KR20220154559A - 체결용 조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면은 반응성 가스 분위기에서 사용되는 체결용 조립체로서,
소켓헤드, 상기 소켓헤드에 연결되는 소켓상부, 및 상기 소켓상부에서 연결되는 소켓하부를 포함하며, 상기 소켓하부의 외면에는 나사산이 구비되고, 상기 소켓헤드를 관통하는 제1관통홀 및 상기 제1관통홀에 연통되어 상기 소켓상부 및 상기 소켓하부를 관통하는 제2관통홀이 구비되는 소켓;
상기 제1관통홀 및 상기 제2관통홀을 관통하는 길이방향의 연장체로서, 제1직경의 헤드, 상기 헤드에 연결되는 바디, 및 상기 바디에 연결되며 상기 바디보다 큰 제2직경을 갖는 베이스를 포함하는 연장체;
상기 바디에 끼워지는 스프링와셔; 및
상기 제1관통홀의 내주면을 둘러싸는 내반응성가스 소재로 이루어지는 관형상의 소켓실드부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

체결용 조립체 {Fastening assembly}
본 발명의 일 측면은 체결용 조립체에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 서로 다른 두 부재의 사이에서 일 부재를 다른 부재에 체결하거나 고정하기 위한 체결용 조립체에 관한 것이다.
다양한 부품을 서로 체결시키는 방법에는 여러가지가 있으며, 접착제 등을 활용하는 접합 방식 또는 부품 들의 구조가 서로 맞물리게 하거나 겹쳐지게 하여 체결하는 방식 등이 다양한 기술 분야에서 부품을 결합하기 위하여 사용되고 있다. 이때, 부품이 작동되는 조건에 따라 이러한 부품의 결합 방식이 제한되는 경우가 있으며, 대표적으로 반응성이 강한 가스 분위기나 액체에 노출되는 조건하에서는 부품의 소재를 비롯하여 접합을 위한 접합재 등의 선택에 제약이 발생하므로 특정한 구조의 조립체를 활용하여 이러한 제약을 극복할 수 있다.
반응성 기체를 사용하는 공정이나 장비의 경우 내부에서 반응성이 큰 기체에 노출되는 부품의 수명이 짧아 교체가 자주 이루어지거나, 부품을 체결하기 위한 체결부에서의 부식이 문제가 되는 경우가 많이 관찰되었다.
반응성 기체가 사용되는 기술 분야의 일 예시로, 반도체 제조 공법 중 웨이퍼의 에칭, 식각 공정 기술 분야를 들 수 있으며, 이러한 반도체 분야의 반응성 기체를 활용한 제조공정단계로 일반적으로 건조 플라즈마 에칭, 반응성 이온 에칭, 이온 밀링 등의 기술이 개발, 실시되고 있으며, 특히 플라즈마 에칭 기술은 비교적 낮은 압력으로 반응성 가스에 큰 에너지를 부여하여 이온화 가스를 생성함으로써, 웨이퍼의 마스킹된 표면 상에 플라즈마를 형성하여 에칭하는 방법으로서, 카본 테트라플루오라이드, 트리플루오로메탄, 클로로트리플루오로메탄 또는 술퍼헥사플루오라이드와 같은 화학적 반응성 가스가 산소, 질소, 헬륨 또는 아르곤과 결합되어 에칭 챔버로 도입되며 전기장에 의해 해리되어 플라즈마를 형성하고, 활성 이온에 의해 마스킹되지 않은 웨이퍼의 부분들이 에칭된다.
이때, 플라즈마의 에칭 효과를 가스의 화학적 에칭 효과와 결합하는 반응성 이온 에칭은 우수한 에칭 효과를 보이지만 화학적으로 활성인 약제의 사용으로 인하여 과도한 전극의 마모가 수반되는 문제점이 있으며, 마모된 전극은 높은 프로세스 수율을 유지하기 위하여 신속하고 효율적으로 교체되어야 하지만, 그 교체시 경제성이 낮거나 교체 방법이 복잡하여 효율이 감소하는 한계점이 있었다.
이에 백킹 플레이트에 교체가 예정된 소모성의 실리콘 전극을 체결하는 방식과 효과적이고 경제적으로 소모성 전극을 교체하기 위한 방식이 생산 경제성 향상을 위하여 꾸준하게 연구되고 있다.
대한민국 등록특허 10-0146719호
본 발명의 목적은, 반응성 기체의 조건에서 반응성 기체에 의한 부식을 최소화 하면서도 소모성 부품의 교체가 용이하게 이루어질 수있는 체결용 조립체를 제공하는 데에 있다.
또한, 종래 기술의 설계를 변경함으로써 반응성 가스에 의해 특히 부식이 잘 일어나는 부분에서의 부식을 효과적으로 방지할 수 있는 체결용 조립체를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은 반응성 가스 분위기에서 사용되는 체결용 조립체로서,
소켓헤드, 상기 소켓헤드에 연결되는 소켓상부, 및 상기 소켓상부에서 연결되는 소켓하부를 포함하며, 상기 소켓하부의 외면에는 나사산이 구비되고, 상기 소켓헤드를 관통하는 제1관통홀 및 상기 제1관통홀에 연통되어 상기 소켓상부 및 상기 소켓하부를 관통하는 제2관통홀이 구비되는 소켓;
상기 관통홀을 관통하는 길이방향의 연장체로서, 제1직경의 헤드, 상기 헤드에 연결되는 바디, 및 상기 바디에 연결되며 상기 바디보다 큰 제2직경을 갖는 베이스를 포함하는 연장체;
상기 바디에 끼워지는 스프링와셔; 및
상기 제1관통홀의 내주면을 둘러싸는 내반응성가스 소재로 이루어지는 관형상의 소켓실드부;를 포함한다.
여기에서 상기 소켓실드부는 수분흡수율(%)이 0.5 이하인 소재를 포함하는 것이 좋고, 상기 소켓실드부는 스테인리스 합금 또는 폴리이미드 소재를 포함하는 것이 좋으며,
상기 소켓실드부는 상기 제1관통홀의 내주면 상부 및 상기 소켓헤드의 상기 제1관통홀 주변부에 구비되는 것이 바람직하다.
또, 상기 바디는,
상기 헤드와 연결되며 제4직경을 갖는 넥(neck) 구간과, 상기 베이스와 연결되며 제5직경을 갖는 숄더(shoulder) 구간을 포함하고, 상기 제4직경은 상기 제5직경보다 작은 것이 좋고,
상기 제1직경은 상기 제2직경보다 작고, 상기 제5직경보다 크거나 같은 것이 좋으며,
상기 스프링와셔는 상기 바디의 상기 헤드 측에 끼워지는 플랫와셔를 포함하고,
상기 플랫와셔의 외경은 상기 소켓실드부의 외경보다 큰 것이 좋다.
또한, 상기 소켓실드부는 내주면이 테이퍼진(tapered)형태 또는 내부직경이 증가하는 형태를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 측면에 따른 체결용 조립체는 반응성 가스에 의한 부식이 집중적으로 이루어지는 관통홀의 내부면을 내화학성이 우수한 소재가 둘러싸며 소켓실드부를 이루고 있어 제1관통홀에서의 부식이 효과적으로 방지되고, 체결용 조립체의 수명 감소를 효과적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 소켓을 관통하는 연장체는 스프링와셔의 최상단에 외경이 더 큰 플랫와셔가 구비되어 스프링와셔의 압축시 플랫와셔가 소켓실드부 및 제1관통홀의 외부로 균일합 압력을 가할 수 있어 소켓실드부가 소켓헤드로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
또, 연장체는 연장체 바디의 넥 및 숄더구간에서 직경이 다르게 이루어져 제1관통홀에서 관통된 연장체의 횡방향 유동성이 좋음과 동시에 숄더구간의 직경이 넥 구간보다 큼으로써 제1관통홀로부터 유입되는 반응성 가스를 차단하기에 유리하다.
또한, 추가적으로 체결용 조립체의 제1관통홀 주변 및 소켓헤드 부위에 프로텍트와셔가 구비되어 소켓헤드 표면에서 TCP 코일과 소켓헤드와의 간극이 차폐되고, 반응성 가스의 침투에 의한 부식을 방지할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 체결용 조립체의 외관을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 체결용 조립체의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 체결용 조립체의 소켓의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 체결용 조립체의 연장체의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 체결용 조립체를 이용하여 상측 부재와 하측 부재를 체결한 상태의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 체결용 조립체의 스프링 와셔를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 체결용 조립체의 동작상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 소켓실드부의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 체결용 조립체의 동작상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 SP-1 및 SCP-5000의 물성을 PEEK와 대비하여 정리한 도표이다.
도 13 및 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 체결용 조립체가 실리콘 샤워헤드에 결합된 상태를 촬영한 사진이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 체결용 조립체가 결합된 실리콘 샤워헤드를 촬영한 사진이다.
이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.
한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다.
도면들에 있어서, 구성 요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 구성요소가 다른 구성요소 "위에/아래에" 또는 "상에/하에" 있다고 할 때, 이는 다른 구성요소 "바로 위에/바로 아래에" 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 또 다른 구성요소가 있는 경우도 포함한다.
본 발명의 일 측면은 반응성 가스 분위기에서 사용되는 체결용 조립체이고, 구체적으로는 부품 등을 상하로 체결 또는 결합하기 위해 사용될 수 있는 체결용 조립체(1)이다.
여기에서, 반응성 가스는 물리적 또는 화학적으로 높은 에너지를 가지며 주변의 분자들과 쉽게 반응을 일으켜 부식을 유발하는 가스, 물리 및 화학적으로 불안정한 플라즈마 또는 플라즈마를 쉽게 생성할 수 있는 가스를 포함한다.
본 발명의 체결용 조립체(1)는 기계나 장치 등에 포함되는 2 이상의 부품 또는 구성요소들을 서로 체결하거나 원하는 위치에 결합하기 위하여 사용될 수 있는 체결용 조립체(1)이며, 사용되는 장치나 기술분야가 한정되는 것은 아니나, 바람직하게는 반응성 가스 분위기에서 공정을 수행하기 위한 장비에 사용되며, 반응성 가스에 의해 표면에서의 부식이 일어나기 쉬운 조건에서 사용되는 체결용 조립체(1)인 것이 좋다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 상하로 배치된 2개의 부재를 결합하기 위한 체결용 조립체(1)로서, 고정된 상측 부재(100)와 상측 부재(100)의 하부에서 상측 부재(100)에 체결되는 하측 부재(200)를 서로 결합시키는 체결용 조립체(1)이다.
이때, 하측 부재(200)는 소모성 부품일 수 있으며, 소모성 부품이 소모된 후 상측 부재(100)로부터 교체 또는 탈거가 용이하게 이루어짐으로써 소모성 부품의 교체를 효율적으로 구현할 수 있는 체결용 조립체(1)를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예인 체결용 조립체(1)는 소켓(10), 연장체(20) 및 스프링와셔(30)를 포함하여 이루어지고, 소켓(10)은 반응성 가스(기체)에 의한 부식이 활발하게 이루어지는 부분에 소켓실드부(40)를 포함하여 이루어질 수 있다.
이하에서는 우선적으로 소켓-연장체(20) 구조를 가지는 체결용 조립체(1)의 주요 구성요소에 대해 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예의 체결용 조립체(1)의 외관을 나타낸 사시도이다. 도 1의 체결용 조립체(1)는 소켓(10), 연장체(20), 스프링 와셔 및 소켓실드부(40)를 포함하는 실시예를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 실시예에 추가적으로 프로텍트와셔(50)가 더욱 구비된 실시예이며, 도 3은 일 실시예의 체결용 조립체(1)를 축방향으로 자른 단면을 도시한 단면도이다.
체결용 조립체(1)는 하측 부재(200) 또는 소모성 부품과 체결될 수 있는 소켓(10)과, 소켓(10) 및 소켓(10)에 고정된 소모성 부품을 상측 부재(100)에 고정할 수 있도록 구비된 연장체(20)가 서로 결합되어 있는 구조를 갖는 것이 좋다.
도 1 내지 도 3 에서, 소켓(10)은 중심축을 따라 소켓(10)을 관통하는 관통홀을 포함하고, 하부에는 하측 부재(200) 또는 소모성 부품이 결합될 수 있도록 나사산과 같은 결합수단이 구비된다.
도 4는 소켓(10)의 단면을 구체적으로 나타낸 도면이다.
소켓(10)은 소켓헤드(14)와, 소켓헤드(14)에 연결되는 소켓상부(13), 소켓상부(13)에 연결되는 소켓하부(15)를 포함한다.
소켓(10)은 내부를 관통하는 관통홀을 가지며, 관통홀은 소켓헤드(14)를 관통하는 제1관통홀(12)과, 소켓하부(15)를 관통하며 제1관통홀(12)과 연통되는 제2관통홀(11)을 포함하며, 제1관통홀(12)은 제2관통홀(11)에 비해 직경이 더 작게 이루어진다.
도 3에서 볼 수 있듯이 제2관통홀(11)은 연장체(20)가 결합된 이후에도 내부에 여분의 공간이 존재할 수 있을 정도의 직경을 가지며, 내부 공간을 감싸는 하우징(housing)형태의 소켓하부(15)가 얻어질 수 있다.
소켓(10)의 제1관통홀(12)은 연장체(20)가 결합되는 경우 소켓(10)의상부로 연장체(20)의 말단 헤드가 돌출되게 하며 연장체(20)가 관통홀을 따라 축방향으로 이동하는 경우에 연장체(20)가 소켓(10)으로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
소켓상부(13)는 소켓하부(15)보다 외경이 큰 것이 바람직하며, 소켓하부(15)는 외면에 나사산이 구비되어 일측 부재에 체결 및 고정될 수 있다. 또한, 중심 축에 수직방향 단면이 다각형의 형상을 가지는 소켓헤드(14)가 소켓상부(13)에 구비될 수 있다.
소켓헤드(14)는 도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이 단면의 형태가 육각형인 구조를 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 소켓하부(15)의 나사산을 이용해 소모성 부품에 체결용 조립체(1)를 체결하는 경우 회전이 용이하게 하는 효과가 있다.
소켓(10)을 이루는 소재로는 탄성이 있는 폴리머, 플라스틱 또는 금속 소재를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 강화 폴리머 소재를 사용하는 것이 좋고, 유리섬유 강화 폴리머가 사용되는 것이 좋으며, 예를 들어 유리섬유 강화 폴리아미드-이미드(Polyamide-imide, PAI)수지, 아세탈 수지, 초고분자량 폴리에틸렌 소재가 사용될 수 있고, 더욱 구체적으로는 Solvay사의 Torlon계 폴리아미드 이미드 수지, 예를들어 Torlon 4XG, Torlon5030 과 같은 소재가 사용되는 것이 좋다.
유리섬유 강화 PAI수지는 30% 정도의 유리섬유를 포함하며, 20 ~ 50%, 바람직하게는 25 ~ 40% 의 유리섬유를 포함하는 소재를 사용하는 경우 내충격성, 화학적 저항성 등이 우수한 장점이 있다.
이때, 폴리아미드-이미드 수지의 예시로서는 하기 화학식 1의 구조를 포함하는 고분자 물질을 포함하는 수지가 사용되는 것이 바람직하며, 화학식 1의 구조에서 수지의 말단 구조는 제한되지 않고, 해당 구조를 포함하는 경우 고온내성, 고강도, 내마모성이 우수한 효과가 얻어질 수 있다.
(화학식 1)
Figure pat00001
여기에서 Ar은 방향족 화합물 또는 방향족 작용기를 의미하며, n은 2이상의 자연수이다.
다만, 유리섬유 강화 폴리머 소재는 유리 섬유를 포함하여 반응성 가스나 플라즈마에 의한 부식시 유리섬유로부터 마이크로 파티클(Micro particle)이 형성될 수 있어 웨이퍼를 손상시키거나 부식 품질을 저하시키는 문제점이 있을 수 있으므로 화학적 부식이 활발하게 일어나지 않는 영역(후술할 소켓실드부(40) 이외의 영역)에서 사용되어 마이크로 파티클의 발생을 최소화하는 것이 바람직하다.
도 5는 체결용 조립체(1)의 연장체(20)의 구조를 나타낸 도면이다.
연장체(20)는 원기둥 형태를 가지며, 직경이 일정하지 않은 구조를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 연장체(20)가 소켓(10)과 결합되는 방향에 따라 소켓상부(13)측으로 돌출되는 상부 말단, 소켓하부(15)측에 위치하는 하부 말단을 갖는다.
예시적으로 연장체(20)는 각 구간별로 직경이 다른 구조를 가지는 것이 바람직하지만, 각 구간에서의 직경이 동일하게 이루어지는 것도 가능하다.
연장체(20)는 상부 말단에 구비되는 헤드(21)와, 하부 말단에 구비되는 베이스(23) 및 헤드(21)와 베이스(23)의 사이에 구비되는 기둥형태의 바디(23)를 포함한다. 헤드(21)는 연장체(20)의 상부말단에 구비되어 조립체에서 소켓헤드(14)의 외부로 돌출되고, 베이스(23)는 연장체(20)의 하부말단에 구비되며, 바디(23)는 헤드(21)와 베이스(23)와 연결되며 소켓(10)의 관통홀을 관통하는 부분이다.
바디(23)는 헤드(21)가 연결되는 넥(Neck) 구간과, 베이스(23)가 연결되는 숄더(Shoulder)구간, 넥 구간과 숄더 구간의 사이에 위치하는 중간구간을 포함하여 직경이 서로 다른 3개의 구간으로 구분되는 것이 바람직하며, 바디(23)에서 직경이 다른 부분이 둘 이상, 바람직하게는 셋 이상인 것도 가능하다.
바디(23)에서 넥 구간의 직경이 가장 작고, 숄더의 직경이 가장 큰 것이 바람직하지만 바디(23)의 직경이 일정한 원기둥 형태를 가져 숄더와 넥이 구분되지 않는 것도 가능하다.
헤드(21)는 넥 구간(22)에 연결되며 그 형태는 제한되지 않으나 둥근 곡면을 가지는 것이 좋고, 중앙 또는 하부에서 직경이 가장 큰 영역이 존재하는 것이 좋다.
헤드(21) 중 직경이 가장 큰 부분에서의 직경을 헤드(21)의 직경인 제1직경이라고 정의하고, 베이스(23)의 직경을 제2직경이라고할 때, 연장체(20)의 바디(23)는 서로 다른 직경을 갖는 구간을 포함할 수 있으며, 예시적으로는 바디(23)의 중간구간에서의 직경을 제3직경, 제4직경보다 작은 제4직경을 가지는 넥 구간(22) 및 제3직경보다 큰 제5직경을 가지는 숄더 구간(24)이 구비될 수 있다.
이때, 제1직경은 넥 구간(22)의 제5직경보다 큰 것이 바람직하며, 중간구간보다 큰 것이 좋고, 숄더구간 보다도 큰 것이 좋다.
이와같이 연장체, 헤드, 베이스의 직경 관계를 가짐으로써 헤드는 관통홀을 빠져나가지 못하면서도 연장체 바디가 관통홀에서 유동성을 가질 수 있는데, 연장체 바디가 헤드 쪽에서 베이스쪽으로 갈수록 직경이 커지는 구조를 가짐으로 인하여 헤드가 당겨지기 전인 체결 초기상태에서는 직경이 작은 넥 구간이 관통홀에 위치하여 더 큰 유동성을 가지고, 체결이 진행되며 헤드가 당겨져 소켓으로부터 멀어지는 경우에는 점차 제1관통홀에 위치되는 구간의 직경이 커져 유동성이 감소하고, 완전히 체결된 상태에서는 숄더 구간이 제1관통홀에 위치하며 유동성이 최소화되고, 관통홀과 연장체의 틈 간격을 좁히므로 반응성가스가 관통홀과 연장체의 틈 사이로 유입되기 어렵게해 부식을 늦춘다.
연장체(20)의 바디(23) 전체 길이(L)에서 넥, 숄더구간이 차지하는 부분의 길이를 각각 Ln, Ls 라고 정의할 때, Ln, Ls 및 L은 다음과 같은 관계를 만족하는 것이 좋다.
Ln ≥ Ls > (L-Ln-Ls)
넥과 숄더구간 사이의 구간 길이인 (L-Ln-Ls)는 중간구간의 길이를 의미하고, Ls 보다 작은 것이 바람직한데, 숄더구간의 길이가 제2관통홀(11)의 길이와 유사하게 이루어짐으로 인하여 숄더구간이 시작되는 지점이 제1관통홀(12)과 제2관통홀(11)의 경계 또는 제1관통홀(12)의 하부에 위치될 수 있다.
이 경우, 조립체의 체결 이전 상태에서는 제1관통홀(12)의 내경보다 작은 바디(23)가 제1관통홀(12) 내부에 위치하여 좋은 유동성을 가지게 되며, 체결용 조립체(1)의 체결 이후에는 베이스(23)가 상승되며 숄더구간의 시작점이 제1관통홀(12)에 일부 진입함으로써 연장체(20)의 유동성을 크게 해치지 않으면서도 제1관통홀(12)과 숄더구간의 사이에 매우 좁은 틈만이 형성되어 반응성 가스가 잘 유입되지 않는 장점을 가죠 부식속도가 늦어질 수 있다. 제1관통홀(12)에서 연장체(20)가 좌우로 유동할 수 있으면서도 반응성 가스가 제1관통홀(12)로 유입되는 공간이 감소되어 부식이 늦어지며,
연장체(20)가 소켓(10)의 내부에서 축방향을 따라 이동하는 경우 제1관통홀(12)의 내주면에 넥, 바디(23) 및 숄더구간이 지나다닐 수 있지만 베이스(23)는 통과할 수 없도록 연장체숄더구간의 직경이 소켓상부(13)의 소켓실드부(40) 내주면 직경보다 작거나 같은 것이 좋으며, 반대로 헤드(21)는 소켓상부(13)의 소켓실드부(40)를 지나지 못하도록 소켓실드부(40) 내주면 직경보다 더 큰 직경을 가지는 것이 좋으므로 헤드(21)의 직경이 연장체숄더의 직경보다 큰 것이 좋다.
이때, 헤드(21) 직경이 숄더구간의 직경보다 더 크고, 숄더구간의 직경이 소켓실드부(40) 내경보다 작음으로 인하여 연장체(20)가 이동할 때 숄더가 소켓실드부(40) 내경으로 끼워질 수 있는데, 이 경우 반응성 가스가 제1관통홀(12)로 유입되는 것을 막으면서도 연장체(20)가 소켓(10)의 내부에서 어느정도의 유동성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
베이스(23)는 연장체(20)의 하부측 말단에서 숄더구간에 결합되는데, 숄더구간보다 베이스(23)의 말단이 더 큰 것이 필수적이다. 베이스(23)는 바디(23)에 끼워지는 후술할 스프링와셔(30)가 체결용 조립체(1)의 하부로 이탈되는 것을 방지하며 스프링와셔(30)에 횡압력을 제공하여 체결시 틈이 발생하는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
이때, 베이스(23)의 직경은 소켓하부(15)에서의 내주면 직경보다는 작아 소켓하부(15) 내부로 이동될 수 있는 것이 바람직하며, 베이스(23)는 소켓하부(15)에 구비되는 하우징 공간의 내부에 위치하는 것이 좋다.
도 5에 연장체(20)의 각 부분별 직경을 나타내었으며, 헤드(21)의 직경을 제1직경 (도면에서 DH), 연장체 숄더구간의 직경을 제5직경(도면에서 DS), 베이스(23)의 직경을 제2직경(도면에서 DB)이라고할 때, 제2직경> 제1직경 ≥ 제5직경의 관계 (도면에서 DB> DH ≥ DS)가 성립한다.
연장체(20)의 소재로는 경도가 우수하며 내식성이 좋은 소재가 사용되는 것이 좋고, 예를 들어 상용 스테인리스 합금 또는 니켈계 합금이 사용되는 것이 바람직하다. 구체적으로는 Nitronic60 스테인리스 합금, SUS316 또는 SUS304 와 같은 합금 소재가 사용되는 것이 바람직하다.
스테인리스 스틸 소재를 사용하는 경우 초고온에서 사용이 가능하고, 내화학성과 기계적특성이 우수한 장점이 있다.
일 실시예에 따른 Nitronic 60 스테인리스 합금은 크롬 16~18.0 wt%, 니켈 8~9.0 wt%, 망간 7~9.0 wt%, 실리콘 3.5~4.5wt%, 탄소, 인, 황, 니켈 0.10 wt% 이하 및 잔부의 철을 포함하는 조성의 합금인 것이 좋으며, 해당 조성의 합금 사용시 열팽창계수가 15.8 ~ 18.5 10-6 ·℃ 정도로 얻어지고, 경도, 내화학성이 우수하여 본 실시예의 연장체(20) 소재로 사용하기 적합하다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 소켓(10)에 결합된 연장체(20)에 대하여, 안정적이고 기밀한 부품의 고정을 위하여 스프링 와셔를 포함하는 것이 좋다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 체결용 조립체(1)가 상측 부재(100) 및 하측 부재(200)와 체결된 구조의 단면을 예시적으로 나타낸 구조이다. 체결용 조립체(1)의 각 구성부분에 대한 도면부호는 대부분 생략하였으며, 하측 부재(200)는 소켓하부(15)의 나사산에 나사결합되어 체결용 조립체(1)와 단단하게 결합되며, 상측 부재(100)는 연장체(20)가 관통할 수 있는 홀 또는 슬릿을 통해 연장체(20)가 삽입되고, 직경이 더 큰 헤드(21)가 상측부재에 걸리면서 체결용 조립체(1)가 고정될 수 있다.
이때, 상측 부재(100)와 하측 부재(200)사이에는 사이공간(150)이 생길 수 있다. 이 사이공간을 통하여 반응성의 기체가 상측부재(100)와 하측부재(150)에 접촉되고 체결용 조립체(1)의 표면 및 관통홀의 내부에서 부식을 일으킬 수 있다.
여기에서 상측 부재(100)에 연장체(20) 및 헤드(21)가 삽입, 고정되는 방식은 통상의 기술자가 도출할 수 있는 수준이라면 어떠한 구조나 방법이라도 사용가능하다.
도 7은 연장체(20)에 끼워질 수 있는 스프링와셔(30)의 구조를 나타낸 도면이다.
스프링와셔(30)는 연장체(20)의 바디(23)에 끼워지며, 도 5의 (a)와 같이 복수개의 와셔가 조합되어 구비되거나 도 5의 (b)와 같이 일체형으로 이루어진 와셔인 것이 좋으며, 축방향의 횡압력을 받아 약간의 탄성변형이 이루어질 수 있어 안정적인 고정과 함께 고정된 부분에서의 유격을 방지해 기밀한 고정이 이루어질 수 있게 한다.
도 7의 (a)의 스프링와셔(30)는 연장체(20)에 고정되어 상부에 위치하는 플랫와셔(31), 플랫와셔(31)의 하부에서 구비되는 복수개의 디스크 스프링와셔(32)를 포함하여 이루어지며, 상부의 플랫와셔(31)와 복수개의 디스크 스프링와셔(32) 전체를 통칭하여 스프링와셔(30)라고 지칭하기로 한다.
여기에서 디스크 스프링와셔(32)는 일반적인 평면형 와셔와 달리 살짝 비틀어지거나 뒤틀린 형태를 가지는 와셔로서, 볼트를 조이거나 외부에서 압력이 가해지는 경우 비틀어진 형태가 평평해지며 차지하는 공간이 감소되면서 압력을 분산시키고 외부 압력을 탄성에너지로 저장하지만, 외부 압력이 감소하면 저장된 탄성에너지에 의해 다시 원래의 형태로 돌아가게 된다.
플랫와셔(31)는 스프링와셔(30)의 상부에서 소켓상부(13)와 접촉하며 베이스(23)가 스프링와셔(30)의 하측을 압박하는 경우 그 압력의 일부를 소켓상부(13)에 전달하는 역할을 하며, 이때 압력을 고르게 분산시키기 위하여 플랫 형태인 것이 좋다.
플랫와셔(31)는 외경이 스프링와셔(30)보다 큰 특징을 가지는데, 이때 플랫와셔(31)의 외경은 후술할 소켓실드부(40)의 외경 및 제1관통홀(12)의 내경보다 크게 이루어진다. 플랫와셔(31)의 외경이 소켓실드부(40) 외경보다 작은 경우, 제1관통홀(12)에 압입되어 구비되는 소켓실드부(40)에 축방향으로 압력을 전달하게 되고, 소켓실드부(40)가 소켓헤드(14)의 외부로 밀려나거나 이탈되는 문제가 발생할 수 있다.
도 8은 체결용 조립체(1)에서 연장체(20)의 이동에 따른 작동 상태를 나타낸 도면이다. 도 8의 (a)는 연장체(20) 하부쪽으로 힘이 작용하는 상태를 나타낸 것으로서, 일반적으로 체결용 조립체(1)가 장치에 체결되기 이전의 경우에 해당한다. 헤드(21)는 소켓상부(13)의 소켓실드부(40) 내주면보다 직경이 크므로 연장체(20)가 소켓의 하부방향으로 분리되지 않으며, 스프링와셔(30)는 외력을 받지 않아 표준상태를 갖는다.
도 8의 (b)는 연장체(20)의 상부쪽에서 연장체(20)를 잡아당기는 힘이 작용하는 상태이거나, 연장체(20)의 헤드(21)가 고정된 상태에서 소켓(10) 또는 소켓(10)에 고정된 소모성 부품이 하부로 잡아당겨지는 상황에서의 상태를 나타낸 것으로서, 체결용 조립체(1)가 하측 부재(200)를 체결, 고정하고 있는 상태에 해당한다. 헤드(21)는 상측 부재(100)에 결합 고정되고, 하측 부재(200)는 소켓(10)에 결합되어 중력에 의해 하부로 잡아당겨진다.
이때, 베이스(23)와 소켓(10)이 힘을 받아 운동하려는 방향이 서로 반대방향이므로 연장체(20)에 결합된 스프링와셔(30)는 베이스(23)와 소켓(10)으로부터 압축되고, 스프링와셔(30)는 탄성으로 인하여 소켓(10)을 중력의 반대방향으로 밀어내려는 힘을 가하게 되어 소켓(10)을 상부로 더욱 밀착시키는 고정이 가능하게 된다.
도 7의 (b)의 스프링와셔(30)는 연장체(20)에 고정되어 상부에 위치하는 일체로 구비된 스프링와셔(30)를 포함하여 이루어지며, 스프링와셔(30)는 금속 사출 성형(MIM)방식으로 제조되거나 분리된 와셔들을 용접 또는 결합시켜 제조된 와셔인 것도 가능하다.
일체로 이루어진 스프링와셔(30)를 사용하는 경우, 분리된 복수개의 디스크 스프링와셔(32)를 사용하는 경우에 비해 공정에서 불량률이 낮아지고, 탄성 및 반발력이 향상되고, 제품별로 품질이 균일해지는 제조공정상의 장점이 있을 수 있다.
스프링와셔(30)는 다양한 소재가 사용될 수 있으며, 경도가 우수하며 일부 탄성이 있는 소재가 사용되는 것이 좋다. 바람직하게는 경도 및 내식성이 우수한 스테인리스 합금이 사용되는 것이 바람직하고, SUS계열의 스테인리스 합금으로 예를들어 SUS316, SUS 630 또는 SUS 304, Nitronic 60 등의 소재가 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 일 측면은 체결용 조립체(1)의 사용시 반응성 가스에 의한 부식이 활발하게 이루어지는 상부 관통홀 및 소켓헤드(14)의 주변부에 내화학특성이 우수하고 유리섬유를 포함하지 않는 소재로 이루어지는 소켓실드부(40)를 포함한다.
소켓실드부(40)는 체결용 조립체(1)가 장치나 기계 등에 사용시 반응성의 가스 침투로 인하여 부식이 활발하게 일어나는 부분에 구비되어 소켓(10)의 부식을 예방하는데, 소켓헤드(14)에서 중앙에 위치한 제1관통홀(12)의 주변부 및 소켓(10)의 제1관통홀(12) 중내주면에서 가장 부식이 활발하게 일어나므로 해당 위치의 표면에 구비되는 것이 가장 바람직하다.
이때, 제1관통홀(12) 주변부의 부식에 의해 제1관통홀(12)의 내경이 증가하는 경우에는 헤드(21)가 소켓(10)의 제1관통홀(12)을 쉽게 통과하여 소켓(10)과 연장체(20)가 분리되는 문제가 발생할 수 있다.
즉, 소켓(10)의 부식은 연장체 헤드(21)와 인접한 제1관통홀(12) 내주면에서 주로 일어나므로 소켓실드부(40)는 제1관통홀(12)의 주변부에 구비되어 부식을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 9 및 10은 소켓실드부(40)의 다양한 구조 및 위치를 예시적으로 나타낸 도면이다. 소켓실드부(40)는 소켓의 제1관통홀(12) 내주면, 그 주변부에 구비되며 형태 및 위치는 일부 다르게 구비되는 것도 가능하다.
도 9는 소켓실드부(40)가 제1관통홀(12)의 내주면 및 소켓헤드(14) 상부면을 일부 또는 전 영역에서 덮는 구조로 이루어진다. 소켓헤드(14) 상부면 또한 반응성 가스에 의한 부식이 이루어질 수 있으므로, 소켓(10)의 수명을 늘리고 부식을 줄이기 위하여 제1관통홀(12)의 내주면 및 소켓헤드(14) 상부면을 적어도 일부 영역에서 덮는 구조가 제시될 수 있으며, 소켓헤드(14) 상부면을 덮는 영역은 제1관통홀(12)을 중심으로 동심원 형태인 것이 바람직하다. 해당 실시예에서는 소켓실드부(40)가 소켓헤드(14) 표면을 보호하므로 프로텍트와셔(50)가 포함되지 않는 것이 좋다.
도 10은 소켓(10) 내부의 제1관통홀(12) 및 소켓상부(13)의 하단에서 제2관통홀(11)과 제1관통홀(12)을 연결하는 영역에 소켓실드부(40)가 구비되는 실시예를 나타낸 것이다. 이 경우 소켓헤드(14) 상부면에서의 부식은 프로텍트와셔(50)를 통하여 주로 예방될 수 있으며, 제1관통홀(12) 내부 및 제1관통홀(12)과 제2관통홀(11)을 연결하는 영역에서의 부식이 효율적으로 예방된다.
도 10에 도시된 일 예시는 소켓실드부(40)로 스프링와셔(30)의 상부에서 연장체(20)에 끼워지는 끼움실드(60)가 사용되는 것을 나타낸다. 끼움실드(60)는 소켓(10)의 제1관통홀(12)의 내경과 동일한 외경을 가지는 중공체 또는 튜브 형태의 끼움돌부를 가지고 하부에는 끼움돌부와 연결되며 와셔와 유사한 형태의 지지부를 구비하여 일측 방향으로 중공체 형태의 돌출부를 가지는 플랫와셔(31)와 유사한 외경과 형태를 가지는데, 스프링 와셔의 상부에 위치하는 끼움실드(60)는 연장체 헤드(21)가 고정되어 당겨지는 경우에 끼움돌부가 제1관통홀(12)에 끼워지고 지지부가 걸려 고정됨으로 인하여 별도의 결합수단이나 접착수단을 포함하지 않고서도 연장체(20)와 소켓(10)의 사이에서 고정되어 반응성 가스에 의한 소켓(10)의 부식이 일어나는 현상을 방지할 수 있다.
도 11은 끼움실드(60)가 구비된 체결용 조립체(1)에서 연장체(20)의 변위에 따른 체결용 조립체(1)의 동작 상태를 나타낸 것이다. 도 9-a 처럼 연장체(20)가 중력에 의해 아래로 당겨지는 경우 헤드(21)가 프로텍트와셔(50) 및 소텟의 상부관통공에 걸린다. 도 9-b 처럼 체결용 조립체(1)가 체결되어 연장체 헤드(21)가 위로 당겨지는 경우에는 연장체(20)의 움직임으로 인해 스프링와셔(30) 및 끼움실드가 아래에서 위로 힘을 받게되며, 끼움실드의 끼움돌부가 소켓(10)의 관통홀에 끼워져 관통홀을 통해 들어오는 반응성 가스에 의한 소켓관통홀의 부식을 방지할 수 있다.
소켓실드부(40)는 미리 정해진 내경과 외경을 갖는 중공체 튜브 형태로 제조될 수 있으며, 소켓실드부(40)가 결합된 이후의 소켓(10)의 크기 및 치수가 미리 정해진 값을 만족하도록 소켓(10)을 제작한 후, 소켓실드부(40)를 강제압입 또는 접착, 코팅하거나 연장체(20)의 결합시 스프링 와셔와 함께 소켓(10)에 결합될 수 있도록 할 수 있다.
한편, 체결용 조립체(1)의 체결시 하측 부재(200)의 무게로 인하여 베이스(23)와 소켓(10)이 서로 스프링와셔(30)에 압력을 가하게되는데, 스프링와셔(30)의 탄성에너지에 의하여 소켓실드부(40)가 소켓(10)에 더욱 밀착될 수 있어 별도의 접착이 불필요하며 소켓(10)과 소켓실드부(40) 사이의 간극이 감소될 수 있는 장점이 있다.
스프링와셔(30) 및 스프링와셔(30)가 끼워진 연장체(20)를 소켓(10)에 관통시키는 경우에 스프링와셔(30)의 최상단에 소켓실드부(40)를 위치시킨 후 가압함으로써 연장체(20)를 소켓(10)에 관통시킴과 동시에 소켓실드부(40)가 소켓(10) 내에서 제1관통홀(12)을 보호하는 위치에 구비될 수 있다.
또, 소켓실드부(40)는 제2관통홀(11)과 이어지는 부위에서는 내주면이 테이퍼진(tapered)형태 또는 하부로 갈수록 관통홀의 직경이 증가하는 형태를 포함하는 것도 좋다. 이러한 테이퍼진 형태 또는 내부직경이 증가하는 형태는 내부로 침투되는 반응성 가스에 의한 내부에서의 부식을 최소화할 수 있다.
여기에서 소켓실드부(40)는 폴리머 소재일 수 있으며, 스프링와셔(30)와 동일한 스테인리스 스틸소재인 것도 가능하고, 예를들어 끼움실드가 스프링와셔(30)와 동일한 소재로 이루어지는 것도 바람직하다.
소켓실드부(40)는 부식에 대한 내성이 좋은 소재가 사용되는 것이 좋으며, 내열성, 내화학성, 기계적 특성이 우수한 금속소재 또는 폴리머 소재가 사용되는 것이 좋다. 폴리머 소재로는 예를 들어 폴리이미드 수지가 사용될 수 있고, 구체적으로는 듀퐁사의 Vespel SP-1, Vespel SCP-5000 폴리이미드 소재가 사용될 수 있다.
특히, 폴리이미드 소재를 사용하는 경우 높은 인장강도, 탄성계수, 경도 및 낮은 수분흡수율을 가지는 장점이 있다.
(화학식 2)
Figure pat00002
여기에서 n은 2이상의 자연수이다.
또, 소켓실드부(40)에 사용되는 소재는 수분흡수율이 낮은 것이 좋으며, 23℃조건에서 24시간동안 측정된 수분흡수율(%)가 0.5 이하, 0.25 이하, 0.10 이하, 더욱 바람직하게는 0.08이하인 것이 바람직하다.
수분흡수율이 해당 범위보다 높은 소재가 사용되는 경우 진공조건에서 가동되는 플라즈마 부식 장치의 조건 특성상 내부에 포함된 수분이 기화되어 진공조건을 방해하거나 물분자에 의한 에칭시 문제가 발생할 수 있고, 수분의 이탈에 의한 소켓실드부(40)의 치수변형이 발생하여 가스가 쉽게 침투할 수 있는 틈이 형성되거나 소켓(10)과 소켓실드부(40)가 분리되는 문제가 발생할 수 있다.
화학식 2의 구조를 포함하는 폴리이미드 수지의 경우, 연속 사용온도가 288℃이하이고, 단시간 사용온도는 약 480℃이하로 초내열성을 가지는 장점이 있고, 260℃, 186kg/cm2에서의 크립(Creep)이 100시간에 0.6% 에 불과한 특징이 있으며, 플라즈마 및 방사선 내성이 우수하고 진공중에서의 내가스방출성이 우수한 장점이 있어, 소켓실드부(40)로서 활용이 가능하다.
도 12는 소켓실드부(40)로 사용가능한 소재인 SP-1 및 SCP-5000의 물성을 PEEK소재와 함께 대비하여 나타낸 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 체결용 조립체(1)는 소켓상부(13)의 소켓헤드(14)와 헤드의 사이에 구비되는 프로텍트와셔(50)를 포함하는 것도 바람직하다.
프로텍트와셔(50)는 소켓(10)의 외부인 소켓헤드(14) 상부에서 연장체(20)에 결합되는 와셔로서, 소켓(10)의 제1관통홀(12)에서 반응성 가스에 의한 부식이 많이 일어나는 현상을 억제하고 소켓(10)의 수명을 늘리기 위하여 제1관통홀(12)의 표면을 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
프로텍트와셔(50)는 플랫와셔(31)이거나 상부, 하부 또는 상부와 하부 양쪽에 돌출된 돌부를 포함하는 형태의 와셔일 수 있다.
프로텍트와셔(50)는 소켓(10)과의 결합상태에 따라 다른 구조를 가질 수 있다. 예를들면, 프로텍트와셔(50)가 소켓헤드(14)에 완전히 결합되거나 소켓헤드(14)의 음각된 부분에 위치되는 구조로 구비될 수 있고, 소켓헤드(14)의 표면에서 결합되지 않은 상태로 노출되는 구조로 구비되는 것도 가능하다.
이는 반도체용 식각 장치에 체결용 조립체(1)를 사용하는 경우, 소모성 부품에 체결용 조립체(1)가 체결되는 위치에 따라 달라질 수도 있는데, 소모성 부품의 중앙측 또는 내측에 결합되는 체결용 조립체(1)의 경우 외부로 노출되는 방식의 프로텍트와셔(50)가 사용되는 것이 좋고, 소보성 부품의 바깥측 또는 외측에 결합되는 체결용 조립체(1)의 경우 소켓헤드(14)에 결합되거나 내부에 포함되는 구조를 가질 수 있다.
프로텍트와셔(50)의 내경은 연장체(20)의 바디(23)의 숄더구간 또는 중간구간의 외경과 같거나 이보다 작은 것이 바람직하며, 해당 조건을 만족하는 경우 체결용 조립체(1)의 체결시 소켓헤드(14)에서 연장체 바디(23)와 프로텍트와셔(50) 내경 사이의 틈이 매우 좁아져 반응성 가스의 유입을 방지하기에 유리한 장점이 있다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 바람직한 실시예의 체결용 조립체(1)를 실리콘 샤워헤드에 결합시킨 후 위에서 촬영한 사진이다. 도 13은 프로텍트와셔(50)가 결합되지 않은 상태에서 반응성 가스에 부식된 소켓헤드(14)를 촬영한 것이고, 도 14는 프로텍트와셔(50)가 소켓헤드(14) 외부에 노출되어 소켓헤드(14)의 부식을 방지할 수 있는 체결용 조립체(1)를 촬영한 것이며, 도 15는 체결용 조립체(1)가 복수개 결합된 실리콘 샤워헤드를 촬영한 사진이다.
체결용 조립체(1)의 결합 위치에 따라 프로텍트와셔(50)가 결합되는 구조 및 소켓헤드(14)의 형태가 달라질 수 있다.
소모성 부품의 중앙측 또는 내측에 결합되는 체결용 조립체(1)의 경우 더 높은 농도의반응성 가스가 지나므로 반응성 가스에 의한 부식이 빠르게 진행되기 때문에 종래에는 탄성이 있는 고분자 소재의 프로텍트 와셔가 사용되는 것이 바람직하며, 소모성 부품의 바깥측에 결합되는 체결용 조립체(1)의 경우 소켓헤드(14)에 고정되는 형태의 메탈소재의 프로텍트 와셔가 사용될 수 있다.
프로텍트와셔(50)는 평평한 소켓헤드(14)의 표면상에 구비되는 것도 가능하고, 프로텍트와셔(50)가 고정될 수 있는 홈 또는 함몰부가 구비된 소켓헤드(14)에 프로텍트와셔(50)가 고정되는 구조를 갖는 것도 가능하다.
또, 프로텍트와셔(50)는 내부에서 내주면의 직경보다는 크고 외주면의 직경보다는 작은 직경을 가지는 동심원 형태의 돌출부를 포함할 수 있다.
프로텍트 와셔의 돌출부는 상부와 하부 양쪽에서 돌출되는 구조를 가지며 소켓헤드(14)로부터 프로텍트 와셔가 일부 이격되어 사이에 공간이 형성될 수 있도록 한다.
돌출부가 존재함으로 인하여 소켓헤드(14) 상부면에서 프로텍트와셔(50)가 안정적으로 고정되고 TCP 코일과 실리콘 샤워헤드 사이에서 체결시 간격을 차폐할 수 있는 효과가 향상될 수 있다.
프로텍트와셔(50)는 반응성 가스에 대한 내식성이 우수한 소재로 이루어지는 것이 좋고, 화학적 안정성이 우수한 고분자가 사용되는 것이 좋으며, 바람직하게는 수소원자가 포함되지 않는 테트라플루오로에틸렌(TFE), 퍼플루오로메틸 비닐에테르(PMVE)와 같은 퍼플루오로 엘라스토머(Perfluoro elastomer, 과불화 엘라스토머) 소재가 사용되는 것이 좋고, 예를들어 FFKM 소재가 사용될 수 있다.
퍼플루오로엘라스토머 소재를 사용하는 경우, 일반 불소 고무(FKM)에 비해 내열성과 내약품성 등이 우수하여 내식 특성이 향상되는 장점이 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 PTFE 필러를 포함하는 퍼플루오로 엘라스토머 소재를 사용하고, PTFE 필러를 사용함으로써 내화학성과 수명이 증가되는 효과가 있으며, 진공조건에서의 아웃개싱 현상(Outgassing)이 적고 중량손실이나 투과도가 낮은 효과가 얻어질 수 있다.
해당 실시예에서 사용되는 퍼플루오로 엘라스토머는 사용온도가 -20~280℃, 쇼아경도(Shore hardness)가 70~85, 인장강도(tensile strength)가 15~20 MPa, 탄성율(Modulus@100%) 4 ~ 8인 것이 바람직하다.
퍼플루오로 엘라스토머의 일 예시인 FFKM 소재는 사용온도가 -20 ~ 260℃이고, 인장강도가 17~20 MPa, 예를들어 18.0 MPa 인 것이 좋으며, 쇼아경도가 70 이상, 예를들어 75~80 이고, 탄성율이 5 이상, 예를들어 7~8 인 것이 바람직하다. 위와 같은 물리적 특성을 가지는 소재를 사용함으로써 프로텍트와셔(50)가 소켓헤드(14) 및 헤드(21)의 사이에 끼워진 상태에서도 쉽게 파괴되지 않고 소켓(10) 관통홀과 기밀하게 밀착되어 프로텍트와셔(50)와 소켓(10)의 틈 사이로로 유입되는 가스를 효과적으로 막아 관통홀에서 부식이 잘 일어나지 않게 하는 효과가 있다.
또한, 퍼플루오로 엘라스토머는 40nm 이하, 바람직하게는 10nm 이하, 더욱 바람직하게는 2nm 이하의 크기를 갖는 필러를 포함하도록 이루어지는 것이 좋으며, 내 플라즈마 특성이 우수하고 내열성이 높은 특징을 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 예시인 체결용 조립체(1)가 실리콘 샤워헤드에 결합된 상태를 촬영한 사진을 도 11 내지 13에 나타내었다. 소모성의 실리콘 샤워헤드는 미리 정해진 패턴으로 형성된 결합공을 구비하고, 결합공에는 하부소켓의 나사산이 나사로 체결되며, 이후 결합된 체결용 조립체(1)의 헤드(21)들은 TCP 코일 또는 백킹 플레이트 측에서 고정되어 반도체의 식각 장치에 활용될 수 있다.
체결용 조립체(1)의 연장체(20)가 고정되는 방식이나 구조는 제한되지 않지만, 구체적인 예시로는, TCP 전극이 결합되는 백킹 플레이트 상측에는 캠샤프트가 구비될 수 있으며, 캡샤프트에는 헤드(21)가 내부에 결합되고 고정될 수 있는 형태의 개구부 또는 홀을 가질 수 있어 연장체(20)가 캠 샤프트내로 위치될 수 있으며, 이후, 캠샤프트가 회전됨으로써 헤드(21)가 캠샤프트 내에 고정되는 방식으로 체결용 조립체(1)의 연장체(20)가 고정될 수 있다.
체결용 조립체(1)는 반도체용 식각 장치에 사용될 수 있으며, 예를들어 전력이 6,000W 이상, 바람직하게는 6,000 내지 24,000W 인 조건에서 사용되는 것이 좋고, 주파수는 300kHz 내지 100MHz, 바람직하게는 400kHz 내지 60 MHz 인 것이 바람직하다. 사용되는 전력, 주파수가 해당 범위에 포함되는 경우 생성되는 플라즈마의 식각 효과가 적절하며 공정의 시간 효율이 우수한 장점이 있으며, 소켓실드부(40)에 의한 소켓(10)의 부식 방지 효율이 우수한 장점이 있다.
또한, 에칭시간은 부식 대상의 구조, 소재 등에 따라 달라질 수 있으나 1시간 이내, 30분 이내인 것이 좋으며, 플라즈마를 발생시키기 위한 기체로는 반응성의 기체가 사용되는 것이 좋으며, CF4, O2 가 사용될 수 있고, C4F8, C4F6, CH2F2, Kr, NF3 및 COS 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 기체가 웨이퍼의 에칭을 위하여 사용될 수 있다.
전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 체결용 조립체 10 : 소켓
11 : 제2관통홀 12 : 제1관통홀
13 : 소켓상부 14 : 소켓헤드
15 : 소켓하부 20 : 연장체
21 : 헤드 22 : 넥 구간
23 : 바디 24 : 숄더 구간
25 : 베이스 30 : 스프링와셔
31 : 플랫와셔 32 : 디스크 스프링와셔
40 : 소켓실드부 50 : 프로텍트와셔
100 : 상부 결합 부재 150 : 사이공간
200 : 하부 결합 부재

Claims (12)

  1. 반응성 가스 분위기에서 사용되는 체결용 조립체로서,
    소켓헤드, 상기 소켓헤드에 연결되는 소켓상부, 및 상기 소켓상부에서 연결되는 소켓하부를 포함하며, 상기 소켓하부의 외면에는 나사산이 구비되고, 상기 소켓헤드를 관통하는 제1관통홀 및 상기 제1관통홀에 연통되어 상기 소켓상부 및 상기 소켓하부를 관통하는 제2관통홀이 구비되는 소켓;
    상기 제1관통홀 및 상기 제2관통홀을 관통하는 길이방향의 연장체로서, 제1직경의 헤드, 상기 헤드에 연결되는 바디, 및 상기 바디에 연결되며 상기 바디보다 큰 제2직경을 갖는 베이스를 포함하는 연장체;
    상기 바디에 끼워지는 스프링와셔; 및
    상기 제1관통홀의 내주면을 둘러싸는 내반응성가스 소재로 이루어지는 관형상의 소켓실드부;를 포함하는 체결용 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소켓실드부는 수분흡수율(%)이 0.5 이하인 소재를 포함하는 체결용 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 소켓실드부는 스테인리스 합금 또는 폴리이미드 소재를 포함하는 체결용 조립체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 소켓실드부는 상기 제1관통홀의 내주면 상부 및 상기 소켓헤드의 상기 제1관통홀 주변부에 구비되는 체결용 조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 바디는,
    상기 헤드와 연결되며 제4직경을 갖는 넥(neck) 구간과, 상기 베이스와 연결되며 제5직경을 갖는 숄더(shoulder) 구간을 포함하고, 상기 제4직경은 상기 제5직경보다 작은 체결용 조립체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1직경은 상기 제2직경보다 작고, 상기 제5직경보다 크거나 같은 체결용 조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스프링와셔는 상기 바디의 상기 헤드 측에 끼워지는 플랫와셔를 포함하고,
    상기 플랫와셔의 외경은 상기 소켓실드부의 외경보다 큰 체결용 조립체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스프링와셔는 2이상의 디스크 스프링와셔를 포함하여 이루어지는 체결용 조립체.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 스프링와셔는 디스크 형태의 와셔가 서로 연결되어 일체로 형성되는 체결용 조립체.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 소켓헤드의 상부에서 상기 제1관통홀과 함께 상기 연장체에 관통되는 프로텍트와셔를 포함하는 체결용 조립체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 소켓은 유리 섬유 강화 PAI수지를 포함하여 이루어지는 체결용 조립체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 소켓실드부는 내주면이 테이퍼진(tapered)형태 또는 내부직경이 증가하는 형태를 포함하는 체결용 조립체.






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