KR101333791B1 - Apparatus for growing single crystal - Google Patents

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KR101333791B1
KR101333791B1 KR1020130010341A KR20130010341A KR101333791B1 KR 101333791 B1 KR101333791 B1 KR 101333791B1 KR 1020130010341 A KR1020130010341 A KR 1020130010341A KR 20130010341 A KR20130010341 A KR 20130010341A KR 101333791 B1 KR101333791 B1 KR 101333791B1
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임종인
신호용
임지현
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한국세라믹기술원
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Abstract

The present invention relates to a device for single crystal growth comprising a crucible having an inner space formed and an upper part opened; a heating unit separated from the side wall of the crucible and including a plurality of heaters for heating the crucible; and a puller arranged above the crucible. The environment for a single crystal growth process can be elaborately controlled because the temperature of the crucible can be locally controlled by controlling the heaters independently. That is to say, the temperatures of the lower side part, upper part and bottom part of the crucible can be adjusted to different temperatures respectively by heating the crucible with a plurality of heaters arranged to induce different electric fields in the lower side part, upper part and bottom part of the crucible. High-quality single crystals can be formed because the temperature of the crucible can be adjusted to obtain an optimal condition for single crystal growth and defects such as microbubbles, twinning and dislocation occurring in a crystal growth process can be inhibited or prevented.

Description

단결정 성장장치 {apparatus for growing single crystal}Single Crystal Growth Device {apparatus for growing single crystal}

본 발명은 단결정 성장장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도가니의 국부적인 온도제어를 통해 단결정의 결함발생을 억제 및 방지할 수 있는 단결정 성장장치에 관한 것이다. The present invention relates to a single crystal growth apparatus, and more particularly, to a single crystal growth apparatus capable of suppressing and preventing occurrence of defects of single crystals through local temperature control of the crucible.

사파이어 단결정(Al2O3)은 다른 기판 재료인 탄화규소(SiC)나 ZeSe 단결정에 비해 광학적, 기계적, 고온 안정성 및 내화학적 특성이 우수하고, 다른 단결정에 비해 경제적으로 제조가 가능하여 LED(Light Emitting Diode)용 기판으로서 각광받고 있다. 이때, 사파이어 단결정은 6방정계(hexagonal) 결정구조를 갖고 결정면 방위에 따라 다양한 용도로 사용되고, 사파이어의 a 결정면은 LCD, 광학용 및 내화학용 등으로 사용되고, c 결정면은 LED 기판용으로 사용된다. Sapphire single crystal (Al 2 O 3 ) has better optical, mechanical, high temperature stability and chemical resistance than other substrate materials such as silicon carbide (SiC) or ZeSe single crystal, and can be manufactured economically compared to other single crystals. It is attracting attention as a substrate for Emitting Diode). In this case, the sapphire single crystal has a hexagonal crystal structure and is used for various purposes according to the crystal plane orientation, the a crystal plane of sapphire is used for LCD, optical and chemical resistance, and the c crystal plane is used for the LED substrate.

이와 같은 사파이어 단결정은 고순도 알루미나(Al2O3) 분말을 2040℃ 이상의 고온에서 용융시키고, 단결정 종자를 접촉시켜 국부적인 온도제어 방식으로 냉각시키면서 단결정을 성장시킨다. Such sapphire single crystal melts high-purity alumina (Al 2 O 3) powder at a high temperature of 2040 ° C. or higher, and grows the single crystal while contacting the single crystal seed and cooling it by a local temperature control method.

일반적으로 사파이어 단결정 성장 방식으로는 브릿지만(Bridgman)법, 키로프로스(Kyropoulos)법, CZ(Czochralski)법, EFG(Edge-Defined film-Fed growth)법, HEM(Heat Exchange Method)법과 같은 다양한 기술을 적용되고 있다. 그리고 단결정 성장장치 내부를 가열하는 방식으로는 저항 가열방식과 고주파 유도가열방식이 있다. (여기서, 도 1은 종래의 유도가열식 단결정 성장장치를 설명하기 위한 도면이다.) In general, sapphire single crystal growth methods include various techniques such as Brigman method, Kyropoulos method, CZ (Czochralski) method, Edge-Defined film-Fed growth method, and Heat Exchange Method (HEM) method. Is being applied. In addition, there are resistance heating and high frequency induction heating. (Here, Figure 1 is a view for explaining a conventional induction heating type single crystal growth apparatus.)

도 1에 도시된 바와 같이, 챔버(5) 내에서 하부블럭(7) 상에 단열재(70)가 안착되고, 단열재(70) 내에는 단결정 원료가 수용되는 도가니(10)가 배치된다. 이때, 도가니의 외측에는 도가니(10)를 가열하기 위한 가열유닛(30)이 구비되고, 전원공급기(33)로부터 가열유닛(30)으로 전원이 공급된다. 이에, 가열유닛(30)에 의해 가열된 도가니 내의 단결정 원료가 인상기(20)에 의해 인상되며 성장한다. As shown in FIG. 1, the insulator 70 is seated on the lower block 7 in the chamber 5, and the crucible 10 in which the single crystal raw material is accommodated is disposed in the insulator 70. At this time, the heating unit 30 for heating the crucible 10 is provided on the outside of the crucible, the power is supplied from the power supply 33 to the heating unit 30. Thus, the single crystal raw material in the crucible heated by the heating unit 30 is pulled up by the puller 20 and grows.

그러나, 유도가열식 단결정 성장장치는 저항 가열식 단결정 성장장치와 달리, 하나의 전원공급기 및 가열유닛을 사용하여 가열하기 때문에 도가니(10)의 상부 및 하부의 온도구배를 독립적으로 정밀하게 제어하지 못하는 단점이 있다. 이에, 도가니(10)에 수용된 단결정 원료를 용융시키기 위한 높은 온도구배가 성장하는 결정부에 응력집중을 야기하는 문제점이 발생한다.However, unlike induction heating single crystal growth apparatus, unlike induction heating single crystal growth apparatus, since it uses only one power supply and a heating unit to heat, the disadvantage of inability to precisely independently and independently control the temperature gradient of the crucible 10 is reduced. have. Thus, a problem occurs that causes stress concentration in a crystal part in which a high temperature gradient for melting the single crystal raw material contained in the crucible 10 is grown.

이처럼, 단결정이 성장하는 공정에 있어서 최적화되지 않은 공정 분위기는 단결정의 균열을 발생시키고, 상대적으로 취성이 큰 단결정 재료가 성장할 수 있는 직경의 제한이 요구된다. 또한, 단결정 내에 기포, 쌍정, 전위와 같은 결함이 발생하여 단결정 양산화 공정이 용이하지 않은 문제점이 발생한다. As such, an unoptimized process atmosphere in the process of growing a single crystal causes cracking of the single crystal and a limitation of the diameter in which a relatively brittle single crystal material can grow is required. In addition, defects such as bubbles, twins, and dislocations occur in the single crystal, which causes a problem that the single crystal mass production process is not easy.

그리고, 상기의 결함이 단결정에 포함되는 경우, 결과적으로 단결정의 품질이 저하되어 고품질의 단결정을 형성할 수 없는 문제점이 야기된다. If the above defects are included in the single crystal, the quality of the single crystal is consequently deteriorated, resulting in a problem in that a single crystal of high quality cannot be formed.

KRKR 2012-00524352012-0052435 A1A1

본 발명은 도가니의 국부적인 온도제어가 가능한 단결정 성장장치를 제공한다.The present invention provides a single crystal growth apparatus capable of local temperature control of the crucible.

본 발명은 단결정의 결함발생을 감소시켜 품질을 향상시킬 수 있는 단결정 성장장치를 제공한다.The present invention provides a single crystal growth apparatus capable of improving the quality by reducing the occurrence of defects of the single crystal.

본 발명의 실시 예에 따른 단결정 성장장치는, 내부공간이 형성되고 상부가 개방된 도가니와, 상기 도가니의 측벽에서 이격되어 구비되고 상기 도가니를 가열하는 복수개의 가열기를 포함하는 가열유닛, 상기 도가니 상측에 배치되는 인상기를 포함하고, 상기 가열기들은 각각 독립적으로 제어된다.A single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention, a heating unit including a crucible having an inner space and an upper portion thereof, spaced apart from sidewalls of the crucible, and a plurality of heaters heating the crucible, the crucible upper side And an impression device disposed in the heaters, each of which is independently controlled.

상기 도가니는 상하부가 관통되고 내부에 공간을 형성하는 상부도가니와, 상기 상부도가니의 하부에 이격되어 구비되고 상부가 개방된 하부도가니를 포함할 수 있다. The crucible may include an upper crucible, which penetrates the upper and lower portions and forms a space therein, and a lower crucible provided at a lower portion of the upper crucible and opened at an upper portion thereof.

상기 가열유닛은 상기 도가니의 외측면 상부에 구비되고 상기 상부도가니를 가열하는 제1 가열기와, 제1 가열기의 하부에 이격되어 구비되고 상기 하부도가니의 측면을 가열하는 제2 가열기를 포함하고, 상기 제1 가열기 및 상기 제2 가열기에는 전원 공급기가 각각 연결될 수 있다. The heating unit includes a first heater provided above the outer side of the crucible and heating the upper crucible, and a second heater provided spaced below the first heater and heating the side of the lower crucible, Power supplies may be connected to the first heater and the second heater, respectively.

상기 제1 가열기와 상기 제2 가열기 사이에는 차폐부재가 구비될 수 있다. A shielding member may be provided between the first heater and the second heater.

상기 도가니 외측 바닥부에는 상기 하부도가니의 바닥면을 가열하기 위한 제3 가열기가 구비되고, 상기 제3 가열기에는 전원 공급기가 연결될 수 있다. A third heater for heating the bottom surface of the lower crucible may be provided at the outer bottom portion of the crucible, and a power supply may be connected to the third heater.

상기 제2 가열기와 상기 제3 가열기 사이에는 차폐부재가 구비될 수 있다. A shielding member may be provided between the second heater and the third heater.

상기 가열기들은 전원 공급기로부터 각각 상이한 주파수의 전류를 공급받고, 상기 가열기들은 서로 다른 크기의 전기장이 발생될 수 있다. The heaters receive currents of different frequencies from the power supply, and the heaters may generate electric fields of different sizes.

상기 도가니는 하부도가니, 상부도가니, 하부도가니의 바닥면 순으로 발열량이 작아질 수 있다. The crucible may have a lower calorific value in order of a lower crucible, an upper crucible, and a bottom surface of the lower crucible.

상기 제2 가열기는 상기 제1 가열기 및 상기 제3 가열기보다 크고, 상기 제1 가열기는 상기 제3 가열기보다 큰 주파수의 전류를 공급받을 수 있다. The second heater may be larger than the first heater and the third heater, and the first heater may receive a current having a frequency greater than that of the third heater.

상기 가열기들 중 적어도 어느 하나는 저항 가열 방식을 포함할 수 있다. At least one of the heaters may include a resistance heating method.

상기 도가니는 상부가 개방된 외부도가니와, 상기 외부도가니 내부에 배치되는 내부도가니를 포함하고, 상기 외부도가니와 상기 내부도가니 사이에는 충진부재가 구비될 수 있다. The crucible may include an outer crucible having an open top and an inner crucible disposed inside the outer crucible, and a filling member may be provided between the outer crucible and the inner crucible.

상기 외부도가니는 측면과 바닥면이 분리형으로 형성되고, 상기 바닥면은 제3 가열기에 의해 가열될 수 있다. The outer crucible may have a side surface and a bottom surface formed separately, and the bottom surface may be heated by a third heater.

본 발명의 실시 예에 따른 단결정 성장장치에 의하면, 도가니의 국부적인 온도 제어가 가능하여 단결정 성장 공정 환경을 세밀하게 제어할 수 있다. 즉, 도가니의 측면 하부 및 상부에 상이한 전기장을 유도하는 복수개의 가열기를 배치하여 도가니를 가열함으로써 도가니 측면의 상부와 하부의 온도를 상이하게 조절할 수 있다. According to the single crystal growth apparatus according to the embodiment of the present invention, it is possible to control the temperature of the crucible locally to finely control the single crystal growth process environment. That is, by arranging a plurality of heaters for inducing different electric fields on the lower side and the upper side of the crucible, the temperature of the upper and lower sides of the crucible side can be adjusted differently.

그리고, 챔버 내부에 배치되는 하부블럭에 추가로 가열기를 구비함으로써, 측면에 배치되는 가열기로부터 상대적으로 거리가 먼 도가니 바닥부에서의 발열량을 증가시킬 수 있고, 온도를 제어할 수 있다. And, by providing a heater in addition to the lower block disposed inside the chamber, it is possible to increase the amount of heat generated at the bottom of the crucible relatively far from the heater disposed on the side, it is possible to control the temperature.

이와 같이 복수의 가열기를 구비하여 국부적으로 도가니의 측면의 상부 및 하부와 도가니의 바닥부의 온도 제어가 가능함으로써 단결정 성장에 적합한 최적의 조건으로 온도를 조성할 수 있다. 이에, 미세기포, 쌍정, 전위 등과 같은 결함을 억제 또는 방지할 수 있어 고품질의 단결정을 형성할 수 있다. In this way, a plurality of heaters are provided to enable local temperature control of the top and bottom of the side of the crucible and the bottom of the crucible so that the temperature can be formed under optimum conditions suitable for single crystal growth. As a result, defects such as microbubbles, twins, dislocations, and the like can be suppressed or prevented to form high quality single crystals.

도 1은 종래의 유도가열식 단결정 성장장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 성장장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 변형 예에 따른 단결정 성장장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2 및 도 3의 단결정 성장장치에 구비되는 도가니를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 도가니의 변형형태에 따른 도가니를 나타내는 도면이다.
1 is a view showing a conventional induction heating single crystal growth apparatus.
2 is a view showing a single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a single crystal growth apparatus according to a modification of the present invention.
4 is a diagram illustrating a crucible provided in the single crystal growth apparatus of FIGS. 2 and 3.
5 is a diagram illustrating a crucible according to a modification of the crucible of FIG. 4.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 성장장치를 나타내는 도면이다. 도 3은 본 발명의 변형 예에 따른 단결정 성장장치를 나타내는 도면이다. 도 4는 도 2 및 도 3의 단결정 성장장치에 구비되는 도가니를 나타내는 도면이다. 여기서, 도 4의 (a)는 도가니의 사시도이고, 도 4의 (b)는 단면도를 나타낸다. 2 is a view showing a single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention. 3 is a view showing a single crystal growth apparatus according to a modification of the present invention. 4 is a diagram illustrating a crucible provided in the single crystal growth apparatus of FIGS. 2 and 3. 4A is a perspective view of the crucible, and FIG. 4B is a sectional view.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 성장장치(1000)는 내부공간이 형성되고, 상부가 개방된 도가니(200)와, 도가니(200)의 측벽에서 이격되어 구비되고, 도가니(200)를 가열하는 복수개의 가열기(300a, 300b, 300c)를 포함하는 가열유닛(300), 도가니(200) 상측에 배치되는 인상기(500)을 포함한다. 또한, 단결정 성장장치(1000)는 도가니(200)가 배치되는 내부공간을 형성하는 챔버(100)와, 챔버(100) 내부 하측에 배치되는 하부블럭(130) 및 챔버(100) 내에서 도가니(200)를 둘러싸는 단열재(150)를 포함할 수도 있다.
Referring to FIG. 2, the single crystal growth apparatus 1000 according to an exemplary embodiment of the present invention is provided with an inner space, an open top of the crucible 200, and spaced apart from sidewalls of the crucible 200. It includes a heating unit 300 including a plurality of heaters (300a, 300b, 300c) for heating the 200, the impression unit 500 disposed above the crucible (200). In addition, the single crystal growth apparatus 1000 may include a chamber 100 forming an inner space in which the crucible 200 is disposed, a lower block 130 disposed below the chamber 100, and a crucible (in the chamber 100). It may also include a thermal insulator 150 surrounding the 200.

챔버(100)는 상부가 일부 개방되고, 내부에 단결정 성장장치의 구성요소가 배치될 수 있는 공간을 형성한다. 챔버(100)는 다양한 형태로 형성가능하며 원통형 및 다각형으로 형성될 수 있다. 한편, 챔버(100)는 내부에 배치되는 구성요소가 외부의 환경에 노출되는 것을 억제하기 위해 구성요소들을 보호하는 역할을 할 수 있다. 이때, 챔버(100) 내측 하부에는 도가니(200)가 안착될 수 있도록 하부블럭(130)이 구비될 수도 있다. The chamber 100 is partially open at the top and forms a space in which the components of the single crystal growth apparatus may be disposed. The chamber 100 may be formed in various shapes and may be formed in a cylindrical shape and a polygonal shape. Meanwhile, the chamber 100 may serve to protect the components in order to suppress the components disposed therein from being exposed to the external environment. In this case, the lower block 130 may be provided at the inner bottom of the chamber 100 so that the crucible 200 may be seated.

하부블럭(130)은 챔버(100) 내부 바닥면에 설치되고, 상부에 도가니(200)가 배치된다. 이때, 하부블럭(130)은 이후에 전술하는 도가니(200)의 온도를 측정하기 위해 온도감지부(미도시)와 도가니(200)가 연결되는 통로를 형성할 수도 있고, 도 3에 도시된 것처럼, 가열유닛(300) 중 적어도 어느 하나가 내부에 배치되는 공간을 형성할 수도 있다. 이에, 이하에서 각각의 구성요소의 설명을 통해 하부블럭(130)의 이용방향에 대해 자세하게 설명하기로 한다. The lower block 130 is installed on the inner bottom surface of the chamber 100, and the crucible 200 is disposed on the upper side. In this case, the lower block 130 may form a passage through which the temperature sensing unit (not shown) and the crucible 200 are connected to measure the temperature of the crucible 200 described above, as shown in FIG. 3. At least one of the heating units 300 may form a space disposed therein. Therefore, hereinafter, the direction in which the lower block 130 is used will be described in detail with reference to each component.

단열재(150)는 챔버(100) 내부에서 하부블럭(130) 상에 안착되고, 상부가 일부 개방된다. 이때, 단열재(150)는 내부에 도가니(200)를 수용하기 위한 공간이 형성된다. 단열재(150)는 도가니(200)를 감싸며, 도가니(200)에서 발생하는 열이 챔버(100)의 하부 및 측면으로 방출되는 것을 억제하거나 방지하는 역할을 한다. 이때, 단열재(150)는 한층으로 도가니(200)를 감싸는 것으로 나타나 있지만, 복수의 층으로 형성되어 도가니(200)를 둘러쌀 수도 있다. 또한, 단열재(150)의 재질은 특별히 한정하지는 않으나, 열에 의한 변형이 발생하지 않도록 내열성이 우수한 재질로 형성되는 것이 바람직하다.The heat insulator 150 is seated on the lower block 130 in the chamber 100, and the upper part is partially opened. At this time, the heat insulator 150 has a space for accommodating the crucible 200 therein. The heat insulator 150 surrounds the crucible 200 and serves to suppress or prevent the heat generated from the crucible 200 from being released to the lower and side surfaces of the chamber 100. At this time, the heat insulator 150 is shown to surround the crucible 200 in one layer, but may be formed of a plurality of layers to surround the crucible 200. In addition, the material of the heat insulating material 150 is not particularly limited, but is preferably formed of a material having excellent heat resistance so that deformation due to heat does not occur.

한편, 도 2에 도시된 것처럼, 단열재(150)의 내측면 쪽으로는 돌기 또는 단차가 형성되어 이하에서 서술하는 상부도가니(200a)와 하부도가니(200b) 사이를 이격시킬 수 있다. 이는, 이하에서 자세하게 설명하기로 한다.
On the other hand, as shown in Figure 2, a protrusion or step is formed toward the inner surface of the heat insulating material 150 can be spaced apart between the upper crucible (200a) and the lower crucible (200b) described below. This will be described in detail below.

도가니(200)는 챔버(100) 내부에 위치하고, 내부에 단결정 원료가 수용된다. 도가니(200)는 상부가 개방되고 내부에 원료가 수용될 수 있는 공간을 갖도록 형성된다. 이때, 도가니(200)는 결정으로 성장시켜야 하는 원료의 용융점 이상에서도 열에 의한 변형이 발생하지 않는 고온 물리적 특성이 우수한 재질 및 가열유닛(300)으로부터 발생 된 유도전기장에 의해 발열할 수 있는 재질로 제작되는 것이 바람직하다. The crucible 200 is located inside the chamber 100, and single crystal raw material is accommodated therein. The crucible 200 is formed to have an open top and a space in which the raw material can be accommodated. At this time, the crucible 200 is made of a material having excellent high temperature physical properties that do not cause deformation by heat even above the melting point of the raw material to be grown as a crystal and a material capable of generating heat by an induction electric field generated from the heating unit 300. It is preferable to be.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 도가니(200)는 도 4에 도시된 것처럼, 상하부가 관통되고 내부에 공간을 형성하는 상부도가니(200a)와, 상부도가니(200a) 하부에 이격되어 구비되고, 상부가 개방된 하부도가니(200b)를 포함한다. 이때, 도가니(200)는 원통형으로 형성되는 것으로 나타나 있으나, 도가니(200)의 형태는 이에 한정되지 않고 단결정 원료가 수용될 수 있는 다양한 형태로 변형 가능하다.On the other hand, the crucible 200 according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 4, the upper and lower parts through the upper crucible (200a) and a space formed therein, spaced apart below the upper crucible (200a), It includes a lower crucible 200b having an upper portion. In this case, although the crucible 200 is shown to be formed in a cylindrical shape, the shape of the crucible 200 is not limited thereto, and may be modified in various forms in which single crystal raw material can be accommodated.

상부도가니(200a)는 상하부가 관통되고 내부에 통로가 형성되는 원통형의 관 형상으로 형성된다. 상부도가니(200a)는 전술한 단열재(150)의 돌기 또는 단차 부분의 상측에 배치된다. The upper crucible 200a is formed in a cylindrical tubular shape in which upper and lower portions penetrate and a passage is formed therein. The upper crucible 200a is disposed above the protrusion or the stepped portion of the heat insulating material 150 described above.

하부도가니(200b)는 상부도가니(200a)의 하부에 이격되어 구비되고, 상부가 개방되어 내부에 단결정 원료가 수용되는 원통형으로 형성된다. 하부도가니(200b)는 단열재(150)의 돌기 또는 단차 부분의 하측에 배치된다. The lower crucible 200b is provided to be spaced apart from the lower portion of the upper crucible 200a, and the upper crucible is formed in a cylindrical shape in which single crystal raw material is accommodated. The lower crucible 200b is disposed below the protrusion or step portion of the heat insulator 150.

이처럼, 도가니(200)가 상부도가니(200a) 및 하부도가니(200b)로 분리되어 형성됨으로써, 상부도가니(200a)와 하부도가니(200b)는 각각 상이한 가열기에 의해 가열될 수 있다. 즉, 서로 상이한 주파수의 전류가 인가되는 가열유닛(300)으로부터 각각 상이한 전기장을 인가받아 상부도가니(200a)와 하부도가니(200b)가 가열되는 온도가 서로 상이할 수 있다. 이때, 단열재(150)의 돌기부에 의해서 상부도가니(200a)와 하부도가니(200b)가 비접촉식으로 배치되기 때문에 각각 상이한 전기장을 인가받고 상이한 온도로 발열할 때에, 상부도가니(200a) 및 하부도가니(200b) 사이의 간섭을 억제 또는 방지할 수 있다.
As such, since the crucible 200 is formed by being separated into the upper crucible 200a and the lower crucible 200b, the upper crucible 200a and the lower crucible 200b may be heated by different heaters, respectively. That is, the temperature at which the upper crucible 200a and the lower crucible 200b are heated may be different from each other by receiving different electric fields from the heating units 300 to which currents of different frequencies are applied. At this time, since the upper crucible 200a and the lower crucible 200b are disposed in a non-contact manner by the protrusions of the heat insulating material 150, when the different electric fields are applied to each other and generate heat at different temperatures, the upper crucible 200a and the lower crucible 200b. ) Interference can be suppressed or prevented.

이하에서는 전술한 도가니(200)를 가열하는 가열유닛(300)에 의해서 자세하게 설명하기로 한다. Hereinafter will be described in detail by the heating unit 300 for heating the above-mentioned crucible 200.

가열유닛(300)은 도가니(200)에 유도 전기장을 공급하기 위해 도가니(200)의 측벽에서 이격되어 구비된다. 이때, 가열유닛(300)은 전류가 공급되었을 때에 전기장을 발생시키는 RF코일이 사용될 수 있다. 가열유닛(300)으로 코일이 사용되는 경우, 가열유닛(300)은 도가니(200)의 외측에서 도가니(200)를 감싸며 상하부로 소정길이 연장된다. 즉, 원통형의 도가니(200)의 외부 전영역이 커버될 수 있도록 상하방향으로 감싼다. 이에, 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼 단면도로는 원의 형태를 나타낼 수 있다. The heating unit 300 is spaced apart from the side wall of the crucible 200 to supply an induction electric field to the crucible 200. At this time, the heating unit 300 may be an RF coil for generating an electric field when a current is supplied. When a coil is used as the heating unit 300, the heating unit 300 surrounds the crucible 200 at the outside of the crucible 200 and extends a predetermined length upward and downward. That is, it wraps up and down to cover the entire outer area of the cylindrical crucible 200. Thus, the cross-sectional view as shown in Figures 2 and 3 can represent the shape of a circle.

한편, 가열유닛(300)은 도가니(200) 외측면 상부에 배치되는 제1 가열기(300a)와, 제1 가열기(300a)에 이격되어 구비되고, 도가니(200) 측면의 하부에 구비되는 제2 가열기(300b) 포함한다. 이때, 복수의 가열기(300a, 300b)들은 각각 독립적으로 제어된다. Meanwhile, the heating unit 300 is provided to be spaced apart from the first heater 300a and the first heater 300a disposed on the outer surface of the crucible 200, and the second heater 300 is provided below the side of the crucible 200. Heater 300b. At this time, the plurality of heaters (300a, 300b) are each independently controlled.

제1 가열기(300a)는 도가니(200)의 외측면에서 상부에 배치되고, 도가니(200)의 상부도가니(200a)를 가열한다. 이때, 제1 가열기(300a)는 단결정의 성장 중 발생하는 잔류응력을 제어할 수 있어 고품질의 단결정을 성장시킬 수 있다. The first heater 300a is disposed above the outer side of the crucible 200 and heats the upper crucible 200a of the crucible 200. At this time, the first heater (300a) can control the residual stress generated during the growth of the single crystal can grow a high quality single crystal.

제2 가열기(300b)는 도가니(200)의 외측면에서 제1 가열기(300a)의 하부로 이격되어 구비된다. 즉, 도가니(200)의 외측면 하부에 배치된다. 제2 가열기(300b)는 전원공급기(400)로부터 전류를 공급받아 하부도가니(200b)를 가열한다. 더욱 자세하게는 하부도가니(200b)의 측면을 가열한다. 이에, 도가니(200) 내에 수용된 원료를 용융시킨다.The second heater 300b is spaced apart from the bottom of the first heater 300a on the outer surface of the crucible 200. That is, the lower surface of the crucible 200 is disposed. The second heater 300b receives the current from the power supply 400 and heats the lower crucible 200b. More specifically, the side of the lower crucible 200b is heated. Thus, the raw material contained in the crucible 200 is melted.

도 3에 도시된 것처럼, 도가니(200)의 외측 바닥부에는 하부도가니(200b)의 바닥부를 가열하기 위한 제3 가열기(300c)가 추가로 구비될 수 있다. As illustrated in FIG. 3, a third heater 300c for heating the bottom of the lower crucible 200b may be further provided at the outer bottom of the crucible 200.

제3 가열기(300c)는 도가니(200) 외부의 바닥부에 구비되고, 도가니(200)의 바닥부를 가열하기 위해 구비된다. 이때, 제3 가열기(300c)는 챔버(100) 내에 구비되는 하부블럭(130) 내에 배치될 수 있다. 이처럼, 하부블럭(130) 내에 제3 가열기(300c)를 구비함으로써 도가니(200)에서 발생하는 열이 하부블럭(130)으로 누출되는 것을 보완 또는 방지할 수 있다. 또한, 제3 가열기(300c)는 제2 가열기(300b)로부터 이격거리가 큰 하부도가니(200b)의 바닥부에 근접 배치되기 때문에 바닥부를 보다 용이하게 가열할 수 있다.
The third heater 300c is provided at the bottom of the outside of the crucible 200, and is provided to heat the bottom of the crucible 200. In this case, the third heater 300c may be disposed in the lower block 130 provided in the chamber 100. As such, since the third heater 300c is provided in the lower block 130, the heat generated from the crucible 200 may be compensated or prevented from leaking to the lower block 130. In addition, since the third heater 300c is disposed close to the bottom of the lower crucible 200b having a large distance from the second heater 300b, the third heater 300c may easily heat the bottom.

전원공급기(400) 전술한 가열유닛(300)에 연결되어 가열유닛(300)으로 고주파 전류를 공급하는 장치이다. 전원공급기(400)는 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼, 제1 가열기(300a), 제2 가열기(300b) 및 제3 가열기(300c)에 각각 구비되어 연결될 수도 있으나, 하나의 전원공급기에서 각각의 가열기(300a, 300b, 300c)에 서로 상이한 주파수의 전류를 공급하여 각각의 가열기(300a, 300b, 300c)들에서 서로 다른 크기의 전기장이 발생하도록 한다. 이때, 전원공급기(400)의 개수에 대해서는 한정하지 않으며, 구비되는 가열기의 개수에 따라 변경 가능하다. 이때, 가열되는 도가니(200)는 하부도가니(200b), 상부도가니(200a), 하부도가니의 바닥면 순으로 발열량이 작아진다. 이에, 전원공급기(400)에서 가열유닛(300)으로 인가되는 전류의 주파수는 f1(제2 가열기)≥f2(제1 가열기)≫f3(제3 가열기)의 크기로 인가된다. 즉, 제2 가열기(300b)는 제1 가열기(300a) 및 제3 가열기(300c) 보다 크고, 제1 가열기(300a)는 제3 가열기(300c)보다 큰 주파수의 전류를 공급받는다.Power supply 400 is a device connected to the above-described heating unit 300 to supply a high frequency current to the heating unit (300). As shown in FIGS. 2 and 3, the power supply 400 may be provided and connected to the first heater 300a, the second heater 300b, and the third heater 300c, respectively. By supplying currents of different frequencies to the heaters 300a, 300b, and 300c, electric fields of different sizes are generated in the heaters 300a, 300b, and 300c. At this time, the number of power supplies 400 is not limited, and may be changed according to the number of heaters provided. At this time, the heated crucible 200 is lower in the order of the lower crucible 200b, the upper crucible 200a, the bottom of the lower crucible in the amount of heat generated. Thus, the frequency of the current applied from the power supply 400 to the heating unit 300 is applied in the size of f1 (second heater) ≥ f2 (first heater) >> f3 (third heater). That is, the second heater 300b is larger than the first heater 300a and the third heater 300c, and the first heater 300a is supplied with a current having a frequency greater than that of the third heater 300c.

한편, 상기와 같이 도가니(200)의 온도를 제어하는 방법은 본 발명의 실시예와 같이 서로 상이한 주파수의 전류를 공급하고, 이에 발생하는 상이한 전기장에의해 도가니의 국부적인 온도 제어가 이루어질 수도 있다. 또한, 제1 가열기 내지 제3 가열기 중 적어도 어느 하나는 저항 가열 방식을 포함하여 더욱 용이하게 도가니를 가열시킬 수도 있다.
On the other hand, in the method of controlling the temperature of the crucible 200 as described above, as in the embodiment of the present invention, the current of different frequencies may be supplied, and local temperature control of the crucible may be performed by different electric fields generated therein. In addition, at least one of the first heater to the third heater may include a resistance heating method to heat the crucible more easily.

차폐부재(350)는 서술한 가열유닛(300)들 사이에 설치되어, 각각의 가열유닛(300)들이 서로의 전기장이 간섭하는 것을 방지하는 역할을 한다. 더욱 자세하게는, 제1 가열기(300a) 및 제2 가열기(300b) 사이에 차폐부재(350)가 구비되고, 제2 가열기(300b)와 제3 가열기(300c) 사이에 차폐부재(350)가 구비된다. 이에, 제1 가열기(300a)에 가해지는 전기장이 제2 가열기(300b)에 영향을 미치지 않도록 차단하고, 제2 가열기(300b)에 가해지는 전기장이 제3 가열기(300c)에 영향을 미치지 않도록 차단한다. 이처럼, 차폐부재(350)로 각각의 가열유닛(300)들을 차단시켜야 제1 가열기(300a), 제2 가열기(300b) 및 제3 가열기(300c)에서 발생하는 전기장이 서로 간섭하지 않고 도가니(200)에 전달될 수 있다. Shielding member 350 is installed between the above-described heating unit 300, each of the heating unit 300 serves to prevent the electric field of each other interference. More specifically, the shielding member 350 is provided between the first heater 300a and the second heater 300b, and the shielding member 350 is provided between the second heater 300b and the third heater 300c. do. Therefore, the electric field applied to the first heater 300a is blocked so as not to affect the second heater 300b, and the electric field applied to the second heater 300b is blocked so as not to affect the third heater 300c. do. As such, the respective heating units 300 must be blocked by the shielding member 350 so that the electric fields generated from the first heater 300a, the second heater 300b, and the third heater 300c do not interfere with each other and the crucible 200 Can be delivered.

한편, 차폐부재(350)는 통상적으로 제작되는 차폐재를 사용하는 것이 바람직하고, 본 발명에서는 차폐부재(350)의 재질에 대해서는 한정하지 않는다.
On the other hand, the shielding member 350 preferably uses a shielding material that is usually manufactured, the material of the shielding member 350 is not limited in the present invention.

이하에서는, 전술한 가열유닛(300)에 공급되는 주파수에 따른 본 발명의 효과에 대해 식을 통해 자세하게 살펴보기로 한다. Hereinafter, the effect of the present invention according to the frequency supplied to the above-described heating unit 300 will be described in detail through the equation.

원형으로 배치되는 가열유닛(300)에 의해 도가니(200)에 유도되는 고 주파수 유도가열에 대한 전자기장 지배 방정식은 하기의 식1과 같다. The electromagnetic field governing equation for the high frequency induction heating induced in the crucible 200 by the heating unit 300 arranged in a circle is shown in Equation 1 below.

[식1][Equation 1]

Figure 112013008940010-pat00001
Figure 112013008940010-pat00001

여기서, j는 conjugate,

Figure 112013008940010-pat00002
는 자기폰텐셜 벡터, ω(=2πf)는 복수의 가열유닛에 공급되는 전류의 각각의 주파수, μ0는 진공투자율,
Figure 112013008940010-pat00003
Figure 112013008940010-pat00004
는 도가니의 전기전도도를 나타낸다. 또한, f는 인가 전원의 주파수를 의미한다. Where j is conjugate,
Figure 112013008940010-pat00002
Is the magnetic potential vector, ω (= 2πf) is the frequency of each of the currents supplied to the heating units, μ 0 is the vacuum permeability,
Figure 112013008940010-pat00003
Figure 112013008940010-pat00004
Represents the electrical conductivity of the crucible. In addition, f means the frequency of an applied power supply.

다음으로, 단결정 성장로 내부의 반경(r) 및 높이(h) 방향, 시간(t)에 따른 자기장 포텐셜분포(

Figure 112013008940010-pat00005
)는 하기의 식2와 같이 나타낸다.Next, the magnetic field potential distribution according to the radius (r), height (h) direction, and time (t) of the single crystal growth furnace (
Figure 112013008940010-pat00005
Is represented by the following formula (2).

[식2][Formula 2]

A(r, h, t) = C(r, h) cosωt + S(r, h) sinωt A (r, h, t) = C (r, h) cosωt + S (r, h) sinωt

여기서, C(r, h) 및 S(r, h)는 각각 in-phase 및 out-of phase 성분을 의미한다. Here, C (r, h) and S (r, h) mean in-phase and out-of phase components, respectively.

그리고, 전원공급기에 의해 인가된 고 주파수 AC 전류에 의한 도가니에 유도된 가열 열량(Q)은 하기의 식3과 같이 표현된다. In addition, the heating calorific value Q induced in the crucible by the high frequency AC current applied by the power supply is expressed by Equation 3 below.

[식3][Formula 3]

Q(r, h) = [

Figure 112013008940010-pat00006
ω2 (C2 + S2)] / (2 r2)]Q (r, h) = [
Figure 112013008940010-pat00006
ω 2 (C 2 + S 2 )] / (2 r 2 )]

상기 식을 통해서, 도가니(200)에 발열된 열량(Q)은 가열유닛(300)에 공급된 전류 주파수(ω)의 제곱에 비례한다. 이에, 제1 가열기(300a)에 3 ~ 8 kHz의 전류를 공급하고, 제2 가열기(300b)에 5 ~10 kHz 의 전류를 공급하고, 제3 가열기(300c)에 0.5 ~ 1 kHz 정도의 주파수를 갖는 전류를 공급할 경우, 제2 가열기(300b)에 의해 가열되는 하부도가니(200b)를 가장 높은 온도를 갖게 하고, 상부도가니(200a)의 추가 발열에 의해 국부적으로 발생하는 열 손실을 보상할 수 있다. 또한, 추가로 설치되는 제3 가열기(300c)에 의한 도가니(200) 바닥부의 발열을 통해, 제2 가열기(300b)로부터의 거리로 인해 도가니(200) 바닥부에서 발열량이 감소하는 문제를 보완할 수 있다. 이에, 도가니(200)의 온도를 제어하는 것이 용이하여 단결정 성장 공정 조건을 제어가 용이하다.
Through the above equation, the amount of heat Q generated in the crucible 200 is proportional to the square of the current frequency ω supplied to the heating unit 300. Thus, a current of 3 to 8 kHz is supplied to the first heater 300a, a current of 5 to 10 kHz is supplied to the second heater 300b, and a frequency of about 0.5 to 1 kHz to the third heater 300c. When supplying a current having a, the lower crucible 200b heated by the second heater (300b) to have the highest temperature, it is possible to compensate for the heat loss generated locally by additional heat generation of the upper crucible (200a) have. In addition, through the heat generation of the bottom of the crucible 200 by the third heater (300c) additionally installed, to compensate for the problem that the amount of heat generated in the bottom of the crucible (200) due to the distance from the second heater (300b). Can be. Accordingly, it is easy to control the temperature of the crucible 200, so that the single crystal growth process conditions can be easily controlled.

인상기(500)는 도가니(200) 내에서 용융되어 성장된 결정을 육성하기 위한 장치로서, 도가니(200) 내부에 장입하여 일측이 결정과 연결되는 인상부(520)와, 인상부(520)의 타측에 연결되는 구동부(540)를 포함한다. The impression unit 500 is a device for growing crystals melted and grown in the crucible 200. The impression unit 520 is charged into the crucible 200 and has one side connected to the crystals. It includes a driving unit 540 connected to the other side.

인상부(520)는 상하방향으로 소정길이 연장 형성되는 바의 형상으로 형성되고, 일부가 도가니 내부에 배치된다. 인상부(520)는 일단은 결정이 연결되어 인상부(520)가 원위치에서 상승함으로써 결정을 성장시킬 수 있다. 한편, 인상부(520)의 타단은 구동부(540)와 연결되어, 구동부(540)로부터 회전력을 인가받거나, 구동부(540)에 의해 인상부(520)가 상승할 수도 있다. 또한, 인상부(520)는 내부에 냉각수가 흐를 수 있도록 수냉식 재킷구조로 구성될 수도 있다. 이에, 인상부(520) 내의 냉각수를 통해 결정과의 열교환이 이루어질 수 있다. The pulling unit 520 is formed in the shape of a bar extending in a predetermined length in the vertical direction, and a part thereof is disposed in the crucible. The pulling unit 520 may be connected to crystals at one end, and the pulling unit 520 may be raised from its original position to grow the crystals. The other end of the pulling unit 520 may be connected to the driving unit 540 to receive a rotational force from the driving unit 540 or to raise the lifting unit 520 by the driving unit 540. In addition, the impression unit 520 may be configured as a water-cooled jacket structure so that the cooling water flows therein. Accordingly, heat exchange with the crystal may be performed through the cooling water in the pulling unit 520.

구동부(540)는 인상부(520)가 연결되어 인상부(520)를 회전시키거나 상승시키기 위해 구비되는 장치로서, 인상부(520)에 연결된 결정이 성장시키기 위해 구비된다. 더욱 자세하게는 인상부(520)를 상하방향으로 이동시키는 장치이다. 이에, 구동부(540)로는 회전 및 높이 조절이 가능한 장치로, 예컨대, DC 모터, 스테핑 모터(stepping motor), AC 서보 모터 등의 다양한 종류의 모터가 사용될 수 있다. 그러나, 구동부(540)는 나열한 모터에 한정되지 않고, 인상부(520)를 상승시키거나 회전시킬 수 있는 다양한 장치가 적용될 수 있다.
The driving unit 540 is a device that is connected to the pulling unit 520 to rotate or raise the pulling unit 520, and is provided to grow crystals connected to the pulling unit 520. In more detail, it is a device for moving the pulling unit 520 in the vertical direction. Thus, the driving unit 540 may be a device capable of adjusting the rotation and height, for example, various types of motors such as a DC motor, a stepping motor, and an AC servo motor may be used. However, the driving unit 540 is not limited to the listed motors, and various devices capable of raising or rotating the pulling unit 520 may be applied.

전술한 바와 같이 형성되는 단결정 성장장치(1000)에서 도가니(200)는 도 5에 도시된 것처럼 변형될 수도 있다. In the single crystal growth apparatus 1000 formed as described above, the crucible 200 may be modified as shown in FIG. 5.

도 5는 본 발명의 변형 형태에 따른 도가니를 나타내는 도면이다. 여기서, 도 5의 (a)는 변형 형태의 분리사시도를 나타내고, 도 5의 (b)는 단면도를 나타낸다.5 is a view showing a crucible according to a modified embodiment of the present invention. Here, FIG. 5A shows a separated perspective view of a modified form, and FIG. 5B shows a sectional view.

도 5를 참조하면, 본 발명의 변형 형태에 따른 도가니(200')는 이중구조로 제작된다. 즉, 상부가 개방된 외부도가니(210)와, 외부도가니(210) 내부에 배치되는 내부도가니(250)를 포함한다. 이때, 외부도가니(210)와 내부도가니(250)의 사이에는 충진부재(230)가 구비될 수도 있다. Referring to FIG. 5, the crucible 200 ′ according to the modified embodiment of the present invention is manufactured in a dual structure. That is, it includes an outer crucible 210 having an open top and an inner crucible 250 disposed inside the outer crucible 210. At this time, the filling member 230 may be provided between the outer crucible 210 and the inner crucible 250.

한편, 변형 형태에 따른 도가니(200')는 구조가 단일구조에서 다중구조로 변경되는 것 외에는 실시 형태의 도가니(200)와 동일하거나 유사한 형태로 제작된다. 즉, 도가니(200)의 상부도가니(200a) 및 하부도가니(200b)의 구조는 변형 형태의 도가니(200')에 동일하게 적용된다. On the other hand, the crucible 200 'according to the modified form is manufactured in the same or similar form as the crucible 200 of the embodiment except that the structure is changed from a single structure to multiple structures. That is, the structures of the upper crucible 200a and the lower crucible 200b of the crucible 200 are equally applied to the crucible 200 'of the modified form.

외부도가니(210)는 상부 일측이 개방되고, 내부에 내부도가니(250)를 수용하기 위한 소정 공간이 형성된 원통형의 형상으로 제작된다. 외부도가니(210)는 단열재(150)의 돌기를 기준으로 상부에 배치되는 상부외부도가니(210a)와, 상부외부도가니(210a)의 하부에 이격되어 구비되는 하부외부도가니(210b)를 포함한다. The outer crucible 210 has an open upper side and is manufactured in a cylindrical shape in which a predetermined space for accommodating the inner crucible 250 is formed. The outer crucible 210 includes an upper outer crucible 210a disposed on the upper side of the protrusion 150 of the heat insulating material 150 and a lower outer crucible 210b spaced apart from the lower portion of the upper outer crucible 210a.

한편, 외부도가니(210)는 가열유닛(300)들로부터 고주파 전류를 유도받아 열을 용이하게 발생시킬 수 있는 금속으로 제작되는 것이 바람직하다. 또한, 고온에 의한 영향에 변형이 발생하지 않는 내열성을 갖는 것이 바람직하다. 한편, 외부도가니(210)는 실시 형태의 도가니(200)와 같이 상부만 개방된 형태로 제작될 수도 있으나 도 5에 도시된 것처럼, 측면과 밑면이 서로 분리되어 제작될 수도 있다. 이처럼, 외부도가니(210)가 제작되는 경우, 제3 가열기(300c)에 의해서 외부도가니(210)의 바닥면으로 전기장을 인가할 수 있기 때문에 외부도가니(210)의 측면을 가열하는 제2 가열기(300b)와의 간섭을 억제 또는 방지할 수 있다. 또한, 외부도가니(210)가 내부도가니(250) 및 충진부재(230)를 전부 감싸지 않고도 열을 전달할 수 있기 때문에 모서리 부분의 불필요한 부분에 소요되는 제작 비용을 감소시킬 수 있다. On the other hand, the external crucible 210 is preferably made of a metal that can easily generate heat by inducing high-frequency current from the heating unit (300). Moreover, it is preferable to have heat resistance which a deformation | transformation does not generate | occur | produce under the influence by high temperature. On the other hand, the outer crucible 210 may be manufactured in the form of only the top open as the crucible 200 of the embodiment, as shown in Figure 5, the side and the bottom may be manufactured separately from each other. As such, when the external crucible 210 is manufactured, since the electric field may be applied to the bottom surface of the external crucible 210 by the third heater 300c, the second heater (eg, heating the side of the external crucible 210) Interference with 300b) can be suppressed or prevented. In addition, since the outer crucible 210 can transfer heat without surrounding the inner crucible 250 and the filling member 230, the manufacturing cost required for the unnecessary portion of the corner portion can be reduced.

내부도가니(250)는 외부도가니(210)의 내부에 배치되며, 외부도가니(210)와 동일 혹은 유사한 형태로 형성된다. 내부도가니(250)는 외부도가니(210)보다 작은 직경을 갖는 것이 바람직하다. 내부도가니(250)는 외부도가니(210)와 마찬가지로 단열재(150)의 돌기를 기준으로 상부에 배치되는 상부내부도가니(250a)와, 상부내부도가니(250a)의 하부에 이격되어 구비되는 하부내부도가니(250b)를 포함한다. The inner crucible 250 is disposed inside the outer crucible 210 and is formed in the same or similar form as the outer crucible 210. The inner crucible 250 preferably has a smaller diameter than the outer crucible 210. The inner crucible 250 is an upper inner crucible 250a disposed at an upper side based on the protrusion of the heat insulating material 150, and a lower inner crucible provided below the upper inner crucible 250a like the outer crucible 210. 250b.

한편, 내부도가니(250)는 상대적으로 외부도가니보다 저렴한 금속이 사용되어, 단결정 성장 공정이 완료된 후 내부도가니만 교체하여 도가니의 수명의 증가시킬 수 있다. On the other hand, the inner crucible 250 is a metal that is relatively cheaper than the outer crucible, it is possible to increase the life of the crucible by replacing only the inner crucible after the single crystal growth process is completed.

충진부재(230)는 외부도가니(210)와 내부도가니(250)의 사이에 소정두께를 갖고 구비된다. 충진부재(230)는 단열재(150)의 돌기를 기준으로 상부에 배치되는 상부충진부재(230a)와, 상부충진부재(230a)의 하부에 이격되어 구비되는 하부충진부재(230b)를 포함한다. 충진부재(230)는 외부도가니(210)와 내부도가니(250)의 열에 의한 변형의 완충 작용과 외부도가니(210) 내에서 내부도가니(250)가 안정적으로 거치되도록 하는 역할을 한다. 이때, 충진부재(230)는 외부도가니(210)에 인가된 전류에 의해 발생하는 열이 내부도가니(250)로 전달될 수 있도록 열전도성을 갖고, 예컨대, ZrO2(산화지르코늄)가 사용될 수 있다. 그러나 충진부재(230)의 재질은 이에 한정되지 않고 열전도성을 갖는 ZrO2 및 내화물 중 적어도 어느 하나로 제작될 수 있다. Filling member 230 is provided with a predetermined thickness between the outer crucible 210 and the inner crucible 250. The filling member 230 includes an upper filling member 230a disposed on the upper side of the protrusion of the heat insulating material 150 and a lower filling member 230b spaced apart from the lower portion of the upper filling member 230a. The filling member 230 serves to buffer the deformation of the outer crucible 210 and the inner crucible 250 by heat and to stably mount the inner crucible 250 within the outer crucible 210. At this time, the filling member 230 has a thermal conductivity so that heat generated by the current applied to the external crucible 210 can be transferred to the internal crucible 250, for example, ZrO 2 (zirconium oxide) may be used. . However, the material of the filling member 230 is not limited thereto, and may be made of at least one of ZrO 2 and a refractory having thermal conductivity.

충진부재(230)는 외부도가니(210)와 내부도가니(250) 사이 전체에 배치될 수도 있지만, 외부도가니(210)와 내부도가니(250)의 열팽창계수 차이 및 열변형을 고려하여 하단부에만 배치하여 사용할 수도 있다. The filling member 230 may be disposed entirely between the outer crucible 210 and the inner crucible 250, but only in the lower part in consideration of the difference in thermal expansion coefficient and thermal deformation of the outer crucible 210 and the inner crucible 250. Can also be used.

더욱 상세하게는 도가니(200') 하단부에 배치되는 충진부재(230)는 내부도가니(250)를 안정적으로 지지하는 기능 및 외부도가니(210)에서 발생한 열을 내부도가니(250)로 용이하게 전달할 수 있는 고열전도도를 갖는 고온 재료가 적합하고, 예컨대, W, Ta, Mo, SiC 및 Si3N4 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다. More specifically, the filling member 230 disposed at the lower end of the crucible 200 'has a function of stably supporting the inner crucible 250 and can easily transfer heat generated from the outer crucible 210 to the inner crucible 250. High temperature materials with high thermal conductivity are suitable and, for example, at least one of W, Ta, Mo, SiC and Si 3 N 4 may be used.

또한, 도가니(200') 측면에 배치되는 충진부재(230)는 내부도가니(250)의 열에 의한 변형 완충작용 및 외부도가니(210)에서 발생하는 열을 내부 도가니로 용이하게 전달할 수 있는 고열전도도 갖는 고온 재료와 복사에 의한 열전달이 가능한 빈공간으로 형성될 수 있다. 이때, 빈공간은 예컨대, 진공 또는 불활성 분위기로 형성되며 내부도가니(250)와 외부도가니(210)의 고온반응 및 산화를 방지할 수 있다. In addition, the filling member 230 disposed on the side of the crucible (200 ') has a high thermal conductivity that can easily transfer the strain generated by the heat of the inner crucible 250 and the heat generated from the outer crucible 210 to the inner crucible. It can be formed into a hollow space capable of heat transfer by high temperature material and radiation. In this case, the empty space may be formed, for example, in a vacuum or inert atmosphere, and prevent high temperature reaction and oxidation of the inner crucible 250 and the outer crucible 210.

한편, 충진부재(230)를 외부도가니(210)와 내부도가니(250) 사이에 배치시킬 경우, 외부도가니(210)와 내부도가니(250) 사이에 공간을 형성할 수 있어 내부도가니(250)의 교체가 용이하다. 또한, 외부도가니(210)에서 발생되는 열이 내부도가니(250)로 급격하게 전달되는 것을 방지할 수 있어 도가니(200')의 수명을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.On the other hand, when the filling member 230 is disposed between the outer crucible 210 and the inner crucible 250, a space can be formed between the outer crucible 210 and the inner crucible 250 so that Easy to replace In addition, it is possible to prevent the heat generated from the external crucible 210 to be suddenly transferred to the internal crucible 250, thereby increasing the life of the crucible 200 ′.

이처럼 도가니(200')를 제작함으로써, 도가니(200')의 세분화에 의해 국부적으로 온도를 제어하고, 온도 분포를 균일하게 할 수 있어 온도 편차에 의해 발생하는 단결정 용융부의 대류를 최소화할 수 있다. 이에, 단결정 성장 중 발생할 수 있는 기포나 균열 등과 같은 결함을 감소시킬 수 있다.
By manufacturing the crucible 200 'as described above, the temperature can be controlled locally by the subdivision of the crucible 200', and the temperature distribution can be made uniform, thereby minimizing the convection of the single crystal melting portion caused by the temperature variation. Thus, defects such as bubbles and cracks that may occur during single crystal growth can be reduced.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 성장장치는 도가니를 가열하기 위해 복수의 가열기를 구비함으로써 도가니의 국부적인 온도제어가 가능하다. 즉, 도가니를 상부도가니 및 하부도가니로 분리한 후, 제1 가열기로 상부도가니를 가열하고 제2 가열기로 하부도가니를 각각 상이한 주파수로 가열한다. 또한, 도가니의 바닥부에 제3 가열기를 배치하여 가열함으로써 도가니 측면의 상부와 하부 및 바닥부에 각각 상이한 전기장을 공급함으로써 도가니 측면의 상부와 하부 및 바닥부의 온도를 상이하게 조절할 수 있다. As described above, the single crystal growth apparatus according to the embodiment of the present invention is capable of local temperature control of the crucible by providing a plurality of heaters to heat the crucible. That is, after the crucible is separated into an upper crucible and a lower crucible, the upper crucible is heated with a first heater and the lower crucible is heated with a different frequency with a second heater. In addition, by disposing a third heater at the bottom of the crucible and heating it, different temperatures are applied to the top, bottom, and bottom of the crucible side, thereby enabling different temperatures of the top, bottom, and bottom of the crucible side.

이와 같이 도가니의 온도 제어가 가능하기 때문에 단결정 성장에 있어서 적합한 최적의 조건으로 온도를 조성할 수 있다. 이에, 단결정 성장 공정에서 발생할 수 있는 미세기포, 쌍정 및 전위 등과 같은 결함을 억제 또는 방지할 수 있어, 최종적으로 생산되는 단결정의 품질을 향상시킬 수 있다.
Thus, since the temperature control of a crucible is possible, temperature can be formed on the optimum conditions suitable for single crystal growth. Thus, defects such as micro bubbles, twins, and dislocations that may occur in the single crystal growth process can be suppressed or prevented, thereby improving the quality of the finally produced single crystal.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술 되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술 되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.Although the present invention has been described with reference to the accompanying drawings and the preferred embodiments described above, the present invention is not limited thereto but is limited by the following claims. Accordingly, one of ordinary skill in the art may variously modify and modify the present invention without departing from the spirit of the following claims.

1, 1000 : 단결정 성장장치 5, 100 : 챔버
7, 130 : 하부블럭 70, 150 : 단열재
10, 200, 200' : 도가니 200a : 상부도가니
200b : 하부도가니 210 : 외부도가니
250 : 내부도가니 230 : 충진부재
30, 300 : 가열유닛 300a : 제1 가열기
300b : 제2 가열기 300c : 제3 가열기
33, 400 : 전원공급기 20, 500 : 인상기
350 : 차폐부재
1, 1000: single crystal growth apparatus 5, 100: chamber
7, 130: lower block 70, 150: insulation
10, 200, 200 ': Crucible 200a: upper crucible
200b: lower crucible 210: external crucible
250: internal crucible 230: filling member
30, 300: heating unit 300a: first heater
300b: second heater 300c: third heater
33, 400: power supply 20, 500: raise
350: shielding member

Claims (12)

내부공간이 형성되고, 상부가 개방된 도가니;
상기 도가니의 측벽에서 이격되어 구비되고, 상기 도가니를 가열하는 복수개의 가열기를 포함하는 가열유닛;
상기 도가니 상측에 배치되는 인상기;를 포함하고,
상기 도가니는 상하부가 관통되고 내부에 공간을 형성하는 상부도가니와;,
상기 상부도가니의 하부에 이격되어 구비되고, 상부가 개방된 하부도가니;를 포함하며,
상기 가열기들은 각각 독립적으로 제어되어, 상기 상부도가니와 상기 하부도가니를 가열하는 단결정 성장장치.
A crucible having an inner space formed therein and an open top;
A heating unit spaced apart from sidewalls of the crucible and including a plurality of heaters for heating the crucible;
Includes; the impression unit disposed above the crucible;
The crucible is an upper crucible which penetrates the upper and lower parts and forms a space therein;
Includes the bottom of the upper crucible spaced apart, the upper crucible is open;
The heaters are each independently controlled to heat the upper crucible and the lower crucible.
내부공간이 형성되고, 상부가 개방된 도가니;
상기 도가니의 측벽에서 이격되어 구비되고, 상기 도가니를 가열하는 복수개의 가열기를 포함하는 가열유닛;
상기 도가니 상측에 배치되는 인상기;를 포함하고,
상기 가열기들은 각각 독립적으로 제어되며,
상기 도가니는 하부도가니, 상부도가니, 하부도가니의 바닥면 순으로 발열량이 작아지는 단결정 성장장치.
A crucible having an inner space formed therein and an open top;
A heating unit spaced apart from sidewalls of the crucible and including a plurality of heaters for heating the crucible;
Includes; the impression unit disposed above the crucible;
The heaters are each independently controlled,
The crucible is a single crystal growth apparatus in which the calorific value of the lower crucible, the upper crucible, the bottom surface of the lower crucible in order to decrease.
청구항 2 에 있어서,
상기 도가니는 상하부가 관통되고 내부에 공간을 형성하는 상부도가니와;,
상기 상부도가니의 하부에 이격되어 구비되고, 상부가 개방된 하부도가니;를 포함하는 단결정 성장장치.
The method of claim 2,
The crucible is an upper crucible which penetrates the upper and lower parts and forms a space therein;
And a lower crucible provided at an upper portion of the upper crucible and spaced apart from the lower crucible.
청구항 1 또는 청구항 3 에 있어서,
상기 가열유닛은 상기 도가니의 외측면 상부에 구비되고 상기 상부도가니를 가열하는 제1 가열기와,
상기 제1 가열기의 하부에 이격되어 구비되고, 상기 하부도가니의 측면을 가열하는 제2 가열기를 포함하고,
상기 제1 가열기 및 상기 제2 가열기에는 전원 공급기가 각각 연결되는 단결정 성장장치.
The method according to claim 1 or 3,
The heating unit is provided on the outer surface of the crucible and the first heater for heating the upper crucible,
It is provided below the first heater spaced apart, and includes a second heater for heating the side of the lower crucible,
And a power supply connected to the first heater and the second heater, respectively.
청구항 4 에 있어서,
상기 제1 가열기와 상기 제2 가열기 사이에는 차폐부재가 구비되는 단결정 성장장치.
The method of claim 4,
Single crystal growth apparatus provided with a shielding member between the first heater and the second heater.
청구항 4 에 있어서,
상기 도가니 외측 바닥부에는,
상기 하부도가니의 바닥면을 가열하기 위한 제3 가열기가 구비되고,
상기 제3 가열기에는 전원 공급기가 연결되는 단결정 성장장치.
The method of claim 4,
On the crucible outer bottom,
A third heater for heating the bottom surface of the lower crucible is provided,
Single crystal growth apparatus is connected to the power supply to the third heater.
청구항 6 에 있어서,
상기 제2 가열기와 상기 제3 가열기 사이에는 차폐부재가 구비되는 단결정 성장장치.
The method of claim 6,
Single crystal growth apparatus provided with a shielding member between the second heater and the third heater.
청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서,
상기 가열기들은 전원 공급기로부터 각각 상이한 주파수의 전류를 공급받고,
상기 가열기들은 서로 다른 크기의 전기장이 발생되는 단결정 성장장치.
The method according to claim 1 or 2,
The heaters are each supplied with a different frequency of current from a power supply,
The heaters are single crystal growth apparatus that generates electric fields of different sizes.
청구항 6 에 있어서,
상기 제2 가열기는 상기 제1 가열기 및 상기 제3 가열기보다 크고, 상기 제1 가열기는 상기 제3 가열기보다 큰 주파수의 전류를 공급받는 단결정 성장장치.
The method of claim 6,
And the second heater is larger than the first heater and the third heater, and the first heater is supplied with a current having a frequency greater than that of the third heater.
청구항 6 에 있어서,
상기 가열기들 중 적어도 어느 하나는 저항 가열 방식을 포함하는 단결정 성장장치.
The method of claim 6,
At least one of the heaters comprises a resistance heating method.
청구항 1 또는 청구항 3 에 있어서,
상기 도가니는,
상부가 개방된 외부도가니와;
상기 외부도가니 내부에 배치되는 내부도가니;를 포함하고,
상기 외부도가니와 상기 내부도가니 사이에는 충진부재;가 구비되는 단결정 성장장치.
The method according to claim 1 or 3,
In the crucible,
An outer crucible having an open top;
And an inner crucible disposed inside the outer crucible.
Single crystal growth apparatus provided between the outer crucible and the inner crucible;
청구항 11 에 있어서,
상기 외부도가니는 측면과 바닥면이 분리형으로 형성되고,
상기 바닥면은 제3 가열기에 의해 가열되는 단결정 성장장치.
The method of claim 11,
The outer crucible has a side and a bottom surface are formed separately,
And the bottom surface is heated by a third heater.
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