KR20160130604A - 단결정 사파이어 잉곳 성장장치 - Google Patents

단결정 사파이어 잉곳 성장장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 단결정 사파이어 잉곳 성장장치는 성장로와, 지지축부와, 이송부로 이루어지며;
상기 성장로는 성장로 본체와, 도가니로 이루어지며; 상기 성장로 본체는 상향 개구된 중공체로 구비되며; 상기 도가니는 공급된 원료가 용융되며, 상향 개구된 용기로 구비되며;
상기 지지축부는 복수의 이송부 사이에 구비되며; 상기 지지축부는 폴과, 폴을 회전시키는 폴회전장치로 이루어지며; 상기 폴은 상하 방향으로 연장 구비되며, 상기 이송부와 연결 구비되며; 상기 폴회전장치는 상기 폴에 연결 구비되며;
상기 이송부는 원주 방향으로 이격되어 복수로 구비되며; 상기 이송부는 냉각챔버가 구비되며, 어느 하나의 이송부의 냉각챔버가 상기 성장로 본체와 결합되어 상기 이송부에 구비된 잉곳로드가 상향 이동하여 잉곳이 성장되며; 성장된 잉곳은 상승하면서 냉각챔버 내로 위치하며, 상기 냉각챔버와 함께 이송되는 것을 특징으로 하는 단결정 사파이어 잉곳 성장장치에 관한 것이다.

Description

단결정 사파이어 잉곳 성장장치{Growth device for single crystalline sapphire ingot}
본 발명은 단결정 사파이어 잉곳 성장장치에 관한 것으로서, 키로플러스법(Kyropoulus Method)용 성장장치가 일체로 되어 있어 작업이 용이하고, 냉각챔버가 구비되어 작업 속도가 향상된 단결정 사파이어 잉곳 성장장치에 관한 것이다.
사파이어란 알루미나(Al2O3)가 2050℃ 이상에서 녹은 후 서냉 되면서 단결정으로 성장된 결정체로서, 알루미늄(Al)과 산소(O)가 HCP 계통(Rhobohedral system)의 결정구조를 이루고 있다. 일반적으로 사파이어는 알루미나(Al2O3)의 단결정으로서 광범위한 파장 영역의 투광성을 가지고 있고, 기계적 성질, 내열성, 내식성이 우수할 뿐만 아니라 경도, 열전도도, 전기 저항성이 높고 또한 큰 내충격성을 가지고 있다. 또한 사파이어는 기공이 없고 유전 강도가 강하기 때문에 에피텍셜 성장용 기판으로도 사용될 수 있다.
사파이어 단결정을 성장시키는 방법으로는 베르누이법(Verneuil Method), HEM(Heat Exchange Method), EFG(Edge-Defined Film-Fed Growth), 초크랄스키법(Czochralski Method), 키로플러스법(Kyropoulus Method) 등이 있다.
키로플러스법을 살펴보면, 원료인 알루미나(Al2O3)를 도가니에 채우고 히팅수단을 이용하여 도가니를 알루미나(Al2O3)의 융점 이상으로 가열하여 녹인 후 끝 부분에 시드(종 결정)가 달린 잉곳로드를 하강시켜 종자결정을 융액 표면에 접촉시킨 후 권양 수단을 이용하여 끌어올려 융점 이하로 서서히 냉각시키면 알루미나(Al2O3)가 단결정으로 고화되는 현상을 이용하여 사파이어 단결정을 얻게 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 단결정 사파이어 잉곳 성장장치(10)는 단열재로 밀폐되어 고진공상태를 이루도록 성장로(11)를 구비하고, 상기 성장로(11)의 내부 중앙에는 사파이어 단결정을 형성하기 위한 원료를 충진하여 용융하기 위한 도가니(12)가 도가니받침대(13)로 유지되게 설치된다.
상기 도가니(12)의 외부에는 도가니(12)로 공급된 원료를 용융할 수 있도록 히팅수단(14)이 설치되고, 상기 히팅수단(14)의 외부에는 히팅수단(14)과 도가니(12)의 열분포를 확산시켜 안정화시킬 수 있도록 도가니(12) 외부에 구비되는 냉각챔버(도시하지 않음)와 잉곳로드(19a)의 내부에 냉각수가 출입할 수 있도록 냉각유로(CW)를 형성하는 냉각수단(15)을 설치한다.
상기 성장로(11)의 외부에 설치되는 서포터(16)의 상단에는 단결정이 성장된 잉곳을 권양할 수 있도록 모터 또는 실린더 등과 같이 하강과 상승 작동이 가능한 권양수단(17)을 설치한다.
상기 권양수단(17)의 상부에는 성장로(11) 중심방향으로 외팔보(18)를 돌출시키고, 상기 외팔보(18)에는 모터와 같은 구동자(19)와 연결되고 하단에 종자결정을 장착하여 회전할 수 있는 잉곳로드(19a)를 하향 돌출시킨다. 그리고 단결정 성장시 권양수단(17)의 권양 속도와 구동자(19)의 회전속도 및 도가니(12)의 온도 구배 조절을 통해 성장되는 단결정의 무게를 측정하기 위한 무게측정수단(13a, 17a, 18a)을 구비한다.
하지만, 종래의 단결정 사파이어 잉곳 성장장치는 권양한 잉곳을 배출하는 데 불편하고, 잉곳을 냉각시키는데 시간이 오래걸려 작업 시간이 길어지는 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허공보 10-2008-0101622(2010.04.26)
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 이송부가 복수개인 단결정 잉곳 성장장치가 일체로 구비되며, 이송부에 냉각장치를 구비하여 작업 속도가 향상된 단결정 사파이어 잉곳 성장장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 단결정 사파이어 잉곳 성장장치는 성장로와, 지지축부와, 이송부로 이루어지며;
상기 성장로는 성장로 본체와, 도가니로 이루어지며; 상기 성장로 본체는 상향 개구된 중공체로 구비되며; 상기 도가니는 공급된 원료가 용융되며, 상향 개구된 용기로 구비되며;
상기 지지축부는 복수의 이송부 사이에 구비되며; 상기 지지축부는 폴과, 폴을 회전시키는 폴회전장치로 이루어지며; 상기 폴은 상하 방향으로 연장 구비되며, 상기 이송부와 연결 구비되며; 상기 폴회전장치는 상기 폴에 연결 구비되며;
상기 이송부는 원주 방향으로 이격되어 복수로 구비되며; 상기 이송부는 냉각챔버가 구비되며, 어느 하나의 이송부의 냉각챔버가 상기 성장로 본체와 결합되어 상기 이송부에 구비된 잉곳로드가 상향 이동하여 잉곳이 성장되며; 성장된 잉곳은 상승하면서 냉각챔버 내로 위치하며, 상기 냉각챔버와 함께 이송되는 것을 특징으로 하는 단결정 사파이어 잉곳 성장장치를 제공한다.
상기에서, 상기 이송부는 잉곳로드 회전부가 구비되며; 상기 잉곳로드 회전부는 상기 잉곳로드 상부에 구비되며, 상기 냉각챔버로부터 상향 이격되어 구비되며; 상기 잉곳로드 회전부는 제1 모터와, 제1 구동지지부와, 로드지지부로 이루어지며;
상기 제1 모터는 제1 구동지지부에 구비되며;
상기 로드지지부는 중공체로 구비되며;
상기 제1 구동지지부는 상기 로드지지부로부터 상향 이격되어 구비되며, 중공체로 구비되며; 상기 제1 구동지지부는 회전구동기어와, 회전종동기어로 이루어지며; 상기 회전구동기어는 상기 제1 모터의 축에 구비되며; 상기 회전종동기어는 상기 회전구동기어와 치합되며, 상기 잉곳로드가 상하 방향으로 관통 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 상기 이송부는 제1 상하이동부가 구비되며; 상기 제1 상하이동부는 잉곳로드 회전부로부터 폭 방향으로 이격 구비되며, 일측은 잉곳로드 회전부와 연결되며, 타측은 지지축부와 연결되며; 상기 제1 상하이동부는 상기 잉곳로드 회전부와, 지지축부 사이에 구비되며; 상기 제1 상하이동부는 제3 구동지지부, 제2 모터와, 제1 나사축과, 제1 상하이동부재와, 제2 연결부재로 이루어지며;
상기 제3 구동지지부는 중공체로 형성되며, 상하 방향으로 연장 구비되며; 상기 제3 구동지지부는 제3 연결부재에 연결되어 지지축부에 연결 구비되며, 잉곳로드 회전부가 구비된 측에 제1 통공이 형성되며;
상기 제2 모터는 상기 제1 나사축에 연결 구비되며;
상기 제1 나사축은 상하 방향으로 연장 구비되며, 제1 상하이동부 내측에 회전 가능하게 구비되며;
상기 제2 상하이동부재는 상기 제2 나사축에 치합하여 구비되며, 상기 제2 나사축 회전에 따라 상하 방향으로 이동되며;
상기 제2 연결부재는 제1 상하이동부재에 구비되며, 상기 잉곳로드 회전부와 연결 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 상기 이송부는 제2 상하이동부를 더 포함하며; 상기 제2 상하이동부는 일측은 잉곳로드 회전부와 연결되며, 타측은 제1 상하이동부와 연결되며; 상기 제1 상하이동부는 제3 모터와, 제2 구동지지부로 이루어지며;
상기 제3 모터는 상기 제2 구동지지부에 구비되며;
상기 제2 구동지지부는 중공체로 구비되며, 일측에 폭 방향으로 관통하여 제2 통공이 형성되며; 상기 제2 구동지지부는 제1 구동기어와, 제1 종동기어와, 제2 나사축과, 제2 상하이동부재와, 제1 연결부재로 이루어지며;
상기 제1 구동기어는 제2 모터의 축에 구비되며;
상기 제1 종동기어는 상기 제1 구동기어와 치합되며, 상기 제1 나사축이 상하 방향으로 관통 구비되며;
상기 제2 나사축은 상하 방향으로 연장 구비되며, 상기 제2 구동지지부에 회전 가능하게 구비되며;
상기 제2 상하이동부재는 제2 나사축과 치합하도록 구비되며, 상기 제2 나사축 회전에 따라 상하 방향으로 이동되며;
상기 제1 연결부재는 상기 제2 상하이동부재의 일측에 구비되며, 로드지지부와 연결 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 상기 지지축부는 성장로로부터 폭 방향으로 이격 구비되며; 상기 지지축부는 상기 제3 연결부재로 제1 상하이동부와 연결 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 상기 냉각챔버는 중공체로 구비되며, 상기 잉곳로드가 상하 방향으로 관통되며, 제2 분리밸브가 구비되며; 상기 냉각챔버는 챔버커버와, 제2 냉각수로로 이루어지며;
상기 챔버커버는 냉각챔버 상부에 구비되며; 상기 제2 냉각수로에는 유로가 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 단결정 사파이어 잉곳 성장장치는 잉곳을 권양하는 이송부와 권양 된 잉곳을 이동시키는 지지축부가 일체로 되어있어 작업이 용이하며, 복수의 이송부와 냉각챔버를 구비하여 작업 속도가 향상되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 단결정 사파이어 잉곳 성장장치의 구성을 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 단결정 사파이어 잉곳 성장장치의 구성을 도시한 것이며,
도 3은 본 발명에 따른 단결정 사파이어 잉곳 성장장치의 단면을 도시한 일부 단면도이고,
도 4는 잉곳로드 회전부를 확대 도시한 단면도이며,
도 5는 제1 상하이동부를 확대 도시한 단면도이고,
도 6은 제2 상하이동부를 확대 도시한 단면도이며,
도 7은 본 발명에 따른 단결정 사파이어 잉곳 성장장치의 개략적인 평면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 단결정 사파이어 잉곳 성장장치를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 단결정 사파이어 잉곳 성장장치의 구성을 도시한 것이며, 도 3은 본 발명에 따른 단결정 사파이어 잉곳 성장장치의 단면을 도시한 일부 단면도이고, 도 4는 잉곳로드 회전부를 확대 도시한 단면도이며, 도 5는 제1 상하이동부를 확대 도시한 단면도이고, 도 6은 제2 상하이동부를 확대 도시한 단면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 단결정 사파이어 잉곳 성장장치의 개략적인 평면도이다.
이하의 설명에서 도 3의 가로 방향을 "폭 방향"으로 하고, 세로 방향을 "상하 방향"으로 하며, 성장로 본체(111)에서 도가니(113)로의 방향을 "내향"으로, 도가니(113)에서 성장로 본체(111)로의 방향을 "외향"으로 한다.
도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 단결정 사파이어 잉곳 성장장치(100)는 성장로(110)와, 지지축부(130)와, 이송부(150)와, 공급장치(170)로 이루어진다.
상기 성장로(110)는 성장로 본체(111)와, 도가니(113)와, 제1 냉각수로(115)와, 단열재(117)와, 히터(119)로 이루어진다.
상기 성장로 본체(111)에는 상향 개구된 중공체로 구비된다. 상기 성장로 본체(111)는 일측에 상하 방향으로 이격되어 폭 방향으로 냉각배관(1151)이 관통 형성된다. 상기 성장로 본체(111)는 일측 상부에 공급부(173)가 구비된다. 상기 성장로 본체(111)의 상부는 외측으로 돌출되어 원주 방향으로 턱부가 형성된다.
상기 성장로 본체(111)는 진공부(1111)와, 본체커버(1113)와, 연결부(1115)로 이루어진다. 상기 진공부(1111)는 상기 성장로 본체(111)의 상부에서 폭 방향으로 돌출 형성된다. 상기 진공부(1111)는 일측에 공기 흡입구(1111-1)가 형성된다. 상기 진공부(1111)는 공급장치(170)의 공급부(173)와 상부에 위치한 상기 냉각배관(1151) 사이에 구비된다.
상기 본체커버(1113)는 상기 성장로 본체(111) 상부에 구비된다. 상기 본체커버(1113)는 상기 성장로 본체(111)의 턱부에 고정 나사로 고정 구비된다. 상기 본체커버(1113)는 중앙에 상하 방향으로 관통하여 커버홀(1113-1)이 형성된다. 상기 본체커버(1113)는 잉곳로드(153)가 상하 방향으로 관통된다.
상기 연결부(1115)는 상하 방향으로 개구된 중공체로 구비된다. 상기 연결부(1115)의 상하부는 외측으로 돌출되어 원주 방향으로 턱부가 형성된다. 상기 연결부(1115)는 상기 본체커버(1113) 상부에 고정 구비된다. 상기 연결부(1115) 내측에는 제1 분리밸브가 구비된다. 상기 연결부(1115)는 본체커버(1113)의 커버홀(1113-1)과 연통하여 구비된다. 상기 연결부(1115)로 상기 잉곳로드(153)가 상하 방향으로 관통된다.
상기 제1 분리밸브는 폭 방향으로 이동되며 작동된다. 상기 제1 분리밸브는 냉각챔버(151)가 상하로 이송 및 회전하는 동안 성장로본체(111) 내부의 온도 및 진공도가 유지되도록 사용된다.
상기 도가니(113)는 상기 성장로 본체(111)내에 구비된다. 상기 도가니(113)는 상향 개구된 용기로 형성된다. 상기 도가니(113)는 내부에 알루미나(Al2O3)가 용융될 수 있는 공간이 형성된다. 상기 도가니(113)에서 공급된 원료가 용융된다. 상기 도가니(113) 하부에는 도가니 받침대(1131)가 구비된다. 상기 도가니 받침대(1131)는 중공체로 구비된다. 상기 도가니 받침대(1131)의 하부는 외측으로 돌출되어 원주 방향으로 턱부가 형성된다. 상기 도가니 받침대(1131)는 상기 도가니(113)를 지지하며 구비된다.
상기 제1 냉각수로(115)는 상기 성장로 본체(111) 내측에 구비된다. 상기 제1 냉각수로(115)는 상기 성장로 본체(111)의 상부로부터 하향 이격되어 구비된다. 상기 제1 냉각수로(115)는 상기 냉각배관(1151)과 연결되어 구비된다. 상기 제1 냉각수로(115)는 나선 형태로 형성된다.
상기 단열재(117)는 상기 제1 냉각수로(115) 내측에 구비된다. 상기 단열재(117)는 제1 냉각수로(115)의 상하 방향 길이와 같은 높이로 형성된다.
상기 히터(119)는 상기 단열재(117) 내측에 구비된다. 상기 히터(119)는 상기 단열재(117)의 상단으로부터 하향 이격되어 구비된다. 상기 히터(119)는 상기 성장로 본체(111)의 바닥으로부터 상향 이격되어 구비된다. 상기 히터(119)의 상하 단부 사이의 길이는 상기 단열재(117)의 양 단부 사이의 길이보다 짧게 구비된다.
상기 지지축부(130)는 복수의 이송부(150) 사이에 구비된다. 상기 지지축부(130)는 상기 성장로(110)로부터 폭 방향으로 이격되어 구비된다. 상기 지지축부(130)는 상하 방향으로 연장 구비된다. 상기 지지축부(130)는 폴(131)과, 폴회전장치(133)로 이루어진다.
상기 폴(131)은 복수의 이송부(150) 사이에 구비된다. 상기 폴(131)은 상하 방향으로 연장 구비된다. 상기 폴(131)의 내부는 사각 나사로 형성된다. 상기 폴(131)의 하부는 후술할 폴회전장치(133)에 연결 구비된다. 상기 폴(131)은 폴회전장치(133)에 의해 회전된다. 상기 폴(131)에는 제3 연결부재(1313)가 구비된다. 상기 제3 연결부재(1313)는 복수로 구비된다. 상기 제3 연결부재(1313)는 폴(131)의 폭 방향으로 연장 구비된다. 상기 제3 연결부재(1313)는 이송부(150)의 제1 상하이동부(159)에 연결된다. 상기 제3 연결부재(1313)가 상기 이송부(150)와 연결됨에 따라 상기 이송부(150)는 상기 폴(131)과 함께 원주 방향으로 회전된다.
상기 폴회전장치(133)는 상기 폴(131)의 하부 일측에 구비된다. 상기 폴 회전장치(133)는 상기 성장로(110)로부터 폭 방향으로 이격 구비된다. 상기 폴회전장치(133) 내측에는 제4 모터(1331)가 구비된다. 상기 제4 모터(1331)는 상기 폴(131)의 하부에 연결 구비된다. 상기 폴회전장치(133)에 구비된 상기 제4 모터(1331)는 상기 폴(131)을 회전시킨다.
상기 이송부(150)는 복수로 구비된다. 상기 이송부(150)는 상기 지지축부(130)를 중심으로 원주 방향으로 이격되어 구비된다. 상기 이송부(150)는 제3 연결부재(1313)에 연결되어 구비된다. 상기 지지축부(130)가 회전되면서 상기 이송부(150)중 하나는 상기 성장로(110) 상부로 위치한다. 상기 이송부(150)는 제1 상하이동부(159)와, 제2 상하이동부(157)와, 잉곳로드 회전부(155)와, 잉곳로드(153)와, 냉각챔버(151)로 이루어진다. 이하에서 상기 이송부(150)는 상기 성장로(110) 상부에 위치한 이송부(150)에 대해 설명한다.
상기 제1 상하이동부(159)는 상기 제3 연결부재(1313)의하여 상기 지지축부(130)와 연결 구비된다. 상기 제1 상하이동부(159)는 제3 구동지지부(1592)와, 제2 모터(1591)와, 제1 나사축(1593)과, 제1 상하이동부재(1595)와, 제2 연결부재(1597)로 이루어진다.
상기 제3 구동지지부(1592)는 제3 연결부재(1313)에 연결되어 지지축부(130)에 연결되어 구비된다. 상기 제3 구동지지부(1592)는 중공체로 형성된다. 상기 제3 구동지지부(1592)는 제2 상하이동부(157)가 구비된 측에 폭 방향으로 관통하여 제1 통공(1599)이 형성된다. 상기 제3 구동지지부(1592) 내측에는 상기 제2 모터(1591)와, 제1 나사축(1593)과, 제1 상하이동부재(1595)와, 제2 연결부재(1597)가 구비된다.
상기 제2 모터(1591)는 상기 제1 상하이동부(159) 하부에 구비된다. 상기 제2 모터(1591)는 상기 제1 나사축(1593)에 연결 구비된다.
상기 제1 나사축(1593)은 상하 방향으로 연장 구비된다. 상기 제1 나사축(1593)은 상기 제3 구동지지부(1592) 내측에서 회전 가능하게 구비된다. 상기 제1 나사축(1593)은 상기 제2 모터(1591)에 의해 회전된다. 상기 제1 나사축(1593)은 사각 나사로 형성된다. 상기 제1 나사축(1593)의 상단은 상기 제3 구동지지부(1592)의 상부에 고정된다. 상기 제1 나사축(1593)의 하단은 상기 제2 모터(1591)에 연결된다. 상기 제1 나사축(1593)은 상기 제1 상하이동부재(1595)를 관통하여 구비된다.
상기 제1 상하이동부재(1595)의 나사산은 사각 나사 형태로 형성된다. 상기 제1 상하이동부재(1595)는 상기 제2 나사축(1593)에 치합하여 구비된다. 상기 제1 상하이동부재(1595)는 상기 제2 나사축(1593) 회전에 따라 상하 방향으로 이동된다. 상기 상하이동부재(1595)의 일측에는 상기 제2 연결부재(1597)가 구비된다.
상기 제2 연결부재(1597)는 상기 통공(1599)을 폭 방향으로 관통하여 구비된다. 상기 제2 연결부재(1597)는 폭 방향으로 연장 구비된다. 상기 제2 연결부재(1597)는 후술할 제2 상하이동부(157)에 연결된다.
상기 제2 상하이동부(157)는 상기 제1 상하이동부(159)로부터 폭 방향으로 이격되어 구비된다. 상기 제2 상하이동부(157)는 상기 제2 연결부재(1597)에 의하여 상기 제1 상하이동부(159)와 연결된다. 상기 제2 상하이동부(157)는 상하 방향으로 연장 구비된다. 상기 제2 상하이동부(157)는 제3 모터(1571)와, 제2 구동지지부(1573)로 이루어진다.
상기 제3 모터(1571)는 상기 제2 구동지지부(1573) 상부에 지지되어 구비된다. 상기 제3 모터(1571)의 축은 상기 제2 구동지지부(1573)에 형성된 제2 모터홀(1573-7)을 관통하여 구비된다. 상기 제3 모터(1571)의 축은 제1 구동기어(1573-1)를 관통하여 구비된다.
상기 제2 구동지지부(1573)는 중공체로 구비된다. 상기 제2 구동지지부(1573)는 잉곳로드 회전부(155)가 구비된 측에 폭 방향으로 관통하여 제2 통공(1573-6)이 형성된다. 상기 제2 구동지지부(1573) 상부에는 상하 방향으로 관통되어 상기 제2 모터홀(1573-7)이 형성된다. 상기 제2 구동지지부(1573)에는 제1 구동기어(1573-1)와, 제1 종동기어(1573-2)와, 제2 나사축(1573-3)과, 제2 상하이동부재(1573-4)와, 제1 연결부재(1573-5)가 구비된다.
상기 제1 구동기어(1573-1)는 상기 제3 모터(1571)의 축에 삽입 구비된다. 상기 제1 종동기어(1573-2)는 상기 제1 구동기어(1573-1)와 치합하여 구비된다. 상기 제1 종동기어(1573-2)는 제1 구동기어(1573-1)의 지름보다 크게 형성된다. 상기 제1 종동기어(1573-2)는 상기 제2 나사축(1573-3)이 상하 방향으로 관통 구비된다.
상기 제2 나사축(1573-3)은 상하 방향으로 연장 구비된다. 상기 제2 나사축(1573-3)은 상기 제2 구동지지부(1573)에 회전 가능하게 구비된다. 상기 제2 나사축(1573-3)의 나사산은 사각 나사로 형성된다. 상기 제2 나사축(1573-3)은 제2 상하이동부재(1573-4)와 치합하여 구비된다.
상기 제2 상하이동부재(1573-4)의 나사산은 사각 너트 형태로 형성된다. 상기 제2 상하이동부재(1573-4)는 상기 제1 나사축(1573-3)과 치합하도록 구비된다. 상기 제2 상하이동부재(1573-4)는 상기 제1 나사축(1573-3)의 회전에 따라 상하 방향으로 이동된다. 상기 제2 상하이동부재(1573-4) 일측에는 제1 연결부재(1573-5)가 구비된다.
상기 제1 연결부재(1573-5)는 상기 제2 상하이동부재(1573-4)에 구비된다. 상기 제1 연결부재(1573-5)는 폭 방향으로 연장 구비된다. 상기 제1 연결부재(1573-5)는 상기 제2 통공(1573-6)을 관통하여 구비된다. 상기 제1 연결부재(1573-5)는 잉곳로드 회전부(155)와 연결된다.
상기 잉곳로드 회전부(155)는 상기 제2 상하이동부(157)로부터 폭 방향으로 이격되어 구비된다. 상기 잉곳로드 회전부(155)는 상기 성장로(110)로부터 상향 이격되어 구비된다. 상기 잉곳로드 회전부(155)는 상기 제1 연결부재(1573-5)로 인하여 상기 제2 상하이동부(157)와 연결 구비된다. 상기 잉곳로드 회전부(155)는 제1 모터(1551)와, 제1 구동지지부(1553)와, 로드셀(1555)과, 로드지지부(1557)로 이루어진다.
상기 제1 모터(1551)는 상기 제1 구동지지부(1553) 상부에 구비된다. 상기 제1 모터(1551)의 축은 상기 제1 구동지지부(1553) 상부에 형성된 제1 모터홀(1553-3)을 관통하여 구비된다. 상기 제1 모터(1551)의 축은 회전구동기어(1553-1)를 관통하여 구비된다.
상기 제1 구동지지부(1553)는 중공체로 구비된다. 상기 제1 구동지지부(1553)는 로드지지부(1557)로부터 상향 이격되어 구비된다. 상기 제1 구동지지부(1553)의 상부에는 상하 방향으로 관통되어 상기 제1 모터홀(1553-3)이 형성된다. 상기 제1 구동지지부(1553) 상부에는 상기 제1 모터(1551)가 구비된다. 상기 제1 구동지지부(1553) 하부에는 상하 방향으로 관통되어 구동지지부홀(1553-4)이 형성된다. 상기 제1 구동지지부(1553) 내측에는 회전구동기어(1553-1)와, 회전종동기어(1553-2)가 구비된다. 상기 회전구동기어(1553-1)는 상기 제1 모터(1551)의 축에 구비된다. 상기 회전종동기어(1553-2)는 상기 회전구동기어(1553-1)와 치합하여 구비된다. 상기 회전종동기어(1553-2)는 상기 잉곳로드(153)가 상하 방향으로 관통 구비된다. 상기 회전종동기어(1553-2)의 지름은 상기 회전구동기어(1553-1)의 지름보다 크게 형성된다.
상기 로드지지부(1557)는 중공체로 구비된다. 상기 로드지지부(1557)는 상기 제1 연결부재(1573-5)에 연결 구비된다. 상기 로드지지부(1557)는 상기 제1 구동지지부(1553)로부터 하향 이격되어 구비된다. 상기 로드지지부(1557)의 상하부에는 상하 방향으로 관통된 로드지지부홀(1557-1)이 형성된다.
상기 로드셀(1555)은 상기 제1 구동지지부(1553)와 로드지지부(1557) 사이에 구비된다. 상기 로드셀(1555)은 상하 개구된 중공체로 구비된다. 상기 로드셀(1555)은 하나 이상 구비된다. 상기 로드셀(1555)의 지름은 상기 구동지지부홀(1553-4)과 로드지지부홀(1557-1)의 지름보다 크게 형성된다.
상기 잉곳로드(153)는 상기 잉곳로드 회전부(155)로부터 하향 연장 구비된다. 상기 잉곳로드(53)의 상부는 상기 제1 구동지지부(1553)의 상면 하부에 회전 가능하도록 구비된다. 상기 잉곳로드(153)는 상기 회전종동기어(1553-2), 로드셀(1555), 로드지지부(1557), 냉각챔버(151), 연결부(1115), 본체커버(1113)를 관통하여 구비된다. 상기 잉곳로드(153) 하부에는 사파이어 시드(S)가 구비된다. 상기 잉곳로드(153)에는 걸림부재(1531)가 구비된다. 상기 걸림부재(1531)는 상기 잉곳로드(153)의 하부로부터 상향 이격되어 구비된다. 상기 걸림부재(1531)는 반경 방향으로 연장 형성된다.
상기 냉각챔버(151)는 상기 잉곳로드 회전부(155)로부터 하향 이격되어 구비된다. 상기 냉각챔버(151)는 중공체로 구비된다. 상기 냉각챔버(151)의 하부 내측에는 제2 분리밸브가 구비된다. 상기 제2 분리밸브는 폭 방향으로 이동되며 작동된다. 상기 제2 분리밸브는 상기 냉각챔버(151)가 상하로 이송 및 회전하는 동안 냉각챔버(151) 내부의 온도 및 진공도가 유지되도록 사용된다.
상기 냉각챔버(151)의 하부는 외측으로 돌출되어 원주 방향으로 턱부가 형성된다. 상기 냉각챔버(151)는 상기 성장로(110) 상부에 구비된다. 상기 냉각챔버(151)는 상기 연결부(1115)의 상부에 구비된다. 상기 냉각챔버(151)는 챔버커버(1511)와, 제2 냉각수로(1513)가 구비된다.
상기 챔버커버(1511)는 상기 냉각챔버(151) 상부에 구비된다. 상기 챔버커버(1511)의 중심에는 관통홀(1511-2)이 형성된다. 상기 챔버커버 상부에는 씰링부재(1511-1)가 구비된다. 상기 씰링부재(1511-1)는 상기 관통홀(1511-2)이 형성된 위치에 구비된다. 상기 씰링부재(1511-1)는 고무, 플라스틱 딩의 재질로 구비된다.
상기 제2 냉각수로(1513)는 상기 냉각챔버(151) 내측에 구비된다. 상기 제2 냉각수로(1513)는 나선 형태의 유로로 형성된다.
상기 공급장치(170)는 상기 성장로(110)의 일측 상부에 구비된다. 상기 공급장치(170)는 중공체로 구비된다. 상기 공급장치(170)는 하나 이상 구비된다. 상기 공급장치(170)는 저장부(171)와, 공급부(173)와, 분리부재(175)로 이루어진다.
상기 저장부(171)는 상하 개구된 중공체로 구비된다. 상기 저장부(171)는 상기 성장로(110) 외측에 구비된다. 상기 저장부(171)는 하나이상 구비된다. 상기 저장부(171) 상부에는 덮개가 구비된다. 상기 저장부(171)는 하부로 갈수록 개구부(1711)가 좁아지도록 형성된다. 상기 저장부(171)의 하부는 상기 공급부(173)와 연통되도록 구비된다.
상기 공급부(173)는 관체로 구비된다. 상기 공급부(173)는 상기 성장로 본체(111) 외측에서 절곡되어 구비된다. 상기 공급부(173)는 상기 성장로 본체(111)를 관통하여 구비된다. 상기 공급부(173)는 상기 성장로 본체(111)의 턱부와 진공부(1111) 사이에 위치하도록 구비된다. 상기 공급부(173)의 일측은 상기 저장부(171)의 개구부(1711)와 연결되도록 구비된다. 상기 공급부(173)의 타측은 상기 도가니(113)가 구비된 위치에 위치하도록 구비된다.
상기 분리부재(175)는 상기 저장부(171)와 공급부(173) 사이에 구비된다. 상기 분리부재(175)는 하나 이상 구비된다. 상기 분리부재(175)가 폭 방향 내측으로 이동되면 상기 저장부(171)와 공급부(173)의 통로가 분리되고, 폭 방향 외측으로 이동되면 상기 저장부(171)와 공급부(173)의 통로가 연통된다.
본 발명의 작동에 대해 살펴보면 다음과 같다.
상기 성장로 본체(111) 내측에 구비된 도가니(113)에 공급장치(170)를 통하여 알루미나(Al2O3)를 투입한다. 진공부(1111)의 공기 흡입구(1111-1)를 통하여 성장로본체(111)의 내부를 진공 상태로 만든다. 히터(119)를 작동시켜 상기 도가니(113)를 알루미나의 녹는점(2050℃)이상으로 가열하여 용융시킨다.
상기 잉곳로드 회전부(155)에 구비된 상기 잉곳로드(153)의 하단에 사파이어 시드(S)를 장착시킨다. 상기 연결부(1115)와 냉각챔버(151)에 구비된 분리밸브가 열린상태로 유지되고 상기 제2 상하이동부(157)가 작동되면서 상기 잉곳로드 회전부(155)는 하방향으로 이동된다. 상기 잉곳로드(153)의 하단이 상기 도가니(113) 내의 용융표면 중심 위에 근접시켜 서서히 시드(S)를 용액과 접촉시키거나 일부가 침지되도록 한다. 상기 도가니(113) 내의 용액 속으로부터 시드(S)가 녹지 않는 적절한 위치에 위치시킨다. 이러한 상태에서 상기 잉곳로드 회전부(155)와, 상기 제2 상하이동부(157)를 통해 인양 속도 및 회전 속도를 적절히 조절함으로써 목표하는 직경을 가진 원기둥에 가까운 형상의 단결정 잉곳을 얻을 수 있게 된다.
상기 잉곳로드 회전부(155)의 제1 모터(1551)가 구동하면서 상기 회전구동기어(1553-1)가 회전한다. 상기 회전구동기어(1553-1)가 회전하면서 상기 회전종동기어(1553-2)가 회전한다. 상기 회전종동기어(1553-2)가 회전함으로써 상기 잉곳로드(153)가 회전한다.
상기 잉곳로드(153)가 회전할 때, 상기 제2 상하이동부(157)의 제2 상하이동부재(1573-4)가 상향 이동된다. 상기 제2 상하이동부(157)의 제3 모터(1571)가 구동하면서 상기 제1 구동기어(1573-1)가 회전한다. 상기 제1 구동기어(1573-1)가 회전하면서 상기 제1 종동기어(1573-2)가 회전하게 된다. 상기 제1 종동기어(1573-2)가 회전함으로써 상기 제2 상하이동부재(1573-4)가 이동된다. 상기 제2 상하이동부재(1573-4)는 상기 잉곳로드(153)의 하단에 잉곳이 형성되며 저속으로 인양한다.
형성 된 잉곳의 무게는 상기 로드셀(1555)을 통해 측정된다. 상기 로드지지부(1557)는 상기 제1 연결부재(1573-5)에 연결되어 고정되고, 상기 제1 구동지지부(1553)는 잉곳 무게에 의해 중력 방향으로 압력이 발생 된다. 그로 인해 상기 제1 구동지지부(1553)와, 상기 로드지지부(1557) 사이에 구비된 상기 로드셀(1555)이 압축 되어 잉곳 무게를 측정한다.
잉곳이 완성되면 잉곳은 냉각챔버(151) 내측에 위치하게 된다. 잉곳이 냉각챔버(151)에 위치하게 됐을 때, 잉곳로드(153)의 걸림부재(1531)가 챔버커버(1511) 하부에 구비된 센서에 접촉되어 연결부(1115) 내측에 구비된 제1 분리밸브와 냉각챔버(151) 내측에 구비된 제2 분리밸브에 의해 냉각챔버(151)와 연결부(1115)의 내측 공간이 분리된다.
상기 분리밸브에 의해 냉각챔버(151)와 성장로(110)가 분리되면 상기 제1 상하이동부(159)를 작동시킨다. 상기 제2 모터(1591)가 구동함으로써 상기 제1 나사축(1593)이 회전한다. 상기 제2 나사축(1593)이 회전하면 상기 제1 상하이동부재(1595)가 상향 이동된다. 상기 제1 상하이동부재(1595)가 상향 이동함으로써 상기 제1 상하이동부재(1595)에 연결된 상기 제2 상하이동부(157)가 상향 이동되어 잉곳이 위치된 냉각챔버(151)를 성장로(110)로 부터 분리시킨다.
상기 제1 상하이동부(159)에 의해 인양 된 냉각챔버(151)는 상기 성장로(110)로 부터 반대측으로 이동된다. 동시에 폴(131)의 타측에 구비된 이송부(150)가 상기 성장로(110) 상부에 위치된다.
잉곳이 구비된 냉각챔버(151)을 이동시키기 위해 상기 지지축부(130)의 폴회전장치(133)를 작동하여 폴(131)을 회전시켜 이동시킨다. 이때, 폴회전장치(133)를 작동시키면 상기 폴(131)이 회전되면서 상기 제1 상하이동부(159)와 제2 상하이동부(157)와 잉곳로드 회전부(155)가 상기 폴(131)을 중심으로 일체로 회전 된다.
상기 냉각챔버(151)에 위치된 잉곳을 냉각시켜 배출되는 동안 타측에 구비된 이송부(150)는 잉곳을 성장시킨다. 이때, 타측에 구비된 이송부의 냉각챔버(151)는 연결부(1115)에 결합되고, 냉각챔버(151)의 진공도가 성장로본체(111)와 비슷한 상태가 되면 연결부(1115)와 냉각챔버(151)에 구비된 분리밸브가 열려 냉각챔버(151)와 연결부(1115)가 연통된다. 본 발명에 따른 단결정 사파이어 잉곳 성장장치(100)는 상기와 같은 단계가 반복적으로 이루어진다.
상기에서 연결부(1115)와 냉각챔버(151)에 분리밸브가 구비됨으로써 완성된 잉곳이 식는 동안 공기와의 접촉이 발생되지 않는 효과가 발생된다. 또한, 완성된 잉곳이 성장로(110) 내에서 식지 않음으로써 잉곳 배출 후 다시 성장로(110) 내부의 온도를 높이기 위한 에너지가 절약되는 효과가 발생된다.
지금까지 본 발명에 따른 단결정 사파이어 잉곳 성장장치는 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 단결정 사파이어 잉곳 성장장치
110 : 성장로 111 : 성장로본체
113 : 도가니 115 : 제1 냉각수로
117 : 단열재 119 : 히터
130 : 지지축부 131 : 폴
133 : 폴 회전장치 150 : 이송부
151 : 냉각챔버 153 : 잉곳로드
155 : 잉곳로드 회전부 157 : 제2 상하이동부
159 : 제1 상하이동부 170 : 공급장치
171 : 저장부 173 : 공급부
175 : 분리부재

Claims (6)

  1. 성장로(110)와, 지지축부(130)와, 이송부(150)로 이루어지며;
    상기 성장로(110)는 성장로 본체(111)와, 도가니(113)로 이루어지며; 상기 성장로 본체(111)는 상향 개구된 중공체로 구비되며; 상기 도가니(113)는 공급된 원료가 용융되며, 상향 개구된 용기로 구비되며;
    상기 지지축부(130)는 복수의 이송부(150) 사이에 구비되며; 상기 지지축부(130)는 폴(131)과, 폴(131)을 회전시키는 폴회전장치(133)로 이루어지며; 상기 폴(131)은 상하 방향으로 연장 구비되며, 상기 이송부(150)와 연결 구비되며; 상기 폴회전장치(133)는 상기 폴(131)에 연결 구비되며;
    상기 이송부(150)는 원주 방향으로 이격되어 복수로 구비되며; 상기 이송부(150)는 냉각챔버(151)가 구비되며, 어느 하나의 이송부(150)의 냉각챔버(151)가 상기 성장로 본체(111)와 결합되어 상기 이송부(150)에 구비된 잉곳로드(153)가 상향 이동하여 잉곳이 성장되며; 성장된 잉곳은 상승하면서 냉각챔버(151) 내로 위치하며, 상기 냉각챔버(151)와 함께 이송되는 것을 특징으로 하는 단결정 사파이어 잉곳 성장장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 이송부(150)는 잉곳로드 회전부(155)가 구비되며; 상기 잉곳로드 회전부(155)는 상기 잉곳로드(153) 상부에 구비되며, 상기 냉각챔버(151)로부터 상향 이격되어 구비되며; 상기 잉곳로드 회전부(155)는 제1 모터(1551)와, 제1 구동지지부(1553)와, 로드지지부(1557)로 이루어지며;
    상기 제1 모터(1551)는 제1 구동지지부(1553)에 구비되며;
    상기 로드지지부(1557)는 중공체로 구비되며;
    상기 제1 구동지지부(1553)는 상기 로드지지부(1557)로부터 상향 이격되어 구비되며, 중공체로 구비되며; 상기 제1 구동지지부(1553)는 회전구동기어(1553-1)와, 회전종동기어(1553-2)로 이루어지며; 상기 회전구동기어(1553-1)는 상기 제1 모터(1551)의 축에 구비되며; 상기 회전종동기어(1553-2)는 상기 회전구동기어(1553-1)와 치합되며, 상기 잉곳로드(153)가 상하 방향으로 관통 구비되는 것을 특징으로 하는 단결정 사파이어 잉곳 성장장치.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 이송부(150)는 제1 상하이동부(159)가 구비되며; 상기 제1 상하이동부(159)는 잉곳로드 회전부(155)로부터 폭 방향으로 이격 구비되며, 일측은 잉곳로드 회전부(155)와 연결되며, 타측은 지지축부(130)와 연결되며; 상기 제1 상하이동부(159)는 상기 잉곳로드 회전부(155)와, 지지축부(130) 사이에 구비되며; 상기 제1 상하이동부(159)는 제3 구동지지부(1592), 제2 모터(1591)와, 제1 나사축(1593)과, 제1 상하이동부재(1595)와, 제2 연결부재(1597)로 이루어지며;
    상기 제3 구동지지부(1592)는 중공체로 형성되며, 상하 방향으로 연장 구비되며; 상기 제3 구동지지부(1592)는 제3 연결부재(1313)에 연결되어 지지축부(130)에 연결 구비되며, 잉곳로드 회전부(155)가 구비된 측에 제1 통공(1599)이 형성되며;
    상기 제2 모터(1591)는 상기 제1 나사축(1593)에 연결 구비되며;
    상기 제1 나사축(1593)은 상하 방향으로 연장 구비되며, 제1 상하이동부(159) 내측에 회전 가능하게 구비되며;
    상기 제2 상하이동부재(1595)는 상기 제2 나사축(1593)에 치합하여 구비되며, 상기 제2 나사축(1593) 회전에 따라 상하 방향으로 이동되며;
    상기 제2 연결부재(1597)는 제1 상하이동부재(1595)에 구비되며, 상기 잉곳로드 회전부(155)와 연결 구비되는 것을 특징으로 하는 단결정 사파이어 잉곳 성장장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 이송부(150)는 제2 상하이동부(157)를 더 포함하며; 상기 제2 상하이동부(157)는 일측은 잉곳로드 회전부(155)와 연결되며, 타측은 제1 상하이동부(159)와 연결되며; 상기 제1 상하이동부(157)는 제3 모터(1571)와, 제2 구동지지부(1573)로 이루어지며;
    상기 제3 모터(1571)는 상기 제2 구동지지부(1573)에 구비되며;
    상기 제2 구동지지부(1573)는 중공체로 구비되며, 일측에 폭 방향으로 관통하여 제2 통공(1573-6)이 형성되며; 상기 제2 구동지지부(1573)는 제1 구동기어(1573-1)와, 제1 종동기어(1573-2)와, 제2 나사축(1573-3)과, 제2 상하이동부재(1573-4)와, 제1 연결부재(1573-5)로 이루어지며;
    상기 제1 구동기어(1573-1)는 제2 모터(1571)의 축에 구비되며;
    상기 제1 종동기어(1573-2)는 상기 제1 구동기어(1573-1)와 치합되며, 상기 제1 나사축(1573-3)이 상하 방향으로 관통 구비되며;
    상기 제2 나사축(1573-3)은 상하 방향으로 연장 구비되며, 상기 제2 구동지지부(1573)에 회전 가능하게 구비되며;
    상기 제2 상하이동부재(1573-4)는 제2 나사축(1573-3)과 치합하도록 구비되며, 상기 제2 나사축(1573-3) 회전에 따라 상하 방향으로 이동되며;
    상기 제1 연결부재(1573-5)는 상기 제2 상하이동부재(1573-4)의 일측에 구비되며, 로드지지부(1557)와 연결 구비되는 것을 특징으로 하는 단결정 사파이어 잉곳 성장장치.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 지지축부(130)는 성장로(110)로부터 폭 방향으로 이격 구비되며; 상기 지지축부(130)는 상기 제3 연결부재(1313)로 제1 상하이동부(159)와 연결 구비되는 것을 특징으로 하는 단결정 사파이어 잉곳 성장장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 냉각챔버(151)는 중공체로 구비되며, 상기 잉곳로드(153)가 상하 방향으로 관통되며, 제2 분리밸브가 구비되며; 상기 냉각챔버(151)는 챔버커버(1511)와, 제2 냉각수로(1513)로 이루어지며;
    상기 챔버커버(1511)는 냉각챔버(151) 상부에 구비되며; 상기 제2 냉각수로(1513)에는 유로가 구비되는 것을 특징으로 하는 단결정 사파이어 잉곳 성장장치.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080101622A (ko) 2007-08-16 2008-11-21 (주)바이오앤에이치엔티 모기 기피제 조성물

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