KR102179754B1 - Substrate processing ALD - Google Patents

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Abstract

본 발명은 ALD 박막 증착 장치에 관한 것으로서, 박막을 증착하기 위한 반응 공간이 형성되는 공정 챔버; 상기 공정 챔버에 설치되고 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 기판의 이너 존(inner zone)으로 적어도 하나 이상의 제 1 가스가 공급될 수 있도록 상기 공정 챔버에 설치되는 이너 존 가스 공급부; 및 상기 기판의 상기 이너 존을 둘러싸는 테두리 영역인 상기 기판의 아우터 존(outer zone)으로 적어도 하나 이상의 제 2 가스가 공급될 수 있도록 상기 공정 챔버에 설치되는 아우터 존 가스 공급부;를 포함할 수 있다.The present invention relates to an ALD thin film deposition apparatus, comprising: a process chamber in which a reaction space for depositing a thin film is formed; A substrate support part installed in the process chamber and supporting a substrate; An inner zone gas supply unit installed in the process chamber to supply at least one first gas to an inner zone of the substrate; And an outer zone gas supply unit installed in the process chamber to supply at least one second gas to an outer zone of the substrate, which is an edge region surrounding the inner zone of the substrate. .

Description

ALD 박막 증착 장치{Substrate processing ALD} ALD thin film deposition apparatus {Substrate processing ALD}

본 발명은 ALD 박막 증착 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 기판에 원자층 등의 박막을 증착할 수 있는 ALD 박막 증착 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an ALD thin film deposition apparatus, and more particularly, to an ALD thin film deposition apparatus capable of depositing a thin film such as an atomic layer on a substrate.

DRAM, Flash memory, V-NAND와 같은 반도체 디바이스 제조에 있어서 ALD(atomic layer deposition, 원자층 증착) 박막 증착 장치가 사용되고 있다. 최근 들어 ALD 공정 및 증착 장치는 적용 스텝 및 범위가 점점 더 확대되고 있다. 대표적으로 TiN, WN, TaN, W과 같은 금속 질화막이나 금속 박막, Al2O3, SiO2, ZrO2, TiO2와 같은 금속 산화막 증착 공정에 ALD 공정이 사용되고 있으며 디바이스 내 그 적용 스텝이 점점 더 확대되고 있는 추세이다.ALD (atomic layer deposition) thin film deposition apparatus is used in manufacturing semiconductor devices such as DRAM, Flash memory, and V-NAND. Recently, the application steps and ranges of the ALD process and vapor deposition apparatus are increasingly expanding. Typically, the ALD process is used in the deposition process of metal nitride films such as TiN, WN, TaN, W, or metal thin films, and metal oxide films such as Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 and TiO 2, and the application steps in the device are increasingly It is an expanding trend.

ALD 공정에 대한 사용처가 많아지고 공정 난이도 또한 함께 높아지고 있는데 300mm 웨이퍼 내에서의 박막 증착 균일도, 박막의 순도, 밀도, 스텝커버리지 개선을 위하여 칩 메이커들은 끊임없이 노력하고 있으며 ALD 증착 설비의 공정 능력을 더욱 향상시키는 작업도 활발히 이루어지고 있다. 그런데 두께나 막질의 웨이퍼 내 균일성 개선, 스텝커버리지 개선은 20nm 이하 선폭의 반도체 디바이스 시대로 접어들면서 그 어느 때 보다도 개선이 쉽지 않다.The number of uses for the ALD process is increasing and the difficulty of the process is also increasing. Chip makers are constantly striving to improve the uniformity of thin film deposition, purity, density, and step coverage within a 300mm wafer, and further improve the process capability of the ALD deposition facility. The work of letting go is also being actively carried out. However, improving the uniformity of the thickness and film quality within the wafer, and improving the step coverage are not easy to improve than ever as we enter the era of semiconductor devices with a line width of 20 nm or less.

첫 번째로 해당 ALD process증착 전에 형성된 wafer pattern의 스텝커버리지 난이도가 웨이퍼 edge에서 더 난해하게 형성되어 있는 경우는 단순하게 두께나 step coverage의 균일도를 매우 좋게 형성한다고 해서 최외곽 edge step coverage 개선 문제가 해결되지는 않는다. 이런 경우는 wafer edge에 wafer center 대비 상대적으로 더 많고 강한 압력으로 분사하는 process gas의 주입이 필요하다. 두 번째로 동일한 ALD 박막을 증착하지만 device step별로 다른 showerhead구조나 chamber 구조가 필요한 경우이다.First, if the step coverage difficulty of the wafer pattern formed before the ALD process deposition is more difficult to form at the wafer edge, simply forming very good uniformity of thickness or step coverage solves the problem of improving the outermost edge step coverage. It doesn't work. In this case, it is necessary to inject a process gas to the wafer edge that is sprayed with a relatively higher and stronger pressure than the wafer center. Second, the same ALD thin film is deposited, but a different showerhead structure or chamber structure is required for each device step.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 동일한 공정 챔버를 이용하여 보다 넓은 프로세스 윈도우(process window)를 가짐으로써 공정 마진을 넓혀서 낮은 선택비는 물론이고, 높은 선택비를 갖는 다양한 종류의 기판에 대한 대응을 가능하게 하는 ALD 박막 증착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The present invention is to solve various problems, including the above problems, and by having a wider process window using the same process chamber, the process margin is widened, so that not only a low selectivity ratio but also a high selectivity is achieved. It is an object of the present invention to provide an ALD thin film deposition apparatus capable of responding to various types of substrates. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.

본 발명의 일 관점에 따르면, ALD 박막 증착 장치가 제공된다. 상기 ALD 박막 증착 장치는, 박막을 증착하기 위한 반응 공간이 형성되는 공정 챔버; 상기 공정 챔버에 설치되고 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 기판의 이너 존(inner zone)으로 적어도 하나 이상의 제 1 가스가 공급될 수 있도록 상기 공정 챔버에 설치되는 이너 존 가스 공급부; 및 상기 기판의 상기 이너 존을 둘러싸는 테두리 영역인 상기 기판의 아우터 존(outer zone)으로 적어도 하나 이상의 제 2 가스가 공급될 수 있도록 상기 공정 챔버에 설치되는 아우터 존 가스 공급부;를 포함할 수 있다.According to one aspect of the present invention, an ALD thin film deposition apparatus is provided. The ALD thin film deposition apparatus includes: a process chamber in which a reaction space for depositing a thin film is formed; A substrate support part installed in the process chamber and supporting a substrate; An inner zone gas supply unit installed in the process chamber to supply at least one first gas to an inner zone of the substrate; And an outer zone gas supply unit installed in the process chamber to supply at least one second gas to an outer zone of the substrate, which is an edge region surrounding the inner zone of the substrate. .

상기 ALD 박막 증착 장치에서, 상기 이너 존 가스 공급부는, 상기 기판의 상기 이너 존으로 제 1 소스 가스 라인, 제 1 반응 가스 라인 및 제 1 퍼지 가스 라인이 연결되고, 상기 아우터 존 가스 공급부는, 상기 기판의 상기 아우터 존으로 제 2 소스 가스 라인, 제 2 반응 가스 라인 및 제 2 퍼지 가스 라인이 연결될 수 있다.In the ALD thin film deposition apparatus, the inner zone gas supply unit includes a first source gas line, a first reaction gas line, and a first purge gas line connected to the inner zone of the substrate, and the outer zone gas supply unit includes the A second source gas line, a second reaction gas line, and a second purge gas line may be connected to the outer zone of the substrate.

상기 ALD 박막 증착 장치에서, 상기 이너 존 가스 공급부는, 내부에 가스 확산 영역이 형성되도록 상부에 탑 플레이트가 설치되고, 하부에 분사판이 형성되는 샤워 헤드; 상기 기판의 상기 이너 존과 대응되도록 상기 샤워 헤드의 상기 탑 플레이트의 중심부에 수직으로 형성되는 중심 유로; 및 상기 중심 유로와 연결되고, 상기 제 1 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 라인;을 포함할 수 있다.In the ALD thin film deposition apparatus, the inner zone gas supply unit includes: a shower head having a top plate installed at an upper portion and a spray plate formed at a lower portion thereof such that a gas diffusion region is formed therein; A central flow path formed perpendicular to the center of the top plate of the shower head so as to correspond to the inner zone of the substrate; And a first gas supply line connected to the center passage and supplying the first gas.

상기 ALD 박막 증착 장치에서, 상기 제 1 가스 공급 라인은, 상기 중심 유로와 연결되는 제 1 메인 공급 라인; 제 1 ALD 밸브가 설치되고, 소스 가스 저장소와 연결되어 상기 제 1 메인 공급 라인에 제 1 소스 가스를 공급하는 제 1 소스 가스 공급 라인; 제 2 ALD 밸브가 설치되고, 반응 가스 저장소와 연결되어 상기 제 1 메인 공급 라인에 제 1 반응 가스를 공급하는 제 1 반응 가스 공급 라인; 및 퍼지 가스 저장소와 연결되어 상기 제 1 메인 공급 라인에 제 1 퍼지 가스를 공급하는 제 1 퍼지 가스 공급 라인;을 포함할 수 있다.In the ALD thin film deposition apparatus, the first gas supply line includes: a first main supply line connected to the center flow path; A first source gas supply line having a first ALD valve installed and connected to a source gas reservoir to supply a first source gas to the first main supply line; A first reactive gas supply line having a second ALD valve installed and connected to a reactive gas reservoir to supply a first reactive gas to the first main supply line; And a first purge gas supply line connected to the purge gas storage to supply a first purge gas to the first main supply line.

상기 ALD 박막 증착 장치에서, 상기 제 1 퍼지 가스 공급 라인은, 제 3 제어 밸브가 설치되고, 상기 제 1 소스 가스 공급 라인에 상기 제 1 퍼지 가스를 공급하는 제 1-1 퍼지 가스 공급 라인; 및 제 4 제어 밸브가 설치되고, 상기 제 1 반응 가스 공급 라인에 상기 제 1 퍼지 가스를 공급하는 제 1-2 퍼지 가스 공급 라인;을 포함할 수 있다.In the ALD thin film deposition apparatus, the first purge gas supply line includes: a 1-1 purge gas supply line having a third control valve installed and supplying the first purge gas to the first source gas supply line; And a first 1-2 purge gas supply line having a fourth control valve installed and supplying the first purge gas to the first reactive gas supply line.

상기 ALD 박막 증착 장치에서, 상기 아우터 존 가스 공급부는, 상기 기판의 상기 아우터 존과 대응되도록 상기 샤워 헤드의 상기 탑 플레이트에 상기 중심 유로를 둘러싸는 형상으로 형성되고, 하면에 다수 개의 가스 배출구가 형성되며, 상면에 다수 개의 가스 유입구가 형성되는 하부 환형 유로; 및 상기 하부 환형 유로와 연결되고, 상기 제 2 가스를 공급하는 제 2 가스 공급 라인;을 포함할 수 있다.In the ALD thin film deposition apparatus, the outer zone gas supply unit is formed in a shape surrounding the central flow path on the top plate of the shower head so as to correspond to the outer zone of the substrate, and a plurality of gas outlets are formed on a lower surface thereof. And a lower annular flow path in which a plurality of gas inlets are formed on an upper surface; And a second gas supply line connected to the lower annular flow path and supplying the second gas.

상기 ALD 박막 증착 장치에서, 상기 하부 환형 유로는, 상기 중심 유로의 축을 중심으로 일정한 거리에 형성되는 전체적으로 원형인 원형링 유로 또는 부분적으로 원형인 부분링 유로일 수 있다.In the ALD thin film deposition apparatus, the lower annular flow path may be a generally circular circular ring flow path or a partially circular partial ring flow path formed at a predetermined distance around an axis of the central flow path.

상기 ALD 박막 증착 장치에서, 상기 제 2 가스 공급 라인은, 상기 하부 환형 유로의 상기 가스 유입구와 연결되고, 상기 가스 유입구로부터 상기 중심 유로 방향으로 기울어지게 형성되는 다수 개의 경사 유로;를 포함할 수 있다.In the ALD thin film deposition apparatus, the second gas supply line may include a plurality of inclined passages connected to the gas inlet of the lower annular passage and formed to incline from the gas inlet toward the center passage; .

상기 ALD 박막 증착 장치에서, 상기 경사 유로는, 상기 중심 유로를 기준으로 방사 형태로 배치되는 일자형 직선 유로 또는 복수개로 분지된 형태의 분지 유로일 수 있다.In the ALD thin film deposition apparatus, the oblique flow path may be a straight straight flow path arranged radially with respect to the center flow path or a branch flow path of a plurality of branches.

상기 ALD 박막 증착 장치에서, 상기 하부 환형 유로의 상기 가스 배출구와 이웃하는 가스 배출구 사이의 중간 지점의 상방에 상기 가스 유입구가 형성될 수 있다.In the ALD thin film deposition apparatus, the gas inlet may be formed above an intermediate point between the gas outlet of the lower annular flow path and an adjacent gas outlet.

상기 ALD 박막 증착 장치에서, 상기 제 2 가스 공급 라인은, 상기 중심 유로를 둘러싸는 형상으로 형성되고, 하면에 상기 경사 유로와 연결되는 다수 개의 가스 배출구가 형성되고, 상면에 가스가 유입되는 다수 개의 가스 유입구가 형성되는 상부 환형 유로; 상기 가스 유입구와 연결되는 제 2 메인 공급 라인; 제 5 ALD 밸브가 설치되고, 소스 가스 저장소와 연결되어 상기 제 2 메인 공급 라인에 제 2 소스 가스를 공급하는 제 2 소스 가스 공급 라인; 제 6 ALD 밸브가 설치되고, 반응 가스 저장소와 연결되어 상기 제 2 메인 공급 라인에 제 2 반응 가스를 공급하는 제 2 반응 가스 공급 라인; 및 퍼지 가스 저장소와 연결되어 상기 제 2 메인 공급 라인에 제 2 퍼지 가스를 공급하는 제 2 퍼지 가스 공급 라인;을 포함할 수 있다.In the ALD thin film deposition apparatus, the second gas supply line is formed in a shape surrounding the central flow path, a plurality of gas outlets connected to the inclined flow path are formed on a lower surface, and a plurality of gas is introduced into the upper surface. An upper annular flow path in which a gas inlet is formed; A second main supply line connected to the gas inlet; A second source gas supply line having a fifth ALD valve installed and connected to a source gas reservoir to supply a second source gas to the second main supply line; A second reaction gas supply line having a sixth ALD valve installed and connected to the reaction gas reservoir to supply a second reaction gas to the second main supply line; And a second purge gas supply line connected to the purge gas storage to supply a second purge gas to the second main supply line.

상기 ALD 박막 증착 장치에서, 상기 상부 환형 유로의 상기 가스 배출구와 이웃하는 가스 배출구 사이의 중간 지점의 상방에 상기 가스 유입구가 형성되고, 상기 제 2 메인 공급 라인은 상기 상부 환형 유로의 복수개의 상기 가스 유입구와 각각 연결되도록 분지된 제 2-1 메인 공급 라인 및 제 2-2 메인 공급 라인을 포함할 수 있다.In the ALD thin film deposition apparatus, the gas inlet is formed above an intermediate point between the gas outlet of the upper annular flow channel and an adjacent gas outlet, and the second main supply line includes a plurality of the gases of the upper annular flow channel. It may include a 2-1 main supply line and a 2-2 main supply line branched to be respectively connected to the inlet.

상기 ALD 박막 증착 장치에서, 상기 제 2 퍼지 가스 공급 라인은, 제 8 제어 밸브가 설치되고, 상기 제 2 소스 가스 공급 라인에 상기 제 2 퍼지 가스를 공급하는 제 2-1 퍼지 가스 공급 라인; 및 제 7 제어 밸브가 설치되고, 상기 제 2 반응 가스 공급 라인에 상기 제 2 퍼지 가스를 공급하는 제 2-2 퍼지 가스 공급 라인;을 포함할 수 있다.In the ALD thin film deposition apparatus, the second purge gas supply line includes: a 2-1 purge gas supply line having an eighth control valve installed and supplying the second purge gas to the second source gas supply line; And a 2-2 purge gas supply line having a seventh control valve installed and supplying the second purge gas to the second reaction gas supply line.

상기 ALD 박막 증착 장치에서, 상기 제 2 가스 공급 라인은, 상기 중심 유로를 둘러싸는 형상으로 형성되고, 하면에 상기 경사 유로와 연결되는 다수 개의 가스 배출구가 형성되고, 상면에 가스가 유입되는 다수 개의 가스 유입구가 형성되는 상부 환형 유로; 제 9 ALD 밸브가 설치되고, 소스 가스 저장소와 연결되어 상기 상부 환형 유로에 제 2 소스 가스를 공급하는 제 2 소스 가스 공급 라인; 제 10 ALD 밸브가 설치되고, 반응 가스 저장소와 연결되어 상기 상부 환형 유로에 제 2 반응 가스를 공급하는 제 2 반응 가스 공급 라인; 제 11 제어 밸브가 설치되고, 상기 제 2 소스 가스 공급 라인에 상기 제 2 퍼지 가스를 공급하는 제 2-1 퍼지 가스 공급 라인; 및 제 12 제어 밸브가 설치되고, 상기 제 2 반응 가스 공급 라인에 상기 제 2 퍼지 가스를 공급하는 제 2-2 퍼지 가스 공급 라인;을 포함할 수 있다.In the ALD thin film deposition apparatus, the second gas supply line is formed in a shape surrounding the central flow path, a plurality of gas outlets connected to the inclined flow path are formed on a lower surface, and a plurality of gas is introduced into the upper surface. An upper annular flow path in which a gas inlet is formed; A second source gas supply line having a ninth ALD valve installed and connected to a source gas reservoir to supply a second source gas to the upper annular flow path; A second reaction gas supply line having a tenth ALD valve installed and connected to a reaction gas reservoir to supply a second reaction gas to the upper annular flow path; A 2-1 purge gas supply line having an eleventh control valve installed and supplying the second purge gas to the second source gas supply line; And a 2-2 purge gas supply line having a twelfth control valve installed and supplying the second purge gas to the second reaction gas supply line.

상기 ALD 박막 증착 장치에서, 상기 제 2 소스 가스 공급 라인은 상기 상부 환형 유로의 복수개의 상기 가스 유입구들 중 일부분과 각각 연결되도록 분지된 제 2-1 소스 가스 공급 라인 및 제 2-2 소스 가스 공급 라인을 포함하고, 상기 제 2 반응 가스 공급 라인은 상기 상부 환형 유로의 복수개의 상기 가스 유입구들 중 타부분과 각각 연결되도록 분지된 제 2-1 반응 가스 공급 라인 및 제 2-2 반응 가스 공급 라인을 포함할 수 있다.In the ALD thin film deposition apparatus, the second source gas supply line is a 2-1 source gas supply line and a 2-2 source gas supply branched so as to be respectively connected to some of the plurality of gas inlets of the upper annular flow path A line, wherein the second reactive gas supply line is a 2-1 reactive gas supply line and a 2-2 reactive gas supply line branched to be respectively connected to other portions of the plurality of gas inlets of the upper annular flow path It may include.

상기 ALD 박막 증착 장치에서, 상기 샤워 헤드의 상기 가스 확산 영역을 이너 존 대응 영역과 아우터 존 대응 영역으로 구획할 수 있도록 상기 탑 플레이트와 상기 분사판 사이에 영역 구획 격벽이 설치될 수 있다.In the ALD thin film deposition apparatus, an area partition partition wall may be installed between the top plate and the spray plate to divide the gas diffusion region of the shower head into an inner zone corresponding region and an outer zone corresponding region.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 ALD 박막 증착 장치에 따르면, 기판의 이너 존과 아우터 존에 각각 독립적으로 가스를 공급할 수 있어서 기판의 이너 존과 아우터 존 간의 공정 편차를 줄여서 패턴 형성의 정밀도와 신뢰도를 향상시킬 수 있고, 이로 인하여 동일한 공정 챔버를 이용하여 보다 넓은 프로세스 윈도우(process window)를 가짐으로써 공정 마진을 넓혀서 낮은 선택비는 물론이고, 높은 선택비를 갖는 다양한 종류의 기판에 대한 대응을 가능하게 하는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to the ALD thin film deposition apparatus according to an embodiment of the present invention made as described above, gas can be independently supplied to the inner zone and the outer zone of the substrate, thereby reducing the process variation between the inner zone and the outer zone of the substrate to form a pattern. The precision and reliability of the process can be improved, and as a result, the process margin is widened by having a wider process window using the same process chamber, so that it can be used for various types of substrates having a high selectivity as well as a low selectivity. It has the effect of enabling a response. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ALD 박막 증착 장치를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 ALD 박막 증착 장치의 공정 챔버를 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 ALD 박막 증착 장치의 공정 챔버를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 ALD 박막 증착 장치의 공정 챔버를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 ALD 박막 증착 장치의 이너 존 가스 공급부 및 아우터 존 가스 공급부를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 ALD 박막 증착 장치의 이너 존 가스 공급부 및 아우터 존 가스 공급부를 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 1의 ALD 박막 증착 장치의 경사 유로를 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 ALD 박막 증착 장치의 경사 유로를 나타내는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 ALD 박막 증착 장치의 하부 환형 유로를 나타내는 평면도이다.1 is a cross-sectional view conceptually showing an ALD thin film deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is an enlarged cross-sectional view illustrating a process chamber of the ALD thin film deposition apparatus of FIG. 1.
3 is a cross-sectional view illustrating a process chamber of an ALD thin film deposition apparatus according to other embodiments of the present invention.
4 is a cross-sectional view showing a process chamber of an ALD thin film deposition apparatus according to another embodiment of the present invention.
5 is a perspective view illustrating an inner zone gas supply unit and an outer zone gas supply unit of an ALD thin film deposition apparatus according to another embodiment of the present invention.
6 is a perspective view illustrating an inner zone gas supply unit and an outer zone gas supply unit of an ALD thin film deposition apparatus according to another exemplary embodiment of the present invention.
7 is a plan view illustrating an oblique flow path of the ALD thin film deposition apparatus of FIG. 1.
8 is a plan view showing an inclined flow path of an ALD thin film deposition apparatus according to another embodiment of the present invention.
9 is a plan view showing a lower annular flow path of an ALD thin film deposition apparatus according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, various exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.The embodiments of the present invention are provided to more completely describe the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is as follows. It is not limited to the examples. Rather, these embodiments are provided to make the present disclosure more faithful and complete, and to completely convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. In addition, in the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated for convenience and clarity of description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ALD 박막 증착 장치(100)를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 그리고, 도 2는 도 1의 ALD 박막 증착 장치(100)의 공정 챔버(10)를 확대하여 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing an ALD thin film deposition apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. In addition, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the process chamber 10 of the ALD thin film deposition apparatus 100 of FIG. 1.

먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 ALD 박막 증착 장치(100)는, 크게 공정 챔버(10)와, 기판 지지부(20)와, 이너 존 가스 공급부(30)와, 아우터 존 가스 공급부(40)포함할 수 있다.First, as shown in FIGS. 1 and 2, the ALD thin film deposition apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a process chamber 10, a substrate support part 20, and an inner zone gas supply part ( 30), and an outer zone gas supply unit 40.

예컨대, 상기 공정 챔버(10)는 내부에 박막을 증착하기 위한 반응 공간이 형성되는 것으로서, 상기 기판 지지부(20)와, 상기 이너 존 가스 공급부(30)와, 상기 아우터 존 가스 공급부(40) 등을 지지할 수 있는 충분한 강도와 내구성을 가진 밀폐가 가능한 구조체일 수 있다.For example, the process chamber 10 has a reaction space formed therein for depositing a thin film, and the substrate support part 20, the inner zone gas supply part 30, the outer zone gas supply part 40, etc. It may be a structure capable of sealing with sufficient strength and durability to support it.

더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 공정 챔버(10)는 일측에 기판(1)이 출입할 수 있는 게이트(G)(gate)가 형성될 수 있고, 이외에도, 도시하지 않았지만, 상기 반응 공간에 진공 압력 등 증착 환경을 제공하기 위한 각종 진공 펌프나 플라즈마 발생 장치 등 공정을 위해 필요한 다양한 장치들이 추가로 설치될 수 있다.More specifically, for example, in the process chamber 10, a gate (G) through which the substrate 1 can be accessed may be formed on one side. In addition, although not shown, vacuum pressure in the reaction space Various devices necessary for the process, such as various vacuum pumps or plasma generating devices to provide a vapor deposition environment, may be additionally installed.

그러나, 이러한 상기 공정 챔버(10)의 형상은 도면에 반드시 국한되지 않고, 장비나 공정 환경이나 스팩 등에 따라서 화학 기상 증착용 챔버나 원자층 증착용 챔버 등 매우 다양한 형상 및 종류의 공정 챔버가 모두 적용될 수 있다.However, the shape of the process chamber 10 is not necessarily limited to the drawings, and various shapes and types of process chambers, such as a chemical vapor deposition chamber or an atomic layer deposition chamber, are all applied depending on equipment, process environment or specifications. I can.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 ALD 박막 증착 장치(200)의 공정 챔버(10)를 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing the process chamber 10 of the ALD thin film deposition apparatus 200 according to another embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 ALD 박막 증착 장치(200)는, 상기 샤워 헤드(31)의 상기 가스 확산 영역(A)을 이너 존 대응 영역(A1)과 아우터 존 대응 영역(A2)으로 구획할 수 있도록 상기 탑 플레이트(311)와 상기 분사판(312) 사이에 영역 구획 격벽(70)이 설치될 수 있다.3, the ALD thin film deposition apparatus 200 according to another embodiment of the present invention includes the gas diffusion region A of the shower head 31 as an inner zone correspondence region A1 and an outer zone. An area partition partition wall 70 may be installed between the top plate 311 and the spray plate 312 so as to be divided into the corresponding area A2.

따라서, 상기 영역 구획 격벽(70)을 상기 샤워 헤드(31)의 가스 확산 영역(A)에 설치하여 상기 기판(1)의 상기 이너 존(Z1)과 상기 아우터 존(Z2)에 더욱 독립적으로 가스를 공급할 수 있다.Therefore, by installing the region partitioning partition wall 70 in the gas diffusion region A of the shower head 31, the gas is more independently of the inner zone Z1 and the outer zone Z2 of the substrate 1 Can supply.

이외에도, 도 4에 도시된 바와 같이, 예컨대, 텅스텐 증착 공정의 경우, 상기 공정 챔버(10)는 상기 기판(1)의 출입 경로로부터 공정 공간을 구획할 수 있는 에지링(ER)이나 퍼지링(PR) 등이 추가로 설치될 수 있는 등 다양한 형태로 적용될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 4, for example, in the case of a tungsten deposition process, the process chamber 10 includes an edge ring (ER) or a purge ring (ER) capable of partitioning a process space from the access path of the substrate 1 It can be applied in various forms such as PR), etc. can be additionally installed.

또한, 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 기판 지지부(20)는, 상기 공정 챔버(10)에 설치되고 기판(1)을 지지할 수 있는 서셉터나 테이블이나 턴테이블 등의 기판 지지 구조체일 수 있다.In addition, for example, as shown in FIG. 1, the substrate support 20 may be a susceptor installed in the process chamber 10 and capable of supporting the substrate 1 or a substrate support structure such as a table or a turntable. I can.

더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 기판 지지부(20)는, 상면에 안착되는 상기 기판(1)을 일정 온도로 가열시킬 수 있고, 또는 공정 가스를 플라즈마화 하기 위한 하부 전극으로의 기능을 할 수 있다. More specifically, for example, the substrate support part 20 may heat the substrate 1 mounted on the upper surface to a predetermined temperature, or may function as a lower electrode for converting a process gas into plasma. .

또한, 상기 기판 지지부(20)는, 상기 기판(1)이 안착되어 지지할 수 있는 적절한 강도와 내구성을 갖는 구조체일 수 있다. 예컨대, 이러한 상기 기판 지지부(20)는, 알루미늄 및 질화 알루미늄 등의 재질로 이루어지는 구조체일 수 있다. 그러나, 상기 기판 지지부(20)는, 도면에 반드시 국한되지 않고, 상기 기판(1)을 지지할 수 있는 매우 다양한 형태나 종류나 재질의 다양한 부재들이 모두 적용될 수 있다.In addition, the substrate support part 20 may be a structure having adequate strength and durability to support the substrate 1 being seated. For example, the substrate support 20 may be a structure made of a material such as aluminum and aluminum nitride. However, the substrate support part 20 is not necessarily limited to the drawings, and various members of a wide variety of shapes, types, or materials capable of supporting the substrate 1 may be applied.

또한, 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 이너 존 가스 공급부(30)는, 상기 기판(1)의 이너 존(Z1)(inner zone)으로 적어도 하나 이상의 제 1 가스가 공급될 수 있도록 상기 공정 챔버(10)에 설치되는 장치일 수 있다.In addition, for example, as shown in FIG. 1, the inner zone gas supply unit 30 may supply at least one first gas to the inner zone Z1 of the substrate 1. It may be a device installed in the process chamber 10.

더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 이너 존 가스 공급부(30)는, 내부에 가스 확산 영역(A)이 형성되도록 상부에 탑 플레이트(311)가 설치되고, 하부에 분사판(312)이 형성되는 샤워 헤드(31)와, 상기 기판(1)의 상기 이너 존(Z1)과 대응되도록 상기 샤워 헤드(31)의 상기 탑 플레이트(311)의 중심부에 수직으로 형성되는 중심 유로(32) 및 상기 중심 유로(32)와 연결되고, 상기 제 1 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 라인(33)을 포함할 수 있다.More specifically, for example, the inner zone gas supply unit 30 is a shower in which a top plate 311 is installed at an upper portion so that a gas diffusion region A is formed therein, and a spray plate 312 is formed at the lower portion thereof. The head 31 and the center flow path 32 and the center flow path formed perpendicular to the center of the top plate 311 of the shower head 31 so as to correspond to the inner zone Z1 of the substrate 1 A first gas supply line 33 connected to 32 and supplying the first gas may be included.

여기서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 샤워 헤드(31)는, 상기 탑 플레이트(311)는 상기 공정 챔버(10)의 상부 구조물의 역할을 담당할 수 있고, 상기 분사판(312)은 복수개의 가스 배출구가 형성되어 상기 가스 배출구를 통해 상기 기판(1)에 소스 가스나 반응 가스나 퍼지 가스 등 각종의 공정 가스를 공급함으로써 상기 기판(1)에 원자층 등의 박막이 형성될 수 있다. 그러나, 이러한 상기 샤워 헤드(31)의 형상은 도면에 반드시 국한되지 않고, 장비나 공정 환경이나 스팩 등에 따라서 매우 다양한 형상 및 종류의 샤워 헤드가 모두 적용될 수 있다.Here, as shown in Figs. 1 and 2, the shower head 31, the top plate 311 may serve as an upper structure of the process chamber 10, and the spray plate 312 ) Is a plurality of gas outlets are formed to supply various process gases such as a source gas, a reactive gas, or a purge gas to the substrate 1 through the gas outlet to form a thin film such as an atomic layer on the substrate 1. I can. However, the shape of the shower head 31 is not necessarily limited to the drawings, and a wide variety of shapes and types of shower heads may be applied according to equipment, process environments, specifications, and the like.

또한, 예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 중심 유로(32)는 상기 기판(1)의 상기 이너 존(Z1)과 대응되도록 상기 샤워 헤드(31)의 상기 탑 플레이트(311)의 중심부에 수직으로 형성되는 일종의 내부 중공부일 수 있다. 이러한 상기 중심 유로에는 각종의 분산판 등이 추가로 설치되어 상기 가스 확산 영역(A)으로 공급되는 각종 공정 가스들의 확산 범위를 보다 넓게 하고, 확산 속도를 더욱 신속하게 할 수 있다.In addition, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, the center passage 32 is the top plate 311 of the shower head 31 to correspond to the inner zone Z1 of the substrate 1. It may be a kind of internal hollow portion formed perpendicular to the center of the. Various dispersion plates, etc., are additionally installed in the central flow path to widen the diffusion range of various process gases supplied to the gas diffusion region A, and to increase the diffusion speed.

도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 ALD 박막 증착 장치(300)의 공정 챔버(10)를 나타내는 단면도이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 ALD 박막 증착 장치(400)의 이너 존 가스 공급부(30) 및 아우터 존 가스 공급부(40)를 나타내는 사시도이다.4 is a cross-sectional view showing a process chamber 10 of an ALD thin film deposition apparatus 300 according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an inner of an ALD thin film deposition apparatus 400 according to another embodiment of the present invention. A perspective view showing the zone gas supply unit 30 and the outer zone gas supply unit 40.

또한, 예컨대, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 가스 공급 라인(33)은, 상기 중심 유로(32)와 연결되는 제 1 메인 공급 라인(34)와, 제 1 ALD 밸브(V1)가 설치되고, 소스 가스 저장소(SG)와 연결되어 상기 제 1 메인 공급 라인(34)에 제 1 소스 가스를 공급하는 제 1 소스 가스 공급 라인(35)와, 제 2 ALD 밸브(V2)가 설치되고, 반응 가스 저장소(RG)와 연결되어 상기 제 1 메인 공급 라인(34)에 제 1 반응 가스를 공급하는 제 1 반응 가스 공급 라인(36) 및 퍼지 가스 저장소(PG)와 연결되어 상기 제 1 메인 공급 라인(34)에 제 1 퍼지 가스를 공급하는 제 1 퍼지 가스 공급 라인(37)을 포함할 수 있다.In addition, for example, as shown in FIGS. 1 to 5, the first gas supply line 33 includes a first main supply line 34 connected to the central flow path 32 and a first ALD valve ( V1) is installed, the first source gas supply line 35 is connected to the source gas reservoir (SG) to supply the first source gas to the first main supply line 34, and a second ALD valve (V2) Is installed, is connected to the reaction gas storage (RG) and connected to the first reaction gas supply line 36 and the purge gas storage (PG) for supplying the first reaction gas to the first main supply line 34 A first purge gas supply line 37 for supplying a first purge gas to the first main supply line 34 may be included.

여기서, 상기 제 1 퍼지 가스 공급 라인(37)은, 제 3 제어 밸브(V3)가 설치되고, 상기 제 1 소스 가스 공급 라인(35)에 상기 제 1 퍼지 가스를 공급하는 제 1-1 퍼지 가스 공급 라인(371) 및 제 4 제어 밸브(V4)가 설치되고, 상기 제 1 반응 가스 공급 라인(36)에 상기 제 1 퍼지 가스를 공급하는 제 1-2 퍼지 가스 공급 라인(372)을 포함할 수 있다. 그러나, 이에 반드시 국한되지 않고 상기 제 1 퍼지 가스 공급 라인(37)은 하나의 라인에서 분지되어 상기 제 1 소스 가스 공급 라인(35) 및 상기 제 1 반응 가스 공급 라인(36)에 각각 공급되는 것도 가능하다.Here, the first purge gas supply line 37 is a 1-1 purge gas having a third control valve V3 installed and supplying the first purge gas to the first source gas supply line 35 A supply line 371 and a fourth control valve V4 are installed and include a 1-2 purge gas supply line 372 supplying the first purge gas to the first reactive gas supply line 36. I can. However, the present invention is not limited thereto, and the first purge gas supply line 37 is branched from one line and supplied to the first source gas supply line 35 and the first reactive gas supply line 36, respectively. It is possible.

여기서, 상술된 상기 제 1 소스 가스 공급 라인(35)은 주로 액상의 유기물을 기상으로 만들어 주는 기화기 등을 포함하는 상기 소스 가스 저장소(SG)가 설치될 수 있고, 상기 제 1 소스 가스 공급 라인(35) 및 상기 제 1 반응 가스 공급 라인(36)는 각각 기화된 가스의 공급량을 조절할 수 있는 MFC(mass flow controller)나 기화된 가스가 저장되는 리저버(R) 등 각종의 장치들이 부수적으로 설치될 수 있다. 이외에도 이러한 가스 공급 라인들에는 압력계 등 각종 장치들이 추가로 설치될 수 있다.Here, the above-described first source gas supply line 35 may be provided with the source gas reservoir SG including a vaporizer that mainly converts liquid organic matter into a gaseous phase, and the first source gas supply line ( 35) and the first reactive gas supply line 36, respectively, various devices such as a mass flow controller (MFC) that can control the supply amount of the vaporized gas or a reservoir (R) in which the vaporized gas is stored, are additionally installed. I can. In addition, various devices such as a pressure gauge may be additionally installed in the gas supply lines.

그러나, 이러한 상기 제 1 가스 공급 라인(33)은 도면에 반드시 국한되지 않고, 공정 환경이나 설치 환경 등에 따라 다양한 형태와 종류의 가스 공급 라인이 적용될 수 있다.However, the first gas supply line 33 is not necessarily limited to the drawings, and various types and types of gas supply lines may be applied according to a process environment or an installation environment.

따라서, 이러한 상기 제 1 가스 공급 라인(33)을 이용하여 상기 기판(1)의 상기 이너 존(Z1) 방향으로 예컨대, 제 1 소스 가스-제 1 반응 가스의 순서로 교호적으로 공급할 수 있다.한편, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 아우터 존 가스 공급부(40)는, 상기 기판의 상기 이너 존(Z1)(inner zone)을 둘러싸는 테두리 영역인 상기 기판(1)의 아우터 존(Z2)(outer zone)으로 적어도 하나 이상의 제 2 가스가 공급될 수 있도록 상기 공정 챔버(10)에 설치되는 장치일 수 있다.Accordingly, it is possible to alternately supply the first source gas to the first reaction gas in the direction of the inner zone Z1 of the substrate 1 using the first gas supply line 33. Meanwhile, as shown in FIGS. 2 and 4, the outer zone gas supply unit 40 is an outer zone of the substrate 1 that is an edge region surrounding the inner zone Z1 of the substrate. It may be an apparatus installed in the process chamber 10 so that at least one second gas can be supplied to (Z2) (outer zone).

여기서, 상기 아우터 존 가스 공급부(40)는, 상기 기판(1)의 상기 아우터 존(Z2)으로 제 2 소스 가스, 제 2 반응 가스 및 어느 하나를 교호적으로 공급할 수 있다.Here, the outer zone gas supply unit 40 may alternately supply any one of a second source gas, a second reaction gas, and a second source gas to the outer zone Z2 of the substrate 1.

예컨대, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 아우터 존 가스 공급부(40)는, 상기 기판(1)의 상기 아우터 존(Z2)과 대응되도록 상기 샤워 헤드(31)의 상기 탑 플레이트(311)에 상기 중심 유로(32)를 둘러싸는 형상으로 형성되고, 하면에 다수 개의 가스 배출구(H1)가 형성되며, 상면에 다수 개의 가스 유입구(H2)가 형성되는 하부 환형 유로(41) 및 상기 하부 환형 유로(41)와 연결되고, 상기 제 2 가스를 공급하는 제 2 가스 공급 라인(44)을 포함할 수 있다.For example, as shown in FIGS. 1 to 5, the outer zone gas supply unit 40 may correspond to the outer zone Z2 of the substrate 1 and the top plate 311 of the shower head 31. ) Is formed in a shape surrounding the central flow path 32, a plurality of gas outlets H1 are formed on a lower surface thereof, and a plurality of gas inlets H2 are formed on the upper surface of the lower annular flow path 41 and the lower part A second gas supply line 44 connected to the annular flow path 41 and supplying the second gas may be included.

여기서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 가스 공급 라인(44)은, 상기 하부 환형 유로(41)의 상기 가스 유입구(H2)와 연결되고, 상기 가스 유입구(H2)로부터 상기 중심 유로(32) 방향으로 기울어지게 형성되는 다수 개의 경사 유로(42)와, 상기 중심 유로(32)를 둘러싸는 형상으로 형성되고, 하면에 상기 경사 유로와 연결되는 다수 개의 가스 배출구(H3)가 형성되고, 상면에 가스가 유입되는 다수 개의 가스 유입구(H4)가 형성되는 상부 환형 유로(43)와, 상기 가스 유입구(H4)와 연결되는 제 2 메인 공급 라인(45)과, 제 5 ALD 밸브(V5)가 설치되고, 소스 가스 저장소(SG)와 연결되어 상기 제 2 메인 공급 라인(45)에 제 2 소스 가스를 공급하는 제 2 소스 가스 공급 라인(46)과, 제 6 ALD 밸브(V6)가 설치되고, 반응 가스 저장소(RG)와 연결되어 상기 제 2 메인 공급 라인(45)에 제 2 반응 가스를 공급하는 제 2 반응 가스 공급 라인(47) 및 퍼지 가스 저장소(PG)와 연결되어 상기 제 2 메인 공급 라인(45)에 제 2 퍼지 가스를 공급하는 제 2 퍼지 가스 공급 라인(48)을 포함할 수 있다.Here, as shown in FIG. 5, the second gas supply line 44 is connected to the gas inlet H2 of the lower annular flow path 41, and the central flow path ( 32) a plurality of inclined passages 42 formed to be inclined in the direction, and formed in a shape surrounding the central passage 32, and a plurality of gas outlets H3 connected to the inclined passages are formed on a lower surface thereof, The upper annular flow path 43 having a plurality of gas inlets H4 through which gas is introduced, a second main supply line 45 connected to the gas inlet H4, and a fifth ALD valve V5 Is installed, a second source gas supply line 46 connected to the source gas storage SG to supply a second source gas to the second main supply line 45 and a sixth ALD valve V6 The second reaction gas supply line 47 is connected to the reaction gas storage RG to supply the second reaction gas to the second main supply line 45 and the purge gas storage PG. A second purge gas supply line 48 for supplying a second purge gas to the main supply line 45 may be included.

도 5에 도시된 바와 같이, 이러한, 상기 경사 유로(42)를 통해 상기 하부 환형 유로(41)로 유입되는 가스들의 분사 압력이 골고루 분산될 수 있도록 상기 하부 환형 유로(41)의 상기 가스 배출구(H1)와 이웃하는 가스 배출구(H1) 사이의 중간 지점의 상방에 상기 가스 유입구(H2)가 형성될 수 있다.As shown in FIG. 5, the gas outlet of the lower annular passage 41 so that the injection pressure of the gases flowing into the lower annular passage 41 through the inclined passage 42 may be evenly distributed. The gas inlet H2 may be formed above an intermediate point between H1 and the neighboring gas outlet H1.

또한, 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 메인 공급 라인(45) 및 상기 가스 유입구(H4)를 통해 유입되는 가스들의 분사 압력이 골고루 분산될 수 있도록 상기 상부 환형 유로(43)의 상기 가스 배출구(H3)와 이웃하는 가스 배출구(H3) 사이의 중간 지점의 상방에 상기 가스 유입구(H4)가 형성되고, 상기 제 2 메인 공급 라인(45)은 상기 상부 환형 유로(43)의 복수개의 상기 가스 유입구(H4)와 각각 연결되도록 분지된 제 2-1 메인 공급 라인(451) 및 제 2-2 메인 공급 라인(452)을 포함할 수 있다.In addition, for example, as shown in FIG. 5, the upper annular flow path 43 is formed so that the injection pressure of the gases introduced through the second main supply line 45 and the gas inlet H4 can be evenly distributed. The gas inlet H4 is formed above an intermediate point between the gas outlet H3 and the neighboring gas outlet H3, and the second main supply line 45 includes a plurality of the upper annular flow path 43. It may include a 2-1 main supply line 451 and a 2-2 main supply line 452 branched so as to be connected to each of the gas inlets (H4).

또한, 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 퍼지 가스 공급 라인(48)은, 제 8 제어 밸브(V8)가 설치되고, 상기 제 2 소스 가스 공급 라인(46)에 상기 제 2 퍼지 가스를 공급하는 제 2-1 퍼지 가스 공급 라인(482) 및 제 7 제어 밸브(V7)가 설치되고, 상기 제 2 반응 가스 공급 라인(47)에 상기 제 2 퍼지 가스를 공급하는 제 2-2 퍼지 가스 공급 라인(481)을 포함할 수 있다.Further, for example, as shown in FIG. 5, the second purge gas supply line 48 is provided with an eighth control valve V8, and the second purge gas supply line 46 is provided with the second purge gas supply line 46. A 2-1 purge gas supply line 482 and a seventh control valve V7 for supplying gas are installed, and a 2-2 for supplying the second purge gas to the second reactive gas supply line 47 A purge gas supply line 481 may be included.

따라서, 이러한 상기 제 2 메인 공급 라인(45)을 이용하여 상기 기판(1)의 상기 아우터 존(Z2) 방향으로 예컨대, 제 2 소스 가스-제 2 반응 가스가 교호적으로 공급될 수 있다.Accordingly, for example, a second source gas and a second reaction gas may be alternately supplied in the direction of the outer zone Z2 of the substrate 1 using the second main supply line 45.

그러므로, 상기 기판(1)의 상기 이너 존(Z1)과 상기 아우터 존(Z2)에 각각 독립적으로 가스들을 공급할 수 있어서 상기 기판(1)의 상기 이너 존(Z1)과 상기 아우터 존(Z2) 간의 공정 편차를 줄여서 패턴 형성의 정밀도와 신뢰도를 향상시킬 수 있고, 이로 인하여 동일한 공정 챔버를 이용하여 보다 넓은 프로세스 윈도우(process window)를 가짐으로써 공정 마진을 넓혀서 낮은 선택비는 물론이고, 높은 선택비를 갖는 다양한 종류의 기판에 대한 대응을 가능하게 할 수 있다.Therefore, gases can be supplied to the inner zone (Z1) and the outer zone (Z2) of the substrate (1), respectively, so that between the inner zone (Z1) and the outer zone (Z2) of the substrate (1) It is possible to improve the precision and reliability of pattern formation by reducing the process deviation, and thus, the process margin is widened by using the same process chamber to have a wider process window, thereby providing a low selectivity as well as a high selectivity. It is possible to respond to various types of substrates.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 ALD 박막 증착 장치(500)의 이너 존 가스 공급부(30) 및 아우터 존 가스 공급부(40)를 나타내는 사시도이다.6 is a perspective view illustrating an inner zone gas supply unit 30 and an outer zone gas supply unit 40 of the ALD thin film deposition apparatus 500 according to another embodiment of the present invention.

예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 가스 공급 라인은, 상기 중심 유로(32)를 둘러싸는 형상으로 형성되고, 하면에 상기 경사 유로(42)와 연결되는 다수 개의 가스 배출구(H3)가 형성되고, 상면에 가스가 유입되는 다수 개의 가스 유입구(H4)가 형성되는 상부 환형 유로(43)와, 제 9 ALD 밸브(V9)가 설치되고, 소스 가스 저장소(SG)와 연결되어 상기 상부 환형 유로(43)에 제 2 소스 가스를 공급하는 제 2 소스 가스 공급 라인(49)과, 제 10 ALD 밸브(V10)가 설치되고, 반응 가스 저장소(RG)와 연결되어 상기 상부 환형 유로(43)에 제 2 반응 가스를 공급하는 제 2 반응 가스 공급 라인(50)과, 제 11 제어 밸브(V11)가 설치되고, 상기 제 2 소스 가스 공급 라인(49)에 상기 제 2 퍼지 가스를 공급하는 제 2-1 퍼지 가스 공급 라인(51) 및 제 12 제어 밸브(V12)가 설치되고, 상기 제 2 반응 가스 공급 라인(50)에 상기 제 2 퍼지 가스를 공급하는 제 2-2 퍼지 가스 공급 라인(52)을 포함할 수 있다.For example, as shown in FIG. 6, the second gas supply line is formed in a shape surrounding the central flow path 32, and a plurality of gas outlets H3 connected to the inclined flow path 42 at a lower surface thereof. Is formed, a plurality of gas inlets (H4) are formed on the upper surface of the upper annular flow path 43, the ninth ALD valve (V9) is installed, and connected to the source gas storage (SG) A second source gas supply line 49 for supplying a second source gas to the annular flow path 43 and a tenth ALD valve V10 are installed, and are connected to the reaction gas storage RG, so that the upper annular flow path 43 ), a second reaction gas supply line 50 for supplying a second reaction gas and an eleventh control valve V11 to supply the second purge gas to the second source gas supply line 49 A 2-2 purge gas supply line provided with a 2-1 purge gas supply line 51 and a twelfth control valve V12 and supplying the second purge gas to the second reactive gas supply line 50 (52) may be included.

여기서, 상기 제 2 소스 가스 공급 라인(49)은 상기 상부 환형 유로(43)의 복수개의 상기 가스 유입구(H4)들 중 일부분과 각각 연결되도록 분지된 제 2-1 소스 가스 공급 라인(491) 및 제 2-2 소스 가스 공급 라인(492)을 포함할 수 있고, 상기 제 2 반응 가스 공급 라인(50)은 상기 상부 환형 유로(43)의 복수개의 상기 가스 유입구(H4)들 중 타부분과 각각 연결되도록 분지된 제 2-1 반응 가스 공급 라인(501) 및 제 2-2 반응 가스 공급 라인(502)을 포함할 수 있다.Here, the second source gas supply line 49 is a 2-1 source gas supply line 491 branched to be respectively connected to a portion of the plurality of gas inlets H4 of the upper annular flow path 43, and A 2-2 source gas supply line 492 may be included, and the second reactive gas supply line 50 may correspond to the other portion of the plurality of gas inlets H4 of the upper annular flow path 43, respectively. A 2-1 reactive gas supply line 501 and a 2-2 reactive gas supply line 502 branched to be connected may be included.

따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 소스 가스와 상기 제 2 반응 가스가 각각 동일한 경로를 통해서 2 갈래로 분지되어 상기 상부 환형 유로(43)로 균등하게 유입될 수도 있고, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 소스 가스와 상기 제 2 반응 가스가 각각 별도의 경로를 통해서 2 갈래씩 총 4 갈래로 교차 분지되어 상기 상부 환형 유로(43)로 더욱 균등하게 유입될 수 있다. 그러나, 이에 반드시 국한되지 않고, 매우 다양한 경로를 통해 상기 상부 환형 유로(43)로 유입되게 할 수 있다.Accordingly, as shown in FIG. 5, the second source gas and the second reaction gas may be branched into two branches through the same path, respectively, and evenly flow into the upper annular flow path 43, and FIG. As shown, the second source gas and the second reaction gas are cross-branched into a total of 4 branches by 2 branches through separate paths, respectively, so that they may be more evenly introduced into the upper annular flow path 43. However, the present invention is not limited thereto and may be introduced into the upper annular flow path 43 through a wide variety of paths.

도 7은 도 1의 ALD 박막 증착 장치(100)의 경사 유로(42)를 나타내는 평면도이고, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 ALD 박막 증착 장치(600)의 경사 유로(42)를 나타내는 평면도이고, 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 ALD 박막 증착 장치(700)의 하부 환형 유로(41)를 나타내는 평면도이다.7 is a plan view showing an inclined channel 42 of the ALD thin film deposition apparatus 100 of FIG. 1, and FIG. 8 is a view showing an inclined channel 42 of the ALD thin film deposition apparatus 600 according to another embodiment of the present invention. 9 is a plan view showing the lower annular flow path 41 of the ALD thin film deposition apparatus 700 according to another embodiment of the present invention.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 예컨대, 상기 하부 환형 유로(41)는, 상기 중심 유로(32)의 축을 중심으로 일정한 거리에 형성되는 전체적으로 원형인 원형링 유로(411)일 수 있다. 그러나, 이에 반드시 국한되지 않고, 공정 환경이나 장비 환경 등에 따라서, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 하부 환형 유로(41)는 상기 중심 유로(32)의 축을 중심으로 일정한 거리에 형성되는 부분적으로 원형인 부분링 유로(412)일 수 있다.As shown in FIGS. 7 and 8, for example, the lower annular flow path 41 may be a generally circular circular ring flow path 411 formed at a predetermined distance around the axis of the central flow path 32. However, the present invention is not limited thereto, and according to a process environment or equipment environment, as shown in FIG. 8, the lower annular flow path 41 is partially circular formed at a certain distance around the axis of the central flow path 32. It may be a partial ring flow path 412.

또한, 예컨대, 도 7 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 경사 유로(42)는, 상기 중심 유로(32)를 기준으로 방사 형태로 배치되는 일자형 직선 유로(421)일 수 있다. 그러나, 이에 반드시 국한되지 않고, 공정 환경이나 장비 환경 등에 따라서, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 중심 유로(32)를 기준으로 방사 형태로 배치되고, 가스를 보다 균일하게 분산시킬 수 있도록 복수개(도면에서는 2 갈래)로 분지된 형태의 분지 유로(422)일 수 있다In addition, for example, as shown in FIGS. 7 and 9, the inclined flow path 42 may be a straight straight flow path 421 disposed in a radial shape with respect to the center flow path 32. However, it is not necessarily limited thereto, and as shown in FIG. 8, depending on a process environment or equipment environment, a plurality of () are arranged in a radial form with respect to the central flow path 32, so that gas can be more evenly distributed ( In the drawing, it may be a branch flow path 422 branched into two branches).

여기서, 이러한 상기 유로들의 형상은 공정 종류 및 사용되는 가스에 따라 최소 요구되는 퍼지 시간 및 퍼지 속도가 다르기 때문에 각 케이스 마다 짧은 퍼지시간을 유지하고 박막의 공정 산포를 좋게 하기 위하여 예컨대, 도6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 다양한 실시예 중에서 선택적으로 적용될 수 있다.Here, since the shape of the flow paths differs in the minimum required purge time and purge speed according to the type of process and the gas used, in order to maintain a short purge time for each case and to improve the process distribution of the thin film, for example, FIGS. As shown in Fig. 9, it may be selectively applied among various embodiments.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those of ordinary skill in the art will appreciate that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

1: 기판
10: 공정 챔버
20: 기판 지지부
30: 이너 존 가스 공급부
31: 샤워 헤드
32: 중심 유로
40: 아우터 존 가스 공급부
41: 하부 환형 유로
42: 경사 유로
43: 상부 환형 유로
70: 영역 구획 격벽
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700: ALD 박막 증착 장치1: substrate
10: process chamber
20: substrate support
30: inner zone gas supply
31: shower head
32: center euro
40: outer zone gas supply
41: lower annular flow path
42: slope euro
43: upper annular flow path
70: zone partition bulkhead
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700: ALD thin film deposition apparatus

Claims (16)

박막을 증착하기 위한 반응 공간이 형성되는 공정 챔버;
상기 공정 챔버에 설치되고 기판을 지지하는 기판 지지부;
상기 기판의 이너 존(inner zone)으로 적어도 하나 이상의 제 1 가스가 공급될 수 있도록 상기 공정 챔버에 설치되는 이너 존 가스 공급부; 및
상기 기판의 상기 이너 존을 둘러싸는 테두리 영역인 상기 기판의 아우터 존(outer zone)으로 적어도 하나 이상의 제 2 가스가 공급될 수 있도록 상기 공정 챔버에 설치되는 아우터 존 가스 공급부;
를 포함하고,
상기 이너 존 가스 공급부는,
내부에 가스 확산 영역이 형성되도록 상부에 탑 플레이트가 설치되고, 하부에 분사판이 형성되는 샤워 헤드;
상기 기판의 상기 이너 존과 대응되도록 상기 샤워 헤드의 상기 탑 플레이트의 중심부에 수직으로 형성되고, 상기 가스 확산 영역으로 상기 제 1 가스가 공급되도록 형성되는 중심 유로; 및
상기 중심 유로와 연결되고, 상기 제 1 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 라인;
을 포함하고,
상기 아우터 존 가스 공급부는,
상기 기판의 상기 아우터 존과 대응되도록 상기 샤워 헤드의 상기 탑 플레이트에 상기 중심 유로를 둘러싸는 형상으로 형성되고, 하면에 다수 개의 가스 배출구가 형성되며, 상면에 다수 개의 가스 유입구가 형성되어, 상기 가스 확산 영역으로 상기 제 2 가스가 공급되도록 형성되는 하부 환형 유로; 및
상기 하부 환형 유로와 연결되고, 상기 제 2 가스를 공급하는 제 2 가스 공급 라인;
을 포함하는, ALD 박막 증착 장치.A process chamber in which a reaction space for depositing a thin film is formed;
A substrate support part installed in the process chamber and supporting a substrate;
An inner zone gas supply unit installed in the process chamber to supply at least one first gas to an inner zone of the substrate; And
An outer zone gas supply unit installed in the process chamber to supply at least one second gas to an outer zone of the substrate, which is an edge region surrounding the inner zone of the substrate;
Including,
The inner zone gas supply unit,
A shower head having a top plate installed at an upper portion and a spray plate formed at a lower portion to form a gas diffusion region therein;
A central flow path formed perpendicular to the center of the top plate of the shower head so as to correspond to the inner zone of the substrate and configured to supply the first gas to the gas diffusion region; And
A first gas supply line connected to the center passage and supplying the first gas;
Including,
The outer zone gas supply unit,
It is formed in a shape surrounding the central flow path in the top plate of the shower head so as to correspond to the outer zone of the substrate, a plurality of gas outlets are formed on a lower surface, a plurality of gas inlets are formed on the upper surface, and the gas A lower annular flow path formed to supply the second gas to the diffusion region; And
A second gas supply line connected to the lower annular flow path and supplying the second gas;
Containing, ALD thin film deposition apparatus. 제 1 항에 있어서,
상기 기판에 원자층 증착이 가능하도록 상기 이너 존 가스 공급부는, 상기 기판의 상기 이너 존으로 제 1 소스 가스 라인, 제 1 반응 가스 라인 및 제 1 퍼지 가스 라인이 연결되고, 상기 아우터 존 가스 공급부는, 상기 기판의 상기 아우터 존으로 제 2 소스 가스 라인, 제 2 반응 가스 라인 및 제 2 퍼지 가스 라인이 연결되는, ALD 박막 증착 장치.The method of claim 1,
The inner zone gas supply unit includes a first source gas line, a first reaction gas line, and a first purge gas line connected to the inner zone of the substrate to enable atomic layer deposition on the substrate, and the outer zone gas supply unit And a second source gas line, a second reaction gas line, and a second purge gas line connected to the outer zone of the substrate. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 가스 공급 라인은,
상기 중심 유로와 연결되는 제 1 메인 공급 라인;
제 1 ALD 밸브가 설치되고, 소스 가스 저장소와 연결되어 상기 제 1 메인 공급 라인에 제 1 소스 가스를 공급하는 제 1 소스 가스 공급 라인;
제 2 ALD 밸브가 설치되고, 반응 가스 저장소와 연결되어 상기 제 1 메인 공급 라인에 제 1 반응 가스를 공급하는 제 1 반응 가스 공급 라인; 및
퍼지 가스 저장소와 연결되어 상기 제 1 메인 공급 라인에 제 1 퍼지 가스를 공급하는 제 1 퍼지 가스 공급 라인;
을 포함하는, ALD 박막 증착 장치.The method of claim 1,
The first gas supply line,
A first main supply line connected to the central flow path;
A first source gas supply line having a first ALD valve installed and connected to a source gas reservoir to supply a first source gas to the first main supply line;
A first reactive gas supply line having a second ALD valve installed and connected to a reactive gas reservoir to supply a first reactive gas to the first main supply line; And
A first purge gas supply line connected to the purge gas reservoir to supply a first purge gas to the first main supply line;
Containing, ALD thin film deposition apparatus. 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 퍼지 가스 공급 라인은,
제 3 제어 밸브가 설치되고, 상기 제 1 소스 가스 공급 라인에 상기 제 1 퍼지 가스를 공급하는 제 1-1 퍼지 가스 공급 라인; 및
제 4 제어 밸브가 설치되고, 상기 제 1 반응 가스 공급 라인에 상기 제 1 퍼지 가스를 공급하는 제 1-2 퍼지 가스 공급 라인;
을 포함하는, ALD 박막 증착 장치.The method of claim 4,
The first purge gas supply line,
A first purge gas supply line having a third control valve installed and supplying the first purge gas to the first source gas supply line; And
A second purge gas supply line provided with a fourth control valve and supplying the first purge gas to the first reactive gas supply line;
Containing, ALD thin film deposition apparatus. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 하부 환형 유로는, 상기 중심 유로의 축을 중심으로 일정한 거리에 형성되는 전체적으로 원형인 원형링 유로 또는 부분적으로 원형인 부분링 유로인, ALD 박막 증착 장치.The method of claim 1,
The lower annular flow path is a generally circular circular ring flow path formed at a predetermined distance from an axis of the central flow path or a partially circular partial ring flow path, ALD thin film deposition apparatus. 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 가스 공급 라인은,
상기 하부 환형 유로의 상기 가스 유입구와 연결되고, 상기 가스 유입구로부터 상기 중심 유로 방향으로 기울어지게 형성되는 다수 개의 경사 유로;
를 포함하는, ALD 박막 증착 장치.The method of claim 1,
The second gas supply line,
A plurality of inclined passages connected to the gas inlet of the lower annular passage and formed to be inclined from the gas inlet toward the center passage;
Containing, ALD thin film deposition apparatus. 제 8 항에 있어서,
상기 경사 유로는, 상기 중심 유로를 기준으로 방사 형태로 배치되는 일자형 직선 유로 또는 복수개로 분지된 형태의 분지 유로인, ALD 박막 증착 장치.The method of claim 8,
The inclined flow path is a straight straight flow path arranged in a radial form with respect to the center flow path or a branch flow path having a plurality of branches. 제 8 항에 있어서,
상기 하부 환형 유로의 상기 가스 배출구와 이웃하는 가스 배출구 사이의 중간 지점의 상방에 상기 가스 유입구가 형성되는, ALD 박막 증착 장치.The method of claim 8,
The ALD thin film deposition apparatus, wherein the gas inlet is formed above an intermediate point between the gas outlet of the lower annular flow path and an adjacent gas outlet. 제 8 항에 있어서,
상기 제 2 가스 공급 라인은,
상기 중심 유로를 둘러싸는 형상으로 형성되고, 하면에 상기 경사 유로와 연결되는 다수 개의 가스 배출구가 형성되고, 상면에 가스가 유입되는 다수 개의 가스 유입구가 형성되는 상부 환형 유로;
상기 가스 유입구와 연결되는 제 2 메인 공급 라인;
제 5 ALD 밸브가 설치되고, 소스 가스 저장소와 연결되어 상기 제 2 메인 공급 라인에 제 2 소스 가스를 공급하는 제 2 소스 가스 공급 라인;
제 6 ALD 밸브가 설치되고, 반응 가스 저장소와 연결되어 상기 제 2 메인 공급 라인에 제 2 반응 가스를 공급하는 제 2 반응 가스 공급 라인; 및
퍼지 가스 저장소와 연결되어 상기 제 2 메인 공급 라인에 제 2 퍼지 가스를 공급하는 제 2 퍼지 가스 공급 라인;
을 포함하는, ALD 박막 증착 장치.The method of claim 8,
The second gas supply line,
An upper annular passage formed in a shape surrounding the central passage, a plurality of gas outlets connected to the inclined passages formed on a lower surface thereof, and a plurality of gas inlets through which gas is introduced into an upper surface;
A second main supply line connected to the gas inlet;
A second source gas supply line having a fifth ALD valve installed and connected to a source gas reservoir to supply a second source gas to the second main supply line;
A second reaction gas supply line having a sixth ALD valve installed and connected to the reaction gas reservoir to supply a second reaction gas to the second main supply line; And
A second purge gas supply line connected to the purge gas storage to supply a second purge gas to the second main supply line;
Containing, ALD thin film deposition apparatus. 제 11 항에 있어서,
상기 상부 환형 유로의 상기 가스 배출구와 이웃하는 가스 배출구 사이의 중간 지점의 상방에 상기 가스 유입구가 형성되고,
상기 제 2 메인 공급 라인은 상기 상부 환형 유로의 복수개의 상기 가스 유입구와 각각 연결되도록 분지된 제 2-1 메인 공급 라인 및 제 2-2 메인 공급 라인을 포함하는, ALD 박막 증착 장치.The method of claim 11,
The gas inlet is formed above an intermediate point between the gas outlet of the upper annular flow path and an adjacent gas outlet,
The second main supply line includes a 2-1 main supply line and a 2-2 main supply line branched to be respectively connected to the plurality of gas inlets of the upper annular flow path. 제 11 항에 있어서,
상기 제 2 퍼지 가스 공급 라인은,
제 7 제어 밸브가 설치되고, 상기 제 2 소스 가스 공급 라인에 상기 제 2 퍼지 가스를 공급하는 제 2-1 퍼지 가스 공급 라인; 및
제 8 제어 밸브가 설치되고, 상기 제 2 반응 가스 공급 라인에 상기 제 2 퍼지 가스를 공급하는 제 2-2 퍼지 가스 공급 라인;
을 포함하는, ALD 박막 증착 장치.The method of claim 11,
The second purge gas supply line,
A 2-1 purge gas supply line having a seventh control valve installed and supplying the second purge gas to the second source gas supply line; And
A 2-2 purge gas supply line having an eighth control valve installed and supplying the second purge gas to the second reaction gas supply line;
Containing, ALD thin film deposition apparatus. 제 11 항에 있어서,
상기 제 2 가스 공급 라인은,
상기 중심 유로를 둘러싸는 형상으로 형성되고, 하면에 상기 경사 유로와 연결되는 다수 개의 가스 배출구가 형성되고, 상면에 가스가 유입되는 다수 개의 가스 유입구가 형성되는 상부 환형 유로;
제 9 ALD 밸브가 설치되고, 소스 가스 저장소와 연결되어 상기 상부 환형 유로에 제 2 소스 가스를 공급하는 제 2 소스 가스 공급 라인;
제 10 ALD 밸브가 설치되고, 반응 가스 저장소와 연결되어 상기 상부 환형 유로에 제 2 반응 가스를 공급하는 제 2 반응 가스 공급 라인;
제 11 제어 밸브가 설치되고, 상기 제 2 소스 가스 공급 라인에 상기 제 2 퍼지 가스를 공급하는 제 2-1 퍼지 가스 공급 라인; 및
제 12 제어 밸브가 설치되고, 상기 제 2 반응 가스 공급 라인에 상기 제 2 퍼지 가스를 공급하는 제 2-2 퍼지 가스 공급 라인;
을 포함하는, ALD 박막 증착 장치.The method of claim 11,
The second gas supply line,
An upper annular passage formed in a shape surrounding the central passage, a plurality of gas outlets connected to the inclined passages formed on a lower surface thereof, and a plurality of gas inlets through which gas is introduced into an upper surface;
A second source gas supply line having a ninth ALD valve installed and connected to a source gas reservoir to supply a second source gas to the upper annular flow path;
A second reaction gas supply line having a tenth ALD valve installed and connected to a reaction gas reservoir to supply a second reaction gas to the upper annular flow path;
A 2-1 purge gas supply line having an eleventh control valve installed and supplying the second purge gas to the second source gas supply line; And
A 2-2 purge gas supply line provided with a twelfth control valve and supplying the second purge gas to the second reaction gas supply line;
Containing, ALD thin film deposition apparatus. 제 14 항에 있어서,
상기 제 2 소스 가스 공급 라인은 상기 상부 환형 유로의 복수개의 상기 가스 유입구들 중 일부분과 각각 연결되도록 분지된 제 2-1 소스 가스 공급 라인 및 제 2-2 소스 가스 공급 라인을 포함하고,
상기 제 2 반응 가스 공급 라인은 상기 상부 환형 유로의 복수개의 상기 가스 유입구들 중 타부분과 각각 연결되도록 분지된 제 2-1 반응 가스 공급 라인 및 제 2-2 반응 가스 공급 라인을 포함하는, ALD 박막 증착 장치.The method of claim 14,
The second source gas supply line includes a 2-1 source gas supply line and a 2-2 source gas supply line branched so as to be respectively connected to a portion of the plurality of gas inlets of the upper annular flow path,
The second reactive gas supply line includes a 2-1 reactive gas supply line and a 2-2 reactive gas supply line branched to be respectively connected to other portions of the plurality of gas inlets of the upper annular flow path. Thin film deposition apparatus. 제 1 항에 있어서,
상기 샤워 헤드의 상기 가스 확산 영역을 이너 존 대응 영역과 아우터 존 대응 영역으로 구획할 수 있도록 상기 탑 플레이트와 상기 분사판 사이에 영역 구획 격벽이 설치되는, ALD 박막 증착 장치.The method of claim 1,
An ALD thin film deposition apparatus, wherein a region partitioning barrier is provided between the top plate and the spray plate so that the gas diffusion region of the shower head can be divided into an inner zone corresponding region and an outer zone corresponding region.
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