KR20120064777A - Method of manufacturing a single crystal sapphire and apparatus of manufacturing a single crystal sapphire - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a single crystal sapphire and an apparatus thereof are provided to improve a sapphire quality with high purity by precisely controlling the heating temperature of the furnace. CONSTITUTION: A driving voltage is applied to a heater installed at a furnace(S110). A raw material for sapphire production is fused with applied driving voltage(S120). The fused raw material rising along a rod is crystallized(S130). A load variation amount per unit hour in the rod is measured(S140). A reference value is selected by comparing the load variation amount with a preset reference value(S150). The driving voltage is controlled by using the reference value(S160).

Description

단결정 사파이어 제조 방법 및 장치{METHOD OF MANUFACTURING A SINGLE CRYSTAL SAPPHIRE AND APPARATUS OF MANUFACTURING A SINGLE CRYSTAL SAPPHIRE}METHOD OF MANUFACTURING A SINGLE CRYSTAL SAPPHIRE AND APPARATUS OF MANUFACTURING A SINGLE CRYSTAL SAPPHIRE

본 발명은 단결정 사파이어 제조 방법 및 그 장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 원료를 용융시켜 시드로부터 단결정 사파이어를 제조하기 위한 단결정 사파이어 제조 방법 및 그 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for producing single crystal sapphire, and more particularly, to a method and apparatus for producing single crystal sapphire for melting single raw material to produce single crystal sapphire from seeds.

일반적으로, 사파이어는 그 색상으로 인해 청색 또는 녹색 발광 다이오드(LED)의 제조에 사용되거나, 인체에 무해한 특성으로 인해 인공 관절, 인공 치아 또는 수술용 나이프의 제조에 사용되거나, 광학적 이방성의 특징으로 인해 레이저, 고온으로 또는 고급 시계의 윈도우로써 널리 사용되고 있다. 이러한 사파이어를 제조하는 방법으로는 베르누이법, 쵸크랄스키법, EFG법, 열교환법 등이 있다. Generally, sapphire is used in the manufacture of blue or green light emitting diodes (LEDs) due to their color, in the manufacture of artificial joints, artificial teeth or surgical knives due to their harmless properties, or due to the characteristics of optical anisotropy It is widely used as a laser, high temperature or as a window for high quality watches. As a method of manufacturing such sapphire, there are Bernoulli method, Czochralski method, EFG method, heat exchange method and the like.

이들 중 열교환법에 의한 사파이어의 제조 방법을 간단하게 설명하면, 우선 고진공 상태인 성장로의 도가니 내부에 알루미나(Al2O3)를 놓는다. 이어, 상기 성장로의 하부에 설치된 히터를 통해 상기 성장로를 약 2,200℃ 이상의 고온으로 광 온도계로 측정하면서 가열한다. 이때, 상기 성장로 내부의 상기 도가니에서는 상기 알루미나(Al2O3)로부터 사파이어가 생성된다. 이어, 헬륨(He) 가스를 퍼징하여 상기 생성된 사파이어를 서서히 냉각시켜 로드에 부착된 시드의 결정상에 따라 단결정 사파이어를 완성한다. Among these, the method for producing sapphire by the heat exchange method will be briefly described. First, alumina (Al 2 O 3 ) is placed inside a crucible of a growth furnace in a high vacuum state. Subsequently, the growth furnace is heated while measuring with an optical thermometer at a high temperature of about 2,200 ° C. or more through a heater installed under the growth furnace. In this case, in the crucible inside the growth furnace, sapphire is generated from the alumina (Al 2 O 3 ). Subsequently, helium (He) gas is purged to gradually cool the generated sapphire to complete single crystal sapphire according to the crystal phase of the seed attached to the rod.

이렇게 열교환법으로 제조된 사파이어는 고진공 상태인 성장로의 내부에서 약 2,200℃ 이상의 고온으로 가열됨에 따라 상기 성장로 내부에 잔존하는 불순물이 쉽게 휘발되므로, 고순도의 특성을 가질 수 있다. 이때, 사파이어의 고순도를 나타내기 위해서는 그 제조 과정에서 상기 히터에 인가되는 구동 전압의 정밀하게 제어할 필요가 있다. The sapphire manufactured by the heat exchange method is heated at a high temperature of about 2,200 ° C. or more in the growth furnace in a high vacuum state, and thus, impurities remaining in the growth furnace are easily volatilized, and thus may have high purity characteristics. At this time, in order to exhibit high purity of sapphire, it is necessary to precisely control the driving voltage applied to the heater in the manufacturing process.

본 발명의 목적은 사파이어를 제조하는데 사용되는 성장로의 히터에 인가되는 구동 전압을 제어할 수 있는 단결정 사파이어 제조 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a single crystal sapphire manufacturing method capable of controlling a driving voltage applied to a heater of a growth furnace used to produce sapphire.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기한 방법을 적용한 성장로의 히터에 인가되는 구동 전압을 제어할 수 있는 단결정 사파이어 제조 장치를 제공하는 것이다. Further, another object of the present invention is to provide a single crystal sapphire manufacturing apparatus capable of controlling the driving voltage applied to the heater of the growth furnace to which the above method is applied.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 단결정 사파이어 제조 방법에 있어서, 사파이어 제조용 성장로를 가열하기 위하여 상기 성장로에 설치된 히터에 구동 전압을 인가하여 상기 인가된 구동 전압으로 상기 성장로 내부에 배치된 사파이어 생성용 원료를 용융시키고, 상기 성장로 내부에 배치된 로드를 따라 상기 용융된 원료를 일정 속도로 상승시켜 결정화시킨다. 상기 로드에 부착된 상기 결정화된 사파이어에 의하여 변화되는 상기 로드의 단위 시간당 하중 변화량을 측정한 후 상기 하중 변화량 및 설정된 기준값을 비교하여 비교값을 산정하고 상기 비교값을 이용하여 상기 구동 전압을 조절한다.In order to achieve the above object of the present invention, in the single crystal sapphire manufacturing method according to the embodiments of the present invention, in order to heat the growth furnace for sapphire production by applying a driving voltage to the heater installed in the growth furnace is applied The raw material for sapphire generation disposed inside the growth furnace at a voltage is melted, and the molten raw material is crystallized by raising the molten raw material at a constant speed along the rod disposed inside the growth furnace. After measuring the load change per unit time of the rod that is changed by the crystallized sapphire attached to the rod and compares the load change amount and the set reference value to calculate a comparison value and adjust the drive voltage using the comparison value .

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 압력 변화량은 상기 로드에 장착된 로드셀을 이용하여 측정될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the pressure change amount may be measured using a load cell mounted to the rod.

본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 사파이어 제조 방법에 있어서, 상기 압력 변화량에 대하여 조절된 상기 구동 전압을 상기 히터에 인가할 수 있다. In the single crystal sapphire manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the driving voltage adjusted to the pressure change amount may be applied to the heater.

상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 단결정 사파이어 제조 장치는 사파이어를 제조하는데 사용되는 성장로를 가열하기 위하여 상기 성장로에 설치된 히터에 구동 전압을 인가하며 전압 공급 블록, 상기 성장로의 내부에 배치되며 상기 성장로에서 용융되는 원료를 결정화시키면서 승강하는 로드, 상기 로드와 연결되며 상기 결정화된 원료의 성장에 의한 상기 로드의 하중 변화량을 감지하는 감지부, 상기 감지부로부터 측정된 단위시간 당 하중 변화량 및 기준값을 비교하여 비교값을 발생시켜 상기 비교값을 상기 전압 제어부에 전달하는 하중 비교부 및 상기 비교값을 이용하여 상기 전압 공급부에 상기 구동 전압을 조절하는 전압 제어부를 포함한다. 여기서, 상기 감지부는 로드셀을 포함할 수 있다.In order to achieve the above object of the present invention, the single crystal sapphire manufacturing apparatus according to the embodiments of the present invention applies a driving voltage to a heater installed in the growth furnace to heat the growth furnace used to manufacture sapphire A supply block, a rod disposed inside the growth furnace and rising and falling while crystallizing the raw material melted in the growth furnace, a sensing unit connected to the rod and sensing a load change amount of the rod due to the growth of the crystallized raw material; Adjusting the driving voltage to the voltage supply unit using the load comparison unit and the comparison value to generate a comparison value by comparing the load change amount and the reference value per unit time measured by the detection unit to the voltage control unit And a voltage controller. Here, the sensing unit may include a load cell.

이러한 단결정 사파이어 제조 방법 및 장치에 따르면, 사파이어를 제조하는데 사용되는 성장로의 가열 온도를 실제 로드에 부착되어 성장하는 단결정 사파이어의 하중 변화량을 이용하여 상기 하중 변화량과 기준값을 비교하고 상기 비교된 비교값을 이용하여 성장로에 장착된 히터에 인가되는 구동 전압을 조절함으로써, 상기 성장로의 가열 온도를 정밀하게 제어할 수 있다. 이로써, 고순도의 사파이어 품질을 향상시킬 수 있다. According to the single crystal sapphire manufacturing method and apparatus, the load change amount and the reference value are compared by using the load change amount of the single crystal sapphire grown by attaching the heating temperature of the growth furnace used to manufacture the sapphire to the actual rod and comparing the compared value By controlling the driving voltage applied to the heater mounted on the growth furnace by using, it is possible to precisely control the heating temperature of the growth furnace. Thereby, high purity sapphire quality can be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 사파이어의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 도 1에서 구동 전압을 설정하는 방식을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 사파이어의 제조 장치를 설명하기 위한 블록도이다. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing single crystal sapphire according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph for explaining a method of setting a driving voltage in FIG. 1.
3 is a block diagram illustrating an apparatus for manufacturing single crystal sapphire according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 단결정 사파이어의 제조 방법 및 단결정 사파이어의 제조 장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.Hereinafter, a method of manufacturing single crystal sapphire and an apparatus for manufacturing single crystal sapphire according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are enlarged to illustrate the present invention in order to clarify the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a part or a combination thereof is described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
On the other hand, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 사파이어의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 사파이어의 제조 장치를 설명하기 위한 블록도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing single crystal sapphire according to an embodiment of the present invention. 3 is a block diagram illustrating an apparatus for manufacturing single crystal sapphire according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 사파이어의 제조 방법 방법에 있어서, 전압 공급 블록(100)으로부터 성장로(20) 내부에 설치된 히터(30)에 구동 전압(RDV)을 제공한다(S110).1 and 3, in the method of manufacturing single crystal sapphire according to an embodiment of the present invention, the driving voltage RDV from the voltage supply block 100 to the heater 30 installed in the growth path 20. (S110).

상기 전압 공급 볼록(100)은 사파이어(10)를 제조하는데 사용되는 성장로(20)를 가열하기 위하여 상기 성장로(20)에 설치된 히터(30)에 구동 전압(RDV)을 제공한다. The voltage supply convex 100 provides a driving voltage RDV to a heater 30 installed in the growth furnace 20 to heat the growth furnace 20 used to manufacture the sapphire 10.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전압 공급 블록(100)은 통상 사용하는 고압의 예비 구동 전압(DV)을 제공하는 전압 공급부(110) 및 변압부(500)를 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the voltage supply block 100 may include a voltage supply unit 110 and a transformer unit 500 to provide a preliminary high-voltage preliminary driving voltage (DV).

상기 전압 공급부(110)는 상기 변압부(500)에 히터를 가열하기 위한 예비 구동 전압(DV)을 제공한다.The voltage supply unit 110 provides the transformer 500 with a preliminary driving voltage DV for heating the heater.

상기 변압부(500)는 상기 고압의 구동 전압(DV)을 상기 히터(30)가 구동할 수 있는 상기 구동 전압(RDV)으로 강압하여 상기 히터(30)에 제공한다. 예를 들어, 상기 변압부(500)는 상기 히터(30)에 약 0 내지 12V의 구동 전압(RDV)을 제공할 수 있다. The transformer 500 depressurizes the high voltage driving voltage DV to the driving voltage RDV which the heater 30 can drive and provides the voltage to the heater 30. For example, the transformer 500 may provide a driving voltage RDV of about 0 to 12V to the heater 30.

상기 성장로(20)의 내부 온도는 약 2,200℃ 정도로 단계적으로 상승시킬 수 있다. The internal temperature of the growth furnace 20 may be raised stepwise to about 2,200 ℃.

도 2는 도 1에서 구동 전압을 설정하는 방식을 설명하기 위한 그래프이다. FIG. 2 is a graph for explaining a method of setting a driving voltage in FIG. 1.

도 2를 참조하면, 상기 설정 전압(SV)은 상기 성장로(20)가 최종 목표 온도인 약 2,200℃ 이상으로 한번에 가열되지 않고, 일정 시간마다 단계적으로 온도를 높이면서 가열되도록 할 수 있다.Referring to FIG. 2, the set voltage SV may be heated while raising the temperature step by step at a predetermined time without heating the growth furnace 20 at a final target temperature of about 2,200 ° C. or more.

예를 들어, 제1 단계(1S)에서는 구동 전압을 약 1V로 지정하여 상기 성장로(20)의 온도를 최대 온도인 2,200℃보다 약 1/3 수준으로 설정한다. 이어서, 제2 단계(2S)에서는 안정을 위해 상기 구동 전압을 약 1V로 일정 시간동안 유지한다. 이어서, 제3 단계(3S)에서는 상기 구동 전압을 약 6V로 소정 시간동안 증가시켜 상기 성장로(20)의 목표 온도를 약 2,200℃보다 약 2/3 수준으로 설정한다. 이어서, 제4 단계(4S)에서는 안정을 위해 상기 구동 전압을 일정 시간 동안 약 6V로 설정할 수 있다. 이어서, 제5 단계에서는 구동 전압을 약 12V까지 증가시켜서 상기 성장로(20)의 목표 온도를 약 2,200℃까지 도달하게 한다.For example, in the first step 1S, the driving voltage is set to about 1V to set the temperature of the growth furnace 20 to about 1/3 level than the maximum temperature of 2,200 ° C. Subsequently, in the second step 2S, the driving voltage is maintained at about 1V for a predetermined time for stability. Subsequently, in the third step 3S, the driving voltage is increased to about 6V for a predetermined time to set the target temperature of the growth furnace 20 to about 2/3 level than about 2,200 ° C. Subsequently, in the fourth step 4S, the driving voltage may be set to about 6V for a predetermined time to stabilize. Subsequently, in the fifth step, the driving voltage is increased to about 12V to reach the target temperature of the growth furnace 20 to about 2,200 ° C.

이러한 방식으로 제n 단계(nS)까지 상기 구동 전압을 높였다가 낮춤으로써, 상기 성장로(20)를 약 2,200℃ 이상까지 단계적으로 서서히 가열하였다가 서서히 냉각시킬 수 있다. 이러면, 사파이어(10)가 제조되는 도중 급가열 또는 급냉각되는 것을 억제하여 이로 인해 사파이어(10)의 품질 저하를 억제할 수 있다. By increasing and decreasing the driving voltage to the nth step nS in this manner, the growth furnace 20 may be gradually heated to about 2,200 ° C. or more gradually and gradually cooled. In this case, it is possible to suppress rapid heating or rapid cooling while the sapphire 10 is manufactured, thereby suppressing the deterioration of the sapphire 10.

다시 도1 및 도3을 참조하면, 상기 히터(30)에 인가된 구동 전압(RDV)을 이용하여 상기 성장로(20) 내부에 배치된 상기 원료를 용융시킨다(S120). 이때 상기 성장로(20)의 내부는 질소 가스 및 산소 가스 분위기로 조절될 수 있다.Referring back to FIGS. 1 and 3, the raw material disposed in the growth path 20 is melted using the driving voltage RDV applied to the heater 30 (S120). At this time, the interior of the growth furnace 20 may be adjusted to a nitrogen gas and oxygen gas atmosphere.

상기 사파이어 생성용 원료의 예로는 산화 알루니늄을 포함할 수 있다. 상기 성장로(20)의 내부는 약 2,050℃ 이상의 온도로 제어될 수 있다. Examples of the raw material for sapphire generation may include aluminum oxide. The interior of the growth furnace 20 may be controlled to a temperature of about 2,050 ℃ or more.

이어서, 상기 성장로(20) 내부에 배치된 로드(50)를 승강시켜, 상기 용융된 원료를 결정화시킨다(S130). 상기 로드(50)에는 시드(55)가 부착된다. 따라서, 상기 시드(55)의 결정상과 동일한 결정 구조를 갖도록 상기 용융된 원료가 결정화될 수 있다. 즉, 상기 시드(55)가 상기 용융된 원료와 접촉함에 따라 상기 용융된 원료가 결정화된다. 이어서, 상기 로드(50)를 상승시켜, 상기 용융된 원료가 먼저 결정화된 원료의 결정상과 동일하게 결정화되면서 단결정 사파이어를 성장시킨다.Subsequently, the rod 50 disposed in the growth furnace 20 is lifted to crystallize the molten raw material (S130). A seed 55 is attached to the rod 50. Therefore, the molten raw material may be crystallized to have the same crystal structure as that of the seed 55. That is, the molten raw material is crystallized as the seed 55 contacts the molten raw material. Then, the rod 50 is raised to grow single crystal sapphire while the molten raw material is crystallized in the same manner as the crystal phase of the first crystallized raw material.

상기 로드(50)에 부착된 단결정 사파이어에 의해 변화되는 상기 로드(50)의 단위 시간당 하중 변화량을 측정한다(S140). 즉, 상기 단결정 사파이어가 성장함에 따라 상기 로드(50)에 연결된 감지부(200)가 변화하는 로드의 단위 시간당 하중 변화량을 산출한다. 예를 들면, 상기 감지부(200)는 로드 셀(load cell)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 단결정 사파이어가 성장함에 따라 상기 단결정 사파이어가 부착된 로드(50)의 하중은 증가한다. 이어서, 상기 감지부(200)는 로드(50)의 단위 시간당 하중 변화량을 도출할 수 있다.A load change amount per unit time of the rod 50 changed by the single crystal sapphire attached to the rod 50 is measured (S140). That is, as the single crystal sapphire grows, the sensing unit 200 connected to the rod 50 calculates a load change amount per unit time of the rod. For example, the detector 200 may include a load cell. For example, as the single crystal sapphire grows, the load of the rod 50 to which the single crystal sapphire is attached increases. Subsequently, the sensing unit 200 may derive a load change amount per unit time of the rod 50.

이어서, 상기 단위시간당 하중 변화량과 기준값을 비교하여 비교값을 산정한다(S150). 예를 들면, 단위 시간당 하중 변화량이 기준값보다 클 경우, 단결정 사파이어의 성장 속도가 지나치게 큰 경우에 해당한다. 이 경우, 상기 성장로의 온도가 기준 온도가 큰 경우이다. 반면에 단위 시간당 하중 변화량이 기준값보다 작을 경우, 단결정 사파이어의 성장 속도가 지나치게 낮은 경우에 해당한다. 이 경우, 상기 성장로의 온도가 기준 온도가 작은 경우이다. 상기 성장로의 온도는 상기 구동 전압과 관련되는 변수이다.Next, a comparison value is calculated by comparing the load change amount per unit time with a reference value (S150). For example, when the load change amount per unit time is larger than the reference value, it corresponds to a case where the growth rate of single crystal sapphire is too large. In this case, the growth furnace temperature is a large reference temperature. On the other hand, if the load change per unit time is less than the reference value, the growth rate of the single crystal sapphire is too low. In this case, the growth furnace temperature is a small reference temperature. The temperature of the growth furnace is a variable associated with the drive voltage.

이어서, 상기 비교값을 이용하여 상기 구동 전압을 조절한다(S160). 예를 들면, 상기 하중 변화량이 상기 기준값보다 커서 상기 비교값이 양의 값일 경우, 상기 구동 전압을 하강시킨다. 이와 다르게, 상기 하중 변화량이 상기 기준값보다 작아서 상기 비교값이 음의 값일 경우, 상기 구동 전압(RDV)을 상승시킨다. 이때 상기 구동 전압(RDV)의 조절량은 상기 비교값의 크기에 따라 조절될 수 있다. Subsequently, the driving voltage is adjusted using the comparison value (S160). For example, when the load change amount is larger than the reference value and the comparison value is a positive value, the driving voltage is lowered. Alternatively, when the load change amount is smaller than the reference value and the comparison value is a negative value, the driving voltage RDV is increased. In this case, the adjustment amount of the driving voltage RDV may be adjusted according to the magnitude of the comparison value.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 조절된 구동 전압을 히터에 인가한다. 히터에 인가된 구동전압을 이용하여 성장로(20)의 내부 온도가 조절될 수 있다. 따라서, 로드(50)에 부착되는 단결정 사파이어의 성장 속도가 조절될 수 있다. 이로써, 단결정 사파이어가 일정한 속도로 성장함으로써, 양질의 단결정 사파이어가 제조될 수 있다. In embodiments of the present invention, the regulated driving voltage is applied to the heater. The internal temperature of the growth furnace 20 may be controlled by using the driving voltage applied to the heater. Therefore, the growth rate of the single crystal sapphire attached to the rod 50 can be controlled. As a result, single crystal sapphire grows at a constant rate, so that high quality single crystal sapphire can be produced.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 사파이어의 제조 장치를 설명하기 위한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating an apparatus for manufacturing single crystal sapphire according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 사파이어의 제조 장치(1000)는 전압 공급 블록(100), 로드(50), 감지부(200), 하중 비교부(300) 및 전압 제어부(160)를 포함한다. 상기 로드(50)는 성장로(20) 내부를 통과할 수 있도록 장착되며 승강 가능하도록 구비된다. 또한, 상기 성장로(20) 내부에는 히터(30)가 장착된다. Referring to FIG. 3, the apparatus 1000 for manufacturing single crystal sapphire according to an embodiment of the present invention includes a voltage supply block 100, a load 50, a detector 200, a load comparator 300, and a voltage controller. 160. The rod 50 is mounted to pass through the growth furnace 20 and is provided to be elevated. In addition, a heater 30 is mounted in the growth furnace 20.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전압 공급 블록(100)은 통상 사용하는 고압의 예비 구동 전압(DV)을 제공하는 전압 공급부(110) 및 변압부(500)를 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the voltage supply block 100 may include a voltage supply unit 110 and a transformer unit 500 to provide a preliminary high-voltage preliminary driving voltage (DV).

상기 전압 공급부(110)는 상기 변압부(500)에 히터를 가열하기 위한 예비 구동 전압(DV)을 제공한다. 상기 변압부(500)는 상기 고압의 구동 전압(DV)을 상기 히터(30)가 구동할 수 있는 상기 구동 전압(RDV)으로 강압하여 상기 히터(30)에 제공한다. The voltage supply unit 110 provides the transformer 500 with a preliminary driving voltage DV for heating the heater. The transformer 500 depressurizes the high voltage driving voltage DV to the driving voltage RDV which the heater 30 can drive and provides the voltage to the heater 30.

상기 전압 공급부(110)는 사파이어(10)를 제조하는데 사용되는 성장로(20)를 가열하기 위하여 상기 성장로(20)에 설치된 히터(30)에 예비 구동 전압(DV)을 제공한다. 여기서, 상기 성장로(20)는 제조되는 사파이어(10)에 불순물이 포함되지 않도록 내부가 고진공 상태를 유지한 챔버 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 사파이어(10)는 알루미나(Al2O3) 상태로 도가니(40)에 담겨져 상기 성장로(20)의 내부로 로딩되어 제조되거나, 상기 도가니(40)에 담겨진 상태로 외부로 언로딩될 수 있다. The voltage supply unit 110 provides a preliminary driving voltage DV to the heater 30 installed in the growth furnace 20 to heat the growth furnace 20 used to manufacture the sapphire 10. Here, the growth path 20 may be formed in a chamber shape in which the inside of the growth furnace 20 maintains a high vacuum state so that impurities are not included in the manufactured sapphire 10. In addition, the sapphire 10 is contained in the crucible 40 in the state of alumina (Al 2 O 3 ) to be loaded into the growth furnace 20 to be manufactured, or to be unloaded to the outside in the state of the crucible 40 Can be.

또한, 상기 히터(30)는 상기 성장로(20)를 약 2,200℃ 이상의 고온으로 가열하여 상기 도가니(40)에 담겨진 알루미나(Al2O3)로부터 사파이어(10)가 제조되도록 한다. 여기서, 상기 히터(30)가 약 2,200℃ 이상으로 고온으로 가열하는 이유는 사파이어(10)의 융점이 약 2,050℃이기 때문이다. In addition, the heater 30 heats the growth furnace 20 to a high temperature of about 2,200 ° C. or more to allow the sapphire 10 to be manufactured from alumina (Al 2 O 3 ) contained in the crucible 40. The reason why the heater 30 is heated to a high temperature of about 2,200 ° C. or higher is because the melting point of the sapphire 10 is about 2,050 ° C.

상기 변압부(500)는 전압 공급 블록(100)과 상기 히터(30) 사이에 연결된다. 상기 변압부(500)는 상기 전압 공급부(100)가 통상적으로 사용되는 교류(AC)인 고압의 구동 전압(DV), 예컨대 약 0 내지 380V를 제공할 때, 이 고압의 구동 전압(DV)을 상기 히터(30)를 실질적으로 구동시킬 수 있는 저압, 예컨대 약 0 내지 12V의 교류(AC)인 정격 구동 전압(RDV)으로 강압시켜 상기 히터(30)에 제공한다.The transformer 500 is connected between the voltage supply block 100 and the heater 30. The transformer 500 supplies the high voltage driving voltage DV, which is, for example, about 0 to 380 V when the voltage supply unit 100 is an alternating current (AC). The heater 30 is stepped down to a rated driving voltage RDV, which is a low voltage capable of driving the heater 30 substantially, for example, an alternating current (AC) of about 0 to 12V and provided to the heater 30.

구체적으로, 상기 변압부(500)는 상기 고압의 구동 전압(DV)을 약 0 내지 12V의 범위 내로 일정 비율로 강압시키기 위한 두 개의 코일들을 가질 수 있다. 또한, 상기 변압부(500)는 상기 고압의 구동 전압(DV)을 상기 정격 구동 전압(RDV)으로 강압시킬 때 상기 강압 전류에 상응하도록 입력되는 저전류의 약 4 내지 20mA를 약 0 내지 5,000A의 고전류로 출력시킬 수 있다.Specifically, the transformer 500 may have two coils for stepping down the high-voltage driving voltage DV at a predetermined ratio within a range of about 0 to 12V. In addition, the transformer 500 may convert the high voltage driving voltage DV to the rated driving voltage RDV from about 4 to 20 mA of the low current input to correspond to the step-down current. Can output at high current.

상기 전압 공급 블록(100)은 상기 전압 공급부(110)와 상기 히터(30) 사이, 구체적으로는 상기 전압 공급부(110)와 상기 변압부(500) 사이에 연결된 전력 제어부(600)를 더 포함할 수 있다. 상기 전력 제어부(600)는 상기 히터(30)를 통하여 상기 성장로(20)를 가열시키는데 소모되는 전력을 제어한다. The voltage supply block 100 may further include a power control unit 600 connected between the voltage supply unit 110 and the heater 30, specifically, between the voltage supply unit 110 and the transformer unit 500. Can be. The power control unit 600 controls the power consumed to heat the growth path 20 through the heater 30.

상기 전력 제어부(600)는 반도체로 이루어진 스위칭 소자 또는 릴레이 소자와 같은 제어 소자(미도시)를 포함한다. 상기 전력 제어부(600)는 상기 제어 소자를 이용하여 상기 정격 구동 전압(RDV)의 제공을 온/오프할 수 있다. 예를 들면 상기 전력 제어부(600)는 상기 성장로(20)를 가열시키고자 할 때에는 상기 정격 구동 전압(RDV)의 제공을 온(on)하고, 상기 히터(30)에 의해 상기 성장로(20)가 과도하게 가열될 때에는 상기 정격 구동 전압(RDV)의 제공을 오프(off)하는 방식으로 제어한다. 따라서, 상기 전력 제어부(600)는 기존과 다른 방식인 상기 히터(30)를 항상 온(on)시킨 상태에서 상기 성장로(20)의 온도에 따라 상기 히터(30)에 제공되는 정격 구동 전압(RDV)을 변화시키는 방식보다 전력 소모량을 절감할 수 있다.The power control unit 600 includes a control element (not shown) such as a switching element or a relay element made of a semiconductor. The power control unit 600 may turn on / off the provision of the rated driving voltage RDV using the control element. For example, the power control unit 600 turns on the provision of the rated drive voltage RDV when the growth path 20 is to be heated, and the growth path 20 is provided by the heater 30. ) Is controlled by turning off the provision of the rated drive voltage RDV when the heating is excessively performed. Therefore, the power control unit 600 is a constant driving voltage provided to the heater 30 in accordance with the temperature of the growth path 20 in the state that the heater 30 is always on (on) different from the conventional method ( The power consumption can be reduced compared to the method of changing the RDV).

상기 로드(50)는 성장로(20)의 내부에 배치된다. 상기 로드(50)는 성장로(20)의 상부 커버를 관통하도록 배치될 수 있다. 상기 로드(50)는 상기 성장로(20) 내부에서 승강 가능하도록 배치된다. 상기 로드(50)는 예를 들면, 상기 로드(50)를 승강할 수 있도록 구동원(미도시)과 연결될 수 있다. 상기 구동원의 예로는 유압 또는 공압 실린더를 들 수 있다.The rod 50 is disposed inside the growth furnace 20. The rod 50 may be disposed to penetrate the upper cover of the growth furnace 20. The rod 50 is disposed to be elevated in the growth path 20. For example, the rod 50 may be connected to a driving source (not shown) to lift and lower the rod 50. Examples of the drive source include a hydraulic or pneumatic cylinder.

상기 로드(50)의 상기 원료와 인접하는 단부에는 시드(55)가 장착된다. 상기 시드(55)는 성장로(20) 내부에서 용융된 원료와 접촉하여 상기 용융된 원료를 결정화를 위하여 이용된다. 즉, 상기 용융된 원료와 시드(55)가 상호 접촉하고 상기 시드(55)가 장착된 로드(50)가 승강함에 따라, 상기 용융된 원료는 상기 시드(55)의 결정구조와 동일한 결정 구조를 가질 수 있다.The seed 55 is mounted at an end portion adjacent to the raw material of the rod 50. The seed 55 is used for crystallization of the molten raw material in contact with the molten raw material in the growth furnace 20. That is, as the molten raw material and the seed 55 contact each other and the rod 50 on which the seed 55 is mounted is lifted, the molten raw material has the same crystal structure as that of the seed 55. Can have

상기 감지부(200)는 상기 로드(50)와 연결되도록 배치된다. 예를 들면 상기 감지부(200)는 로드셀을 포함할 수 있다. 상기 감지부(200)는 상기 결정화된 사파이어의 성장에 따른 상기 로드(50)의 하중 변화량을 감지한다. 즉, 상기 감지부(200)는 상기 로드(50)에 부착된 단결정화된 원료의 성장에 의하여 상기 로드(50)의 하중이 증가됨을 감지한다. 상기 감지부(200)는 단위시간당을 상기 로드(50)의 하중 변화량을 측정하여 하중 비교부에 하중 변화량에 관한 데이터를 전달한다.The sensing unit 200 is disposed to be connected to the rod 50. For example, the sensing unit 200 may include a load cell. The detector 200 detects a load change amount of the rod 50 according to the growth of the crystallized sapphire. That is, the detector 200 detects that the load of the rod 50 is increased by the growth of the single crystallized raw material attached to the rod 50. The detection unit 200 transmits data on the load change amount to the load comparison unit by measuring the load change amount of the rod 50 per unit time.

상기 하중 비교부(300)는 상기 감지부(200)로부터 전달받은 상기 하중 변화량을 기준값과 비교한다. 즉, 상기 하중 비교부(300)는 단위 시간당 하중 변화량이 상기 기준값보다 클 경우 양의 값을 갖는 비교값을 발생시킨다. 이와 다르게, 상기 하중 변화량이 상기 기준값보다 작을 경우 음의 값을 갖는 비교값을 발생시킨다.The load comparison unit 300 compares the load change amount received from the detection unit 200 with a reference value. That is, the load comparison unit 300 generates a comparison value having a positive value when the load change amount per unit time is larger than the reference value. Alternatively, when the load change amount is smaller than the reference value, a comparison value having a negative value is generated.

상기 전압 제어부(160)는 상기 하중 비교부(300)로부터 비교값을 전달받는다. 상기 전압 제어부(160)는 상기 비교값의 대소에 따라 상기 전압 공급 블록(100)이 제공하는 구동 전압을 조절할 수 있다. 다시 말하면, 상기 전압 제어부(160)는 상기 전압 공급부(110)가 제공하는 예비 구동 전압(DV)을 조절함으로써, 상기 전압 공급 블록(100)이 히터(30)에 제공하는 구동 전압(RDV)을 조절할 수 있다.The voltage controller 160 receives a comparison value from the load comparison unit 300. The voltage controller 160 may adjust the driving voltage provided by the voltage supply block 100 according to the magnitude of the comparison value. In other words, the voltage controller 160 adjusts the preliminary driving voltage DV provided by the voltage supply unit 110, thereby adjusting the driving voltage RDV provided by the voltage supply block 100 to the heater 30. I can regulate it.

즉, 상기 전압 제어부(160)는 상기 비교값을 이용하여 상기 구동 전압을 조절한다. 상기 하중 변화량이 상기 기준값보다 커서 상기 비교값이 양의 값일 경우, 상기 전압 공급 블록(100)이 발생하는 상기 구동 전압(RDV)을 하강시킨다. 이와 다르게, 상기 하중 변화량이 상기 기준값보다 작아서 상기 비교값이 음의 값일 경우, 상기 전압 공급 블록(100)이 발생하는 상기 구동 전압(RDV)을 상승시킨다. 이때 상기 구동 전압의 조절량은 상기 비교값의 크기에 따라 조절될 수 있다. That is, the voltage controller 160 adjusts the driving voltage using the comparison value. When the load change amount is greater than the reference value and the comparison value is a positive value, the driving voltage RDV generated by the voltage supply block 100 is lowered. In contrast, when the load change amount is smaller than the reference value and the comparison value is a negative value, the driving voltage RDV generated by the voltage supply block 100 is increased. In this case, the adjustment amount of the driving voltage may be adjusted according to the magnitude of the comparison value.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical and exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

10 : 사파이어 생성용 원료 20 : 성장로
30 : 히터 40 : 도가니
100 : 전압 공급 블록 110 : 전압 공급부
160 : 전압 제어부 200 : 감지부
300 : 하중 비교부 500 : 변압부
1000 : 단결정 사파이어 제어 장치10: raw material for sapphire generation 20: growth furnace
30: heater 40: crucible
100: voltage supply block 110: voltage supply
160: voltage control unit 200: detection unit
300: load comparison unit 500: transformer
1000: Single Crystal Sapphire Control Device

Claims (5)

사파이어 제조용 성장로를 가열하기 위하여 상기 성장로에 설치된 히터에 구동 전압을 인가하는 단계;
상기 인가된 구동 전압으로 상기 성장로 내부에 배치된 사파이어 생성용 원료를 용융시키는 단계;
상기 성장로 내부에 배치된 로드를 따라 상기 용융된 원료를 일정 속도로 상승시켜 결정화시키는 단계;
상기 로드에 부착된 상기 결정화된 사파이어에 의하여 변화되는 상기 로드의 단위 시간당 하중 변화량을 측정하는 단계;
상기 하중 변화량 및 설정된 기준값을 비교하여 비교값을 산정하는 단계; 및
상기 비교값을 이용하여 상기 구동 전압을 조절하는 단계를 포함하는 단결정 사파이어 제조 방법.Applying a driving voltage to a heater installed in the growth furnace to heat the growth furnace for sapphire production;
Melting a sapphire generating material disposed in the growth furnace at the applied driving voltage;
Crystallizing the molten raw material at a constant rate along a rod disposed inside the growth furnace;
Measuring a load change amount per unit time of the rod changed by the crystallized sapphire attached to the rod;
Calculating a comparison value by comparing the load change amount and a set reference value; And
And adjusting the driving voltage using the comparison value. 제1항에 있어서, 상기 압력 변화량을 측정하는 단계는 상기 로드에 장착된 로드셀을 이용하는 것을 특징으로 하는 단결정 사파이어 제조 방법.The method of claim 1, wherein the measuring of the pressure change amount comprises using a load cell mounted to the rod. 제1항에 있어서, 상기 압력 변화량에 대하여 조절된 상기 구동 전압을 상기 히터에 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 사파이어 제조 방법.The method of claim 1, further comprising applying the driving voltage adjusted to the amount of pressure change to the heater. 사파이어를 제조하는데 사용되는 성장로를 가열하기 위하여 상기 성장로에 설치된 히터에 구동 전압을 인가하며 전압 공급 블록;
상기 성장로의 내부에 배치되며 상기 성장로에서 용융되는 원료를 결정화시키면서 승강하는 로드;
상기 로드와 연결되며 상기 결정화된 원료의 성장에 의한 상기 로드의 하중 변화량을 감지하는 감지부;
상기 감지부로부터 측정된 단위시간 당 하중 변화량 및 기준값을 비교하여 비교값을 발생시켜 상기 비교값을 상기 전압 제어부에 전달하는 하중 비교부; 및
상기 비교값을 이용하여 상기 전압 공급부에 상기 구동 전압을 조절하는 전압 제어부를 포함하는 단결정 사파이어 제조 장치.A voltage supply block applying a driving voltage to a heater installed in the growth furnace to heat the growth furnace used to manufacture sapphire;
A rod disposed inside the growth furnace and elevating while crystallizing raw materials melted in the growth furnace;
A sensing unit connected to the rod and configured to detect a load change amount of the rod due to growth of the crystallized raw material;
A load comparison unit configured to compare a load change amount per unit time measured by the detection unit with a reference value, generate a comparison value, and transmit the comparison value to the voltage controller; And
And a voltage controller configured to adjust the driving voltage to the voltage supply unit using the comparison value. 제4항에 있어서, 상기 감지부는 로드셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 사파이어 제조 장치.The apparatus of claim 4, wherein the sensing unit comprises a load cell.
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