KR101429963B1 - Crystal growing apparatus - Google Patents

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Abstract

본 발명은 결정 성장 장치에 관한 것으로, 이는 내부에 종자정과 원료가 마련되는 도가니와, 상기 도가니의 외부에 각각 설치된 제1가열코일 및 제2가열코일을 포함하고, 상기 제1가열코일과 상기 제2가열코일이 단일 전원에 대해 병렬로 연결되며, 상기 제1가열코일과 상기 제2가열코일 사이의 간격을 조절하여 상기 제1가열코일과 상기 제2가열코일의 인덕턴스 값이 각각 변동하도록 된 것을 특징으로 하여서, 결정 성장을 위한 도가니 부위별로 미세한 발열량 분포 제어와 냉각량 조정에 월등한 효과를 제공한다. The present invention relates to a crystal growth apparatus, which comprises a crucible in which seed crystals and raw materials are provided, and a first heating coil and a second heating coil respectively provided outside the crucible, 2 heating coils are connected in parallel to a single power source and the inductance values of the first heating coil and the second heating coil are varied by adjusting the interval between the first heating coil and the second heating coil It provides superior effects on fine calorific distribution control and cooling amount adjustment for each crucible for crystal growth.

Description

결정 성장 장치{CRYSTAL GROWING APPARATUS}[0001] CRYSTAL GROWING APPARATUS [0002]

본 발명은 결정 성장 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 결정 성장을 위한 도가니 부위별로 미세한 발열량 분포 제어와 냉각량 조정에 우수한 효과를 제공하면서 경제적으로 온도관리를 할 수 있는 결정 성장 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a crystal growth apparatus, and more particularly, to a crystal growth apparatus capable of performing temperature management economically while providing fine effects of fine calorific value distribution control and cooling amount adjustment for each crucible for crystal growth.

반도체 소자의 기초가 되는 탄화규소(Silicon Carbide; SiC)는 높은 밴드 갭 에너지, 높은 브레이크다운 전계 및 높은 열전도성 등의 특성으로 인하여 고파워, 고온 및 고주파수 적용분야에서 많은 관심을 받고 있다. 2인치 및 3인치 탄화규소 웨이퍼는 상용화 단계에 이르렀지만, 탄화규소를 이용한 상업적 소자는 높은 수율을 위한 유효 크기의 제한성과 결정질 특성으로 인하여 그 응용에 있어서 여전히 제약을 받고 있다. 탄화규소 소자의 효율적인 응용을 위해서는 탄화규소 결정의 대구경화 및 대구경의 결정 내에서의 결정 결함의 감소가 전제조건으로 요구되고 있으며, 많은 연구기관, 사업체 등에서 이에 대한 연구 개발을 활발하게 진행하고 있다.BACKGROUND ART Silicon carbide (SiC) as a base of a semiconductor device is attracting much attention in high power, high temperature, and high frequency applications due to high band gap energy, high breakdown field, and high thermal conductivity. 2-inch and 3-inch silicon carbide wafers have reached the commercialization stage, but commercial devices using silicon carbide are still constrained in their applications due to their limited size and crystalline properties for high yield. For efficient application of silicon carbide devices, large-scale curing of silicon carbide crystals and reduction of crystal defects in large-diameter crystals are required as a precondition, and research and development is being actively carried out in many research institutions and businesses.

탄화규소 결정을 성장시키는 방법으로는 일반적으로 승화법(Sublimation), 액상 증착법(LPE), 화학적 기상 증착법(CVD) 등이 있으며, 그 중 가장 대표적으로 널리 알려진 승화법은 고상의 원료를 기상으로 승화시켜 종자정 표면으로 확산시키고 재결정화를 유도하여 결정을 성장시키는 방법이다.Sublimation, liquid phase deposition (LPE), chemical vapor deposition (CVD), and the like are generally known as methods for growing silicon carbide crystals. Among the most widely known sublimation methods are sublimation of a raw material Is diffused to the seed crystal surface and induces recrystallization to grow crystals.

도 1은 종래기술에 따른 결정 성장 장치를 개략적으로 도시한 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이 종래의 결정 성장 장치(10)는 초고온용의 단열재가 둘러싼 도가니(20)의 내부에 원료(P)가 되는 탄화규소 분말을 장입하고, 도가니(20)의 상부에 탄화규소가 성장되는 종자정(30)을 배치시킨다. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a crystal growth apparatus according to the prior art. As shown in FIG. 1, a conventional crystal growth apparatus 10 includes a crucible 20 surrounding a heat insulating material for ultra- And the seed crystal 30 on which the silicon carbide is grown is disposed on the crucible 20.

도가니(20)의 외측에는 고주파 유도가열 수단으로서 코일(40)이 구비된다. 코일(40)의 중심부를 핫존(Hot Zone)이라고 하며, 핫존의 상부가 핫존보다 상대적으로 온도가 낮게 형성된다. 이러한 온도구배에 의해서 탄화규소 분말이 승화하고, 이때 승화된 탄화규소 가스가 상대적으로 온도가 낮은 종자정(30)의 표면으로 이동하여 재결정되어 결정으로 성장한다.On the outside of the crucible 20, a coil 40 is provided as high frequency induction heating means. The central portion of the coil 40 is referred to as a hot zone, and the upper portion of the hot zone is formed to have a lower temperature than the hot zone. By this temperature gradient, the silicon carbide powder is sublimated. At this time, the sublimated silicon carbide gas is moved to the surface of the seed crystal 30 having a relatively low temperature and recrystallized to grow into crystals.

대략 2,000℃ 정도에 근접하는 결정 성장 온도를 구현하기 위해서, 도가니(20)에 예컨대 흑연과 같은 초고온용 단열재를 사용하여 보온하고, 도가니(20)의 외부에서 유도가열로 지속적인 자기장을 투여하여 발열시킨다. 단열재의 증감배열이나 재질의 변화로 도가니의 온도구배를 어느 정도 줄 수는 있으나, 이러한 경우에는 가열 동작 중에 온도분포 가변성이 없고 외부나 주변 온도 차에 상대적인 영향이 크므로 바람직하지 않다. In order to realize a crystal growth temperature approaching approximately 2,000 DEG C, the crucible 20 is kept warm by using an insulating material for ultra-high temperature such as graphite, and is heated by induction heating from the outside of the crucible 20 by induction heating . Although the temperature gradient of the crucible may be reduced to some extent due to the increase or decrease in the arrangement and material of the heat insulator, the temperature distribution is not variable during the heating operation and is relatively undesirable because it has a relatively large influence on the outside or ambient temperature difference.

따라서, 통상적으로는 도가니(20)보다 코일(40)의 상하 길이를 길게 제작하고 수직방향으로 형성된 자기장의 접촉부위를 조정, 즉 코일(40)을 상하로 이동시켜 발열 분포를 조정하는 방식을 채택하고 있다. 이때, 결정 성장 온도가 초고온이므로 단열재 두께가 두껍게 되고 이로 인해 코일(40)과 도가니(20) 사이의 거리가 멀게 되기 때문에, 코일(40)의 높이는 코일과 도가니 사이의 거리보다 2배 정도 크게 되어야 한다. 전원(50)으로부터 코일(40)로 흐르는 전류는 모든 위치에서 동일하므로 코일(40)의 상하 위치를 변화시킴으로써 고주파 자기장이 도가니(20)에 스치는 비율을 조정하여 상하의 온도구배를 제어할 수 있다. Therefore, generally, a method is adopted in which the vertical length of the coil 40 is made longer than the crucible 20 and the contact portion of the magnetic field formed in the vertical direction is adjusted, that is, the coil 40 is moved up and down to adjust the heat generation distribution . At this time, since the crystal growth temperature is extremely high, the thickness of the heat insulating material becomes thick and the distance between the coil 40 and the crucible 20 becomes long. Therefore, the height of the coil 40 should be twice as large as the distance between the coil and the crucible do. Since the current flowing from the power source 50 to the coil 40 is the same at all positions, the upper and lower temperature gradients can be controlled by adjusting the ratio of the high frequency magnetic field to the crucible 20 by changing the vertical position of the coil 40.

하지만, 코일과 도가니 사이에 단열재가 존재하므로 코일에서 발생한 자기장이 먼 거리까지 과하게 펼쳐져야 도가니에서 발열이 생기기 때문에, 결국 에너지 전달효율이 떨어진다. 또, 공진회로의 해석상 Q값(공진회로에 저장된 무효전력 대 발열하는 유효전력의 비율)이 높은 경우에는, 코일의 상하 권선 간에 발생한 자기장이 크게 한줄기로 뭉쳐서 위아래로 크게 순환하는 경우가 많다. 이에 따라 코일의 위치를 옮겨서 코일의 상부 및 하부의 자기장에 개별성을 주어 발열도를 조절해야 할 필요성이 있다. 그런데 코일의 상부 및 하부 사이가 벌어지지 않으면 개별 코일 턴의 전류를 달리한다고 해서 총 자기장 흐름의 수직 밀도 분포가 비례하여 달라지지 않으며, 코일의 위치를 옮기면서 가열하면 도가니의 총 발열량 분포를 원하는 비율로 바꾸지 못하는 경우가 있게 된다. 구체적으로 말하자면, 코일이 도가니의 수직한 높이에서 정중앙에 있게 되면 50:50이지만, 한쪽으로 위치를 옮겨 가면 60:40, 70:30, 80:20 등의 비율로 바뀌게 되는데, 특정 위치를 넘어가면 비율이 지수 함수적으로 넘어가고 에너지 전달 효율이 급격히 떨어져서 장치의 유효 최대전류 내에서도 발열량이 나오지 않는 경우가 생긴다. However, since the insulating material exists between the coil and the crucible, the magnetic field generated from the coil must be spread over a long distance to generate heat in the crucible, resulting in a loss of energy transfer efficiency. When the Q value (the ratio of the reactive power stored in the resonant circuit to the heat generated) is high in the analysis of the resonant circuit, the magnetic field generated between the upper and lower coils of the coil collects largely in one row and circulates largely in the up and down directions. Accordingly, there is a need to adjust the degree of heat generation by moving the positions of the coils and imparting individualities to the magnetic fields at the top and bottom of the coils. However, if the upper and lower portions of the coil are not opened, the vertical density distribution of the total magnetic field flow is not changed proportionally by varying the current of the individual coil turns. If the coil is heated while moving the coil position, You will not be able to change it. Specifically, when the coil is in the middle of the vertical height of the crucible, it is 50:50, but when the position is shifted to one side, it changes at a ratio of 60:40, 70:30, 80:20, The ratio expands exponentially and the energy transfer efficiency sharply drops so that the calorific value does not come out even within the maximum effective current of the device.

한편, 미세한 온도구배를 주기 위해 코일 속에 수직으로 분포한 자기장의 줄기를 2개로 분할할 필요가 있어, 이를 해소하고자 코일을 상하로 2원화시켜 설계하고 인가 주파수를 차이 나게 하여 별도로 동작시키는 장치가 제안되었다. 인가 주파수는 최소 2배 이상의 차이가 생겨야 상하를 관통하는 자기장의 비율을 줄이고 개별성을 키울 수 있다. 이러한 경우에는 2원화된 코일마다 추가 유도가열 장치가 필요하며 개별적인 코일 간의 무효전력 순환을 막기 위하여 특정 주파수에만 동작하는 대역 필터를 사용하여 상호 간섭성을 해결하기도 한다. On the other hand, in order to achieve a fine temperature gradient, it is necessary to divide the stem of the magnetic field vertically distributed in the coil into two. To solve this problem, a device is proposed in which the coil is designed to be two- . The applied frequency must be at least twice the difference to reduce the proportion of the magnetic field passing through the top and bottom and increase the individuality. In this case, an additional induction heating device is required for each binarized coil, and a coarse filter is used to prevent mutual coherence in order to prevent the ineffective power circulation between individual coils.

더구나, 코일을 2원화로 하게 되면 도가니의 측면부 중심에서 발열량이 줄어드는 문제점이 초래된다. 즉, 도가니의 상부 모서리와 하부 모서리 부분에서만 발열이 일어나게 되는 것이다. 이는 미세한 온도구배가 요구되는 결정 성장 조건에 부합하지 않는 역기능이다. 또한, 2원화된 코일에 대해 각기 별도의 유도가열 장치를 도입하여 전력량을 조정하고 온도를 조정한다 하더라도, 코일 간의 자기장 충돌 간섭성을 지닌 채로 1주일 내지 수십일 정도의 시간 동안 공정을 유지하게 되면 장치의 불안정성이 기하 급수적으로 커진다. 예를 들면, 상하 코일 간 주파수 맥놀이 현상, 상하 코일 간 전력량의 차이가 많이 날 때에 자기장 커플의 에너지 전달로 인한 주파수 추종 회로 위상 교란 등의 잡다한 문제들이 끊임없이 발생하게 된다. 특히 2원화된 코일이, 자성체 코어가 생략된 공심 트랜스 형태이기 때문에, 간섭성을 회피할 수 있는 방안이 없는 실정이다. Moreover, if the coil is made to be 2 Won, the amount of heat generated at the center of the side surface of the crucible is reduced. That is, heat is generated only in the upper edge and the lower edge of the crucible. This is a dysfunction which does not meet the crystal growth conditions in which a fine temperature gradient is required. In addition, even if a separate induction heating device is introduced for each of the bipolar coils to adjust the amount of electric power and adjust the temperature, if the process is maintained for a period of about one week to several tens of days with magnetic field collision coils between the coils The instability of the device increases exponentially. For example, when there is a large difference in the amount of power between the upper and lower coils, and when there is a large difference in the amount of power between the upper and lower coils, various problems such as phase disturbance of the frequency follower circuit due to energy transfer of the magnetic field couple occur constantly. In particular, there is no way to avoid coherence since a binary coil is an air-core transformer type in which a magnetic core is omitted.

이에 본 발명은, 도가니의 상하 온도구배를 주기 위한 코일과 공진회로 접목 방법에 대한 기법들이 주는 기능과 장점을 이용하여 결정 성장을 위한 도가니 부위별로 미세한 발열량 분포 제어와 냉각량 조정에 우수한 효과를 제공하면서 경제적으로 온도관리를 할 수 있도록 된 결정 성장 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention provides an excellent effect of controlling a fine calorific value distribution and adjusting a cooling amount for each crucible portion for crystal growth by using the functions and advantages of the techniques of a coil and a resonant circuit coupling method for giving a vertical temperature gradient of the crucible And to provide a crystal growth apparatus that can economically perform temperature management.

본 발명에 따른 결정 성장 장치는, 내부에 종자정과 원료가 마련되는 도가니와, 상기 도가니의 외부에 각각 설치된 제1가열코일 및 제2가열코일을 포함하고, 상기 제1가열코일과 상기 제2가열코일이 단일 전원에 대해 병렬로 연결되며, 상기 제1가열코일과 상기 제2가열코일 사이의 간격을 조절하여 상기 제1가열코일과 상기 제2가열코일의 인덕턴스 값이 각각 변동하도록 된 것을 특징으로 하고 있다. A crystal growth apparatus according to the present invention comprises a crucible having seed crystals and a raw material therein, a first heating coil and a second heating coil provided respectively outside the crucible, and the first heating coil and the second heating The inductances of the first heating coil and the second heating coil are varied by adjusting the interval between the first heating coil and the second heating coil, .

이상과 같이 본 발명에 의하면, 결정 성장을 위한 도가니 부위별로 미세한 발열량 분포 제어와 냉각량 조정에 월등한 효과를 제공한다. 더욱이, 단일 코일을 상하로만 움직이며 도가니 부위별 온도제어를 할 때보다 다양성이 커지고 결정 성장이 커짐에 따라 추가적인 온도 분포를 조절할 수 있는 장점도 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to provide a superior effect in controlling the fine calorific value distribution and cooling amount adjustment for each crucible for crystal growth. Furthermore, it is possible to control an additional temperature distribution as the crystal grows larger as the variety of the single coil is moved up and down and the temperature of the crucible is controlled.

도 1은 종래기술에 따른 결정 성장 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 결정 성장 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 결정 성장 장치의 전력과 주파수 사이의 관계 그래프이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a crystal growth apparatus according to the prior art.
2 is a cross-sectional view schematically showing a crystal growth apparatus according to the present invention.
3 is a graph of the relationship between power and frequency of a crystal growth apparatus according to the present invention.

본 발명에 따른 결정 성장 장치는 유도가열 방식을 사용한다. 유도가열로 도가니를 가열할 때 도가니의 상하 온도구배를 주는 것이 공정에 있어 최대로 중요한 기술이다. 미세한 온도구배를 주면서 열-등고선 패턴을 관리하는 것이 공정에 유리하다. 특히 유도가열은 자기장으로 피가열체(도가니)에 에너지를 전달하여 가열하므로 전열가열과 달리 인위적으로 특정 부위의 발열을 각기 통제하기가 어렵다. 또한, 고주파 교류를 인가하므로 자기장과 유도전류가 피가열체의 표피에 분포하는 특성을 나타낸다. 이러함에도, 본 출원인은 도가니의 상하 온도구배를 주기 위한 코일과 공진회로 접목에 대한 방법들이 갖는 기능과 효과를 연구하고 이용하여 본 발명의 결정 성장 장치를 발명하였다. The crystal growth apparatus according to the present invention uses an induction heating method. When the crucible is heated by induction heating, giving the upper and lower temperature gradients of the crucible is the most important technology in the process. It is advantageous for the process to manage the heat-contour pattern while giving a fine temperature gradient. In particular, induction heating is an energy transfer to the object (crucible) by a magnetic field, so that it is difficult to artificially control the heat of a specific part differently from the heat heating. Further, since the high frequency AC is applied, the magnetic field and the induced current are distributed in the skin of the object to be heated. In this case, Applicant also invented the crystal growth device of the present invention by studying and using the functions and effects of the methods for coupling the coil and the resonant circuit to give the temperature gradient of the crucible.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention unclear.

도 2는 본 발명에 따른 결정 성장 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 결정 성장 장치(100)는 내부에 종자정(30)과 원료(P)가 마련되는 도가니(20)와, 이 도가니(20)의 외부에 각각 설치된 제1가열코일(41) 및 제2가열코일(42)을 포함하고, 제1가열코일(41)과 제2가열코일(42)이 단일 전원(50)에 대해 전류원 인덕터(51, 52)를 거쳐 병렬로 연결되며, 제1가열코일(41)과 제2가열코일(42) 사이의 간격을 조절하여 제1가열코일(41)과 제2가열코일(42)의 인덕턴스 값(L)이 각각 변동하도록 된 것을 특징으로 하고 있다. 2 is a cross-sectional view schematically showing a crystal growth apparatus according to the present invention. As shown, the crystal growth apparatus 100 according to the present invention includes a crucible 20 having a seed crystal 30 and a raw material P provided therein, a first crucible 20 provided outside the crucible 20, The first heating coil 41 and the second heating coil 42 are connected in parallel to the single power source 50 through the current source inductors 51 and 52, And the interval between the first heating coil 41 and the second heating coil 42 is adjusted so that the inductance values L of the first heating coil 41 and the second heating coil 42 are varied .

구성에 대해 더욱 구체적으로 설명하자면, 본 발명에 따른 결정 성장 장치(100)는, 원료(P)가 장입되는 도가니(20), 이 도가니(20)의 외주면을 둘러싸는 석영관(Quartz Tube; 21), 도가니(20)의 개방된 상부를 개폐하고 하단면에 시드 홀더(Seed Holder)가 돌출 형성된 덮개(23), 시드 홀더에 부착되는 종자정(30; 예컨대 SiC Seed), 석영관(21)의 외측면에 이격되어 도가니(20)를 유도가열하는 코일로 이루어진 제1가열코일(41) 및 제2가열코일(42), 그리고 도가니(20)와 석영관(21) 사이, 도가니(20)의 하부 및 덮개(23)의 상부에 구비된 예컨대 그라파이트 펠트(Graphite Felt)와 같은 단열재(25)를 포함한다.The crystal growth apparatus 100 according to the present invention includes a crucible 20 in which a raw material P is charged and a quartz tube 21 surrounding the outer circumferential surface of the crucible 20 A lid 23 formed by opening and closing an open upper portion of the crucible 20 and having a seed holder protruded from the lower end surface thereof, a seed crystal 30 (e.g., SiC seed) attached to the seed holder, a quartz tube 21, A first heating coil 41 and a second heating coil 42 which are separated from the outer surface of the crucible 20 by induction heating the crucible 20 and between the crucible 20 and the quartz tube 21, And a heat insulating material 25 such as a graphite felt, for example, provided on the lower part of the lid 23 and the upper part of the lid 23.

본 명세서에서는 결정 성장의 원료(P)로서 탄화규소 분말이 사용된 예에 대해 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 원료(P)를 수용하는 도가니(20)는 고순도 흑연을 재질로 하여 만들어진다. 도가니(20)는 상단이 개방되고, 하단이 측벽과 일체로 형성된 원통형으로 이루어진다. 물론, 도가니(20)를 상단 및 하단이 모두 개방된 관형상으로 만든 후 별도의 덮개를 사용하여 상단 및 하단을 밀폐시켜 사용할 수도 있다. 또한, 도가니(20)의 수평 단면이 원형이 되도록 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않으며 다각형, 타원형 등 다양한 형태의 수평 단면을 갖도록 도가니(20)를 제작할 수 있다. 본 발명에 따른 결정 성장 장치(100)에서는 도가니(20)가 유도가열 방식으로 가열되어 그 내부에 있는 원료(P)를 용해시킨다. In the present specification, an example in which silicon carbide powder is used as a raw material for crystal growth (P) is described, but the present invention is not limited thereto. The crucible 20 containing the raw material P is made of high purity graphite. The crucible 20 is formed in a cylindrical shape having an upper end opened and a lower end integrally formed with the side wall. Of course, it is also possible to make the crucible 20 into a tubular shape in which both the upper and lower ends are opened, and then use a separate cover to seal the upper and lower ends. In addition, the crucible 20 may be configured such that the horizontal cross section of the crucible 20 is circular, but it is not limited thereto, and the crucible 20 may be formed to have various horizontal cross sections such as a polygonal shape and an elliptical shape. In the crystal growth apparatus 100 according to the present invention, the crucible 20 is heated by induction heating to dissolve the raw material P therein.

또한, 도가니(20)의 개방된 상부를 덮는 덮개(23)의 하부는 도가니(20)와 빈틈없이 결합할 수 있도록 단차가 형성되어 있으며, 하부면의 중앙부분에는 종자정(30)이 부착되도록 하부 방향으로 돌출된 시드 홀더가 형성되어 있다. 시드 홀더는 덮개(23)의 하부면에 일체로 구성될 수 있거나, 덮개(23)와 분리 및 결합되는 분리형으로 구성될 수도 있다. 이 덮개(23)와 시드 홀더가 원료(P)의 용해온도보다 낮게 조절되어 결정이 성장되게 하는 것이다. The lower part of the lid 23 covering the opened upper part of the crucible 20 is formed with a step so as to be seamlessly engaged with the crucible 20 and the seed crystal 30 is attached to the center part of the lower surface. A seed holder protruding downward is formed. The seed holder may be integrally formed on the lower surface of the lid 23, or it may be configured as a separate type that is separated from and coupled to the lid 23. The lid 23 and the seed holder are controlled to be lower than the melting temperature of the raw material P to allow the crystal to grow.

원료(P)로부터 이격되어 있는 종자정(30)의 하측 일부분에 결정이 성장하게 된다. 예를 들어, 승화된 탄화규소 가스가 동일한 재질, 즉 탄화규소 재질의 종자정(30)에서는 단결정으로 성장하고, 이질(異質)의 도가니(20) 내부면에서는 다결정으로 성장한다. 온도구배의 조절이 우수할수록 균일하고 평평한 원기둥 모양의 결정으로 성장하게 된다. The crystals grow on a part of the lower side of the seed crystal 30 which is spaced apart from the raw material P. For example, the sublimed silicon carbide gas grows into a single crystal in the same material, that is, in the seed crystal 30 made of silicon carbide, and grows into a polycrystalline in the inner surface of the crucible 20 having a different quality. The better the control of the temperature gradient, the more uniform and flat cylindrical crystals will grow.

도가니(20)의 외주면에는 석영관(21)이 설치되고, 석영관(21)의 외측으로는 일정한 거리만큼 이격되어 도가니(20)의 내부를 유도가열하는 제1가열코일(41)과 제2가열코일(42)이 위치한다. 석영관(21)은 내부가 빈 중공형의 수냉식 이중관으로서, 내부로부터 발열하는 열을 차단하여 결정의 성장 속도, 성장 크기 등을 보다 정확하게 제어하기 위해 석영관(21)의 내부 공간에 냉각수가 순환될 수 있다. A quartz tube 21 is provided on the outer circumferential surface of the crucible 20 and a first heating coil 41 for induction heating the inside of the crucible 20 by a predetermined distance outside the quartz tube 21, The heating coil 42 is located. The quartz tube 21 is a hollow hollow water-cooled double tube. In order to more precisely control the crystal growth rate, growth size, and the like by intercepting heat generated from the inside, cooling water circulates in the inner space of the quartz tube 21 .

석영관(21)의 상단 및 하단에는 비자성체의 금속 재질로 된 상부 플레이트(81)와 하부 플레이트(82)가 설치되어, 석영관(21)과 상부 플레이트(81) 및 하부 플레이트(82)가 체임버(Chamber)를 구성하게 된다. 석영관(21)과 상부 플레이트(81) 그리고 석영관(21)과 하부 플레이트(82)의 사이에는 각기 O링과 같은 밀봉부재가 개재되어 체임버 내부에 진공을 형성하거나 가스 퍼징을 할 때 기밀성(氣密性)을 유지하게 된다. 상부 플레이트(81)와 하부 플레이트(82)는 적외선 복사 열의 반사를 위해 폴리싱으로 표면 처리되는 것이 좋다. An upper plate 81 and a lower plate 82 made of a nonmagnetic metal material are provided at the upper and lower ends of the quartz tube 21 and the quartz tube 21 and the upper plate 81 and the lower plate 82 Thereby constituting a chamber. A sealing member such as an O-ring is interposed between the quartz tube 21 and the upper plate 81 and between the quartz tube 21 and the lower plate 82 so that when the vacuum is formed inside the chamber or gas purging is performed, Air tightness). The upper plate 81 and the lower plate 82 are preferably surface-polished for reflection of the infrared radiation.

도가니(20)와 하부 플레이트(82) 사이에는 테이블(27)이 설치되는데, 이 테이블(27)은 상하로 위치조정이 가능(화살표 C 참조)하고 회전이 가능(화살표 C' 참조)하게 되어 있다. 이러한 위치조정 및 회전이 가능한 테이블(27)을 구비함으로써, 도가니(20)와 후술하는 단열재(25)가 이동할 수 있으며, 가열코일의 중심에 도가니(20)를 위치시키기 위한 원점조정의 역할을 수행할 수 있고, 도가니(20) 자체가 회전할 수 있는 기능과 함께 가열코일과의 상대적인 거리에 대한 스트로크를 확대할 수 기능을 부여함과 더불어, 단열재(25)의 높이를 상하로 다르게 적용시킬 때에 중심부 편차를 기계적으로 보상할 수 있게 된다. 이 테이블(27)도 흑연 재질로 만들어질 수 있으나, 필요에 따라 수냉이 가능한 금속 재질로 구성될 수도 있다. A table 27 is provided between the crucible 20 and the lower plate 82. The table 27 is vertically adjustable (see arrow C) and rotatable (see arrow C ') . The crucible 20 and the heat insulating material 25 to be described later can be moved by providing the table 27 capable of such position adjustment and rotation and serve as the origin adjustment for positioning the crucible 20 at the center of the heating coil In addition to the function of rotating the crucible 20 itself and the function of expanding the stroke with respect to the distance relative to the heating coil, the height of the heat insulating material 25 is differently applied up and down The center deviation can be compensated mechanically. The table 27 may be made of a graphite material, but may be made of a metal material that can be cooled by water if necessary.

제1가열코일(41)과 제2가열코일(42)은 고주파 유도 코일로서, 수냉이 가능한 고순도 동파이프로 만들어진다. 이들 가열코일(41, 42)의 권치 방향은 서로 동일하며, 이때 자기장 방향은 서로 순응하게 된다. 도 2에는 개략적으로 가열코일들(41, 42)로부터 발생한 자기장이 점선으로 표시되어 있다. The first heating coil 41 and the second heating coil 42 are high-frequency induction coils made of high-purity copper pipes that can be cooled with water. The winding directions of the heating coils 41 and 42 are the same as each other, and the magnetic field directions are adapted to each other. In Fig. 2, the magnetic field generated from the heating coils 41 and 42 is schematically indicated by a dotted line.

제1가열코일(41)과 제2가열코일(42)은 개별적으로 상하로 이동가능(화살표 A 및 A' 참조)하다. 또, 제1가열코일(41)과 제2가열코일(42) 사이의 거리를 고정한 채로 이동도 가능하다. 제1가열코일(41)과 제2가열코일(42)은 양쪽 가열코일이 함께 이동하면서 양쪽 가열코일 사이의 상대적인 거리를 조절할 수 있는데, 이를 위해 제1가열코일(41)과 제2가열코일(42)이 하나의 베이스 프레임(미도시) 상에 설치되고, 두 가열코일은 왼나사 및 오른나사가 직렬로 함께 형성된 스크류(미도시)에 장착되게 된다. 이 스크류는 베이스 프레임 상에서 회전 가능하게 설치되고 일측 단부에 모터(미도시)가 연결됨으로써, 제1가열코일(41)과 제2가열코일(42) 사이의 상대적인 거리를 용이하게 조절할 수 있다. The first heating coil 41 and the second heating coil 42 are vertically movable (see arrows A and A ') individually. It is also possible to move while keeping the distance between the first heating coil 41 and the second heating coil 42 fixed. The first heating coil 41 and the second heating coil 42 can control the relative distance between the two heating coils while moving both heating coils together. To this end, the first heating coil 41 and the second heating coil 42 are mounted on one base frame (not shown), and the two heating coils are mounted on a screw (not shown) formed by serially joining left and right screws. The screw is rotatably installed on the base frame and a motor (not shown) is connected to one end of the base, so that the relative distance between the first heating coil 41 and the second heating coil 42 can be easily controlled.

제1가열코일(41)과 제2가열코일(42)이 단일한 전원(50)에 대해 전류원 인덕터(51, 52)를 거쳐 병렬공진 형태로 연결되어 있는데, 각 가열코일과 전원(50) 사이에는 가열코일과 동조하여 공진을 일으키는 병렬공진 회로의 공진콘덴서 뱅크(53, 54)가 개재되어 있다. 병렬공진 회로에는 전류원 인덕터(51, 52)가 직렬로 연결될 수 있으며, 이들 전류원 인덕터(51, 52)에 전압형 유도가열용 인버터가 연결되어 전류원 방식 전원(50)으로 작용할 수 있다. 전원(50)으로부터는 고주파 단상 교류 전류가 인가된다. 한편, 각 가열코일과 병렬공진 회로의 공진콘덴서 뱅크의 사이에 전류센싱용 변류기(55, 56)가 설치되어, 제1가열코일(41)과 제2가열코일(42) 사이의 전류 차이를 알 수 있는 전류센서로 작용한다. The first heating coil 41 and the second heating coil 42 are connected in parallel resonance form through the current source inductors 51 and 52 to the single power source 50. However, Resonance capacitor banks 53 and 54 of a parallel resonance circuit that resonates with the heating coil in synchronization therewith are interposed. Current source inductors 51 and 52 may be connected in series to the parallel resonance circuit and an inverter for voltage induction heating may be connected to the current source inductors 51 and 52 to function as a current source type power source 50. A high-frequency single-phase alternating current is applied from the power source 50. On the other hand, current sensing current transformers 55 and 56 are provided between the respective heating coils and the resonance capacitor banks of the parallel resonance circuit to sense the difference in current between the first heating coil 41 and the second heating coil 42 It acts as a current sensor.

추가적으로, 제1가열코일(41)의 상부와 제2가열코일(42)의 하부에는 각각 상부 자기 차폐판(61)과 하부 자기 차폐판(62)이 배치된다. 이들 자기 차폐판(61, 62)은 환형상으로 형성되어 석영관(21)의 외주면을 따라 설치되며 단락되게 된다. 자기 차폐판(61, 62)은 수냉이 가능하도록 냉각수가 순환하는 내부 공간이 마련된 동판으로 이루어진다. 자기 차폐판(61, 62)은, 제1가열코일(41)과 제2가열코일(42)로 생성되는 상하 자기장이 퍼져나가는 것을 방지하여 자기장의 밀집도를 향상시키는 차폐기능을 수행하며, 제1가열코일(41)과 제2가열코일(42)의 인덕턴스 값(L)을 조정할 수 있다. 자기 차폐판(61, 62)은 가열코일(41, 42)의 베이스 프레임 상에 설치되어 해당 베이스 프레임이 수직방향으로 이동할 때 해당 가열코일과의 거리를 고정한 채로 함께 이동(화살표 B 및 B' 참조)하여 높이가 조절될 수 있다. 각 자기 차폐판과 해당 가열코일과의 거리를 설정해 놓으면 가열코일의 이동 시에 자기 차폐판이 항상 해당 가열코일과 함께 이동하게 되는 것이다. 또, 해당 베이스 프레임 내에서 해당 가열코일과의 상대적인 거리가 별도로 제어될 수도 있다. In addition, an upper magnetic shield plate 61 and a lower magnetic shield plate 62 are disposed on the upper portion of the first heating coil 41 and the lower portion of the second heating coil 42, respectively. These magnetic shield plates 61 and 62 are formed in an annular shape and are installed along the outer peripheral surface of the quartz tube 21 and short-circuited. The magnetic shield plates 61 and 62 are made of a copper plate provided with an inner space through which cooling water circulates to enable water cooling. The magnetic shielding plates 61 and 62 perform a shielding function for preventing the vertical magnetic field generated by the first heating coil 41 and the second heating coil 42 from spreading and improving the density of the magnetic field, The inductance value L of the heating coil 41 and the second heating coil 42 can be adjusted. The magnetic shielding plates 61 and 62 are installed on the base frame of the heating coils 41 and 42 so that when the base frame moves in the vertical direction, the magnetic shielding plates 61 and 62 are moved together (see arrows B and B ' The height can be adjusted. If the distance between each magnetic shielding plate and the heating coil is set, the magnetic shielding plate always moves together with the heating coil when the heating coil moves. Further, the relative distance to the heating coil in the corresponding base frame may be controlled separately.

자기 차폐판들(61, 62)이 수냉이 가능한 구조를 갖고 있는데, 여기에 선택적으로 자기장 집중용 자성체 코어(63)를 부착함으로써, 제1가열코일(41)과 제2가열코일(42) 중 어느 한쪽은 자기장 반사로, 다른 한쪽은 자기장 집중으로 자기장의 상하 편차를 극대화시킬 수 있다. 도 2에는 제2가열코일(42) 쪽에만 자성체 코어(63)가 설치된 예를 보여주고 있다. 자성체 코어(63)도 냉각되어야 하므로 항상 냉각수가 흐르는 자기 차폐판에 부착되면, 저온으로 유지되어 일정한 자기장 집중 기능이 유지되게 된다.The magnetic shielding plates 61 and 62 have a water-cooling structure. By selectively attaching the magnetic material core 63 for magnetic field concentration to the first heating coil 41 and the second heating coil 42 One can maximize the vertical deviation of the magnetic field with the magnetic field reflection and the other with the magnetic field concentration. FIG. 2 shows an example in which the magnetic core 63 is provided only on the side of the second heating coil 42. Since the magnetic core 63 is also to be cooled, when it is attached to the magnetic shielding plate through which the cooling water flows, it is kept at a low temperature and a constant magnetic field concentration function is maintained.

도가니(20)와 석영관(21) 사이와, 도가니(20)의 하부 및 덮개(23)의 상부 영역에는 예컨대 그라파이트 펠트와 같이 열전달율이 낮은 단열재(25)가 채워진다. 이 단열재(25)가 도가니(20)의 외주면을 둘러싸서 단열시킴과 더불어, 도가니(20)가 일정하게 유지되도록 소정 위치에 고정시켜 도가니(20)가 정확하게 위치되도록 한다.A heat insulating material 25 having a low heat transfer coefficient such as a graphite felt is filled in the space between the crucible 20 and the quartz tube 21, the crucible 20 and the upper portion of the lid 23, for example. The heat insulating material 25 surrounds the outer circumferential surface of the crucible 20 to insulate it and is fixed at a predetermined position so that the crucible 20 is kept constant so that the crucible 20 is accurately positioned.

추가로, 수냉이 가능한 냉복사판(70)이 도가니(20)의 상부에 있는 단열재(25) 상에 인접하게 설치된다. 이 냉복사판(70)은 적외선 복사 열 흐름을 오목거울처럼 반사시켜 도가니(20)와 냉복사판(70) 사이의 공간 중심부로 향하게 한다. 도가니(20)로부터 상승한 열기가 공간 중심부에 고일 수도 있다. 이를 위해 냉복사판(70)의 도가니(20) 쪽 하면은 만곡되어 만곡면을 형성하며, 만곡면의 각도는 단열재(25)의 직경과 단열재(25)와의 거리에 맞춰 적절한 반사각을 갖도록 설정된다. 또한, 냉복사판(70)의 대부분은 예컨대 스테인리스강과 같은 금속 재질에 고광택 처리를 하여 만들어지는데, 냉각수가 흐르는 원주방향 단부는 오히려 단열재로부터의 적외선 복사를 받아들여야 유리하므로 무광이나 흑화 표면 처리를 하여도 된다. 시드 홀더가 돌출 형성된 덮개(23) 중심부의 온도가 낮아 더 많이 성장되는 것을 적외선 반사 집중으로 역보상하기 위한 방편이다. In addition, a water-coolingable cold plate 70 is installed adjacent to the heat insulating material 25 at the top of the crucible 20. This cold plate 70 reflects the infrared radiation heat flow as a concave mirror and directs it to the center of space between the crucible 20 and the cold plate 70. The heat rising from the crucible 20 may be concentrated at the center of the space. The angle of the curved surface is set to have an appropriate reflection angle in accordance with the diameter of the heat insulating material 25 and the distance between the heat insulating material 25 and the heat insulating material 25. Most of the cold plate 70 is made of a metal material such as stainless steel by a high gloss treatment. Since the circumferential end portion through which the cooling water flows is advantageous to receive infrared radiation from the heat insulating material, do. This is a countermeasure to compensate for the fact that the temperature of the central portion of the lid 23 on which the seed holder is protruded is lowered to grow more and that the infrared reflection concentrates.

전술한 것처럼, 냉복사판(70)의 단부에는 수냉이 가능하도록 냉각수가 순환하는 내부 공간이 마련되어 있어, 이러한 냉복사의 영향으로 온도를 일부 낮춰주는 기능을 하게 된다. 냉각수가 들어간 라인은 냉복사판(70)의 최외곽으로 돌려 만곡면은 일부 중온 상태가 되도록 온도구배를 둔다. 이는 덮개(23)의 모서리에서 발열이 되고 덮개(23)의 중심부는 차가우므로 결정 성장 속도가 중심부 쪽이 더 빠를 수 있기 때문에 역보상을 하기 위한 작용으로 필요하다. 냉복사판(70)의 중심부와 단부의 수냉 및 비수냉 온도차이로 팽창율이 상이하여도 전체 형상이 오목거울 모양의 만곡형이므로 비대칭 뒤틀림 변형은 없게 된다.As described above, the end portion of the cold radiation plate 70 is provided with an inner space through which the cooling water circulates to enable water cooling, and functions to lower the temperature partly by the influence of the cold radiation. The line containing the cooling water is turned to the outermost part of the cold plate 70, and the temperature gradient is set so that the curved surface is in a somewhat middle temperature state. This is because heat is generated at the edge of the lid 23 and the central portion of the lid 23 is cold, so that the crystal growth rate may be faster at the center portion, so that it is necessary to perform the reverse compensation. Even if the expansion rate differs due to the temperature difference between the water cooling and the non-water cooling of the center portion and the end portion of the cold radiation plate 70, the asymmetric warping deformation does not occur because the overall shape is a concave mirror-like curved shape.

냉복사판(70)도 상하로 위치조정이 가능(화살표 D 참조)하게 되어 있으며, 온도측정용 관통홀이 중앙에 형성되어 있다. 최종 공정이 끝나 신속한 온도하강이 필요할 때, 냉복사판(70)을 단열재(25)와 밀착시키면 온도하강의 속도를 빠르게 할 수 있다. 부가적으로, 냉복사판(70)은 그 위치에 따라 상부 측에서 자기 차폐판의 역할도 겸할 수 있으며, 경우에 따라서는 수냉식 구조를 갖고 있어 자기장 집중용 자성체 코어(63)가 부착될 수도 있다. The cold plate 70 is also vertically adjustable (see arrow D), and a through hole for temperature measurement is formed at the center. When the final process is completed and a rapid temperature lowering is required, the temperature of the cooling plate 70 can be increased by bringing the cooling plate 70 into close contact with the heat insulating material 25. In addition, the cold radiation plate 70 may also serve as a magnetic shield plate on the upper side depending on its position, and in some cases, it may have a water-cooled structure and may be attached with a magnetic substance core 63 for magnetic field concentration.

전술한 구조의 본 발명에 따른 결정 성장 장치(100)는, 제1가열코일(41)과 제2가열코일(42)에서 유도가열되는 중심 영역이 도가니(20)의 상부 및 하부에서 서로 다른 가열온도 영역을 갖는 온도구배가 형성된다. 이러한 온도구배로 인하여 원료(P)의 승화가 일어나고, 승화된 원료의 가스가 상대적으로 온도가 낮은 종자정(30)의 표면으로 이동하여 재결정되어 결정으로 성장된다.The crystal growth apparatus 100 according to the present invention having the structure described above is configured such that the central region to be inductively heated by the first heating coil 41 and the second heating coil 42 is heated at the upper and lower portions of the crucible 20 A temperature gradient having a temperature region is formed. Due to such a temperature gradient, sublimation of the raw material P occurs, and the sublimated raw material gas moves to the surface of the seed crystal 30 having a relatively low temperature and recrystallized to grow into crystals.

물론, 제1가열코일(41)과 제2가열코일(42) 사이의 간극이 코일 턴 사이의 거리만큼 인접하게 되면, 기존의 코일(40; 도 1 참조)과 동일한 발열 패턴을 보이게 된다. 제1가열코일(41)과 제2가열코일(42) 사이의 간극을 벌려 줄수록 제1가열코일(41)과 제2가열코일(42) 간의 상대적인 인덕턴스 값(L)의 차이에 따른 자기장 편차 분량이 흐르게 된다. Of course, when the gap between the first heating coil 41 and the second heating coil 42 is adjacent to each other by a distance between the coil turns, the same heating pattern as that of the conventional coil 40 (see FIG. The difference between the relative inductance value L between the first heating coil 41 and the second heating coil 42 increases as the gap between the first heating coil 41 and the second heating coil 42 is increased, The amount flows.

또한, 제1가열코일(41)과 상부 자기 차폐판(61) 사이의 간극은 벌려 줄수록 인덕턴스 값(L)은 커지고 상부의 공진콘덴서 뱅크(53)가 갖는 공진의 스위칭 포인트는 아래로(낮은 주파수 영역으로) 천이한다. 마찬가지로, 제2가열코일(42)과 하부 자기 차폐판(62) 사이의 간극은 벌려 줄수록 인덕턴스 값(L)은 커지고 하부의 공진콘덴서 뱅크(54)가 갖는 공진의 스위칭 포인트는 아래로(낮은 주파수영역으로) 천이한다. 이때, 어느 한쪽의 가열코일과 자기 차폐판의 간극은 벌리고 다른 한쪽의 가열코일과 자기 차폐판의 간극을 오므리면, 오므린 쪽의 인덕턴스 값(L)은 작아지고 공진콘덴서 뱅크가 갖는 공진의 스위칭 포인트는 위로(높은 주파수 영역으로) 천이하게 됨으로써, 가열코일들 간 인덕턴스 값(L)에 차이가 생기고 이에 따라 자기장 편차 분량이 흐르게 되면서 발열 편차가 이루어지게 된다. The inductance value L increases as the gap between the first heating coil 41 and the upper magnetic shield plate 61 is increased and the resonance switching point of the upper resonance capacitor bank 53 is lower Frequency domain). Similarly, as the gap between the second heating coil 42 and the lower magnetic shield plate 62 is increased, the inductance value L becomes larger and the switching point of the resonance of the lower resonance capacitor bank 54 becomes lower Frequency domain). At this time, if the gap between one of the heating coils and the magnetic shield plate is wide and the gap between the other one of the heating coils and the magnetic shield plate is wedged, the inductance value L on the ohm surface side becomes small and the resonance switching The point is shifted upward (in the high frequency region), so that a difference is generated in the inductance value L between the heating coils, and accordingly, a magnetic field deviation amount flows, and a heat generation deviation is generated.

덧붙여, 두 가열코일(41, 42) 사이의 인덕턴스 값(L)에 차이가 미소한 경우에 어느 한쪽 가열코일 쪽에 자성체 코어(63)를 추가하여 부착하면, 자기장 밀도가 높아지면서 인덕턴스 값(L)이 대폭 증대하여 자성체 코어(63)가 추가된 가열코일 쪽에서 발열이 증가하게 되고, 이로써 발열 편차가 심화되게 되는 것이다. If the magnetic core 63 is additionally attached to either one of the heating coils when the difference in the inductance value L between the two heating coils 41 and 42 is small and the magnetic field density becomes high and the inductance value L is increased, The heat generation is increased on the side of the heating coil to which the magnetic material core 63 is added, thereby increasing the heat generation deviation.

제1가열코일(41)과 제2가열코일(42) 사이의 간극, 제1가열코일(41)과 상부 자기 차폐판(61) 사이의 간극, 제2가열코일(42)과 하부 자기 차폐판(62) 사이의 간극, 그리고 도가니(20)와 냉복사판(70) 사이의 간극 등은 PLC 제어기에서 사용자의 설정값으로 자유로이 결정해 놓으면 가열코일을 이동시키더라도 그 상대적인 거리는 자동으로 유지되도록 프로그래밍되어 제어될 수 있다. 첫 번째로 중요한 변수는 전체 가열코일의 높이이고, 두 번째는 제1가열코일(41)과 제2가열코일(42) 사이의 간극이며, 세 번째로는 각 가열코일과 해당 자기 차폐판 사이의 간극이다. 이러한 중요 변수가 우선적으로 제어되는데, 도가니(20) 자체의 회전과 수냉식 냉복사판(70)과의 간극은 별도의 제어 변수이다. 모든 간극의 조정 시점은 시간적인 스케줄로 맞추어 조절할 수 있다. A gap between the first heating coil 41 and the second heating coil 42, a gap between the first heating coil 41 and the upper magnetic shield plate 61, a gap between the second heating coil 42 and the lower magnetic shield plate 61, And the gap between the crucible 20 and the cold plate 70 are freely determined by the PLC controller at the user's setting value, the relative distance is automatically maintained even if the heating coil is moved Lt; / RTI > The first important parameter is the height of the entire heating coil, the second is the gap between the first heating coil 41 and the second heating coil 42 and the third is the gap between each heating coil and the corresponding magnetic shield plate It is a gap. These important parameters are preferentially controlled. The rotation of the crucible 20 itself and the clearance between the water-cooled cold plate 70 are separate control variables. The time of adjustment of all gaps can be adjusted according to the time schedule.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 결정 성장 장치(100)는 하나의 인버터에서 나온 고주파 전류가 병렬로 결합된 2개의 공진콘덴서 뱅크(53, 54)에 연결되는 것을 특징으로 한다. 제1가열코일(41)과 제2가열코일(42)이 각각 병렬로 연결된 공진콘덴서 뱅크(53, 54)에 상하의 방향으로 복조로 설치되고, 입력 전력선이 동시에 물린다. 이때에 개별 가열코일과 공진콘덴서의 값은 완전히 동일하게 적용된다. 병렬로 연결된 2개의 공진콘덴서 뱅크(53, 54)의 미소한 인덕턴스 차이가 편향된 전류이동으로 이어지고 발열편차로 귀결되게 된다. As described above, the crystal growth apparatus 100 according to the present invention is characterized in that high-frequency currents from one inverter are connected to two resonant capacitor banks 53, 54 coupled in parallel. The first heating coil 41 and the second heating coil 42 are demodulated in the upper and lower directions in the resonance capacitor banks 53 and 54 connected in parallel to each other and the input power lines are concurrently bitten. At this time, the values of the individual heating coils and the resonant capacitors are exactly the same. A small inductance difference between the two resonance capacitor banks 53 and 54 connected in parallel leads to a deflected current flow and results in a heat generation deviation.

도 3은 본 발명에 따른 결정 성장 장치의 전력과 주파수 사이의 관계 그래프로서, 특히 공진회로의 해석상 Q값(공진회로에 저장된 무효전력 대 발열하는 유효전력의 비율)이 높은 경우에 주파수 변화에 대하여 급격한 발열(전력량 투입) 특성을 보이는 특성 그래프이다. Q값이 높은 상황은 예를 들면 가열코일과 피가열체(도가니) 사이가 멀거나 피가열체가 비자성체인 경우가 해당될 수 있는데, 본 발명에 따른 결정 성장 장치에서는 단열재(25)가 매우 두껍게 설계되기 때문에, 거의 피가열체가 비자성체인 경우와 상응해서 Q값이 항상 높게 나타난다. 이렇게 Q값이 높은 상황하에서는 도 3에 도시된 바와 같이 가열코일의 미소한 인덕턴스 값(L)의 변화로도 공진점이 변하고 특정 스위칭 주파수에서 발열량의 차이가 확연히 드러나게 됨을 볼 수 있다. 즉, 제1가열코일(41)과 제2가열코일(42)에 인덕턴스 값(L)을 조금만 변화시켜도 Q값이 높은 상황에서는 발열량의 편차가 스스로 벌어지게 된다. 두 가열코일이 인접하게 붙으면 가열코일 전체를 휘돌아 흐르는 자기장이 생겨서 도가니의 상하 발열량의 개별성이 사라지게 되고, 이에 따라 기존의 코일(40)과 동일한 특성으로 가열된다. 따라서, 제1가열코일(41)과 제2가열코일(42) 사이의 간격을 약간 벌려 주어야 상하로 편차를 갖는 자기장이 돌 수 있고 충돌이 발생하지 않게 된다. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the power and the frequency of the crystal growth apparatus according to the present invention. In particular, when the Q value (the ratio of the reactive power stored in the resonance circuit to the active power generated) This is a characteristic graph showing the characteristic of rapid heat generation (power input). The situation where the Q value is high may be, for example, a case where the distance between the heating coil and the heating target (crucible) is far or the material to be heated is a non-magnetic material. In the crystal growth apparatus according to the present invention, The Q value is always high, corresponding to the case where the heating target is a non-magnetic material. As shown in FIG. 3, the resonance point changes due to a change in the minute inductance value L of the heating coil, and the difference in the calorific value at a specific switching frequency becomes apparent under a situation where the Q value is high. In other words, even if the inductance value L is slightly changed between the first heating coil 41 and the second heating coil 42, the variation of the calorific value of the first heating coil 41 and the second heating coil 42 is increased. When the two heating coils are adjacent to each other, a magnetic field that swings around the entire heating coil is generated, so that the individuality of the heating amount of the crucible in the vertical direction is lost. Therefore, a gap between the first heating coil 41 and the second heating coil 42 must be slightly increased so that a magnetic field having an up-and-down deviation can be generated and no collision will occur.

본 발명에 따른 결정 성장 장치의 장점은 다음과 같다. Advantages of the crystal growth apparatus according to the present invention are as follows.

결정 성장을 위한 도가니 부위별로 미세한 발열량 분포 제어와 냉각량 조정이 우수하게 된다. 단일 코일을 상하로만 움직이면서 온도제어를 하는 종래의 장치보다 다양성이 확장되고 결정 성장이 커짐에 따라 추가적인 온도 분포를 조절할 수도 있는 이점이 있다.The fine calorific value distribution control and the cooling amount adjustment are excellent for each crucible for crystal growth. There is an advantage in that diversity can be expanded and the temperature distribution can be further regulated as the crystal growth is larger than that of a conventional apparatus that performs temperature control while moving a single coil up and down.

종래와 같이, 도가니의 상부 및 하부의 온도 조절을 위하여 2원화된 코일에 대해 2대의 유도가열 장비(별도의 전원)를 사용하는 경우에, 동일 주파수로 운전하면 상하부 위상 간섭과 맥놀이 효과로 불안정성이 극대화된다. 따라서 이러한 경우에는 상부 주파수와 하부 주파수가 최소 두 배 이상 차이가 나도록 설계하고 공진회로에 특정 주파수 영역에만 반응하는 대역 필터를 사용하여 억지로 간섭성을 회피하게 되는데, 1주일 내지 수십일 이상의 공정시간을 안정적으로 돌리는 것이 매우 곤란하다. 또한, 2대의 유도가열 장치를 사용하는 경우에는, 2원화된 코일을 완전히 붙여서 동작시키기 어렵다. 상호 간섭성이 커지고 밀착된 코일들이 공심 트랜스 역할로 장치 간의 전력 불안정성을 더 키우게 된다.When two induction heating equipment (separate power source) is used for a binary coil in order to control the temperature of the top and bottom of the crucible as in the prior art, instability due to upper and lower phase interference and beat effect It is maximized. Therefore, in this case, the upper frequency and the lower frequency should be designed to be at least twice different from each other, and a band filter which reacts only in a specific frequency region to the resonance circuit is used to avoid coercion. It is very difficult to steer stable. Further, when two induction heating apparatuses are used, it is difficult to fully operate the two-wire coil. The mutual coherence is increased and the coils closely cooperating with each other serve as an air-core transformer, thereby further enhancing the power instability between the devices.

이 때문에, 본 발명에서와 같이 단일 전원으로부터 2개의 공진콘덴서 뱅크를 제어하는 것은 경제적으로도 유리하고 전기회로적인 운전상의 안정면에서 비약적으로 유리하다. 특히 각 가열코일에 인가되는 전류량을 자기 차폐판의 기계적인 위치조정으로 통제하게 되므로 가변성이 크고 온도분포 제어가 미세하게 이루어질 수 있다. 또한, 도가니의 최초 승온 시에 가열코일들을 완전히 밀착시켜서 가열하면 고밀도 자기장을 형성할 수 있어서 승온 속도도 빠르게 할 수 있다. 승온 유지 또는 하강 공정 단계에 맞추어 각 가열코일과, 자기 차폐판, 냉복사판 사이의 간극을 제어기를 통하여 도달 온도 시점 또는 시간상으로 설정해 놓으면 사용자가 별도로 조정해야 할 불편이 사라지고 다변화된 제어 변수를 최소화할 수 있다.Therefore, it is economically advantageous to control two resonant capacitor banks from a single power supply as in the present invention, and is advantageously advantageous in terms of stability in electric circuit operation. In particular, since the amount of current applied to each heating coil is controlled by adjusting the mechanical position of the magnetic shield plate, the variability is large and the temperature distribution control can be finely controlled. Further, when the crucible is heated for the first time, the heating coils are closely contacted and heated to form a high-density magnetic field, so that the heating rate can be increased. If the gap between each heating coil, the magnetic shield plate and the cold plate is set at the point of arrival temperature or time in accordance with the temperature elevating or lowering process step, the disadvantage that the user needs to adjust separately disappears and the diversified control parameters are minimized .

추가적으로, 자기 차폐판이 설치됨으로써, 전체 진공 체임버의 길이를 줄일 수 있고, 자기장 비산량이 감소하여 주변 센서류의 오동작이나 외함 케이스의 유도가열 발열 현상도 사라진다. 또한, 자기 차폐판으로 인해, 제어 라인이나 센서 배선의 접지 및 차폐 쉴드 덕트 등의 제반 제작 공정에 유리하고 경제적이다. 자체적인 자기장 차폐 때문에, 긴 시간 동안의 공정 중에 신호선들에 노이즈 유입이 적다는 것이 안정성을 키우는데 일조한다.In addition, since the magnetic shielding plate is provided, the length of the entire vacuum chamber can be reduced, and the magnetic field scattering amount is reduced, thereby eliminating the malfunction of the surrounding sensors and the induction heating phenomenon of the enclosure case. Further, due to the magnetic shielding plate, it is advantageous and economical in various manufacturing processes such as the grounding of the control line, the sensor wiring, and the shielding duct. Due to its own magnetic shielding, less noise input to the signal lines during long time processing helps to improve stability.

수냉식 자기 차폐판에 자기집중용 자성체 코어가 부착 가능하므로 모양과 근접길이에 따라 자기장 흐름에 변화를 줄 수 있고 발열량 변화에 자유도를 줄 수 있다. 상부에 있는 냉복사판 쪽이나 하부에 있는 테이블에도 자기집중용 자성체 코어를 착탈식으로 해서 추가로 사용하여 전 방위적으로 자기장 흐름을 조절할 수도 있다.Since the magnetic core for magnetic concentration can be attached to the water-cooled magnetic shield plate, the magnetic field flow can be changed according to the shape and the proximity length, and the degree of freedom can be changed. It is also possible to adjust the magnetic field flow omnidirectionally by using a removable magnetic core for magnetic concentrating also on the table on the upper side of the cold plate or on the lower table.

상부에 냉복사판을 설치해서 단열재 표면의 온도를 관리하면 체임버 내부의 온도구배를 역전시킬 필요가 없으므로 가스 퍼징을 위한 불활성 가스는 하부에서 상부로 자연스럽게 주입 가능하다. 하부에서 상부로 퍼징용 가스 흐름이 미세하게 진행되면 도가니나 단열재에서 나오는 연기 또는 분진이 수냉식 석영관 내벽에 붙지 않고 상부를 향해 자연스럽게 배출된다. 이에 따라 수냉식 석영관으로 이루어진 체임버 내부의 가시적인 투명도가 확보되어 공정 중에 육안으로 상태 확인이 가능한 부분(기울어짐, 육안상 외부 발열편차 관찰, 열변형으로 단열재 간 틈새의 벌어짐 등)이 증가한다.If the temperature of the surface of the thermal insulation material is controlled by installing a cold plate on the upper part, it is not necessary to reverse the temperature gradient inside the chamber, so that the inert gas for gas purging can be naturally injected from the lower part to the upper part. When the gas flow for purging progresses from the bottom to the top, smoke or dust from the crucible or the heat insulating material is naturally discharged toward the top without sticking to the inner wall of the water-cooled quartz tube. As a result, the visible transparency of the inside of the chamber made of the water-cooled quartz tube is ensured, and the part that can be visually confirmed during the process (tilting, observation of external heating deviation by naked eyes, widening of gap between the heat insulating materials due to heat deformation) increases.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas falling within the scope of the same shall be construed as falling within the scope of the present invention.

20 : 도가니
21: 석영관
25 : 단열재
30 : 종자정
41 : 제1가열코일
42 : 제2가열코일
50 : 전원
61 : 상부 자기 차폐판
62 : 하부 자기 차폐판
63 : 자성체 코어
70 : 냉복사판
100 : 결정 성장 장치20: Crucible
21: quartz tube
25: Insulation
30: seed seed
41: first heating coil
42: second heating coil
50: Power supply
61: upper magnetic shield plate
62: Lower magnetic shield plate
63: magnetic core
70: cold plate
100: crystal growth device

Claims (15)

내부에 종자정과 원료가 마련되는 도가니와,
상기 도가니의 외부에 각각 설치되고, 각각 상하로 이동가능하도록 구비되는 제1가열코일 및 제2가열코일을 포함하고,
상기 제1가열코일과 상기 제2가열코일이 단일 전원에 대해 병렬로 연결되며,
상기 제1가열코일과 상기 제2가열코일 사이의 간격을 조절하여 상기 제1가열코일과 상기 제2가열코일의 인덕턴스 값이 각각 변동하도록 된 결정 성장 장치.A crucible having seed crystals and raw materials therein,
And a first heating coil and a second heating coil which are respectively provided outside the crucible and are vertically movable,
The first heating coil and the second heating coil are connected in parallel to a single power source,
Wherein an inductance value of each of the first heating coil and the second heating coil is varied by adjusting an interval between the first heating coil and the second heating coil. 제1항에 있어서,
상기 도가니를 둘러싸는 단열재; 및
상기 단열재 외부를 둘러싸는 수냉식 이중관인 석영관을 더 포함하고,
상기 석영관 외부에 상기 제1가열코일과 상기 제2가열코일이 구비되는 결정 성장 장치.The method according to claim 1,
A heat insulating material surrounding the crucible; And
And a quartz tube which is a water-cooled double tube surrounding the outside of the heat insulating material,
And the first heating coil and the second heating coil are provided outside the quartz tube. 제2항에 있어서,
상기 석영관의 상단 및 하단에는 비자성체로 된 상부 플레이트와 하부 플레이트가 설치되고,
상기 석영관과 상기 상부 플레이트 및 상기 하부 플레이트가 체임버를 구성하는 결정 성장 장치. 3. The method of claim 2,
An upper plate and a lower plate made of a non-magnetic material are provided at the upper and lower ends of the quartz tube,
And the quartz tube, the upper plate, and the lower plate constitute a chamber. 제3항에 있어서,
상기 도가니와 상기 하부 플레이트 사이에는 테이블이 설치되고,
상기 테이블은 상하로 위치조정이 가능하며 회전이 가능하게 되어 있는 결정 성장 장치. The method of claim 3,
A table is provided between the crucible and the lower plate,
Wherein the table is vertically adjustable and rotatable. 제1항에 있어서,
상기 제1가열코일과 상기 제2가열코일은 고주파 유도 코일이면서 수냉이 가능하게 파이프로 만들어진 결정 성장 장치.The method according to claim 1,
Wherein the first heating coil and the second heating coil are high frequency induction coils and are made of pipes to be water-cooled. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1가열코일과 상기 제2가열코일은 하나의 베이스 프레임 상에 설치되고,
상기 제1가열코일과 상기 제2가열코일은 왼나사 및 오른나사가 직렬로 함께 형성된 스크류에 장착되며,
상기 스크류는 상기 베이스 프레임 상에서 회전 가능하게 설치되고 일측 단부에 모터가 연결되는 결정 성장 장치. The method according to claim 1,
The first heating coil and the second heating coil are installed on one base frame,
Wherein the first heating coil and the second heating coil are mounted on a screw formed by serially forming left and right screws,
Wherein the screw is rotatably installed on the base frame and a motor is connected to one end of the crystal. 제1항에 있어서,
상기 제1가열코일과 상기 전원 사이, 그리고 상기 제2가열코일과 상기 전원 사이에는 병렬공진 회로의 공진콘덴서 뱅크가 개재되는 결정 성장 장치.The method according to claim 1,
Wherein a resonant capacitor bank of a parallel resonant circuit is interposed between the first heating coil and the power source, and between the second heating coil and the power source. 제1항에 있어서,
상기 제1가열코일과 상기 제2가열코일의 주변에 자기 차폐판이 각각 배치되는 결정 성장 장치. The method according to claim 1,
And a magnetic shielding plate is disposed around the first heating coil and the second heating coil, respectively. 제9항에 있어서,
상기 자기 차폐판은 환형상으로 형성되고, 수냉이 가능하도록 냉각수가 순환하는 내부 공간이 마련되어 있는 결정 성장 장치. 10. The method of claim 9,
Wherein the magnetic shielding plate is formed in an annular shape and has an inner space through which cooling water circulates to enable water cooling. 제9항에 있어서,
상기 자기 차폐판들 중 적어도 어느 한쪽에 자기장 집중용 자성체 코어가 부착되는 결정 성장 장치. 10. The method of claim 9,
Wherein a magnetic core for magnetic field concentration is attached to at least one of said magnetic shield plates. 제1항에 있어서,
상기 도가니의 상부에는 수냉이 가능하도록 냉각수가 순환하는 내부 공간이 마련된 냉복사판이 설치되는 결정 성장 장치. The method according to claim 1,
And a cooling plate provided on the crucible and having an inner space through which cooling water circulates to enable water cooling. 제12항에 있어서,
상기 냉복사판의 도가니 쪽 측면은 만곡되어 만곡면을 형성하는 결정 성장 장치. 13. The method of claim 12,
Wherein the crucible side surface of the cold plate is curved to form a curved surface. 제12항에 있어서,
상기 냉복사판은 상하로 위치조정이 가능하게 되어 있는 결정 성장 장치.13. The method of claim 12,
Wherein the cold plate is vertically adjustable. 제1항에 있어서,
상기 제1가열코일과 상기 제2가열코일은 단일 전원에 대해 전류원 인덕터를 거쳐 병렬공진 형태로 연결되는 결정 성장 장치.

The method according to claim 1,
Wherein the first heating coil and the second heating coil are connected in parallel resonance form through a current source inductor to a single power source.

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