KR20160000258A - 사파이어 단결정의 제조장치 - Google Patents

사파이어 단결정의 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사파이어 단결정의 제조장치에 관한 것으로서, 단열재가 구비된 벽체부와, 사파이어 단결정의 원자재가 장입되는 도가니부와, 이 도가니부를 가열하는 가열부와, 도가니부에서 사파이어 단결정을 성장시키도록 시드를 승강시키는 승강부와, 도가니부를 지지하는 지지부와, 벽체부의 내부에 설치된 커버부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 벽체부의 내부에 커버부를 설치함으로써, 사파이어 단결정의 성장시 발생되는 해리 가스와 벽체부의 카본 단열재와의 반응을 억제하고, 그 결과 오염물질의 생성을 방지하여 사파이어의 수율을 향상시키고, 카본 단열재의 수명을 연장시켜 사파이어 단결정의 제조비용을 절감할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

사파이어 단결정의 제조장치{Apparatus for manufacturing sapphire single crystal}
본 발명은 사파이어 단결정의 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 성장로의 도가니에 원자재를 장입하고 가열하여 사파이어 단결정을 성장시키는 사파이어 단결정의 제조장치에 관한 것이다.
반도체 직접회로, 발광 다이오드, 데이터 저장 장치, 광 탐지기 등과 같이 현대의 정밀한 전자 제품에 소요되는 많은 소자들은 일반적으로 단결정으로부터 제조된다.
예를 들면, 반도체 직접회로는 실리콘 단결정 기판에서 제조되며, 발광다이오드, 데이터 저장장치, 광 탐지기 등과 같은 소자들은 일반적으로 사파이어 단결정 기판으로부터 제조된다.
특히, 친환경적이고 저전력소비를 위한 LED(Light-Emitting Diode)에 관련된 각종 사업영역이 확장됨에 따라, LED의 제조시 사용되는 사파이어 기판재료에 대한 대구경화 및 대량 생산화가 요구되고 있다.
이러한, 사파이어 기판은 잉곳이라고 불리는 덩어리를 절단하여 형성되며, 이러한 잉곳을 제조하는 방법으로는 쵸크랄스키(Czochralski)법 및 카이로플러스(kyropoulos)법 등과 같이 다양한 제조방법이 알려져 있다.
이와 같은 사파이어 잉곳의 제조방법은 도가니에 알루미나 원재료를 충진하여 가열 및 용융시킨 후, 사파이어 시드(seed)를 용융체로 하향 및 접촉시킨 후, 제어된 속도로 인상시키거나 그대로 온도를 낮춤으로써, 시드에 용융물이 점진적으로 부착되어 잉곳이 형성되도록 하는 방법이다.
더욱 상세하게, 쵸크랄스키법은 회전 인상법이라도 불리며, 시드(seed) 결정을 알루미나 용액의 표면에 접촉시킨 후, 회전을 진행하면서 인상시켜 단결정을 제조하는 방법이다.
이러한 쵸크랄스키법은 직경조절이 자유롭고 길이가 길어 생산성이 높다는 장점이 있으나, 사파이어 단결정과 같이 취성이 큰 재료의 결정 성장에서는 높은 온도구배와 결정을 회전 인상하면서 풀러(Puller)에 의해 생기는 진동이나 코어부의 응력집중으로 단결정의 직경이 제한되고, 성장 후 용융액이 도가니에 일부 남게되는 문제를 가지고 있다.
또한, 이 제조방법은 빠른 결정성장 속도를 유도할 수 있어 생산성에 장점을 가지고 있으나, 단결정의 형상이 원통형에 한정되고, 성장 중 인상(pulling)에 의해서 야기되는 진동이나 도가니 내의 요동 등에 의하여 결정 결함의 발생 가능성이 있으며, 높은 온도구배로 인해 임계크기 이상이 되면 균열이 발생되기 쉽다는 문제점을 갖고 있다.
반면, 카이로플러스법은 쵸크랄스키법과 유사하나 단결정을 회전시키지 않고, 초기성장단계에서만 약간의 인상을 진행하고, 이후 성장은 자연냉각을 통해 단결정을 성장시키는 방법이다.
이 제조방법은 성장된 결정의 결함이 적고, 대형결정의 성장이 가능하며, 설비가격이 쵸크랄스키법에 비해 낮다는 장점을 가지고 있다. 따라서 최근에는 사파이어 단결정이 한국 등록특허공보 제10-0573525호(2006년 4월 26일자)에 개시된 바와 같은 카이로플러스법에 의한 사파이어 단결정의 제조장치에 의해 제조되고 있다.
카이로플러스법에 의한 종래의 사파이어 단결정의 제조장치는, 2100℃ 이상의 효과적인 발열을 위해 텅스텐 히터를 사용하며, 텅스텐 히터의 발열을 위해 성장로를 밀폐하여 고진공(1×10-3torr ∼ 1×10-6torr)상태를 구현해야 하며, 이를 위해 도가니 내부의 공기를 흡입하기 위한 진공펌프가 설치되어 있다.
또한, 성장로의 내부의 열을 보온하고 가열하기 위해서 카본계열의 단열재와 흑연(graphite) 재질의 히터(Heater)를 사용할 수도 있다. 하지만, 카본계열의 단열재와 흑연(graphite) 재질의 히터(Heater)를 사용하는 경우에는 사파이어 결정성장 중에 Ar 및 환원분위기의 적용이 필요하다. 하지만 사파이어의 용융시 배출되는 가스는 다량의 활성산소를 포함하기 때문에 카본(Carbon)으로 구성된 히터 혹은 단열재와 접촉시 반응이 발생된다.
다시 말해, 상기 성장로에서 환원분위기를 구성하더라도, 다량의 활성산소와 단열재의 반응은 불가피하고, 성장 회수에 따라 오염물 발생 증가를 동반한 단열재의 기능저하가 발생되는 문제가 있다.
특히, 단열재의 산화반응은 카본의 산화를 유도하고, 이는 성장잉곳에 침투하여 사파이어 제품의 착색을 유발한다. 즉 단열재의 산화반응으로 인한 오염물질의 증가는 사파이어 단결정의 수율을 저하시키는 원인이 된다.
더욱이, 산화된 단열재는 그 기능의 저하 뿐만 아니라 열손실(heat loss)이 발생되어 단열재의 수명을 감소시키고 그의 교환시기가 단축되며, 이로 인해 사파이어 단결정의 제조비용이 상승되는 문제가 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-0573525호 (2006년 4월 26일)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 사파이어 단결정의 성장시 발생되는 해리 가스와 벽체부의 카본 단열재와의 반응을 억제하여 오염물질의 생성을 방지하기 위해 커버부를 도입하고, 그 결과 사파이어의 수율을 향상시키고, 카본 단열재의 수명을 연장시켜 사파이어 단결정의 제조비용을 절감할 수 있는 사파이어 단결정의 제조장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 가열부에 의한 열변형을 최소화하는 동시에 사파이어 단결정의 성장시 발생되는 해리 가스에 대한 차단효율을 향상시킬 수 있는 사파이어 단결정의 제조장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 사파이어 단결정의 성장시 발생되는 해리 가스와의 반응성을 저하시킬 수 있는 사파이어 단결정의 제조장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 사파이어 단결정의 성장시 발생되는 해리 가스와 카본 단열재와의 접촉을 벽체부의 내부 상부공간에서 차단할 수 있는 사파이어 단결정의 제조장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 사파이어 단결정의 성장시 발생되는 해리 가스와 카본 단열재와의 접촉을 벽체부의 내부 상부공간과 측벽공간에서 차단할 수 있는 사파이어 단결정의 제조장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 사파이어 단결정의 성장시 발생되는 해리 가스와 카본 단열재와의 접촉을 도가니부의 상부공간에서 차단할 수 있는 사파이어 단결정의 제조장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 사파이어 단결정의 성장시 발생되는 해리 가스와 카본 단열재와의 접촉을 도가니부의 상부공간과 벽체부의 내부 측벽공간에서 차단할 수 있는 사파이어 단결정의 제조장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 카본 단열재가 구비된 벽체부(10); 상기 벽체부(10)의 내부에 설치되어 사파이어 단결정의 원자재가 장입되는 도가니부(20); 상기 도가니부(20)의 둘레에 설치되어 상기 도가니부(20)를 가열하는 가열부(30); 상기 도가니부(20)의 상부에 승강하도록 설치되어 상기 도가니부(20)에서 사파이어 단결정을 성장시키도록 시드를 승강시키는 승강부(40); 상기 도가니부(20)의 하부에 입설되어 상기 도가니부(20)를 지지하는 지지부(50); 및 상기 도가니부(20)에서 발생된 사파이어 해리 가스로부터 상기 벽체부(10)의 카본 단열재의 내측 표면을 보호하도록 상기 벽체부(10)의 내부에 설치된 커버부(60);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 커버부(60)는, 1∼10 ㎜ 두께의 금속재질의 판재로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 상기 금속재질의 판재는, 몰리브덴(Mo) 또는 탄탈(Ta) 재질의 판재로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 커버부(60)는, 상기 벽체부(10)의 내부 상부공간에 수평으로 설치된 제1 커버를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 상기 커버부(60)는, 상기 제1 커버의 외곽둘레에 하방으로 절곡형성된 제2 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제1 커버와 상기 제2 커버는, 상기 도가니부(20)의 상부공간을 커버링하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 상기 제2 커버는, 하방으로 확장형성되도록 상기 제1 커버의 외곽둘레에 외향으로 경사지게 절곡되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 커버부(60)는, 상기 벽체부(10)의 내부 상부공간에 하방으로 확장형성되도록 경사지게 설치된 제3 커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 벽체부의 내부에 커버부를 설치함으로써, 사파이어 단결정의 성장시 발생되는 해리 가스와 벽체부의 카본 단열재와의 반응을 억제하고, 그 결과 오염물질의 생성을 방지하여 사파이어의 수율을 향상시키고, 카본 단열재의 수명을 연장시켜 사파이어 단결정의 제조비용을 절감할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 커버부의 금속재질의 판재의 두께를 소정치수로 한정함으로써, 가열부에 의한 열변형을 최소화하는 동시에 사파이어 단결정의 성장시 발생되는 해리 가스에 대한 차단효율을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 커버부의 금속재질을 몰리브덴(Mo) 또는 탄탈(Ta) 재질로 형성함으로써, 사파이어 단결정의 성장시 발생되는 해리 가스와의 반응성을 저하시킬 수 있게 된다.
또한, 커버부로서 벽체부의 내부 상부공간에 수평으로 설치된 제1 커버를 구비함으로써, 사파이어 단결정의 성장시 발생되는 해리 가스와 카본 단열재와의 접촉을 벽체부의 내부 상부공간에서 차단할 수 있게 된다.
또한, 커버부로서 제1 커버의 외곽둘레에 하방으로 절곡형성된 제2 커버를 더 구비함으로써, 사파이어 단결정의 성장시 발생되는 해리 가스와 카본 단열재와의 접촉을 벽체부의 내부 상부공간과 측벽공간에서 차단할 수 있게 된다.
또한, 커버부로서 제1 커버와 제2 커버를 도가니부의 상부공간에 구비함으로써, 사파이어 단결정의 성장시 발생되는 해리 가스와 카본 단열재와의 접촉을 도가니부의 상부공간에서 차단할 수 있게 된다.
또한, 커버부로서 제2 커버를 하방으로 확장형성되도록 제1 커버의 외곽둘레에 외향으로 경사지게 절곡형성함으로써, 사파이어 단결정의 성장시 발생되는 해리 가스와 카본 단열재와의 접촉을 도가니부의 상부공간과 벽체부의 내부 측벽공간에서 차단할 수 있게 된다.
또한, 커버부로서 벽체부의 내부 상부공간에 하방으로 확장형성되도록 경사지게 설치된 제3 커버를 구비함으로써, 사파이어 단결정의 성장시 발생되는 해리 가스와 카본 단열재와의 접촉을 벽체부의 내부 상부공간과 측벽공간에서 차단할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 사파이어 단결정의 제조장치를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 의한 사파이어 단결정의 제조장치를 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 의한 사파이어 단결정의 제조장치의 변형예를 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 사파이어 단결정의 제조장치의 다른 변형예를 나타내는 구성도.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 의한 사파이어 단결정의 제조장치를 나타내는 구성도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 사파이어 단결정의 제조장치를 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 의한 사파이어 단결정의 제조장치를 나타내는 구성도이고, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 의한 사파이어 단결정의 제조장치의 변형예를 나타내는 구성도이고, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 사파이어 단결정의 제조장치의 다른 변형예를 나타내는 구성도이고, 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 의한 사파이어 단결정의 제조장치를 나타내는 구성도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 제1 실시예에 따른 사파이어 단결정의 제조장치는, 벽체부(10), 도가니부(20), 가열부(30), 승강부(40), 지지부(50), 커버부(60)를 포함하여 이루어져, 카이로플러스(kyropoulos) 공법에 의해 사파이어 단결정을 성장시키는 사파이어 단결정의 제조장치이다.
벽체부(10)는, 원통형상의 단열재가 구비된 단열벽으로서, 사파이어 단결정을 성장시키는 성장로의 외벽을 구성하게 되며, 단열벽(11) 및 내벽(12)을 포함하여 이루어져 있다.
단열벽(11)은 원통형상으로 형성된 단열부재로서, 단열벽(11)의 내부공간에 질소나 아르곤, 수소 및 이들의 혼합가스 등과 같은 불활성가스가 충진되어 있으며, 카본계열의 카본 단열재를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 벽체부(10)의 단열벽(11)의 상단 중앙부위에는 주입구가 형성되며 승강부(40)가 여기에 삽입되어 승강되고, 주입구의 둘레는 개방형으로 형성되어 있다.
이러한 주입구의 상부에는 냉기분사관이 설치될 수 있으며, 주입구를 통해서 승강부(40)의 하단에 질소나 아르곤, 및 환원분위기를 만들 수 있는 수소를 포함한 이들의 혼합가스와 같은 불활성가스의 냉기를 집중적으로 분사하여, 사파이어 단결정의 성장을 촉진시키게 된다.
내벽(12)은, 벽체부(10)의 단열벽(11)의 내부공간에 형성되며 카본 단결재로 이루어진 벽체로서, 벽체부(10)의 카본계열의 단열재와 도가니부(20) 내부의 사파이어 해리 가스가 접촉하여 오염물질이 생성되어 여기에 부착된다.
도가니부(20)는, 벽체부(10)의 내부에 설치되어 사파이어 원자재, 바람직하게는 사파이어 단결정의 원자재(100)가 장입되어 용융되도록 텅스텐(tungsten)이나 몰리브덴(molybdenum), 이들의 합금 등과 같은 금속재료로 제조된 도가니용기로 이루어져 있다.
특히, 이러한 도가니부(20)는 회전을 억제한 고정상태로 유지되면서 사파이어 단결정을 성장시키는 카이로플러스(kyropoulos) 공법에 적용되며, 이러한 사파이어 단결정은 사파이어 잉곳(200)과 같은 상태로 성장된다.
이러한 도가니부(20)에서는 사파이어 성장시 발생되는 Al2O3, Al2O, O2, 2O 등의 사파이어 해리 가스가 발생된다. 여기에서 발생된 사파이어 해리 가스는 벽체부(10)의 내벽(12)에 접촉하여 벽체부(11)의 카본 단열재를 구성하는 카본재와 반응하여 오염물질을 생성하게 된다.
가열부(30)는, 도가니부(20)의 측면 및 하면의 둘레에 설치되어 도가니부(20)를 가열하는 가열부재로서, 그라파이트(graphite) 재질의 카본재 히터로 이루어지며, 측면 히터(31)와 하면 히터(32)의 분리형으로 이루어져 있다.
측면 히터(31)는 도가니부(20)의 측면 둘레에 원통형상으로 형성된 히터로서 도가니부(20)의 측면을 가열하게 되고, 하면 히터(32)는 도가니부(20)의 하면 둘레에 원형으로 형성된 히터로서 도가니부(20)의 하면을 가열하게 된다.
승강부(40)는, 도가니부(20)의 상부에 승강하도록 설치되어 도가니부(20)에서 사파이어 단결정을 성장시키도록 시드를 하단에 매달아서 승강시키는 승강수단이다.
이러한 승강부(40)는, 도가니부(20)의 상단으로부터 50㎜이하의 거리를 0.1∼5.0㎜/hr의 속도로 시드를 상방으로 인상하며 사파이어 단결정을 성장시키게 된다.
지지부(50)는, 도가니부(20)의 하부에 입설되어 도가니부(20)의 하방을 지지하는 지지수단으로서, 텅스텐(tungsten)이나 몰리브덴(molybdenum), 이들의 합금 등과 같은 금속재료로 제조된다.
이러한 지지부(50)는 벽체부(10)의 하부에 고정되어 도가니부(20)의 회전을 억제하도록 지지하는 카이로플러스(kyropoulos) 공법으로 적용된다.
커버부(60)는, 도가니부(20)에서 발생된 사파이어 해리 가스로부터 상기 벽체부(10)의 카본 단열재의 내측 표면을 보호하여 벽체부(10)의 카본 단열재와 사파이어 해리 가스가 직접 접촉하여 생성되는 오염물질을 감소시키도록 벽체부(10)의 내부에 설치된 커버부재로서, 도가니부(20)에서 발생된 사파이어 해리 가스를 도가니부(20)의 상부에서 커버링하여 벽체부(10)의 카본 단열재와 사파이어 해리 가스와의 접촉을 차단하게 된다.
또한, 이러한 커버부(60)는, 1∼10 ㎜ 두께의 금속재질의 판재로 이루어져 있는 것이 바람직하다. 그 이유는 금속재질의 판재 두께가 1 ㎜ 보다 얇으면 사파이어 단결정의 성장시 가열부(30)에 의해 벽체부(10)의 내부가 고온상태로 유지되므로 열화되는 우려가 있고, 10 ㎜ 보다 두꺼우면 커버부(60)의 중량이 증가할 뿐만 아니라 원재료비 및 설치비용이 증가하기 때문이다.
또한, 이러한 금속재질의 판재로는, 사파이어 해리 가스를 포함한 사파이어 증기와 접촉시 반응성이 낮은 몰리브덴(Mo) 또는 탄탈(Ta) 재질의 판재로 이루어져 있는 것이 바람직하다.
제1 실시예의 커버부(60)는, 벽체부(10)의 내부 상부공간에 수평으로 설치된 제1 커버(61)를 포함하여 이루어져, 도가니부(20)에서 발생된 사파이어 해리 가스로부터 벽체부(10)의 내측 표면, 구체적으로 벽체부(10)의 내부 상벽을 커버링하게 된다.
따라서, 제1 실시예의 사파이어 단결정의 제조장치는, 제1 커버(61)에 의해 도가니부(20)에서 발생된 사파이어 해리 가스로부터 벽체부(10)의 내부 상벽을 커버링함으로써, 벽체부(10)의 카본 단열재를 구성하는 카본재와 사파이어 해리 가스와의 직접 접촉을 차단하여 벽체부(10)의 내측 표면에 오염물질의 생성을 감소시켜, 그 결과로 벽체부(10)의 내측 표면의 손상으로 인한 단열기능의 저하 및 단열재의 중량감소를 방지하고, 오염물질이 성장잉곳에 침투하여 사파이어 제품의 착색으로 인한 사파이어 제품의 수율저하를 방지할 수 있게 된다.
이하 도 2 내지 도 4를 참조해서 제2 실시예에 따른 사파이어 단결정의 제조장치를 구체적으로 설명한다.
제2 실시예의 사파이어 단결정의 제조장치는, 제1 실시예의 사파이어 단결정의 제조장치와 커버부(60)의 구성만 상이하고 다른 구성은 동일하므로, 동일한 구성에 대한 설명은 생략하고 커버부(60)의 구성만 설명한다.
도 2에 나타낸 바와 같이 제2 실시예의 커버부(60)는, 벽체부(10)의 내부 상부공간에 수평으로 설치된 제1 커버(61)와, 상기 제1 커버(61)의 외곽둘레에 하방으로 절곡형성된 제2 커버(62)를 포함하여 이루어진다.
제1 커버(61)는, 도가니부(20)에서 발생된 사파이어 해리 가스로부터 벽체부(10)의 내측 표면, 구체적으로 벽체부(10)의 내부 상벽을 커버링하게 되고, 제2 커버(62)는, 도가니부(20)에서 발생된 사파이어 해리 가스로부터 벽체부(10)의 내부 측벽을 커버링하게 된다.
또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 제1 커버(61)와 제2 커버(62)가 도가니부(20)의 상부공간에서 벽체부(10)의 내부 상벽과 측벽을 커버링하는 것도 가능함은 물론이다.
구체적으로 제1 커버(61)는 도가니부(20)의 상부공간에서 벽체부(10)의 내부 상벽부위에 설치되고 제2 커버(62)는 도가니부(20)의 상부공간에서 벽체부(10)의 내부 측벽부위에 설치되어, 도가니부(20)에서 발생된 사파이어 해리 가스로부터 도가니부(20)의 상부공간에서 벽체부(10)의 내부 상벽부위와 측벽부위를 커버링하게 된다.
또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 제2 커버(62)가 하방으로 확장형성되도록 제1 커버(61)의 외곽둘레에 외향으로 경사지게 절곡되어 있는 것도 가능함은 물론이다.
구체적으로 제1 커버(61)는 도가니부(20)의 상부공간에서 벽체부(10)의 상벽부위에 설치되고 제2 커버(62)는 벽체부(10)의 내부 측벽공간에 비스듬하게 경사지게 설치되어, 도가니부(20)에서 발생된 사파이어 해리 가스를 도가니부(20)의 상부공간과 벽체부(10)의 내부 측벽을 커버링하게 된다.
따라서, 제2 실시예의 사파이어 단결정의 제조장치는, 제1 커버(61)와 제2 커버(62)에 의해 도가니부(20)로부터 발생된 사파이어 해리 가스로부터 벽체부(10)의 내부 상벽과 측벽을 커버링함으로써, 벽체부(10)의 카본 단열재를 구성하는 카본재와 사파이어 해리 가스와의 직접 접촉을 차단하여 벽체부(10)의 내측 표면에 오염물질의 생성을 감소시켜, 그 결과로 벽체부(10)의 내측 표면의 손상으로 인한 단열기능의 저하 및 단열재의 중량감소를 방지하고, 오염물질이 성장잉곳에 침투하여 사파이어 제품의 착색으로 인한 사파이어 제품의 수율저하를 방지할 수 있게 된다.
이하 도 5를 참조해서 제3 실시예에 따른 사파이어 단결정의 제조장치를 구체적으로 설명한다.
제3 실시예의 사파이어 단결정의 제조장치는, 제1 실시예의 사파이어 단결정의 제조장치와 커버부(60)의 구성만 상이하고 다른 구성은 동일하므로, 동일한 구성에 대한 설명은 생략하고 커버부(60)의 구성만 설명한다.
제3 실시예의 커버부(60)는, 도 5에 나타낸 바와 같이 벽체부(10)의 내부 상벽에서 하방으로 확장형성되도록 경사지게 설치된 제3 커버(63)를 포함하여 이루어져 있다.
제3 커버(63)는, 벽체부(10)의 내부 상벽과 측벽에 하단이 외향으로 확장되도록 비스듬하게 경사지게 설치되어, 도가니부(20)에서 발생된 사파이어 해리 가스로부터 벽체부(10)의 내부 상벽과 측벽을 커버링하게 된다.
따라서, 제3 실시예의 사파이어 단결정의 제조장치는, 제3 커버(63)에 의해 도가니부(20)에서 발생된 사파이어 해리 가스로부터 벽체부(10)의 내부 상벽과 측벽을 커버링함으로써, 벽체부(10)의 카본 단열재를 구성하는 카본재와 사파이어 해리 가스와의 직접 접촉을 차단하여 벽체부(10)의 내측 표면에 오염물질의 생성을 감소시켜, 그 결과로 벽체부(10)의 내측 표면의 손상으로 인한 단열기능의 저하 및 단열재의 중량감소를 방지하고, 오염물질이 성장잉곳에 침투하여 사파이어 제품의 착색으로 인한 사파이어 제품의 수율저하를 방지할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 벽체부의 내부에 커버부를 설치함으로써, 사파이어 단결정의 성장시 발생되는 해리 가스와 벽체부의 카본 단열재와의 반응을 억제하고, 그 결과 오염물질의 생성을 방지하여 사파이어의 수율을 향상시키고, 카본 단열재의 수명을 연장시켜 사파이어 단결정의 제조비용을 절감할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 커버부의 금속재질의 판재의 두께를 소정치수로 한정함으로써, 가열부에 의한 열변형을 최소화하는 동시에 사파이어 단결정의 성장시 발생되는 해리 가스에 대한 차단효율을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 커버부의 금속재질을 몰리브덴(Mo) 또는 탄탈(Ta) 재질로 형성함으로써, 사파이어 단결정의 성장시 발생되는 해리 가스와의 반응성을 저하시킬 수 있게 된다.
또한, 커버부로서 벽체부의 내부 상부공간에 수평으로 설치된 제1 커버를 구비함으로써, 사파이어 단결정의 성장시 발생되는 해리 가스와 카본 단열재와의 접촉을 벽체부의 내부 상부공간에서 차단할 수 있게 된다.
또한, 커버부로서 제1 커버의 외곽둘레에 하방으로 절곡형성된 제2 커버를 더 구비함으로써, 사파이어 단결정의 성장시 발생되는 해리 가스와 카본 단열재와의 접촉을 벽체부의 내부 상부공간과 측벽공간에서 차단할 수 있게 된다.
또한, 커버부로서 제1 커버와 제2 커버를 도가니부의 상부공간에 구비함으로써, 사파이어 단결정의 성장시 발생되는 해리 가스와 카본 단열재와의 접촉을 도가니부의 상부공간에서 차단할 수 있게 된다.
또한, 커버부로서 제2 커버를 하방으로 확장형성되도록 제1 커버의 외곽둘레에 외향으로 경사지게 절곡형성함으로써, 사파이어 단결정의 성장시 발생되는 해리 가스와 카본 단열재와의 접촉을 도가니부의 상부공간과 벽체부의 내부 측벽공간에서 차단할 수 있게 된다.
또한, 커버부로서 벽체부의 내부 상부공간에 하방으로 확장형성되도록 경사지게 설치된 제3 커버를 구비함으로써, 사파이어 단결정의 성장시 발생되는 해리 가스와 카본 단열재와의 접촉을 벽체부의 내부 상부공간과 측벽공간에서 차단할 수 있는 효과를 제공한다.
이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
10: 벽체부 20: 도가니부
30: 가열부 40: 승강부
50: 지지부 60: 커버부

Claims (8)

  1. 카본 단열재가 구비된 벽체부(10);
    상기 벽체부(10)의 내부에 설치되어 사파이어 단결정의 원자재가 장입되는 도가니부(20);
    상기 도가니부(20)의 둘레에 설치되어 상기 도가니부(20)를 가열하는 가열부(30);
    상기 도가니부(20)의 상부에 승강하도록 설치되어 상기 도가니부(20)에서 사파이어 단결정을 성장시키도록 시드를 승강시키는 승강부(40);
    상기 도가니부(20)의 하부에 입설되어 상기 도가니부(20)를 지지하는 지지부(50); 및
    상기 도가니부(20)에서 발생된 사파이어 해리 가스로부터 상기 벽체부(10)의 카본 단열재의 내측 표면을 보호하도록 상기 벽체부(10)의 내부에 설치된 커버부(60);를 포함하는 것을 특징으로 하는 사파이어 단결정의 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버부(60)는, 1∼10 ㎜ 두께의 금속재질의 판재로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 사파이어 단결정의 제조장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 금속재질의 판재는, 몰리브덴(Mo) 또는 탄탈(Ta) 재질의 판재로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 사파이어 단결정의 제조장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버부(60)는, 상기 벽체부(10)의 내부 상부공간에 수평으로 설치된 제1 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 사파이어 단결정의 제조장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 커버부(60)는, 상기 제1 커버의 외곽둘레에 하방으로 절곡형성된 제2 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사파이어 단결정의 제조장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 커버와 상기 제2 커버는, 상기 도가니부(20)의 상부공간을 커버링하는 것을 특징으로 하는 사파이어 단결정의 제조장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 커버는, 하방으로 확장형성되도록 상기 제1 커버의 외곽둘레에 외향으로 경사지게 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 사파이어 단결정의 제조장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버부(60)는, 상기 벽체부(10)의 내부 상부공간에 하방으로 확장형성되도록 경사지게 설치된 제3 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 사파이어 단결정의 제조장치.
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