KR20150033941A - 사파이어 잉곳 성장 장치 - Google Patents

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Abstract

실시예는 알루미나 용융액을 수용하고, 상부에 오픈 영역이 형성된 도가니; 상기 도가니의 외부의 측면과 바닥면에 배치되어, 상기 도가니를 가열하는 히터; 상기 도가니를 지지하는 지지대; 상기 지지대와 연결되고, 도가니를 둘러싸고 배치되는 챔버; 상기 오픈 영역의 주변에 배치되고, 상기 알루미나 용융액으로부터 성장되는 부울의 목부(neck)의 크기를 측정하는 가이드; 및 상기 부울의 무게를 측정하는 센서를 포함하는 사파이어 잉곳 성장 장치를 제공한다.

Description

사파이어 잉곳 성장 장치{APPARATUS FOR GROWING A SAPPHIRE INGOT}
실시예는 사파이어 잉곳 성장 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 낙하물의 침전을 방지하여 사파이어 잉곳의 성장시에 크랙이나 버들 등의 발생 등을 개선하고자 하는 것이다.
통상적인 사파이어 웨이퍼는, 단결정(Ingot)을 만들기 위한 단결정 성장 공정과, 단결정을 절삭(Slicing)하여 얇은 원판 모양의 웨이퍼를 얻는 절삭공정과, 상기 절삭으로 인하여 웨이퍼에 잔존하는 기계적 가공에 의한 손상(Damage)을 제거하는 연삭(Lapping) 공정과, 웨이퍼를 경면화하는 연마(Polishing) 공정과, 연마된 웨이퍼를 경면화하고 웨이퍼에 부착된 연마제나 이물질을 제거하는 세정 공정을 포함하여 이루어진다.
상술한 공정 중 사파이어 단결정을 성장시키는 공정은, 고순도 알루미나(Al2O3) 원료를 장입한 성장로를 약 2100 ℃ 이상에서 가열하여 원료를 용용한 후, 키로풀러스법(Kyropoulos Method, 이하 'KY'법이라 함), 초크랄스키법(Czochralski Method, 이하 'CZ'법이라 함), EFG(Edge-defined Film-fed Growth)법, 열교환법(Heat Exchange Method), 수직수평온도구배법(Vertical Horizontal Gradient Freezing) 등 다양한 방법이 적용될 수 있으며, 본 특허에서 다루고자 하는 방법은 종자결정이 알루미나 용융액 상부에 위치하여 단결정을 성장시키는 KY법과 CZ법에 적용할 수 있다.
KY법 혹은 CZ법으로 사파이어 단결정을 성장시킬 때 도가니의 내부에 알루미나 원료를 주입한 후 용융하는데, 도가니를 가열하기 위하여 도가니의 외벽과 바닥면을 감싸는 저항가열 히터를 배치하고, 발생되는 복사 열을 이용한다.
도 1은 종래의 사파이어 잉곳 성장 장치를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 사파이어 단결정의 성장 장치(100)는 고체 알루미나를 녹여서 액체로 만든 후 재결정화하여 사파이어 단결정을 형성할 수 있다. 사파이어 단결정의 성장 장치(100)는 챔버(10)와, 챔버(10) 내에 구비되어 알루미나 용융액(40)을 수용하는 도가니(30)와, 도가니(30) 외측에 구비되어 도가니(30)를 가열하는 히터(80)를 포함할 수 있다.
챔버(10)는 알루미나 용융액(40)으로부터 사파이어 성장되는 단결정(Boule)을 형성시키기 위한 소정의 공정들이 수행되는 공간을 제공한다. 도가니(30)는 알루미나 용융액(40)을 담을 수 있도록 챔버(10)의 내부에 구비되며, 텅스텐(W) 또는 몰리브덴(Mo) 등의 재질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예는 챔버(10) 내측에 히터(80)의 열이 방출되지 못하도록 복사 단열재를 구비할 수 있다. 이러한 단열재는 도가니의 상부에 배치되는 상부 단열재(92)와 도가니(30)의 측면에 배치되는 측면 단열재(94)와 도가니(30)의 하측에 배치되는 하부 단열재(96)를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
단열재는 히터(80) 및 도가니(30)에서 최적의 열적 분포를 내고 그 에너지를 최대한 손실 없이 활용 가능하도록 재질과 형상으로 설계될 수 있다.
히터(80)는 도가니(30) 내에 적재된 다양한 형상의 고순도 알루미나 원료를 용융하여 알루미나 용융액(M)으로 만들 수 있는데, 히터(80) 상부에 배치되는 전류 공급 로드(70)로부터 전류를 공급받을 수 있다.
도가니(30)의 바닥면의 중앙에는 지지대(20)가 배치되어 도가니(30)를 지지할 수 있다. 도가니(30) 상부의 종자 결정 연결부, 즉 시드(62)로부터 알루미나 용융액(40)이 일부 응고되어 사파이어 단결정(50, Sapphire Boule)이 성장된다.
히터(80)는 도가니(30)의 측면과 바닥면을 둘러싸고 U자형으로 배치된 복수 개의 히터 유닛을 포함하여 이루어질 수 있다.
즉, 히터(80)는 도가니(30)의 측면과 바닥면에서 상기 도가니(30)를 둘러싸는데, 각각의 히터 유닛은 도가니(30)에 대한 상대적인 위치에 따라 바와 같이 제1 히터(82)와 제2 히터(84)와 제3 히터(86)로 구분될 수 있고, 제1 히터(82)와 제2 히터(84)와 제3 히터(86)는 서로 일체로 구비되거나 독립적으로 구비될 수 있다.
전류 공급 로드(70)로부터 전류가 히터(80)로 공급될 수 있는데, 히터(80)는 열전도성이 우수하고 고온에서 내구성인 강한 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들면 텅스텐, 흑연으로 이루어질 수 있다.
챔버(10)의 바닥면으로부터 지지대(20)가 연장되어 도가니(30)를 지지하는데, 지지대(20)는 복수 개의 지지 유닛으로 이루어지고, 각각의 지지 유닛이 도가니(30)와 접촉하며 도가니(30)를 지지할 수 있다.
KY법 혹은 CZ법에 의한 사파이어 단결정의 성장은 챔버 내부에 단열구조물(Hot Zone)을 장착하고, 도가니에 원료를 충진한 후, 녹는점 이상으로 가열한다. 그리고, 적정한 접촉과 함침(seeding) 온도에서 상부에 구비된 종자결정을 알루미나 용융액에 함침시켜 목부(neck)을 형성하고, 전력(power)를 감소시켜 성장에 필요한 온도 기울기를 유지하면서 사파이어 단결정을 성장시킨다.
그러나, 이러한 종래의 사파이어 단결정의 성장은 다음과 같은 문제점이 있다.
도 2a는 도 1의 사파이어 잉곳 성장 장치에서 낙하물 발생을 나타낸 도면이고, 도 2b는 도 2a의 오픈 영역을 나타낸 도면이다.
KY법으로 사파이어 단결정을 성장시킬 때, 상부로부터 떨어지는 낙하물은 도 2a와 도 2b에 도시된 오픈 영역을 통하여 목부(neck) 떨어지며, 낙하물로 인하여 부울의 시딩(seeding) 초반부터 크랙이나 버블 등이 생성되어 하부로 전달될 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 시딩 초기에 목부의 직경을 늘려서 낙하물이 목부에 걸리도록 하는 시도가 있으나, 부울의 성장시에 목부와 견부 등의 직경 측정은 오픈 영역을 통하여 육안으로 관찰하여야 하므로 목부의 직경을 늘리는 데는 한계가 있다.
실시예는 사파이어 잉곳 성장 장치에서 생산되는 사파이어 잉곳의 품질을 향상시키고자 한다.
실시예는 알루미나 용융액을 수용하고, 상부에 오픈 영역이 형성된 도가니; 상기 도가니의 외부의 측면과 바닥면에 배치되어, 상기 도가니를 가열하는 히터; 상기 도가니를 지지하는 지지대; 상기 지지대와 연결되고, 도가니를 둘러싸고 배치되는 챔버; 상기 오픈 영역의 주변에 배치되고, 상기 알루미나 용융액으로부터 성장되는 부울의 목부(neck)의 크기를 측정하는 가이드; 및 상기 부울의 무게를 측정하는 센서를 포함하는 사파이어 잉곳 성장 장치를 제공한다.
오픈 영역은 상기 부울의 성장을 위한 시드가 출입하는 영역이고, 상기 가이드는 상기 알루미나 용융액으로부터 기설정된 높이까지 연장되어 배치될 수 있다.
가이드는 몰리브덴을 포함할 수 있다.
센서는 상기 부울의 성장을 위한 시드를 출입시키는 시드 케이블에 연결될 수 있다.
다른 실시예는 도가니의 제1 알루미나 용융액에 시드를 담그고 목부를 성장시키고, 상기 목부의 횡단면적의 반지름이 기설정된 크기가 될 때 상기 사파이어 부울의 무게를 측정하고, 상기 사파이어 부울의 견부와 몸통부를 성장시켜서 제1 사파이어 단결정 잉곳을 성장시키는 단계; 및 상기 도가니에 제2 알루미나 용융액을 장입하고 용융한 후, 상기 알루미나 용융액으로부터 제2 사파이어 단결정 잉곳을 성장시키는 단계를 포함하고, 상기 제2 사파이어 단결정 잉곳을 성장시키는 단계에서, 부울의 무게가 상기 측정된 무게에 도달할 때 견부의 성장을 시작하는 사파이어 잉곳 성장 방법을 제공한다.
부울 무게의 측정은 상기 시드에 연결된 센서로부터 구할 수 있다.
목부의 횡단면적이 최대로 성장하기 이전의 제1 반지름과, 상기 목부의 횡단면적이 최대로 성장한 이후의 제2 반지름으로부터, 상기 제1 반지름과 제2 반지름의 영역 사이의 목부의 무게를 구하여 상기 무게에 도달하였을 때 견부의 성장을 시작할 수 있다.
제1 반지름과 제2 반지름의 영역 사이의 목부의 무게 W0는, W0=V0×(P1-P2)이고, 여기서 V0는 상기 제1 반지름과 제2 반지름의 영역 사이의 목부의 부피이고, P1은 고체 사파이어의 밀도이고 P2는 사파이어 용융액의 밀도일 수 있다.
실시예에 따른 사파이어 잉곳 성장 장치는 가이드를 사용하여 목부를 소정 지름까지 성장시키고, 부울이나 기타 결함이 발생하지 않는 목부의 성장 크기를 파악한 후에 센서를 사용하여 부울의 무게를 측정하여 견부의 성장 시점을 파악할 수 있다.
도 1은 종래의 사파이어 잉곳 성장 장치를 나타낸 도면이고,
도 2a는 도 1의 사파이어 잉곳 성장 장치에서 낙하물 발생을 나타낸 도면이고,
도 2b는 도 2a의 오픈 영역을 나타낸 도면이고,
도 3a는 실시예에 따른 사파이어 잉곳 성장 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 3b는 도 3a의 오픈 영역과 주변을 나타낸 도면이고,
도 4a 내지 도 4h는 도 3a의 사파이어 잉곳 성장 장치에서 사파이어 잉곳의 성장 공정을 나타낸 도면이고,
도 5a 및 도 5b는 사파이어 잉곳 성장 장치에서 목부의 지름을 결정하는 과정을 나타낸 도면이고,
도 6a 및 도 6b는 도 5a와 도 5b에서 각각 알루미나 용융액에 잠겼다가 시드 척에 의하여 표면 위로 인상된 영역을 나타낸 도면이고,
도 6c는 도 5a와 도 5b에서 각각 알루미나 용융액에 잠겼다가 시드 척에 의하여 표면 위로 인상된 영역의 부피를 구하는 과정을 나타낸 도면이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 3a는 실시예에 따른 사파이어 잉곳 성장 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3b는 도 3a의 오픈 영역과 주변을 나타낸 도면이다.
KY법으로 사파이어 단결정을 성장시킬 때, 상부로부터 떨어지는 낙하물은 장치 내의 텅스텐과 몰리브덴의 산화물일 수 있으며 도 3a에 도시된 오픈 영역을 통하여 목부(neck) 떨어지는데, 목부(neck)의 직경을 종래보다 더 크게 성장시켜서 낙하물이 목부에서 차단되어 부울(Boule) 방향으로 진행하지 않을 수 있다.
그리고, 도가니의 상부에는 가이드가 배치되는데, 가이드는 시딩 단계에서 목부를 위로 당길 때 목부와 접촉하면 목부의 지름 성장을 파악할 수 있다. 즉, 본 실시예에서 목부를 종래보다 크게 성장시키되, 일정 범위 이상으로 성장하는 것을 방지하기 위하여 가이드를 배치한다.
도 3b에서는 도 3a의 상부의 오픈 영역에서 파악한 도가니 내부의 형상을 나타낸 도면이며, 시드의 주변에는 성장되는 목부가 관찰될 수도 있고, 가이드는 오픈 영역의 주변에 배치되며, 실제로는 오픈 영역에서 관측되지 않는다. 가이드는 고온에서 녹지 않는 재료로 이루어질 수 있으며, 일례로는 몰리브덴(Mo)으로 이루어질 수 있다.
도 4a 내지 도 4h는 도 3a의 사파이어 잉곳 성장 장치에서 사파이어 잉곳의 성장 공정을 나타낸 도면이다.
먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이 도가니(30)에 알루미나 원료(40)를 주입하고 용융하는데, 도가니(30)를 가열하기 위하여 도가니(30)의 외벽과 바닥면을 감싸는 저항가열 히터를 배치하고, 발생되는 복사 열을 이용할 수 있다. 사파이어 단결정인 시드(62)는 도가니 상부로 배치되고 있다.
구체적으로, 도가니(30)의 내부 온도를 알루미나 원료(40)의 녹는점(약 2030℃) 이상으로 가열하여 알루미나 용융액을 만든다. 용융 공정과 단결정의 성장 공정은 챔버 내에서 진행되는데, 챔버 내부의 압력을 10-6 torr 이하의 고진공으로 하거나 아르곤과 같은 불활성 기체를 흘리면서 상압으로 할 수 있다.
도 4b에서 오픈 영역을 통하여 시드를 내리고 부울(50)의 목부를 성장시킨다. 이때, 알루미나 용융액(40)의 표면으로부터 가이드까지의 기설정된 높이(h)는 부울(50)의 목부가 성장함에 따라 조금씩 증가할 수 있다.
그리고, 도 4c에 도시된 바와 같이, 시드를 천천히 상승시켜서 가이드에 부울(50)의 목부가 닿는지를 확인할 수 있다.
만일, 가이드에 목부가 닿지 않으면 다시 부울(50)의 목부를 하강시켜서 목부의 직격을 더 성장시킬 수 있다.
상술한 목부의 성장 과정은, 시드에 연결된 종자결정이 고온의 알루미나 용융액에 잠기면서 종자결정의 일부가 녹고, 이때 알루미나 용융액의 일부가 고화되어 종자결정로부터 종자결정보다 굵은 마디(season)를 연속적으로 형성하면서 목부가 성장될 수 있다.
목부를 형성하는 과정을 시즈닝(seasoning)이라 할 수 있다. 시즈닝 공정에서, 종자결정에 알루미나 용융액의 일부가 고화되면서 직경이 증가할 수 있고, 이때 종자결정을 인상시킴에 따라 마디(season)가 형성될 수 있는데, 목부의 직경 판단을 위하여 목부의 상승과 하강을 반복할 때 상술한 마디를 더욱 뚜렷할 수 있다. 목부의 성장 단계에서 상승과 하강이 생략되면, 목부에 버블 등의 결함이 생길 수 있다.
그리고, 도 4d에 도시된 바와 같이 부울(50)의 목부가 충분히 성장하여 가이드에 접촉하면, 목부의 성장에 이어서 도 4e에 도시된 바와 같이 견부(shoulder)가 성장되는데, 수직 방향으로 안정적으로 성장할 수 있으며, 이때 도가니의 상부로부터 낙하물이 침전되더라도 종래보다 큰 지름으로 성장된 목부에서 차단될 수 있다.
견부의 성장을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
알루미나 용융액이 고화되어 목부의 하부로부터 연속하여 단결정이 성장되는데, 견부의 형성 공정에서 견부는 반경 및 수직 방향으로 성장하여 단결정의 직경이 증가하고 알루미나 용융액 내부로 잠겨지면서 성장된다. 견부는 도가니의 직경 크기까지 성장될 수도 있으나, 도가니 내벽과 접촉될 경우 스틱(stick)이 형성될 수 있고 이는 결정성장 과정에 물리적인 응력과 냉각과정의 열응력을 발생시켜 크랙(crack)을 유발하는 원인이 된다. 따라서, 견부는 KY법에서는 통상적으로 도가니 직경의 75%~90%까지 성장시키는 것이 일반적이고 CZ법에서는 도가니 직경의 50%~70%까지 성장시킬 수 있다.
그리고, 도 4f 내지 도 4h에 도시된 바와 같이 몸통부(body)를 성장시킬 수 있다.
그리고, 몸통부(body)가 성장되는데, 알루미나 용융액이 고화되면서 견부의 하부로부터 연속하여 단결정이 성장될 수 있는데, 몸통부의 형성 공정에서 몸통부는 수직 방향으로 성장할 수 있으나 통상적으로는 성장계면에 수직한 방향으로 단결정이 성장된다. 성장 중인 단결정 특히 몸통부와 알루미나 용융액의 경계면은 도가니의 아래 방향으로 하강하여 도 4g에 도시된 바와 같이 도가니의 바닥면과 접촉한다.
몸통부의 최저점이 도가니의 바닥면에 접촉한 후, 종자결정 연결부를 인상시키면서 몸통부의 성장 공정을 계속할 수 있다.
이후에, 100% 고화된 단결정을 도가니로부터 분리하고 챔버 내부의 온도를 서서히 낮춰 단결정(boule) 성장공정을 완료한다. 쵸크랄스키법과 달리 KY법에서는 성장된 사파이어 단결정이 도가니 내부에서 냉각됨으로 별도의 어닐링 공정은 필요하지 않을 수 있다.
본 실시예에 따라서 사파이어 잉곳을 성장시키면, 상부에서 침전되는 낙하물이 목부에서 차단되어 알루미나 용융액이나 부울에 닿지 않으므로 사파이어 잉곳의 성장시에 크랙이나 버들 등의 발생 등이 예방될 수 있다.
목부가 충분히 성장하여 가이드에 접촉한 후에는 목부의 직경을 점차 줄이면서 견부를 측정하는데, 이때 목부의 최대 직경을 나타내는 부분 아래는 육안으로 관측이 불가능하다. 따라서, 육안으로 직접 목부 특히 아래 부분을 관찰하지 않으면서도 목부의 직격을 관측하는 것이 바람직하다.
도 5a 및 도 5b는 사파이어 잉곳 성장 장치에서 목부의 지름을 결정하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 5a에서 알루미나 용융액(40) 내에 잠긴 부울(50)의 목부의 지름은 d이고, 목부를 인상시키면 목부의 최대 지름 R을 지나서, 도 5b에서는 알루미나 용융액(40) 내에 잠긴 목부의 지름은 D일 수 있고, 알루미나 용융액 내에 잠긴 목부의 각도는 60도일 수 있다.
시드(62)를 출입시키는 시드 케이블(미도시)에는 센서(sensor)가 구비되어, 부울(50)의 무게를 측정할 수 있다. 그리고, 센서에서 목부의 무게를 측정하여 상술한 목부의 지름 D까지 목부가 성장되었을 때, 견부의 성장을 시작할 수 있다.
즉, 낙하물을 방지하기 위하여 목부의 지름을 증가시킬 수 있으나, 목부의 지름을 무한히 증가시킬 수는 없다. 따라서, 가이드를 사용하여 목부를 소정 지름까지 성장시키고, 부울이나 기타 결함이 발생하지 않는 목부의 성장 크기를 파악한 후에 센서를 사용하여 부울의 무게를 측정하여 견부의 성장 시점을 파악할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 도 5a와 도 5b에서 각각 알루미나 용융액에 잠겼다가 시드 척에 의하여 표면 위로 인상된 영역을 나타낸 도면이고, 도 6c는 도 5a와 도 5b에서 각각 알루미나 용융액에 잠겼다가 시드 척에 의하여 표면 위로 인상된 영역의 부피를 구하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 6a와 도 6bdp 도시된 영역이, 도 5a에서 사파이어 용융액에 잠겼다가 도 5b에서 사파이어 용융액 위로 상승된 목부의 체적에 해당한다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 영역의 부피는, 도 6c의 (a)의 체적에서 (b)와 (c)의 체적을 차감하여 구할 수 있다.
도 6c의 (a)에 도시된 영역의 체적 V1은 아래와 같이 구할 수 있고, 0.5R은 원뿔의 밑면의 반지름이고, (√3/2)R은 원뿔의 높이이고, V1은 0.5R의 반지름을 가지는 밑변과 높이 (√3/2)R를 가지는 원뿔이 2개 합쳐진 영역의 체적에 해당된다.
V1=2×(1/3)×π×(0.5R)2×(√3/2)R
도 6c의 (b)에 도시된 영역의 체적 V2는 아래와 같이 구할 수 있고, 0.5d는은 원뿔의 밑면의 반지름이고, (√3/2)d는 원뿔의 높이이고, V1은 0.5d의 반지름을 가지는 밑변과 높이 (√3/2)d를 가지는 원뿔의 체적에 해당된다.
V2=(1/3)×π×(0.5d)2×(√3/2)d
도 6c의 (c)에 도시된 영역의 체적 V3는 아래와 같이 구할 수 있고, 0.5D는 원뿔의 밑면의 반지름이고, (√3/2)D는 원뿔의 높이이고, V1은 0.5d의 반지름을 가지는 밑변과 높이 (√3/2)d를 가지는 원뿔의 체적에 해당된다.
V2=(1/3)×π×(0.5d)2×(√3/2)d
따라서, 도 6a 및 도 6b에 도시된 영역의 부피 V0=V1-V2-V3로 구할 수 있고, P1을 고체 사파이어의 밀도라고 하고, P2를 액체 사파이어(사파이어 용융액)의 밀도라고 할 때, 상술한 센서에서 측정되는 도 6a 및 도 6b에 도시된 영역의 무게 W0는 V0×(P1-P2)이다.
따라서, 사파이어 잉곳 성장 장치에서 센서에서 W0를 측정하고, 동일한 장비에서 새로이 알루미나 용융액으로부터 사파이어 잉곳을 성장할 때는, 센서에서 부울의 무게를 측정하여 W0에 이르렀을 때 목부의 성장을 중단하고 견부를 성장시킬 수 있다.
이상과 같이 실시예는 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 챔버 20: 지지대
30: 도가니 40: 알루미나 용융액
50: 부울 62: 시드 연결부
80: 히터
92: 상부 단열재 94: 측면 단열재
96: 하부 단열재
100: 사파이어 잉곳 성장 장치

Claims (8)

  1. 알루미나 용융액을 수용하고, 상부에 오픈 영역이 형성된 도가니;
    상기 도가니의 외부의 측면과 바닥면에 배치되어, 상기 도가니를 가열하는 히터;
    상기 도가니를 지지하는 지지대;
    상기 지지대와 연결되고, 도가니를 둘러싸고 배치되는 챔버;
    상기 오픈 영역의 주변에 배치되고, 상기 알루미나 용융액으로부터 성장되는 부울의 목부(neck)의 크기를 측정하는 가이드; 및
    상기 부울의 무게를 측정하는 센서를 포함하는 사파이어 잉곳 성장 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 오픈 영역은 상기 부울의 성장을 위한 시드가 출입하는 영역이고, 상기 가이드는 상기 알루미나 용융액으로부터 기설정된 높이까지 연장되어 배치되는 사파이어 잉곳 성장 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 가이드는 몰리브덴을 포함하는 사파이어 잉곳 성장 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 부울의 성장을 위한 시드를 출입시키는 시드 케이블에 연결된 사파이어 잉곳 성장 장치.
  5. 도가니의 제1 알루미나 용융액에 시드를 담그고 목부를 성장시키고, 상기 목부의 횡단면적의 반지름이 기설정된 크기가 될 때 상기 사파이어 부울의 무게를 측정하고, 상기 사파이어 부울의 견부와 몸통부를 성장시켜서 제1 사파이어 단결정 잉곳을 성장시키는 단계; 및
    상기 도가니에 제2 알루미나 용융액을 장입하고 용융한 후, 상기 알루미나 용융액으로부터 제2 사파이어 단결정 잉곳을 성장시키는 단계를 포함하고,
    상기 제2 사파이어 단결정 잉곳을 성장시키는 단계에서, 부울의 무게가 상기 측정된 무게에 도달할 때 견부의 성장을 시작하는 사파이어 잉곳 성장 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 부울 무게의 측정은 상기 시드에 연결된 센서로부터 구하는 사파이어 잉곳 성장 방법.
  7. 제5 항 또는 제6 항에 있어서,
    상기 목부의 횡단면적이 최대로 성장하기 이전의 제1 반지름과, 상기 목부의 횡단면적이 최대로 성장한 이후의 제2 반지름으로부터, 상기 제1 반지름과 제2 반지름의 영역 사이의 목부의 무게를 구하여 상기 무게에 도달하였을 때 견부의 성장을 시작하는 사파이어 잉곳 성장 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 반지름과 제2 반지름의 영역 사이의 목부의 무게 W0는, W0=V0×(P1-P2)이고, 여기서 V0는 상기 제1 반지름과 제2 반지름의 영역 사이의 목부의 부피이고, P1은 고체 사파이어의 밀도이고 P2는 사파이어 용융액의 밀도인 사파이어 잉곳 성장 방법.
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