KR101464561B1 - 사파이어 잉곳 성장장치 및 이에 이용되는 로드 히터 - Google Patents

사파이어 잉곳 성장장치 및 이에 이용되는 로드 히터 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면은 도가니의 하부에서 나란하게 배치된 로드 히터에 교차 구비된 변형 방지용 스틱을 통하여 로드 히터의 임의적인 변형을 방지하여 히트 밸런스(Heat Balance)가 유지될 수 있도록 하는 사파이어 잉곳 성장장치 및 이에 이용되는 로드 히터를 제공하는 것에 있으며, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 사파이어 잉곳 성장장치는, 챔버;와, 챔버 내에 구비되어 알루미나 융액을 수용하는 도가니;와, 도가니 외측에 구비되어 도가니를 가열하는 로드 히터;를 포함하며, 로드 히터는, 도가니의 측면에서 나란하게 배치되는 제1로드 히터;와, 도가니의 하부에서 나란하게 배치되도록 제1로드 히터와 U자형으로 일체로 벤딩 형성되는 제2로드 히터;와, 제2로드 히터의 열적 변형을 방지하기 위하여 제2로드 히터를 교차하도록 구비되어 제2로드 히터를 일체로 형성하는 변형 방지용 스틱;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

사파이어 잉곳 성장장치 및 이에 이용되는 로드 히터{SAPPHIRE INGOT GROWING APPARATUS AND ROD HEATER USING THE SAME}
본 발명은 사파이어 잉곳 성장장치 및 이에 이용되는 로드 히터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도가니의 하부에서 나란하게 배치된 로드 히터에 교차 구비된 변형 방지용 스틱을 통하여 로드 히터의 임의적인 변형을 방지하여 히트 밸런스(Heat Balance)가 유지될 수 있도록 하는 사파이어 잉곳 성장장치 및 이에 이용되는 로드 히터에 관한 것이다.
종래기술에 의하면 사파이어 웨이퍼는 고순도 알루미나(Al2O3) 원료를 장입한 성장로를 약 2100? 이상에서 가열하여 원료를 용용한 후, 초크랄스키법(Czochralski Method, 이하 "CZ법"이라 함), 키로풀러스법(Kyropoulos Method), EFG(Edge-defined Film-fed Growth)법, 수직수평온도구배법(VHGF) 등 다양한 방법으로 단결정으로 성장시킨 잉곳 봉(Ingot Boule)을 코어링(Coring), 그라인딩(Grinding), 슬라이싱(Slicing), 래핑(Lapping), 열처리, 폴리싱(Polishing) 등 일련의 연삭 및 연마공정을 거쳐 제작된다.
도 1은 사파이어 잉곳 성장장치를 나타낸 단면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 사파이어 잉곳 성장장치의 히터를 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 잉곳 성장장치 히터의 하부구조의 변형 전과 변형 후를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 사파이어 잉곳 성장장치(1)는, 챔버(2)와, 챔버(2) 내에 구비되어 알루미나 융액(M)을 수용하는 도가니(3)와, 도가니(3) 외측에 구비되어 도가니(3)를 가열하는 로드 히터(4)를 포함할 수 있다.
챔버(2)는 사파이어 잉곳(IG)을 성장시키기 위한 소정의 공정들이 수행되는 공간을 제공한다.
도가니(3)는 알루미나 융액(M)을 담을 수 있도록 챔버(2)의 내부에 구비되며, 텅스텐(W) 또는 몰리브덴(Mo) 등의 재질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
로드 히터(4)는 도가니(3)의 측면에서 나란하게 배치되는 제1로드 히터(5)와, 도가니(3)의 하부에서 나란하게 배치되어 제1로드 히터(5)와 U자형으로 일체로 벤딩 형성되는 제2로드 히터(6)를 포함한다.
특히, 제2로드 히터(6)는 도 2에 도시된 바와 같이, 각각 다른 높이로 교차하고 있기 때문에 서로 접촉되지 않게 되는데, 이러한 제2로드 히터(6)가 고온(2000? 이상)에서 장시간(약 100 시간 이상) 노출될 경우 도 3에 도시된 바와 같이, 변형이 일어나기 시작한다.
따라서, 제2로드 히터(6)와 같은 발열체의 변형이 생길 경우 히트 밸런스(Heat Balance)의 불균형이 발생하여 사파이어 크리스탈의 품질을 저하시키는 문제가 있다.
또한, 제2로드 히터(6)가 고온에서 장시간 노출되어 변형 정도가 심한 경우를 로드 히터(4)를 폐기시켜야 하므로 그에 따른 비용이 증가하게 되는 문제가 있었다.
본 발명의 일 측면은 도가니의 하부에서 나란하게 배치된 로드 히터에 교차 구비된 변형 방지용 스틱을 통하여 로드 히터의 임의적인 변형을 방지하여 히트 밸런스(Heat Balance)가 유지될 수 있도록 하는 사파이어 잉곳 성장장치 및 이에 이용되는 로드 히터를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 측면은 로드 히터의 변형에 따른 손실을 방지함으로써 비용이 절감될 수 있도록 하는 사파이어 잉곳 성장장치 및 이에 이용되는 로드 히터를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 사파이어 잉곳 성장장치는, 챔버;와, 상기 챔버 내에 구비되어 알루미나 융액을 수용하는 도가니;와, 상기 도가니 외측에 구비되어 도가니를 가열하는 로드 히터;를 포함하며, 상기 로드 히터는, 상기 도가니의 측면에서 나란하게 배치되는 제1로드 히터;와, 상기 도가니의 하부에서 나란하게 배치되도록 상기 제1로드 히터와 U자형으로 일체로 벤딩 형성되는 제2로드 히터;와, 상기 제2로드 히터의 열적 변형을 방지하기 위하여 상기 제2로드 히터를 교차하도록 구비되어 상기 제2로드 히터를 일체로 형성하는 변형 방지용 스틱;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 변형 방지용 스틱은, 상기 제2로드 히터의 교차 지점에 대응한 위치에 결합홈이 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 제2로드 히터와 변형 방지용 스틱의 교차 지점을 와이어 결합하기 위한 체결 와이어를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 변형 방지용 스틱은, 변형 방지용 텅스텐 스틱을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 체결 와이어는, 텅스텐(Tungsten)과 레늄(Rhenium)의 합금 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하며, 구체적으로 체결 와이어는, 텅스텐(Tungsten) 75wt%와 레늄(Rhenium) 25wt%의 합금 와이어를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제2로드 히터는 제1수평방향으로 나란하게 배치된 제2A로드 히터와, 제1수평방향과 직교하는 제2수평방향으로 나란하게 배치된 제2B로드 히터를 포함하며, 상기 변형 방지용 스틱은 상기 제2A로드 히터들과 교차하도록 구비되는 제1변형 방지용 스틱과, 상기 제2B로드 히터들과 교차하도록 구비되는 제2변형 방지용 스틱을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 사파이어 잉곳 성장장치에 이용되는 로드 히터에서, 로드 히터는, 제1로드 히터;와, 상기 제1로드 히터와 U자형으로 일체로 벤딩 형성되는 제2로드 히터;와, 상기 제2로드 히터의 열적 변형을 방지하기 위하여 상기 제2로드 히터를 교차하도록 구비되어 상기 제2로드 히터를 일체로 형성하는 변형 방지용 스틱;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 사파이어 잉곳 성장장치 및 이에 이용되는 로드 히터는, 본 발명의 일 측면은 도가니의 하부에서 나란하게 배치된 로드 히터에 교차 구비된 변형 방지용 스틱을 통하여 로드 히터의 임의적인 변형을 방지하여 히트 밸런스(Heat Balance)가 유지될 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 사파이어 잉곳 성장장치 및 이에 이용되는 로드 히터는, 로드 히터의 변형에 따른 손실을 방지함으로써 비용이 절감될 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 사파이어 잉곳 성장장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 사파이어 잉곳 성장장치의 히터를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 잉곳 성장장치 히터의 하부구조의 변형 전과 변형 후를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 잉곳 성장장치 히터의 하부 구조를 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 잉곳 성장장치의 히터를 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 잉곳 성장장치의 변형 방지 홀더를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 잉곳 성장장치 히터의 하부 구조를 나타낸 평면도이며, 도 5는 도 4에 도시된 잉곳 성장장치의 히터를 개념적으로 나타낸 도면이며, 도 6은 도 5에 도시된 잉곳 성장장치 하부 히터 로드의 변형 방지 홀더를 나타낸 도면이다.
도 1, 도 2 및 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 사파이어 잉곳 성장장치(10)는, 초크랄스키법(Czochralski Method) 또는 키로풀러스법(Kyropoulos Method)이 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 사파이어 잉곳 성장장치(10)는 챔버(2)와, 챔버(2) 내에 구비되어 알루미나 융액(M)을 수용하는 도가니(3)와, 도가니(3) 외측에 구비되어 도가니(3)를 가열하는 로드 히터(100)를 포함할 수 있다.
챔버(2)는 사파이어 잉곳(IG)을 성장시키기 위한 소정의 공정들이 수행되는 공간을 제공한다.
도가니(3)는 알루미나 융액(M)을 담을 수 있도록 챔버(2)의 내부에 구비되며, 텅스텐(W) 또는 몰리브덴(Mo) 등의 재질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 실시예는 챔버(2) 내측에 텅스텐 히터(100)의 열이 방출되지 못하도록 복사 단열재(미도시)를 구비할 수 있다. 이러한 단열재는 도가니(3)의 측면에 배치되는 측면 단열재와 도가니(3)의 하측에 배치되는 하부 단열재를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
단열재는 로드 히터(100) 및 도가니(3)에서 최적의 열적 분포를 내고 그 에너지를 최대한 손실 없이 활용 가능하도록 재질과 형상으로 설계될 수 있다.
로드 히터(100)는 도가니(3) 내에 적재된 고순도의 사파이어 덩어리를 용융하여 알루미나 융액(M)으로 만드는데, 이러한 로드 히터(100)는 도가니(3)의 측면에서 나란하게 배치되는 제1로드 히터(110)와, 도가니(3)의 하부에서 나란하게 배치되어 제1로드 히터(110)와 U자형으로 일체로 벤딩 형성되는 제2로드 히터(120)와, 제2로드 히터(120)의 열적 변형을 방지하기 위하여 나란하게 배치된 제2로드 히터(120)를 교차하여 제2로드 히터(120)를 일체로 형성하는 변형 방지용 스틱(130)과, 제2로드 히터(120)와 변형 방지용 스틱(130)의 교차 지점을 와이어 결합하기 위한 체결 와이어(140)를 포함하여 구성된다.
제1로드 히터(110)는 도가니(3)의 측면에서 상하 방향으로 나란하게 배치되어 도가니(3)의 측면으로 열을 제공한다.
즉, 제1로드 히터(110)는 도가니(3)의 외측 측면에서 다수의 로드가 그물망 구조로 이루어진 부분으로 정의되며, 이러한 제1로드 히터(110)는 도가니(3)의 측면으로 열을 제공하여 사파이어 덩어리를 알루미나 융액(M)으로 만들게 된다.
제2로드 히터(120)는 도가니(3)의 하부에서 수평방향으로 나란하게 배치되어 제1로드 히터(110)와 U자형으로 일체로 벤딩 형성되는 부분으로 정의된다.
즉, 제2로드 히터(120)는 도가니(3)의 외측 하부에서 다수의 로드가 그물망 구조로 이루어진 부분으로 정의되며, 이러한 제2로드 히터(120)는 도가니(3)의 하부로 열을 제공하여 사파이어 덩어리를 알루미나 융액(M)으로 만들게 된다.
이러한 제2로드 히터(120)는 제1수평방향으로 나란하게 배치된 제2A로드 히터(120A)와, 제1수평방향과 직교하는 제2수평방향으로 나란하게 배치된 제2B로드 히터(120B)를 포함할 수 있다.
제2A로드 히터(120A)는, 도가니(3)의 외측 하부에서 다수의 로드가 그물망 구조를 이루도록 제1수평방향으로 나란하게 배치된 부분이다.
제2B로드 히터(120B)는, 도가니(3)의 외측 하부에서 다수의 로드가 그물망 구조를 이루도록 제1수평방향과 직교하는 제2수평방향으로 나란하게 배치된 부분이다.
이러한 제2A로드 히터(120A) 및 제2B로드 히터(120B)에는 각각 변형 방지용 스틱이 일체로 체결되어 제2A로드 히터(120A) 및 제2B로드 히터(120B)의 열적 변형이 방지될 수 있도록 한다.
이러한 변형 방지용 스틱(130)은 서로 나란하게 배치된 제2로드 히터(120)를 교차하도록 스틱형으로 구비되어 서로 나란하게 배치된 제2로드 히터(120)를 일체로 형성되게 함으로써, 제2로드 히터(120)의 임의적인 열적 변형이 방지될 수 있도록 한다.
여기서, 변형 방지용 스틱(130)은 고온에서 제2로드 히터(120)의 간격이 넓어지거나 좁아지지 않도록 하여 제2로드 히터(120)의 변형을 방지하게 된다.
특히, 이러한 변형 방지용 스틱(130)은 제2로드 히터(120)의 교차 지점에 대응한 위치에 반원형의 결합홈(130A)을 구비하게 되는데, 변형 방지용 스틱(130)은 이러한 결합홈(130A)을 통하여 제2로드 히터(120)와 밀착 결합될 수 있다.
한편, 변형 방지용 스틱(130)은 제2로드 히터(120)와 동일한 재질로 이루어진 변형 방지용 텅스텐 스틱(130)을 포함할 수 있다.
이러한 변형 방지용 스틱(130)은 제2A로드 히터(120A)와 교차하도록 구비되는 제1변형 방지용 스틱(131)과, 제2B로드 히터(120B)와 교차하도록 구비되는 제2변형 방지용 스틱(132)을 포함할 수 있다.
즉, 제1변형 방지용 스틱(131)과 제2변형 방지용 스틱(132)은 각각 제2A로드 히터(120A)와 제2B로드 히터(120B)와 교차하도록 구비되어 제2A로드 히터(120A)와 제2B로드 히터(120B)가 일체로 형성되게 함으로써, 제2A로드 히터(120A)와 제2B로드 히터(120B)의 열적 변형이 방지될 수 있도록 한다.
이러한 제1변형 방지용 스틱(131)과 제2변형 방지용 스틱(132)은 각각 체결 와이어(140)를 통해 제2A로드 히터(120A)와 제2B로드 히터(120B)와 와이어 결합하게 된다.
즉, 체결 와이어(140)는 제2A 및 제2B로드 히터(120A,120B)와 제1 및 제2변형 방지용 스틱(131,132)의 교차 지점에 각각 구비되어 제2A 및 제2B로드 히터(120A,120B)와 제1 및 제2변형 방지용 스틱(131,132)을 와이어 결합하도록 한다.
이러한 체결 와이어(140)는 텅스텐(Tungsten)과 레늄(Rhenium)의 합금 와이어(140)로 이루어질 수 있다.
특히, 이러한 체결 와이어(140)에 레늄(Rhenium)을 이용하는 이유는 내열성을 증가시키고 고온의 발열체에서도 변형이 발생되는 것을 방지할 수 있기 때문이다.
예를 들어, 이러한 체결 와이어(140)는 텅스텐(Tungsten) 75wt%와 레늄(Rhenium) 25wt%의 합금 와이어(140)를 이용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 사파이어 잉곳 성장장치는 도가니의 하부에서 나란하게 배치된 로드 히터에 교차 구비된 변형 방지용 스틱을 통하여 로드 히터의 임의적인 변형을 방지하여 히트 밸런스(Heat Balance)가 유지될 수 있도록 하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.
10...사파이어 잉곳 성장장치 100...로드 히터
110...제1로드 히터 120...제2로드 히터
130...변형 방지용 스틱 140...체결 와이어

Claims (9)

  1. 챔버;와,
    상기 챔버 내에 구비되어 알루미나 융액을 수용하는 도가니;와,
    상기 도가니 외측에 구비되어 도가니를 가열하는 로드 히터;를 포함하며,
    상기 로드 히터는,
    상기 도가니의 측면에서 나란하게 배치되는 제1로드 히터;와,
    상기 도가니의 하부에서 나란하게 배치되도록 상기 제1로드 히터와 U자형으로 일체로 벤딩 형성되는 제2로드 히터;와,
    상기 제2로드 히터의 열적 변형을 방지하기 위하여 상기 제2로드 히터를 교차하도록 구비되어 상기 제2로드 히터를 일체로 형성하는 변형 방지용 스틱;을
    포함하는 것을 특징으로 하는 사파이어 잉곳 성장장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변형 방지용 스틱은,
    상기 제2로드 히터의 교차 지점에 대응한 위치에 결합홈이 구비되는 것을 특징으로 하는 사파이어 잉곳 성장장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2로드 히터와 변형 방지용 스틱의 교차 지점을 와이어 결합하기 위한 체결 와이어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사파이어 잉곳 성장장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 변형 방지용 스틱은,
    변형 방지용 텅스텐 스틱을 포함하는 것을 특징으로 하는 사파이어 잉곳 성장장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 체결 와이어는,
    텅스텐(Tungsten)과 레늄(Rhenium)의 합금 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 사파이어 잉곳 성장장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2로드 히터는 제1수평방향으로 나란하게 배치된 제2A로드 히터와, 제1수평방향과 직교하는 제2수평방향으로 나란하게 배치된 제2B로드 히터를 포함하며,
    상기 변형 방지용 스틱은 상기 제2A로드 히터들과 교차하도록 구비되는 제1변형 방지용 스틱과, 상기 제2B로드 히터들과 교차하도록 구비되는 제2변형 방지용 스틱을 포함하는 것을 특징으로 하는 사파이어 잉곳 성장장치.
  7. 사파이어 잉곳 성장장치에 이용되는 로드 히터에 있어서,
    상기 로드 히터는,
    제1로드 히터;와,
    상기 제1로드 히터와 U자형으로 일체로 벤딩 형성되는 제2로드 히터;와,
    상기 제2로드 히터의 열적 변형을 방지하기 위하여 상기 제2로드 히터를 교차하도록 구비되어 상기 제2로드 히터를 일체로 형성하는 변형 방지용 스틱;을
    포함하는 것을 특징으로 하는 로드 히터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 변형 방지용 스틱은,
    상기 제2로드 히터의 교차 지점에 대응한 위치에 결합홈이 구비되는 것을 특징으로 하는 로드 히터.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2로드 히터와 변형 방지용 스틱의 교차 지점을 와이어 결합하기 위한 체결 와이어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로드 히터.
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