KR20170049843A

KR20170049843A - 단결정 성장용 도가니 및 이를 이용한 단결정 성장용 종자결정의 부착 방법

Info

Publication number: KR20170049843A
Application number: KR1020150150673A
Authority: KR
Inventors: 인경필; 강대균; 이강홍
Original assignee: (주) 세라컴
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2017-05-11
Also published as: KR101747686B1

Abstract

본 발명은, 성장챔버 내에 장착되는 도가니 하부에 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 넣고 상기 도가니 상부에 종자결정을 부착하여 단결정을 성장시키는 PVT(physical vapor transport) 장치에 사용되는 도가니와 이를 이용하여 단결정 성장용 종자결정을 부착하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 성장 공정 동안 종자결정이 부착 위치를 이탈하지 않고 그대로 유지할 수 있고, 1000∼2500℃ 내외의 고온 성장 조건에서도 부착된 종자결정을 기계적으로 단단하게 고정할 수 있으며, 고온에서도 변형이 거의 없고, 발열이 많이 일어나서 종자결정의 부착 부분이 부분적으로 증발하더라도 그 부착 위치를 이탈할 가능성이 매우 낮다.

Description

단결정 성장용 도가니 및 이를 이용한 단결정 성장용 종자결정의 부착 방법{Crucible for growing a single crystal and method for attaching a seed crystal for growing a single crystal using the crucible}

본 발명은 단결정 성장용 도가니 및 이를 이용한 종자결정의 부착 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 성장챔버 내에 장착되는 도가니 하부에 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 넣고 상기 도가니 상부에 종자결정을 부착하여 단결정을 성장시키는 PVT(physical vapor transport) 장치에 사용되는 도가니와 이를 이용하여 단결정 성장용 종자결정을 부착하는 방법에 관한 것이다.

주요한 단결정 성장법은 승화법(sublimation), 용액성장법(liquid phase epitaxy; LPE), 고온 화학기상증착법(high temperature chemical vapor deposition; HTCVD) 등이 있다.

단결정 성장법 중에서 PVT(physical vapor transport)법은 일반적으로 알려져 있는 승화법을 개량한 방법이다. PVT법은 단결정 성장시 단결정이 원하는 크기로 쉽게 성장시키기 위해서는 성장시키기 전에 성장용기(도가니) 안에 종자결정(seed crystal)을 부착하여 하는데, 일반적으로 도가니 하부에 단결정 성장의 원료가 되는 분말을 넣고 도가니 상부에 종자결정을 부착하게 된다. 성장 공정 동안의 성장조건에서 견딜 수 있도록 도가니 상부에 종자결정을 부착할 필요가 있으며, 그렇지 않을 경우에는 성장 공정 동안 부착 위치의 변형 등으로 종자결정이 해당 위치를 그대로 유지하지 않고 성장 과정에서 그 위치를 이탈하는 경우가 발생하여 공정의 결과에 악영향을 주기도 한다. 그러한 이유로 성장 공정 전에 종자결정의 부착 과정은 필수적인 준비 과정이 된다. 따라서, 성장 공정 동안 종자결정이 부착 위치를 그대로 유지할 수 있는 부착 장치와 종자결정의 부착 방법에 대한 개발이 요구되고 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1000890호는 '대구경 고품질 탄화규소 단결정 잉곳 성장을 위한 종자정부착 방법'을 제시하고 있다. 상기 종자정부착 방법은 종자정 홀더 표면에 접착제를 사용하여 탄화규소 종자정을 부착하는데, 화학적으로 종자정을 부착하게 되면 2000℃ 내외의 고온 성장 조건에서 부착된 종자정을 잡고 있는 접착제가 변형될 수 있고, 발열이 많이 일어나서 종자정의 부착 부분이 부분적으로 증발하여 없어질 경우에는 그 부착 위치를 이탈할 가능성이 매우 높다.

이를 고려하여 본 발명의 발명자들은 종자결정을 기계적으로 단단하게 고정할 수 있는 도가니와 종가결정의 부착 방법을 연구하고 개발하였다.

대한민국 등록특허공보 제10-1000890호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 성장 공정 동안 종자결정이 부착 위치를 이탈하지 않고 그대로 유지할 수 있고, 1000∼2500℃ 내외의 고온 성장 조건에서도 부착된 종자결정을 기계적으로 단단하게 고정할 수 있으며, 고온에서도 변형이 거의 없고, 발열이 많이 일어나서 종자결정의 부착 부분이 부분적으로 증발하더라도 그 부착 위치를 이탈할 가능성이 매우 낮은 도가니와 이를 이용한 단결정 성장용 종자결정의 부착 방법을 제공함에 있다.

본 발명은, 성장챔버 내에 장착되는 도가니 하부에 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 넣고 상기 도가니 상부에 종자결정을 부착하여 단결정을 성장시키는 PVT 장치에 사용되는 도가니에 있어서, 상기 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 수용하는 도가니 몸체부와, 상기 도가니 몸체부의 상부를 밀폐하기 위한 도가니 덮개와, 상기 도가니 덮개에 결합되어 상기 도가니 몸체부 상부에 장착되고 종자결정을 수용할 수 있는 공간을 제공하며 내부의 크기가 상기 종자결정의 크기보다 크게 구비되는 지지체와, 상기 지지체에 구비된 복수개의 관통공을 통해 상기 종자결정이 위치할 방향으로 삽입되어 상기 종자결정을 고정하기 위한 종자결정 고정 구조물을 포함하며, 상기 종자결정 고정 구조물은 볼트 또는 핀 형태로 구비되고, 상기 종자결정이 안착될 상기 지지체의 부분은 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말이 위치하는 도가니 몸체부의 하측 방향으로 개방되어 있으며, 도가니 몸체부의 하측 방향으로 개방된 부분에 상기 종자결정이 위치되게 하여 하측 방향으로 노출되게 하면서 상기 종자결정이 상기 종자결정 고정 구조물에 의해 고정되게 하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 도가니를 제공한다.

상기 PVT 장치는, 석영 재질로 이루어진 성장챔버와, 상기 성장챔버를 지지하기 위한 성장챔버 지지부와, 상기 성장챔버 내에 구비되고 자체 가열원으로 작용하는 상기 도가니와, 상기 도가니를 지지하기 위한 도가니 지지부와, 상기 성장챔버의 둘레를 감싸게 구비되고 상기 도가니를 고주파 유도가열 방식으로 가열하기 위한 가열수단을 포함할 수 있다.

상기 도가니 몸체부는 흑연(graphite), 카본(흑연을 제외한 카본), 텅스텐 또는 탄탈륨 재질로 이루어질 수 있다.

상기 도가니 덮개는 가혹한 성장 조건에서도 견딜 수 있는 재질로서 흑연(graphite), 카본(흑연을 제외한 카본), 텅스텐 또는 탄탈륨으로 이루어질 수 있다.

상기 종자결정은 불규칙한 부정형의 형태를 가질 수 있고, 상기 종자결정 고정 구조물이 볼트(수나사) 형태로 구비될 수 있으며, 상기 지지체에 구비된 관통공은 볼트 형태의 종자결정 고정 구조물이 삽입되면서 고정될 수 있게 암나사 형태로 구비될 수 있고, 상기 종자결정 고정 구조물은 상기 종자결정의 측면과 접촉하게 상기 관통공을 통해 삽입될 수 있다.

상기 도가니 덮개와 상기 지지체 사이에 위치 조절 구조물이 구비될 수 있고, 상기 위치 조절 구조물이 상기 도가니 덮개와 결합되며, 상기 지지체는 상기 위치 조절 구조물에 결합되게 구비되고, 상기 위치 조절 구조물의 길이를 조절하여 상기 종자결정이 안착되는 위치를 조절할 수 있다.

상기 지지체가 상기 도가니 덮개와 일체형으로 결합되거나 결합수단을 이용하여 상기 도가니 덮개와 결합되어 있거나, 상기 위치 조절 구조물이 상기 도가니 덮개에 일체형으로 결합되거나 결합수단을 이용하여 상기 도가니 덮개에 결합되어 있으며 상기 지지체는 상기 위치 조절 구조물에 일체형으로 결합되거나 결합수단을 이용하여 상기 위치 조절 구조물에 결합되어 있을 수 있다.

상기 위치 조절 구조물의 하부로부터 돌출된 볼트(수나사) 형태의 고정부가 구비되고 상기 지지체의 상부에 상기 고정부가 삽입되게 암나사 형태의 홀이 구비되며 상기 고정부가 상기 홀에 끼워짐으로써 상기 지지체와 상기 위치 조절 구조물이 서로 결합되어 있거나, 상기 지지체의 상부로부터 돌출된 볼트(수나사) 형태의 고정부가 구비되고 상기 위치 조절 구조물의 하부에 상기 고정부가 삽입되게 암나사 형태의 홀이 구비되며 상기 고정부가 상기 홀에 끼워짐으로써 상기 지지체와 상기 위치 조절 구조물이 서로 결합되어 있거나, 상기 지지체의 상부와 위치 조절 구조물의 하부에 암나사 형태의 홀이 구비되고 상기 지지체와 상기 위치 조절 구조물에 구비된 홀에 삽입되는 볼트(수나사) 형태의 고정부가 구비되며 상기 고정부가 상기 홀에 끼워짐으로써 상기 지지체와 상기 위치 조절 구조물이 서로 결합되어 있을 수 있으며, 상기 고정부가 상기 홀에 삽입되는 깊이를 조절하여 상기 종자결정이 안착되는 위치를 조절할 수 있다.

상기 지지체, 상기 종자결정 고정 구조물 및 상기 위치 조절 구조물은 가혹한 성장 조건에서도 견딜 수 있는 재질로서 흑연(graphite), 카본(흑연을 제외한 카본), 텅스텐 또는 탄탈륨으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명은, 성장챔버 내에 장착되는 도가니 하부에 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 넣고 상기 도가니 상부에 종자결정을 부착하여 단결정을 성장시키는 PVT 장치에 사용되는 도가니에 있어서, 상기 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 수용하는 도가니 몸체부와, 상기 도가니 몸체부의 상부를 밀폐하기 위한 도가니 덮개와, 상기 도가니 덮개에 결합되고 상기 종자결정보다 작은 개구부를 가지면서 상기 개구부를 통해 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말이 위치하는 도가니 몸체부의 하측 방향으로 개방되어 있는 종자결정 지지 구조물을 포함하며, 종자결정 지지 구조물 상부에 종자결정이 위치되게 하여 상기 개구부를 통해 종자결정의 일부가 노출되게 하면서 상기 종자결정이 상기 종자결정 지지 구조물에 의해 지지되게 하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 도가니를 제공한다.

상기 PVT 장치는, 석영 재질로 이루어진 성장챔버와, 상기 성장챔버를 지지하기 위한 성장챔버 지지부와, 상기 성장챔버 내에 구비되고 자체 가열원으로 작용하는 상기 도가니와, 상기 도가니를 지지하기 위한 도가니 지지부와, 상기 성장챔버의 둘레를 감싸게 구비되고 도가니를 고주파 유도가열 방식으로 가열하기 위한 가열수단을 포함할 수 있다.

상기 종자결정은 판상의 각진형 또는 판상의 원형 형태를 가질 수 있고, 상기 종자결정이 안착될 상기 종자결정 지지 구조물의 상부 부분은 평평한 형태를 가질 수 있다.

상기 도가니 덮개와 상기 종자결정 지지 구조물 사이에 위치 조절 구조물이 구비될 수 있고, 상기 위치 조절 구조물이 상기 도가니 덮개와 결합되며, 상기 종자결정 지지 구조물은 상기 위치 조절 구조물에 결합되게 구비되고, 상기 위치 조절 구조물의 길이를 조절하여 상기 종자결정이 안착되는 위치를 조절할 수 있다.

상기 종자결정 지지 구조물이 상기 도가니 덮개와 일체형으로 결합되거나 결합수단을 이용하여 상기 도가니 덮개와 결합되어 있거나, 상기 위치 조절 구조물이 상기 도가니 덮개에 일체형으로 결합되거나 결합수단을 이용하여 상기 도가니 덮개에 결합되어 있으며 상기 종자결정 지지 구조물은 상기 위치 조절 구조물에 일체형으로 결합되거나 결합수단을 이용하여 상기 위치 조절 구조물에 결합되어 있을 수 있다.

상기 위치 조절 구조물의 하부로부터 돌출된 볼트(수나사) 형태의 고정부가 구비되고 상기 종자결정 지지 구조물의 상부에 상기 고정부가 삽입되게 암나사 형태의 홀이 구비되며 상기 고정부가 상기 홀에 끼워짐으로써 상기 종자결정 지지 구조물과 상기 위치 조절 구조물이 서로 결합되어 있거나, 상기 종자결정 지지 구조물의 상부로부터 돌출된 볼트(수나사) 형태의 고정부가 구비되고 상기 위치 조절 구조물의 하부에 상기 고정부가 삽입되게 암나사 형태의 홀이 구비되며 상기 고정부가 상기 홀에 끼워짐으로써 상기 종자결정 지지 구조물과 상기 위치 조절 구조물이 서로 결합되어 있거나, 상기 종자결정 지지 구조물의 상부와 위치 조절 구조물의 하부에 암나사 형태의 홀이 구비되고 상기 종자결정 지지 구조물과 상기 위치 조절 구조물에 구비된 홀에 삽입되는 볼트(수나사) 형태의 고정부가 구비되며 상기 고정부가 상기 홀에 끼워짐으로써 상기 종자결정 지지 구조물과 상기 위치 조절 구조물이 서로 결합되어 있을 수 있으며, 상기 고정부가 상기 홀에 삽입되는 깊이를 조절하여 상기 종자결정이 안착되는 위치를 조절할 수 있다.

상기 종자결정 지지 구조물 및 상기 위치 조절 구조물은 가혹한 성장 조건에서도 견딜 수 있는 재질로서 흑연(graphite), 카본(흑연을 제외한 카본), 텅스텐 또는 탄탈륨으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명은, 성장챔버 내에 장착되는 도가니 하부에 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 넣고 상기 도가니 상부에 종자결정을 부착하여 단결정을 성장시키는 PVT 장치에서 종자결정을 부착하는 방법에 있어서, 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 수용하는 도가니 몸체부의 상부를 밀폐하기 위한 도가니 덮개를 준비하는 단계와, 상기 도가니 덮개에 결합되어 상기 도가니 몸체부 상부에 장착되고 종자결정을 수용할 수 있는 공간을 제공하며 내부의 크기가 상기 종자결정의 크기보다 크게 구비되는 지지체를 준비하는 단계와, 볼트 또는 핀 형태로 구비되고 상기 지지체에 구비된 관통공을 통해 상기 종자결정이 위치할 방향으로 삽입되어 상기 종자결정을 고정하기 위한 종자결정 고정 구조물을 준비하는 단계와, 상기 도가니 덮개에 결합되게 하면서 상기 종자결정이 부착될 위치의 주변을 감싸도록 상기 지지체를 장착하는 단계와, 상기 지지체에 구비된 복수개의 관통공을 통해 종자결정 고정 구조물을 상기 종자결정이 위치될 방향으로 삽입하는 단계와, 도가니 몸체부의 하측 방향으로 개방된 부분에 상기 종자결정이 위치되게 하여 하측 방향으로 노출되게 하면서 상기 종자결정이 상기 종자결정 고정 구조물에 의해 고정되게 하는 단계를 포함하며, 상기 종자결정이 안착될 상기 지지체의 부분은 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말이 위치하는 도가니 몸체부의 하측 방향으로 개방되게 하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 종자결정의 부착 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은, 성장챔버 내에 장착되는 도가니 하부에 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 넣고 상기 도가니 상부에 종자결정을 부착하여 단결정을 성장시키는 PVT 장치에서 종자결정을 부착하는 방법에 있어서, 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 수용하는 도가니 몸체부의 상부를 밀폐하기 위한 도가니 덮개를 준비하는 단계와, 상기 도가니 덮개에 결합되고 상기 종자결정보다 작은 개구부를 가지면서 상기 개구부를 통해 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말이 위치하는 도가니 몸체부의 하측 방향으로 개방되어 있는 종자결정 지지 구조물을 준비하는 단계와, 종자결정 지지 구조물 상부에 종자결정이 위치되게 하여 상기 개구부를 통해 종자결정의 일부가 노출되게 하면서 상기 종자결정이 상기 종자결정 지지 구조물에 의해 지지되게 하는 단계 및 상기 도가니 덮개에 결합되게 상기 종자결정 지지 구조물을 장착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 종자결정의 부착 방법을 제공한다.

본 발명의 단결정 성장용 도가니와 이를 이용한 종자결정 부착 방법에 의하면, 성장 공정 동안 종자결정이 부착 위치를 이탈하지 않고 그대로 유지할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 1000∼2500℃ 내외의 고온 성장 조건에서도 부착된 종자결정을 기계적으로 단단하게 고정할 수 있으며, 고온에서도 변형이 거의 없고, 발열이 많이 일어나서 종자결정의 부착 부분이 부분적으로 증발하더라도 그 부착 위치를 이탈할 가능성이 매우 낮다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 단결정 성장용 도가니를 도시한 단면도이다.
도 2는 일 예에 따라 지지체에 종자결정 고정 구조물이 결합된 모습을 보여주는 사진이다.
도 3은 일 예에 따른 지지체를 보여주는 사시 사진이다.
도 4는 일 예에 따른 지지체의 배면을 보여주는 사진이다.
도 5는 일 예에 따른 종자결정 고정 구조물을 보여주는 사진이다.
도 6은 일 예에 따른 고정부를 보여주는 사진이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 단결정 성장용 도가니를 도시한 단면도이다.
도 8은 일 예에 따른 종자결정 지지 구조물을 보여주는 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

이하에서, '결합'이라는 용어는 제1 부재와 제2 부재가 직접적으로 결합되는 것뿐만 아니라 제3 부재가 제1 부재와 제2 부재 사이에 게재되어 제1 부재와 제2 부재가 결합되는 것을 포함하는 의미로 사용한다.

본 발명은 승화법을 개량한 PVT(physical vapor transport) 장치를 이용하여 단결정을 제조하고자 하는데 적용할 수 있는 단결정 성장용 도가니 및 이를 이용한 단결정 성장용 종자결정 부착 방법을 제시한다.

본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 단결정 성장용 도가니는, 성장챔버 내에 장착되는 도가니 하부에 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 넣고 상기 도가니 상부에 종자결정을 부착하여 단결정을 성장시키는 PVT 장치에 사용되는 도가니에 있어서, 상기 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 수용하는 도가니 몸체부와, 상기 도가니 몸체부의 상부를 밀폐하기 위한 도가니 덮개와, 상기 도가니 덮개에 결합되어 상기 도가니 몸체부 상부에 장착되고 종자결정을 수용할 수 있는 공간을 제공하며 내부의 크기가 상기 종자결정의 크기보다 크게 구비되는 지지체와, 상기 지지체에 구비된 복수개의 관통공을 통해 상기 종자결정이 위치할 방향으로 삽입되어 상기 종자결정을 고정하기 위한 종자결정 고정 구조물을 포함하며, 상기 종자결정 고정 구조물은 볼트 또는 핀 형태로 구비되고, 상기 종자결정이 안착될 상기 지지체의 부분은 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말이 위치하는 도가니 몸체부의 하측 방향으로 개방되어 있으며, 도가니 몸체부의 하측 방향으로 개방된 부분에 상기 종자결정이 위치되게 하여 하측 방향으로 노출되게 하면서 상기 종자결정이 상기 종자결정 고정 구조물에 의해 고정되게 한다.

본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 단결정 성장용 도가니는, 성장챔버 내에 장착되는 도가니 하부에 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 넣고 상기 도가니 상부에 종자결정을 부착하여 단결정을 성장시키는 PVT 장치에 사용되는 도가니에 있어서, 상기 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 수용하는 도가니 몸체부와, 상기 도가니 몸체부의 상부를 밀폐하기 위한 도가니 덮개와, 상기 도가니 덮개에 결합되고 상기 종자결정보다 작은 개구부를 가지면서 상기 개구부를 통해 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말이 위치하는 도가니 몸체부의 하측 방향으로 개방되어 있는 종자결정 지지 구조물을 포함하며, 종자결정 지지 구조물 상부에 종자결정이 위치되게 하여 상기 개구부를 통해 종자결정의 일부가 노출되게 하면서 상기 종자결정이 상기 종자결정 지지 구조물에 의해 지지되게 한다.

본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 단결정 성장용 종자결정의 부착 방법은, 성장챔버 내에 장착되는 도가니 하부에 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 넣고 상기 도가니 상부에 종자결정을 부착하여 단결정을 성장시키는 PVT 장치에서 종자결정을 부착하는 방법에 있어서, 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 수용하는 도가니 몸체부의 상부를 밀폐하기 위한 도가니 덮개를 준비하는 단계와, 상기 도가니 덮개에 결합되어 상기 도가니 몸체부 상부에 장착되고 종자결정을 수용할 수 있는 공간을 제공하며 내부의 크기가 상기 종자결정의 크기보다 크게 구비되는 지지체를 준비하는 단계와, 볼트 또는 핀 형태로 구비되고 상기 지지체에 구비된 관통공을 통해 상기 종자결정이 위치할 방향으로 삽입되어 상기 종자결정을 고정하기 위한 종자결정 고정 구조물을 준비하는 단계와, 상기 도가니 덮개에 결합되게 하면서 상기 종자결정이 부착될 위치의 주변을 감싸도록 상기 지지체를 장착하는 단계와, 상기 지지체에 구비된 복수개의 관통공을 통해 종자결정 고정 구조물을 상기 종자결정이 위치될 방향으로 삽입하는 단계와, 도가니 몸체부의 하측 방향으로 개방된 부분에 상기 종자결정이 위치되게 하여 하측 방향으로 노출되게 하면서 상기 종자결정이 상기 종자결정 고정 구조물에 의해 고정되게 하는 단계를 포함하며, 상기 종자결정이 안착될 상기 지지체의 부분은 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말이 위치하는 도가니 몸체부의 하측 방향으로 개방되게 한다.

본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 단결정 성장용 종자결정의 부착 방법은, 성장챔버 내에 장착되는 도가니 하부에 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 넣고 상기 도가니 상부에 종자결정을 부착하여 단결정을 성장시키는 PVT 장치에서 종자결정을 부착하는 방법에 있어서, 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 수용하는 도가니 몸체부의 상부를 밀폐하기 위한 도가니 덮개를 준비하는 단계와, 상기 도가니 덮개에 결합되고 상기 종자결정보다 작은 개구부를 가지면서 상기 개구부를 통해 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말이 위치하는 도가니 몸체부의 하측 방향으로 개방되어 있는 종자결정 지지 구조물을 준비하는 단계와, 종자결정 지지 구조물 상부에 종자결정이 위치되게 하여 상기 개구부를 통해 종자결정의 일부가 노출되게 하면서 상기 종자결정이 상기 종자결정 지지 구조물에 의해 지지되게 하는 단계 및 상기 도가니 덮개에 결합되게 상기 종자결정 지지 구조물을 장착하는 단계를 포함한다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단결정 성장용 도가니 및 이를 이용한 단결정 성장용 종자결정의 부착 방법을 더욱 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 단결정 성장용 도가니를 도시한 단면도이고, 도 2는 일 예에 따라 지지체에 종자결정 고정 구조물이 결합된 모습을 보여주는 사진이며, 도 3은 일 예에 따른 지지체를 보여주는 사시 사진이고, 도 4는 일 예에 따른 지지체의 배면을 보여주는 사진이며, 도 5는 일 예에 따른 종자결정 고정 구조물을 보여주는 사진이고, 도 6은 일 예에 따른 고정부를 보여주는 사진이다. 도 7은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 단결정 성장용 도가니를 도시한 단면도이고, 도 8은 일 예에 따른 종자결정 지지 구조물을 보여주는 사진이다.

도 1 내지 도 8을 참조하면, AlN, GaN, SiC와 같은 단결정은 PVT(Physical Vapor Transport; 이하 'PVT'라 함)법을 이용하여 성장시킬 수 있다. PVT 장치에서 단결정 성장시 단결정을 원하는 크기로 쉽게 성장시키기 위해서는 성장시키기 전에 성장용기(도가니) 안에 종자결정(seed crystal)(20)을 부착하여 하는데, 일반적으로 도가니(100) 하부에 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말(10)을 넣고 도가니(100) 상부에 종자결정(20)을 부착하게 된다. 성장 공정 동안의 성장조건에서 견딜 수 있도록 도가니(100) 상부에 종자결정(20)을 부착할 필요가 있으며, 그렇지 않을 경우에는 성장 공정 동안 부착 위치의 변형 등으로 종자결정(20)이 해당 위치를 그대로 유지하지 않고 성장 과정에서 그 위치를 이탈하는 경우가 발생하여 공정의 결과에 악영향을 주기도 한다. 그러한 이유로 성장 공정 전에 종자결정(20)의 부착 과정은 필수적인 준비 과정이 된다.

단결정을 성장시키는 방법에는 여러 가지 방법이 있지만, 본 발명에서는 PVT법을 적용한 장치를 이용한다. PVT 장치는, 석영 등의 재질로 이루어진 성장챔버와, 상기 성장챔버를 지지하기 위한 성장챔버 지지부와, 상기 성장챔버 내에 구비되고 자체 가열원으로 작용하는 도가니(또는 성장용기)(100)와, 상기 도가니(100)를 지지하기 위한 도가니 지지부와, 상기 성장챔버의 둘레를 감싸게 구비되고 도가니(100)를 고주파 유도가열 방식으로 가열하기 위한 가열수단을 포함한다.

상기 성장챔버는 화학적으로 안정하고 성장 온도 보다 높은 융점을 갖는 내열성의 투명한 석영(quartz) 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 성장챔버에는 가스배출구가 구비되고, 상기 가스배출구에는 펌프(pump)와 같은 배기 장치가 설치되어 있을 수 있다. 상기 배기 장치에 의하여 성장챔버 내의 압력이 조절될 수 있다. 단결정 성장 전에 퍼지 가스(purge gas)를 사용하여 성장챔버 내에 존재하는 불순물 가스를 퍼지(purge)하여 상기 가스배출구를 통해 배기시킬 수 있다. 상기 배기 장치는 성장챔버 내부를 진공 상태로 만들거나 가스를 배기하기 위한 진공 펌프(vacuum Pump)와, 상기 진공 펌프에 의한 가스의 배기를 차단하거나 조절하기 위한 밸브들과, 성장챔버 내의 진공도를 측정하기 위한 진공 게이지 등을 포함할 수 있다.

상기 성장챔버의 둘레에는 냉각 실린더가 구비될 수 있고, 상기 냉각 실린더 내부를 흐르는 냉각수(cooling water; CW)에 의해 수냉시켜 성장챔버가 과열되는 것을 억제하고 빠르게 냉각시킬 수 있다. 냉각 실린더에는 냉각수 유입관(cooling water inlet; CWI)을 연결하여 냉각수를 공급하고, 공급된 냉각수는 냉각수 배출관(cooling water outlet; CWO)을 통해 배출되도록 하며, 냉각수가 냉각 실린더를 순환되게 하여 성장챔버가 전체적으로 골고루 냉각될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

성장챔버 내부에는 도가니(100)가 위치되며, 상기 도가니(100)는 그 자체가 물질의 합성을 위한 가열원으로 작용한다. 상기 도가니(100)는 그 자체가 가열원으로 작용하기 때문에 높은 융점을 갖는 흑연(graphite) 카본(흑연을 제외한 카본), 텅스텐 또는 탄탈륨 등으로 이루어질 수 있다. 상기 도가니(100)는 원통형 구조를 가질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니고 원하는 다양한 형태로 제작될 수도 있다. 상기 도가니(100)는 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이 상부가 개방된 도가니 몸체부(110)를 포함하고, 개방된 도가니 몸체부(110) 상부는 도가니 덮개(120)에 의해 밀폐될 수 있는 구조를 가질 수 있다.

도가니(100)를 가열하여 성장챔버 내의 온도를 일정 값 이상으로 상승시켜 목표하는 성장 온도로 유지하기 위한 가열수단이 구비된다. 상기 가열수단은 도가니(100)의 온도(또는 성장챔버의 내부 온도)를 목표 온도(예컨대, 1000∼2500℃)로 상승시키고 일정하게 유지하는 역할을 한다. 상기 가열수단은 고주파 유도가열 등의 방식을 이용할 수 있다. 상기 가열수단에 의해 성장챔버 내의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다.

상기 가열수단으로 고주파(radio frequency; RF) 유도가열 방식을 이용하는 경우, RF 코일이 성장챔버 둘레를 감싸도록 배치될 수 있다. 상기 RF 코일은 고주파 발생기에 연결되어 있으며, 고주파 발생기에서 발생된 고주파 전력(RF power)이 RF 코일을 통하여 인가된다. 고주파 유도가열 방식을 이용하는 경우에는 도가니(100)의 온도를 고온(예컨대, 1000∼2500℃)으로 설정이 가능한 장점이 있다.

본 발명에서 적용하는 PVT 장치의 경우, 석영 등의 재질로 이루어진 성장챔버가 구비되고, 성장챔버 내에 별도의 저항을 가진 도가니(100)를 넣고, 성장챔버 내부를 일정한 압력과 일정한 온도로 유지시켜 놓고, 성장챔버의 외측에 일정한 간격으로 감아 놓은 RF(radio frequency) 코일을 장착하여 일정 주파수를 이용하여 전류를 흐르게 한 후, 흐르는 전류에 의해 자장이 발생하게 하고, 도가니(100) 주변을 흐르는 자장에 의해 2차 유도된 전류가 발생하게 하여 도가니(100)의 저항을 통해 스스로 발열하도록 만들며, 이렇게 발열된 열을 통해 도가니(100) 안에 미리 넣어둔 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말(10)이 가열되어 증발하고, 그 증발물질들이 도가니 몸체부(110) 상부에 부착된 종자결정(20)에 증착되면서 단결정으로 재결정화 하는 방식을 이용한다.

AlN, GaN, SiC는 고체에서 기체로 바로 승화하는 성질이 있어 고체 원료 분말(10)들이 분해 증발한 후 재결정화하게 된다. 단결정 성장시 도가니(100)의 내부 상측에 종자결정(20)을 미리 장착하면 결정의 생성 원리상 미리 장착된 종자결정(20)에 증착되어 단결정의 생성이 용이해질 수 있으며, 따라서 종자결정(20)의 부착은 단결정 성장에 매우 필수적인 과정이 된다.

그러나, AlN, GaN, SiC와 같은 종자결정(20)을 부착하는 데에는 몇 가지 문제가 발생할 수 있는데, 단결정 성장 동안에 도가니(100) 내부의 온도는 대략 1000∼2500℃ 내외가 되며, 성장 동안에 부착된 종자결정(20)을 잡고 있는 물질이 변형되어서는 안 되고, 상대적으로 발열이 많이 일어나서 종자결정(20)의 부착 부분이 부분적으로 증발하여 없어지게 되면 그 부착 위치를 이탈할 가능성이 높아지게 된다.

화합물 또는 혼합물(예컨대, 접착제) 등을 통하여 화학적으로 종자결정(20)을 부착하는 방법이 있을 수도 있지만, 고온의 성장 조건에서 부착된 종자결정(20)을 잡고 있는 화합물 또는 혼합물이 변형되거나 부분적으로 증발하여 없어질 수 있으므로 화학적인 방법보다는 기계적(기구) 장치를 통해 종자결정(20)을 부착하는 방법이 상대적으로 유리하다.

상술한 문제들을 해결하기 위한 단결정 성장용 도가니와 단결정 성장용 종자결정의 부착 방법은 다음과 같다.

(1) 부착하고자 하는 종자결정이 불규칙한 부정형의 형태인 경우(도 1 내지 도 6 참조)

부착하고자 하는 종자결정(20)이 불규칙한 부정형의 형태인 경우에는 복수점(다점) 지지법을 이용한다.

상기 복수점 지지법은, 가혹한 성장 조건에서도 견딜 수 있는 재질로 지지체(150)를 만들고, 종자결정(20)이 부착될 위치의 주변을 감싸도록 지지체(150)를 장착한 후, 지지체(150)에 구비된 복수개의 관통공을 통해 종자결정 고정 구조물(160)을 종자결정(20)이 위치될 방향으로 삽입하며, 적어도 2개 이상(바람직하게는 3개 이상)의 종자결정 고정 구조물(160)에 의해 종자결정(20)이 고정될 수 있게 하는 방식이다. 종자결정(20)은 복수 개의 종자결정 고정 구조물(160)에 의해 고정되므로 그 위치를 이탈하지 않고 단단하게 고정될 수 있다.

단결정 성장용 도가니(100)는, 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 수용하는 도가니 몸체부(110)와, 도가니 몸체부(110)의 상부를 밀폐하기 위한 도가니 덮개(120)와, 도가니 덮개(120)에 결합되어 도가니 몸체부(110) 상부에 장착되고 종자결정(20)을 수용할 수 있는 공간을 제공하며 내부의 크기가 상기 종자결정(20)의 크기보다 크게 구비되는 지지체(150)와, 지지체(150)에 구비된 관통공을 통해 종자결정(20)이 위치할 방향으로 삽입되어 종자결정(20)을 고정하기 위한 종자결정 고정 구조물(160)을 포함한다.

단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말은 AlN, GaN , SiC 와 같은 분말일 수 있다.

도가니 몸체부(110)의 상부에는 도가니 덮개(120)가 구비되고, 도가니(100)는 도가니 덮개(120)에 의해 밀폐될 수 있다. 도가니 덮개(120)는 가혹한 성장 조건에서도 견딜 수 있는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 가혹한 성장 조건에서도 견딜 수 있는 재질로 흑연(graphite), 카본(흑연을 제외한 카본), 텅스텐, 탄탈륨 등을 그 예로 들 수 있다. 가혹한 성장 조건에도 견딜 수 있는 재질을 이용함으로써 도가니(100) 내부의 온도와 분위기에서 견딜 수 있게 된다.

지지체(150)의 내부는 종자결정(20)을 수용할 수 있는 공간을 제공하며, 지지체(150) 내부 크기는 종자결정(20)의 크기보다 크다. 종자결정(20)이 안착될 지지체(150)의 부분은 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말(10)이 위치하는 도가니 몸체부(110)의 하측 방향으로 개방되어 있다. 종자결정(20)은 도가니 몸체부(110)의 하측 방향으로 개방된 부분에 위치되므로 넓은 면이 노출될 수가 있다. 종자결정 고정 구조물(160)이 볼트(수나사) 형태로 구비되는 경우에 지지체(150)에 구비된 관통공은 볼트 형태(수나사)의 종자결정 고정 구조물(160)이 삽입되면서 고정될 수 있게 너트와 같이 암나사 형태로 구비될 수 있고, 종자결정 고정 구조물(160)이 핀 형태로 구비되는 경우에 핀 형태의 종자결정 고정 구조물(160)이 삽입되어 고정될 수 있는 형태로 구비되는 것이 바람직하다. 종자결정 고정 구조물(160)이 종자결정(20)의 측면과 접촉하게 삽입 방향을 설정하는 것이 바람직하다. 지지체(150)는 가혹한 성장 조건에서도 견딜 수 있는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 가혹한 성장 조건에서도 견딜 수 있는 재질로 흑연(graphite), 카본(흑연을 제외한 카본), 텅스텐, 탄탈륨 등을 그 예로 들 수 있다. 가혹한 성장 조건에도 견딜 수 있는 재질을 이용함으로써 도가니(100) 내부의 온도와 분위기에서 견딜 수 있게 된다.

지지체(150)는 도가니 덮개(120)와 결합되게 구비되거나, 도가니 덮개(120)와 지지체(150) 사이에 위치 조절 구조물(140)이 구비되고 위치 조절 구조물(140)이 도가니 덮개(120)와 결합되고 지지체(150)는 위치 조절 구조물(140)에 결합되게 구비될 수도 있다. 지지체(150)가 도가니 덮개(120)와 직접 결합되는 경우에는 도가니 덮개(120)와 일체형으로 결합되어 있거나 볼트 등을 이용하여 결합할 수 있다. 위치 조절 구조물(140)이 게재되는 경우에, 위치 조절 구조물(140)은 도가니 덮개(120)에 일체형으로 결합되어 있거나 볼트 등으로 도가니 덮개(120)에 결합될 수 있으며, 지지체(150)는 위치 조절 구조물(140)에 일체형으로 결합되어 있거나 볼트 등으로 위치 조절 구조물(140)에 결합될 수도 있다. 또 다른 방식으로는 위치 조절 구조물(140)의 하부로부터 돌출된 볼트(수나사) 형태의 고정부가 구비되고 지지체(150)의 상부에는 고정부가 삽입되게 암나사 형태의 홀이 구비되며 상기 고정부가 상기 홀에 끼워짐으로써 지지체(150)와 위치 조절 구조물(140)이 서로 결합될 수도 있다. 또 다른 방식으로는 지지체(150)의 상부로부터 돌출된 볼트(수나사) 형태의 고정부가 구비되고 위치 조절 구조물(140)의 하부에는 고정부가 삽입되게 암나사 형태의 홀이 구비되며 상기 고정부가 상기 홀에 끼워짐으로써 지지체(150)와 위치 조절 구조물(140)이 서로 결합될 수도 있다. 또 다른 방식으로는 지지체(150)의 상부와 위치 조절 구조물(140)의 하부에 암나사 형태의 홀이 구비되고, 지지체(150)와 위치 조절 구조물(140)에 구비된 홀에 삽입되는 볼트(수나사) 형태의 고정부(도 6 참조)가 구비되며, 상기 고정부가 상기 홀에 끼워짐으로써 지지체(150)와 위치 조절 구조물(140)이 서로 결합될 수도 있다. 상기 고정부가 상기 홀에 삽입되는 깊이를 조절하여 종자결정(20)이 안착되는 위치를 조절할 수도 있다.

위치 조절 구조물(140)의 길이를 조절하여 종자결정(20)의 위치를 결정할 수 있다. 종자결정(20)의 위치를 조절하기 위해 위치 조절 구조물(140)은 다양한 길이의 것을 사용할 수 있다. 예컨대, 위치 조절 구조물(140)의 길이가 긴 것을 사용하는 경우에는 위치 조절 구조물(140)의 길이가 작은 것을 사용하는 경우에 비하여 종자결정(20)이 도가니 몸체부(110) 하부쪽으로 위치하게 된다. 한 종류의 위치 조절 구조물(140)만을 사용하는 경우에는 지지체(150)의 홀에 삽입되는 위치 조절 구조물(140)의 고정부 깊이를 조절함으로써 종자결정(20)의 위치를 조절할 수도 있다. 위치 조절 구조물(140)은 가혹한 성장 조건에서도 견딜 수 있는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

종자결정 고정 구조물(160)은 가혹한 성장 조건에서도 견딜 수 있는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 종자결정 고정 구조물(160)은 볼트(수나사) 형태 또는 핀 형태로 구비될 수 있다. 종자결정 고정 구조물(160)은 지지체(150)에 구비된 관통공을 통해 삽입되며, 종자결정(20)의 크기에 따라 그 삽입 깊이를 조절할 수 있게 구비되는 것이 바람직하다. 종자결정(20)의 크기가 큰 경우에는 종자결정 고정 구조물(160)의 삽입 깊이를 작게 하고, 종자결정(20)의 크기가 작은 경우에는 종자결정 고정 구조물(160)의 삽입 깊이를 크게 함으로써, 종자결정(20)의 크기에 맞게 종자결정 고정 구조물(160)의 삽입 깊이를 조절하여 종자결정(20)을 단단하게 고정할 수 있다. 종자결정(20)은 종자결정 고정 구조물(160)이 압박하는 힘에 의해 원하는 위치에 고정될 수 있게 된다. 종자결정 고정 구조물(160)의 삽입 방향은 종자결정(20)의 중심부를 향하도록 하는 것이 바람직하다.

단결정 성장용 종자결정의 부착은 다음과 같은 과정으로 이루어질 수 있다.

먼저, 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말(10)을 수용하는 도가니 몸체부(110)의 상부를 밀폐하기 위한 도가니 덮개(120)를 준비하고, 도가니 덮개(120)에 결합되어 도가니 몸체부(110) 상부에 장착되고 종자결정(20)을 수용할 수 있는 공간을 제공하며 내부의 크기가 종자결정(20)의 크기보다 크게 구비되는 지지체(150)를 준비하며, 볼트 또는 핀 형태로 구비되고 지지체(150)에 구비된 관통공을 통해 종자결정(20)이 위치할 방향으로 삽입되어 종자결정(20)을 고정하기 위한 종자결정 고정 구조물(160)을 준비한다.

도가니 덮개(120)에 결합되게 하면서 종자결정(20)이 부착될 위치의 주변을 감싸도록 지지체(150)를 장착한다.

지지체(150)에 구비된 복수개의 관통공을 통해 종자결정 고정 구조물(160)을 종자결정(20)이 위치될 방향으로 삽입한다.

도가니 몸체부(110)의 하측 방향으로 개방된 부분에 종자결정(20)이 위치되게 하여 하측 방향으로 노출되게 하면서 종자결정(20)이 종자결정 고정 구조물(160)에 의해 고정되게 한다. 종자결정(20)이 안착될 지지체(150)의 부분은 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말(10)이 위치하는 도가니 몸체부(110)의 하측 방향으로 개방되게 한다.

상술한 방법은 기구를 이용한 방법으로서, 종자결정(20)이 놓이는 위치가 도가니(100)의 내부 둘레에 대하여 중심부이므로 종자결정(20)이 위치하는 부분은 도가니(100)의 위치상 가장 발열이 적은 부분으로 자체 발열이 덜 일어나거나 발열하더라도 상대적으로 저온의 온도를 형성하게 된다. 만일 과열이 발생하더라도 상대적인 온도의 분포상 저온이 되어 종자결정(20)의 탈락이 발생하거나 하는 경우는 극히 줄어들거나 없어질 수 있다.

(2) 부착하고자 하는 종자결정이 판상의 각진형 또는 판상의 원형인 경우(도 7 및 도 8 참조)

부착하고자 하는 종자결정(20)이 판상의 각진형 또는 판상의 원형인 경우에는 둘레 지지법을 이용한다.

상기 둘레 지지법은, 종자결정(20)보다 작은 개구부를 가지면서 상기 개구부를 통해 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말(10)이 위치하는 도가니 몸체부(110)의 하측 방향으로 개방되어 있는 종자결정 지지 구조물(160)을 만들고, 종자결정 지지 구조물(160) 상부에 종자결정(20)이 위치되게 하면서 상기 개구부를 통해 종자결정(20)의 일부가 노출되면서도 지지되게 하는 방식이다. 종자결정(20)은 종자결정 지지 구조물(160)에 안착되므로 그 위치를 이탈하지 않고 단단하게 고정될 수 있다.

단결정 성장용 도가니(100)는, 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 수용하는 도가니 몸체부(110)와, 도가니 몸체부(110)의 상부를 밀폐하기 위한 도가니 덮개(120)와, 도가니 덮개(120)에 결합되고 종자결정(20)보다 작은 개구부를 가지면서 상기 개구부를 통해 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말이 위치하는 도가니 몸체부(110)의 하측 방향으로 개방되어 있는 종자결정 지지 구조물(160)을 포함한다.

종자결정 지지 구조물(160)은 가혹한 성장 조건에서도 견딜 수 있는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 가혹한 성장 조건에서도 견딜 수 있는 재질로 흑연(graphite), 카본(흑연을 제외한 카본), 텅스텐, 탄탈륨 등을 그 예로 들 수 있다. 가혹한 성장 조건에도 견딜 수 있는 재질을 이용함으로써 도가니(100) 내부의 온도와 분위기에서 견딜 수 있게 된다.

종자결정 지지 구조물(160)의 내부는 종자결정(20)을 수용할 수 있는 공간을 제공하며, 개구부 크기는 종자결정(20)의 크기보다 작다. 종자결정(20)은 개구부 위쪽에 안착되면서 걸쳐지게 위치시킨다. 개구부가 종자결정(20)의 크기보다 작게(구체적으로 0.1∼10.0 mm 작게) 구비되므로 종자결정(20)이 종자결정 지지 구조물(160)에 안착되더라도 하부로 빠지지 않고 고정될 수가 있다. 종자결정(20)을 하부로 노출시키기 위한 개구부는 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말(10)이 위치하는 도가니 몸체부(110)의 하측 방향으로 개방되어 있다. 종자결정(20)은 개구부를 통해 원하는 위치에서 아래 방향으로 넓은 면이 노출될 수가 있다.

종자결정 지지 구조물(160)은 도가니 덮개(120)와 결합되게 구비되거나, 도가니 덮개(120)와 종자결정 지지 구조물(160) 사이에 위치 조절 구조물(140)이 구비되고 위치 조절 구조물(140)이 도가니 덮개(120)와 결합되고 종자결정 지지 구조물(160)은 위치 조절 구조물(140)에 결합되게 구비될 수도 있다. 종자결정 지지 구조물(160)이 도가니 덮개(120)와 직접 결합되는 경우에는 도가니 덮개(120)와 일체형으로 결합되어 있거나 볼트 등을 이용하여 결합할 수 있다. 위치 조절 구조물(140)이 게재되는 경우에, 위치 조절 구조물(140)은 도가니 덮개(120)에 일체형으로 결합되어 있거나 볼트 등으로 도가니 덮개(120)에 결합될 수 있으며, 종자결정 지지 구조물(160)은 위치 조절 구조물(140)에 일체형으로 결합되어 있거나 볼트 등으로 위치 조절 구조물(140)에 결합될 수도 있다. 또 다른 방식으로는 위치 조절 구조물(140)의 하부로부터 돌출된 볼트(수나사) 형태의 고정부가 구비되고 종자결정 지지 구조물(160)의 상부에는 고정부가 삽입되게 암나사 형태의 홀이 구비되며 상기 고정부가 상기 홀에 끼워짐으로써 종자결정 지지 구조물(160)과 위치 조절 구조물(140)이 서로 결합될 수도 있다. 또 다른 방식으로는 종자결정 지지 구조물(160)의 상부로부터 돌출된 볼트(수나사) 형태의 고정부가 구비되고 위치 조절 구조물(140)의 하부에는 고정부가 삽입되게 암나사 형태의 홀이 구비되며 상기 고정부가 상기 홀에 끼워짐으로써 종자결정 지지 구조물(160)과 위치 조절 구조물(140)이 서로 결합될 수도 있다. 또 다른 방식으로는 종자결정 지지 구조물(160)의 상부와 위치 조절 구조물(140)의 하부에 암나사 형태의 홀이 구비되고, 종자결정 지지 구조물(160)과 위치 조절 구조물(140)에 구비된 홀에 삽입되는 볼트(수나사) 형태의 고정부가 구비되며, 상기 고정부가 상기 홀에 끼워짐으로써 종자결정 지지 구조물(160)과 위치 조절 구조물(140)이 서로 결합될 수도 있다. 상기 고정부가 상기 홀에 삽입되는 깊이를 조절하여 종자결정(20)이 안착되는 위치를 조절할 수도 있다.

먼저, 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말(10)을 수용하는 도가니 몸체부(110)의 상부를 밀폐하기 위한 도가니 덮개(120)를 준비하고, 도가니 덮개(120)에 결합되고 종자결정(20)보다 작은 개구부를 가지면서 상기 개구부를 통해 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말(10)이 위치하는 도가니 몸체부(110)의 하측 방향으로 개방되어 있는 종자결정 지지 구조물(160)을 준비한다.

종자결정 지지 구조물(160) 상부에 종자결정(20)이 위치되게 하여 상기 개구부를 통해 종자결정(20)의 일부가 노출되게 하면서 종자결정(20)이 종자결정 지지 구조물(160)에 의해 지지되게 한다.

도가니 덮개(120)에 결합되게 종자결정 지지 구조물(160)을 장착한다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

10: 고체 원료 분말
20: 종자결정
100: 도가니
110: 도가니 몸체부
120: 도가니 덮개
130: 지지체
140: 종자결정 고정 구조물
150: 위치 조절 구조물
160: 종자결정 지지 구조물

Claims

성장챔버 내에 장착되는 도가니 하부에 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 넣고 상기 도가니 상부에 종자결정을 부착하여 단결정을 성장시키는 PVT 장치에 사용되는 도가니에 있어서,
상기 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 수용하는 도가니 몸체부;
상기 도가니 몸체부의 상부를 밀폐하기 위한 도가니 덮개;
상기 도가니 덮개에 결합되어 상기 도가니 몸체부 상부에 장착되고 종자결정을 수용할 수 있는 공간을 제공하며 내부의 크기가 상기 종자결정의 크기보다 크게 구비되는 지지체; 및
상기 지지체에 구비된 복수개의 관통공을 통해 상기 종자결정이 위치할 방향으로 삽입되어 상기 종자결정을 고정하기 위한 종자결정 고정 구조물을 포함하며,
상기 종자결정 고정 구조물은 볼트 또는 핀 형태로 구비되고,
상기 종자결정이 안착될 상기 지지체의 부분은 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말이 위치하는 도가니 몸체부의 하측 방향으로 개방되어 있으며,
도가니 몸체부의 하측 방향으로 개방된 부분에 상기 종자결정이 위치되게 하여 하측 방향으로 노출되게 하면서 상기 종자결정이 상기 종자결정 고정 구조물에 의해 고정되게 하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 도가니.
성장챔버 내에 장착되는 도가니 하부에 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 넣고 상기 도가니 상부에 종자결정을 부착하여 단결정을 성장시키는 PVT 장치에 사용되는 도가니에 있어서,
상기 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 수용하는 도가니 몸체부;
상기 도가니 몸체부의 상부를 밀폐하기 위한 도가니 덮개;
상기 도가니 덮개에 결합되고 상기 종자결정보다 작은 개구부를 가지면서 상기 개구부를 통해 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말이 위치하는 도가니 몸체부의 하측 방향으로 개방되어 있는 종자결정 지지 구조물을 포함하며,
종자결정 지지 구조물 상부에 종자결정이 위치되게 하여 상기 개구부를 통해 종자결정의 일부가 노출되게 하면서 상기 종자결정이 상기 종자결정 지지 구조물에 의해 지지되게 하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 도가니.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 PVT 장치는,
석영 재질로 이루어진 성장챔버;
상기 성장챔버를 지지하기 위한 성장챔버 지지부;
상기 성장챔버 내에 구비되고 자체 가열원으로 작용하는 상기 도가니;
상기 도가니를 지지하기 위한 도가니 지지부; 및
상기 성장챔버의 둘레를 감싸게 구비되고 상기 도가니를 고주파 유도가열 방식으로 가열하기 위한 가열수단을 포함하며,
상기 도가니 몸체부는 흑연(graphite), 카본(흑연을 제외한 카본), 텅스텐 또는 탄탈륨 재질로 이루어지고,
상기 도가니 덮개는 가혹한 성장 조건에서도 견딜 수 있는 재질로서 흑연(graphite), 카본(흑연을 제외한 카본), 텅스텐 또는 탄탈륨으로 이루어진 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 도가니.
제1항에 있어서, 상기 종자결정은 불규칙한 부정형의 형태를 갖고,
상기 종자결정 고정 구조물이 볼트(수나사) 형태로 구비되며,
상기 지지체에 구비된 관통공은 볼트 형태의 종자결정 고정 구조물이 삽입되면서 고정될 수 있게 암나사 형태로 구비되고,
상기 종자결정 고정 구조물은 상기 종자결정의 측면과 접촉하게 상기 관통공을 통해 삽입되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 도가니.
제1항에 있어서, 상기 도가니 덮개와 상기 지지체 사이에 위치 조절 구조물이 구비되고,
상기 위치 조절 구조물이 상기 도가니 덮개와 결합되며,
상기 지지체는 상기 위치 조절 구조물에 결합되게 구비되고,
상기 위치 조절 구조물의 길이를 조절하여 상기 종자결정이 안착되는 위치를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 도가니.
제5항에 있어서, 상기 지지체가 상기 도가니 덮개와 일체형으로 결합되거나 결합수단을 이용하여 상기 도가니 덮개와 결합되어 있거나,
상기 위치 조절 구조물이 상기 도가니 덮개에 일체형으로 결합되거나 결합수단을 이용하여 상기 도가니 덮개에 결합되어 있으며 상기 지지체는 상기 위치 조절 구조물에 일체형으로 결합되거나 결합수단을 이용하여 상기 위치 조절 구조물에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 도가니.
제5항에 있어서, 상기 위치 조절 구조물의 하부로부터 돌출된 볼트(수나사) 형태의 고정부가 구비되고 상기 지지체의 상부에 상기 고정부가 삽입되게 암나사 형태의 홀이 구비되며 상기 고정부가 상기 홀에 끼워짐으로써 상기 지지체와 상기 위치 조절 구조물이 서로 결합되어 있거나,
상기 지지체의 상부로부터 돌출된 볼트(수나사) 형태의 고정부가 구비되고 상기 위치 조절 구조물의 하부에 상기 고정부가 삽입되게 암나사 형태의 홀이 구비되며 상기 고정부가 상기 홀에 끼워짐으로써 상기 지지체와 상기 위치 조절 구조물이 서로 결합되어 있거나,
상기 지지체의 상부와 위치 조절 구조물의 하부에 암나사 형태의 홀이 구비되고 상기 지지체와 상기 위치 조절 구조물에 구비된 홀에 삽입되는 볼트(수나사) 형태의 고정부가 구비되며 상기 고정부가 상기 홀에 끼워짐으로써 상기 지지체와 상기 위치 조절 구조물이 서로 결합되어 있으며,
상기 고정부가 상기 홀에 삽입되는 깊이를 조절하여 상기 종자결정이 안착되는 위치를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 도가니.
제5항에 있어서, 상기 지지체, 상기 종자결정 고정 구조물 및 상기 위치 조절 구조물은 가혹한 성장 조건에서도 견딜 수 있는 재질로서 흑연(graphite), 카본(흑연을 제외한 카본), 텅스텐 또는 탄탈륨으로 이루어진 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 도가니.
제2항에 있어서, 상기 종자결정은 판상의 각진형 또는 판상의 원형 형태를 갖고,
상기 종자결정이 안착될 상기 종자결정 지지 구조물의 상부 부분은 평평한 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 도가니.
제2항에 있어서, 상기 도가니 덮개와 상기 종자결정 지지 구조물 사이에 위치 조절 구조물이 구비되고,
상기 위치 조절 구조물이 상기 도가니 덮개와 결합되며,
상기 종자결정 지지 구조물은 상기 위치 조절 구조물에 결합되게 구비되고,
상기 위치 조절 구조물의 길이를 조절하여 상기 종자결정이 안착되는 위치를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 도가니.
제10항에 있어서, 상기 종자결정 지지 구조물이 상기 도가니 덮개와 일체형으로 결합되거나 결합수단을 이용하여 상기 도가니 덮개와 결합되어 있거나,
상기 위치 조절 구조물이 상기 도가니 덮개에 일체형으로 결합되거나 결합수단을 이용하여 상기 도가니 덮개에 결합되어 있으며 상기 종자결정 지지 구조물은 상기 위치 조절 구조물에 일체형으로 결합되거나 결합수단을 이용하여 상기 위치 조절 구조물에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 도가니.
제10항에 있어서, 상기 위치 조절 구조물의 하부로부터 돌출된 볼트(수나사) 형태의 고정부가 구비되고 상기 종자결정 지지 구조물의 상부에 상기 고정부가 삽입되게 암나사 형태의 홀이 구비되며 상기 고정부가 상기 홀에 끼워짐으로써 상기 종자결정 지지 구조물과 상기 위치 조절 구조물이 서로 결합되어 있거나,
상기 종자결정 지지 구조물의 상부로부터 돌출된 볼트(수나사) 형태의 고정부가 구비되고 상기 위치 조절 구조물의 하부에 상기 고정부가 삽입되게 암나사 형태의 홀이 구비되며 상기 고정부가 상기 홀에 끼워짐으로써 상기 종자결정 지지 구조물과 상기 위치 조절 구조물이 서로 결합되어 있거나,
상기 종자결정 지지 구조물의 상부와 위치 조절 구조물의 하부에 암나사 형태의 홀이 구비되고 상기 종자결정 지지 구조물과 상기 위치 조절 구조물에 구비된 홀에 삽입되는 볼트(수나사) 형태의 고정부가 구비되며 상기 고정부가 상기 홀에 끼워짐으로써 상기 종자결정 지지 구조물과 상기 위치 조절 구조물이 서로 결합되며,
상기 고정부가 상기 홀에 삽입되는 깊이를 조절하여 상기 종자결정이 안착되는 위치를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 도가니.
제10항에 있어서, 상기 종자결정 지지 구조물 및 상기 위치 조절 구조물은 가혹한 성장 조건에서도 견딜 수 있는 재질로서 흑연(graphite), 카본(흑연을 제외한 카본), 텅스텐 또는 탄탈륨으로 이루어진 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 도가니.
성장챔버 내에 장착되는 도가니 하부에 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 넣고 상기 도가니 상부에 종자결정을 부착하여 단결정을 성장시키는 PVT 장치에서 종자결정을 부착하는 방법에 있어서,
단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 수용하는 도가니 몸체부의 상부를 밀폐하기 위한 도가니 덮개를 준비하는 단계;
상기 도가니 덮개에 결합되어 상기 도가니 몸체부 상부에 장착되고 종자결정을 수용할 수 있는 공간을 제공하며 내부의 크기가 상기 종자결정의 크기보다 크게 구비되는 지지체를 준비하는 단계;
볼트 또는 핀 형태로 구비되고 상기 지지체에 구비된 관통공을 통해 상기 종자결정이 위치할 방향으로 삽입되어 상기 종자결정을 고정하기 위한 종자결정 고정 구조물을 준비하는 단계;
상기 도가니 덮개에 결합되게 하면서 상기 종자결정이 부착될 위치의 주변을 감싸도록 상기 지지체를 장착하는 단계;
상기 지지체에 구비된 복수개의 관통공을 통해 종자결정 고정 구조물을 상기 종자결정이 위치될 방향으로 삽입하는 단계;
도가니 몸체부의 하측 방향으로 개방된 부분에 상기 종자결정이 위치되게 하여 하측 방향으로 노출되게 하면서 상기 종자결정이 상기 종자결정 고정 구조물에 의해 고정되게 하는 단계를 포함하며,
상기 종자결정이 안착될 상기 지지체의 부분은 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말이 위치하는 도가니 몸체부의 하측 방향으로 개방되게 하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 종자결정의 부착 방법.
성장챔버 내에 장착되는 도가니 하부에 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 넣고 상기 도가니 상부에 종자결정을 부착하여 단결정을 성장시키는 PVT 장치에서 종자결정을 부착하는 방법에 있어서,
단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말을 수용하는 도가니 몸체부의 상부를 밀폐하기 위한 도가니 덮개를 준비하는 단계;
상기 도가니 덮개에 결합되고 상기 종자결정보다 작은 개구부를 가지면서 상기 개구부를 통해 단결정 성장의 원료가 되는 고체 원료 분말이 위치하는 도가니 몸체부의 하측 방향으로 개방되어 있는 종자결정 지지 구조물을 준비하는 단계;
종자결정 지지 구조물 상부에 종자결정이 위치되게 하여 상기 개구부를 통해 종자결정의 일부가 노출되게 하면서 상기 종자결정이 상기 종자결정 지지 구조물에 의해 지지되게 하는 단계; 및
상기 도가니 덮개에 결합되게 상기 종자결정 지지 구조물을 장착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 종자결정의 부착 방법.