KR20150078699A - 사파이어 단결정 성장 챔버의 분위기 온도 측정 장치 및 방법 - Google Patents

사파이어 단결정 성장 챔버의 분위기 온도 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사파이어 단결정 성장 챔버 내부의 용탕 온도를 간접적으로 정확하게 추정할 수 있게 하는 사파이어 단결정 성장 챔버의 분위기 온도 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 상방에 개구가 형성되고, 사파이어 용탕을 수용할 수 있는 챔버 몸체의 개구에 조립되어 상기 챔버 몸체를 밀폐할 수 있는 챔버 뚜껑; 상기 챔버 몸체에 수용된 사파이어 용탕의 온도를 간접적으로 측정할 수 있도록 상기 챔버 뚜껑에 설치되고, 상기 챔버 몸체의 내부 가스의 분위기 온도를 측정하는 적어도 하나의 분위기 온도 센서; 및 상기 분위기 온도 센서로부터 분위기 온도 측정치를 인가받아 상기 사파이어 용탕의 용탕 온도 추정치를 산출하는 온도 산출 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

사파이어 단결정 성장 챔버의 분위기 온도 측정 장치 및 방법{apparatus and method for measuring atmosphere temperature of sapphire single crystal growing chamber}
본 발명은 사파이어 단결정 성장 챔버의 분위기 온도 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사파이어 단결정 성장 챔버 내부의 용탕 온도를 간접적으로 정확하게 추정할 수 있게 하는 사파이어 단결정 성장 챔버의 분위기 온도 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 사파이어 단결정을 성장시키기 위해서 씨드(seed)를 씨드 샤프트에 매달아서 챔버 내의 용탕 표면과 접촉시키고, 이를 천천히 끌어 올려 씨드에 단결정 사파이어 잉곳이 형성되게 한다.
이러한 씨드 성장 작업은 오랜 기간 동안 훈련된 숙련자들이 뷰포트로 육안 확인에 의존하여 오로지 수작업으로 과거의 경험과 감각을 토대로 이루어지는 것으로서, 작업의 균일성과 반복성을 보장할 수 없었다.
한편, 챔버 내부의 용탕의 온도는 대략 1600도 이상의 고온으로 이에 직접적으로 접촉되어 지속적으로 온도를 측정하면서 충분히 견딜 수 있는 센서는 없다.
따라서, 종래에는 작업자가 단결정 성장에 필요한 정확한 용탕 온도를 뷰포트 등 육안으로 확인하면서 오로지 경험과 감각에 의존하여 작업을 수행하였다.
그러나, 이러한 작업자의 경험과 감각에 의존한 온도 추정 방법은 매우 부정확한 것으로서, 고도의 숙련도와 감각에 의존해야 하기 때문에 생산성이 크게 떨어지고, 숙련된 작업자가 없는 경우 양질의 제품을 생산하기 어려우며, 제품의 균일도가 크게 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 사파이어 단결정 성장 챔버의 분위기 온도를 간접적으로 측정하고, 이를 공식적으로 유추하여 용탕의 온도를 정확하게 추정함으로써 초보자라도 작업을 쉽게 수행할 수 있고, 작업 시간 및 비용을 크게 감소시켜서 생산성을 극대화할 수 있고, 양질의 제품을 균일한 품질로 반복 생산할 수 있게 하는 사파이어 단결정 성장 챔버의 분위기 온도 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 사파이어 단결정 성장 챔버의 분위기 온도 측정 장치는, 사파이어 용탕을 수용할 수 있는 챔버 몸체의 개구에 조립되어 상기 챔버 몸체를 밀폐할 수 있는 챔버 뚜껑; 상기 챔버 몸체에 수용된 사파이어 용탕의 온도를 간접적으로 측정할 수 있도록 상기 챔버 뚜껑에 설치되고, 상기 챔버 몸체의 내부 가스의 분위기 온도를 측정하는 적어도 하나의 분위기 온도 센서; 및 상기 분위기 온도 센서로부터 분위기 온도 측정치를 인가받아 상기 사파이어 용탕의 용탕 온도 추정치를 산출하는 온도 산출 제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 분위기 온도 센서는, 상기 챔버 뚜껑을 관통하여 설치되는 써모커플(Thermocouple)을 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 분위기 온도 센서는, 선단이 상기 챔버 뚜껑을 관통하여 설치되고, 후단에 플랜지부가 형성되는 제 1 하우징; 상기 제 1 하우징의 플랜지부에 고정구로 조립되고, 상기 제 1 하우징과의 사이에 씰링부재가 설치되는 제 2 하우징; 및 상기 제 1 하우징과 제 2 하우징을 관통하여 설치되는 써모커플 로드;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 챔버 뚜껑의 중앙부에는 씨드가 부착된 로드 샤프트가 관통되는 로드 샤프트 포트(rod shaft port)와 뷰포트(viewport)가 설치되고, 상기 분위기 온도 센서는, 상기 챔버 뚜껑의 중앙을 기준으로 전후좌우 방향에 각각 1개씩 총 4개가 설치되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 온도 산출 제어부는, 최초 분위기 온도와 가열 이전 사파이어 온도를 같다고 보고, 사파이어가 가열되는 동안, 가열 구간에서 분위기 온도와 사파이어의 온도가 모두 비례적으로 증가한다고 가정하고, 이미 알려진 사파이어 용탕의 녹는 온도에 도달되었을 때의 분위기 온도와 녹는 온도와의 실제 온도 차이값을 산출하는 온도 차이값 산출 회로부; 녹는 온도 대비 측정된 분위기 온도의 비례치를 산출하는 비례치 산출 회로부; 및 이후 디가스싱 온도 구간이나, 대류 안정화 온도 구간이나, 넥 성장 구간이나 보디 성장 구간에서의 온도 추정시, 측정된 분위기 온도에 상기 온도 차이값과 상기 비례치와 곱한 값을 더하여 최종 용탕 온도 추정치를 산출하는 온도 추정치 산출 회로부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 온도 산출 제어부는, 복수개의 상기 분위기 온도 센서들 중 특정 분위기 온도 센서의 측정치가 나머지 분위기 온도 센서들의 측정치 평균 보다 설정 범위를 넘는 경우, 특정 분위기 온도 센서의 측정치는 산출 과정에서 제외하고, 특정 분위기 온도 센서 이상 감지 신호를 출력하는 고장 센서 감지 회로부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 온도 산출 제어부는, 복수개의 상기 분위기 온도 센서들에서 측정된 분위기 온도 측정치의 온도에 따른 편차를 고려하여 상기 용탕 온도 추정치를 보정하는 편차 보정 회로부;를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 사파이어 단결정 성장 챔버의 분위기 온도 측정 방법은, 챔버 몸체의 개구에 조립되어 상기 챔버 몸체를 밀폐할 수 있는 챔버 뚜껑에 상기 챔버 몸체의 내부 가스의 분위기 온도를 측정하는 적어도 하나의 분위기 온도 센서를 이용하여 단결정 성장 챔버의 분위기 온도를 측정하는 방법에 있어서, 사파이어 용탕의 녹는 온도에 도달되었을 때의 분위기 온도와 녹는 온도와의 실제 온도 차이값을 산출하는 단계와, 녹는 온도 대비 측정된 분위기 온도의 비례치를 산출하는 단계; 및 측정된 분위기 온도에 상기 온도 차이값과 상기 비례치를 곱한 값을 더하여 최종 용탕 온도 추정치를 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 온도 측정의 정밀도를 향상시켜서 작업자의 작업 능률을 극대화할 수 있고, 초보자라도 쉽게 용탕의 정확한 온도를 알 수 있으며, 작업 시간 및 비용을 크게 감소시켜서 생산성을 높이고, 제품의 품질 균일성과 반복 생산성을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 사파이어 단결정 성장 챔버의 분위기 온도 측정 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.
도 3은 도 2의 분위기 온도 센서를 나타내는 확대 단면도이다.
도 4는 도 3의 온도 산출 제어부의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 사파이어 단결정 성장 챔버의 분위기 온도 측정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 도 5의 사파이어 단결정 성장 챔버의 분위기 온도 측정 방법을 나타내는 용탕의 온도 추정 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 사파이어 단결정 성장 챔버의 분위기 온도 측정 장치(100)를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 단면도이고, 도 3은 도 2의 분위기 온도 센서(30)를 나타내는 확대 단면도이다.
먼저, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 사파이어 단결정 성장 챔버의 분위기 온도 측정 장치(100)는, 챔버 몸체(10)와, 챔버 뚜껑(20)과, 분위기 온도 센서(30) 및 온도 산출 제어부(40)를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 챔버 몸체(10)는, 상방에 개구(10a)가 형성되고, 내부에 사파이어 용탕(1)을 수용할 수 있는 챔버의 몸체 부분이다.
이러한 상기 챔버 몸체(10)의 내부에는 히터가 설치될 수 있고, 상기 히터를 이용하여 사파이어를 녹는 점 이상으로 가열할 수 있으며, 녹은 사파이어 용탕(1)을 수용할 수 있는 수용 공간이 형성될 수 있다.
또한, 상기 챔버 뚜껑(20)은, 상기 챔버 몸체(10)의 개구(10a)에 조립되어 상기 챔버 몸체(10)을 밀폐할 수 있는 것으로서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 챔버 뚜껑(20)의 중앙부에는 씨드(S)가 부착된 씨드 샤프트(2)가 관통되는 씨드 샤프트 포트(3)(rod shaft port)와 뷰포트(4)(viewport)가 설치될 수 있고, 이외에도 상기 챔버 몸체(10)의 내부에 쿨링 가스를 인입할 수 있는 쿨링 가스 포트(5) 및 상기 뷰포트(4)를 선택적으로 차단할 수 있는 뷰포트 서터(6) 등이 추가로 설치될 수 있다.
또한, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 분위기 온도 센서(30)는, 상기 챔버 몸체(10)에 수용된 사파이어 용탕(1)의 온도를 간접적으로 측정할 수 있도록 상기 챔버 뚜껑(20)에 설치되고, 상기 챔버 몸체(10)의 내부 가스(G)의 분위기 온도를 측정하는 센서로서, 상기 챔버 뚜껑(20)을 관통하여 설치되는 써모커플(Thermocouple)을 포함할 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 분위기 온도 센서(30)는, 상기 챔버 뚜껑(20)의 중앙을 기준으로 전방에 설치되는 전방 분위기 온도 센서(30-1)와, 후방에 설치되는 후방 분위기 온도 센서(30-2)와, 좌측에 설치되는 좌측 분위기 온도 센서(30-3) 및 우측에 설치되는 우측 분위기 온도 센서(30-4)를 포함하여 총 4개가 설치될 수 있다.
따라서, 상기 챔버 몸체(10)의 내부에서 발생된 고온의 가스가 대류 현상에 의해서 상기 챔버 뚜껑(20)을 따라 전후좌우 어느 방향으로 유동되더라도 가스의 정확한 온도 측정이 가능하다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 분위기 온도 센서(30)는, 선단이 상기 챔버 뚜껑(20)을 관통하여 설치되고, 후단에 플랜지부(F)가 형성되는 제 1 하우징(31)과, 상기 제 1 하우징(31)의 플랜지부(F)에 고정구(33)로 조립되고, 상기 제 1 하우징(31)과의 사이에 씰링부재(34)가 설치되는 제 2 하우징(32) 및 상기 제 1 하우징(31)과 제 2 하우징(32)을 관통하여 설치되는 써모커플 로드(35)를 포함할 수 있다.
따라서, 이러한 구조로 인해 상기 분위기 온도 센서(30)들 중 어느 하나에 고장이 발생되면 상기 제 1 하우징(31)과 상기 제 2 하우징(32)를 쉽게 분리하여 부품을 교체 및 수리하는 것이 가능하다.
또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 온도 산출 제어부(40)는, 상기 분위기 온도 센서(30)로부터 분위기 온도 측정치를 인가받아 상기 사파이어 용탕(1)의 용탕 온도 추정치를 산출하는 제어부이다.
도 4는 도 3의 온도 산출 제어부(40)의 일례를 나타내는 블록도이고, 도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 사파이어 단결정 성장 챔버의 분위기 온도 측정 방법을 나타내는 순서도이고, 도 6은 도 5의 사파이어 단결정 성장 챔버의 분위기 온도 측정 방법을 나타내는 용탕의 온도 추정 그래프이다.
도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 온도 산출 제어부(40)는, 온도 차이값 산출 회로부(41)와, 비례치 산출 회로부(42)와, 온도 추정치 산출 회로부(43)와, 고장 센서 감지 회로부(44) 및 편차 보정 회로부(45) 등을 포함할 수 있다.
여기서, 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 온도 차이값 산출 회로부(41)는, 최초 분위기 온도와 가열 이전 사파이어 온도를 같다고 보고, 사파이어가 가열되는 동안, 도 6의 가열 구간(S1)에서 분위기 온도와 사파이어의 온도가 모두 비례적으로 증가한다고 가정하고, 이미 알려진 사파이어 용탕의 녹는 온도(MT)에 도달되었을 때의 분위기 온도(T1)와 녹는 온도와의 실제 온도 차이값(d1)을 산출하는 회로부일 수 있다.
또한, 상기 비례치 산출 회로부(42)는, 녹는 온도 대비 측정된 분위기 온도의 비례치(T1/MT)를 산출하는 회로부일 수 있다.
또한, 상기 온도 추정치 산출 회로부(43)는, 이후 디가스싱 온도 구간(S2)이나, 대류 안정화 온도 구간(S3)이나, 넥 성장 구간(S4)이나 보디 성장 구간(S5)에서의 온도 추정시, 측정된 분위기 온도(T2)에 상기 온도 차이값(d1)을 비례치(T1/MT)와 곱한 추정 차이값(d2)을 더하여 최종 용탕 온도 추정치(T3=T2+d2, 여기서, d2=T1/MT)를 산출하는 회로부일 수 있다.
따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상술된 상기 온도 차이값 산출 회로부(41)와, 비례치 산출 회로부(42)와, 온도 추정치 산출 회로부(43)를 이용하여 단결정 성장 챔버의 분위기 온도를 측정 방법을 설명하면, (a) 최초 분위기 온도와 가열 이전 사파이어 온도를 같다고 보고, 사파이어가 가열되는 동안, 가열 구간(S1)에서 분위기 온도와 사파이어의 온도가 모두 비례적으로 증가한다고 가정하고, 이미 알려진 사파이어 용탕의 녹는 온도(MT)에 도달되었을 때의 분위기 온도(T1)와 녹는 온도와의 실제 온도 차이값(d1)을 산출하는 단계와, (b) 녹는 온도 대비 측정된 분위기 온도의 비례치(T1/MT)를 산출하는 단계 및 (c) 이후 디가스싱 온도 구간(S2)이나, 대류 안정화 온도 구간(S3)이나, 넥 성장 구간(S4)이나 보디 성장 구간(S5)에서의 온도 추정시, 측정된 분위기 온도(T2)에 상기 온도 차이값(d1)을 상기 비례치(T1/MT)와 곱한 추정 차이값(d2)값을 더하여 최종 용탕 온도 추정치T3=T2+d2, 여기서, d2=T1/MT)를 산출하는 단계를 수행할 수 있다.
그러므로, 이러한 단계들을 수행함으로써 작업자의 경험치나 감각에 의존하지 않고도 정확한 온도 데이터를 얻을 수 있어서, 작업자의 생산성을 높이고, 양질의 제품을 생산할 수 있는 이점이 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 고장 센서 감지 회로부(44)는 복수개의 상기 분위기 온도 센서(30-1)(30-2)(30-3)(30-4)들 중 특정 분위기 온도 센서의 측정치가 나머지 분위기 온도 센서들의 측정치 평균 보다 설정 범위를 넘는 경우, 특정 분위기 온도 센서의 측정치는 산출 과정에서 제외하고, 특정 분위기 온도 센서 이상 감지 신호를 출력하는 회로부이다.
따라서, 이러한 상기 고장 센서 감지 회로부(44)를 이용하여 작업자는 고장된 분위기 온도 센서를 쉽게 판별하여 수리 및 교체할 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 편차 보정 회로부(45)는, 복수개의 상기 분위기 온도 센서(30-1)(30-2)(30-3)(30-4)들에서 측정된 분위기 온도 측정치의 온도에 따른 편차를 고려하여 상기 용탕 온도 추정치를 보정하는 회로이다.
따라서, 상기 편차 보정 회로부(45)를 이용하여 예를 들면, 특정 온도에서 가스의 대류가 많이 발생되는 경우, 상기 분위기 온도 센서(30-1)(30-2)(30-3)(30-4)들의 편차가 심해지는 경향을 참조하여 용탕 온도를 추정할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
S: 씨드
1: 용탕
2: 씨드 샤프트
3: 씨드 샤프트 포트
4: 뷰포트
5: 쿨링 가스 포트
6: 뷰포트 서터
10: 챔버 몸체
10a: 개구
20: 챔버 뚜껑
G: 가스
30: 분위기 온도 센서
30-1: 전방 분위기 온도 센서
30-2: 후방 분위기 온도 센서
30-3: 좌측 분위기 온도 센서
30-4: 우측 분위기 온도 센서
31: 제 1 하우징
32: 제 2 하우징
33: 고정구
34: 씰링부재
35: 써모커플 로드
40: 온도 산출 제어부
41: 온도 차이값 산출 회로부
42: 비례치 산출 회로부
43: 온도 추정치 산출 회로부
44: 고장 센서 감지 회로부
45: 편차 보정 회로부
100: 분위기 온도 측정 장치
F: 플랜지부
S1: 가열 구간
S2: 디가스싱 온도 구간
S3: 대류 안정화 온도 구간
S4: 넥 성장 구간
S5: 보디 성장 구간
MT: 녹는 온도
T1, T2: 분위기 온도
d1, d2: 온도 차이값
T3: 최종 용탕 온도 추정치

Claims (8)

  1. 사파이어 용탕을 수용할 수 있는 챔버 몸체의 개구에 조립되어 상기 챔버 몸체를 밀폐할 수 있는 챔버 뚜껑;
    상기 챔버 몸체에 수용된 사파이어 용탕의 온도를 간접적으로 측정할 수 있도록 상기 챔버 뚜껑에 설치되고, 상기 챔버 몸체의 내부 가스의 분위기 온도를 측정하는 적어도 하나의 분위기 온도 센서; 및
    상기 분위기 온도 센서로부터 분위기 온도 측정치를 인가받아 상기 사파이어 용탕의 용탕 온도 추정치를 산출하는 온도 산출 제어부;
    를 포함하는 사파이어 단결정 성장 챔버의 분위기 온도 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분위기 온도 센서는, 상기 챔버 뚜껑을 관통하여 설치되는 써모커플(Thermocouple)을 포함하는 것인 사파이어 단결정 성장 챔버의 분위기 온도 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 분위기 온도 센서는,
    선단이 상기 챔버 뚜껑을 관통하여 설치되고, 후단에 플랜지부가 형성되는 제 1 하우징;
    상기 제 1 하우징의 플랜지부에 고정구로 조립되고, 상기 제 1 하우징과의 사이에 씰링부재가 설치되는 제 2 하우징; 및
    상기 제 1 하우징과 제 2 하우징을 관통하여 설치되는 써모커플 로드;
    를 포함하는 것인 사파이어 단결정 성장 챔버의 분위기 온도 측정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버 뚜껑의 중앙부에는 씨드가 부착된 로드 샤프트가 관통되는 로드 샤프트 포트(rod shaft port)와 뷰포트(viewport)가 설치되고,
    상기 분위기 온도 센서는, 상기 챔버 뚜껑의 중앙을 기준으로 전후좌우 방향에 각각 1개씩 총 4개가 설치되는 것인 사파이어 단결정 성장 챔버의 분위기 온도 측정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 산출 제어부는,
    최초 분위기 온도와 가열 이전 사파이어 온도를 같다고 보고, 사파이어가 가열되는 동안, 가열 구간에서 분위기 온도와 사파이어의 온도가 모두 비례적으로 증가한다고 가정하고, 이미 알려진 사파이어 용탕의 녹는 온도에 도달되었을 때의 분위기 온도와 녹는 온도와의 실제 온도 차이값을 산출하는 온도 차이값 산출 회로부;
    녹는 온도 대비 측정된 분위기 온도의 비례치를 산출하는 비례치 산출 회로부; 및
    이후 디가스싱 온도 구간이나, 대류 안정화 온도 구간이나, 넥 성장 구간이나 보디 성장 구간에서의 온도 추정시, 측정된 분위기 온도에 상기 온도 차이값과 상기 비례치와 곱한 값을 더하여 최종 용탕 온도 추정치를 산출하는 온도 추정치 산출 회로부;
    를 포함하는 단결정 성장 챔버의 분위기 온도 측정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 산출 제어부는,
    복수개의 상기 분위기 온도 센서들 중 특정 분위기 온도 센서의 측정치가 나머지 분위기 온도 센서들의 측정치 평균 보다 설정 범위를 넘는 경우, 특정 분위기 온도 센서의 측정치는 산출 과정에서 제외하고, 특정 분위기 온도 센서 이상 감지 신호를 출력하는 고장 센서 감지 회로부;
    를 더 포함하는 사파이어 단결정 성장 챔버의 분위기 온도 측정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 산출 제어부는,
    복수개의 상기 분위기 온도 센서들에서 측정된 분위기 온도 측정치의 온도에 따른 편차를 고려하여 상기 용탕 온도 추정치를 보정하는 편차 보정 회로부;
    를 더 포함하는 사파이어 단결정 성장 챔버의 분위기 온도 측정 장치.
  8. 챔버 몸체의 개구에 조립되어 상기 챔버 몸체를 밀폐할 수 있는 챔버 뚜껑에 상기 챔버 몸체의 내부 가스의 분위기 온도를 측정하는 적어도 하나의 분위기 온도 센서를 이용하여 단결정 성장 챔버의 분위기 온도를 측정하는 방법에 있어서,
    사파이어 용탕의 녹는 온도에 도달되었을 때의 분위기 온도와 녹는 온도와의 실제 온도 차이값을 산출하는 단계;
    녹는 온도 대비 측정된 분위기 온도의 비례치를 산출하는 단계; 및
    측정된 분위기 온도에 상기 온도 차이값과 상기 비례치를 곱한 값을 더하여 최종 용탕 온도 추정치를 산출하는 단계;
    를 포함하는 사파이어 단결정 성장 챔버의 분위기 온도 측정 방법.


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