KR101398128B1 - Structure for growth of sapphire single crystal - Google Patents
Structure for growth of sapphire single crystal Download PDFInfo
- Publication number
- KR101398128B1 KR101398128B1 KR1020120125015A KR20120125015A KR101398128B1 KR 101398128 B1 KR101398128 B1 KR 101398128B1 KR 1020120125015 A KR1020120125015 A KR 1020120125015A KR 20120125015 A KR20120125015 A KR 20120125015A KR 101398128 B1 KR101398128 B1 KR 101398128B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- hollow shaft
- cooling water
- seed
- single crystal
- sapphire
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 28
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims abstract description 32
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 28
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 claims description 7
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 7
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 21
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004801 process automation Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000007666 vacuum forming Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/14—Heating of the melt or the crystallised materials
- C30B15/18—Heating of the melt or the crystallised materials using direct resistance heating in addition to other methods of heating, e.g. using Peltier heat
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/30—Mechanisms for rotating or moving either the melt or the crystal
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/16—Oxides
- C30B29/20—Aluminium oxides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
본 발명은 사파이어용 단결정 성장장치에 관한 것으로, 더욱 상세히는 잉곳을 성장시키면서 끌어 올리는 축을 중공축으로 제작하고 냉각수가 순환할 수 있도록 구성함으로써 고가의 축을 저가의 축으로 교체할 수 있는 사파이어용 단결정 성장장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 성장장치는 도가니에서 산화알루미늄을 용해 다음 시드를 축에 설치하고, 용해된 산화알루미늄에 시드의 일부를 담근 후 서서히 식히면서 인상 및 회전시켜 단결정 잉곳으로 성장시키는 사파이어용 단결정 성장장치에 있어서, 상기 축은 상기 시드의 상단부를 고정하는 척과, 상기 척의 상단부에 연결되고 내부에 냉각수가 흐르는 중공축, 상기 중공축 내부로 냉각수를 순환시키는 펌프를 포함한다.The present invention relates to a single crystal growth apparatus for sapphire, and more particularly, to a single crystal growth apparatus for sapphire, in which a shaft for pulling up a ingot is formed as a hollow shaft and a cooling water is circulated, ≪ / RTI > A growth apparatus according to the present invention is a single crystal growing apparatus for sapphire for dissolving aluminum oxide in a crucible, then placing the seed on a shaft, dipping a part of the seed into dissolved aluminum oxide, The shaft includes a chuck for fixing an upper end of the seed, a hollow shaft connected to an upper end of the chuck and through which cooling water flows, and a pump circulating the cooling water into the hollow shaft.
Description
본 발명은 사파이어용 단결정 성장장치에 관한 것으로, 더욱 상세히는 잉곳을 성장시키면서 끌어 올리는 축을 중공축으로 제작하고 냉각수가 순환할 수 있도록 구성함으로써 고가의 축을 저가의 축으로 교체할 수 있는 사파이어용 단결정 성장장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a single crystal growth apparatus for sapphire, and more particularly, to a single crystal growth apparatus for sapphire, in which a shaft for pulling up a ingot is formed as a hollow shaft and a cooling water is circulated, ≪ / RTI >
일반적으로, 사파이어용 단결정은 산화알루미늄을 원재료로 하여 단결정 잉곳으로 성장시킨 다음 잉곳을 슬라이싱하여 웨이퍼로 제작한다. 이것은 후에 LED 기판을 등을 만드는데 사용되어진다. 따라서 현재와 같이 LED 수요가 기하급수적으로 늘어나고 있는 상황에서는 사파이어용 단결정의 수요도 급증하고 있는 추세이다.Generally, single crystals for sapphire are grown from a single crystal ingot using aluminum oxide as a raw material, and then the ingot is sliced into a wafer. This is later used to make LED backsides. Therefore, demand for sapphire single crystals is increasing rapidly as demand for LED is increasing exponentially.
사파이어용 단결정의 성장은 태양광의 실리콘 단결정 성장과 같은 맥락의 공정을 사용하여 이루어진다. 즉, 널리 알려진 쵸크랄스키 방법에 의해 잉곳을 성장시킨다. 쵸크랄스키 방법은 이 분야에서는 널리 알려진 방법으로 도가니에서 재료를 녹인 다음 시드를 넣고, 서서히 식히면서 케이블이나 축을 사용하여 회전시키면서 상부로 올려 잉곳을 성장시키는 방법을 말한다.The growth of single crystals for sapphire is done using the same process as the growth of silicon single crystals of sunlight. That is, the ingot is grown by the widely known Czochralski method. The Czochralski method is a method known in the art to dissolve the material in the crucible, then insert the seed, slowly cool it, rotate it using a cable or shaft, and raise it to the top to grow the ingot.
태양광 실리콘 단결정을 성장시키는 장치는 통상 케이블로 인상 및 회전시키고, 핫 존(hot zone)의 온도가 1450℃ 이상이다.A device for growing a solar silicon single crystal is usually pulled and rotated by a cable, and the temperature of the hot zone is 1450 DEG C or higher.
이에 대하여, 사파이어용 단결정 성장장치는 축으로 잉곳을 인상 및 회전시키고, 핫 존(hot zone)의 온도가 2050℃ 이상이다. 따라서 실리콘 단결정 성장장치와는 여러 가지 측면에서 장치를 다르게 구성해야 한다.On the other hand, the sapphire single crystal growth apparatus pulls and rotates the ingot with the axis, and the temperature of the hot zone is 2050 DEG C or more. Therefore, the device must be configured differently from the silicon single crystal growth device in various aspects.
종래의 사파이어용 단결정 성장장치가 공개특허 제10-2012-0120740호로 공지되어 있다. 공지된 바와 같이 종래 사파이어 단결정 성장 장치는, 산화알루미늄 용탕에서 사파이어 단결정을 성장시키는 사파이어 단결정 성장 장치에 있어서, 상기 산화알루미늄 용탕이 담긴 도가니; 내부에 상기 도가니가 위치되는 단열재 용기; 및 내부에 상기 사파이어 단결정을 수용하는 내부 공간(상기 내부 공간은 상하로 관통된다)이 형성되고, 상단 측부가 상기 단열재 용기의 측벽에 연결되고, 하단이 상기 용탕 내부에 위치하는 대류 차단막을 포함하되, 상기 도가니의 측벽 쪽에서 상승하여 상기 사파이어 단결정을 향해 이동하는 용탕의 대류 흐름이 상기 대류 차단막에 의해 차단되어 상기 대류 차단막을 따라 하부로 유동하는 것을 특징으로 하고 있다.A conventional single crystal growing apparatus for sapphire is known from Japanese Patent Laid-Open No. 10-2012-0120740. As is known, a conventional sapphire single crystal growth apparatus is a sapphire single crystal growth apparatus for growing a sapphire single crystal in molten aluminum oxide, comprising: a crucible containing the molten aluminum oxide; A heat insulating material container in which the crucible is disposed; And a convection blocking layer formed in the interior of the inside of the molten metal to receive the sapphire single crystal, the upper side portion of which is connected to the side wall of the heat insulating container, and the lower end of which is located in the inside of the molten metal And a convection flow of the molten metal which rises from the sidewall side of the crucible toward the sapphire single crystal is blocked by the convective blocking film and flows downward along the convective blocking film.
그러나 이러한 종래의 사파이어용 단결정 성장장치는 축을 사용하여 잉곳을 성장시키므로 초고온도에 견딜 수 있는 고가의 축을 사용해야 하는 문제점이 있다.
However, such conventional single crystal growth apparatus for sapphire has a problem that an expensive shaft which can withstand an ultra-high temperature is used because an ingot is grown using a shaft.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 스테인리스 스틸(SUS316)과 같은 저가의 금속재질을 사용하면서도 고온에서 견딜 수 있는 잉곳 성장용 축의 새로운 냉각 구조를 제공함으로써 성장장치 단가를 낮출 수 있는 사파이어용 단결정 성장장치를 제공하고자 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems and it is an object of the present invention to provide a new cooling structure of an ingot growth shaft that can withstand high temperatures while using a low-cost metal material such as stainless steel (SUS316) Crystal sapphire single crystal growth apparatus.
상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 도가니에서 산화알루미늄을 용해한 다음 시드를 축에 설치하고, 용해된 산화알루미늄에 상기 시드의 일부를 담근 후 서서히 식히면서 인상 및 회전시켜 단결정 잉곳으로 성장시키는 사파이어용 단결정 성장장치에 있어서, 상기 성장장치는 상기 시드의 상단부를 고정하는 척과, 상기 척의 상단부에 연결되고 내부에 냉각수가 흐르는 중공축과, 상기 중공축 내부로 냉각수를 순환시키는 펌프를 포함한다.As a specific means for achieving the above object, the present invention provides a method for producing a single crystal ingot by dissolving aluminum oxide in a crucible and then placing a seed on a shaft, dipping a part of the seed in the dissolved aluminum oxide, Wherein the growth apparatus comprises a chuck for fixing an upper end of the seed, a hollow shaft connected to an upper end of the chuck and through which cooling water flows, and a pump circulating the cooling water into the hollow shaft .
바람직하게는, 상기 중공축의 내부에는 상기 냉각수가 공급되는 냉각수 공급관이 설치되어, 냉각수는 상기 공급관을 통하여 공급된 다음 상기 중공축 내주면과 상기 공급관 외주면 사이로 배출되어 순환된다.Preferably, the hollow shaft is provided with a cooling water supply pipe through which the cooling water is supplied. The cooling water is supplied through the supply pipe, and then is discharged and circulated between the hollow shaft inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the supply pipe.
바람직하게는, 상기 중공축의 내주면에는 냉각수를 안내하고 냉각면적을 넓힐 수 있도록 나사가 형성된다.Preferably, the inner circumferential surface of the hollow shaft is formed with a screw so as to guide the cooling water and to widen the cooling area.
바람직하게는, 상기 중공축과 시드척 사이에는 상단부가 상기 중공축에 박히고 하단부가 상기 시드척에 형성된 탭에 나사결합되는 연결부재가 설치됨으로써, 상기 중공축과 시드척을 체결 및 분리할 수 있다.Preferably, the hollow shaft and the seed chuck may be fastened and separated by providing a connecting member between the hollow shaft and the seed chuck such that the upper end thereof is stuck to the hollow shaft and the lower end thereof is screwed to the tab formed on the seed chuck .
바람직하게는, 상기 도가니의 외면에는 그라파이트 저항 가열 히터가 설치된다.Preferably, a graphite resistance heating heater is provided on the outer surface of the crucible.
바람직하게는, 상기 중공축의 내주면에는 냉각수를 안내하는 나사가 형성될 수 있다.Preferably, a screw for guiding cooling water may be formed on the inner circumferential surface of the hollow shaft.
바람직하게는, 상기 그라파이트 저항 가열 히터의 외면에는 그라파이트 단열재와 몰리브덴 단열재가 이중으로 설치된다.
Preferably, graphite insulation material and molybdenum insulation material are installed on the outer surface of the graphite resistance heating heater.
상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.The present invention as described above has the following effects.
(1) 본 발명에 의한 사파이어용 단결정 성장장치는 시드를 고정하는 척 상부 축을 중공축으로 하고 그 내부에 냉각수 공급관을 설치하여 냉각수가 공급되도록 구성함으로써 고가의 축을 일부만 사용하도록 함으로써 단가를 충분히 낮출 수 있는 효과를 제공한다.(1) In the single crystal growth apparatus for sapphire according to the present invention, the chuck upper shaft for fixing the seed is a hollow shaft, and a cooling water supply pipe is provided therein to supply cooling water, so that only a part of the expensive shaft is used partially, Provides an effect.
(2) 본 발명에 의한 사파이어용 단결정 성장장치는 잉곳이 성장되는 핫 존에 그라파이트 저항 가열 히터를 설치하고 그라파이트와 몰리브덴의 이중의 단열재를 설치함으로써 열효율을 극대화할 수 있는 효과를 제공한다.
(2) In the single crystal growth apparatus for sapphire according to the present invention, a graphite resistance heating heater is provided in a hot zone in which an ingot is grown, and double heat insulation material of graphite and molybdenum is provided, thereby maximizing thermal efficiency.
도 1은 본 발명에 의한 사파이어용 단결정 성장장치의 정면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 사파이어용 단결정 성장장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 사파이어용 단결정 성장장치의 일부 구성요소인 중공축의 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 중공축의 다른 실시예에 의한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 사파이어용 단결정 성장장치를 사용하여 단결정을 성장시키기 위한 공정을 보여주는 순서도이다.1 is a front view of a single crystal growing apparatus for sapphire according to the present invention.
2 is a side view of a single crystal growing apparatus for sapphire according to the present invention.
3 is a cross-sectional view of a hollow shaft, which is a component of a single crystal growing apparatus for sapphire according to the present invention.
4 is a cross-sectional view of another embodiment of the hollow shaft shown in FIG.
5 is a flowchart showing a process for growing a single crystal using a single crystal growing apparatus for sapphire according to the present invention.
상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.The above objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 사파이어용 단결정 성장장치는 시드 인상 및 회전 어셈블리(100), 진공 챔버 어셈블리(200), 핫 존 어셈블리, 게이트 밸브(220), 비젼 시스템, 온도측정 시스템, 도가니 인상 및 회전 어셈블리(310), 진공 어셈블리, 냉각수 어셈블리, 분위기 가스 어셈블리, 전원부, 제어 패널, 그리고 센서 시스템으로 구성된다. 이러한 진공을 만드는 진공 어셈블리부터 센서 시스템까지 참조번호 300을 사용한다.A single crystal growth apparatus for sapphire according to a preferred embodiment of the present invention includes seed pulling and rotating
상기 시드 인상 및 회전 어셈블리(100)는 시드(S)와 잉곳을 인상 회전시키는 기능을 담당하는 구성으로서, 시드(S)를 성장시켜 잉곳을 형성하게 된다. 진공 상태에서 회전과 동시에 상승운동을 해야 하기 때문에 마그네틱 실을 설치한다. 특히 중공축(110)을 인상축으로 사용하고 안정성을 위해 냉각수가 공급되는 구조를 갖는다.The seed pulling and rotating
상기 진공챔버 어셈블리(200)는 이중 챔버구조로 냉각수 유입이 되고, 진공 챔버 내부에 히터(212), 단열재(213), 도가니(211) 등으로 구성된 핫 존(210)이 형성된다. The
핫 존 어셈블리는 알루미나 소재를 가열하여 용해하며 잉곳이 성장되는 구간이다. 여기서, 히터(213)로는 상기 도가니(211)의 외면에 그라파이트 저항 가열 히터(212)가 설치되고, 단열재(213)로서는 그라파이트 저항 가열 히터의 외면에 그라파이트 단열재와 몰리브덴 단열재가 이중으로 설치된다. The hot zone assembly is the zone where the ingot grows by melting the alumina material. The
게이트 밸브(220)는 핫 존(210)이 설치되는 챔버 상부에 게이트 밸브(220)를 설치하여 소재 용해 동안 시드 교체 등의 작업이 가능하여 공정시간을 축소할 수 있다.The
비젼 시스템은 공정 자동화를 위해 잉곳 직경을 자동 측정하는 시스템을 적용한다.The vision system employs a system that automatically measures the ingot diameter for process automation.
온도측정 시스템은 외부 단열재(213)의 온도를 측정하여 핫 존(210) 온도를 예측(예, 열전대, pyrometer)하거나, 핫 존(210) 내부의 온도를 직접 측정(C-type 열전대)한다. 여기서는 도가니 온도 측정과 도가니(211)와 시드(S) 결정 간의 계면 측정은 피로미터를 사용한다.The temperature measurement system estimates the temperature of the hot zone 210 (e.g., a thermocouple or pyrometer) by measuring the temperature of the external
도가니 인상 및 회전 어셈블리(310)는 말 그대로 도가니(211)를 인상시키고, 회전도 시킨다.The crucible lifting and rotating
진공 어셈블리는 불순물을 제거하고 공정 진공도 유지를 위한 시스템이다.Vacuum assemblies are systems for removing impurities and maintaining process vacuum.
냉각수 어셈블리는 진공 챔버, 진공 펌프 등 냉각수를 순환시키는 시스템이다. 핀 플로우메타(Pin flowmeter), 온도계를 설치하여 유량과 냉각수 출구 온도를 측정하여 이를 제어하도록 한다.The cooling water assembly is a system for circulating cooling water such as a vacuum chamber and a vacuum pump. A pin flowmeter and a thermometer are installed to measure and control the flow rate and the outlet temperature of the cooling water.
분위기 가스 어셈블리는 공정 분위기용 가스(아르곤, 산소)를 제어하는 시스템이다.Atmosphere The gas assembly is a system that controls the gases (argon, oxygen) for the process atmosphere.
전원부는 히터 전원용으로 최대 165kW를 적용한다.The power source applies a maximum of 165kW for heater power.
제어패널은 PLC 기반 제어 프로그램을 사용한다.The control panel uses a PLC-based control program.
센서 시스템은 각 온도계, 구동 부 위치 신호 등을 표시하고 저장하는 시스템이다.The sensor system is a system that displays and stores each thermometer, drive position signal, and the like.
특히, 도 1을 참고하면, 시드 인상 및 회전 어셈블리(100)에서 시드를 인상 및 회전시키기 위한 중공축(110)은 프레임에 의해 지지되는 스크류(120)를 따라 모터(130)의 구동에 따라 승강하도록 되어 있고, 상부에 모터에 의해 회전되도록 구성되어 있다.1, the
도 5의 순서도를 참고하면 본 발명에 의한 성장장치를 사용한 공정을 설명하면 다음과 같다.Referring to the flowchart of FIG. 5, the process using the growth apparatus according to the present invention will be described as follows.
우선, 시뮬레이션을 실시하여 시행착오를 줄인다. 시뮬레이션으로는 수치 시뮬레이션을 사용하는 바, 수치 시뮬레이션은 용해 및 성장 중인 결정의 온도 분포 등 관찰하거나 측정하기 어려운 단결정 성장 장치를 해석하고 공정을 최적화 할 수 있는 유용한 방법이다. 고온에서 액상의 난류 유동, 가스의 층상 흐름, 경계면에서의 경면 반사도, 내부 흡수와 산란, 온도 분포 등을 계산하여 예측 할 수 있는 방법으로 Global simulation Program: CFD-ACE, CGSIM, FEMAG 등을 사용할 수 있다. 시뮬레이션에 의해 얻어진 결과를 바탕으로 세팅하고 공정을 진행하게 된다.First, simulations are performed to reduce trial and error. Numerical simulations are used to simulate, and numerical simulation is a useful way to analyze and optimize single crystal growth devices that are difficult to observe or measure, such as the temperature distribution of dissolved and growing crystals. Global simulation programs such as CFD-ACE, CGSIM, and FEMAG can be used to estimate and predict the turbulent flow of liquid at high temperature, the layered flow of gas, the specular reflectance at the interface, internal absorption and scattering, have. Based on the results obtained by the simulation, the process is set up.
진공공정(진공(vacuum), 누설검사(leak test), 고진공(high vacuum))은 저진공을 배기, 진공챔버의 리크(leak) 유무를 검사하고 진공으로 배기한다. Vacuum processes (vacuum, leak test, high vacuum) check whether low vacuum is evacuated, leak of vacuum chamber is evacuated and vacuum evacuated.
압력설정(pressurization)은 히터의 수명 및 성장시 분압을 고려하여 챔버 압력을 설정하는 단계이다.The pressurization is a step of setting the chamber pressure in consideration of the lifetime of the heater and the partial pressure during growth.
용해공정(예비가열(pre-heating), 자동용해(auto melting), 용해(melting), 게이크 밸브 개방(gate valve open))은 알루미나 용융온도인 2050℃ 이상으로 승온시킨 후 도가니 내부의 시드를 포함한 장입 재료는 고/액 천이 상태에 있는 시드 결정의 일부를 제외하고 모두 액상으로 변화시키는 단계이다.The melting process (pre-heating, auto melting, melting, gate valve open) is carried out by raising the temperature to 2050 ° C or higher, which is the alumina melting temperature, Is a step of converting all of the seed crystals in the solid / liquid transition state to a liquid state except for a part of the seed crystals.
안정화 공정(stabilization)은 용해 완료 후 과도하게 변화된 용해 온도를 다음 공정이 진행 될 수 있도록 히터를 조절하는 공정이다.Stabilization is the process of adjusting the heater so that the next step can proceed with the excessively changed melting temperature after dissolution is complete.
시딩(seeing) 공정은 용해된 알루미나에 시드를 접촉시키는 공정으로 처음으로 응고 계면이 형성되는 공정이다.The seeing process is a process in which a seed is contacted with molten alumina, and a solidification interface is formed for the first time.
네킹(necking) 공정은 분당 0.05∼2℃로 온도 편차를 1℃를 유지, 하면서 1930∼1970℃ 까지 냉각시키는 단계로 직경은 잉곳 직경 무게를 지탱할 정도이며 되도록이면 얇을수록 결함이 적어진다(시드 표면의 결함을 제거하는 단계).The necking process is a step of cooling to 1930 ~ 1970 ℃ while keeping the temperature deviation at 1 ℃ at 0.05 ~ 2 ℃ per minute. The diameter is enough to support the ingot diameter weight and the thinner it is, To remove defects in the substrate.
크라운(crown) 공정은 네킹 공정에서 쇼울더 공정 사이의 잉곳의 직경이 변화하는 공정이다.The crown process is a process in which the diameter of the ingot between the necking process and the shoulder process is changed.
쇼울더(shouldering) 공정은 잉곳의 직경을 성장시키는 단계로서, 일반적으로 속도는 고정된다.The shouldering process is a step of growing the diameter of the ingot, and the velocity is generally fixed.
잉곳성장(body) 공정은 잉곳의 길이를 성장시키는 단계이다.The ingot growth (body) step is a step of growing the ingot length.
테일(tail) 공정은 잉곳 성장을 마감하는 단계이다.The tail process is the step of finishing the ingot growth.
냉각(cooling)공정은 잉곳을 냉각하여 적출하는 단계로서, 냉각시 온도 구배는 매우 중요한 사항이다.The cooling process is a step of cooling the ingot by cooling, and the temperature gradient upon cooling is very important.
재용해(melt back) 공정은 성장 중인 결정이 구조체 손실(structure loss)이 발생하였을 경우 다시 성장시키기 위해 다시 녹이는 것이다. 다시 안정화 공정을 돌아간다.The melt back process is to dissolve the grown crystal in order to grow again in the event of a structure loss. The stabilization process is then restarted.
여기서, 특히 본 발명에서는, 도 3을 참고하면, 상술한 공정에 따라 사파이어 잉곳을 성장시킬 때 인상축으로 사용되는 축으로, 스테인리스 스틸, SUS316 중공축(110)을 적용한다. 하단부에는 시드 척(113)이 설치되어 시드(S)를 고정하고 있고, 그 시드 척(113) 상부에 중공축(110)이 연결부재(112)와 결합되어 연결되어 있다. 연결부재(112)도 SUS316으로 제작할 수 있다. 연결부재(112)는 상단부는 중공축(110)에 박히고 하단부는 시드 척(113)에 형성된 탭에 나사 결합되어 중공축(110)과 시드척(113)을 용이하게 분리 및 결합시킬 수 있도록 되어 있다. 시드 척(113)은 몰리브덴으로 제작할 수 있는 바, 알루미나의 녹는 온도에서도 잘 견딜 수 있는 재질을 사용해야 한다. 중공축(110)의 내부에는 냉각수가 흐르도록 구성되어 있는 바, 냉각수는 역시 중공관인 냉각수 공급관(111)을 통하여 하강한 다음, 중공축(110)과 공급관(111) 사이로 흘러 상승한 다음 냉각수 탱크로 들어가고, 응축된 후, 다시 펌프에 의해 공급관(111)을 통하여 공급되는 순환 사이클을 이루도록 구성되어 있다. 이렇게 구성함으로써 중공축(110)의 온도를 일정 온도 이하로 유지할 수 있게 되어 인상축으로 사용이 가능해 진다.3, a stainless steel SUS316
한편, 도 4는 상술한 중공축(110')의 다른 실시예를 보여준다. 이번 실시예에서는 중공축(110')의 내면에 나사(110a')를 형성한 것이다. 이렇게 나사(110')를 형성하면, 냉각수와 접촉하면 면적이 넓어져 열교환 효율이 증대되고, 냉각수의 흐름이 안내되어 균질하게 냉각수가 흐르게 되어 온도조절이 수월하고 정확해진다.Meanwhile, FIG. 4 shows another embodiment of the above-described hollow shaft 110 '. In this embodiment, a
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventions. It will be apparent to those of ordinary skill in the art.
100 : 시드 인상 및 회전 어셈블리 110, 110' : 중공축
111 : 냉각수 공급관 113 : 시드 척
120 : 스크류 130 : 모터
200 : 진공 챔버 어셈블리 100: Seed pulling and
111: cooling water supply pipe 113: seed chuck
120: screw 130: motor
200: vacuum chamber assembly
Claims (6)
상기 성장장치는 상기 시드의 상단부를 고정하는 척과, 상기 척의 상단부에 연결되고 내부에 냉각수가 흐르는 중공축과, 상기 중공축 내부로 냉각수를 순환시키는 펌프를 포함하고,
상기 중공축의 내주면에는 냉각수를 안내하고 냉각면적을 넓힐 수 있도록 나사가 형성된 것을 특징을 하는 사파이어용 단결정 성장장치.
1. A single crystal growing apparatus for sapphire for melting aluminum oxide in a crucible, then placing a seed on a shaft, dipping a part of the seed into dissolved aluminum oxide, slowly pulling up the molten aluminum to grow into a single crystal ingot,
The growth apparatus includes a chuck for fixing an upper end of the seed, a hollow shaft connected to an upper end of the chuck and through which cooling water flows, and a pump circulating the cooling water into the hollow shaft,
And a screw is formed on the inner circumferential surface of the hollow shaft so as to guide cooling water and increase the cooling area.
상기 중공축의 내부에는 상기 냉각수가 공급되는 냉각수 공급관이 설치되어, 냉각수는 상기 공급관을 통하여 공급된 다음 상기 중공축 내주면과 상기 공급관 외주면 사이로 배출되어 순환되는 것을 특징으로 하는 사파이어용 단결정 성장장치.
The method according to claim 1,
Wherein the hollow shaft is provided with a cooling water supply pipe through which the cooling water is supplied and the cooling water is supplied through the supply pipe and then discharged between the hollow shaft inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the supply pipe for circulation.
상기 중공축과 시드척 사이에는 상단부가 상기 중공축에 박히고 하단부가 상기 시드척에 형성된 탭에 나사결합되는 연결부재가 설치됨으로써, 상기 중공축과 시드척을 체결 및 분리할 수 있는 것을 특징으로 하는 사파이어용 단결정 성장장치.
The method according to claim 1,
And a connecting member is provided between the hollow shaft and the seed chuck such that the upper end is stuck to the hollow shaft and the lower end is screwed to a tab formed on the seed chuck, Single crystal growth device for sapphire.
상기 도가니의 외면에는 그라파이트 저항 가열 히터가 설치된 것을 특징으로 하는 사파이어용 단결정 성장장치.
The method according to claim 1,
And a graphite resistance heating heater is provided on the outer surface of the crucible.
상기 그라파이트 저항 가열 히터는 그 외면에 그라파이트 단열재와 몰리브덴 단열재가 이중으로 설치된 것을 특징으로 하는 사파이어용 단결정 성장장치.
6. The method of claim 5,
Wherein the graphite resistance heating heater is provided with double graphite insulation material and molybdenum insulation material on its outer surface.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120125015A KR101398128B1 (en) | 2012-11-06 | 2012-11-06 | Structure for growth of sapphire single crystal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120125015A KR101398128B1 (en) | 2012-11-06 | 2012-11-06 | Structure for growth of sapphire single crystal |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20140058241A KR20140058241A (en) | 2014-05-14 |
| KR101398128B1 true KR101398128B1 (en) | 2014-05-27 |
Family
ID=50888690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120125015A Active KR101398128B1 (en) | 2012-11-06 | 2012-11-06 | Structure for growth of sapphire single crystal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101398128B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101734906B1 (en) * | 2016-10-05 | 2017-05-12 | 송철현 | Puller for sapphire growth device |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62197398A (en) * | 1986-02-24 | 1987-09-01 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Method for pulling up single crystal |
| KR900007075B1 (en) * | 1986-08-07 | 1990-09-28 | 쇼와알루미늄 가부시기 가이샤 | Color display tube process and apparatus for purifying silicon |
| KR0176328B1 (en) * | 1995-12-19 | 1999-03-20 | 김은영 | Vertical Temperature Gradient Cooling and Vertical Bridge-Only Compound Semiconductor Single Crystal Growth Apparatus for Applying Axial Magnetic Field |
| EP1775356A2 (en) * | 2005-10-14 | 2007-04-18 | Ricoh Company, Ltd. | Crystal growth apparatus and manufacturing method of group III nitride crystal |
| JP2007223830A (en) * | 2006-02-22 | 2007-09-06 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | Method of growing oxide single crystal |
-
2012
- 2012-11-06 KR KR1020120125015A patent/KR101398128B1/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62197398A (en) * | 1986-02-24 | 1987-09-01 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Method for pulling up single crystal |
| KR900007075B1 (en) * | 1986-08-07 | 1990-09-28 | 쇼와알루미늄 가부시기 가이샤 | Color display tube process and apparatus for purifying silicon |
| KR0176328B1 (en) * | 1995-12-19 | 1999-03-20 | 김은영 | Vertical Temperature Gradient Cooling and Vertical Bridge-Only Compound Semiconductor Single Crystal Growth Apparatus for Applying Axial Magnetic Field |
| EP1775356A2 (en) * | 2005-10-14 | 2007-04-18 | Ricoh Company, Ltd. | Crystal growth apparatus and manufacturing method of group III nitride crystal |
| JP2007223830A (en) * | 2006-02-22 | 2007-09-06 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | Method of growing oxide single crystal |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101734906B1 (en) * | 2016-10-05 | 2017-05-12 | 송철현 | Puller for sapphire growth device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20140058241A (en) | 2014-05-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8459132B2 (en) | Systems and methods for monitoring a solid-liquid interface | |
| CN105189834B (en) | Cooldown rate control device and the ingot casting grower for including it | |
| US7476274B2 (en) | Method and apparatus for making a highly uniform low-stress single crystal by drawing from a melt and uses of said crystal | |
| US9587325B2 (en) | Method for calculating a height position of silicon melt surface, method for pulling silicon single crystal, and silicon single crystal pulling apparatus | |
| CN104651934B (en) | A kind of energy-saving sapphire crystal growing furnace | |
| KR101540225B1 (en) | Single Crystal Manufacturing Apparatus and Single Crystal Manufacturing Method | |
| KR101385997B1 (en) | Apparatus for producing single crystal and method for producing single crystal | |
| CN102191535A (en) | Manufacturing device for sapphire monocrystal | |
| KR101216522B1 (en) | Silicon ingot grower including probe | |
| KR101398128B1 (en) | Structure for growth of sapphire single crystal | |
| CN108998829A (en) | The cooling means of cooling device, single crystal growing furnace and crystal bar | |
| KR102422843B1 (en) | Method of estimating oxygen concentration of silicon single crystal and manufacturing method of silicon single crystal | |
| TWI568897B (en) | Cultivation method of silicon single crystal | |
| KR101467117B1 (en) | Ingot growing apparatus | |
| KR101679071B1 (en) | Melt Gap Controlling System, Method of Manufacturing Single Crystal including the Melt Gap Controlling System | |
| TWI471463B (en) | Measurement and compensation system for ingot growth and method thereof | |
| CN103849930B (en) | A kind of temperature control equipment for impregnated mercury cadmium telluride rheotaxial and method | |
| KR20120045307A (en) | Temperature detecting system and temperature control method for single crystal growing | |
| KR101347056B1 (en) | Cooling Apparatus for growing sapphire single crystal | |
| JP2704032B2 (en) | Method for manufacturing compound semiconductor single crystal | |
| KR101472351B1 (en) | Method for interpreting a growing of sapphire single crystal and method for growing sapphire single crystal | |
| KR101744924B1 (en) | Apparatus for growing single crystal having means for direct temperature measurement and method for growing single crystal using the same | |
| KR20100062103A (en) | A cooling tube and single crystal ingot growth apparatus having the same | |
| CN203768484U (en) | Temperature control device for immersion type tellurium-cadmium-mercury liquid phase epitaxy | |
| JP3812573B2 (en) | Semiconductor crystal growth method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20121106 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20131220 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20140501 |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20140515 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20140515 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190430 Year of fee payment: 6 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20190430 Start annual number: 6 End annual number: 6 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20200429 Start annual number: 7 End annual number: 7 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20220228 Start annual number: 9 End annual number: 9 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20230228 Start annual number: 10 End annual number: 10 |