用于在粉末颗粒形态的材料沉积薄膜层的化学气相沉积设备的制作方法

1.本发明涉及利用于在材料形成薄膜的涂层的化学气相沉积设备，更详细地说，涉及为使更均匀且均质的薄膜层可沉积于多个粉末颗粒材料而构成的化学气相沉积设备。


背景技术：

2.化学气相沉积设备(具体地说，热化学气相沉积设备)为利用于将原料气体供应于被加热的材料而形成薄膜层的设备，具有在高温下严密地形成薄膜层可形成纯度高的优质薄膜层的优点，因此正在多量利用于各种领域。
3.然而，以往的化学气相沉积设备主要是以为了在半导体晶片或者玻璃基板等的板表面沉积想要的物质的薄膜层为目的而设计的，因此在以小尺寸的粉末颗粒形态形成的粉末材料的表面均匀地形成薄膜层方面存在局限性。
4.例如，与在板的一侧表面形成沉积层的常规的沉积工艺不同，粉末颗粒形态的粉末材料应该在颗粒的整体表面形成沉积层而且在多个颗粒层叠并装入的状态下执行沉积，因此与在晶片等的板表面沉积薄膜层的情况不同，存在很难在需要沉积的所有粉末颗粒表面形成均质的薄膜层的问题。
5.关于这一点，参照专利文献1，公开了用于在粉末颗粒形态的材料形成薄膜层的化学气相沉积设备。如图1所示，在专利文献1公开的化学气相沉积设备10如下：将圆柱形结构的真空腔室20可旋转地安装在工作台上，之后旋转真空腔室20，同时将热和原料气体等供应于真空腔室20，以执行沉积。具体地说，在图1示出的现有的化学气相沉积设备10如下：通过配置在真空腔室20周围的加热部30对真空腔室20施加热，同时通过连接于真空腔室20的入口部的气体供应部40向真空腔室20内部注入原料气体等，进而可在装入真空腔室20内的粉末颗粒形态的材料沉积想要的薄膜层。
6.然而，这种现有的化学气相沉积设备10构成为执行沉积的真空腔室20由简单的圆柱形结构形成，并且在真空腔室20的外周面一部分配置加热部30使热施加于真空腔室20，因此对于装入于真空腔室20内部的多个粉末颗粒难以均匀地施加热(即，以真空腔室的中心部和两侧端部之间存在温度差的状态执行沉积工艺)，由此在装入真空腔室20内部的粉末颗粒形成均质的薄膜层方面存在困难。另外，装入简单的圆柱形结构的真空腔室20内的粉末颗粒形态的粉末材料难以均匀地分配并保持在真空腔室20内，因此每个粉末颗粒形成不同的沉积层，存在可出现降低沉积质量的问题的顾虑。
7.(现有技术文献)
8.(专利文献1)韩国专利第10
‑
1637980号(授权日：2016.7.4.)


技术实现要素：

9.要解决的问题
10.本发明是用于解决上述的现有化学气相沉积设备的问题的，目的在于提供一种可将整体均匀且高品质的薄膜层有效地沉积于粉末颗粒形态的多个粉末材料的化学气相沉
积设备。
11.解决问题的手段
12.用于达成上述目的的本发明的代表性结构如下：
13.根据本发明的一实施例，提供在粉末颗粒形态的材料形成薄膜层的化学气相沉积设备。本发明的一实施例的化学气相沉积设备包括：反应管，装入材料以执行沉积；加热部，对反应管施加热；隔热部，位于反应管及加热部的外侧；气体供应管，向反应管内供应气体；气体排放管，向外部排放反应管内部的气体；其中，反应管构成为可旋转地配置在工作台上以在旋转的同时执行沉积；反应管构成为包括：位于中心部的腔室部、位于腔室部一侧的第一圆柱部、位于腔室部另一侧的第二圆柱部。根据本发明的一实施例，腔室部构成为包括具有比第一圆柱部及第二圆柱部更加扩张的内径的直径扩张部、位于直径扩张部端部的倾斜部，进而构成为在形成在腔室部内的扩张的容纳空间装入材料可执行沉积；加热部构成为包括位于腔室部的半径方向外侧的中心加热部和位于中心加热部的两侧端部侧面加热部，以径方向及轴方向包围装入材料执行沉积的反应管的腔室部。
14.根据本发明的一实施例，在直径扩张部的一侧端部具备第一倾斜部，在直径扩张部的另一侧端部可具备第二倾斜部。
15.根据本发明的一实施例，加热部可构成为被区划成多个区域，独立控制各个区域的加热部，以对腔室部施加热。
16.根据本发明的一实施例，加热部包括：针对腔室部的直径扩张部所在的第一区域施加热的第一加热部；针对腔室部的第一倾斜部所在的第二区域施加热的第二加热部；针对腔室部的第二倾斜部所在的第三区域施加热的第三加热部；第一加热部、第二加热部及第三加热部可构成为基于各个区域的温度被独立控制。
17.根据本发明的一实施例，隔热部可形成为从外侧包围反应管的腔室部及加热部的形态。
18.根据本发明的一实施例，在反应管的腔室部内周面可具有向半径方向内侧凸出形成并且沿着腔室部的长度方向延伸的刀片，所述刀片为沿着腔室部的圆周方向可具备一个以上。
19.根据本发明的一实施例，在反应管的两侧端部可具有盖部。
20.根据本发明的一实施例，盖部形成为包括位于一侧的塞部和从塞部沿着长度方向延伸的延伸部，盖部的延伸部可构成为插入到反应管内进行安装。
21.根据本发明的一实施例，盖部可形成为在内部具有空置空间部。
22.根据本发明的一实施例，在盖部可具有一个以上的排气孔，所述排气孔将内部的空置空间部与外部连通。
23.根据本发明的一实施例，在盖部的延伸部和反应管的内周面之间可介入并结合o型圈。
24.根据本发明的一实施例，所述化学气相沉积设备还可包括冲击施加部，所述冲击施加部在执行沉积的期间按照提前设定的时间间隔对反应管施加冲击。
25.根据本发明的一实施例，冲击施加部可由液压执行器构成，液压执行器由活塞和气缸形成。
26.根据本发明的一实施例，工作台包括安装反应管的上部板和在下侧支撑上部板的
下部支撑部；工作台的上部板可构成为通过铰链部结合于下部支撑部，以对下部支撑部能够进行枢轴旋转。
27.根据本发明的一实施例，在工作台的上部板和下部支撑部之间具有执行器，通过运行执行器使上部板在水平状态和倾斜状态之间进行位置移动。
28.根据本发明的一实施例，具备在工作台的上部板和下部支撑部之间的执行器可由液压执行器构成，所述液压执行器由活塞和气缸形成。
29.除此之外，本发明的化学气相沉积设备在未侵犯本发明的技术思想的范围内还可包括其他附加结构。
30.发明的效果
31.本发明的一实施例的化学气相沉积设备构成为形成腔室部，所述腔室部具有在执行沉积的反应管扩张的容纳空间，以在腔室部的扩张的容纳空间(嵌入形态的容纳空间)内稳定地容纳多个粉末颗粒材料的状态执行沉积，因此可在多个粉末材料形成整体均匀的膜质的沉积层。
32.另外，本发明的一实施例的化学气相沉积设备构成为以装入粉末颗粒材料执行沉积的反应管的腔室部被加热部(及隔热部)完全包围配置状态使热施加于腔室部，因此能够以在执行沉积的反应管的腔室部形成均匀的温度分布的状态执行沉积，因此相比于现有的化学气相沉积设备，可在粉末颗粒形态的粉末材料表面形成更加均匀且均质的沉积层。
33.另外，本发明的一实施例的化学气相沉积设备构成为具有在装入材料执行沉积的反应管的腔室部向半径方向内侧凸出形成的刀片以区划腔室部的内部空间，因此在旋转反应管的同时执行沉积时，装入腔室部的粉末颗粒材料通过刀片向上部移动之后降落的同时上下层叠的粉末颗粒的位置被相互搅拌，同时可在多个粉末颗粒形成更加均质的沉积层。
附图说明
34.图1示例性示出现有的化学气相沉积设备。
35.图2示例性示出本发明的一实施例的化学气相沉积设备的结构(为了能够更加明确地确认作为本发明的特征结构的反应管结构，以剖面形态示出反应管相关部分)。
36.图3示例性示出本发明的一实施例的化学气相沉积设备的反应管及其周边的加热部/隔热部的结构。
37.图4示例示出本发明的一实施例的化学气相沉积设备具备的反应管(腔室部)的剖面结构。
38.图5示例性示出本发明的一实施例的化学气相沉积设备的盖部结构。
39.附图标记说明
40.100：化学气相沉积设备
41.200：反应管
42.210：第一圆柱部(第一支撑部)
43.220：第二圆柱部(第二支撑部)
44.230：腔室部
45.240：直径扩张部
46.240、250：(形成在腔室部的两端)倾斜部
47.270：刀片
48.280：盖部
49.290：冲击施加部
50.300：加热部
51.310：中心加热部
52.320、330：侧面加热部
53.400：隔热部
54.410：外部外壳
55.500：工作台
56.510：支撑架
57.520：动力装置
58.530：动力传递装置
59.540：上部板
60.550：下部支撑部
61.560：铰链部
62.570：执行器
具体实施方式
63.以下，参照附图详细说明本发明的优选实施例，以使本发明所属技术领域具有常规知识的人可容易实施本发明。
64.为了明确说明本发明，省略与本发明无关的部分的具体说明，通过说明书全文对于相同构件赋予相同附图标记来进行说明。另外，在附图示出的各个构件的形状及大小是为了便于说明而任意示出的，因此本发明不必限于示出的形状及大小。即，对于在说明书记载的特征形状、结构及特性应该理解为，在不超出本发明的思想及范围的同时可从一实施例变形并实现为另一实施例，而且在不超出本发明的思想及范围的同时也可改变个别构件的位置或者配置。从而，对于后述的详细说明不得以限定的意思进行说明，而应该认为本发明的范围包括权利要求书的权利要求项所要求保护的范围及与其同等的所有范围。
65.本发明的一实施例的化学气相沉积设备
66.参照图2至图5，示例性示出本发明的一实施例的化学气相沉积设备(cvd设备)100。本发明的一实施例的化学气相沉积设备100可构成为，包括：反应管200，执行如下所述的沉积；加热部300，配置在反应管200的周围，对反应管施加热；隔热部400，包围反应管及加热部的外侧以防止向外部放热；气体供应管500，向反应管内供应沉积所需的原料气体等；气体排放管600，向外部排放反应管内的气体；如下所述，可构成为将粉末颗粒形态的材料装入反应管200内，之后旋转反应管200来搅拌材料，同时注入原料气体等以执行沉积。
67.根据本发明的一实施例，反应管200为装入待执行沉积的材料以执行沉积的部分，可构成为整体可形成为贯通的管形结构，在中心部具备具有扩张的空间的腔室部，在腔室部内装入粉末颗粒形态的粉末材料并以保持该材料的状态执行沉积。
68.例如，如图2及图3所示，反应管200可由具备在两侧端部的第一圆柱部(第一支撑部)210及第二圆柱部(第二支撑部)220和具备在这两者之间的腔室部230构成，腔室部230
可形成为包括位于中心部的直径扩张部240和位于其两侧端部的倾斜部(在附图示出的实施例的情况下，位于第一圆柱部210和直径扩张部240之间的第一倾斜部250及位于第二圆柱部220和直径扩张部240之间的第二倾斜部260)。
69.通过这种结构，本发明的一实施例的化学气相沉积设备100与上述的现有的化学气相沉积设备不同，由于构成为在装入材料执行沉积的反应管200形成具有扩张的内部空间的腔室部230以使材料装入于腔室部230，因此粉末颗粒形态的元件可稳定装入并位于形成在腔室部230的嵌入形态的扩张的容纳空间内，因此在旋转反应管200的同时执行沉积的情况下，粉末颗粒形态的材料也不会脱离到外侧(反应管的轴方向端部侧)，而且以稳定地保持在沉积位置的状态执行沉积，进而可执行均匀的沉积。另一方面，由于腔室部230的两侧端部形成倾斜部(第一倾斜部250及第二倾斜部260)结构，因此可构成为在旋转反应管200的过程中引导装入在腔室部230的材料向腔室部230的中心部侧移动，进而可使该材料更加稳定地位于腔室部230内，若在沉积完成之后如下所述上升安装有反应管200的工作台的一侧而倾斜设置反应管200，则可使装入在腔室部230的材料经过形成在腔室部230端部的倾斜面更加流畅地排放到外部。
70.根据本发明的一实施例，在反应管200的外侧可具备加热部300。例如，加热部300可由加热线圈等构成，并且可构成为包围装入材料执行沉积的反应管200的腔室部230的形态。
71.具体地说，加热部300可构成为包括位于反应管200的外周面(具体地说，装入材料的腔室部230的外周面)的半径方向外侧的圆柱形状的中心加热部和位于中心加热部的两侧端部的侧面加热部。
72.通过这种加热部300的结构，如图2及图3所示，由于本发明的一实施例的化学气相沉积设备100可构成为以从四周(径方向及轴方向)包围装入材料执行沉积的反应管200的腔室部230的结构形成加热部300以施加热，因此相比于在图1示出的现有的化学气相沉积设备可在腔室部230形成没有温度梯度的均匀的温度条件，因此可在装入在腔室部230的多个粉末颗粒可形成具有更加均质的膜质的薄膜层。
73.对于在附图示出的实施形态的情况，以在以圆柱形状配置的中心加热部的两侧端部形成以垂直方向延伸的侧面加热部的形态形成加热部300，但是加热部300的结构不必限定于此，而是侧面加热部由倾斜的结构构成等，例如在腔部室230的两侧端部具备的倾斜部(第一倾斜部250及第二倾斜部260)，只要可形成为被加热部300包围装入材料的腔室部230的结构，变形为任意的其他结构也无妨。但是，如图所示，若为了在腔室部230的两侧端部形成空间部s而形成腔室部230和加热部300，则空间部s作为保温部执行功能，因此更加稳定地保持为了沉积工艺而施加的热的同时可辅助形成均质的薄膜层。
74.另一方面，根据本发明的一实施例，加热部300可构成为被区划成多个区域来独立控制各个区域的加热部以对腔室部230施加热。例如，如图3所示，本发明的一实施例的化学气相沉积设备构成为，根据执行沉积的腔室部230的结构将加热区域区划为3个区域(腔室部的直径扩张部所在的第一区域z1、腔室部的第一倾斜部250所在的第二区域z2、腔室部的第二倾斜部260所在的第三区域z3)，之后使加热部300形成为包括位于第一区域z1的第一加热部310、位于第二区域z2的第二加热部320、位于第三区域的第三加热部330，根据通过设置在各个区域的温度传感器(未示出)等测量的温度独立控制各个加热部(第一加热部
310、第二加热部320、第三加热部330)，进而可构成为在装入材料的整个腔室部230形成更加均匀的温度梯度以对所有材料执行均质的沉积。
75.另一方面，根据本发明的一实施例，在反应管200的腔室部230及加热部300的外侧可具备隔热部400，以用于防止向外部放热。隔热部400优选构成为从外侧包围反应管的腔室部230及加热部300，可优选为以径方向及轴方向从外侧包围反应管的腔室部230及加热部300，并且上述的加热部300及隔热部400可构成为配置在外部外壳410内。
76.如上所述，本发明的一实施例的化学气相沉积设备100形成为由加热部300完全包围执行沉积的反应管200的腔室部230的结构，以构成为以从四周向腔室部230供热，而且构成为通过隔热部400完全包围腔室部230及加热部300以执行隔热，因此以对反应管200的腔室部230顺利施加沉积薄膜层所需的热，进而整体可保持均匀的温度梯度，因此可将高品质的薄膜层可靠地沉积于粉末颗粒形态的多个粉末材料。
77.根据本发明的一实施例，反应管200可构成为可旋转地安装在工作台500上。例如，如图2所示，反应管200可构成为为了通过安装在工作台500的支撑架510等而被可旋转地支撑，例如反应管200的外周面(具体地说，反应管200的第一圆柱部210及第二圆柱部220的外周面)可旋转地安装在支撑架510以被支撑，反应管200的一侧构成为使从电动马达等的动力装置520产生的驱动力通过链条等的动力传递装置530传递，以使反应管200旋转。
78.通过这种结构，本发明的一实施例的化学气相沉积设备100在旋转反应管200的同时可对装入内部的粉末颗粒形态的材料执行沉积，因此即使将多个粉末颗粒(粉末材料)层叠并装入于反应管200内的状态执行沉积，也可灵活搅拌装入的粉末颗粒材料的同时执行沉积，进而可在多个粉末颗粒形成均匀的沉积层。
79.根据本发明的一实施例，在装入待沉积的材料的反应管200的腔室部230内部可具有一个以上的刀片270。例如，如图4所示，刀片270可形成为从腔室部230内周面凸出沿着反应管200的轴方向延伸的形态，并且可构成为沿着圆周方向具备一个以上的刀片270，以区划装入材料的腔室部230的内部空间(为了便于说明，在图2及图3以在反应腔室200内部省略刀片270的状态示出反应管200)。
80.如上所述，若在装入粉末颗粒形态的材料执行沉积的反应管200的腔室部230形成刀片270，则装入在腔室部230内的材料随着反应管200旋转被推升到上部之后降落的同时上下层叠的材料位置发生变化，同时可更加有效执行材料搅拌，因此即使多个粉末颗粒层叠并装入于腔室部230，也可在所有的材料稳定地形成均质的薄膜层。
81.根据本发明的一实施例，在反应管200的两侧端部可具备盖部280，盖部280执行封闭反应管200的两侧端部的功能。参照图5,示例性示出可在本发明的一实施例的化学气相沉积设备100的反应管200安装的盖部280的结构。
82.如图5所示，盖部280可构成为包括具备在一侧并堵住反应管200的末端的塞部282和从塞部282向一侧方向延伸的延伸部284，延伸部284可构成为形成为与反应管200的端部侧内周面对应的尺寸插入并安装到反应管200内。如此，若将盖部280的一部分(在附图示出的实施例的情况下的延伸部284)插入到反应管200内部进行安装，则能够更加有效防止从反应管200向外部损失热，因此更加有利于沉积。例如，盖部280的延伸部284可构成为形成为与位于反应管200两端的圆柱部(第一圆柱部210及第二圆柱部220)实际相同的长度使盖部280的末端插入并安装至与腔室部230相邻的位置。
83.根据本发明的一实施例，在安装在反应管200入口侧的盖部280连接用于供应执行沉积的原料气体等的气体供应管600，可构成为以向反应管200内部供应用于沉积的原料气体等。根据本发明的一实施例，这种气体供应管600通过旋转接头等可旋转地连接于盖部280，进而在沉积过程中即使反应管200及结合于此的盖部280进行旋转也可使气体供应管600不发生扭结地结合。
84.根据本发明的一实施例，盖部280可构成为由厚度薄的圆柱形结构形成使内部形成有空置空间部(参照图2、图3及图5)。通过这种结构，由于通过气体供应管600流入盖部280的气体向盖部280内部空间扩散之后通过形成在盖部280另一侧的开口部286可流入反应管200内部，因此通过气体供应管600供应的气体扩散的同时低速均匀地供应，可引导在材料沉积更加均匀的薄膜层。
85.另一方面，盖部280可构成为形成一个以上的排气孔288，不使盖部280内部形成高压，盖部280的延伸部284和插入延伸部284的反应管200内周面之间可构成为结合o型圈等的密封部件以防止向反应管200内外泄漏压力。
86.根据本发明的一实施例，出口侧盖部280可构成为连接用于排放反应管200内部的残留气体的气体排放管700，以在完成沉积工艺之后向外部排放残留于反应管200内部的气体或者为了沉积而在反应管200内部营造真空环境。根据本发明的一实施例，气体排放管700可构成为通过旋转接头等可旋转地连接于盖部，即使反应管及与其结合的盖部进行旋转气体排放管也不会扭结。
87.根据本发明的一实施例，气体排放管700可构成为包括用于在沉积工艺之后排放残留气体的气体排气管710及抽吸反应管200内部的空气的吸气管720；吸气管720可构成为连接于真空泵(未示出)等抽吸反应管200内部的空气以在反应管200内部营造真空的环境，排出管(710)及吸气管720可通过阀门装置730等被开关地运行。
88.根据本发明的一实施例，反应管200可构成为以可旋转的状态配置在工作台500上以执行沉积。具体地说，工作台500可由安装反应管200的上部板540和支撑其的下部支撑部550构成，上部板540通过铰链部560可枢轴安装在下部支撑部550。例如，在上部板540和下部支撑部550之间具备执行器570，通过运行执行器570可使上部板540以铰链部560为中心针对下部支撑部550进行枢轴旋转，即可构成为可使上部板540倾斜配置。此时，如图2所示，执行器570可构成为由包括气缸和安装于其的活塞的液压执行器等形成，通过活塞的往返移动可使上部板540位置移动。
89.根据本发明的一实施例，如图2所示，工作台500可构成为以水平设置反应管200的状态执行沉积工艺，在沉积工艺完成之后通过执行器570上升反应管200的一侧端部以倾斜设置，进而在沉积工艺完成之后可使位于反应管200内部的材料容易去除到外部。
90.再则，如上所述，本发明的一实施例的化学气相沉积设备100为由于装入材料执行沉积的反应管200的腔室部230形成为在端部形成倾斜部(例如，形成在腔室部一侧的第一倾斜部250)，因此若利用执行器570倾斜工作台500的上部板540及安装于此的反应管200，则装入反应管200的腔室部230的材料通过形成在腔室部的端部的倾斜部可更加容易去除到外部。
91.根据本发明的一实施例，在反应管200的外侧可具有对反应管200施加冲击的冲击施加部290。例如，冲击施加部290与具备在工作台的执行器类似，可由包括气缸和活塞的液
压执行器等构成，在执行沉积的过程中可起到使预定的冲击施加于反应管200的功能。如上所述，若通过冲击施加部290对反应管200以预定的间隔施加冲击的同时执行沉积，则装入在反应管200内部的粉末颗粒形态的材料不粘附于腔室部230内周面地被灵活搅拌的同时可执行沉积，进而可形成更加优质及均质的薄膜层。
92.以上，通过诸如具体构件的特定项和限定的实施例说明了本发明，但是这些实施例只是为了更加全面地理解本发明而提供的，本发明并不限于此，而是本发明所属技术领域具有常规知识的人可从这种记载进行各种修改就变形。
93.据此，本发明的思想不限于上述的实施例，而且除了权利要求书的范围以外，与该权利要求书范围内等价或者同等变形应全部包括在本发明的思想范围内。