WO2012161536A2 - 다층 샤워헤드 및 그 밀봉방법 - Google Patents

다층 샤워헤드 및 그 밀봉방법 Download PDF

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WO2012161536A2
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변철수
김종석
정훈
김선창
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한국생산기술연구원
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45565—Shower nozzles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C16/45561—Gas plumbing upstream of the reaction chamber

Definitions

  • the present invention relates to a multi-layered shower head and a sealing method thereof, and in particular, the upper plate, the separating plate, and the lower plate in a shower head body in which an inner empty space is divided into an upper space and a lower space by a separating plate installed between the upper plate and the lower plate.
  • a multi-layered shower head which tightly seals the gap between the gas guide tube and the upper plate, the separating plate, or the lower plate through which the gas guide tube and the gas guide tube penetrate the at least one separation guide plate. It relates to a sealing method.
  • a shower head capable of uniformly injecting process gas into the process chamber has been applied.
  • a multi-layered showerhead has been proposed, which allows the inside of the showerhead to be divided into an upper space and a lower space through a separation plate so that the gas can be sprayed uniformly over a large area or multiple gases can be sprayed at the same time. It would be.
  • FIG. 1 is a view for explaining a conventional multi-layered shower head 100 that can spray several gases at the same time.
  • the inner empty space of the body 50 is separated into upper and lower spaces 31 and 32 by the separating plate 30, and the upper space 31 is disposed in the upper space 31.
  • the first gas injection pipe 10 is installed, and the lower space 32 is provided with a second gas injection pipe 20.
  • the first gas guide tube 33 is fitted into the separation plate 30 so as to pass through the lower space 32 and penetrate the bottom surface of the body 50.
  • a gas outlet 11 is formed.
  • the bottom surface of the body 50 is formed with a through hole which serves as the second gas outlet 21 in a position not overlapping with the first gas outlet 11.
  • the first gas 10a flowing into the upper space 31 through the first gas injection pipe 10 is showered through the first gas outlet 11 by the first gas guide tube 33.
  • the second gas 20a sprayed downward of the head 100 and introduced into the lower space 32 through the second gas injection pipe 20 is connected to the shower head 100 through the second gas outlet 21.
  • a plurality of gases in the process chamber through the shower head 100 is independently provided simultaneously or at a time.
  • the problem to be solved by the present invention at least the separation plate of the top plate, the separation plate, and the bottom plate in the shower head body that the inner empty space is divided into the upper space and the lower space by the separation plate installed between the upper plate and the lower plate.
  • the gas guide tube is installed to penetrate through the gas guide tube and the gas guide tube through which the gap between the upper plate, the separating plate, or the bottom plate to provide a multi-layered shower head and a sealing method thereof have.
  • Multi-layered shower head for achieving the above object
  • a process gas injection pipe installed in the upper space
  • a gas guide tube installed to penetrate at least the separation plate of the upper plate, the separation plate, and the bottom plate of the body
  • a through hole is formed to correspond to a portion where the gas guide tube is installed, and the gas guide tube is brazed in a state where it is placed on any one of the upper plate, the separating plate, and the lower plate through which the gas guide tube passes.
  • a filler sheet installed to seal and seal a gap between the upper plate, the separating plate, and the lower plate through which the pipe and the gas guide tube pass.
  • the gas guide tube may be installed only in the separation plate so that the gas diffused from the upper space flows into the lower space, or the gas diffused from the upper space passes through the lower space without being exposed to the lower space. It may be installed to penetrate the separation plate and the bottom plate to be sprayed under the bottom plate of the body.
  • the gas guide tube is installed to penetrate the upper plate, the separating plate, and the lower plate, so that the process gas is sprayed under the lower plate of the body through the body without being exposed to the internal space of the body through the gas guide tube.
  • the filler sheet is preferably made of a nickel-based alloy.
  • the nickel-based alloy is preferably made of boron.
  • the through hole of the filler sheet may be formed by irradiation of high power laser or wet etching.
  • the filler sheet preferably has a thickness of 40 ⁇ 70um, the brazing treatment is preferably made in a temperature range of 950 ⁇ 1200 °C.
  • Multilayer showerhead sealing method for achieving the above object
  • the gas guide tube is installed after placing a filler sheet having a through hole corresponding to a portion where the gas guide tube is installed on any one of the upper plate, the separating plate, and the lower plate through which the gas guide tube will pass. Doing; And
  • the filler sheet is made of a nickel-based alloy containing boron
  • the brazing treatment is preferably made in a temperature range of 950 ⁇ 1200 °C.
  • the brazing filler liquid (a mixture of binder and paste) is applied to the gap A between the gas guide tube and the separation plate, or a plurality of sheets in a ring form are formed, one for each gas guide tube.
  • the method of brazing after placing instead of placing a sheet with a through hole corresponding to the gas guide tube on the separating plate and brazing, it is very easy to manufacture a sealable shower head. And reliably.
  • the sheet may be a plurality of sheets divided into several, not a single sheet.
  • FIG. 1 is a view for explaining a conventional multilayer showerhead 100
  • FIG. 2 is a view for explaining the multilayer showerhead 101 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view for explaining a filler sheet 160 of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a view for explaining a multilayer showerhead 101 according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view for explaining a multilayer showerhead 201 according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view from above of the separating plate 230 of FIG. 5;
  • FIG. 7 is a view for explaining the multilayer showerhead 201 'according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining the multi-layered shower head 101 according to the first embodiment of the present invention.
  • the multilayer shower head 101 is divided into upper and lower spaces 131 and 132 by a separation plate 130 installed between an upper empty space of the body 150 and an upper plate and a lower plate.
  • the first gas injection pipe 110 is installed in the space 131
  • the second gas injection pipe 120 is installed in the lower space 132.
  • a gas guide tube 133 is inserted into the separation plate 130 so as to pass through the lower space 132 and penetrate the lower plate of the body 150, so that the lower end portion of the gas guide tube 133 is first gas outlet 111. ).
  • the lower plate of the body 150 is formed with a through hole that serves as the second gas outlet 121 in a position not overlapping with the first gas outlet 111.
  • the first gas (110a) flowing into the upper space 131 through the first gas injection pipe 110 is the shower head (1) through the first gas outlet 111 by the gas guide pipe 133 (
  • the second gas 120a which is injected downward of the 101 and flows into the lower space 132 through the second gas injection pipe 120 is downward of the shower head 101 through the second gas outlet 121.
  • the first gas 110a staying in the upper space 131 is undesirably introduced into the lower space 132. Since the first gas 110a and the second gas 110b are not mixed in the lower space 132 before being sprayed from the shower head 101, a problem may occur that does not correspond to the process recipe.
  • the filler sheet 160 is installed on the separation plate 130 to seal the gap A between the separation plate 130 and the gas guide tube 133.
  • FIG. 3 is a diagram for describing the filler sheet 160 of FIG. 2.
  • the filler sheet 160 is preferably made of a 40-70um thick nickel-based alloy including 70-90 wt% nickel and 1-10 wt% boron.
  • the through hole 160a is formed corresponding to the portion where the guide tube 133 is provided.
  • the through hole 160a may be formed through high power laser irradiation or wet etching.
  • the gas guide tube 133 is inserted into the separator plate 130 and brazed under conditions of 950 to 1200 ° C. and 10 ⁇ 1 to 10 ⁇ 2 torr.
  • the gap A is sealed and bonded through the gap A between the gas guide tube 133 and the separation plate 130 through wetness and capillary action.
  • the filler sheet 160 should have strong corrosion resistance to various gases, it is preferable to use a nickel alloy in this way.
  • the melting point may vary slightly depending on the amount of boron for flowability. If the thickness of the filler sheet 160 is too thick, it may be difficult to secure fluidity during the fluid brazing process, and if the thickness is too thin, it may not be sufficient to fill the gap A. Thus, an appropriate thickness should be considered. If the brazing temperature is too high, other parts of the body 150 may be damaged by heat treatment, so it is preferable to reduce the brazing temperature as described above by creating a vacuum environment.
  • the present invention applies the brazing filler liquid (a mixture of the binder and the paste) to the gap A or prepares a plurality of sheets in a ring form and places one by one for each gas guide tube 133 before brazing.
  • the brazing filler liquid a mixture of the binder and the paste
  • the shower head 101 is manufactured. This is done very simply and reliably.
  • FIG. 4 is a view for explaining the multilayer showerhead 101 according to the second embodiment of the present invention, which is an improvement of the gas guide tube 133 of FIG.
  • the first gas 110a flowing into the upper space 131 is provided from the top to the bottom, the first gas 110a does not spread widely on all sides by the longitudinal direction thereof, and thus, at the edge of the shower head 101.
  • the gap g between the upper surface of the gas guide tube 133 and the body 150 is too large, the gas flows into the lower space 130 mainly from the center portion through the gas guide tube 133 before the gas is sufficiently spread in the transverse direction. If the gap g is too small, the transverse flow of the gas is so obstructed that the process uniformity is rather deteriorated and the problem of particle generation due to vortices is required, so proper selection is required.
  • FIG. 5 is a view for explaining the multi-layered shower head 201 according to the third embodiment of the present invention, and is for explaining a case in which gas is uniformly sprayed on a large area.
  • 6 is a view looking down on the separation plate 230 of FIG.
  • the multi-layered shower head 201 is divided into upper and lower spaces 231 and 232 by a separation plate 230 installed between an upper empty space of the body 250 and an upper plate and a lower plate.
  • the gas injection pipe 210 is installed in the upper space 231.
  • a plurality of gas outlets 211 are formed in the lower plate of the body 250, and the gas guide tube 233 is inserted into the separation plate 230 so that the upper space 231 and the lower space 232 communicate with each other.
  • the upper end (t) of the gas guide pipe 233 is installed to protrude above the separation plate 230 for the reason as described in FIG.
  • the upper end (t) of the gas guide tube 233 may not protrude above the separation plate 230.
  • the gas flowing into the upper space 231 through the gas injection pipe 210 is spread evenly to a wide range in the transverse direction by the protrusion (t) of the gas guide pipe 233 in an instant After being introduced into the lower space 232 through the guide tube 233 and dispersed, it is sprayed evenly with respect to the large area under the shower head 100 through the gas outlet 211.
  • FIG. 7 is a view for explaining the multilayer shower head 201 'according to the fourth embodiment of the present invention to describe a case in which two shower heads are overlapped and installed.
  • the upper shower head 201 is essentially the same as the case of FIG. 5, and only the gas outlet 211 extends downward in a tubular shape and penetrates the lower shower head 201 ′.
  • the showerhead 201 ' is also essentially the same as in FIG. 5 except that the gas guide tube 233' is further installed to penetrate the upper plate, the separating plate, and the lower plate of the lower showerhead 201 '.
  • Example 4 it is not preferable to have a gap in the portion where the gas guide tube 233 'penetrates, and thus, the filler sheet 360 is placed on the upper plate, the separating plate, and the lower plate of the shower head body, and the brazing treatment is performed. To seal.
  • the brazing filler liquid (a mixture of binder and paste) is applied to the gap A, or a plurality of sheets in a ring form are formed for each gas guide tube 133 and 233.
  • a sheet having a through hole 160a corresponding to the gas guide tubes 133 and 233 is formed on the separation plate 130 and 230 and brazing. Because of the processing, the manufacture of the shower heads 101, 201, and 201 'is made very simple and reliable.

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Abstract

본 발명은 윗판과 아랫판 사이에 설치되는 분리격판(130)에 의해 내부 빈공간이 상부공간과 하부공간으로 구분되는 샤워헤드 몸체에 상기 윗판, 분리격판(130), 및 아랫판 중 적어도 상기 분리격판(130)을 관통하도록 기체안내관(133)이 설치되는 경우에 상기 기체안내관(133)이 관통하는 상기 윗판, 분리격판(130), 또는 아랫판 위에 필러시트(160)를 올려놓고 브레이징 처리함으로써 상기 기체안내관(133)과 상기 기체안내관(133)이 관통하는 윗판, 분리격판(130), 또는 아랫판 사이의 틈을 밀봉시키는 것을 특징으로 한다.

Description

다층 샤워헤드 및 그 밀봉방법
본 발명은 다층 샤워헤드 및 그 밀봉방법에 관한 것으로서, 특히 윗판과 아랫판 사이에 설치되는 분리격판에 의해 내부 빈공간이 상부공간과 하부공간으로 구분되는 샤워헤드 몸체에 상기 윗판, 분리격판, 및 아랫판 중 적어도 상기 분리격판을 관통하도록 기체안내관이 설치되는 경우에 상기 기체안내관과 상기 기체안내관이 관통하는 상기 윗판, 분리격판, 또는 아랫판 사이의 틈새가 치밀하게 밀봉되도록 한 다층 샤워헤드 및 그 밀봉방법에 관한 것이다.
반도체 기판이 대구경화 되면서 각 기판별로 및 기판내에서의 공정 균일성을 확보하는 것이 큰 문제점으로 대두되고 있으며, 이를 해결하기 위하여 공정챔버내에 공정기체를 균일하게 분사할 수 있는 샤워헤드가 적용되고 있다. 이러한 샤워헤드 중에서 다층 샤워헤드가 제안된 바 있는데, 이는 샤워헤드 내부를 분리격판을 통하여 상부공간과 하부공간으로 구분되도록 함으로써 대면적에 대해 기체를 균일하게 분사하도록 하거나 또는 여러기체를 동시에 분사할 수 있도록 한 것이다.
도 1은 여러기체를 동시에 분사할 수 있는 종래의 다층 샤워헤드(100)를 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 다층 샤워헤드(100)는 몸체(50)의 내부 빈공간이 분리격판(30)에 의해 상하공간(31, 32)으로 분리되며, 상부공간(31)에는 제1기체주입관(10)이 설치되고, 하부공간(32)에는 제2기체주입관(20)이 설치된다.
분리격판(30)에는 하부공간(32)을 통과하여 몸체(50)의 저면을 관통하도록 제1기체안내관(33)이 끼워지며, 따라서 제1기체안내관(33)의 아래쪽 말단부는 제1기체배출구(11)를 이룬다. 몸체(50)의 저면에는 제1기체배출구(11)와 중첩되지 않는 위치에 제2기체배출구(21)로서의 역할을 하는 관통구멍이 형성된다.
이러한 구성에 따르면, 제1기체주입관(10)을 통하여 상부공간(31)으로 유입되는 제1기체(10a)는 제1기체안내관(33)에 의한 제1기체배출구(11)를 통하여 샤워헤드(100)의 하방으로 분사되고, 제2기체주입관(20)을 통하여 하부공간(32)으로 유입되는 제2기체(20a)는 제2기체배출구(21)를 통하여 샤워헤드(100)의 하방으로 분사됨으로써, 샤워헤드(100)를 통하여 공정챔버 내에 복수개의 기체가 독립적으로 동시에 또는 이시(異時)에 제공된다.
상술한 종래의 다층 샤워헤드(100)의 경우, 분리격판(30)과 제1기체안내관(33)의 사이에 틈새(A)가 존재하게 되면, 상부공간(31)에 머물던 제1기체(10a)가 하부공간(32)으로 원하지 않게 유입되어 샤워헤드(100)에서 분사되기 전에 이미 하부공간(32)에서 제1기체(10a)와 제2기체(10b)의 혼합이 원하지 않게 이루어져 공정 레시피(recipe)에 맞지 않게 되는 문제가 발생할 수 있다.
따라서 본 발명이 해결하려는 과제는, 윗판과 아랫판 사이에 설치되는 분리격판에 의해 내부 빈공간이 상부공간과 하부공간으로 구분되는 샤워헤드 몸체에 상기 윗판, 분리격판, 및 아랫판 중 적어도 상기 분리격판을 관통하도록 기체안내관이 설치되는 경우에 상기 기체안내관과 상기 기체안내관이 관통하는 상기 윗판, 분리격판, 또는 아랫판 사이의 틈새가 치밀하게 밀봉되도록 한 다층 샤워헤드 및 그 밀봉방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 다층 샤워헤드는,
윗판과 아랫판 사이에 설치되는 분리격판에 의해 내부 빈공간이 상부공간과 하부공간으로 구분되는 몸체;
상기 상부공간에 설치되는 공정기체주입관;
상기 몸체의 아랫판에 형성되는 기체배출구;
상기 몸체의 윗판, 분리격판, 및 아랫판 중 적어도 상기 분리격판을 관통하도록 설치되는 기체안내관; 및
상기 기체안내관이 설치되어 있는 부위에 대응하도록 관통구멍이 형성되며, 상기 기체안내관이 통과하는 윗판, 분리격판, 및 아랫판 중 어느 하나의 판위에 얹혀진 상태에서 브레이징(brazing) 처리됨으로써 상기 기체안내관과 상기 기체안내관이 관통하는 윗판, 분리격판, 또는 아랫판 사이의 틈새를 밀봉 접합하도록 설치되는 필러시트(filler sheet);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 기체 안내관은 상기 상부공간에서 확산된 기체가 상기 하부공간으로 유입되도록 상기 분리격판에만 설치될 수 있으며, 또는 상기 상부공간에서 확산된 기체가 상기 하부공간에 노출되지 않으면서 상기 하부공간을 통과하여 상기 몸체의 아랫판 밑으로 분사되도록 상기 분리격판과 상기 아랫판을 관통하게 설치될 수 도 있다.
그리고 상기 기체안내관은 상기 윗판, 분리격판, 및 아랫판을 관통하도록 설치됨으로써 공정기체가 상기 기체안내관을 통하여 상기 몸체의 내부공간에 노출되지 않으면서 상기 몸체를 통과하여 상기 몸체의 아랫판 밑으로 분사되도록 할 수도 있다.
상기 필러시트는 니켈 기반 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 때 상기 니켈 기반 합금은 붕소를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 필러시트의 관통구멍은 고출력 레이저의 조사나 습식에칭에 의해 형성될 수 있다.
상기 필러시트는 40~70um의 두께를 가지는 것이 바람직하며, 상기 브레이징 처리는 950~1200℃의 온도범위에서 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 다층 샤워헤드 밀봉방법은,
상기 기체안내관이 설치되어 있는 부위에 대응하도록 관통구멍이 형성되어 있는 필러시트를 상기 기체안내관이 통과할 윗판, 분리격판, 및 아랫판 중 어느 하나의 판위에 올려놓은 후에 상기 기체안내관을 설치하는 단계; 및
상기 필러시트가 젖음성과 모세관 현상을 통하여 상기 기체안내관과 상기 기체안내관이 통과하는 상기 윗판, 분리격판, 또는 아랫판 사이의 틈새로 스며들어가도록 상기 필러시트를 브레이징 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때 상기 필러시트는 붕소를 함유하는 니켈 기반 합금으로 이루어지고, 상기 브레이징 처리는 950~1200℃의 온도범위에서 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 경우는 상기 기체안내관과 분리격판 사이의 틈새(A) 부위에 일일이 브레이징 필러액(바인더와 페이스트의 혼합액)을 도포하거나 링(ring) 형태의 시트를 복수개로 만들어 기체안내관마다 하나씩 올려놓은 후에 브레이징 처리하는 방법을 사용하는 것이 아니라, 기체안내관에 대응되는 관통구멍이 형성된 한 장의 시트(sheet)를 분리격판 상에 올려놓고 브레이징 처리하기 때문에 밀봉성 있는 샤워헤드의 제작이 매우 간단하고 신뢰성있게 이루어진다. 단, 분리격판의 크기가 큰 경우에는 시트는 전체형상이 한 장이 아닌 여러개로 나뉜 여러장이 될 수도 있을 것이다.
도 1은 종래의 다층 샤워헤드(100)를 설명하기 위한 도면;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 다층 샤워헤드(101)를 설명하기 위한 도면;
도 3은 도 2의 필러시트(filler sheet, 160)를 설명하기 위한 도면;
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 다층 샤워헤드(101)를 설명하기 위한 도면;
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 다층 샤워헤드(201)를 설명하기 위한 도면;
도 6은 도 5의 분리격판(230)을 위에서 내려다 본 도면;
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 다층 샤워헤드(201')를 설명하기 위한 도면이다.
<부호의 설명>
10, 20, 110, 120, 210: 기체주입관
11, 21, 111, 121, 211: 기체배출구
30, 130, 230: 분리격판
31, 131, 231: 상부공간
32, 132, 232: 하부공간
33, 133, 233, 233': 기체안내관
50, 150, 250: 몸체
100, 101, 201: 다층 샤워헤드
160, 260: 필러시트
160a: 관통구멍
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.
[실시예 1]
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 다층 샤워헤드(101)를 설명하기 위한 도면으로서, 여러기체를 동시에 분사할 수 있는 경우를 설명하기 위한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 다층 샤워헤드(101)는 몸체(150)의 내부 빈공간이 윗판과 아랫판 사이에 설치되는 분리격판(130)에 의해 상하공간(131, 132)으로 분리되며, 상부공간(131)에는 제1기체주입관(110)이 설치되고, 하부공간(132)에는 제2기체주입관(120)이 설치된다.
분리격판(130)에는 하부공간(132)을 통과하여 몸체(150)의 아랫판을 관통하도록 기체안내관(133)이 끼워지며, 따라서 기체안내관(133)의 아래쪽 말단부는 제1기체배출구(111)를 이룬다. 몸체(150)의 아랫판에는 제1기체배출구(111)와 중첩되지 않는 위치에 제2기체배출구(121)로서의 역할을 하는 관통구멍이 형성된다.
이러한 구성에 따르면, 제1기체주입관(110)을 통하여 상부공간(131)으로 유입되는 제1기체(110a)는 기체안내관(133)에 의한 제1기체배출구(111)를 통하여 샤워헤드(101)의 하방으로 분사되고, 제2기체주입관(120)을 통하여 하부공간(132)으로 유입되는 제2기체(120a)는 제2기체배출구(121)를 통하여 샤워헤드(101)의 하방으로 분사됨으로써, 샤워헤드(101)를 통하여 공정챔버 내에 복수개의 기체가 독립적으로 동시에 또는 이시에 제공된다.
이 때 분리격판(130)과 기체안내관(133)의 사이에 틈새(A)가 존재하게 되면, 상부공간(131)에 머물던 제1기체(110a)가 하부공간(132)으로 원하지 않게 유입되어 샤워헤드(101)에서 분사되기 전에 이미 하부공간(132)에서 제1기체(110a)와 제2기체(110b)의 혼합이 원하지 않게 이루어져 공정 레시피(recipe)에 맞지 않게 되는 문제가 발생할 수 있으므로, 분리격판(130)과 기체안내관(133) 사이의 틈새(A)를 밀봉하기 위하여 분리격판(130) 상에 필러시트(160)를 설치한다.
도 3은 도 2의 필러시트(filler sheet, 160)를 설명하기 위한 도면이다. 도 2와 결부하여 도 3을 참조하면, 필러시트(160)는 70~90 중량%의 니켈과 1~10 중량%의 붕소를 포함하는 40~70um 두께의 니켈 기반 합금으로 이루어지는 것이 바람직하며, 기체안내관(133)이 설치되어 있는 부위에 대응하여 관통구멍(160a)이 형성되어 있다. 관통구멍(160a)은 고출력 레이저 조사나 습식에칭 등을 통해서 형성될 수 있다.
분리격판(130) 상에 필러시트(160)를 올려놓은 후에 기체안내관(133)을 분리격판(130)에 끼워넣고 950 ~ 1200℃ 및 10-1 ~ 10-2 torr의 조건에서 브레이징(brazing) 처리하면 필러시트(160)가 용융되는 과정에서 젖음성과 모세관 현상을 통하여 기체안내관(133)과 분리격판(130) 사이의 틈새(A)로 스며들어 틈새(A)가 밀봉 접합된다.
필러시트(160)는 다양한 가스에 대한 내식성이 강해야 하므로 이렇게 니켈 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 유동성 부여를 위한 붕소량에 따라 약간씩 용융점이 변할 수는 있다. 필러시트(160)의 두께가 너무 두꺼우면 유동성 브레이징 처리시에 유동성 확보에 어려움이 있을 수 있고, 너무 얇으면 틈새(A)를 메우기에 충분치 않을 수 있으므로 이와 같이 적당한 두께가 고려되어야 한다. 그리고 브레이징 온도가 너무 높으면 몸체(150)의 기타 부위가 열처리에 의해 손상될 수 있으므로 진공환경을 만들어 브레이징 온도를 상기와 같이 저하시키는 것이 바람직하다.
이러한 필러시트(160)를 사용하지 않고 디스펜서(dispenser)나 주사기를 사용하여 틈새(A)에 필러(filler)를 주입하여 밀봉 접합되도록 하는 것은 매우 정교한 작업을 반복해야 하기 때문에 시간과 노력면에서 바람직하지 못하고 필러량의 국부적인 가감에 따라 접합부의 신뢰도가 떨어지고 표면 형상 또한 매끄럽지 못하다는 문제가 있다. 그리고 필러시트(180)를 본 발명에서와 같이 구멍이 뚫려 있는 시트(sheet) 형태가 아니라 틈새(A)에 얹힐 수 있는 링(ring) 형상의 것을 일일이 복수개로 만들어 기체안내관(133)의 외주면에 얹은 후에 고온 진공로에서 브레이징(brazing) 처리하여 틈새(A)를 접합시키는 방법도 마찬가지의 단점이 있다.
이와 같이 본 발명은 틈새(A) 부위에 일일이 브레이징 필러액(바인더와 페이스트의 혼합액)을 도포하거나 링(ring) 형태의 시트를 복수개로 만들어 기체안내관(133)마다 하나씩 올려놓은 후에 브레이징 처리하는 방법을 사용하는 것이 아니라, 기체안내관(133)에 대응되는 관통구멍(160a)이 형성된 한 장의 시트(sheet)를 분리격판(130) 상에 올려놓고 브레이징 처리하기 때문에 샤워헤드(101)의 제작이 매우 간단하고 신뢰성있게 이루어진다.
[실시예 2]
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 다층 샤워헤드(101)를 설명하기 위한 도면으로서, 도 2의 기체안내관(133)을 개량한 것이다. 도 2의 경우 상부공간(131)으로 유입되는 제1기체(110a)는 위에서 밑으로 제공되기 때문에 그 종방향으로의 방향성에 의해 사방의 옆으로 넓게 퍼지지 못하게 되어, 샤워헤드(101)의 가장자리에서의 기체 분사량이 가운데에 비해 작아지게 된다. 따라서 도 4에 도시된 바와 같이 기체안내관(133)의 윗단(t)이 분리격판(130)의 위로 돌출되도록 하여 기체안내관(133)과 몸체(150)의 윗면 사이의 틈(g)을 좁게 함으로써 이 부분에서의 유속이 빨라지게 하여 베르누이 정리에 의하여 기체가 옆으로 많이 확산될 수 있도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
기체안내관(133)과 몸체(150)의 윗면 사이의 틈(g)이 너무 크면 기체가 충분히 횡방향으로 확산되기 전에 기체안내관(133)을 통하여 주로 중앙부에서 하부공간(130)으로 유입되기 쉽고, 틈(g)이 너무 작으면 기체의 횡방향 흐름이 너무 방해를 받아 공정 균일성이 오히려 떨어지고 와류로 인한 파티클 발생 문제가 생기기 쉬우므로 적절한 선택이 필요하다.
제2실시예의 경우에는 기체안내관(133)의 돌출윗단(t)에 기체가 부딪혀 와류가 형성되기 때문에 틈새(A)가 있는 경우 기체가 밑으로 새는 현상이 더 두드러지게 나타나 문제가 더 심각하다. 따라서 본 발명에 따른 필러시트(160)의 설치 필요성이 더 요구된다.
[실시예 3]
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 다층 샤워헤드(201)를 설명하기 위한 도면으로서, 대면적에 대해 기체를 균일하게 분사하도록 하는 경우를 설명하기 위한 것이다. 그리고 도 6은 도 5의 분리격판(230)을 위에도 내려다 본 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 다층 샤워헤드(201)는 몸체(250)의 내부 빈공간이 윗판과 아랫판 사이에 설치되는 분리격판(230)에 의해 상하공간(231, 232)으로 분리되며, 상부공간(231)에는 기체주입관(210)이 설치된다. 몸체(250)의 아랫판에는 복수개의 기체배출구(211)가 형성되며, 분리격판(230)에는 상부공간(231)과 하부공간(232)이 연통되도록 기체안내관(233)이 관통 삽입된다. 이 때 기체안내관(233)의 윗단(t)은 도 4에서 설명한 바와 같은 이유로 분리격판(230)의 위로 돌출되도록 설치된다. 물론 기체안내관(233)의 윗단(t)이 분리격판(230)의 위로 돌출되지 않을 수도 있다.
제3실시예에 따르면, 기체주입관(210)을 통하여 상부공간(231)으로 유입되는 기체는 기체안내관(233)의 돌출부(t)에 의해 횡방향으로 넓은 범위까지 순식간에 골고루 확산되면서 기체안내관(233)을 통하여 하부공간(232)으로 유입되어 분산된 후 기체배출구(211)를 통하여 샤워헤드(100)의 하방으로 대면적에 대해서 골고루 분사된다.
이 경우도 도 2의 경우와 마찬가지로 분리격판(230)과 기체안내관(233)의 사이에 틈새(A)가 존재하게 되면, 상부공간(231)에서 횡방향으로 확산하던 기체가 중간에서 원하지 않게 밑으로, 즉 하부공간(232)으로 새어버리게 되어 횡방향으로의 확산량이 작아지게 됨으로써 샤워헤드(201)의 중앙부를 통한 기체분사량이 더 많아지는 문제가 발생하게 된다. 따라서 이를 방지하기 위하여 제1실시예에서와 같은 필러시트(260)를 분리격판(230) 상에 설치한다.
[실시예 4]
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 다층 샤워헤드(201')를 설명하기 위한 도면으로서 두 개의 샤워헤드가 중첩되어 설치되는 경우를 설명하기 위한 것이다.
도 7을 참조하면, 상부 샤워헤드(201)는 도 5의 경우와 근본적으로 같으며 단지 기체배출구(211)가 관형태로 밑으로 연장되어 하부 샤워헤드(201')를 관통하도록 설치되며, 하부 샤워헤드(201') 역시 도 5의 경우와 근본적으로 동일하나 단지 기체안내관(233')이 하부 샤워헤드(201')의 윗판, 분리격판, 및 아랫판을 관통하도록 더 설치되는 점이 다르다.
실시예 4의 경우에도 기체안내관(233')이 관통하는 부위에 틈새가 존재하면 바람직하지 않기 때문에 앞서와 마찬가지로 필러시트(360)를 샤워헤드 몸체의 윗판, 분리격판, 아랫판에 올려놓고 브레이징 처리하여 밀봉시킨다.
상술한 바와 같이 본 발명의 경우는, 틈새(A) 부위에 일일이 브레이징 필러액(바인더와 페이스트의 혼합액)을 도포하거나 링(ring) 형태의 시트를 복수개로 만들어 기체안내관(133, 233)마다 하나씩 올려놓은 후에 브레이징 처리하는 방법을 사용하는 것이 아니라, 기체안내관(133, 233)에 대응되는 관통구멍(160a)이 형성된 한 장의 시트(sheet)를 분리격판(130, 230) 등에 올려놓고 브레이징 처리하기 때문에 샤워헤드(101, 201, 201'))의 제작이 매우 간단하고 신뢰성있게 이루어진다.

Claims (12)

  1. 윗판과 아랫판 사이에 설치되는 분리격판에 의해 내부 빈공간이 상부공간과 하부공간으로 구분되는 몸체;
    상기 상부공간에 설치되는 공정기체주입관;
    상기 몸체의 아랫판에 형성되는 기체배출구;
    상기 몸체의 윗판, 분리격판, 및 아랫판 중 적어도 상기 분리격판을 관통하도록 설치되는 기체안내관; 및
    상기 기체안내관이 설치되어 있는 부위에 대응하도록 관통구멍이 형성되며, 상기 기체안내관이 통과하는 윗판, 분리격판, 및 아랫판 중 어느 하나의 판위에 얹혀진 상태에서 브레이징(brazing) 처리됨으로써 상기 기체안내관과 상기 기체안내관이 관통하는 윗판, 분리격판, 또는 아랫판 사이의 틈새를 밀봉 접합하도록 설치되는 필러시트(filler sheet);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다층 샤워헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기체안내관이 상기 상부공간에서 확산된 기체가 상기 하부공간으로 유입되도록 상기 분리격판에만 설치되는 것을 특징으로 하는 다층 샤워헤드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기체안내관이 상기 상부공간에서 확산된 기체가 상기 하부공간에 노출되지 않으면서 상기 하부공간을 통과하여 상기 몸체의 아랫판 밑으로 분사되도록 상기 분리격판과 상기 아랫판을 관통하게 설치되는 것을 특징으로 하는 다층 샤워헤드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기체안내관이 상기 윗판, 분리격판, 및 아랫판을 관통하도록 설치됨으로써 공정기체가 상기 기체안내관을 통하여 상기 몸체의 내부공간에 노출되지 않으면서 상기 몸체를 통과하여 상기 몸체의 아랫판 밑으로 분사되도록 하는 것을 특징으로 하는 다층 샤워헤드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 필러시트가 니켈 기반 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다층 샤워헤드.
  6. 제5항에 있어서, 상기 니켈 기반 합금이 붕소를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다층 샤워헤드.
  7. 제1항에 있어서, 상기 필러시트의 관통구멍이 고출력 레이저의 조사에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 다층 샤워헤드.
  8. 제1항에 있어서, 상기 필러시트의 관통구멍이 습식에칭에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 다층 샤워헤드.
  9. 제1항에 있어서, 상기 필러시트가 40~70um의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 다층 샤워헤드.
  10. 제1항에 있어서, 상기 브레이징 처리가 950~1200℃의 온도범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 다층 샤워헤드.
  11. 윗판과 아랫판 사이에 설치되는 분리격판에 의해 내부 빈공간이 상부공간과 하부공간으로 구분되는 몸체;
    상기 상부공간에 설치되는 공정기체주입관;
    상기 몸체의 아랫판에 형성되는 기체배출구; 및
    상기 몸체의 윗판, 분리격판, 및 아랫판 중 적어도 상기 분리격판을 관통하도록 설치되는 기체안내관;을 포함하여 이루어지는 다층 샤워헤드 밀봉방법에 있어서,
    상기 기체안내관이 설치되어 있는 부위에 대응하도록 관통구멍이 형성되어 있는 필러시트를 상기 기체안내관이 통과할 윗판, 분리격판, 및 아랫판 중 어느 하나의 판위에 올려놓은 후에 상기 기체안내관을 설치하는 단계; 및
    상기 필러시트가 젖음성과 모세관 현상을 통하여 상기 기체안내관과 상기 기체안내관이 통과하는 상기 윗판, 분리격판, 또는 아랫판 사이의 틈새로 스며들어가도록 상기 필러시트를 브레이징 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 샤워헤드 밀봉방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 필러시트가 붕소를 함유하는 니켈 기반 합금으로 이루어지고, 상기 브레이징 처리가 950~1200℃의 온도범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 다층 샤워헤드 밀봉방법.
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