KR101841109B1 - 잉곳 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 잉곳 제조 장치는, 원료를 수용하는 도가니를 포함하고, 상기 원료는 서로 다른 기공률을 갖는 제1 압분체(green compact) 및 제2 압분체를 포함한다.
다른 실시예에 따른 잉곳 제조 장치는, 원료를 수용하는 도가니를 포함하고, 상기 원료는 서로 다른 크기의 입자를 포함하는 제1 소결체 및 제2 소결체를 포함한다.
실시예에 따른 원료 제공 방법은, 분말을 준비하는 단계; 상기 분말을 서로 다른 압력으로 가압하여 제1 압분체 및 제2 압분체를 제조하는 단계; 상기 제1 압분체 및 상기 제2 압분체를 도가니 내에 장입하는 단계; 및 상기 제1 압분체를 소결하여 제1 소결체를 준비하고, 상기 제2 압분체를 소결하여 제2 소결체를 준비하는 소결체 형성 단계를 포함한다.

Description

잉곳 제조 장치{APPARATUS FOR FABRICATING INGOT}
본 기재는 잉곳 제조 장치 및 원료 제공 방법에 관한 것이다.
SiC는 열적 안정성이 우수하고, 내산화성이 우수한 특징을 가지고 있다. 또한, SiC는 4.6W/Cm℃ 정도의 우수한 열 전도도를 가지고 있으며, 직경 2인치 이상의 대구경의 기판으로서 생산 가능하다는 장점이 있다. 특히, SiC 단결정 성장 기술이 현실적으로 가장 안정적으로 확보되어, 기판으로서 산업적 생산 기술이 가장 앞서있다.
SiC의 경우, 종자정을 사용하여 승화재결정법에 의해 탄화규소 단결정을 성장시키는 방법이 제시되어 있다. 원료가 되는 탄화규소 분말을 도가니 내에 수납하고 그 상부에 종자정이 되는 탄화규소 단결정을 배치한다. 상기 원료와 종자정 사이에 온도구배를 형성함으로써 도가니 내의 원료가 종자정 측으로 확산되고 재결정화되어 단결정이 성장된다.
공개번호 10-2011-0059399를 참조하면, 이러한 SiC 단결정 성장 시, 일반적으로 SiC 분말을 원료로 사용한다. 상기 SiC 분말을 원료로 사용할 때, 분말의 분진 현상으로 인해 원재료의 손실이 발생할 수 있다. 이로 인해, 단결정의 수율이 많이 떨어지고, 분진이 종자정에 안착되어 결함을 야기할 수 있다.
또한, 도가니 내부의 온도 구배로 인해 SiC 분말의 균일한 승화가 어려워 대구경의 고품질 단결정을 성장시키기 어렵다.
실시예는 고품질의 단결정을 성장시킬 수 있다.
실시예에 따른 잉곳 제조 장치는, 원료를 수용하는 도가니를 포함하고, 상기 원료는 서로 다른 기공률을 갖는 제1 압분체(green compact) 및 제2 압분체를 포함한다.
다른 실시예에 따른 잉곳 제조 장치는, 원료를 수용하는 도가니를 포함하고, 상기 원료는 서로 다른 크기의 입자를 포함하는 제1 소결체 및 제2 소결체를 포함한다.
실시예에 따른 원료 제공 방법은, 분말을 준비하는 단계; 상기 분말을 서로 다른 압력으로 가압하여 제1 압분체 및 제2 압분체를 제조하는 단계; 상기 제1 압분체 및 상기 제2 압분체를 도가니 내에 장입하는 단계; 및 상기 제1 압분체를 소결하여 제1 소결체를 준비하고, 상기 제2 압분체를 소결하여 제2 소결체를 준비하는 소결체 형성 단계를 포함한다.
실시예에 따른 잉곳 제조 장치는 서로 다른 기공률을 갖는 압분체들을 포함한다. 상기 압분체들은 기공률에 따라 서로 다른 승화량을 가지고, 도가니 내의 온도구배에 따라 위치할 수 있다. 즉, 기공률이 적은 압분체는 상기 도가니의 높은 온도 영역에 위치하고, 기공률이 큰 압분체는 상기 도가니의 낮은 온도 영역에 위치할 수 있다. 이를 통해 도가니 내에서 낮은 온도 영역에서 활발한 승화를 유도하고, 도가니 내에서 높은 온도 영역에서는 느린 속도의 승화를 유도하여 전체적으로 균일한 승화가 일어날 수 있다. 즉, 도가니의 중심부와 외곽부에 위치한 원료의 승화를 균일하게 할 수 있다. 따라서, 이로부터 제조되는 단결정이 중심부분이 볼록한 형상을 가지는 것을 방지할 수 있다. 이를 통해, 고품질의 단결정을 얻을 수 있고, 상기 단결정으로부터 제조되는 웨이퍼의 수율도 향상할 수 있다.
또한, 상기 원료의 고른 승화에 따른 탄화 분포로, 상기 원료의 소비 효율을 증대시킬 수 있다. 따라서, 제조비용을 절감할 수 있다.
또한, 상기 원료가 상기 압분체로 구비되기 때문에 분말의 분진으로 인한 원료의 손실을 줄일 수 있다. 따라서, 상기 원료로부터 성장한 단결정의 수율을 향상할 수 있다. 또한, 분말의 분진으로 인한 단결정내의 결함발생을 줄일 수 있어, 고품질의 단결정을 얻을 수 있다.
실시예에 따른 원료 제공 방법은, 상기 효과를 가지도록 원료를 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 잉곳 제조 장치의 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 제1 실시예에 따른 잉곳 제조 장치에 포함되는 원료의 사시도 및 확대도들이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 잉곳 제조 장치의 단면도이다.
도 6 내지 도 8은 제2 실시예에 따른 잉곳 제조 장치에 포함되는 원료의 사시도 및 확대도들이다.
도 9는 실시예에 따른 원료 제공 방법의 공정 흐름도이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 4를 참조하여, 제1 실시예에 따른 잉곳 제조 장치를 상세하게 설명한다. 도 1은 제1 실시예에 따른 잉곳 제조 장치의 단면도이다. 도 2 내지 도 4는 제1 실시예에 따른 잉곳 제조 장치에 포함되는 원료의 사시도 및 확대도들이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 제1 실시예에 따른 잉곳 제조 장치(10)는, 도가니(100), 제1 원료(130), 상부 덮개(140), 종자정 홀더(160), 포커싱 튜브(180), 단열재(200), 석영관(400) 및 발열 유도부(500)를 포함한다.
상기 도가니(100)는 제1 원료(130)를 수용할 수 있다.
상기 도가니(100)는 상기 제1 원료(130)를 수용할 수 있도록 원통형의 형상을 가질 수 있다.
상기 도가니(100)는 탄화규소의 승화 온도 이상의 융점을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
일례로, 상기 도가니(100)는 흑연으로 제작될 수 있다.
또한, 도가니(100)는 흑연에 탄화규소의 승화 온도 이상의 융점을 갖는 물질이 도포될 수도 있다. 여기서, 흑연 재질 상에 도포되는 상기 물질은, 탄화규소 단결정이 성장되는 온도에서 실리콘 및 수소에 대해 화학적으로 불활성인 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 금속 탄화물 또는 금속 질화물을 이용할 수 있다. 특히, Ta, Hf, Nb, Zr, W 및 V 중 적어도 둘 이상을 포함하는 혼합물 및 탄소를 포함하는 탄화물이 도포될 수 있다. 또한, Ta, Hf, Nb, Zr, W 및 V 중 적어도 둘 이상을 포함하는 혼합물 및 질소를 포함하는 질화물이 도포될 수 있다.
상기 제1 원료(130)는 상기 도가니(100) 내에 수용될 수 있다. 상기 제1 제1 원료(130)는 탄화규소(SiC) 분말을 포함할 수 있다. 상기 탄화규소 분말의 순도는 99.9 % 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 탄화규소 분말의 순도가 99.999% 내지 99.9999999% 일 수 있다.
상기 제1 원료(130)의 순도는 상기 도가니(100)에서 성장하는 잉곳의 품질에 큰 영향을 미칠 수 있다. 99.9 % 이상의 고순도의 원료를 사용할 경우, 상기 고순도의 원료로부터 성장된 잉곳으로 불순물 유입이 최소화되어, 결함 발생을 방지할 수 있다.
상기 제1 원료(130)는 압분체(green compact)로 구비될 수 있다. 따라서, 다양한 형상을 가질 수 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 제1 원료(130)는 원기둥 형상일 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 구 및 다각형 형상 등 다양한 형상으로 구비될 수 있다.
상기 제1 원료(130)는 적어도 하나 이상 포함될 수 있다. 즉, 상기 제1 원료(130)는 압분체로 구비되기 때문에 다양한 개수를 포함할 수 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 다수개의 압분체로 구비될 수 있고, 상기 압분체가 적층되어 다수의 층을 형성할 수도 있다.
구체적으로, 상기 제1 원료(130)는 서로 다른 기공률을 갖는 제1 압분체(130a), 제2 압분체(130b) 및 제3 압분체(130c)를 포함할 수 있다. 상기 제1 압분체(130a), 상기 제2 압분체(130b) 및 상기 제3 압분체(130c)의 기공률은 30 % 내지 70 % 일 수 있다. 상기 제1 압분체(130a), 상기 제2 압분체(130b) 및 상기 제3 압분체(130c)의 기공률은 가압 성형 시, 가하는 압력의 크기에 따라 조절할 수 있다.
일례로, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 제1 압분체(130a)의 기공률은 상기 제2 압분체(130b) 및 상기 제3 압분체(130c)의 기공률보다 클 수 있다.
상기 제3 압분체(130c)의 기공률은 상기 제1 압분체(130a) 및 상기 제2 압분체(130b)의 기공률보다 작을 수 있다.
상기 제2 압분체(130b)의 기공률은 상기 제1 압분체(130a)의 기공률보다 작고, 상기 제3 압분체(130c)의 기공률보다 클 수 있다.
상기 제1 압분체(130a), 상기 제2 압분체(130b) 및 상기 제3 압분체(130c)는 상기 도가니(100) 내에서 서로 다른 위치에 위치할 수 있다. 상기 제1 압분체(130a), 상기 제2 압분체(130b) 및 상기 제3 압분체(130c)는 상기 도가니(100) 내에 존재하는 온도 분포에 따라 배치될 수 있다.
상기 도가니(100)는 상기 발열 유도부(500)에 의해 스스로 발열되고, 이에 따라 상기 도가니(100) 내에는 온도구배가 존재한다. 구체적으로, 상기 도가니(100)는 중심부(CA) 및 상기 중심부(CA)를 둘러싸는 외곽부(EA)를 포함하고, 상기 도가니(100)와 가까운 상기 외곽부(EA)는 높은 온도 영역을 가진다. 그러나, 상기 도가니(100)와 상대적으로 멀리 떨어진 곳, 즉, 중심부(CA)는 낮은 온도 영역을 가진다.
상기 도가니(100) 내에서 낮은 온도 영역에 기공률이 가장 큰 상기 제1 압분체(130a)가 위치할 수 있다. 즉, 상기 중심부(CA)에 상기 제1 압분체(130a)가 위치할 수 있다. 또한, 상기 도가니(100) 내에서 높은 온도 영역에 기공률이 가장 작은 상기 제3 압분체(130c)가 위치할 수 있다. 즉, 상기 외곽부(EA)에 상기 제2 압분체(130b) 및 상기 제3 압분체(130c)가 위치할 수 있다. 상기 제2 압분체(130b)는 상기 제3 압분체(130c) 상에 위치할 수 있다.
상기 제1 압분체(130a), 상기 제2 압분체(130b) 및 상기 제3 압분체(130c)는 잉곳 성장 온도로 승온되는 과정에서 가소결되고, 상기 원료의 기공률에 따라 서로 다른 입성장을 하게 된다.
즉, 기공률이 가장 큰 상기 제1 압분체(130a)에서는, 상기 제1 압분체(130a)에 포함되는 분말들이 서로 닿아 있는 부분의 면적이 작아 입성장이 크게 일어나지 않는다. 따라서 상기 제1 압분체(130a)에서 입성장이 일어난 입자 크기가 작아, 표면 에너지가 크고 이에 따라 잉곳 성장 온도에서 활발한 승화가 일어날 수 있다.
기공률이 가장 작은 상기 제3 압분체(130c)에서는, 상기 제3 압분체(130c)에 포함되는 분말들이 서로 닿아 있는 부분의 면적이 커 입성장이 크게 일어날 수 있다. 따라서 상기 제3 압분체(130c)에서 입성장이 일어난 입자 크기가 커, 표면 에너지가 작고 이에 따라 잉곳 성장 온도에서 느린 속도로 승화가 일어날 수 있다.
상기 도가니(100) 내에서 낮은 온도 영역인 중심부(CA)에 상기 제1 압분체(130a)를 위치시켜 활발한 승화를 유도할 수 있다.
또한, 도가니(100) 내에서 높은 온도 영역인 외곽부(EA)에 상기 제2 압분체(130b) 및 상기 제3 압분체(130c)를 위치시켜 느린 속도의 승화를 유도할 수 있다. 이를 통해 전체적으로 균일한 승화가 일어날 수 있다. 즉, 상기 중심부(CA)와 상기 외곽부(EA)에 위치한 제1 원료(130)의 승화를 균일하게 할 수 있다. 이로써, 이로부터 제조되는 단결정이 중심부분이 볼록한 형상을 가지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 고품질의 단결정을 얻을 수 있고, 상기 단결정으로부터 제조되는 웨이퍼의 수율도 향상할 수 있다.
또한, 상기 제1 원료(130)의 고른 승화에 따른 탄화 분포로, 상기 제1 원료(130)의 소비 효율을 증대시킬 수 있다. 따라서, 제조비용을 절감할 수 있다.
또한, 상기 제1 원료(130)가 상기 압분체로 구비되기 때문에 분말의 분진으로 인한 원료의 손실을 줄일 수 있다. 따라서, 상기 제1 원료(130)로부터 성장한 단결정의 수율을 향상할 수 있다. 또한, 분말의 분진으로 인한 단결정내의 결함발생을 줄일 수 있어, 고품질의 단결정을 얻을 수 있다.
종래에는, 상기 도가니(100) 내에 균일한 원료를 장입하였고, 상기 도가니(100) 내의 온도구배에 따라 상기 원료의 승화 거동이 달라지게 되었다. 따라서, 상기 원료 표면에서 상기 원료의 승화량에 차이가 나게 된다. 상기 외곽부(EA)에 위치한 원료의 표면에서의 승화량이 많고, 상기 중심부(CA)에 위치한 원료의 표면에서 승화가 효율적으로 이루어지지 않게 된다. 이러한 온도구배는 시간이 지날수록 더욱 커지게 된다. 이는, 상기 외곽부(EA)에 위치한 원료의 승화량이 많음에 따라, 상기 외곽부(EA)에 위치한 원료의 흑연화현상(graphitization)에 의해 상기 외곽부(EA)의 온도가 더욱 높아지기 때문이다. 또한, 승화량이 적은 중심부(CA) 및 도가니(100) 상부의 중심에서는 원료의 소결이 진행될 수 있다. 이로 인해, 원료의 소비가 효율적으로 이루어지지 못할 수 있다. 또한, 이러한 온도구배 및 승화량 차이로 인해 단결정이 볼록한 형상으로 성장하게 되고, 상기 단결정으로부터 제조되는 웨이퍼의 수율도 낮아질 수 있다.
이어서, 상기 도가니(100)의 상부에 상부 덮개(140)가 위치할 수 있다. 상기 상부 덮개(140)는 상기 도가니(100)를 밀폐시킬 수 있다. 상기 상부 덮개(140)는 상기 도가니(100) 내에서 반응이 일어날 수 있도록 밀폐시킬 수 있다.
상기 상부 덮개(140)는 흑연을 포함할 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 상부 덮개(140)는 탄화규소의 승화 온도 이상의 융점을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
상기 상부 덮개(140)의 하단부에 종자정 홀더(160)가 위치한다. 즉, 상기 종자정 홀더(160)는 상기 제1 원료(130) 상에 배치된다.
상기 종자정 홀더(160)는 종자정(170)을 고정시킬 수 있다. 상기 종자정 홀더(160)는 고밀도의 흑연을 포함할 수 있다.
이어서, 상기 포커싱 튜브(180)는 상기 도가니(100) 내부에 위치한다. 상기 포커싱 튜브(180)는 단결정이 성장하는 부분에 위치할 수 있다. 상기 포커싱 튜브(180)는 승화된 탄화규소 가스의 이동통로를 좁게 하여 승화된 탄화규소의 확산을 상기 종자정(170)으로 집속시킬 수 있다. 이를 통해 단결정의 성장률을 높일 수 있다.
이어서, 상기 단열재(200)는 상기 도가니(100)를 둘러싼다. 상기 단열재(200)는 상기 도가니(100)의 온도를 결정 성장 온도로 유지하도록 한다. 상기 단열재(200)는 탄화규소의 결정 성장 온도가 매우 높기 때문에, 흑연 펠트를 이용할 수 있다. 구체적으로, 상기 단열재(200)는 흑연 섬유를 압착시켜 일정 두께의 원통형으로 제작된 흑연 펠트를 사용할 수 있다. 또한, 상기 단열재(200)는 복수의 층으로 형성되어 상기 도가니(100)를 둘러쌀 수 있다.
이어서, 상기 석영관(400)은 상기 도가니(100)의 외주면에 위치한다. 상기 석영관(400)은 상기 도가니(100)의 외주면에 끼워진다. 상기 석영관(400)은 상기 발열 유도부(500)에서 단결정 성장장치의 내부로 전달되는 열을 차단할 수 있다. 상기 석영관(400)은 내부가 빈 중공형의 관일 수 있다. 상기 석영관(400)의 내부 공간에 냉각수가 순환될 수 있다. 따라서, 상기 석영관(400)은 단결정의 성장 속도, 성장 크기 등을 보다 정확하게 제어할 수 있다.
상기 발열 유도부(500)는 상기 도가니(100)의 외부에 위치한다. 상기 발열 유도부(500)는 일례로, 고주파 유도 코일일 수 있다. 고주파 유도 코일에 고주파 전류를 흐르게 함으로써 상기 도가니(100) 및 상기 도가니(100)를 가열할 수 있다. 즉, 상기 도가니(100)에 수용되는 상기 원료를 원하는 온도로 가열할 수 있다.
상기 발열 유도부(500)에서 유도 가열되는 중심부(CA)가 상기 도가니(100)의 중심부(CA)보다 낮은 위치에 형성된다. 따라서, 상기 도가니(100)의 상부 및 하부에 서로 다른 가열온도 영역을 갖는 온도구배가 형성된다. 즉, 발열 유도부(500)의 중심부(CA)인 핫존(hot zone, HZ)이 상기 도가니(100)의 중심에서 상대적으로 낮은 위치에 형성되어, 핫존(HZ)을 경계로 상기 도가니(100)의 하부의 온도가 상기 도가니(100) 상부의 온도보다 높게 형성된다. 또한, 상기 도가니(100)의 내부 중심부(CA)에서 외곽 방향을 따라 온도가 높게 형성된다. 이러한 온도구배로 인하여 탄화규소 원료의 승화가 일어나고, 승화된 탄화규소 가스가 상대적으로 온도가 낮은 종자정(170)의 표면으로 이동한다. 이로 인해, 상기 탄화규소 가스가 재결정되어 단결정으로 성장된다.
이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여, 제2 실시예에 따른 잉곳 제조 장치를 상세하게 설명한다. 명확하고 간략한 설명을 위해 제1 실시예와 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 5는 제2 실시예에 따른 잉곳 제조 장치의 단면도이다. 도 6 내지 도 8은 제2 실시예에 따른 잉곳 제조 장치에 포함되는 원료의 사시도 및 확대도들이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 제2 실시예에 따른 잉곳 제조 장치(20)는, 도가니(100) 내에 제2 원료(132)를 포함하고, 상기 제2 원료(132)는 제1 소결체(132a), 제2 소결체(132b) 및 제3 소결체(132c)를 포함할 수 있다.
상기 제1 소결체(132a), 제2 소결체(132b) 및 제3 소결체(132c)에 포함된 입자 크기는 서로 다르게 구비될 수 있다.
상기 제1 소결체(132a)에 포함되는 입자 크기는 상기 제2 소결체(132b) 및 상기 제3 소결체(132c)에 포함되는 입자 크기보다 작을 수 있다. 따라서, 상기 제1 소결체(132a)에 포함된 입자는 상기 제2 소결체(132b) 및 상기 제3 소결체(132c)에 포함된 입자에 비해 표면적이 넓어 단결정 성장 온도에서 더 빠른 승화가 일어날 수 있다.
상기 제1 소결체(132a)는 상기 도가니(100)로부터 멀리 떨어져, 낮은 온도 영역을 가지는 중심부(CA)에 위치할 수 있다. 따라서, 도가니(100) 내에 존재하는 승화량 차이를 보상해줄 수 있다.
상기 제3 소결체(132c)에 포함되는 입자 크기는 상기 제1 소결체(132a) 및 상기 제2 소결체(132b)에 포함되는 입자 크기보다 클 수 있다. 따라서, 상기 제3 소결체(132c)에 포함된 입자는 상기 제1 소결체(132a) 및 상기 제2 소결체(132b)에 포함된 입자에 비해 표면적이 작아 단결정 성장 온도에서 비교적 느린 승화가 일어날 수 있다.
상기 제3 소결체(132c)는 상기 도가니(100)와 가까워 높은 온도 영역을 가지는 외곽부(EA)에 위치할 수 있다. 특히, 외곽부(EA)에서도 도가니(100) 하부에 위치할 수 있다. 따라서, 도가니(100) 내에 존재하는 승화량 차이를 보상해줄 수 있다.
상기 제2 소결체(132b)에 포함되는 입자 크기는 상기 제1 소결체(132a)에 포함되는 입자 크기보다 크고, 상기 제3 소결체(132c)에 포함되는 입자 크기보다 작을 수 있다. 상기 제2 소결체(132b)는 상기 외곽부(EA)에서도 도가니(100) 상부에 위치할 수 있다. 상기 제2 소결체(132b)는 상기 제3 소결체(132c) 상에 위치할 수 있다.
상기 제1 소결체(132a), 제2 소결체(132b) 및 제3 소결체(132c)는 포함되는 입자 크기에 따라, 상기 도가니(100) 내부에서 서로 다른 곳에 위치할 수 있다. 즉, 상기 도가니(100) 내부에 존재하는 온도구배에 따라 위치를 달리할 수 있다. 이를 통해, 상기 도가니(100) 내부의 온도구배로 인한 승화량 차이를 보상해 줄 수 있다. 따라서, 상기 도가니(100) 내부의 균일하고 일정한 승화량을 통해, 고품질의 단결정을 성장시킬 수 있다.
이하, 도 9를 참조하여, 실시예에 따른 원료 제공 방법을 설명한다.
도 9는 실시예에 따른 원료 제공 방법의 공정 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 실시예에 따른 원료 제공 방법은, 분말을 준비하는 단계(ST100), 제조하는 단계(ST200), 장입하는 단계(ST300) 및 소결체 형성 단계(ST400)를 포함한다.
상기 분말을 준비하는 단계(ST100)에서는 고순도의 탄화규소 분말을 준비할 수 있다. 상기 분말의 순도는 99.9% 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 분말의 순도는 99.999% 내지 99.9999999% 일 수 있다.
이어서, 상기 제조하는 단계(ST200)에서는 상기 분말에 압력을 가할 수 있다. 즉, 상기 분말을 가압성형할 수 있다. 상기 가압성형은, 일축가압성형(Uniaxial pressing), 온간 프레스 성형(warm press) 및 냉간정수압성형(cold isostatic press, CIP) 등의 다양한 방법을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 분말을 서로 다른 압력으로 가압하여 제1 압분체 및 제2 압분체를 제조할 수 있다. 이때, 상기 제1 압분체 및 상기 제2 압분체의 질량이 대응될 수 있다. 즉, 상기 제1 압분체 및 상기 제2 압분체의 질량이 동일할 수 있다. 이를 통해, 상기 제1 압분체 및 상기 제2 압분체의 기공률을 조절할 수 있다.
상기 압력은 10 Mpa 내지 400 Mpa 일 수 있다. 상기 분말의 입도에 따라 상기 압력은 달라질 수 있다. 일례로, 상기 분말의 입도가 50 nm일 때, 100 Mpa의 압력으로 성형 시, 약 40 % 의 기공률을 가질 수 있다.
상기 제1 압분체는 상기 제2 압분체보다 낮은 압력으로 성형하여 제조될 수 있다. 따라서, 상기 제1 압분체의 기공률은 상기 제2 압분체의 기공률보다 클 수 있다.
이어서, 상기 장입하는 단계(ST300)에서는 상기 제1 압분체 및 상기 제2 압분체를 도가니 내에 장입할 수 있다. 상기 제1 압분체 및 상기 제2 압분체는 각각의 기공률에 따라 상기 도가니 내에 배치될 수 있다. 기공률이 큰 상기 제1 압분체는 상기 도가니의 중심부에 위치할 수 있다. 상기 제1 압분체보다 기공률이 작은 상기 제2 압분체는 상기 도가니의 외곽부에 위치할 수 있다.
이어서, 소결체 형성 단계(ST400)에서는 상기 도가니에 열을 가할 수 있다. 따라서, 상기 제1 압분체 및 상기 제2 압분체는 가소결되어 각각 제1 소결체 및 제2 소결체로 변환될 수 있다. 상기 제1 소결체에 포함된 분말들은 입성장이 크게 일어나지 않아 입자 크기가 작을 수 있다. 상기 제2 소결체에 포함된 분말들은 입성장이 크게 일어나 입자 크기가 클 수 있다. 따라서, 상기 제1 소결체에 포함된 입자들의 표면적이 넓어 승화가 빠르게 일어날 수 있고, 상기 제2 소결체에 포함된 입자들의 표면적이 작아 승화가 느리게 일어날 수 있다.
실시예에 따른 원료 제공 방법에서는 두 가지 종류의 압분체를 제공하였으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 압력의 크기를 달리하여 다양한 종류의 압분체를 제공할 수 있다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 원료를 수용하는 도가니를 포함하고,
    상기 원료는 서로 다른 기공률을 갖는 제1 압분체(green compact) 및 제2 압분체를 포함하며,
    상기 도가니는 중심부 및 상기 중심부를 둘러싸는 외곽부를 포함하고,
    상기 제1 압분체는 상기 중심부에 위치하고, 상기 제2 압분체는 상기 외곽부에 위치하는 잉곳 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 압분체 및 상기 제2 압분체의 기공률은 30 % 내지 70 % 이고, 상기 제1 압분체의 기공률이 상기 제2 압분체의 기공률보다 더 큰 잉곳 제조 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 압분체 및 상기 제2 압분체와 다른 기공률을 갖는 제3 압분체를 더 포함하고, 상기 제1 압분체의 기공률이 상기 제2 압분체의 기공률보다 크고, 상기 제2 압분체의 기공률이 상기 제3 압분체의 기공률보다 크게 구비되며, 상기 제1 압분체는 상기 중심부에 위치하고, 상기 제3 압분체는 상기 외곽부에 위치하며, 상기 제2 압분체는 상기 제3 압분체 상에 위치하는 잉곳 제조 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항, 제2항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료의 순도는 99.9 % 이상인 잉곳 제조 장치.
  8. 원료를 수용하는 도가니를 포함하고,
    상기 원료는 서로 다른 크기의 입자를 포함하는 제1 소결체 및 제2 소결체를 포함하며,
    상기 도가니는 중심부 및 상기 중심부를 둘러싸는 외곽부를 포함하고,
    상기 제1 소결체는 상기 중심부에 위치하고, 상기 제2 소결체는 상기 외곽부에 위치하는 잉곳 제조 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 소결체에 포함된 입자 크기가 상기 제2 소결체에 포함된 입자 크기보다 작은 잉곳 제조 장치.
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 소결체 및 상기 제2 소결체에 포함된 입자 크기와 다른 크기를 갖는 입자를 포함하는 제3 소결체를 더 포함하고, 상기 제1 소결체에 포함된 입자 크기가 상기 제2 소결체에 포함된 입자 크기보다 작고, 상기 제2 소결체에 포함된 입자 크기가 상기 제3 소결체에 포함된 입자 크기보다 작은 잉곳 제조 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 소결체는 상기 중심부에 위치하고, 상기 제3 소결체는 상기 외곽부에 위치하며, 상기 제2 소결체는 상기 제3 소결체 상에 위치하는 잉곳 제조 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
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