KR20120140535A - Apparatus of growing for single crystal - Google Patents

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김동운
박종세
장봉희
이동용
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삼성코닝정밀소재 주식회사
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Abstract

PURPOSE: An apparatus and method for growing a single crystal are provided to reduce power consumption by shortening a cycle of a single crystal growing process. CONSTITUTION: A preheating unit(110) preheats a single crystal seed and raw materials inputted to a crucible and receives the crucible. A growing unit(120) receives the crucible from the preheating unit and grows a single crystal by horizontally moving the crucible for solidification after the raw materials and the single crystal seed are partially melt. An annealing unit(130) anneals the single crystal by receiving the crucible from the growing unit. A cooling unit(140) cools the single crystal by receiving the crucible from the annealing unit.

Description

단결정 성장장치 및 그 성장방법{APPARATUS OF GROWING FOR SINGLE CRYSTAL}Single Crystal Growth Device and its Growth Method {APPARATUS OF GROWING FOR SINGLE CRYSTAL}

본 발명은 단결정 성장장치 및 그 성장방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 공정별로 사용되는 챔버를 독립적으로 구성하여 각각의 챔버에서 동시에 해당 공정을 진행함으로써, 단결정 성장의 공정 주기를 단축시킬 수 있는 단결정 성장장치 및 그 성장방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a single crystal growth apparatus and a method of growing the same, and more particularly, by independently configuring chambers used for each process and simultaneously performing a corresponding process in each chamber, single crystal growth can shorten a process cycle of single crystal growth. An apparatus and a method of growing the same.

사파이어 성장 기술은 용융된 사파이어로부터 고상의 사파이어를 얻는 기술로, 현재, 쵸크랄스키(czockralski)법, 키로풀로스(kyropoulos)법, HDC(horizontal directional crystallization)법 등이 상업적으로 이용되고 있다.The sapphire growth technique is a technique for obtaining solid sapphire from molten sapphire. Currently, the czockralski method, the kyropoulos method, the horizontal directional crystallization (HDC) method, etc. are commercially used.

여기서, 쵸크랄스키법은 용융물에 종자(seed)를 접촉시킨 후 결정을 끌어올리며 성장시키는 기술로, 다양한 단결정을 성장시킬 수 있는 단결정 성장에 기본이 되는 방법이다. 이러한 쵸크랄스키법은 성장하는 결정과 도가니가 직접 접촉하지 않아 불순물의 유입이 적으며, 성장하는 방향으로의 원통형 결정을 얻을 수 있어, c축으로 성장하게 되면, 잉곳(ingot) 사용률을 높일 수 있는 장점을 가지고 있다. 하지만, c축 성장 시 스트레스가 잉곳 중심에 집중되는 현상이 발생하며, 추가적인 원료 보충이 어려워 결정의 크기를 향상시키는데 한계를 가지고 있다. 또한, 쵸크랄스키법은 고가의 도가니 사용으로 인해 생산원가가 높은 문제점을 가지고 있다.Here, the Czochralski method is a technique in which a seed is brought into contact with a melt, and then a crystal is lifted up and grown. The Czochralski method is a method of growing a single crystal capable of growing various single crystals. This Czochralski method does not directly contact the growing crystals and the crucible, so that impurities are not introduced, and cylindrical crystals can be obtained in the growing direction. When the c-axis is grown, the ingot utilization rate can be increased. Has the advantage. However, when the c-axis growth, stress is concentrated in the center of the ingot, and it is difficult to supplement additional raw materials, which has limitations in improving the crystal size. In addition, the Czochralski method has a high production cost due to the use of expensive crucibles.

또한, 키로풀로스법은 용융물에 단결정 종자를 접촉시킨 상태에서 추가적인 인상, 회전 등의 과정 없이 그대로 결정을 성장시키는 기술로, 설비 및 공정이 단순하고 결정 품질이 우수해 현재 사파이어 생산 업체의 대부분이 사용하고 있는 방법이다. 하지만, 키로풀로스법은 성장속도가 느리며, 쵸크랄스키법과 마찬가지로 c축 성장에 문제점을 가지고 있다.In addition, the Kiropulos method is a technology in which crystals are grown as they are in contact with a single crystal seed in the melt without additional pulling or rotating. As a result, the facilities and processes are simple and the crystal quality is excellent. The method you are using. However, the Kiropoulos method has a slow growth rate and has a problem in c-axis growth like the Czochralski method.

그리고 HDC법은 사파이어 단결정을 성장시키는 또 하나의 방법으로, 결정의 성장이 수직방향으로 이루어지는 쵸크랄스키법이나 키로풀로스법과는 달리 수평방향으로 이루어지는 방법이다. 상기 HDC법은 진공챔버 내의 도가니에 사파이어 원재료를 충진한 후 히터에 의해 가열되고 있는 영역을 수평방향으로 이동해 원재료를 국부적으로 녹여 사파이어 단결정을 성장시키게 된다. 따라서, HDC법은 a축으로 성장시켜도 c면이 넓게 성장되기 때문에 대구경 c축 사파이어 웨이퍼를 생산하는데 큰 장점을 지닌다.The HDC method is another method of growing a sapphire single crystal, which is a method in which the crystal is grown in the horizontal direction, unlike the Czochralski method or the Kiropoulos method, in which the crystal is grown in the vertical direction. In the HDC method, after filling a sapphire raw material in a crucible in a vacuum chamber, the area heated by the heater is moved horizontally to locally melt the raw material to grow sapphire single crystal. Therefore, the HDC method has a great advantage in producing a large-diameter c-axis sapphire wafer because the c-plane grows broadly even when grown on the a-axis.

여기서, 상기 단결정 성장방법들은 결정 성장 공정이 모두 단일 챔버 내에서 이루어진다는 공통점을 가지고 있다. 이에 따라, 후속 단결정 성장을 위해서는 최초의 결정 성장이 완료되어야 한다는 제한이 있다. 예를 들어, HDC법의 경우 원료준비 2일, 예열 2일, 성장 4일, 어닐링 2일, 냉각 2일 총 12일의 공정 주기를 가지므로, 12일이 지난 후에야 다음의 결정 성장 공정을 진행할 수 있는데, 이와 같은 긴 공정 주기로 인해 한 번의 단결정 성장에 많은 전력을 소비하게 되고, 결국, 생산원가가 상승되는 문제가 있으며, 대량 생산이 어려운 문제가 있다.
Here, the single crystal growth methods have a common point that all the crystal growth processes are performed in a single chamber. Accordingly, there is a limitation that initial crystal growth must be completed for subsequent single crystal growth. For example, the HDC method has a total of 12 days for the preparation of raw materials, 2 days of preheating, 4 days of growth, 2 days of annealing, and 2 days of cooling. Such a long process cycle consumes a lot of power in a single crystal growth, resulting in a problem in that the production cost is increased, and mass production is difficult.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 공정별로 사용되는 챔버를 독립적으로 구성하여 각각의 챔버에서 동시에 해당 공정을 진행함으로써, 단결정 성장의 공정 주기를 단축시킬 수 있는 단결정 성장장치 및 그 성장방법을 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to independently configure the chamber used for each process to proceed the corresponding process at the same time in each chamber, the process cycle of single crystal growth It is to provide a single crystal growth apparatus and its growth method that can shorten the.

이를 위해, 본 발명은 도가니에 담긴 채로 장입되는 원재료 및 단결정 종자를 예열하되 적어도 하나의 상기 도가니를 수용하는 예열부; 상기 예열부로부터 취출되는 상기 도가니를 내부로 장입시키고 상기 원재료 및 상기 단결정 종자가 부분 용융 후 응고되도록 상기 도가니를 수평 이동시키면서 단결정을 성장시키는 성장부; 상기 성장부로부터 취출되는 상기 도가니를 내부로 장입시켜 상기 단결정을 어닐링하는 어닐링부; 및 상기 어닐링부로부터 취출되는 상기 도가니를 내부로 장입시켜 상기 단결정을 냉각시키는 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장장치를 제공한다.To this end, the present invention is a pre-heating unit for preheating the raw material and the single crystal seed that is charged in the crucible to accommodate at least one of the crucible; A growth unit for charging the crucible taken out from the preheating unit and growing the single crystal while horizontally moving the crucible so that the raw material and the single crystal seed solidify after partial melting; An annealing unit to anneal the single crystal by charging the crucible taken out from the growth unit into the inside; And a cooling unit for charging the crucible taken out from the annealing unit into the interior to cool the single crystal.

여기서, 상기 예열부와 상기 성장부, 상기 성장부와 상기 어닐링부 및 상기 어닐링부와 상기 냉각부는 각각, 상기 도가니를 일 방향으로 이송하는 이송수단을 통해 연결될 수 있다.Here, the preheating unit and the growth unit, the growth unit and the annealing unit, the annealing unit and the cooling unit, respectively, may be connected through a transfer means for transferring the crucible in one direction.

또한, 상기 예열부는, 상기 도가니가 장입되는 제1 예열챔버 및 상기 다른 도가니가 장입되는 제2 예열챔버를 포함하되, 상기 제1 예열챔버는 상기 도가니 취출 후 냉각될 수 있다.The preheating unit may include a first preheating chamber into which the crucible is charged and a second preheating chamber into which the other crucible is charged, wherein the first preheating chamber may be cooled after taking out the crucible.

그리고 상기 냉각부는, 상기 도가니가 장입되는 제1 냉각챔버 및 상기 다른 도가니가 장입되는 제2 냉각챔버를 포함하되, 상기 제1 냉각챔버는 상기 도가니 추출 후 상기 어닐링부의 어닐링 온도까지 가열될 수 있다.The cooling unit may include a first cooling chamber into which the crucible is charged and a second cooling chamber into which the other crucible is charged, wherein the first cooling chamber may be heated to an annealing temperature of the annealing part after extraction of the crucible.

아울러, 상기 원재료는 알루미나 분말이고, 상기 단결정 종자는 사파이어일 수 있다.In addition, the raw material is alumina powder, the single crystal seed may be sapphire.

더불어, 상기 도가니는 몰리브덴으로 이루어질 수 있다.In addition, the crucible may be made of molybdenum.

한편, 본 발명은 원재료와 단결정 종자를 준비하는 제1 단계; 상기 원재료와 상기 단결정 종자를 예열하는 제2 단계; 상기 원재료와 상기 단결정 종자가 부분 용융 후 응고되도록 상기 원재료와 상기 단결정 종자를 수평 이동시키면서 단결정을 성장시키는 제3 단계; 및 상기 단결정을 어닐링하는 제4 단계를 포함하되, 상기 제3 단계가 진행되는 동안 상기 제2 단계는 다른 원재료와 단결정 종자를 예열하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장방법을 제공한다.On the other hand, the present invention comprises a first step of preparing a raw material and single crystal seed; A second step of preheating the raw material and the single crystal seed; A third step of growing a single crystal while horizontally moving the raw material and the single crystal seed so that the raw material and the single crystal seed are solidified after partial melting; And a fourth step of annealing the single crystal, wherein the second step preheats other raw materials and single crystal seeds while the third step is in progress.

여기서, 어닐링된 상기 단결정을 냉각시키는 제5 단계를 더 포함할 수 있다.Here, the method may further include a fifth step of cooling the annealed single crystal.

또한, 상기 원재료 및 상기 단결정 종자는 도가니에 담긴 채로 이동할 수 있다.In addition, the raw material and the single crystal seed can be moved in the crucible.

그리고 상기 원재료는 알루미나 분말이고, 상기 단결정 종자는 사파이어일 수 있다.
The raw material may be alumina powder, and the single crystal seed may be sapphire.

본 발명에 따르면, 공정별로 사용되는 챔버를 독립적으로 구성하여 각각의 챔버에서 동시에 해당 공정을 진행함으로써, 단결정 성장의 공정 주기를 단축시키는 효과가 있다.According to the present invention, by independently configuring the chambers used for each process and proceeding the corresponding processes at the same time in each chamber, there is an effect of shortening the process cycle of single crystal growth.

또한, 본 발명에 따르면, 전력소비를 줄일 수 있고, 이에 따라, 원가를 절감시키는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to reduce the power consumption, thereby reducing the cost.

또한, 본 발명에 따르면, 단 기간 내에 많은 양의 단결정 성장이 가능한 효과가 있다.
In addition, according to the present invention, there is an effect that a large amount of single crystal growth is possible within a short period.

도 1은 본 발명의 한 실시 예에 따른 단결정 성장장치를 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 단결정 성장장치를 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 단결정 성장방법을 공정 단계 순으로 나타낸 공정 순서도.1 is a block diagram showing a single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a block diagram showing a single crystal growth apparatus according to another embodiment of the present invention.
Figure 3 is a process flow chart showing a single crystal growth method according to the present invention in the order of process steps.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 성장장치를 상세히 설명한다.Hereinafter, a single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시 예에 따른 단결정 성장장치(100)는 HDC법을 통해 원재료 및 단결정 종자를 부분 용융 후 응고시켜 단결정을 성장시키는 장치로, 예열부(110), 성장부(120), 어닐링부(130) 및 냉각부(140)를 포함한다. 이때, 예열부(110), 성장부(120), 어닐링부(130) 및 냉각부(140)는 분위기 및 온도 제어가 가능한 하나의 공간이나 챔버 내에 배치될 수 있다. 그리고 예열부(110), 성장부(120), 어닐링부(130) 및 냉각부(140)는 생산성 및 효율성을 높이기 위해 인-라인으로 배치될 수 있다.
1, the single crystal growth apparatus 100 according to an embodiment of the present invention is a device for growing single crystals by partially melting and solidifying the raw material and single crystal seeds through the HDC method, the preheating unit 110, the growth unit 120, an annealing unit 130, and a cooling unit 140. In this case, the preheating unit 110, the growth unit 120, the annealing unit 130, and the cooling unit 140 may be disposed in one space or chamber in which atmosphere and temperature control are possible. The preheating unit 110, the growth unit 120, the annealing unit 130, and the cooling unit 140 may be arranged in-line to increase productivity and efficiency.

예열부(110)는 성장부(120)에서의 용융 효율을 높이기 위해 원재료 및 단결정 종자를 용융 온도까지 예열하는 가열장치로, 전기로 또는 챔버로 형성될 수 있다. 이때, 원재료 및 단결정 종자는 예열부(110)에서 통상 2일 동안 일정한 온도 상승 곡선에 따라 서서히 예열될 수 있는데, 정확한 온도 컨트롤을 위해, 예열부(110)의 내측에 복수의 열전대(thermocouple)를 설치하여, 예열부(110) 내측의 온도 변화를 모니터링하는 것이 바람직하다. 그리고 예열부(110)의 일측과 타측에는 각각 원재료 및 단결정 종자가 장입되고 취출될 수 있도록 개폐 가능한 도어(미도시)가 형성될 수 있다. 이에 의해, 원재료 및 단결정 종자에 대한 예열 시 예열부(110)는 온도 안정화를 위해 밀폐될 수 있다.The preheater 110 is a heating device for preheating raw materials and single crystal seeds to a melting temperature in order to increase the melting efficiency of the growth unit 120, and may be formed as an electric furnace or a chamber. At this time, the raw material and the single crystal seed may be preheated gradually in the preheater 110 according to a constant temperature rise curve for two days. For accurate temperature control, a plurality of thermocouples may be provided inside the preheater 110. It is preferable to install and monitor the temperature change inside the preheating unit 110. And one side and the other side of the preheating unit 110 may be a door (not shown) that can be opened and closed so that the raw material and single crystal seeds can be charged and taken out, respectively. As a result, when preheating the raw material and the single crystal seed, the preheater 110 may be closed to stabilize the temperature.

여기서, 도시하진 않았지만, 분말 형태로 구비되는 부정형의 원재료 및 단결정 종자는 예컨대, 도가니에 담겨 예열부(110)에 장입될 수 있다. 이러한 도가니는 결정 성장이 완료될 때까지 원재료 및 단결정 종자를 보호하는 역할을 하게 된다. 이를 위해, 도가니는 수용공간을 갖는 보트 형태로 형성될 수 있다. 그리고 도가니는 열처리될 물질보다 상대적으로 높은 융점을 가져야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 성장장치(100)를 통해 사파이어 단결정을 성장시키고자 할 경우 알루미나(Al2O3) 분말을 원재료로 하고 사파이어 단결정 종자가 사용될 수 있다. 이때, 알루미나의 융점은 2053℃이므로, 도가니는 이보다 융점이 높은 물질로 형성되어야 하며, 이러한 후보군 중 2620℃의 융점을 갖는 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 도가니가 사용될 수 있다.Here, although not shown, the amorphous raw materials and single crystal seeds provided in powder form may be charged to the preheating unit 110 in a crucible, for example. These crucibles serve to protect the raw material and single crystal seeds until crystal growth is complete. To this end, the crucible may be formed in the form of a boat having a receiving space. And the crucible should have a relatively higher melting point than the material to be heat treated. For example, to grow sapphire single crystal through the single crystal growth apparatus 100 according to the embodiment of the present invention, alumina (Al 2 O 3 ) powder may be used as a raw material and sapphire single crystal seed may be used. At this time, since the melting point of alumina is 2053 ° C, the crucible should be formed of a material having a higher melting point, and a crucible made of molybdenum (Mo) having a melting point of 2620 ° C among these candidate groups may be used.

한편, 예열부(110)는 도가니에 담긴 채로 2일 동안 예열된 원재료 및 단결정 종자를 결정 성장을 위해 성장부(120)로 내보낸다. 이를 위해, 예열부(110)와 성장부(120) 사이에는 도가니를 이송하는 이송수단(미도시)이 설치될 수 있다. 즉, 이송수단(미도시)은 예열부(110)로부터 취출되는 도가니를 성장부(120)로 유입시키는 역할을 한다. 이때, 예열부(110)로부터 취출되는 도가니는 2000℃ 이상의 고온을 나타내므로, 이송수단(미도시)은 내화재로 피복되거나 그 자체가 내화재로 형성되어야 한다. 이러한 이송수단(미도시)은 레일이나 롤러 또는 컨베이어 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 도가니는 예열부(110)에서부터 냉각부(140)까지 계속 수평적으로 이동하게 되므로, 이송수단(미도시)은 예열부(110)와 성장부(120) 사이뿐만 아니라 성장부(120)와 어닐링부(130) 사이, 어닐링부(130)와 냉각부(140) 사이에도 설치될 수 있다. 그리고 예열부(110), 성장부(120), 어닐링부(130) 및 냉각부(140) 내부에서도 도가니는 결정 성장을 위한 시간의 경과에 따라 계속적으로 이동하게 되므로, 일 방향으로 길게 뻗은 이송수단(미도시) 상에 예열부(110), 성장부(120), 어닐링부(130) 및 냉각부(140)가 일정 간격으로 거리를 두고 형성될 수 있다.Meanwhile, the preheating unit 110 sends the preheated raw material and single crystal seeds to the growth unit 120 for crystal growth in a crucible for 2 days. To this end, a transfer means (not shown) for transferring the crucible may be installed between the preheater 110 and the growth unit 120. That is, the transfer means (not shown) serves to introduce the crucible taken out from the preheating unit 110 into the growth unit 120. At this time, since the crucible taken out from the preheating unit 110 exhibits a high temperature of 2000 ° C. or more, the conveying means (not shown) should be coated with a refractory material or formed by itself. The conveying means (not shown) may be formed in the form of a rail, a roller or a conveyor. Here, since the crucible continues to move horizontally from the preheating part 110 to the cooling part 140, the transfer means (not shown) is not only between the preheating part 110 and the growth part 120 but also the growth part 120. And between the annealing unit 130 and the annealing unit 130 and the cooling unit 140. In addition, since the crucible is continuously moved in the preheating unit 110, the growth unit 120, the annealing unit 130, and the cooling unit 140 as time passes for crystal growth, the conveying unit extends in one direction. The preheating unit 110, the growth unit 120, the annealing unit 130, and the cooling unit 140 may be formed at a predetermined interval on the (not shown).

본 발명의 실시 예에서, 예열 완료 후 원재료 및 단결정 종자가 예열부(110)로부터 취출되면, 다른 원재료 및 단결정 종자를 담은 도가니가 예열부(110)로 장입되어 예열이 진행된다. 예를 들어, 최초 제1 도가니가 예열 후 성장부(120)로 이동되면, 제2 도가니가 예열부(110)에 장입되어 예열이 진행된다. 그리고 제2 도가니가 예열부(110)로부터 취출되면, 제3 도가니가 예열부(110)에 장입되어 예열이 진행됨은 물론이다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 성장장치(100)는 예열부(110), 성장부(120), 어닐링부(130) 및 냉각부(140) 각각에 모두 다른 도가니가 장입되어 각각의 공정이 동시에 진행 가능하여, 종래보다 공정 주기를 획기적으로 단축시킬 수 있고, 이에 따라, 단결정을 대량 생산할 수 있다.
In an embodiment of the present invention, when the raw material and the single crystal seed are taken out from the preheating unit 110 after the preheating is completed, a crucible containing other raw material and the single crystal seed is charged into the preheating unit 110 to perform preheating. For example, when the first first crucible is moved to the growth part 120 after preheating, the second crucible is charged to the preheat part 110 to be preheated. When the second crucible is taken out from the preheating unit 110, the third crucible is charged into the preheating unit 110 and the preheating proceeds. That is, in the single crystal growth apparatus 100 according to the embodiment of the present invention, different crucibles are charged in each of the preheating unit 110, the growth unit 120, the annealing unit 130, and the cooling unit 140. At the same time, the process cycle can be significantly shortened compared with the conventional method, and thus, single crystals can be mass-produced.

성장부(120)는 예열부(110)에서 용융 가능 온도까지 예열된 원재료 및 단결정 종자를 부분 용융 및 응고시켜 결정을 성장시키는 장치로, 전기로 또는 챔버로 형성될 수 있다. 이때, 원재료 및 단결정 종자는 성장부(120)에서 통상 4일 동안 HDC법에 의한 결정 성장이 이루어지게 된다. 이러한 성장부(120)은 예열부(110)의 후방(도면기준)에 배치된다. 그리고 성장부(120)의 일측에는 원재료 및 단결정 종자가 장입되는 개폐 가능한 도어(미도시)가 형성될 수 있고, 타측에는 만들어진 단결정이 취출될 수 있도록 개폐 가능한 다른 도어(미도시)가 형성될 수 있다. 이에 의해, 원재료 및 단결정 종자에 대한 결정 성장 시 성장부(120)는 온도 안정화를 위해 밀폐될 수 있다.The growth unit 120 is a device that grows crystals by partially melting and solidifying raw materials and single crystal seeds preheated to a meltable temperature in the preheater 110, and may be formed as an electric furnace or a chamber. At this time, the raw material and the single crystal seeds are grown in the growth unit 120 by HDC method for 4 days. The growth part 120 is disposed at the rear of the preheating part 110. In addition, one side of the growth unit 120 may be formed an openable door (not shown) into which raw materials and single crystal seeds are charged, and another door (not shown) may be formed on the other side to open and close the made single crystal. have. As a result, the growth unit 120 may be sealed for temperature stabilization during crystal growth of raw materials and single crystal seeds.

이러한 성장부(120)에는 원재료 및 단결정 종자를 용융시키기 위한 히터(미도시)가 설치된다. 이때, 히터(미도시)는 원재료 및 단결정 종자를 담은 채로 이동하는 도가니(미도시)의 주변으로 복수개 배치될 수 있다. 그리고 히터(미도시)는 성장부(120)로 장입되는 원재료 및 단결정 종자에 대한 용융을 위해 성장부(120) 내부의 도가니(미도시) 유입 도어(미도시) 측에 인접하여 설치될 수 있다. 이에 따라, 성장부(120)의 후방(도면기준) 온도는 성장부(120)의 전방 온도보다 상대적으로 낮아 히터(미도시)에 의해 용융된 원재료 및 단결정 종자는 히터(미도시) 통과 후 점진적으로 응고되어 결정 성장이 이루어진다. 여기서, 상술한 바와 같이, 성장부(120) 내에서 도가니(미도시)의 수평 이동은 이송수단(미도시)에 의해 이루어질 수 있다.The growth unit 120 is provided with a heater (not shown) for melting raw materials and single crystal seeds. In this case, a plurality of heaters (not shown) may be disposed around the crucible (not shown) that moves while containing raw materials and single crystal seeds. In addition, the heater (not shown) may be installed adjacent to the crucible (not shown) inlet door (not shown) side inside the growth unit 120 to melt the raw materials and single crystal seeds charged into the growth unit 120. . Accordingly, the rear (refer to drawing) temperature of the growth unit 120 is relatively lower than the temperature of the front of the growth unit 120, and raw materials and single crystal seeds melted by the heater (not shown) gradually increase after passing through the heater (not shown). To solidify and crystal growth takes place. Here, as described above, the horizontal movement of the crucible (not shown) in the growth unit 120 may be made by a transfer means (not shown).

이때, 성장부(120)에는 두 개의 도가니(미도시)가 장입될 수 있다. 즉, 성장부(120)에서의 결정 성장 기간이 4일이므로, 예컨대, 제1 도가니(미도시)가 예열 후 성장부(120)로 장입될 때, 예열부(110)에 장입되는 제2 도가니(미도시)는 2일간의 예열 후 성장부(120)로 장입될 수 있다. 이때, 제1 도가니(미도시)는 성장부(120)의 후방으로 이동되어 이에 담겨있는 원재료 및 단결정 종자의 용융물에 대한 응고가 진행되고, 후속으로 성장부(120)에 장입된 제2 도가니(미도시)는 히터(미도시) 구간을 지나며 이에 담겨있는 원재료 및 단결정 종자에 대한 용융이 진행될 수 있다. 즉, 공정 주기를 기준으로, 6일 후에는 두 개의 단결정 성장을 완료할 수 있게 된다.
In this case, two crucibles (not shown) may be charged into the growth unit 120. That is, since the crystal growth period in the growth unit 120 is 4 days, for example, when the first crucible (not shown) is charged into the growth unit 120 after preheating, the second crucible is charged in the preheating unit 110. (Not shown) may be charged into the growth unit 120 after two days of preheating. At this time, the first crucible (not shown) is moved to the rear of the growth unit 120 to solidify the melt of the raw materials and single crystal seeds contained therein, and subsequently to the second crucible charged into the growth unit 120 ( Not shown) may pass through a heater (not shown) section and melting of raw materials and single crystal seeds contained therein may proceed. That is, based on the process cycle, after six days it is possible to complete the growth of two single crystals.

어닐링부(130)는 성장부(120)에서 만들어진 단결정을 어닐링하는 장치로, 전기로 또는 가열 챔버로 형성될 수 있다. 이러한 어닐링부(130)는 성장부(120) 후방(도면기준)에 배치되고 이송수단(미도시)에 의해 성장부(120)와 연결된다. 이에 따라, 성장부(120)에서 만들어진 단결정은 도가니(미도시)를 타고 이송수단(미도시)에 의해 어닐링부(130)로 장입된다. 그리고 어닐링부(130)의 일측에는 단결정이 장입되는 개폐 가능한 도어(미도시)가 형성될 수 있고, 타측에는 단결정이 취출될 수 있도록 개폐 가능한 다른 도어(미도시)가 형성될 수 있다. 이에 의해, 단결정에 대한 어닐링 시 어닐링부(130)는 온도 안정화를 위해 밀폐될 수 있다.The annealing unit 130 is an apparatus for annealing the single crystal made in the growth unit 120, and may be formed as an electric furnace or a heating chamber. The annealing unit 130 is disposed behind the growth unit 120 (based on the drawing) and connected to the growth unit 120 by a transfer unit (not shown). Accordingly, the single crystal made in the growth unit 120 is charged into the annealing unit 130 by a transfer means (not shown) in a crucible (not shown). In addition, one side of the annealing unit 130 may be formed an openable door (not shown) into which a single crystal is charged, and another door (not shown) that may be opened and closed so that the single crystal may be taken out from the other side. As a result, the annealing unit 130 may be sealed to stabilize the temperature during annealing of the single crystal.

이러한 어닐링부(130)는 성장부(120)에서 결정 성장을 통해 만들어진 단결정에 대한 결정 안정화 및 단결정 표면에 흡착되어 있는 이물질을 제거하기 위해 용융온도보다 낮은 온도를 유지하며 이를 어닐링시킨다. 이때, 단결정에 대한 어닐링은 2일 정도 소요될 수 있다. 그리고 예열부(110)와 마찬가지로, 하나의 단결정에 대한 어닐링 종료 후 이 단결정이 취출되면, 곧이어 성장부(120)로부터 다른 단결정이 어닐링부(130)로 장입될 수 있다. 이에 따라, 단결정 성장을 위한 공정 주기를 기준으로, 10일 후에는 두 개의 단결정에 대한 어닐링 공정을 완료할 수 있게 된다.
The annealing unit 130 maintains a temperature lower than the melting temperature to anneal the crystal to stabilize the single crystal made through the growth of the growth unit 120 and to remove foreign substances adsorbed on the surface of the single crystal. In this case, annealing of the single crystal may take about two days. As with the preheating unit 110, if the single crystal is taken out after annealing of one single crystal, another single crystal may be charged from the growth unit 120 into the annealing unit 130. Accordingly, based on the process cycle for single crystal growth, it is possible to complete the annealing process for the two single crystals after 10 days.

냉각부(140)는 어닐링된 고온의 단결정을 상온으로 냉각시키는 장치로, 전기로 또는 냉각 챔버로 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에서는 냉각부(140)에 의한 냉각 완료 후 단결정 성장 공정이 최종적으로 완료된다. 이러한 냉각부(140)는 어닐링부(130) 후방에 배치되고 이송수단(미도시)에 의해 어닐링부(130)와 연결된다. 이에 따라, 어닐링부(130)에서 어닐링된 단결정은 도가니(미도시)를 타고 이송수단(미도시)에 의해 냉각부(140)로 장입된다. 그리고 냉각부(140)의 일측과 타측 각각에는 단결정이 장입 또는 취출될 수 있도록 개폐 가능한 도어(미도시)가 형성될 수 있고, 이에 의해, 냉각부(140) 내부의 온도를 안정적으로 제어할 수 있다.The cooling unit 140 is an apparatus for cooling the annealed high temperature single crystal to room temperature, and may be formed as an electric furnace or a cooling chamber. That is, in the embodiment of the present invention, the single crystal growth process is finally completed after the cooling by the cooling unit 140 is completed. The cooling unit 140 is disposed behind the annealing unit 130 and is connected to the annealing unit 130 by a conveying means (not shown). Accordingly, the single crystal annealed in the annealing unit 130 is charged into the cooling unit 140 by a transfer means (not shown) in a crucible (not shown). One side and the other side of the cooling unit 140 may be provided with a door (not shown) that can be opened and closed so that single crystals may be charged or taken out, whereby the temperature inside the cooling unit 140 may be stably controlled. have.

이러한 냉각부(140)는 고온의 단결정의 온도를 낮추는 역할을 하는데, 이 경우 대략 상온까지 일정한 온도 하강 곡선에 따라 서서히 냉각시키게 된다. 이는, 고온의 단결정을 외부에 노출 시 급격한 온도 변화에 의한 열충격으로 단결정에 크랙(crack)과 같은 결함이 발생되는 것을 방지하기 위함이다. 이때, 단결정에 대한 냉각은 2일에 걸쳐 서서히 진행될 수 있다. 그리고 어닐링부(130)와 마찬가지로, 하나의 단결정에 대한 냉각 후 이 단결정이 취출되면, 곧이어 어닐링부(130)로부터 다른 단결정이 냉각부(140)로 장입될 수 있다. 이에 따라, 단결정 성장을 위한 공정 주기를 기준으로, 최초 단결정은 종래와 마찬가지로 12일 후에 얻을 수 있지만, 두 번째 단결정부터는 2일마다 계속적으로 단결정을 얻을 수 있다.
The cooling unit 140 serves to lower the temperature of the high temperature single crystal, in which case it is gradually cooled according to a constant temperature drop curve to approximately room temperature. This is to prevent cracks, such as cracks, from occurring in the single crystal due to thermal shock caused by rapid temperature change when the high temperature single crystal is exposed to the outside. At this time, cooling to the single crystal may proceed slowly over two days. As with the annealing unit 130, if the single crystal is taken out after cooling to one single crystal, another single crystal may be charged from the annealing unit 130 to the cooling unit 140. Accordingly, based on the process cycle for single crystal growth, the first single crystal can be obtained after 12 days as in the prior art, but from the second single crystal, the single crystal can be continuously obtained every two days.

이와 같이, 본 발명의 한 실시 예에 따른 단결정 성장장치(100)는 예열부(110), 성장부(120), 어닐링부(130) 및 냉각부(140)를 독립적으로 구성하고, 이들 각각에서 동시에 해당 공정을 진행함으로써, 종래보다 단결정 성장의 공정 주기를 획기적으로 단축시켜 단 기간 내에 많은 양의 단결정 성장이 가능하다.
As such, the single crystal growth apparatus 100 according to an embodiment of the present invention independently configures the preheating unit 110, the growth unit 120, the annealing unit 130, and the cooling unit 140, and in each of them. At the same time, by proceeding with the process, it is possible to drastically shorten the process cycle of single crystal growth than in the prior art, thereby allowing a large amount of single crystal growth in a short period.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 단결정 성장장치에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, a single crystal growth apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 단결정 성장장치를 나타낸 구성도이다.2 is a block diagram showing a single crystal growth apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 단결정 성장장치(200)는 예열부(210), 성장부(120), 어닐링부(130) 및 냉각부(240)를 포함한다.2, the single crystal growth apparatus 200 according to another embodiment of the present invention includes a preheating unit 210, a growth unit 120, an annealing unit 130, and a cooling unit 240.

본 발명의 다른 실시 예는 본 발명의 한 실시 예와 비교하여 예열부 및 냉각부의 구성에만 차이가 있을 뿐 다른 구성요소들은 동일하므로, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하였고, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Other embodiments of the present invention are different only in the configuration of the preheating unit and the cooling unit compared to one embodiment of the present invention, and the other components are the same, the same reference numerals are assigned to the same components, detailed description thereof Will be omitted.

예열부(210)는 제1 예열챔버(210a) 및 제2 예열챔버(210b)를 포함하여 형성될 수 있다. 여기서, 제1 예열챔버(210a)에는 예컨대, 제1 도가니(미도시)가 장입되고, 이에 담겨있는 원재료 및 단결정 종자가 예열된다. 그리고 제2 예열챔버(210b)에는 제2 도가니(미도시)가 장입되는데, 제2 도가니(미도시)는 제1 예열챔버(210a)로부터 제1 도가니(미도시)가 취출된 다음 제2 예열챔버(210b)로 장입될 수 있다. 즉, 제2 예열챔버(210b)에 제2 도가니(미도시)가 장입되면, 제1 예열챔버(210a)에 장입되었던 제1 도가니(미도시)는 성장부(120)로 이동된 상태가 되어, 제1 예열챔버(210a)는 비어 있는 상태가 되고, 제2 예열챔버(210b)의 가동 기간 즉, 대략 2일 동안 제1 예열챔버(210a)는 서서히 자연 냉각될 수 있다. 그리고 제2 예열챔버(210b)로부터 제2 도가니(미도시)가 예열 완료 후 취출되면, 제1 예열챔버(210a)에는 제3 도가니(미도시)가 장입되고, 비어 있는 제2 예열챔버(210b)는 자연 냉각됨은 물론이다.The preheating unit 210 may include a first preheating chamber 210a and a second preheating chamber 210b. Here, for example, a first crucible (not shown) is charged in the first preheating chamber 210a, and raw materials and single crystal seeds contained therein are preheated. A second crucible (not shown) is charged into the second preheating chamber 210b, and the second crucible (not shown) is taken out of the first crucible (not shown) from the first preheating chamber 210a and then the second preheating chamber 210b is unloaded. It may be charged into the chamber 210b. That is, when a second crucible (not shown) is charged in the second preheating chamber 210b, the first crucible (not shown) charged in the first preheating chamber 210a is moved to the growth part 120. The first preheating chamber 210a may be in an empty state, and the first preheating chamber 210a may be gradually cooled naturally for an operation period of the second preheating chamber 210b, that is, approximately two days. When the second crucible (not shown) is taken out after completion of preheating from the second preheating chamber 210b, a third crucible (not shown) is charged into the first preheating chamber 210a and the second preheating chamber 210b is empty. ) Is naturally cooled.

이와 같이, 예열부(210)를 제1 예열챔버(210a) 및 제2 예열챔버(210b)로 구비하면, 예열 후 제1 예열챔버(210a) 또는 제2 예열챔버(210b) 중 어느 하나를 자연 냉각시킬 수 있는 기간이 확보되어 급속 냉각에 따른 제1 예열챔버(210a) 또는 제2 예열챔버(210b) 내부의 열충격으로 인한 손상을 방지하여 수명을 연장시킬 수 있다. 또한, 예열부(210)를 제1 예열챔버(210a) 및 제2 예열챔버(210b)로 구비하면, 제1 예열챔버(210a) 및 제2 예열챔버(210b) 중 어느 하나가 멈추거나 오작동되더라도 단결정 성장장치(200) 전체의 가동을 중단시킬 필요가 없어, 안정적인 환경에서의 지속적인 단결정 성장이 가능해진다.
As such, when the preheating unit 210 is provided as the first preheating chamber 210a and the second preheating chamber 210b, any one of the first preheating chamber 210a or the second preheating chamber 210b may be natural after preheating. The cooling period may be secured to prevent damage due to thermal shock inside the first preheating chamber 210a or the second preheating chamber 210b due to rapid cooling, thereby extending the service life. In addition, when the preheating unit 210 is provided as the first preheating chamber 210a and the second preheating chamber 210b, even if any one of the first preheating chamber 210a and the second preheating chamber 210b is stopped or malfunctions, It is not necessary to stop the entire operation of the single crystal growth apparatus 200, so that it is possible to continuously grow single crystal in a stable environment.

냉각부(240)는 예열부(210)와 마찬가지로, 두 개의 챔버 즉, 제1 냉각챔버(240a) 및 제2 냉각챔버(240b)를 포함하여 형성될 수 있다. 여기서, 제1 냉각챔버(240a)에는 어닐링부(130)로부터 취출된 제1 도가니(미도시)가 장입되고, 이에 담겨 있는 단결정이 냉각된다. 그리고 제2 냉각챔버(240b)에는 어닐링부(130)로부터 취출된 제2 도가니(미도시)가 장입되는데, 제2 도가니(미도시)는 제1 냉각챔버(240a)로부터 제1 도가니(미도시)가 취출된 다음 제2 냉각챔버(240b)로 장입된다. 이는, 제1 냉각챔버(240a)의 내부 온도는 단결정 냉각 과정에서 상온으로 떨어져 있기 때문이고, 열충격을 방지하기 위해 제1 냉각챔버(240a)의 내부온도를 고온의 단결정 온도까지 올리는데 어느 정도의 시간이 소요되기 때문이다. 이때, 어닐링부(130)로부터 취출되는 제1 및 제2 도가니(미도시) 간의 취출 간격은 대략 2일 정도의 기간이 소요되므로, 이 기간 동안 제1 냉각챔버(240a)는 완만한 승온 곡선에 따라 서서히 온도를 올려도 되는데, 이는, 급격한 승온에 따른 과부하 및 과다 전력 소모를 방지하게 된다.Like the preheater 210, the cooling unit 240 may include two chambers, that is, a first cooling chamber 240a and a second cooling chamber 240b. Here, a first crucible (not shown) taken out from the annealing unit 130 is charged in the first cooling chamber 240a, and the single crystal contained therein is cooled. A second crucible (not shown) taken out from the annealing unit 130 is charged in the second cooling chamber 240b, and the second crucible (not shown) is loaded from the first cooling chamber 240a to the first crucible (not shown). ) Is taken out and then charged into the second cooling chamber 240b. This is because the internal temperature of the first cooling chamber 240a is separated from room temperature in the process of single crystal cooling, and for some time to raise the internal temperature of the first cooling chamber 240a to a high temperature single crystal temperature in order to prevent thermal shock. Because it takes. At this time, the extraction interval between the first and second crucibles (not shown) taken out from the annealing unit 130 takes about two days, so during this period, the first cooling chamber 240a is placed on a gentle temperature rising curve. Therefore, the temperature may be gradually increased, which prevents overload and excessive power consumption due to rapid temperature increase.

즉, 이와 같이, 냉각부(240)를 제1 냉각챔버(240a) 및 제2 냉각챔버(240b)로 구비하면, 냉각 후 제1 냉각챔버(240a) 또는 제2 냉각챔버(240b) 중 어느 하나의 챔버 온도를 어닐링부(130)로부터 취출되는 단결정 온도까지 완만하게 올릴 수 있는 기간이 확보되어, 급격한 승온에 따른 과부하, 과다 전력소모 및 오작동을 방지할 수 있고, 둘 중 어느 하나가 멈추더라도 나머지 하나를 계속적으로 가동하면 되므로, 단결정 성장장치(200) 전체의 가동을 중단시킬 필요가 없어, 안정적인 환경에서의 지속적인 단결정 성장이 가능해진다.
That is, when the cooling unit 240 is provided as the first cooling chamber 240a and the second cooling chamber 240b in this manner, any one of the first cooling chamber 240a or the second cooling chamber 240b after cooling is provided. It is possible to gently increase the chamber temperature of the chamber temperature up to the single crystal temperature taken out from the annealing unit 130, thereby preventing overload, excessive power consumption and malfunction due to rapid temperature rise, and the remaining one even if one of them is stopped. Since it is only necessary to continuously operate one, there is no need to stop the entire operation of the single crystal growth apparatus 200, so that continuous single crystal growth in a stable environment is possible.

이와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 단결정 성장장치(200)는 단결정 성장 공정 주기 단축을 통한 대량 생산은 물론, 공정에 사용되는 전력 소비를 줄일 수 있고, 이에 따라, 원가를 절감시킬 수 있으며, 장치의 안정성을 확보할 수 있다.
As described above, the single crystal growth apparatus 200 according to another embodiment of the present invention may reduce power consumption used in the process as well as mass production by shortening the single crystal growth process cycle, thereby reducing the cost. The stability of the device can be ensured.

이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 성장방법에 대하여 설명하기로 한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 성장방법은 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 성장장치를 통해 구현 가능하므로, 이를 참조하여 설명하기로 한다. 그리고 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 성장방법에서는 사파이어 단결정 성장을 예로 들어 설명하기로 한다.Hereinafter, a single crystal growth method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3. Here, since the single crystal growth method according to the embodiment of the present invention can be implemented through the single crystal growth apparatus according to the embodiment of the present invention, it will be described with reference to this. In the single crystal growth method according to the embodiment of the present invention, sapphire single crystal growth will be described as an example.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 성장방법은 HDC법을 통해 원재료 및 단결정 종자를 부분 용융 후 응고시켜 단결정을 성장시키는 방법으로, 준비단계(S1), 예열단계(S2), 성장단계(S3), 어닐링단계(S4) 및 냉각단계(S5)를 포함한다.3, the single crystal growth method according to an embodiment of the present invention is a method of growing a single crystal by partially melting and solidifying the raw material and the single crystal seed through the HDC method, a preparation step (S1), preheating step (S2), Growth step (S3), annealing step (S4) and cooling step (S5).

먼저, 준비단계(S1)는 알루미나 원재료와 사파이어 단결정 종자를 준비하는 단계이다. 준비단계(S1)에서는 분발 형태의 알루미나 원재료를 준비하고, 후속 공정인 예열 및 용융과 같은 열처리를 위해 이러한 분말을 보트 형태의 도가니에 담는다. 이때, 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 성장방법은 종래보다 공정 주기가 획기적으로 단축되므로, 전체 생산량에 맞게 충분한 분말 및 도가니를 준비하는 것이 바람직하다.
First, the preparation step (S1) is a step of preparing the alumina raw material and sapphire single crystal seed. In the preparation step (S1), the powdered alumina raw material is prepared, and the powder is placed in a crucible in the form of a boat for subsequent heat treatment such as preheating and melting. At this time, the single crystal growth method according to the embodiment of the present invention is significantly shorter than the conventional process cycle, it is preferable to prepare a sufficient powder and crucible to meet the total production.

다음으로, 예열단계(S2)는 도가니에 담긴 원재료와 단결정 종자를 예열하는 단계이다. 예열단계(S2)에서는 원재료와 단결정 종자가 담긴 도가니를 예열부(110, 210)에 장입하여 예열시킨다. 이때, 예열단계(S2)에서는 대략 2일 동안 예열을 진행한다. 그리고 예열이 완료되면, 예열부(110, 210)로부터 도가니를 취출하여 후속 공정인 성장단계(S3) 진행을 위해 이 도가니를 성장부(120)로 장입시킨다. 이때, 예열부(110, 210)로부터 도가니를 취출한 다음 다른 도가니를 예열부(110, 210)로 장입하여 예열을 진행한다. 여기서, 하나의 예열부(110)인 경우 그 내부온도를 상온근처까지 하강시킨 후 다른 도가니를 장입시켜야 하고, 예열부(210)가 두 개의 챔버로 이루어진 경우 하나의 챔버는 자연 냉각시키고, 나머지 챔버에 곧바로 다른 도가니를 장입시켜 예열을 진행할 수 있다.
Next, the preheating step (S2) is a step of preheating the raw material and the single crystal seed contained in the crucible. In the preheating step (S2), a crucible containing raw materials and single crystal seeds is charged into the preheating units 110 and 210 to preheat. At this time, in the preheating step (S2) is preheated for about 2 days. When the preheating is completed, the crucible is taken out from the preheating parts 110 and 210 and charged into the growth part 120 to proceed to the growth step S3, which is a subsequent process. At this time, the crucible is taken out from the preheating parts 110 and 210, and then another crucible is charged into the preheating parts 110 and 210 to perform preheating. Here, in the case of one preheating unit 110, the internal temperature is lowered to near room temperature, and another crucible must be charged. When the preheating unit 210 is composed of two chambers, one chamber is naturally cooled and the other chamber You can charge another crucible immediately to proceed with preheating.

다음으로, 성장단계(S3)는 원재료와 단결정 종자가 부분 용융 후 응고되도록 원재료와 단결정 종자를 수평 이동시키면서 단결정을 성장시키는 단계이다. 성장단계(S3)에서는 성장부(120)로 장입되는 도가니를 가열하여 이에 담겨 있는 원재료 및 단결정 종자를 용융시킨다. 이때, 원재료 및 단결정 종자가 용융되는 동안 도가니는 계속적으로 수평 이동하게 된다. 그리고 알루미나 원재료 및 사파이어 단결정 종자에 가해지는 온도는 대략 2500℃로 설정된다. 그리고 용융된 용융물은 도가니가 가열 영역을 점차 벗어나게 됨에 따라 응고되어 결정 성장을 이루게 된다.Next, the growth step (S3) is a step of growing the single crystal while horizontally moving the raw material and the single crystal seed so that the raw material and the single crystal seed are solidified after partial melting. In the growth step (S3), the crucible charged into the growth unit 120 is heated to melt raw materials and single crystal seeds contained therein. At this time, the crucible is continuously moved horizontally while the raw material and the single crystal seed are melted. And the temperature added to alumina raw material and sapphire single crystal seed is set to about 2500 degreeC. The molten melt solidifies as the crucible gradually exits the heating zone to achieve crystal growth.

여기서, 성장단계(S3)에서는 예컨대, 2개의 사파이어 단결정에 대한 성장을 진행할 수 있다. 즉, 성장단계(S3)는 대략 4일 정도가 소요되는데, 최초 성장부(120)에 장입된 원재료 및 단결정 종자에 대한 용융 후 응고를 진행하는 동안 다른 원재료 및 단결정 종자를 성장부(120)에 장입시켜 용융을 진행할 수 있다. 이렇게 되면, 대략 6일 후에는 두 개의 사파이어 단결정이 성장된다.
Here, in the growth step (S3), for example, two sapphire single crystals can be grown. That is, the growth step (S3) takes about 4 days, while the raw material and the single crystal seeds charged into the growth unit 120, the other raw materials and single crystal seeds to the growth unit 120 during the solidification process Charging can proceed with charging. In this way, after about six days, two sapphire single crystals grow.

다음으로, 어닐링단계(S4)는 성장된 단결정을 어닐링하는 단계이다. 어닐링단계(S4)에서는 결정 안정화 및 불순물 제거를 위해 알루미나의 용융온도보다 낮은 온도를 가하여 어닐링을 진행한다. 이때, 어닐링 공정은 대략 2일 동안 진행하는 것이 바람직하다. 즉, 어닐링단계(S4)에서는 사파이어 단결정이 담긴 도가니를 어닐링부(130)에 장입하여 이에 대한 어닐링을 진행할 수 있다. 그리고 어닐링된 사파이어 단결정은 취출하여 후속 공정으로 보내고, 성장부(120)로부터 취출되는 다른 사파이어 단결정을 곧바로 장입시켜 이에 대한 어닐링을 진행한다.
Next, the annealing step S4 is annealing the grown single crystal. In the annealing step S4, annealing is performed by applying a temperature lower than the melting temperature of the alumina for crystal stabilization and impurities removal. At this time, the annealing process is preferably performed for about 2 days. That is, in the annealing step S4, the crucible containing the sapphire single crystal may be charged into the annealing unit 130 and annealing may be performed. The annealed sapphire single crystal is taken out and sent to a subsequent process, and the other sapphire single crystal taken out from the growth unit 120 is charged immediately to proceed with annealing.

마지막으로, 냉각단계(S5)는 어닐링된 단결정을 냉각시키는 단계이다. 냉각단계(S5)에서는 어닐링된 단결정이 담긴 도가니를 냉각부(140, 240)에 장입하여 냉각시킨다. 이때, 냉각단계(S5)에서는 대략 2일 동안 냉각을 진행한다. 그리고 냉각단계(S5)가 완료되면, 단결정이 만들어진다. 이때, 냉각부(140, 240)로부터 도가니를 취출한 다음 어닐링부(130)로부터 취출되는 다른 도가니를 냉각부(140, 240)로 장입하여 냉각을 진행한다. 여기서, 하나의 냉각부(140)인 경우 냉각 완료 후 내부온도를 다시 단결정의 어닐링 온도까지 승온시킨 후 다른 도가니를 장입시켜야 하고, 냉각부(240)가 두 개의 챔버로 이루어진 경우 하나의 챔버는 2일 동안 서서히 가열하여 승온시키고, 나머지 챔버에 곧바로 다른 도가니를 장입시켜 냉각을 진행할 수 있다.
Finally, the cooling step S5 is a step of cooling the annealed single crystal. In the cooling step S5, the crucible containing the annealed single crystal is charged into the cooling units 140 and 240 and cooled. At this time, in the cooling step (S5) the cooling proceeds for approximately two days. Then, when the cooling step (S5) is completed, a single crystal is made. At this time, the crucible is taken out from the cooling units 140 and 240, and then another crucible taken out from the annealing unit 130 is charged into the cooling units 140 and 240 to proceed with cooling. Here, in the case of one cooling unit 140, after the completion of cooling, the internal temperature is increased again to the annealing temperature of the single crystal, and then another crucible is charged, and when the cooling unit 240 is composed of two chambers, one chamber has two chambers. It can be heated gradually by heating for one day, and another crucible can be charged directly into the remaining chamber to proceed with cooling.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 단결정 성장방법을 통해, 종래보다 단결정 성장의 공정 주기를 획기적으로 단축시킬 수 있고, 이에 따라 단결정을 대량 생산할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에서, 최초 장입되는 원재료 및 단결정 종자는 단결정 제조 시까지 종래와 같은 대략 12일 정도의 공정 주기를 갖게 된다. 그러나 본 발명의 실시 예에서는 하나의 원재료 및 단결정 종자를 예열한 다음 연이어 다른 원재료 및 단결정 종자를 예열하고, 상기의 공정을 계속적으로 진행하므로, 두 번째 단결정부터는 이틀에 하나씩 생산 가능하다.
Thus, through the single crystal growth method according to the embodiment of the present invention, it is possible to significantly shorten the process cycle of single crystal growth than conventional, thereby producing a large amount of single crystal. That is, in the embodiment of the present invention, the raw material and the single crystal seed initially charged have a process cycle of about 12 days as before until the single crystal is manufactured. However, in the embodiment of the present invention, since one raw material and single crystal seeds are preheated, and then the other raw material and single crystal seeds are subsequently preheated, and the above process is continuously performed, the second single crystal can be produced one by two days.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill 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. This is possible.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims as well as the appended claims.

100, 200: 단결정 성장장치 110, 210: 예열부
210a: 제1 예열챔버 210b: 제2 예열챔버
120: 성장부 130: 어닐링부
140, 240: 냉각부 240a: 제1 냉각챔버
240b: 제2 냉각챔버100, 200: single crystal growth apparatus 110, 210: preheating unit
210a: first preheat chamber 210b: second preheat chamber
120: growth unit 130: annealing unit
140 and 240: cooling unit 240a: first cooling chamber
240b: second cooling chamber

Claims (10)

도가니에 담긴 채로 장입되는 원재료 및 단결정 종자를 예열하되 적어도 하나의 상기 도가니를 수용하는 예열부;
상기 예열부로부터 취출되는 상기 도가니를 내부로 장입시키고 상기 원재료 및 상기 단결정 종자가 부분 용융 후 응고되도록 상기 도가니를 수평 이동시키면서 단결정을 성장시키는 성장부;
상기 성장부로부터 취출되는 상기 도가니를 내부로 장입시켜 상기 단결정을 어닐링하는 어닐링부; 및
상기 어닐링부로부터 취출되는 상기 도가니를 내부로 장입시켜 상기 단결정을 냉각시키는 냉각부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장장치.
A preheater which preheats the raw material and the single crystal seed charged in the crucible and accommodates at least one of the crucibles;
A growth unit for charging the crucible taken out from the preheating unit and growing the single crystal while horizontally moving the crucible so that the raw material and the single crystal seed solidify after partial melting;
An annealing unit to anneal the single crystal by charging the crucible taken out from the growth unit into the inside; And
Cooling unit for charging the crucible taken out from the annealing unit to cool the single crystal
Single crystal growth apparatus comprising a.
제1항에 있어서,
상기 예열부와 상기 성장부, 상기 성장부와 상기 어닐링부 및 상기 어닐링부와 상기 냉각부는 각각, 상기 도가니를 일 방향으로 이송하는 이송수단을 통해 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 단결정 성장장치.
The method of claim 1,
And the preheating unit and the growth unit, the growth unit and the annealing unit, and the annealing unit and the cooling unit are connected through a transfer unit for transferring the crucible in one direction, respectively.
제1항에 있어서,
상기 예열부는,
상기 도가니가 장입되는 제1 예열챔버 및
상기 다른 도가니가 장입되는 제2 예열챔버를 포함하되,
상기 제1 예열챔버는 상기 도가니 취출 후 냉각되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장장치.
The method of claim 1,
The pre-
A first preheating chamber into which the crucible is charged and
A second preheating chamber into which the other crucible is charged,
And the first preheating chamber is cooled after the crucible is taken out.
제1항에 있어서,
상기 냉각부는,
상기 도가니가 장입되는 제1 냉각챔버 및
상기 다른 도가니가 장입되는 제2 냉각챔버를 포함하되,
상기 제1 냉각챔버는 상기 도가니 추출 후 상기 어닐링부의 어닐링 온도까지 가열되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장장치.
The method of claim 1,
The cooling unit includes:
A first cooling chamber into which the crucible is charged
A second cooling chamber into which the other crucible is charged,
The first cooling chamber is heated to the annealing temperature of the annealing portion after extraction of the crucible.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원재료는 알루미나 분말이고, 상기 단결정 종자는 사파이어인 것을 특징으로 하는 단결정 성장장치.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein said raw material is alumina powder, and said single crystal seed is sapphire.
제5항에 있어서,
상기 도가니는 몰리브덴으로 이루어진 것을 특징으로 하는 단결정 성장장치.
The method of claim 5,
The crucible is a single crystal growth apparatus, characterized in that made of molybdenum.
원재료와 단결정 종자를 준비하는 제1 단계;
상기 원재료와 상기 단결정 종자를 예열하는 제2 단계;
상기 원재료와 상기 단결정 종자가 부분 용융 후 응고되도록 상기 원재료와 상기 단결정 종자를 수평 이동시키면서 단결정을 성장시키는 제3 단계; 및
상기 단결정을 어닐링하는 제4 단계를 포함하되,
상기 제3 단계가 진행되는 동안 상기 제2 단계는 다른 원재료와 단결정 종자를 예열하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장방법.
A first step of preparing raw materials and single crystal seeds;
A second step of preheating the raw material and the single crystal seed;
A third step of growing a single crystal while horizontally moving the raw material and the single crystal seed so that the raw material and the single crystal seed are solidified after partial melting; And
A fourth step of annealing the single crystal,
Wherein the second step preheats the other raw materials and the single crystal seeds while the third step is in progress.
제7항에 있어서,
어닐링된 상기 단결정을 냉각시키는 제5 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장방법.
The method of claim 7, wherein
And a fifth step of cooling the annealed single crystal.
제7항에 있어서,
상기 원재료 및 상기 단결정 종자는 도가니에 담긴 채로 이동하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장방법.
The method of claim 7, wherein
The single crystal growth method characterized in that the raw material and the single crystal seed is moved in a crucible.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원재료는 알루미나 분말이고, 상기 단결정 종자는 사파이어인 것을 특징으로 하는 단결정 성장방법.10. The method according to any one of claims 7 to 9,
Wherein said raw material is alumina powder, and said single crystal seed is sapphire.
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