KR101427219B1 - 뷰포트 및 이를 포함하는 사파이어 잉곳 제조장치 - Google Patents

뷰포트 및 이를 포함하는 사파이어 잉곳 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공정시 내부 관찰을 원활하게 하는 뷰포트 및 이를 포함하는 사파이어 잉곳 제조장치를 위하여, 뷰파인더와, 일방향으로 연장된 중공부를 가지며, 일단에 상기 뷰파인더가 결합되고 타단이 개방된 바디부와, 상기 바디부의 중공부로 기체가 주입될 수 있도록 상기 바디부의 일측에 구비되어 상기 바디부의 중공부와 연결되는 기체주입부를 포함하는 뷰포트 및 이를 포함하는 사파이어 잉곳 제조장치가 제공된다.

Description

뷰포트 및 이를 포함하는 사파이어 잉곳 제조장치{View port and manufacturing equipment for sapphire ingot having the same}
본 발명은 사파이어 잉곳 제조장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 내부를 관찰할 수 있는 뷰포트 및 이를 포함하는 사파이어 잉곳 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로 사파이어는 질화 갈륨(GaN)의 대리 기판으로서 청색 및 녹색 발광 다이오드(LED), 청색 레이져 다이오드(LD), DVD 등의 데이터 저장장치, 백색 발광장치, 광 탐지기(PD) 등의 각종 광소자 등의 기초 소자로서 사용되며, 또한 α-알루미나 단결정인 사파이어 단결정은 인체에 해가 없어 인공 관절용, 인공 치아용 등의 생체 재료로서도 사용되고 있다.
이러한 사파이어 단결정은 사파이어 제조장치를 이용하여 베르누이법, Bridgman법, EFG(Edge-Defined Film-Feed Growth)법, 쵸크랄스키법(Czochralski Method), 키로플로스법, 열교환법(HEM, Heat Exchange Method) 등의 제조방법으로 제조되고 있다.
그러나 이러한 종래의 사파이어 잉곳 제조장치에는 공정 중에 내부를 관찰할 때 내부에 구비된 재료 및 챔버내부 구성물의 휘발로 인해, 내부 관찰이 원활하지 않은 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 공정시 내부 관찰을 원활하게 하는 뷰포트 및 이를 포함하는 사파이어 잉곳 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 뷰파인더와, 일방향으로 연장된 중공부를 가지며, 일단에 상기 뷰파인더가 결합되고 타단이 개방된 바디부와, 상기 바디부의 중공부로 기체가 주입될 수 있도록 상기 바디부의 일측에 구비되어 상기 바디부의 중공부와 연결되는 기체주입부를 포함하는 뷰포트가 제공된다.
상기 바디부는 상기 기체주입부를 통해 유입된 기체가 유동할 수 있는 기체유로를 포함할 수 있다.
상기 바디부는 상기 중공부를 가지며 상기 기체유로와 연결되어 기체를 상기 중공부로 분사하는 하나의 노즐이 형성된 파이프와, 상기 파이프의 외주면 중 적어도 일부를 감싸는 가이드블록을 포함하고, 상기 파이프와 상기 가이드블록 사이에 상기 기체유로인 빈 공간이 형성될 수 있다.
상기 노즐은 복수로 상기 기체유로를 따라 상호 일정한 간격으로 이격되어 형성될 수 있다.
상기 뷰파인더는 기체가 누설되지 않도록 상기 바디부에 실링될 수 있고, 상기 기체는 불활성 기체일 수 있다.
상기 바디부의 일측에 결합되는 냉각수 주입구와, 상기 바디부의 다른 일측에 결합되는 냉각수 배출구와, 상기 냉각수 주입구 및 상기 냉각수 배출구를 연결하며 상기 바디부의 적어도 일부를 감싸 냉각유로를 형성하는 냉각블록을 더 포함할 수 있다 .
한편, 본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 일측에 관찰홀이 형성된 챔버와, 상기 개방된 타단이 상기 챔버의 관찰홀에 연결되어 상기 챔버의 내부를 관찰할 수 있는 전술한 뷰포트와, 상기 챔버 내에 구비되어 상기 관찰홀을 개폐하는 셔터와, 상기 셔터를 구동하는 셔터구동부를 포함하는 사파이어 잉곳 제조장치가 제공된다.
상기 뷰포트의 기체주입부와 연결되어 주입되는 기체의 양을 컨트롤하는 기체조절부를 더 포함할 수 있다.
상기 셔터가 상기 관찰홀을 개방하였을 때 상기 기체주입부를 통해 기체를 상기 뷰포트 내부로 주입할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공정시 내부 관찰을 원활하게 하는 뷰포트 및 이를 포함하는 사파이어 잉곳 제조장치를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사파이어 잉곳 제조장치를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 2는 도 1의 사파이어 잉곳 제조장치 중 뷰포트를 개략적으로 도시하는 사시도이고, 도 3은 도 2의 III-III선을 따라 취한 단면을 개략적으로 도시하는 단면도이다. 그리고 도 4는 도 2의 IV-IV선을 따라 취한 단면을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사파이어 잉곳 제조장치를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 사파이어 잉곳 제조장치는 챔버(200), 뷰포트(100), 셔터(300) 및 셔터구동부(310)를 포함할 수 있다.
챔버(200)는 사파이어 잉곳 제조장치의 전체적인 외형을 이루며, 내부에 사파이어 잉곳을 제조하기 위한 구송요소가 구비될 수 있다. 구체적으로 챔버(200) 내부에는 사파이어 잉곳이 성장하는 도가니(410)가 구비되며, 도가니(410)를 가열하는 히터(420)와, 히터(420)에서 발생한 열이 챔버(200) 내부로 전달되는 것을 방지하는 쉴드(430)가 구비될 수 있다.
제조공정에 대해 설명하면, 도가니(410) 내에 재료를 넣고 고온으로 가열할 수 있다. 그리고 도가니(410)의 상부에서 씨드(seed)를 도가니(410) 내로 장입하여 사파이어 잉곳을 성장시킬 수 있다. 이때, 챔버(200) 내를 진공으로 유지할 수 있다. 제조공정 상에 씨드의 위치가 중요한데 챔버(200) 내부의 진공을 해제할 수 없기 때문에, 씨드의 위치를 확인하기 위한 관찰홀(210)이 챔버(200)의 일측에 형성될 수 있다. 예컨대, 관찰홀(210)은 챔버(200)의 상면에 형성될 수 있다. 또한, 관찰홀(210)은 유리와 같은 투명한 재질이 끼워질 수 있다.
한편, 도가니(410) 내의 재료를 고온으로 가열하기 때문에 관찰홀(210)을 개방시켜 놓으면, 휘발된 재료가 관찰홀(210)의 유리 등에 흡착되어 관찰홀(210)을 통해 씨드의 위치를 확인하기 어려운 문제점이 있다.
따라서 챔버(200) 내부의 상태를 확인하지 않을 때 챔버(200) 내부에서 관찰홀(210)을 커버하는 셔터(300)가 구비될 수 있다. 또한, 이러한 셔터(300)를 작동시키는 셔터구동부(310)가 구비될 수 있다. 구체적으로 셔터(300)는 챔버(200) 내부에 구비되어 관찰홀(210)을 개폐할 수 있으며, 예컨대, 관찰홀(210)에 인접하게 배치될 수 있다. 그리고 셔터구동부(310)는 챔버(200) 내부에 구비될 수 있지만, 고온에 의해 파손될 염려가 있으므로 챔버(200) 외부에 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 셔터구동부(310)를 작동시키는 셔터 스위치(311)가 별도로 구비될 수 있다.
이러한 셔터(300)가 구비되어도 챔버(200) 내부를 확인하기 위하여 셔터(300)를 개방하였을 때, 관찰홀(210)의 유리 등에 흡착될 수 있다. 구체적으로, 셔터(300)를 개방하여 내부를 관찰할 필요가 있다. 따라서 셔터(300)를 반복적으로 개폐함에 따라 관찰홀(210)의 유리 등이 반복적으로 노출되어 증발된 재료가 흡착될 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 후술할 뷰포트(100)가 챔버(200)의 일측에 구비될 수 있다. 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 뷰포트(100)를 개략적으로 도시하는 사시도이고, 도 3은 도 2의 III-III선을 따라 취한 단면을 개략적으로 도시하는 단면도이다. 그리고 도 4는 도 3의 IV-IV선을 따라 취한 단면을 개략적으로 도시하는 단면도이다. 뷰포트(100)는 뷰파인더(110), 바디부(120) 및 기체주입부(130)를 포함할 수 있고, 냉각수 주입구(141), 냉각수 배출구(142) 및 냉각 블록을 더 포함할 수 있다.
뷰파인더(110)는 투명한 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 뷰파인더(110)는 내열성이 강한 유리 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 뷰파인더(110)를 감싸는 블록이 구비될 수 있다. 이는 뷰파인더(110)가 파손되었을 경우 용이하게 교체하기 위함이다. 이때 뷰파인더(110)는 후술할 기체가 뷰파인더(110)와 바디부(120)의 틈새로 누설되는 것을 방지하기 위하여 바디부(120)에 실링(111)될 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이 뷰파인더(110)는 바디부(120)에 직접 실링(111)될 수 있다. 물론 이에 한정하는 것은 아니며, 다른 예로 뷰파인더(110)가 결합된 블록이 바디부(120)에 실링(111)될 수 있다.
바디부(120)는 일 방향으로 연장된 중공부(123)를 가지며, 일단에 뷰파인더(110)가 결합되고 타단이 개방될 수 있다. 예컨대, 바디부(120)는 내부가 빈 파이프(121)를 포함할 수 있다. 도시된 바에 따르면 바디부(120)의 파이프(121)는 원통형이지만 이에 한정하는 것은 아니며, 다양한 형태일 수 있다.
바디부(120)는 일단에 뷰파인더(110)가 결합되는데 도시된 바와 같이 뷰파인더(110)를 감싸는 별도의 블록에 바디부(120)에 결합될 수 있다. 물론 이에 한정하는 것은 아니며, 바디부(120)에 뷰파인더(110)가 직접 결합될 수도 있다.
또한, 바디부(120)는 타단이 개방될 수 있다. 구체적으로 바디부(120)는 일단이 뷰파인더(110)에 의해 밀폐되고, 개방된 타단이 전술한 챔버(200)의 관찰홀(210)에 연결될 수 있다. 즉 바디부(120)의 내부와 챔버(200)의 내부가 연결될 수 있다. 이때, 바디부(120)의 파이프(121)는 챔버(200)의 관찰홀(210)에 직접 연결될 수 있다. 이에 한정하는 것은 아니며, 도시된 바와 같이 바디부(120)는 별도의 연결관(125)을 더 포함하여 파이프(121)와 챔버(200)를 연결할 수 있다. 이러한 것은 뷰파인더(110)를 챔버(200)에서 멀리 이격시켜 고온에 의한 파손을 방지하기 위함이다.
기체주입부(130)는 바디부(120)의 중공부(123)로 기체가 주입되도록 바디부(120)의 일측에 구비되어 바디부(120)의 중공부(123)와 연결될 수 있다. 이러한 기체주입부(130)는 예컨대 바디부(120)의 상부에, 뷰파인더(110)보다는 아래에 구비될 수 있다. 이때 기체는 기체주입부(130)를 통해 바디부(120) 내로 유입되어 챔버(200) 내부로 분사될 수 있다. 이로 인해, 셔터(300)를 개방하여도 증발된 재료들이 기체에 의해 뷰파인더(110)에 닿지 못하므로, 셔터(300)를 반복하여 개폐하여도 뷰파인더(110)가 오염되는 것을 방지할 수 있다.
기체주입부(130)와 바디부(120)는 적어도 하나의 지점에서 연결될 수 있다. 즉 기체주입부(130)는 적어도 하나의 호스로 이루어져 바디부(120)에 연결될 수 있다. 도시된 바와 같이 기체주입부(130)는 한 지점에서 바디부(120)에 직접 연결될 수 있다.
한편, 바디부(120)는 기체주입부(130)와 연결되어 기체의 흐름을 유도하는 기체유로(124)를 구비할 수 있다. 바디부(120)는 기체주입부(130)를 통해 유입된 기체가 유동할 수 있는 기체유로(124)를 포함할 수 있다. 이때 기체유로(124)는 다양한 형태로 형성될 수 있는데, 스파이럴 형태 또는 반유선형 등 바디부(120)의 적어도 일부에 형성될 수 있다. 특히, 기체유로(124)는 도시된 바와 같이 중공부(123)로 기체를 골고루 분사하기 위하여 바디부(120)의 둘레를 따라 일주(一周)하도록 형성될 수 있다. 예컨대, 도시된 바와 같이 기체유로(124)는 바디부(120) 중 파이프(121)의 외주면을 따라 일주하여 형성될 수 있다.
바디부(120)는 파이프(121)에 형성된 노즐(126)을 통해 중공부(123)로 기체를 분사할 수 있다. 이때, 뷰파인더(110)에 증발된 재료가 흡착되는 것을 방지하기 위하여 기체가 파이프(121) 내 둘레를 따라 전 영역에 걸쳐 골고루 분사되는 것이 바람직하다. 즉 기체가 챔버(200) 내부로 유동하여 증발된 재료가 바디부(120) 내부로 유입되는 것을 방지할 뿐만 아니라, 일종의 커튼으로 작용하여 증발된 재료가 뷰파인더(110)로 이동하는 것을 방지할 수 있다.
기체유로(124)를 형성하기 위하여, 바디부(120)는 파이프(121)와, 파이프(121)에 결합되는 가이드블록(122)을 포함할 수 있다. 즉, 기체유로(124)는 파이프(121)와 가이드블록(122)에 의해 형성될 수 있다. 구체적으로 가이드블록(122)은 도 4에 도시된 바와 같이 빈 공간이 형성되도록 결합될 수 있다. 이 빈 공간은 기체주입부(130)와 연결되어 기체가 유동할 수 있는 기체유로(124)일 수 있다. 이때, 빈 공간을 형성하기 위하여, 가이드블록(122)과 파이프(121) 중 적어도 어느 하나는 홈이 형성될 수 있다.
파이프(121)는 기체유로(124)와 연결되어 기체를 중공부(123)로 분사하는 적어도 하나의 노즐(126)이 형성될 수 있다. 그리고 가이드블록(122)은 빈 공간이 형성되도록 파이프(121)의 외주면 중 적어도 일부를 감쌀 수 있다. 이때, 기체가 골고루 분사되도록 하기 위하여, 기체유로(124)가 파이프(121)의 외주면을 일주하도록 가이드블록(122)이 파이프(121)를 감쌀 수 있다. 그리고 노즐(126)은 기체유로(124)를 따라 형성될 수 있다. 예컨대, 노즐(126)은 복수로 기체유로(124)를 따라 상호 일정한 간격으로 이격되어 형성될 수 있다.
즉 기체는 주입구를 통해 유입되어, 파이프(121)와 가이드블록(122)에 의해 형성된 기체유로(124)를 따라 유동하며, 파이프(121)의 노즐(126)을 통해 중공부(123)로 유동할 수 있다. 여기서 기체가 파이프(121)의 노즐(126)에서 중공부(123)로 분사될 때 일종의 커튼으로 작용하여 증발된 재료가 뷰파인더(110)에 흡착되는 것을 방지할 수 있다. 이때, 기체는 아르곤 등 불활성 기체일 수 있다.
한편, 주입되는 기체의 양을 조절하기 기체주입부(130)와 연결되어 기체의 양을 컨트롤하는 기체조절부(131)가 더 포함될 수 있다. 예컨대, 기체조절부(131)는 밸브를 포함하고, 호스에 의해 기체주입부(130)와 연결될 수 있다. 이때, 지체조절부(131)는 수동으로 작동되거나 후술하는 질량유량계를 통해 자동으로 작동될 수 있다.
이러한 것은 챔버(200) 내부를 관찰할 때만 기체를 주입하기 위함이다. 구체적으로 셔터(300)가 관찰홀(210)을 개방하였을 때 기체주입부(130)를 통해 기체를 뷰포트(100) 내부로 주입할 수 있다. 즉 내부 관찰 시에만 기체를 주입할 수 있다.
또한, 사파이어 잉곳 제조공정 동안 내부는 대략 진공으로 유지되어야 하는데, 이를 위하여 일정 정도 이상의 기체가 주입되면 내부 압력이 상승할 수 있다. 따라서 기체조절부(131)를 통해 일정한 양 이하의 기체가 주입되도록 제어할 수 있다. 예컨대, 기체조절부(131)는 질량유량계(mass flow controller, MFC)를 포함하여 기체 주입량을 조절할 수 있다.
한편, 뷰포트(100)가 과도하게 가열되는 것을 방지하기 위하여 뷰포트(100)는 냉각수단을 더 포함할 수 있다. 구체적으로 뷰포트(100)는 바디부(120)의 일측에 결합되는 냉각수 주입구(141)와, 바디부(120)의 다른 일측에 결합되는 냉각수 배출구(142)와, 냉각수 주입구(141)와 냉각수 배출구(142)를 연결하는 냉각블록(143)을 포함할 수 있다. 이때 냉각블록(143)은 바디부(120)의 적어도 일부를 감싸 냉각유로(144)를 형성할 수 있다. 즉 냉각유로(144)는 냉각블록(143)과 바디부(120), 구체적으로 파이프(121)의 외주면에 의해 형성될 수 있다.
예컨대, 냉각블록(143)은 바디부(120)의 파이프(121)의 외주면을 감쌀 수 있다. 이때, 냉각블록(143)과 파이프(121) 사이에 빈 공간이 형성되는데, 이 빈 공간을 형성하기 위하여 도시된 바와 같이 파이프(121)에 홈이 형성될 수 있다. 이 홈은 냉각수 주입구(141) 및 냉각수 배출구(142)에 연결될 수 있다. 그리고 냉각블록(143)은 파이프(121)의 홈을 감싸 냉각유로(144)를 형성할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 뷰포트 110: 뷰파인더
120: 바디부 130: 기체주입부
141: 냉각수 주입구 142: 냉각수 배출구
143: 냉각블록 200: 챔버
210: 관찰홀 300: 셔터
310: 셔터구동부 410: 도가니
420: 히터 430: 쉴드

Claims (10)

  1. 뷰파인더;
    일방향으로 연장된 중공부를 가지며, 일단에 상기 뷰파인더가 결합되고, 타단이 개방된 바디부;
    상기 바디부의 중공부로 기체가 주입될 수 있도록 상기 바디부의 일측에 구비되어, 상기 바디부의 중공부와 연결되는 기체주입부;
    를 포함하고,
    상기 바디부는 상기 기체주입부를 통해 유입된 기체가 유동할 수 있는 기체유로를 포함하고,
    상기 바디부는,
    상기 중공부를 가지며, 상기 기체유로와 연결되어 기체를 상기 중공부로 분사하는 적어도 하나의 노즐이 형성된 파이프; 및
    상기 파이프의 외주면 중 적어도 일부를 감싸는 가이드블록;을 포함하고,
    상기 파이프와 상기 가이드블록 사이에 상기 기체유로인 빈 공간이 형성된, 뷰포트.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 노즐은 복수로 상기 기체유로를 따라 상호 일정한 간격으로 이격되어 형성되는, 뷰포트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 뷰파인더는 기체가 누설되지 않도록 상기 바디부에 실링되는, 뷰포트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기체는 불활성기체인, 뷰포트.
  7. 뷰파인더;
    일방향으로 연장된 중공부를 가지며, 일단에 상기 뷰파인더가 결합되고, 타단이 개방된 바디부;
    상기 바디부의 중공부로 기체가 주입될 수 있도록 상기 바디부의 일측에 구비되어, 상기 바디부의 중공부와 연결되는 기체주입부;
    를 포함하고,
    상기 바디부의 일측에 결합되는 냉각수 주입구;
    상기 바디부의 다른 일측에 결합되는 냉각수 배출구; 및
    상기 냉각수 주입구 및 상기 냉각수 배출구를 연결하며, 상기 바디부의 적어도 일부를 감싸 냉각유로를 형성하는 냉각블록;
    을 더 포함하는, 뷰포트.
  8. 일측에 관찰홀이 형성된 챔버;
    상기 챔버의 상기 관찰홀에 결합되어 상기 챔버의 내부를 관찰할 수 있는 제1항, 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항의 뷰포트;
    상기 챔버 내에 구비되어 상기 관찰홀을 개폐하는 셔터; 및
    상기 셔터를 구동하는 셔터구동부;
    를 포함하는, 사파이어 잉곳 제조장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 뷰포트의 기체주입부와 연결되어 주입되는 기체의 양을 컨트롤하는 기체조절부를 더 포함하는, 사파이어 잉곳 제조장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 셔터가 상기 관찰홀을 개방하였을 때 상기 기체주입부를 통해 기체를 상기 뷰포트 내부로 주입하는, 사파이어 잉곳 제조장치.

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