KR102632876B1 - Substrate processing apparatus - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판에 박막을 형성하거나 박막을 식각할 수 있는 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 기판을 처리할 수 있는 처리 공간이 형성되는 공정 챔버와, 적어도 하나의 상기 기판을 지지할 수 있도록 상기 공정 챔버의 상기 처리 공간에 회전 가능하게 구비되는 기판 지지대 및 상기 기판 지지대와 대향되도록 상기 공정 챔버의 상부에 구비되고, 상기 기판 지지대의 회전축을 중심으로 원궤도(Circular orbit)로 이동하는 상기 기판이 복수의 처리 가스 분사 영역을 순차적으로 통과할 수 있도록, 부채꼴 형상으로 형성되어 소스 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스 중 어느 하나의 처리 가스를 분사하는 복수의 가스 분사 유닛이 상기 기판 지지대와 대향되는 대향면에 상기 회전축을 중심으로 방사상으로 이격 배치되는 샤워 헤드를 포함하고, 상기 복수의 가스 분사 유닛 중 상기 퍼지 가스를 분사하는 퍼지 가스 분사 유닛은, 상기 샤워 헤드와 상기 기판 지지대 사이로 분사된 상기 퍼지 가스에 압력 변화 및 유속 변화가 발생하여 상기 퍼지 가스가 빠르게 확산될 수 있도록, 가스 분사면의 적어도 일부분에 오목하게 형성되는 단차부를 포함할 수 있다.The present invention relates to a substrate processing apparatus capable of forming a thin film or etching a thin film on a substrate, comprising a process chamber in which a processing space for processing a substrate is formed, and the process chamber capable of supporting at least one substrate. A substrate support rotatably provided in the processing space, and a plurality of substrates provided at the upper part of the process chamber to face the substrate support and moving in a circular orbit around the rotation axis of the substrate support. A plurality of gas injection units that are formed in a fan shape and spray any one of a source gas, a reaction gas, and a purge gas so as to sequentially pass through the processing gas injection area are disposed on the opposing surface opposite to the substrate support. A purge gas injection unit including a shower head disposed radially spaced apart about a rotation axis, and spraying the purge gas among the plurality of gas injection units, changes the pressure of the purge gas sprayed between the shower head and the substrate support. and a step portion formed concavely in at least a portion of the gas injection surface so that the purge gas can spread quickly due to a change in flow rate.

Description

기판 처리 장치{Substrate processing apparatus}Substrate processing apparatus

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 기판에 박막을 형성하거나 박막을 식각할 수 있는 기판 처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a substrate processing apparatus, and more specifically, to a substrate processing apparatus capable of forming a thin film on a substrate or etching a thin film.

반도체 소자를 제조하기 위해서는 진공 분위기의 공정 챔버를 포함하는 기판 처리 장치에서 각종 공정이 수행된다. 예컨대, 챔버 내에 기판을 로딩하고 기판 상에 박막을 증착하거나 박막을 식각하는 등의 공정이 진행될 수 있다. 여기서, 기판은 공정 챔버 내에 설치된 기판 지지대에 지지되며, 기판 지지대와 대향되도록 기판 지지대의 상부에 설치되는 샤워 헤드를 통해 공정 가스를 기판으로 분사할 수 있다. 한편, 반도체 소자의 스케일이 점차 축소됨에 따라 극박막에 대한 요구가 갈수록 증대되고 있으며, 콘택홀 크기가 감소되면서 단차 도포성(Step coverage)에 대한 문제도 점점 더 심각해지고 있다. 이에 따른 여러 가지 문제점들을 극복할 수 있는 증착 방법으로서 원자층 증착(ALD:Atomic Layer Deposition) 방법이 사용되고 있다.In order to manufacture semiconductor devices, various processes are performed in a substrate processing apparatus including a process chamber in a vacuum atmosphere. For example, processes such as loading a substrate into a chamber and depositing a thin film on the substrate or etching the thin film may be performed. Here, the substrate is supported on a substrate supporter installed in the process chamber, and process gas can be sprayed onto the substrate through a shower head installed on top of the substrate supporter so as to face the substrate supporter. Meanwhile, as the scale of semiconductor devices is gradually reduced, the demand for ultra-thin films is increasing, and as the size of contact holes is reduced, problems with step coverage are becoming more serious. Atomic layer deposition (ALD) is being used as a deposition method that can overcome various problems.

일반적으로, 원자층을 형성하기 위한 기판 처리 장치는, 기판 지지대에 복수의 기판이 안착되고, 샤워 헤드의 중심부에 복수 개의 가스 분사홀이 형성된 원형의 커튼 가스 분사 유닛이 구비되고, 커튼 가스 분사 유닛의 원주방향을 따라 부채꼴과 유사한 형태로서 복수의 가스 분사홀이 형성된 소스 가스 분사 유닛, 퍼지 가스 분사 유닛 및 반응 가스 분사 유닛이 구비될 수 있다. 여기서, 커튼 가스 분사 유닛은, 소스 가스 분사 유닛 및 반응 가스 분사 유닛에서 분사되는 가스가 서로 섞이지 않도록 하는 불활성 가스를 분사하며, 퍼지 가스 분사 유닛은, 반응되지 않고 기판에 잔류하는 소스 가스 또는 반응 가스를 제거할 수 있도록 퍼지 가스를 분사할 수 있다.Generally, a substrate processing apparatus for forming an atomic layer includes a plurality of substrates mounted on a substrate supporter and a circular curtain gas injection unit with a plurality of gas injection holes formed at the center of a shower head. A source gas injection unit, a purge gas injection unit, and a reaction gas injection unit in which a plurality of gas injection holes are formed in a shape similar to a fan along the circumferential direction may be provided. Here, the curtain gas injection unit sprays an inert gas that prevents the gases sprayed from the source gas injection unit and the reaction gas injection unit from mixing with each other, and the purge gas injection unit sprays the source gas or reaction gas that does not react and remains on the substrate. Purge gas can be sprayed to remove .

공개특허공보 제10-2011-0023289호(공개일자: 2011년 3월 8일)Publication of Patent No. 10-2011-0023289 (Publication Date: March 8, 2011)

그러나, 이러한 종래의 기판 처리 장치는, 샤워 헤드의 퍼지 가스 분사 유닛의 가스 분사면이 소스 가스 분사 유닛 및 반응 가스 분사 유닛의 가스 분사면과 같이 평평한(Flat) 구조로서, 샤워 헤드의 퍼지 가스 분사 영역 내에서 분사되는 퍼지 가스의 압력 및 유속이 고르게 형성되어, 퍼지 가스 분사 영역 내에서 퍼지 가스가 일정한 흐름으로 유동함으로써 기판의 퍼지 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.However, in this conventional substrate processing apparatus, the gas injection surface of the purge gas injection unit of the shower head is flat like the gas injection surfaces of the source gas injection unit and the reaction gas injection unit, and the purge gas injection surface of the shower head is flat. The pressure and flow rate of the purge gas injected within the area were uniform, causing the purge gas to flow at a constant flow within the purge gas injection area, resulting in a problem in which the purge efficiency of the substrate was reduced.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 샤워 헤드의 퍼지 가스 분사 영역 내에서 분사되는 퍼지 가스에 압력 변화 및 유속 변화를 발생시켜, 퍼지 가스 분사 영역 내에서 퍼지 가스가 다방향(Multi-direction)으로 유동하면서 빠르게 확산될 수 있도록 유도함으로써 기판의 퍼지 효율을 증가시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The present invention is intended to solve several problems including the problems described above, by generating pressure changes and flow rate changes in the purge gas sprayed within the purge gas spray area of the shower head, so that the purge gas is sprayed within the purge gas spray area. The purpose is to provide a substrate processing device that can increase the purge efficiency of the substrate by inducing rapid diffusion while flowing in multi-direction. However, these tasks are illustrative and do not limit the scope of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판 처리 장치가 제공된다. 상기 기판 처리 장치는, 기판을 처리할 수 있는 처리 공간이 형성되는 공정 챔버; 적어도 하나의 상기 기판을 지지할 수 있도록 상기 공정 챔버의 상기 처리 공간에 회전 가능하게 구비되는 기판 지지대; 및 상기 기판 지지대와 대향되도록 상기 공정 챔버의 상부에 구비되고, 상기 기판 지지대의 회전축을 중심으로 원궤도(Circular orbit)로 이동하는 상기 기판이 복수의 처리 가스 분사 영역을 순차적으로 통과할 수 있도록, 부채꼴 형상으로 형성되어 소스 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스 중 어느 하나의 처리 가스를 분사하는 복수의 가스 분사 유닛이 상기 기판 지지대와 대향되는 대향면에 상기 회전축을 중심으로 방사상으로 이격 배치되는 샤워 헤드;를 포함하고, 상기 복수의 가스 분사 유닛 중 상기 퍼지 가스를 분사하는 퍼지 가스 분사 유닛은, 상기 샤워 헤드와 상기 기판 지지대 사이로 분사된 상기 퍼지 가스에 압력 변화 및 유속 변화가 발생하여 상기 퍼지 가스가 빠르게 확산될 수 있도록, 가스 분사면의 적어도 일부분에 오목하게 형성되는 단차부;를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a substrate processing apparatus is provided. The substrate processing apparatus includes a process chamber in which a processing space for processing a substrate is formed; a substrate supporter rotatably provided in the processing space of the process chamber to support at least one substrate; and is provided at the upper part of the process chamber to face the substrate support, so that the substrate moving in a circular orbit around the rotation axis of the substrate support can sequentially pass through a plurality of processing gas injection areas. a shower head in which a plurality of gas injection units are formed in a fan shape and are radially spaced apart from each other about the rotation axis on an opposing surface facing the substrate supporter to spray any one of a source gas, a reaction gas, and a purge gas; Includes a purge gas injection unit that sprays the purge gas among the plurality of gas injection units, where pressure and flow rate changes occur in the purge gas injected between the shower head and the substrate support, so that the purge gas rapidly It may include a step portion that is concavely formed in at least a portion of the gas injection surface to enable diffusion.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 복수의 가스 분사 유닛은, 상기 소스 가스를 분사하는 소스 가스 분사 유닛; 상기 반응 가스를 분사하는 반응 가스 분사 유닛; 및 상기 소스 가스 분사 유닛과 상기 반응 가스 분사 유닛 사이에 배치되어, 상기 퍼지 가스를 분사하는 상기 퍼지 가스 분사 유닛;을 포함하고, 상기 소스 가스 분사 유닛, 상기 반응 가스 분사 유닛 및 상기 퍼지 가스 분사 유닛은, 내측 원호면과 외측 원호면 및 상기 내측 원호면과 상기 외측 원호면의 양단을 연결하는 두 개의 측면을 가지는 상기 부채꼴 형상으로 형성될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the plurality of gas injection units include: a source gas injection unit that sprays the source gas; a reaction gas injection unit that sprays the reaction gas; and the purge gas injection unit disposed between the source gas injection unit and the reaction gas injection unit to spray the purge gas, wherein the source gas injection unit, the reaction gas injection unit, and the purge gas injection unit. It may be formed in the fan shape having an inner arcuate surface, an outer arcuate surface, and two sides connecting both ends of the inner arcuate surface and the outer arcuate surface.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 퍼지 가스 분사 유닛은, 상기 부채꼴 형상의 상기 두 개의 측면 중 어느 하나의 측면을 따라 상기 내측 원호면으로부터 상기 외측 원호면을 향해서 일정한 폭으로 연장되게 형성되고, 복수의 가스 분사홀부가 형성되는 제 1 가스 분사부; 및 상기 부채꼴 형상의 상기 두 개의 측면 중 다른 하나의 측면을 따라 상기 내측 원호면으로부터 상기 외측 원호면을 향해서 일정한 폭으로 연장되게 형성되고, 복수의 상기 가스 분사홀부가 형성되는 제 2 가스 분사부;를 포함하고, 상기 단차부는, 상기 제 1 가스 분사부와 상기 제 2 가스 분사부 사이에 상기 가스 분사면으로부터 오목하게 형성되고, 상기 내측 원호면으로부터 일정 거리 이격된 지점부터 형성되어 상기 내측 원호면으로부터 상기 외측 원호면 방향으로 갈수록 폭이 넓어지게 형성될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the purge gas injection unit is formed to extend at a constant width from the inner arcuate surface toward the outer arcuate surface along one of the two sides of the fan shape, a first gas injection unit in which a plurality of gas injection holes are formed; and a second gas injection portion extending at a constant width from the inner arcuate surface toward the outer arcuate surface along the other of the two sides of the fan shape and having a plurality of gas injection hole portions. It includes, wherein the step portion is formed between the first gas injection portion and the second gas injection portion to be concave from the gas injection surface, and is formed from a point spaced apart from the inner arcuate surface by a predetermined distance to form the inner arcuate surface. It may be formed to become wider as it goes toward the outer arcuate surface.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 퍼지 가스 분사 유닛은, 상기 부채꼴 형상의 중심선을 따라 상기 내측 원호면으로부터 상기 외측 원호면을 향해서 일정한 폭으로 연장되게 형성되고, 복수의 상기 가스 분사홀부가 형성되는 제 3 가스 분사부;를 포함하고, 상기 단차부는, 상기 제 1 가스 분사부와 상기 제 3 가스 분사부 사이에 상기 가스 분사면으로부터 오목하게 형성되고, 상기 내측 원호면으로부터 일정 거리 이격된 지점부터 형성되어 상기 내측 원호면으로부터 상기 외측 원호면 방향으로 갈수록 폭이 넓어지게 형성되는 제 1 단차부; 및 상기 제 2 가스 분사부와 상기 제 3 가스 분사부 사이에 상기 가스 분사면으로부터 오목하게 형성되고, 상기 내측 원호면으로부터 일정 거리 이격된 지점부터 형성되어 상기 내측 원호면으로부터 상기 외측 원호면 방향으로 갈수록 폭이 넓어지게 형성되는 제 2 단차부;를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the purge gas injection unit is formed to extend at a constant width from the inner arcuate surface toward the outer arcuate surface along the center line of the fan shape, and a plurality of the gas injection hole portions are formed. and a third gas injection portion, wherein the step portion is formed concavely from the gas injection surface between the first gas injection portion and the third gas injection portion, and is located at a point spaced apart from the inner arcuate surface by a predetermined distance. a first step formed from the inner arcuate surface to become wider in width from the inner arcuate surface to the outer arcuate surface; and is formed between the second gas injection portion and the third gas injection portion to be concave from the gas injection surface, and is formed from a point spaced a predetermined distance away from the inner arcuate surface in the direction from the inner arcuate surface to the outer arcuate surface. It may include a second step portion that is formed to gradually become wider.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 기판 지지대는, 복수개의 상기 기판이 상기 회전축을 기준으로 원주 방향을 따라 배치되어, 상기 기판이 상기 회전축을 중심으로 원궤도로 이동하여 상기 기판의 이동 경로가 상기 기판 지름 만큼의 폭을 가지는 환형(Ring shape)으로 형성되고, 상기 단차부는, 적어도 일부분이 상기 기판의 상기 이동 경로와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in the substrate support, a plurality of the substrates are arranged along the circumferential direction with respect to the rotation axis, so that the substrate moves in a circular orbit around the rotation axis, so that the movement path of the substrate is It is formed in a ring shape with a width equal to the diameter of the substrate, and at least a portion of the stepped portion may be formed at a position corresponding to the movement path of the substrate.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 단차부는, 상기 이동 경로를 따라 이동하는 상기 기판의 폭 방향으로 상기 이동 경로와 적어도 3 분의 2(2/3) 이상 중첩되는 위치에 형성될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the step portion may be formed at a position that overlaps the movement path by at least two-thirds (2/3) in the width direction of the substrate moving along the movement path.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 퍼지 가스 분사 유닛은, 상기 부채꼴 형상으로 형성되어 상면이 상기 샤워 헤드에 결합되는 미드 플레이트; 상기 부채꼴 형상으로 형성되어 하면에 상기 제 1 가스 분사부와 상기 제 2 가스 분사부 및 상기 단차부가 형성되고, 상기 제 1 가스 분사부 및 상기 제 2 가스 분사부의 형상과 대응되는 형상으로 오목부가 형성되는 상면이 상기 미드 플레이트의 하면에 결합되는 엔드 플레이트; 및 상기 오목부와 대응되는 형상으로 형성되어 상기 엔드 플레이트의 상기 오목부에 결합되고, 상기 제 1 가스 분사부 및 상기 제 2 가스 분사부에서 상기 퍼지 가스가 고르게 분사될 수 있도록, 상기 오목부에서 가스 확산 공간을 형성하여 상기 가스 확산 공간의 전영역으로 상기 퍼지 가스를 고르게 확산 시키는 확산 플레이트;를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the purge gas injection unit includes: a mid plate formed in the fan shape and having an upper surface coupled to the shower head; It is formed in the shape of a fan, so that the first gas injection part, the second gas injection part, and the step part are formed on the lower surface, and a concave part is formed in a shape corresponding to the shape of the first gas injection part and the second gas injection part. an end plate whose upper surface is coupled to the lower surface of the mid plate; and is formed in a shape corresponding to the concave portion and is coupled to the concave portion of the end plate, so that the purge gas can be evenly sprayed from the first gas injection portion and the second gas injection portion, in the concave portion. It may include a diffusion plate that forms a gas diffusion space and evenly diffuses the purge gas into the entire area of the gas diffusion space.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치에 따르면, 퍼지 가스 분사 유닛의 가스 분사면에 오목하게 형성되는 단차부가 형성되어, 샤워 헤드의 퍼지 가스 분사 영역 내에서 분사되는 퍼지 가스에 압력 변화 및 유속 변화를 발생시킬 수 있다.According to the substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention as described above, a concave step is formed on the gas injection surface of the purge gas injection unit, and the purge gas is injected within the purge gas injection area of the shower head. It can cause pressure changes and flow rate changes.

이에 따라, 샤워 헤드의 퍼지 가스 분사 영역 내에서 퍼지 가스가 다방향(Multi-direction)으로 유동하면서 빠르게 확산될 수 있도록 유도함으로써, 퍼지 가스가 확산되는 속도가 빨라지면서 확산되는 공간 또한 증가시켜 기판의 퍼지 효율을 극대화 시킬 수 있는 기판 처리 장치를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것을 아니다.Accordingly, by inducing the purge gas to flow in multi-direction and spread quickly within the purge gas injection area of the shower head, the diffusion speed of the purge gas increases and the diffusion space also increases, thereby increasing the diffusion space of the substrate. A substrate processing device that can maximize purge efficiency can be implemented. Of course, the scope of the present invention is not limited by this effect.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치의 샤워 헤드를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 도 2의 샤워 헤드의 퍼지 가스 분사 유닛의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도들 및 단면도이다.
도 6은 도 5의 단면 Ⅵ-Ⅵ을 나타내는 단면도이다.
도 7 및 도 8은 도 2의 샤워 헤드의 퍼지 가스 분사 유닛의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도들이다.
도 9는 도 2의 샤워 헤드의 퍼지 가스 분사 유닛의 퍼지 가스 분사 영역 내에서 퍼지 가스의 유동을 해석한 결과를 나타내는 이미지이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the shower head of the substrate processing apparatus of FIG. 1.
3 to 5 are perspective views and cross-sectional views schematically showing an embodiment of the purge gas injection unit of the shower head of FIG. 2.
FIG. 6 is a cross-sectional view taken along section VI-VI of FIG. 5.
FIGS. 7 and 8 are perspective views schematically showing another embodiment of the purge gas injection unit of the shower head of FIG. 2.
FIG. 9 is an image showing the results of analyzing the flow of purge gas within the purge gas injection area of the purge gas injection unit of the shower head of FIG. 2.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, various preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached 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 explain the present invention to those skilled in the art, and the following examples may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is as follows. It is not limited to examples. Rather, these embodiments are provided to make the present disclosure more faithful and complete and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Additionally, the thickness and size of each layer in the drawings are exaggerated for convenience and clarity of explanation.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will now be described with reference to drawings that schematically show ideal embodiments of the present invention. In the drawings, variations of the depicted shape may be expected, for example, depending on manufacturing technology and/or tolerances. Accordingly, embodiments of the present invention should not be construed as being limited to the specific shape of the area shown in this specification, but should include, for example, changes in shape resulting from manufacturing.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(1000)를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 기판 처리 장치(1000)의 샤워 헤드(300)를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 그리고, 도 3 내지 도 5는 도 2의 샤워 헤드(300)의 퍼지 가스 분사 유닛(340)의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도들 및 단면도이고, 도 6은 도 5의 단면 Ⅵ-Ⅵ을 나타내는 단면도이다. 또한, 도 7 및 도 8은 도 2의 샤워 헤드(300)의 퍼지 가스 분사 유닛(340)의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도들이다.FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a substrate processing apparatus 1000 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the shower head 300 of the substrate processing apparatus 1000 of FIG. 1 . 3 to 5 are perspective views and cross-sectional views schematically showing an embodiment of the purge gas injection unit 340 of the shower head 300 of FIG. 2, and FIG. 6 shows cross-section VI-VI of FIG. 5. This is a cross-sectional view. Additionally, FIGS. 7 and 8 are perspective views schematically showing another embodiment of the purge gas injection unit 340 of the shower head 300 of FIG. 2.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(1000)는, 크게, 공정 챔버(100)와, 기판 지지대(200) 및 샤워 헤드(300)를 포함할 수 있다.First, as shown in FIG. 1, the substrate processing apparatus 1000 according to an embodiment of the present invention may largely include a process chamber 100, a substrate support 200, and a shower head 300. there is.

도 1에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(100)는, 기판(S)을 처리할 수 있는 처리 공간(A)이 형성되는 챔버 몸체(110)를 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 챔버 몸체(110)는, 내부에 원형 또는 사각 형상으로 형성되는 처리 공간(A)이 형성되어, 처리 공간(A)에 설치된 기판 지지대(200)에 지지되는 기판(S) 상에 박막을 증착하거나 박막을 식각하는 등의 공정이 진행될 수 있다.As shown in FIG. 1, the process chamber 100 may include a chamber body 110 in which a processing space A capable of processing a substrate S is formed. More specifically, the chamber body 110 has a processing space (A) formed in a circular or square shape inside, and supports the substrate (S) supported on the substrate supporter (200) installed in the processing space (A). Processes such as depositing a thin film or etching a thin film may be performed.

또한, 챔버 몸체(110)의 하측에는 기판 지지대(200)를 둘러싸는 형상으로 복수개의 배기 포트(E)가 설치될 수 있다. 배기 포트(E)는, 배관을 통하여 공정 챔버(100) 외부에 설치된 진공 펌프와 연결되어, 공정 챔버(100)의 처리 공간(A) 내부의 공기를 흡입함으로써, 처리 공간(A) 내부의 각종 처리 가스를 배기시키거나 처리 공간(A) 내부에 진공 분위기를 형성할 수 있다.Additionally, a plurality of exhaust ports E may be installed on the lower side of the chamber body 110 in a shape surrounding the substrate support 200. The exhaust port (E) is connected to a vacuum pump installed outside the process chamber 100 through a pipe and sucks air inside the processing space (A) of the process chamber 100, thereby allowing various types of air inside the processing space (A) to be removed. The processing gas can be exhausted or a vacuum atmosphere can be formed inside the processing space (A).

또한, 챔버 몸체(110)의 측면에는 기판(S)을 처리 공간(A)으로 로딩 또는 언로딩할 수 있는 통로인 게이트(G)가 형성될 수 있다. 아울러, 상방이 개방된 챔버 몸체(110)의 처리 공간(A)을 탑 리드(120)에 의해 폐쇄할 수 있다.Additionally, a gate (G), which is a passage through which the substrate (S) can be loaded or unloaded into the processing space (A), may be formed on the side of the chamber body 110. In addition, the processing space A of the chamber body 110, which is open at the top, can be closed by the top lid 120.

도 1에 도시된 바와 같이, 기판 지지대(200)는, 적어도 하나의 기판(S)을 지지할 수 있도록 공정 챔버(100)의 처리 공간(A)에 구비되어 공정 챔버(100)의 중심축과 일치하는 회전축(C)을 기준으로 회전 가능하게 설치될 수 있다. 예컨대, 기판 지지대(200)는, 기판(S)을 지지할 수 있는 서셉터나 테이블 등의 기판 지지 구조체일 수 있다. 이때, 후술될 샤워 헤드(300)는, 기판 지지대(200)와 대향되도록 공정 챔버(100)의 상부에 구비되어 기판 지지대(200)를 향해 소스 가스 및 반응 가스 등 각종 처리 가스를 분사할 수 있다.As shown in FIG. 1, the substrate support 200 is provided in the processing space A of the process chamber 100 to support at least one substrate S and is aligned with the central axis of the process chamber 100. It can be installed rotatably based on the matching rotation axis (C). For example, the substrate support 200 may be a substrate support structure such as a susceptor or table that can support the substrate S. At this time, the shower head 300, which will be described later, is provided at the upper part of the process chamber 100 to face the substrate support 200 and can spray various processing gases, such as source gas and reaction gas, toward the substrate support 200. .

예컨대, 기판 지지대(200)는, 공정 챔버(100)의 처리 공간(A)에 회전 가능하게 설치될 수 있도록 원판 형상으로 형성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 기판 지지대(200)는, 공정 온도로 가열되어 포켓 홈(210)에 안착되는 기판(S)을 가열시키는 히터를 구비하여, 포켓 홈(210)에 안착되는 기판(S)을 박막을 증착하는 공정 또는 박막을 식각하는 공정이 가능한 공정 온도로 가열시킬 수 있다. 이러한, 기판 지지대(200)의 포켓 홈(210)은, 기판 지지대(200)에 복수의 기판(S)이 안착될 수 있도록, 기판 지지대(200)의 회전축(C)을 중심으로 복수개가 기판 지지대(200)의 원주 방향을 따라 배치될 수 있다.For example, the substrate support 200 may be formed in a disk shape so that it can be rotatably installed in the processing space A of the process chamber 100. More specifically, the substrate support 200 is equipped with a heater that is heated to the process temperature and heats the substrate S seated in the pocket groove 210, so that the substrate S seated in the pocket groove 210 is formed into a thin film. It can be heated to a process temperature at which the process of depositing or etching the thin film is possible. The pocket grooves 210 of the substrate support 200 are formed in plurality around the rotation axis C of the substrate support 200 so that a plurality of substrates S can be seated on the substrate support 200. It may be arranged along the circumferential direction of (200).

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 샤워 헤드(300)는, 기판 지지대(200)와 대향되도록 공정 챔버(100)의 상부에 구비되고, 기판 지지대(200)의 회전축(C)을 중심으로 원궤도(Circular orbit)로 이동하는 기판(S)이 복수의 처리 가스 분사 영역을 순차적으로 통과할 수 있도록, 부채꼴 형상으로 형성되어, 소스 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스 중 어느 하나의 처리 가스를 분사하는 복수의 가스 분사 유닛이 기판 지지대(200)와 대향되는 대향면에 회전축(C)을 중심으로 방사상으로 이격 배치될 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 2, the shower head 300 is provided at the upper part of the process chamber 100 to face the substrate support 200, and rotates around the rotation axis C of the substrate support 200. It is formed in a fan shape so that the substrate S moving in a circular orbit can sequentially pass through a plurality of processing gas injection areas, and any one of the source gas, reaction gas, and purge gas is sprayed. A plurality of gas injection units may be arranged radially spaced apart from each other about the rotation axis C on an opposing surface opposite to the substrate support 200 .

더욱 구체적으로, 샤워 헤드(300)의 상기 복수의 가스 분사 유닛은, 부채꼴 형상으로 형성되고 가스 분사면에 복수개의 가스 분사홀이 형성되어 소스 가스를 분사하는 소스 가스 분사 유닛(310)과, 부채꼴 형상으로 형성되고 가스 분사면에 복수개의 가스 분사홀이 형성되어 반응 가스를 분사하는 반응 가스 분사 유닛(320)과 부채꼴 형상으로 형성되고 가스 분사면에 복수개의 가스 분사홀이 형성되어 증착 조절 가스를 분사하는 증착 조절 가스 분사 유닛(330) 및 부채꼴 형상으로 형성되고 가스 분사면에 복수개의 가스 분사홀이 형성되어 퍼지 가스를 분사하는 적어도 하나의 퍼지 가스 분사 유닛(340)을 포함할 수 있다.More specifically, the plurality of gas injection units of the shower head 300 include a source gas injection unit 310 that is formed in a fan shape and has a plurality of gas injection holes formed on the gas injection surface to spray source gas, and a fan shape. A reaction gas injection unit 320 is formed in a fan shape and has a plurality of gas injection holes on the gas injection surface to spray the reaction gas, and a fan-shaped unit 320 has a plurality of gas injection holes on the gas injection surface to spray the deposition control gas. It may include a deposition control gas injection unit 330 that sprays a gas, and at least one purge gas injection unit 340 that is formed in a fan shape and has a plurality of gas injection holes on the gas injection surface to spray a purge gas.

여기서, 소스 가스 분사 유닛(310), 반응 가스 분사 유닛(320), 증착 조절 가스 분사 유닛(330) 및 퍼지 가스 분사 유닛(340)은, 내측 원호면(CA1)과 외측 원호면(CA2) 및 내측 원호면(CA1)과 외측 원호면(CA2)의 양단을 연결하는 두 개의 측면(L1, L2)을 가지는 상기 부채꼴 형상으로 형성될 수 있다.Here, the source gas injection unit 310, the reaction gas injection unit 320, the deposition control gas injection unit 330, and the purge gas injection unit 340 have an inner arcuate surface CA1, an outer arcuate surface CA2, and It may be formed in the fan-shaped shape having two sides (L1, L2) connecting both ends of the inner arcuate surface (CA1) and the outer arcuate surface (CA2).

또한, 샤워 헤드(300)의 상기 복수의 가스 분사 유닛은, 부채꼴 형상으로 형성되는 소스 가스 분사 유닛(310), 반응 가스 분사 유닛(320), 증착 조절 가스 분사 유닛(330) 및 퍼지 가스 분사 유닛(340)의 내측 원호면(CA1)에 모두 접할 수 있도록 샤워 헤드(300)의 중심부에 원형 형상으로 형성되어, 커튼 가스를 분사하는 커튼 가스 분사 유닛(350)을 포함할 수 있다.In addition, the plurality of gas injection units of the shower head 300 include a source gas injection unit 310, a reaction gas injection unit 320, a deposition control gas injection unit 330, and a purge gas injection unit formed in a fan shape. It may include a curtain gas injection unit 350 that is formed in a circular shape at the center of the shower head 300 so as to be in full contact with the inner circular surface CA1 of 340 and sprays curtain gas.

이때, 커튼 가스 분사 유닛(350)으로 분사되는 상기 커튼 가스가 용이하게 드레인(Drain)될 수 있도록, 샤워 헤드(300)의 방사상으로 이격 배치되는 소스 가스 분사 유닛(310), 반응 가스 분사 유닛(320), 증착 조절 가스 분사 유닛(330) 및 퍼지 가스 분사 유닛(340) 사이 마다 후술될 단차부(345)보다 더 깊은 깊이로 오목하게 직선형의 유로 형상으로 드레인 영역(360)이 형성될 수 있다.At this time, the source gas injection unit 310 and the reaction gas injection unit ( 320), between the deposition control gas injection unit 330 and the purge gas injection unit 340, a drain region 360 may be formed in a concave straight flow path shape with a deeper depth than the step portion 345, which will be described later. .

이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 샤워 헤드(300)는, 중심부에 원형 형상의 커튼 가스 분사 유닛(350)이 구비되고, 커튼 가스 분사 유닛(350)의 원주방향을 따라 부채꼴 형상의 소스 가스 분사 유닛(310), 퍼지 가스 분사 유닛(340), 반응 가스 분사 유닛(320), 퍼지 가스 분사 유닛(340), 증착 조절 가스 분사 유닛(330), 퍼지 가스 분사 유닛(340) 순으로 부채꼴 형상의 가스 분사 유닛이 순차적으로 배치될 수 있다.Accordingly, as shown in FIG. 2, the shower head 300 is provided with a circular curtain gas injection unit 350 at the center, and a fan-shaped source along the circumferential direction of the curtain gas injection unit 350. The gas injection unit 310, the purge gas injection unit 340, the reaction gas injection unit 320, the purge gas injection unit 340, the deposition control gas injection unit 330, and the purge gas injection unit 340 are fan-shaped in that order. The shaped gas injection units may be arranged sequentially.

이와 같이, 퍼지 가스 분사 유닛(340)은, 소스 가스 분사 유닛(310)과 반응 가스 분사 유닛(320) 사이, 반응 가스 분사 유닛(320)과 증착 조절 가스 분사 유닛(330) 사이 및 증착 조절 가스 분사 유닛(330)과 소스 가스 분사 유닛(310) 사이에 각각 배치되어 아르곤(Ar) 가스와 같은 불활성의 퍼지 가스를 분사하여, 반응되지 않고 기판(S)에 잔류하는 소스 가스 또는 반응 가스 등 각종 처리 가스를 제거할 수 있다.In this way, the purge gas injection unit 340 is between the source gas injection unit 310 and the reaction gas injection unit 320, between the reaction gas injection unit 320 and the deposition control gas injection unit 330, and the deposition control gas. Each is disposed between the injection unit 330 and the source gas injection unit 310 to spray an inert purge gas such as argon (Ar) gas, and various types of source gas or reaction gas that do not react and remain on the substrate S Process gas can be removed.

예컨대, 상기와 같은 샤워 헤드(300)를 통해 기판(S) 상에 박막이 증착되는 과정을 간단히 설명하면, 기판 지지대(200)에 복수개의 기판(S)이 회전축(C)을 기준으로 원주 방향을 따라 배치되어, 기판(S)이 회전축(C)을 중심으로 원궤도로 이동하여 기판의 이동 경로(R)가 기판(S)의 지름 만큼의 폭(W)을 가지는 환형(Ring shape)으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 기판(S)이 기판 지지대(200)의 회전에 따라 회전축(C)을 중심으로 상기 원궤도로 이동함으로써 샤워 헤드(300)의 상기 복수의 가스 분사 유닛의 가스 분사 영역을 순차적으로 지나갈 수 있다.For example, to briefly explain the process of depositing a thin film on a substrate (S) through the shower head 300 as described above, a plurality of substrates (S) are placed on the substrate support 200 in a circumferential direction based on the rotation axis (C). It is arranged along, and the substrate (S) moves in a circular orbit around the rotation axis (C) so that the movement path (R) of the substrate has a ring shape with a width (W) equal to the diameter of the substrate (S). can be formed. In this way, the substrate S moves in the circular orbit around the rotation axis C according to the rotation of the substrate support 200, thereby sequentially passing through the gas injection areas of the plurality of gas injection units of the shower head 300. You can.

이에 따라, 기판(S)이 소스 가스 분사 유닛(310)의 소스 가스 분사 영역을 통과하면 소스 가스 중 일부가 기판(S) 표면에 화학 흡착되어 단원자층을 형성할 수 있다. 이때, 기판(S) 표면이 소스 가스로 포화되면 단원자층 이상의 소스 가스는 동일한 리간드 간의 비반응성으로 인해 화학 흡착 상태를 형성하지 못하고 물리 흡착 상태로 있을 수 있다. 이어서, 기판(S)이 퍼지 가스 분사 유닛(340)의 퍼지 가스 분사 영역을 통과하게 되면 기판(S) 상에 존재하던 물리 흡착 상태의 소스 가스는 퍼지 가스에 의해서 제거될 수 있다.Accordingly, when the substrate S passes through the source gas injection area of the source gas injection unit 310, some of the source gas may be chemically adsorbed on the surface of the substrate S to form a monoatomic layer. At this time, when the surface of the substrate S is saturated with the source gas, the source gas of a single atomic layer or more may not form a chemical adsorption state due to non-reactivity between the same ligands and may remain in a physical adsorption state. Subsequently, when the substrate S passes through the purge gas injection area of the purge gas injection unit 340, the source gas in a physically adsorbed state present on the substrate S may be removed by the purge gas.

이어서, 기판(S)이 반응 가스 분사 유닛(320)의 반응 가스 분사 영역을 통과하면 반응 가스가 기판(S) 표면에 화학 흡착되어 있는 소스 가스와 리간드 상호 간에 치환반응을 하면서 두 번째 층이 형성될 수 있다. 이때, 첫 번째 층과 반응하지 못한 반응 가스는 물리 흡착 상태에 있다가, 다시 기판(S)이 퍼지 가스 분사 유닛(340)의 퍼지 가스 분사 영역을 통과하게 되면 퍼지 가스에 의해 제거될 수 있다. 그리고, 이 두 번째 층의 표면은 소스 가스와 반응할 수 있는 상태로 있을 수 있다. 위의 과정이 하나의 사이클을 이루고 기판(S)이 원하는 두께의 박막이 형성될 때까지 여러 사이클을 반복할 수 있다. 이때, 기판(S)은, 샤워 헤드(300)의 증착 조절 가스 분사 유닛(330)의 증착 조절 가스 분사 영역을 통과함으로써, 기판(S)에 증착되는 박막의 두께 정도를 조절하거나, 기판(S)에 형성되는 콘택홀의 입구부에 증착을 억제함으로써, 박막의 스텝 커버리지를 증가시키는 효과를 가질 수 있다.Subsequently, when the substrate S passes through the reaction gas injection area of the reaction gas injection unit 320, the reaction gas undergoes a substitution reaction between the source gas and the ligand chemically adsorbed on the surface of the substrate S, forming a second layer. It can be. At this time, the reaction gas that failed to react with the first layer is in a state of physical adsorption, and can be removed by the purge gas when the substrate S passes through the purge gas injection area of the purge gas injection unit 340. And, the surface of this second layer may remain capable of reacting with the source gas. The above process constitutes one cycle, and several cycles can be repeated until the substrate S is formed into a thin film of desired thickness. At this time, the substrate S passes through the deposition control gas injection area of the deposition control gas injection unit 330 of the shower head 300 to adjust the thickness of the thin film deposited on the substrate S or to control the thickness of the thin film deposited on the substrate S. ) can have the effect of increasing the step coverage of the thin film by suppressing deposition at the entrance of the contact hole formed.

이와 같은 증착 과정의 퍼지 가스 분사 영역에서 기판(S)의 퍼지 효율을 증가시킬 수 있도록, 퍼지 가스 분사 유닛(340)은, 샤워 헤드(300)와 기판 지지대(200) 사이로 분사된 상기 퍼지 가스에 압력 변화 및 유속 변화가 발생하여 상기 퍼지 가스가 다방향(Multi-direction)으로 유동하면서 빠르게 확산될 수 있도록, 가스 분사면(340a)의 적어도 일부분에 오목하게 형성되는 단차부(345)를 포함할 수 있다.In order to increase the purge efficiency of the substrate S in the purge gas injection area of this deposition process, the purge gas injection unit 340 sprays the purge gas sprayed between the shower head 300 and the substrate support 200. It may include a step portion 345 that is concavely formed in at least a portion of the gas injection surface 340a so that the purge gas can flow in multi-direction and spread rapidly due to pressure changes and flow rate changes. You can.

더욱 구체적으로, 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼지 가스 분사 유닛(340)은, 상기 부채꼴 형상의 두 개의 측면(L1, L2) 중 어느 하나의 측면(L1)을 따라 내측 원호면(CA1)으로부터 외측 원호면(CA2)을 향해서 일정한 폭으로 연장되게 형성되고, 복수의 가스 분사홀부(SH)가 형성되는 제 1 가스 분사부(341) 및 상기 부채꼴 형상의 두 개의 측면(L1, L2) 중 다른 하나의 측면(L2)을 따라 내측 원호면(CA1)으로부터 외측 원호면(CA2)을 향해서 일정한 폭으로 연장되게 형성되고, 복수의 가스 분사홀부(SH)가 형성되는 제 2 가스 분사부(342)를 포함할 수 있다.More specifically, as shown in FIGS. 3 to 6, the purge gas injection unit 340 according to an embodiment of the present invention has one side (L1, L2) of the two sides (L1, L2) of the fan shape. A first gas injection portion 341 that is formed to extend at a certain width from the inner arcuate surface CA1 toward the outer arcuate surface CA2 along L1) and has a plurality of gas injection hole portions SH, and the fan-shaped shape. It is formed to extend at a certain width from the inner arcuate surface (CA1) toward the outer arcuate surface (CA2) along the other side (L2) of the two side surfaces (L1, L2), and includes a plurality of gas injection hole portions (SH). It may include a second gas injection unit 342 formed.

이때, 단차부(345)는, 제 1 가스 분사부(341)와 제 2 가스 분사부(342) 사이에 가스 분사면(340a)으로부터 오목하게 형성되고, 내측 원호면(CA1)으로부터 일정 거리(D1) 이격된 지점부터 형성되어 내측 원호면(CA1)으로부터 외측 원호면(CA2) 방향으로 갈수록 폭이 넓어지게 형성될 수 있다. 예컨대, 단차부(345)는, 내측 원호면(CA1)로부터 외측 원호면(CA2) 방향으로 갈수록 폭이 넓어지며, 내측 원호면(CA1) 인근의 제 1 가스 분사부(341)와 제 2 가스 분사부(342)가 중첩되는 영역을 지나 내측 원호면(CA1)로부터 일정 거리(D1) 이격된 지점에 꼭짓점(V)을 가지는 삼각 형상으로 형성될 수 있다.At this time, the step portion 345 is formed concavely from the gas injection surface 340a between the first gas injection portion 341 and the second gas injection portion 342, and is at a certain distance ( D1) It may be formed from a spaced apart point and become wider in width from the inner arcuate surface (CA1) to the outer arcuate surface (CA2). For example, the step portion 345 becomes wider in the direction from the inner arcuate surface CA1 to the outer arcuate surface CA2, and the first gas injection portion 341 and the second gas near the inner arcuate surface CA1 The injection unit 342 may be formed into a triangular shape with a vertex (V) located at a certain distance (D1) from the inner arcuate surface (CA1) passing through the overlapping area.

이와 같이, 퍼지 가스 분사 유닛(340)의 가스 분사면(340a)으로부터 오목하게 형성되는 단차부(345)가 상기 부채꼴 형상으로 형성되는 퍼지 가스 분사 유닛(340)의 내측 원호면(CA1)으로부터 일정 거리(D1) 이격된 지점부터 형성되어, 압력 변화에 따른 기판(S)의 포켓 아웃을 방지하면서 상기 퍼지 가스가 다방향으로 빠르게 확산되도록 상기 퍼지 가스의 유동 흐름을 효과적으로 유도할 수 있다.In this way, the step portion 345, which is concavely formed from the gas injection surface 340a of the purge gas injection unit 340, has a constant angle from the inner arcuate surface CA1 of the fan-shaped purge gas injection unit 340. It is formed from a point spaced apart by a distance D1, and can effectively induce the flow of the purge gas to spread rapidly in multiple directions while preventing pocketing of the substrate S due to pressure changes.

더욱 구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 단차부(345)는, 적어도 일부분이 기판(S)의 이동 경로(R)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 예컨대, 단차부(345)는, 그 꼭짓점(V)이 기판(S)의 이동 경로(R)의 폭(W) 방향을 기준으로 내측으로부터 소정 거리(D2) 이격된 지점에 위치하여, 단차부(345)의 적어도 일부분이 기판(S)의 이동 경로(R)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 이때, 상술한 바와 같이, 압력 변화에 따른 기판(S)의 포켓 아웃을 방지하면서 상기 퍼지 가스가 다방향으로 빠르게 확산되도록, 소정 거리(D2)가 환형으로 형성되는 기판(S)의 이동 경로(R)의 폭(W)의 3 분의 1(1/3) 이내의 거리로 형성되어, 단차부(345)가 이동 경로(R)를 따라 이동하는 기판(S)의 폭 방향으로 이동 경로(R)와 적어도 3 분의 2(2/3) 이상 중첩되는 위치에 형성되는 것이 가장 바람직할 수 있다.More specifically, as shown in FIG. 5 , at least a portion of the step portion 345 may be formed at a location corresponding to the movement path R of the substrate S. For example, the step portion 345 is located at a point where the vertex V is spaced a predetermined distance D2 from the inside based on the width W direction of the movement path R of the substrate S, At least a portion of 345 may be formed at a position corresponding to the movement path (R) of the substrate (S). At this time, as described above, the movement path of the substrate S is formed in an annular shape with a predetermined distance D2 so that the purge gas spreads quickly in multiple directions while preventing pocketing of the substrate S due to pressure changes ( It is formed at a distance of less than one-third (1/3) of the width W of R, and the step portion 345 moves along the movement path R in the width direction of the substrate S. It may be most desirable to be formed at a position that overlaps at least two-thirds (2/3) with R).

이와 같은, 퍼지 가스 분사 유닛(340)은, 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 부채꼴 형상으로 형성되어 상면이 샤워 헤드(300)에 결합되는 미드 플레이트(MP)와, 상기 부채꼴 형상으로 형성되어 하면에 제 1 가스 분사부(341)와 제 2 가스 분사부(342) 및 단차부(345)가 형성되고, 제 1 가스 분사부(341) 및 제 2 가스 분사부(342)의 형상과 대응되는 형상으로 오목부(DA)가 형성되는 상면이 미드 플레이트(MP)의 하면에 결합되는 엔드 플레이트(EP) 및 오목부(DA)와 대응되는 형상으로 형성되어 엔드 플레이트(EP)의 오목부(DA)에 결합되고, 제 1 가스 분사부(341) 및 제 2 가스 분사부(342)에서 상기 퍼지 가스가 고르게 분사될 수 있도록, 오목부(DA)에서 가스 확산 공간을 형성하여 상기 가스 확산 공간의 전영역으로 상기 퍼지 가스를 고르게 확산 시키는 확산 플레이트(DP)의 결합으로 구성될 수 있다.As shown in FIGS. 3 to 6, the purge gas injection unit 340 includes a mid plate (MP) formed in the fan shape and the upper surface of which is coupled to the shower head 300, and a mid plate (MP) in the fan shape. A first gas injection portion 341, a second gas injection portion 342, and a step portion 345 are formed on the lower surface, and the shapes of the first gas injection portion 341 and the second gas injection portion 342 are The upper surface where the concave portion (DA) is formed in a shape corresponding to the end plate (EP) coupled to the lower surface of the mid plate (MP) and the concave portion (DA) are formed in a shape corresponding to the concave portion (DA) of the end plate (EP) It is coupled to the part DA, and forms a gas diffusion space in the concave part DA so that the purge gas can be sprayed evenly from the first gas injection part 341 and the second gas injection part 342, so that the gas It may be composed of a combination of a diffusion plate (DP) that evenly spreads the purge gas throughout the diffusion space.

이때, 엔드 플레이트(EP)의 제 1 가스 분사부(341) 및 제 2 가스 분사부(342)에 형성된 가스 분사홀부(SH)는, 원뿔 형상으로 형성되어 오목부(DA)의 상기 가스 확산 공간에서 가스 분사면(340a)으로 갈수록 단면적이 넓어지도록 형성됨으로써, 가스 분사홀부(SH)로 분사되는 퍼지 가스가 넓은 면적으로 확산되면서 분사되도록 유도할 수 있다.At this time, the gas injection hole SH formed in the first gas injection portion 341 and the second gas injection portion 342 of the end plate EP is formed in a cone shape and is formed in the gas diffusion space of the concave portion DA. By forming the cross-sectional area to become wider as it moves from the gas injection surface 340a, the purge gas sprayed into the gas injection hole SH can be induced to spread and spray over a wide area.

또한, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 퍼지 가스 분사 유닛(340)은, 퍼지 가스의 분사 영역이 더 넓게 형성되어야 할 경우, 도 3 내지 도 6에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 퍼지 가스 분사 유닛(340) 보다 더 넓은 중심각을 가지는 부채꼴 형상을 형성될 수 있다.In addition, as shown in FIGS. 7 and 8, the purge gas injection unit 340 according to another embodiment of the present invention is shown in FIGS. 3 to 6 when the purge gas injection area is to be formed wider. A fan-shaped shape with a wider central angle may be formed than the purge gas injection unit 340 according to an embodiment of the present invention.

이때, 퍼지 가스 분사 유닛(340)은, 제 1 가스 분사부(341) 및 제 2 가스 분사부(342) 이외에, 부채꼴 형상의 중심선을 따라 내측 원호면(CA1)으로부터 외측 원호면(CA2)를 향해서 일정한 폭으로 연장되게 형성되고, 가스 분사홀부(SH)가 일정한 패턴으로 형성되는 제 3 가스 분사부(343)를 더 포함할 수 있다.At this time, the purge gas injection unit 340, in addition to the first gas injection unit 341 and the second gas injection unit 342, extends the outer arcuate surface CA2 from the inner arcuate surface CA1 along the center line of the fan shape. It may further include a third gas injection portion 343 extending toward a certain width and having a gas injection hole SH formed in a certain pattern.

이에 따라, 퍼지 가스 분사 유닛(340)의 단차부(345)는, 제 1 가스 분사부(341)와 제 3 가스 분사부(343) 사이에 가스 분사면(340a)으로부터 오목하게 형성되고, 내측 원호면(CA1)로부터 외측 원호면(CA2) 방향으로 갈수록 폭이 넓어지며 내측 원호면(CA1)로부터 일정 거리(D1) 이격된 지점에 꼭짓점(V)을 가지는 삼각 형상으로 형성되는 제 1 단차부(345-1) 및 제 2 가스 분사부(342)와 제 3 가스 분사부(343) 사이에 가스 분사면(340a)으로부터 오목하게 형성되고, 내측 원호면(CA1)으로부터 외측 원호면(CA2) 방향으로 갈수록 폭이 넓어지며 내측 원호면(CA1)로부터 일정 거리(D1) 이격된 지점에 꼭짓점(V)을 가지는 삼각 형상으로 형성되는 제 2 단차부(345-2)로 나뉘어 형성될 수 있다.Accordingly, the step portion 345 of the purge gas injection unit 340 is formed concavely from the gas injection surface 340a between the first gas injection portion 341 and the third gas injection portion 343, and is formed concavely on the inner side. The first step is formed in a triangular shape with a width increasing from the circular arc surface (CA1) toward the outer arc surface (CA2) and having a vertex (V) at a certain distance (D1) from the inner arc surface (CA1). It is formed concavely from the gas injection surface 340a between (345-1) and the second gas injection portion 342 and the third gas injection portion 343, and extends from the inner arcuate surface CA1 to the outer arcuate surface CA2. The width becomes wider in the direction and may be divided into a second step portion 345-2, which is formed in a triangular shape with a vertex V at a certain distance D1 from the inner arcuate surface CA1.

그러므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(1000)에 따르면, 샤워 헤드(300)의 퍼지 가스 분사 유닛(340)의 가스 분사면(340a)에 오목하게 형성되는 단차부(345)가 형성되어, 샤워 헤드(300)의 퍼지 가스 분사 영역 내에서 분사되는 퍼지 가스에 압력 변화 및 유속 변화를 발생시킬 수 있다.Therefore, according to the substrate processing apparatus 1000 according to an embodiment of the present invention, the step portion 345 is formed concavely on the gas injection surface 340a of the purge gas injection unit 340 of the shower head 300. formed, it is possible to generate pressure changes and flow rate changes in the purge gas sprayed within the purge gas spray area of the shower head 300.

이에 따라, 샤워 헤드(300)의 퍼지 가스 분사 영역 내에서 퍼지 가스가 다방향으로 빠르게 확산되도록 유도함으로써, 기판(S)의 퍼지 효율을 증가시키는 효과를 가질 수 있으며, 특히, 표면에 다양한 형태의 굴곡이 형성되는 트렌치(Trench) 구조의 기판(S)의 퍼지 효율을 증가시키는데 유리한 효과를 가질 수 있다.Accordingly, it can have the effect of increasing the purge efficiency of the substrate S by inducing the purge gas to spread rapidly in multiple directions within the purge gas injection area of the shower head 300. In particular, various shapes on the surface can be achieved. It can have an advantageous effect in increasing the purge efficiency of the substrate S having a trench structure in which a curve is formed.

도 9는 도 2의 샤워 헤드의 퍼지 가스 분사 유닛의 퍼지 가스 분사 영역 내에서 퍼지 가스의 유동을 해석한 결과를 나타내는 이미지이다.FIG. 9 is an image showing the results of analyzing the flow of purge gas within the purge gas injection area of the purge gas injection unit of the shower head of FIG. 2.

도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 퍼지 가스 분사 유닛(340)에 단차부(345)가 형성되지 않은 경우, 퍼지 가스 분사 유닛(340)을 통해 분사된 퍼지 가스가 드레인 영역(360)과 샤워 헤드(300)의 외주면 방향을 향해서 일정한 방향으로 확산되는 것으로 나타났다. 반면에, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 퍼지 가스 분사 유닛(340)에 단차부(345)가 형성된 경우, 퍼지 가스 분사 유닛(340)을 통해 분사된 퍼지 가스가 단차부(345) 형성 영역에서 발생되는 압력 변화 및 이에 따른 유속 변화에 의해 드레인 영역(360)과 샤워 헤드(300)의 외주면 방향을 향해서 다방향으로 빠르게 확산되는 것을 확인할 수 있었다.As shown in (a) of FIG. 9, when the step portion 345 is not formed in the purge gas injection unit 340, the purge gas injected through the purge gas injection unit 340 flows into the drain area 360. It was found to spread in a certain direction toward the outer peripheral surface of the shower head 300. On the other hand, as shown in (b) of FIG. 9, when the step portion 345 is formed in the purge gas injection unit 340, the purge gas injected through the purge gas injection unit 340 flows into the step portion 345. ) It was confirmed that it spread rapidly in multiple directions toward the drain area 360 and the outer peripheral surface of the shower head 300 due to the pressure change occurring in the formation area and the resulting change in flow rate.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(1000)는, 샤워 헤드(300)의 퍼지 가스 분사 유닛(340)의 가스 분사면(340a)에 오목하게 형성되는 단차부(345)가 형성되어, 샤워 헤드(300)의 퍼지 가스 분사 영역 내에서 분사되는 퍼지 가스에 압력 변화 및 유속 변화를 발생시킴으로써, 샤워 헤드(300)의 퍼지 가스 분사 영역 내에서 퍼지 가스가 다방향으로 빠르게 확산되도록 유도하여, 기판(S)의 퍼지 효율을 증가시키는 효과를 가질 수 있다.In this way, the substrate processing apparatus 1000 according to an embodiment of the present invention has a step portion 345 formed concavely on the gas injection surface 340a of the purge gas injection unit 340 of the shower head 300. It is formed to cause pressure changes and flow rate changes in the purge gas sprayed within the purge gas spray area of the shower head 300, so that the purge gas spreads rapidly in multiple directions within the purge gas spray area of the shower head 300. This can have the effect of increasing the purge efficiency of the substrate S.

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 skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached patent claims.

100: 공정 챔버
200: 기판 지지대
300: 샤워 헤드
310: 소스 가스 분사 유닛
320: 반응 가스 분사 유닛
330: 증착 조절 가스 분사 유닛
340: 퍼지 가스 분사 유닛
341: 제 1 가스 분사부
342: 제 2 가스 분사부
343: 제 3 가스 분사부
345: 단차부
S: 기판
C: 회전축
R: 기판 이동 경로
1000: 기판 처리 장치100: process chamber
200: substrate support
300: shower head
310: Source gas injection unit
320: Reactive gas injection unit
330: Deposition control gas injection unit
340: Purge gas injection unit
341: first gas injection unit
342: second gas injection unit
343: Third gas injection unit
345: Step part
S: substrate
C: axis of rotation
R: substrate movement path
1000: Substrate processing device

Claims (7)

기판을 처리할 수 있는 처리 공간이 형성되는 공정 챔버;
적어도 하나의 상기 기판을 지지할 수 있도록 상기 공정 챔버의 상기 처리 공간에 회전 가능하게 구비되는 기판 지지대; 및
상기 기판 지지대와 대향되도록 상기 공정 챔버의 상부에 구비되고, 상기 기판 지지대의 회전축을 중심으로 원궤도(Circular orbit)로 이동하는 상기 기판이 복수의 처리 가스 분사 영역을 순차적으로 통과할 수 있도록, 부채꼴 형상으로 형성되어 소스 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스 중 어느 하나의 처리 가스를 분사하는 복수의 가스 분사 유닛이 상기 기판 지지대와 대향되는 대향면에 상기 회전축을 중심으로 방사상으로 이격 배치되는 샤워 헤드;를 포함하고,
상기 복수의 가스 분사 유닛 중 상기 퍼지 가스를 분사하는 퍼지 가스 분사 유닛은, 상기 샤워 헤드와 상기 기판 지지대 사이로 분사된 상기 퍼지 가스에 압력 변화 및 유속 변화가 발생하여 상기 퍼지 가스가 빠르게 확산될 수 있도록, 가스 분사면의 적어도 일부분에 오목하게 형성되는 단차부;를 포함하고,
상기 복수의 가스 분사 유닛은,
상기 소스 가스를 분사하는 소스 가스 분사 유닛;
상기 반응 가스를 분사하는 반응 가스 분사 유닛; 및
상기 소스 가스 분사 유닛과 상기 반응 가스 분사 유닛 사이에 배치되어, 상기 퍼지 가스를 분사하는 상기 퍼지 가스 분사 유닛;을 포함하고,
상기 소스 가스 분사 유닛, 상기 반응 가스 분사 유닛 및 상기 퍼지 가스 분사 유닛은, 내측 원호면과 외측 원호면 및 상기 내측 원호면과 상기 외측 원호면의 양단을 연결하는 두 개의 측면을 가지는 상기 부채꼴 형상으로 형성되고,
상기 퍼지 가스 분사 유닛은,
상기 부채꼴 형상의 상기 두 개의 측면 중 어느 하나의 측면을 따라 상기 내측 원호면으로부터 상기 외측 원호면을 향해서 연장되게 형성되고, 복수의 가스 분사홀부가 형성되는 제 1 가스 분사부; 및
상기 부채꼴 형상의 상기 두 개의 측면 중 다른 하나의 측면을 따라 상기 내측 원호면으로부터 상기 외측 원호면을 향해서 연장되게 형성되고, 복수의 상기 가스 분사홀부가 형성되는 제 2 가스 분사부;를 포함하고,
상기 단차부는,
상기 제 1 가스 분사부와 상기 제 2 가스 분사부 사이에 상기 가스 분사면으로부터 오목하게 형성되고, 상기 내측 원호면으로부터 일정 거리 이격된 지점부터 형성되어 상기 내측 원호면으로부터 상기 외측 원호면 방향으로 갈수록 폭이 넓어지게 형성되는, 기판 처리 장치.A process chamber in which a processing space for processing a substrate is formed;
a substrate supporter rotatably provided in the processing space of the process chamber to support at least one substrate; and
It is provided at the upper part of the process chamber to face the substrate support, and is shaped like a fan so that the substrate moving in a circular orbit around the rotation axis of the substrate support can sequentially pass through a plurality of processing gas injection areas. A shower head in which a plurality of gas injection units are formed in a shape to spray any one of a source gas, a reaction gas, and a purge gas, and are radially spaced apart from each other about the rotation axis on an opposing surface facing the substrate support. Contains,
Among the plurality of gas injection units, the purge gas injection unit that sprays the purge gas causes pressure and flow rate changes in the purge gas injected between the shower head and the substrate support so that the purge gas can spread rapidly. , a stepped portion formed concavely in at least a portion of the gas injection surface,
The plurality of gas injection units,
a source gas injection unit that sprays the source gas;
a reaction gas injection unit that sprays the reaction gas; and
A purge gas injection unit disposed between the source gas injection unit and the reaction gas injection unit to spray the purge gas,
The source gas injection unit, the reaction gas injection unit, and the purge gas injection unit have the fan shape having an inner arcuate surface, an outer arcuate surface, and two sides connecting both ends of the inner arcuate surface and the outer arcuate surface. formed,
The purge gas injection unit,
a first gas injection portion extending from the inner arcuate surface toward the outer arcuate surface along one of the two sides of the fan shape and having a plurality of gas injection hole portions; and
A second gas injection portion is formed along the other of the two sides of the fan shape and extends from the inner arcuate surface toward the outer arcuate surface, and has a plurality of gas injection hole portions.
The step portion,
It is formed between the first gas injection portion and the second gas injection portion to be concave from the gas injection surface, and is formed from a point spaced apart from the inner arcuate surface by a predetermined distance and extends from the inner arcuate surface toward the outer arcuate surface. A substrate processing device formed to have a wide width. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 퍼지 가스 분사 유닛은,
상기 부채꼴 형상의 중심선을 따라 상기 내측 원호면으로부터 상기 외측 원호면을 향해서 일정한 폭으로 연장되게 형성되고, 복수의 상기 가스 분사홀부가 형성되는 제 3 가스 분사부;를 포함하고,
상기 단차부는,
상기 제 1 가스 분사부와 상기 제 3 가스 분사부 사이에 상기 가스 분사면으로부터 오목하게 형성되고, 상기 내측 원호면으로부터 일정 거리 이격된 지점부터 형성되어 상기 내측 원호면으로부터 상기 외측 원호면 방향으로 갈수록 폭이 넓어지게 형성되는 제 1 단차부; 및
상기 제 2 가스 분사부와 상기 제 3 가스 분사부 사이에 상기 가스 분사면으로부터 오목하게 형성되고, 상기 내측 원호면으로부터 일정 거리 이격된 지점부터 형성되어 상기 내측 원호면으로부터 상기 외측 원호면 방향으로 갈수록 폭이 넓어지게 형성되는 제 2 단차부;
를 포함하는, 기판 처리 장치.According to claim 1,
The purge gas injection unit,
A third gas injection portion is formed to extend at a constant width from the inner arcuate surface toward the outer arcuate surface along the center line of the fan shape and has a plurality of gas injection hole portions.
The step portion,
It is formed between the first gas injection part and the third gas injection part to be concave from the gas injection surface, and is formed from a point spaced a certain distance away from the inner arcuate surface and extends from the inner arcuate surface toward the outer arcuate surface. A first step portion formed to be wide; and
It is formed between the second gas injection part and the third gas injection part to be concave from the gas injection surface, and is formed from a point spaced a certain distance away from the inner arcuate surface and increases from the inner arcuate surface toward the outer arcuate surface. a second step portion formed to be wide;
Including, a substrate processing device. 제 1 항에 있어서,
상기 기판 지지대는,
복수개의 상기 기판이 상기 회전축을 기준으로 원주 방향을 따라 배치되어, 상기 기판이 상기 회전축을 중심으로 원궤도로 이동하여 상기 기판의 이동 경로가 상기 기판 지름 만큼의 폭을 가지는 환형(Ring shape)으로 형성되고,
상기 단차부는,
적어도 일부분이 상기 기판의 상기 이동 경로와 대응되는 위치에 형성되는, 기판 처리 장치.According to claim 1,
The substrate support is,
A plurality of the substrates are arranged along the circumferential direction with respect to the rotation axis, so that the substrate moves in a circular orbit around the rotation axis, so that the movement path of the substrate has a ring shape with a width equal to the diameter of the substrate. formed,
The step portion,
A substrate processing apparatus, wherein at least a portion is formed at a position corresponding to the movement path of the substrate. 제 5 항에 있어서,
상기 단차부는,
상기 이동 경로를 따라 이동하는 상기 기판의 폭 방향으로 상기 이동 경로와 적어도 3 분의 2(2/3) 이상 중첩되는 위치에 형성되는, 기판 처리 장치.According to claim 5,
The step portion,
A substrate processing apparatus formed at a position that overlaps at least two-thirds (2/3) of the movement path in the width direction of the substrate moving along the movement path. 제 1 항에 있어서,
상기 퍼지 가스 분사 유닛은,
상기 부채꼴 형상으로 형성되어 상면이 상기 샤워 헤드에 결합되는 미드 플레이트;
상기 부채꼴 형상으로 형성되어 하면에 상기 제 1 가스 분사부와 상기 제 2 가스 분사부 및 상기 단차부가 형성되고, 상기 제 1 가스 분사부 및 상기 제 2 가스 분사부의 형상과 대응되는 형상으로 오목부가 형성되는 상면이 상기 미드 플레이트의 하면에 결합되는 엔드 플레이트; 및
상기 오목부와 대응되는 형상으로 형성되어 상기 엔드 플레이트의 상기 오목부에 결합되고, 상기 제 1 가스 분사부 및 상기 제 2 가스 분사부에서 상기 퍼지 가스가 고르게 분사될 수 있도록, 상기 오목부에서 가스 확산 공간을 형성하여 상기 가스 확산 공간의 전영역으로 상기 퍼지 가스를 고르게 확산 시키는 확산 플레이트;
를 포함하는, 기판 처리 장치.According to claim 1,
The purge gas injection unit,
a mid plate formed in the fan shape and having an upper surface coupled to the shower head;
It is formed in the shape of a fan, so that the first gas injection part, the second gas injection part, and the step part are formed on the lower surface, and a concave part is formed in a shape corresponding to the shape of the first gas injection part and the second gas injection part. an end plate whose upper surface is coupled to the lower surface of the mid plate; and
It is formed in a shape corresponding to the concave portion and is coupled to the concave portion of the end plate, and the purge gas is sprayed evenly from the first gas injection portion and the second gas injection portion, and the gas is sprayed from the concave portion. A diffusion plate that forms a diffusion space and evenly spreads the purge gas throughout the entire area of the gas diffusion space;
Including, a substrate processing device.
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