 완료된 샤워 플레이트용의 소재를 부착하고, 취출 구멍(2)의 분출구(2a)에 상기 와이어(14)의 선단을 삽입하여, 평균 입자 지름이 4 μm인 다이아몬드 지립을 와이어(14)에 도포하고, 취출 구멍(2)의 분출구(2a)의 축심 방향으로 와이어(14)를 왕복 운동시켰다. 이 때, 와이어(14)를 순차적으로 와이어 지름이 큰 쪽으로 슬라이드시키고, 최종적으로는 직경 치수가 0.093 mm인 기단부 부분에서 왕복 랩핑함으로써, 모든 취출 구멍(2)의 분출구(2a)의 직경 치수 d가 0.1±0.001 mm의 범위 내가 되도록 연마 마무리했다.
한편, 연마 마무리한 부분의 면조도를 측정한 결과, 가스 도입로(3)와 취출 구멍(2)의 본체 부분(2b)은 0.5 s 이내이며, 취출 구멍(2)의 분출구(2a)는 0.4 s 이내였다. 또한, 와이어(14)를 취출 구멍(2)의 축심 방향으로 왕복 운동시킴으로써, 분출구(2a)의 내면에는 연마 라인 흔적이 취출 구멍(2)의 축심과 평행 방향으로 붙게 된다.
또한, 도 4 내지 도 7에서 도시한 각각의 연마 장치에 의해서, 취출 구멍(2)의 분출구(2a)의 연마 마무리를 행한 결과, 분출구(2a)의 직경 치수 d는 어느 경우에도 0.1±0.001 mm의 범위이며, 더구나 랩핑 와이어(14)에 도포하는 평균 입자 지름이 4 μm인 다이아몬드 지립을 사용한 결과, 분출구(2a)의 면조도는 0.4 s 이내의 면정밀도를 달성할 수 있었다.
마지막으로, 연삭 및 연마 가공 등의 마무리 가공이 완료된 샤워 플레이트를, 초정밀의 초음파 세정에 의해서 각 부분에 부착 혹은 고착되어 있는 미립자나 오물을 완전히 제거함으로써, 파티클이 발생하지 않는 샤워 플레이트 완성품을 얻을 수 있었다.
본 발명은, CVD 장치나 드라이 에칭 장치 등의 반도체 제조 장치에 사용되는 샤워 플레이트의 제조에 적용할 수 있다.

Claims (11)

  1. 원판형 플레이트의 한 쪽의 측면에서부터 중앙부로 향해서 직선형으로 천공한 긴 구멍과, 긴 구멍의 선단 부분에서부터 직각으로 원판형 플레이트의 배면측을 향해서 천공한 개구부를 연통시킨 가스 도입로와, 원판형 플레이트의 배면측에서부터 정면측을 향해서 천공한 프로세스 가스를 뿜어내기 위한 다수의 취출 구멍을 갖는 샤워 플레이트로서,
    취출 구멍의 본체 부분과 분출구가 동일 축심 상에 연통하고 있고, 상기 취출 구멍의 분출구의 직경 치수가 0.1 mm 내지 0.3 mm 미만이며, 분출구의 직경 치수 공차가 ±0.002 mm 이내의 정밀도인 샤워 플레이트.
  2. 제1항에 있어서, 원판형 플레이트가, 순도 99.95％ 이상의 Al2O3 미세분말을 95 질량％ 내지 100 질량％, 그리고 나머지부가 순도 99.9％ 이상의 Y2O3, Ce2O3 및 MgO 중 적어도 1종의 미세분말 0 질량％ 내지 5 질량％를 분쇄 혼합 조정한 소결용 원료 분말을 소결한 세라믹 재료로 이루어지고, 그 재료 특성이 99.4％ 이상의 상대밀도를 지니고, 유전 손실이 5×10-3 내지 1×10-5인 것인 샤워 플레이트.
  3. 제1항에 있어서, 원판형 플레이트가, 순도 99.95％ 이상의 Al2O3 미세분말을 95 질량％ 내지 100 질량％, 그리고 나머지부가 순도 99.9％ 이상의 Y2O3, Ce2O3 및 MgO 중 적어도 1종의 미세분말 0 질량％ 내지 5 질량％를 분쇄 혼합 조정한 소결용 원료 분말을 소결한 세라믹 재료로 이루어지고, 그 재료 특성이, 97.5％ 내지 99％의 상대밀도를 지니고, 유전 손실이 5×10-3 내지 1×10-5인 것인 샤워 플레이트.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재한 샤워 플레이트를 제조하는 샤워 플레이트의 제조 방법으로서,
    선단 부분이 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상을 이루는 랩핑 와이어를 소결한 세라믹 재료로 이루어지는 샤워 플레이트의 취출 구멍에 삽입 관통하고,
    상기 랩핑 와이어를 선단부에서 기단부 쪽으로 순차적으로 슬라이드시키면서, 랩핑 와이어 또는 샤워 플레이트를 왕복 운동시킴으로써, 취출 구멍의 분출구의 마무리 가공을 하는 것인 샤워 플레이트의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 세라믹 재료의 소결용 원료 분말로부터, 소결 수축대와 마무리 가공대를 가미하여 형상을 이루는 원판형 성형체를 얻고,
    상기 원판형 성형체의 소정 위치에 배면측에서부터 막힌 구멍 형상의 취출 구멍의 본체 부분을 형성하고,
    원판형 성형체의 정면측 또는 배면측에서부터 상기 막힌 구멍 형상의 본체 부분의 축심을 따라서 분출구를 형성하여 취출 구멍을 연통시킨 후, 소결하는 것인 샤워 플레이트의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서, 세라믹 재료의 소결용 원료 분말로부터, 소결 수축대와 마무리 가공대를 가미하여 형상을 이루는 원판형 성형체를 얻고,
    얻어진 원판형 성형체의 가로 방향에서부터 단척 드릴로 가스 도입로의 입구부를 가공하고,
    동일 축심 방향으로 장척 드릴로 원판 중앙까지 긴 구멍을 형성하여 플레이트 배면측에 천공한 개구부와 연통시킨 후, 소결하는 것인 샤워 플레이트의 제조 방법.
  7. 제4항에 있어서, 선단 부분이 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상을 이루는 랩핑 와이어를 소결한 세라믹 재료로 이루어지는 샤워 플레이트의 취출 구멍에 삽입 관통하고,
    상기 랩핑 와이어에 장력을 작용시킨 상태에서 랩핑 와이어의 선단과 기단부를 회전체에 클램프하고,
    상기 양단의 회전체를 동일 축심 상에서 동일 회전수로 회전시키면서, 상기 랩핑 와이어 또는 샤워 플레이트를 왕복 운동시킴으로써, 취출 구멍의 분출구의 마무리 가공을 하는 것인 샤워 플레이트의 제조 방법.
  8. 제4항에 있어서, 선단 부분이 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상을 이루는 랩핑 와이어를 소결한 세라믹 재료로 이루어지는 샤워 플레이트의 취출 구멍에 삽입 관통하고,
    상기 랩핑 와이어의 기단부를 초음파 진동 가공 장치의 와이어 체결부에 체결하고, 상기 랩핑 와이어의 선단부를 장력을 작용시킨 상태로 고정하고,
    상기 랩핑 와이어에 축심 방향의 초음파 진동을 부여하면서, 랩핑 와이어 또는 샤워 플레이트를 왕복 운동시킴으로써, 취출 구멍의 분출구의 마무리 가공을 하는 샤워 플레이트의 제조 방법.
  9. 제4항에 있어서, 선단 부분이 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상을 이루는 랩핑 와이어를 소결한 세라믹 재료로 이루어지는 샤워 플레이트의 취출 구멍에 삽입 관통하고,
    상하 이동이 자유로운 샤프트의 상하 부분으로부터 각각 뻗어 나온 아암에, 상기 랩핑 와이어의 양단을 장력을 작용시킨 상태로 고정하고,
    상기 샤프트의 축심의 상부 또는 하부에 초음파 진동 장치를 장착하여, 샤프트와 연동하는 랩핑 와이어에 축심 방향의 초음파 진동을 부여하면서, 랩핑 와이어 또는 샤워 플레이트를 왕복 운동시킴으로써, 취출 구멍의 분출구의 마무리 가공을 하는 것인 샤워 플레이트의 제조 방법.
  10. 제4항에 있어서, 선단 부분이 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상을 이루는 랩핑 와이어를 소결한 세라믹 재료로 이루어지는 샤워 플레이트의 취출 구멍에 삽입 관 통하고,
    상기 랩핑 와이어의 일단을 초음파 진동 장치에 연결한 회전 가능하고 상하 이동이 가능한 와이어 체결구에 체결하여, 랩핑 와이어에 축심 방향의 초음파 진동과 회전 운동을 부여하면서, 랩핑 와이어 또는 샤워 플레이트를 왕복 운동시킴으로써, 취출 구멍의 분출구의 마무리 가공을 하는 것인 샤워 플레이트의 제조 방법.
  11. 제4항에 있어서, 취출 구멍의 분출구 내면의 연마 라인 흔적이 취출 구멍의 축심과 평행하게 되도록 마무리 가공을 하는 것인 샤워 플레이트의 제조 방법.
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