KR20200046468A - Crucible for use in apparatus for growing sapphire single crystal - Google Patents

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KR20200046468A
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    • C30B29/20—Aluminium oxides

Abstract

A crucible for a sapphire single crystal growth device of the present invention is a crucible in which raw alumina is introduced and a sapphire single crystal is grown in a vertical direction. As an internal area of an upper portion is greater than an internal area of a lower portion to which a single crystal seed is mounted, an amount of the single crystal seed can be minimized, and a sapphire single crystal growth time can be shortened.

Description

사파이어 단결정 성장장치용 도가니{CRUCIBLE FOR USE IN APPARATUS FOR GROWING SAPPHIRE SINGLE CRYSTAL} Crucible for sapphire single crystal growth device {CRUCIBLE FOR USE IN APPARATUS FOR GROWING SAPPHIRE SINGLE CRYSTAL}

본 발명은 알루미나 원료가 투입되어 사파이어 단결정을 성장시키는 사파이어 단결정 성장장치의 도가니에 관한 것이다. The present invention relates to a crucible of a sapphire single crystal growth apparatus in which alumina raw material is introduced to grow sapphire single crystal.

사파이어 단결정은 알루미늄(Al)과 산소(O)가 결합된 형태의 화합물인 알루미나(Al2O3)를 일정 온도에서 용융 후 응고되는 과정에서 HCP(육방정) 계통(Hexagonal system)의 결정구조를 가지고 한 방향으로 응고된 물질이다. Sapphire single crystal is a mixture of aluminum (Al) and oxygen (O) in the form of alumina (Al 2 O 3 ), which is a compound in a certain temperature, and then solidified, and the crystal structure of the HCP (hexagonal system) system It is a substance that has been solidified in one direction.

사파이어 단결정은 다이아몬드 다음의 경도를 지닌 소재로서, 내마모성, 내식성이 쿼츠와 비교해 약 10배 높고 절연특성, 빛 투과성이 우수하여 합성보석, 시계유리 뿐만 아니라 IT용, 산업용, 군사용, LED용 기판 등과 같은 첨단소재 분야에도 광범위하게 사용되고 있다. 특히, IT 기기의 터치 스크린(touch window)용 소재로 각광받고 있으며, 군사용 적외선 탐지 미사일 및 전투기, 탐색기 등의 윈도우용 소재로 사용되고 있다. Sapphire single crystal is a material with the hardness after diamond, which is about 10 times higher in wear resistance and corrosion resistance than quartz, and has excellent insulation properties and light transmittance, as well as synthetic gems, watch glass, IT, industrial, military, LED substrates, etc. It is also widely used in high-tech materials. In particular, it has been in the spotlight as a touch screen material for IT devices, and is used as a window material for military infrared detection missiles, fighters, and explorers.

사파이어 단결정 성장법은 크게 시드(Seed)를 도가니 위쪽에 두고 아랫방향으로 결정을 성장시키는 상부 시딩법(upper seeding method)과 시드를 도가니 내부 바닥에 두고 위쪽으로 성장시키는 하부 시딩법(lower seeding method)으로 나눌 수 있다.The sapphire single crystal growth method consists of an upper seeding method in which the seed is placed on the crucible and grown in a downward direction, and a lower seeding method in which the seed is placed on the inner bottom of the crucible and grown upward. Can be divided into:

상부 시딩법에는 Czochralski, Kyropoulos, EFG법 등이 있다.Upper seeding methods include Czochralski, Kyropoulos, and EFG methods.

Czochralski법은 고순도 알루미나(Al2O3)를 이리듐 도가니에 넣고 용융시킨 후 시드(Seed)를 용액에 넣었다가 회전시키면서 인상하여 성장시키는 성장방법이다. 결정의 직경 조절이 자유롭고 길이가 길어 생산성이 높다는 장점이 있기 때문에 실리콘과 같은 반도체 단결정 성장에 가장 널리 이용되고 있다. The Czochralski method is a growth method in which high-purity alumina (Al 2 O 3 ) is put in an iridium crucible, melted, and then a seed is put in a solution and then rotated to raise and grow. It is most widely used for semiconductor single crystal growth, such as silicon, because it has the advantage of being free to adjust the diameter of the crystal and having a long length, which is high in productivity.

그러나, Czochralski법은 세라믹 결정과 같이 취성이 큰 결정의 육성에서는 높은 온도 구배로 인해 균열이 발생하기 쉬우며, 이로 인해 육성 가능한 결정의 직경에 큰 제한이 있을 뿐 아니라 전위와 같은 결정 내 결함이 높은 단점이 있다.However, the Czochralski method tends to cause cracks due to a high temperature gradient in the formation of large brittle crystals, such as ceramic crystals, and thus has a large limitation on the diameter of crystals that can be grown, as well as high defects in crystals such as dislocations. There are disadvantages.

Kyropoulos법은 알루미나 재료를 용융시킨 후 시드(Seed)를 용액 위에 접촉시키고 용액의 온도를 서서히 낮추면서 성장시키는 성장방법이다. The Kyropoulos method is a growth method in which the alumina material is melted and then the seed is brought into contact with the solution and the temperature of the solution is gradually decreased while growing.

이러한 Kyropoulos법은 회전과 인상의 움직임이 없어 Czochralski법에 비해 낮은 결함밀도를 가지며 대형의 잉곳을 성장시킬 수 있다는 장점이 있지만, 결정의 크기와 형태의 제어가 어려워 LED 기판용으로 사용시 잉곳 대비 기판의 수율이 낮은 단점이 있다. This Kyropoulos method has the advantage of being able to grow a large ingot with a low defect density compared to the Czochralski method because there is no movement of rotation and impression, but it is difficult to control the size and shape of the crystal. There is a disadvantage that the yield is low.

EFG법은 알루미나 재료를 용융시켜 판상의 모세관을 통하여 올라오는 용융액의 위에 시드(Seed)를 접촉시킨 후 서서히 인상하며 판상의 잉곳을 성장시켜 얇은 판상이나 복잡한 단면의 결정을 효과적으로 육성시킬 수 있는 방법이다. The EFG method is a method that can effectively grow crystals of thin plates or complex cross sections by melting the alumina material and then slowly raising the plated ingot by contacting the seeds on the molten liquid that rises through the plate-shaped capillaries. .

그러나, EFG법은 결정표면에 많은 기포가 형성되는 것을 피하기 어려워 표면의 50%가량을 그라인딩 등의 방법으로 제거해야 할 필요가 있어 생산성이 높지 않다.However, in the EFG method, it is difficult to avoid formation of many bubbles on the crystal surface, and thus 50% of the surface needs to be removed by a method such as grinding, so productivity is not high.

하부 시딩법에는 HEM(Heat Exchange Method)법, VHGF(Vertical Horizontal Gradient Freezing)법 등이 있다.The lower seeding method includes a HEM (Heat Exchange Method) method, and a VHGF (Vertical Horizontal Gradient Freezing) method.

HEM법은 도가니 바닥에 시드(Seed)를 고정시키고 알루미나 재료를 충진한 후 챔버 내부의 온도를 서서히 하강시키면서 결정을 성장시키는 방법이다.The HEM method is a method of growing a crystal while fixing a seed on the bottom of a crucible, filling an alumina material, and gradually lowering the temperature inside the chamber.

이러한 HEM법은 낮은 결함밀도와 대형 잉곳 성장이 가능하다는 장점이 있으나 성장된 결정의 직경 대 길이비가 1:1 이하로 제한되며, 단면적이 큰 대형결정을 육성시키는 경우에는 결정의 성장시간이 지나치게 길어 생산성이 떨어지는 단점이 있다.This HEM method has the advantage of enabling low defect density and large ingot growth, but the diameter to length ratio of the grown crystal is limited to 1: 1 or less, and when growing a large crystal with a large cross-sectional area, the crystal growth time is too long. There is a disadvantage of low productivity.

VHGF법은 도가니 바닥에 시드(Seed)를 고정시키고 도가니 내부에 알루미나 재료를 담아 용융시킨 후 챔버 내부의 수직 및 수평방향의 온도분포를 조절하여 히트 싱크(Heat sink) 방향으로부터 방향성 있는 응고를 진행하여 결정을 성장시키는 방법이다. In the VHGF method, a seed is fixed to the bottom of the crucible, and the alumina material is melted in the crucible, and then the temperature distribution in the vertical and horizontal directions inside the chamber is adjusted to progress directional solidification from the heat sink direction. It is a way to grow crystals.

이러한 VHGF법은 결함밀도가 낮고 수직 수평방향으로 동시에 온도구배를 부가하여 결정의 형상에 대한 제한을 없애고 성장시간을 대폭 단축시킬 수 있다.This VHGF method has a low defect density and simultaneously adds a temperature gradient in the vertical and horizontal directions, thereby eliminating limitations on the shape of crystals and significantly shortening the growth time.

종래의 사파이어 단결정 성장장치는 한국 공개특허공보 제10-2011-0027593호(특허문헌 1)에 개시되고, 성장로 내부에 사파이어 잉곳을 성장시키는 도가니가 배치되며, 도가니의 주변에 히터가 설치된다. A conventional sapphire single crystal growth apparatus is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2011-0027593 (Patent Document 1), a crucible for growing a sapphire ingot is disposed inside the growth furnace, and a heater is installed around the crucible.

종래의 도가니는 원통 형태 또는 직육면체 형태로 형성되어 상부와 하부의 면적이 동일하게 형성되므로 도가니의 하부에 장착되는 단결정 시드의 양이 많이 필요하고, 사파이어 잉곳의 성장 시간이 길어지며, As grown 잉곳으로부터 C-축방향의 원봉형 잉곳(즉, 코어)을 코어링한 후 남겨지는 사파이어 스크랩이 많아 낭비가 심한 문제가 있다.The conventional crucible is formed in a cylindrical shape or a rectangular parallelepiped shape, so that the area of the upper and lower portions is the same, so a large amount of single crystal seeds are mounted on the lower portion of the crucible, and the growth time of the sapphire ingot becomes long, from the As grown ingot There is a problem that waste is severe because there are many sapphire scraps left after coreling a C-axis circular ingot (ie, a core).

한국 공개특허공보 제10-2011-0025716호(특허문헌 2)에는 도가니의 수평방향 온도를 균일하게 하기 위하여, 도가니의 외부에 발열체가 다수의 분할된 상태로 배치되어, 각각 독립적으로 작동되는 사파이어 단결정 성장장치로서, 원료의 장입이 용이하도록 도가니 상부가 벌어져 있는 정삼각형의 V자 단면형상을 가지며 일정 길이의 도가니를 사용하고 있으나, 리니지 결함이 단결정 내부로 전파하는 것을 방지하기 위한 해결방안이나 단결정 잉곳 제품의 직경이 대구경화될 때 도가니의 파손이 발생하는 것을 방지하기 위한 해결방안은 제시되어 있지 않다.In Korean Patent Publication No. 10-2011-0025716 (Patent Document 2), in order to make the horizontal temperature of the crucible uniform, heating elements are arranged in a plurality of divided states outside the crucible, and each independently operates sapphire single crystals. As a growth device, it has an equilateral triangular V-shaped cross-section with a crucible upper part open to facilitate the loading of raw materials and uses a crucible of a certain length, but a solution or single crystal ingot product to prevent lineage defects from propagating inside the single crystal No solution has been proposed to prevent the crucible from breaking when the diameter of is largely cured.

한편, 단결정 잉곳의 직경 크기가 커지는 경우, 도가니의 상단부 폭이 지나치게 길어지게 되므로 바람직하지 않다.On the other hand, when the diameter size of the single crystal ingot increases, it is not preferable because the width of the upper end of the crucible becomes too long.

대구경의 단결정 잉곳을 성장하는 경우 바닥부와 경사부 사이의 절곡부(chamfer)에 응력이 집중되어 도가니가 파손될 우려가 있으며, 도가니 두께를 두껍게 하는 경우 고온에서 Mo의 강도가 약해지기 때문에 절곡부(chamfer)의 응력 집중으로 인하여 도가니가 파손될 수 있다.When growing a large-diameter single crystal ingot, stress is concentrated in the chamfer between the bottom and the inclined portion, and thus, the crucible may be damaged.If the thickness of the crucible is thick, the strength of Mo becomes weak at high temperatures, so the bent portion ( The crucible may break due to the concentration of stress in the chamfer).

: 한국 공개특허공보 제10-2011-0027593호: Korean Patent Publication No. 10-2011-0027593 : 한국 공개특허공보 제10-2011-0025716호: Korean Patent Publication No. 10-2011-0025716

따라서, 본 발명의 목적은 도가니의 하부 면적은 작고 상부면적은 크게 형성하여 단결정 시드의 양을 최소화하고, 사파이어 잉곳 성장시간을 최소화할 수 있는 사파이어 단결정 성장장치용 도가니를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a crucible for a sapphire single crystal growth apparatus capable of minimizing the amount of single crystal seeds and minimizing the growth time of a sapphire ingot by forming a lower area of the crucible and a larger upper area.

본 발명의 다른 목적은 도가니의 하부를 사다리꼴 형태로 형성하여 C-축방향의 원봉형 잉곳을 코어링하고 남겨지는 사파이어 스크랩의 양을 최소로 줄일 수 있어 사파이어 잉곳의 낭비를 최소화할 수 있는 사파이어 단결정 성장장치용 도가니를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to form a lower portion of the crucible in a trapezoidal shape to core the C-axis circular ingot and reduce the amount of remaining sapphire scrap to a minimum, so that the sapphire single crystal can minimize waste of the sapphire ingot. It is to provide a crucible for a growth device.

본 발명의 또 다른 목적은 대구경의 단결정 잉곳을 성장하는 경우 바닥부와 경사부 사이의 절곡부(chamfer)에 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있는 사파이어 단결정 성장장치용 도가니를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a crucible for a sapphire single crystal growth apparatus capable of preventing stress from being concentrated in a chamfer between a bottom portion and an inclined portion when growing a large diameter single crystal ingot.

본 발명의 또 다른 목적은 도가니의 하부에 사다리꼴 형태로 경사지게 형성하여 리니지 결함이 사파이어 잉곳 내부로 전파되는 것을 방지하여 사파이어 잉곳의 불량을 최소화할 수 있는 사파이어 단결정 성장장치용 도가니를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a crucible for a sapphire single crystal growth apparatus capable of minimizing defects in a sapphire ingot by preventing a lineage defect from propagating inside a sapphire ingot by forming an inclined trapezoidal shape at the bottom of the crucible.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 사파이어 단결정 성장장치용 도가니는 알루미나 원료가 투입되어 사파이어 단결정이 수직방향으로 성장되는 도가니이고, 단결정 시드가 장착되는 하부의 내부 면적에 비해 상부의 내부 면적이 크게 형성된다.In order to achieve the above object, the crucible for the sapphire single crystal growth apparatus of the present invention is a crucible in which alumina raw material is introduced and the sapphire single crystal is grown in the vertical direction, and the inner area of the upper part is larger than the inner area of the lower part where the single crystal seed is mounted Is formed.

상기 도가니는 직사각형 형태의 바닥부; 상기 바닥부와 연결되는 4 면 중 길이가 긴 전면 및 후면에 연결되고 외측방향으로 벌어지도록 경사지게 형성되는 한쌍의 P면부; 및 상기 바닥부와 연결되는 4 면 중 양쪽 측면에 직각방향으로 연결되고 P면부의 가장자리에 연결되며, 사다리꼴 형태로 형성되는 한쌍의 C면부;를 포함ㅎ할 수 있다The crucible has a rectangular bottom portion; A pair of P-surface parts connected to the long front and rear surfaces of the four surfaces connected to the bottom part and formed to be inclined to open outwardly; And a pair of C-plane portions connected to the both sides of the four surfaces connected to the bottom portion at right angles and connected to the edges of the P-plane portion, and formed in a trapezoidal shape.

또한, 상기 도가니는 직사각형 형태의 바닥부; 상기 바닥부와 연결되는 4면 중 길이가 긴 전면 및 후면에 연결되고 외측방향으로 벌어지도록 적어도 하나의 경사지게 형성되는 한쌍의 경사부; 상기 경사부에서 수직방향으로 연장되는 한쌍의 직선부; 및 상기 바닥부와 연결되는 4면 중 양쪽 측면에 수직방향으로 연결되고 경사부 및 직선부의 가장자리에 연결되는 한쌍의 측면부;를 포함할 수 있다.In addition, the crucible has a rectangular bottom portion; A pair of inclined portions connected to the long front and rear sides of the four surfaces connected to the bottom portion and formed to be at least one inclined to open outwardly; A pair of straight portions extending vertically from the inclined portion; And a pair of side portions connected vertically to both sides of the four surfaces connected to the bottom portion and connected to the edges of the inclined portion and the straight portion.

또한, 상기 경사부는 상기 바닥부의 4면 중 길이가 긴 전면 및 후면에 연결되고 외측방향으로 벌어지도록 경사지게 형성되는 제1경사부; 및 상기 제1경사부에서 제1경사부와 다른 각도로 절곡되는 제2경사부;를 포함할 수 있다.In addition, the inclined portion is connected to the long front and rear of the four sides of the bottom portion, the first inclined portion is formed to be inclined to open outwardly; And a second inclined portion bent at a different angle from the first inclined portion in the first inclined portion.

상기 경사부는 사파이어 단결정 잉곳의 직경이 6인치 이상일 때 1단 절곡되고, 8인치 이상인 경우 2단 절곡이 이루어질 수 있다.The inclined portion may be bent in one step when the diameter of the sapphire single crystal ingot is 6 inches or more, and bent in two steps when it is 8 inches or more.

상기 도가니의 상면에는 외측방향으로 절곡되어 도가니의 강도를 강화하는 강화 리브가 형성될 수 있다.Reinforcing ribs may be formed on the upper surface of the crucible to bend outward to enhance the strength of the crucible.

상기 바닥부, P면부 및 C면부는 평판으로 형성되고, 상호 용접에 의해 결합될 수 있다.The bottom portion, the P surface portion and the C surface portion are formed of a flat plate and can be joined by mutual welding.

상기 바닥부와 P면부 사이의 제1경사각도는 리니지 결합이 전파되는 계면 각도보다 크게 형성될 수 있다.The first inclination angle between the bottom portion and the P surface portion may be formed larger than the interface angle through which the lineage bond propagates.

상기 바닥부와 P면부 사이의 제1경사각도(θ)는 10°≤θ<60°, 바람직하게는 30°≤θ<60°로 형성될 수 있다. The first inclination angle θ between the bottom portion and the P surface portion may be formed at 10 ° ≤ θ <60 °, preferably 30 ° ≤ θ <60 °.

상기 경사부에서 직선부의 제2경사각도는, 85°≤제2경사각도<90°일 수 있다.The second angle of inclination of the straight portion in the inclined portion may be 85 ° ≤ second angle of inclination <90 °.

상기 도가니에서 성장된 사파이어 단결정 잉곳은 사파이어 단결정 잉곳의 성장방향인 A축 방향과 직각방향인 C축 방향으로 원봉 형태로 코어링되어 단결정 잉곳 제품이 제조될 수 있다.The sapphire single crystal ingot grown in the crucible may be core-shaped in a circular shape in the direction of the A-axis direction and the C-axis direction perpendicular to the growth direction of the sapphire single crystal ingot to produce a single crystal ingot product.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 알루미나 원료가 투입되어 사파이어 단결정이 VHGF(Vertical Horizontal Gradient Freezing)법에 따라 수직방향으로 성장되는 도가니로서, 상기 도가니는 직사각형 형태의 바닥부; 상기 바닥부와 연결되는 4면 중 길이가 긴 전면 및 후면에 연결되고 외측방향으로 벌어지도록 경사지게 형성되는 한쌍의 P면부; 및 상기 바닥부와 연결되는 4면 중 양쪽 측면에 직각방향으로 연결되고 P면부의 가장자리에 연결되며, 사다리꼴 형태로 형성되는 한쌍의 C면부;를 포함하며, 상기 바닥부와 P면부 사이의 제1경사각도는 리니지 결함이 전파되는 계면 각도보다 크게 형성되고, 상기 한쌍의 P면부는 각각 사파이어 단결정 잉곳의 직경이 6인치 이상일 때 적어도 하나의 절곡부를 포함하는 사파이어 단결정 성장장치용 도가니를 제공한다.According to another feature of the present invention, the present invention is a crucible in which alumina raw material is introduced and the sapphire single crystal is grown in a vertical direction according to a VHGF (Vertical Horizontal Gradient Freezing) method, wherein the crucible has a rectangular bottom; A pair of P surfaces connected to the long front and back of the four surfaces connected to the bottom part and formed to be inclined to open outward; And a pair of C-surface parts connected to both sides of the four surfaces connected to the bottom part at right angles and connected to the edges of the P-surface parts and formed in a trapezoidal shape, including, the first between the bottom part and the P-face part The inclination angle is formed larger than the interface angle through which the lineage defects propagate, and the pair of P-surface portions provide a crucible for a sapphire single crystal growth apparatus including at least one bent portion when the diameter of each sapphire single crystal ingot is 6 inches or more.

본 발명의 사파이어 단결정 성장장치용 도가니는 도가니의 하부 면적은 작고 상부면적은 크게 형성하여 단결정 시드의 양을 최소화하고, 사파이어 잉곳 성장시간을 최소화할 수 있다.The crucible for a sapphire single crystal growth apparatus of the present invention can form a small lower area of the crucible and a larger upper area to minimize the amount of single crystal seeds and minimize the sapphire ingot growth time.

또한, 도가니의 하부를 사다리꼴 형태로 형성하여 C-축방향의 원봉형 잉곳을 코어링하고 남겨지는 사파이어 스크랩의 양을 줄일 수 있어 사파이어 잉곳의 낭비를 최소화할 수 있다.In addition, the lower portion of the crucible is formed in a trapezoidal shape to core the C-axis circular ingot and reduce the amount of sapphire scrap remaining, thereby minimizing the waste of the sapphire ingot.

더욱이, 도가니의 하부에 사다리꼴 형태로 경사지게 형성하여 리니지 결함이 사파이어 잉곳 내부로 전파되는 것을 방지하여 사파이어 잉곳의 불량을 최소화할 수 있다. Furthermore, it is possible to minimize the defect of the sapphire ingot by preventing the lineage defect from propagating inside the sapphire ingot by forming the trapezoid in an inclined shape at the bottom of the crucible.

본 발명에 따른 도가니는 다면체 형상으로 이루어져 있어 이로부터 성장된 사파이어 단결정 잉곳도 평면을 포함하고 있기 때문에 As Grown 상태에서 잉곳 내부의 기포, 리니지, 쌍정과 같은 결함의 검사가 용이하게 이루어질 수 있다.Since the crucible according to the present invention is formed of a polyhedron shape, since the sapphire single crystal ingot grown therefrom also includes a plane, inspection of defects such as bubbles, lineage, twins inside the ingot in the As Grown state can be easily performed.

또한, 사파이어 단결정 성장은 A축 성장하여 C축으로 코어링을 하여 사용하기 때문에 기존의 원기둥형 단결정 잉곳과 비교할 때 길이방향으로 일정한 길이를 갖는 다면체, 예를들어, 육면체 형상의 단결정 잉곳이 성장되는 본 발명의 형상학적 이론 수율은 원기둥형 단결정 잉곳의 2배 이상이다.In addition, since sapphire single crystal growth is used by growing in the A-axis and coring in the C-axis, a polyhedron having a constant length in the longitudinal direction, for example, a hexahedral single-crystal ingot is grown compared to the conventional cylindrical single crystal ingot. The morphological theoretical yield of the present invention is at least twice that of a cylindrical single crystal ingot.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사파이어 단결정 성장장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 도가니의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 도가니의 단면도이다.
도 4는 기존의 도가니를 사용할 때 C축 방향의 코어링되는 잉곳 제품과 스크랩 부분을 보여주는 도면이다.
도 5a는 본 발명의 제1실시예에 따른 도가니를 사용할 때 C축 방향의 코어링되는 잉곳 제품과 스크랩 부분을 보여주는 도면이다.
도 5b는 단결정 시드에서 사파이어 잉곳이 성장할 때, 리니지 결함의 전파방향을 설명하기 위한 설명도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 1단 챔퍼형 도가니의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 2단 챔퍼형 도가니의 사시도이다. 1 is a cross-sectional view of a sapphire single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of a crucible according to a first embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a crucible according to a first embodiment of the present invention.
Figure 4 is a view showing the ingot product and the scrap portion of the core in the C-axis direction when using a conventional crucible.
Figure 5a is a view showing the ingot product and the scrap portion of the core in the C-axis direction when using the crucible according to the first embodiment of the present invention.
5B is an explanatory diagram for explaining the propagation direction of lineage defects when a sapphire ingot grows on a single crystal seed.
6 is a perspective view of a first stage chamfer type crucible according to a second embodiment of the present invention.
7 is a perspective view of a two-stage chamfered crucible according to a third embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다. Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the size or shape of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. In addition, terms specifically defined in consideration of the configuration and operation of the present invention may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.

본 발명의 사파이어 단결정 성장은 VHGF(Vertical Horizontal Gradient Freezing)법의 잉곳 성장을 바탕으로 설명이 이루어지나, 하부 시딩법을 사용하는 HEM법 등의 다른 공법에도 사용 가능하다.The sapphire single crystal growth of the present invention is described based on the ingot growth of the VHGF (Vertical Horizontal Gradient Freezing) method, but can also be used for other construction methods such as the HEM method using the lower seeding method.

VHGF법에 따른 사파이어 단결정 성장은 도가니 바닥에 단결정 시드(Seed)를 고정시키고 도가니 내부에 알루미나 재료를 담아 용융시킨 후 챔버 내부의 수직 및 수평 방향의 온도분포를 조절한 후 잔류 시드(seed)로부터 수직방향인 A축 방향으로 방향성 있는 응고를 진행하여 결정을 성장시킨다. Growth of sapphire single crystal according to the VHGF method is fixed by fixing a single crystal seed to the bottom of the crucible, melting the alumina material inside the crucible, and then adjusting the temperature distribution in the vertical and horizontal directions inside the chamber, and then vertically from the residual seed. Directional solidification proceeds in the direction of the A-axis, which is the direction, to grow crystals.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사파이어 단결정 성장장치의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a sapphire single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 사파이어 단결정 성장장치는 VHGF법에 따른 사파이어 단결정 성장장치로서, 내부 공간을 갖는 챔버(10)와, 챔버(10) 내부에 배치되어 챔버(10) 내부를 단열하는 내화물(20)과, 내화물(20)의 내부에 배치되어 알루미나 원료가 투입되어 사파이어 단결정(60)의 성장이 이루어지는 도가니(30)와, 도가니(30)의 외부를 둘러싸도록 내화물(20) 내부에 배치되어 핫 존(hot zone)의 온도를 승온시키며 도가니 내부의 전체적인 온도구배를 형성하도록 발열이 이루어지는 메인히터(40)와, 도가니(30) 하부와 접촉하는 냉각판을 구비하고 도가니(30)의 온도를 조절하는 냉각유닛(50)과, 상기 냉각판을 둘러싸도록 배치되어 도가니(30)로부터 냉각판을 통해 빠져나가는 열유속을 제어하는 보조히터(도시되지 않음)를 포함하고 있다.Referring to Figure 1, the sapphire single crystal growth apparatus according to an embodiment is a sapphire single crystal growth apparatus according to the VHGF method, the chamber 10 having an internal space, and the chamber 10 is disposed inside the chamber 10 inside The refractory 20 to be insulated, the crucible 30 which is disposed inside the refractory 20 and alumina raw material is introduced to grow the sapphire single crystal 60, and the refractory 20 to surround the exterior of the crucible 30 It is disposed inside to increase the temperature of the hot zone (hot zone) and the main heater 40 is heated to form an overall temperature gradient inside the crucible, and the crucible 30 is provided with a cooling plate in contact with the lower portion of the crucible 30 ), A cooling unit 50 for controlling the temperature, and an auxiliary heater (not shown) that is disposed to surround the cooling plate and controls the heat flux exiting from the crucible 30 through the cooling plate.

챔버(10)는 사파이어 단결정(60)의 용융점(2050℃) 이하의 고온에서 내화물(20)로부터 방출되는 열에 의한 변형이 발생되지 않아야 하며, 진공 및 가스 분위기에서 사용이 가능하여야 한다. The chamber 10 should not be deformed by heat emitted from the refractory 20 at a high temperature below the melting point (2050 ° C) of the sapphire single crystal 60, and should be usable in a vacuum and gas atmosphere.

따라서, 챔버(10)는 열에 의한 변형을 방지하기 위하여 냉매(냉각수, 가스 등)를 이용하여 챔버(10)를 냉각할 수 있도록 냉매가 흐르는 이중 챔버가 사용될 수 있다. Therefore, the chamber 10 may be a dual chamber in which a refrigerant flows to cool the chamber 10 using a refrigerant (coolant, gas, etc.) to prevent deformation due to heat.

내화물(20)은 메인히터(40)에서 방출되는 열이 외부로 유출되는 것을 방지하는 단열재 역할을 하는 것으로, 내화물(20)의 소재로는 텡스텐, 몰리브데늄, 카본 및 흑연계 펠트 등의 금속계 및 세라믹계 재질 등이 사용될 수 있다. The refractory material 20 serves as an insulating material to prevent the heat emitted from the main heater 40 from flowing out, and the material of the refractory material 20 includes tungsten, molybdenum, carbon, and graphite-based felt. Metal-based and ceramic-based materials may be used.

도가니(30)는 알루미나 원료를 용융시킨 후 응고시켜 사파이어 단결정(60)을 성장시킬 때 알루미나 원료의 용융온도인 2050℃에서도 녹지 않을 수 있는 텅스텐이나 몰리브데늄, 이리듐 등의 금속재질로 형성된다. The crucible 30 is formed of a metal material such as tungsten, molybdenum, or iridium, which may not melt even at a melting temperature of 2050 ° C, which is the melting temperature of the alumina raw material when the alumina raw material is melted and solidified to grow the sapphire single crystal 60.

도가니(30)는 챔버(10) 내에 수직으로 세워지도록 배치되고, 도가니(30)의 내부 바닥에는 사파이어 단결정을 성장시킬 수 있는 크기를 갖는 사파이어 단결정 시드(seed)(62)가 장착된다. 도가니(30)의 상면에는 외측방향으로 절곡되는 보강리브(38)가 형성되어 도가니(30)의 강도를 보강하는 것이 바람직하다. The crucible 30 is arranged to stand vertically in the chamber 10, and a sapphire single crystal seed 62 having a size capable of growing sapphire single crystal is mounted on the inner bottom of the crucible 30. It is preferable to reinforce the strength of the crucible 30 by forming a reinforcing rib 38 that is bent outwardly on the upper surface of the crucible 30.

메인히터(40)는 핫 존(hot zone)의 온도를 승온시키며 도가니 내부의 전체적인 수직 및 수평 방향의 온도구배를 형성하도록 발열이 이루어지며, VHGF(Vertical Horizontal Gradient Freezing)법에 따라 단결정 성장시에 도가니 내부에 장입된 알루미나 원료를 용융시킨 후 도가니 내부에 수직 및 수평 방향의 온도구배를 형성하여 잔류 시드(seed)가 있는 도가니 바닥으로부터 상측으로 방향성 있는 응고를 진행하는 데 적합한 히터를 사용할 수 있다.The main heater 40 heats up the temperature of the hot zone and generates heat to form a temperature gradient in the vertical and horizontal directions inside the crucible, and grows in single crystal according to the VHGF (Vertical Horizontal Gradient Freezing) method. After melting the alumina material charged in the crucible, a heater suitable for advancing directional solidification upward from the bottom of the crucible with residual seeds is formed by forming vertical and horizontal temperature gradients inside the crucible.

메인히터(40)의 상부에는 메인히터(40)에서 상부로 복사되는 열을 반사시키기 위한 반사판(190)이 설치된다. 즉, 내화물(20)의 상부 내면에 반사판(190)이 설치되어 메인히터(40)에서 발생되는 열이 반사하여 챔버(10)의 상부로 열이 누수되는 것을 방지한다. 반사판(190)은 몰리브데늄 재질로 형성되는 것이 바람직하다. A reflector 190 for reflecting heat radiated from the main heater 40 to the upper portion of the main heater 40 is installed. That is, the reflective plate 190 is installed on the upper inner surface of the refractory 20 to prevent heat generated from the main heater 40 from reflecting and leaking heat to the upper portion of the chamber 10. The reflector 190 is preferably formed of a molybdenum material.

메인히터(40)의 온도제어를 위해 파이로미터(Pyrometer)를 사용하여 온도를 측정한다. 챔버(10) 및 내화물(20)에는 파이로미터(Pyrometer)를 사용하여 온도를 측정하기 위한 포트홀(170)이 형성된다. For controlling the temperature of the main heater 40, the temperature is measured using a pyrometer. In the chamber 10 and the refractory 20, a port hole 170 for measuring temperature using a pyrometer is formed.

파이로미터(Pyrometer)는 그 특성상 측정하고자 하는 물체의 방사율(Emissivity)에 따라 측정값이 변하게 된다. 따라서, 흑연 재질의 메인히터(40)의 온도를 직접 측정하게 되면 성장공정에서 발생되는 이물질(가스, 흡착물 및 분진 등)로 인하여 메인히터(40)의 표면 방사율이 변하기 때문에 온도 측정에서 오차가 발생된다. Due to the nature of the pyrometer, the measured value changes according to the emissivity of the object to be measured. Therefore, when the temperature of the main heater 40 made of graphite is directly measured, the surface emissivity of the main heater 40 changes due to foreign substances (gas, adsorbate, dust, etc.) generated in the growth process, and thus an error in temperature measurement occurs. Occurs.

본 실시예에서는 이러한 온도측정 오차를 줄이기 위하여 내화물(20)의 내면에 온도 측정을 위해 별도로 온도측정용 흑연판(160)을 장착하여 파이로미터(Pyrometer)의 온도 측정지점으로 사용된다. In this embodiment, in order to reduce the temperature measurement error, a graphite plate 160 for temperature measurement is separately installed for temperature measurement on the inner surface of the refractory 20, and is used as a temperature measurement point of a pyrometer.

흑연판(160)은 메인히터(40)에 비해 이물질이 적게 흡착되어 방사율이 일정하고, 메인히터(40)와 인접하여 응답성이 빠르고, 메인히터(40)에 비해 사이즈가 작고 교체가 용이하여 보다 정밀한 온도를 측정할 수 있다. The graphite plate 160 absorbs less foreign matter than the main heater 40, so that the emissivity is constant, and the response is fast adjacent to the main heater 40, and the size is small and easy to replace compared to the main heater 40. A more precise temperature can be measured.

도 1에서 미설명 부재번호 90은 지지 플레이트, 96은 기움 방지부, 190은 반사판이다.1, reference numeral 90 is a support plate, 96 is an anti-tilt portion, and 190 is a reflector.

산화물 단결정 중 하나인 사파이어 단결정의 경우, 많은 응용 분야에서 C면을 사용하기 때문에 수평방향의 C축(C-axis) 성장이 형상학적으로 유리하다. 그러나, C축 성장에서 많은 결함이 발생하기 때문에 대부분의 단결정 성장공법은 수직방향의 A축 성장을 이용한다. In the case of sapphire single crystal, which is one of the oxide single crystals, C-axis growth in the horizontal direction is advantageous in morphology because the C plane is used in many applications. However, since many defects occur in the C-axis growth, most single crystal growth methods use A-axis growth in the vertical direction.

하부 시딩(seeding)공법의 성장 방향(Growth direction)은 아래에서 위 방향이다. 하부 시딩(seeding)공법의 성장 방위는 A축이므로 가장 많이 사용하는 C면의 대구경화를 위해서는 A축의 단결정 잉곳의 높이가 증가해야 한다.The growth direction of the lower seeding method is from bottom to top. Since the growth direction of the lower seeding method is the A axis, the height of the single crystal ingot of the A axis must be increased for the large diameter C-plane use.

일반적으로 A축 단결정 성장이 완성된 잉곳의 하부, 특히 시드와 근접된 부분은 리니지 결함 등이 많고 구경이 작기 때문에 버려버리고, 웨이퍼 형상으로 슬라이싱(slicing)이 이루어지는 원봉형 잉곳(즉, 코어)은 상부로부터 얻는다.Generally, the lower portion of the ingot where the A-axis single crystal growth is completed, in particular, the portion close to the seed is discarded because of a large number of lineage defects and a small aperture, and a circular ingot (i.e., a core) in which slicing is performed in a wafer shape. From the top.

도가니(30)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 단결정 시드(62)가 장착되는 직사각형 형태의 바닥부(32)와, 바닥부(32)와 연결된 4면(변) 중 길이가 긴 전면 및 후면에 연결되고 바닥부(32)의 전면 및 후면과 동일한 길이를 갖고 외측방향으로 벌어지도록 경사지게 형성되는 한쌍의 P면부(34)와, 바닥부(32)의 4면(변) 중 길이가 짧은 양쪽 측면에 연결되고 바닥부(32)에서 직각방향으로 연결되고 양쪽 가장자리가 P면부(34)의 가장자리에 연결되도록 상측방향으로 갈수록 폭이 점차적으로 넓어지게 형성되는 한쌍의 C면부(36)를 포함한다. 2 and 3, the crucible 30 has a length of one of four sides (sides) connected to the bottom portion 32 and a rectangular-shaped bottom portion 32 to which the single crystal seed 62 is mounted. Among the pair of P-surface parts 34 which are connected to the long front and rear surfaces and have the same length as the front and rear surfaces of the bottom part 32 and are inclined to open outward, among the four surfaces (sides) of the bottom part 32 A pair of C-surface portions 36 that are connected to both sides of a short length, are connected at right angles from the bottom portion 32, and are gradually widened toward the upper side so that both edges are connected to the edges of the P surface portion 34. ).

상기 바닥부(32), P면부(34) 및 C면부(36)는 예를 들어, 몰리브데늄(Mo)으로 이루어진 평판으로 형성되고, 예를 들어, TIG(Tungsten Inert Gas Welding) 방식의 상호 용접에 의해 결합될 수 있다.The bottom portion 32, the P surface portion 34, and the C surface portion 36 are formed of, for example, a plate made of molybdenum (Mo), for example, TIG (Tungsten Inert Gas Welding) It can be joined by welding.

한쌍의 P면부(34)는 각각 직사각형 평판 형태로 형성되고 바닥부(32)에서 상측방향으로 갈수록 외측방향으로 벌어지는 제1경사각도(θ)를 갖는다. The pair of P surface portions 34 are each formed in the form of a rectangular flat plate and have a first inclination angle θ that spreads outward from the bottom portion 32 toward the upper direction.

한쌍의 C면부(36)는 각각 사다리꼴 평판 형태이고, 상측방향으로 갈수록 그 폭이 점차적으로 넓어지게 형성된다. Each pair of C-surface portions 36 is in the form of a trapezoidal plate, and the width is gradually widened toward the upper side.

이와 같이, 도가니(30)는 전체적인 모양이 하부는 내부 면적이 작고 상부는 내부 면적이 하부에 비해 넓어지게 형성되어 단결정 시드(62)의 사용량을 최소화할 수 있고, 사파이어 단결정의 성장이 완료된 후 C축 방향으로 코어링을 실시하여 원봉 형태의 잉곳 제품이 제조되므로 남겨지거나 버려지는 사파이어 스크랩(scrap)의 낭비를 최소화할 수 있다. In this way, the crucible 30 has an overall shape of which the lower portion has a smaller inner area and the upper portion has a larger inner area than the lower portion, thereby minimizing the use of the single crystal seed 62, and after the growth of the sapphire single crystal is completed, C Since the ingot product in the form of a circular rod is manufactured by performing axially coring, it is possible to minimize waste of sapphire scrap left or discarded.

즉, 기존의 도가니(70)가 직육면체 형태일 경우 도 4에 도시된 바와 같이, C면을 따라 원봉 형태의 잉곳 제품(72)을 코어링 가공할 때 사파이어 잉곳의 남겨지는 부분(P), 즉, 스크랩이 많아 낭비가 심한 문제가 있는 반면에, 본 실시예에 따른 도가니(30)는 도 5a에 도시된 바와 같이, C축을 따라 원봉 형태의 잉곳 제품(80)을 제조할 때 사파이어 잉곳의 남겨지는 부분(Q), 즉 스크랩을 최소화할 수 있어 낭비를 최소화할 수 있다. That is, when the existing crucible 70 is in the form of a rectangular parallelepiped, as shown in FIG. 4, the portion P of the sapphire ingot when core-processing the circular ingot product 72 along the C plane, that is, , On the other hand, there is a problem of heavy waste due to a large amount of scrap, whereas the crucible 30 according to the present embodiment leaves the sapphire ingot when manufacturing the circular ingot product 80 along the C axis, as illustrated in FIG. 5A. The losing portion (Q), i.e. scrap, can be minimized to minimize waste.

그리고, 동일 시간 동안 사파이어 잉곳을 성장시킬 때 기존의 직육면체 형태나 원통 형태의 도가니의 경우 동일한 직경 및 폭으로 성장시키기 때문에 시간이 오래 걸리지만, 본 실시예에 따른 도가니(30)는 하부의 면적이 작고 상측방향으로 갈수록 면적이 점차적으로 커지는 구조이므로 사파이어 잉곳을 빨리 성장시킬 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다. In addition, when growing the sapphire ingot for the same time, it takes a long time because the existing rectangular parallelepiped or cylindrical crucibles grow to the same diameter and width, but the crucible 30 according to this embodiment has a lower area. Since it is small and has a structure that gradually increases in area toward the upward direction, the sapphire ingot can be quickly grown, thereby improving productivity.

사파이어 단결정 성장 시 발생하는 주요 결함으로는 크랙, 기포, 리니지(Lineage) 등이 있다. 이러한 결함 중 리니지 결함은 단결정에서 흔히 말하는 서브 그레인 바운더리(sub-grain boundary)를 말하는 것으로 단결정을 구성하는 원자들의 배열방향이 0~0.1도 틀어져서 성장된 것을 말한다. The main defects that occur during sapphire single crystal growth are cracks, bubbles, and lineage. Among these defects, the lineage defect refers to a sub-grain boundary commonly referred to as a single crystal, and indicates that the arrangement direction of atoms constituting a single crystal is shifted by 0 to 0.1 degrees.

상기 리니지 결함의 생성원인으로는 고온에서 단결정 성장 시 걸리는 온도차이에 의한 응력, 고온에서의 온도의 급격한 변화, 개재물에 의한 열적 물리적 불평형, 또는 물리적 압력에 의한 슬립(slip) 등이 있으며 이러한 결함이 생성된 후 그 위에 성장되는 결정은 결함이 생성된 방향을 따라 지속적으로 성장되기 때문에 결함이 면으로 존재하게 된다. 따라서 리니지 결함이 생성되면 사파이어 단결정 전체가 불량이 되는 경우가 많다.The causes of the lineage defects include stress due to a temperature difference when growing a single crystal at a high temperature, a rapid change in temperature at a high temperature, thermal physical imbalance due to inclusions, or slip due to physical pressure. The crystals that are grown on it after being formed will continue to grow along the direction in which the defects are created, so that the defects are present as cotton. Therefore, when a lineage defect is generated, the entire sapphire single crystal is often defective.

단결정 시드에서 사파이어 잉곳이 성장할 때, 리니지 결함의 전파는 고-액 계면(즉, 잔류 시드의 상부면)과 도가니가 만나는 점에서 계면의 수직 방향(도 5b의 화살표 A방향)으로 진행한다. 따라서, 직육면체 도가니를 사용하는 경우 고-액 계면과 도가니의 바닥부가 만나는 P면부 방향의 계면 각도로 리니지 결함의 전파가 이루어지고, 리니지 결함이 사파이어 잉곳의 외부로 전파될 경우 결정 내부는 리니지 결함이 없게 되나, 리니지 결함이 사파이어 잉곳의 내부로 전파될 경우 해당 위치에 불량이 발생되는 문제가 있다. When a sapphire ingot grows on a single crystal seed, propagation of lineage defects proceeds in the vertical direction of the interface (arrow A direction in FIG. 5B) at the point where the solid-liquid interface (i.e., the top surface of the residual seed) meets the crucible. Therefore, when using a cuboid crucible, propagation of the lineage defect is performed at an interface angle in the direction of the P surface where the solid-liquid interface meets the bottom of the crucible, and when the lineage defect propagates to the outside of the sapphire ingot, the inside of the crystal has a lineage defect. There is no problem, however, if the lineage defect is propagated to the inside of the sapphire ingot, a defect occurs at the corresponding location.

본 실시예에서는 도 3과 같이 리니지 결함이 전파되는 계면 각도에 비해 바닥부(32)와 P면부(34)가 이루는 제1경사각도(θ)를 크게 설정하여 리니지 결함이 사파이어 잉곳 내부로 전파되는 것을 방지할 수 있어 사파이어 잉곳의 리니지 불량을 방지할 수 있다. In this embodiment, the first angle of inclination θ formed by the bottom portion 32 and the P surface portion 34 is set larger than the interface angle at which the lineage defect propagates, as shown in FIG. 3, so that the lineage defect propagates inside the sapphire ingot. It can prevent the lineage defect of the sapphire ingot.

여기에서, 바닥부(32)와 P면부(34) 사이 제1경사각도(θ)는 10°≤θ<60°, 바람직하게는 30°≤θ<60°로 형성되는 것이 좋다. Here, the first inclination angle θ between the bottom portion 32 and the P surface portion 34 is preferably formed by 10 ° ≤θ <60 °, preferably 30 ° ≤θ <60 °.

상기와 같이, 리니지 결함의 전파는 고-액 계면(즉, 잔류 시드의 상부면)과 도가니가 만나는 점에서 계면의 수직 방향으로 진행되므로, 소직경용 도가니인 경우, 잔류 시드도 상대적으로 작게 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 6인치 미만의 소직경용 도가니인 경우, 바닥부(32)와 P면부(34) 사이 제1경사각도(θ)는 60°를 초과하며 70° 미만, 즉, 60°<θ<70°으로 설정하는 것이 바람직하다. As described above, propagation of lineage defects proceeds in the vertical direction of the interface at the point where the solid-liquid interface (i.e., the upper surface of the residual seed) meets the crucible, so in the case of a crucible for small diameter, the residual seed is also formed relatively small. It is desirable to be. Therefore, in the case of a crucible for a small diameter of less than 6 inches, the first inclination angle θ between the bottom portion 32 and the P surface portion 34 exceeds 60 ° and is less than 70 °, that is, 60 ° <θ <70 It is desirable to set to °.

즉, 바닥부(32)와 P면부(34) 사이 제1경사각도는 리니지 결함이 전파되는 계면 각도보다 크게 설정하는 것이 필요하고 C축을 따라 코어링을 실시하여 원봉 형태의 잉곳 제품을 제조할 때 낭비를 최소화할 수 있다. That is, it is necessary to set the first angle of inclination between the bottom portion 32 and the P surface portion 34 larger than the interface angle through which the lineage defects propagate, and when coreling is performed along the C axis to manufacture a circular shape ingot product. Waste can be minimized.

한편, 상기한 제1실시예에 따른 도가니(30)는 C면이 사다리꼴 형상으로 이루어져 있으며, 예를 들어, 4인치의 단결정 잉곳 제품을 제조할 때 적합한 구조이다. 그러나, 단결정 잉곳의 직경 크기가 더 커지는 경우, 사다리꼴 도가니의 상단부 폭이 지나치게 길어지게 되므로 바람직하지 않다.On the other hand, the crucible 30 according to the first embodiment has a trapezoidal shape on the C surface, and is, for example, a structure suitable for manufacturing a 4-inch single crystal ingot product. However, when the diameter of the single crystal ingot becomes larger, it is not preferable because the width of the upper end of the trapezoidal crucible becomes too long.

따라서, 4인치 이상 6인치의 단결정 잉곳 제품을 제조할 때는 하기 제2실시예와 같이 1단의 챔퍼(chamfer)형으로 형상을 변경하여 도가니 상부의 길이가 너무 길어지는 것을 방지하는 것이 바람직하다.Therefore, when manufacturing a single crystal ingot product of 4 inches or more and 6 inches, it is preferable to prevent the length of the crucible upper part from becoming too long by changing the shape to a chamfer type of one stage as in the second embodiment below.

또한, 단결정 잉곳의 높이가 200mm 이상인 경우(즉, 8인치 잉곳 제품인 경우) 또는 도가니 두께가 두꺼워지는 경우 고온에서 Mo의 강도가 약해지기 때문에 절곡부(chamfer)의 응력 집중으로 인한 도가니 파손을 막기 위해 8인치 이상의 잉곳을 제조할 경우 제3실시예와 같이 2단 이상의 챔퍼를 도입하는 것이 바람직하다.In addition, when the height of the single crystal ingot is 200 mm or more (that is, in the case of an 8-inch ingot product) or when the thickness of the crucible is thick, the strength of Mo is weakened at high temperatures to prevent crucible damage due to stress concentration in the chamfer. When manufacturing an ingot of 8 inches or more, it is preferable to introduce two or more chamfers as in the third embodiment.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 1단 챔퍼형 도가니의 측면도이다. 6 is a side view of a single-stage chamfered crucible according to a second embodiment of the present invention.

제2실시예에 따른 도가니(100)는 직사각형 형태의 바닥부(102)와, 바닥부(102)와 연결되는 4면 중 길이가 긴 전면 및 후면에 연결되고 외측방향으로 벌어지도록 경사지게 형성되는 경사부(104)와, 경사부(104)에서 상방향으로 연장되는 직선부(106)와, 바닥부(102)와 연결되는 4면 중 양쪽 측면에 수직방향으로 연결되고 경사부(104) 및 직선부(106)의 가장자리에 연결되는 측면부(108)를 포함한다. The crucible 100 according to the second embodiment is inclined to be connected to the long front and rear sides of the four surfaces connected to the bottom portion 102 of the rectangular shape and the bottom portion 102, and to be opened in an outward direction. The portion 104, the straight portion 106 extending upward from the inclined portion 104, and the inclined portion 104 and the straight line connected vertically to both sides of the four surfaces connected to the bottom portion 102 And a side portion 108 connected to the edge of the portion 106.

이 경우, 상기 직선부(106)는 경사부(104)에서 상방향으로 경사지게 연장될 때, 상기 직선부(106)의 제2경사각도는 도가니(100)와 잉곳의 분리 및 도가니와 도가니 용접지그의 분리가 용이하게 이루어지도록 85°≤제2경사각도<90°의 각도를 주는 것이 바람직하다.In this case, when the straight portion 106 extends inclined upward from the inclined portion 104, the second inclination angle of the straight portion 106 is the separation of the crucible 100 and the ingot and the welding jig of the crucible and the crucible It is preferable to give an angle of 85 ° ≤ the second angle of inclination <90 ° so that separation of the material is easily performed.

제2실시예에 따른 도가니(100)는 제1실시예에 따른 4인치의 도가니(30)에 비해 사이즈가 큰 6인치의 단결정 잉곳 제품을 제조할 때 사용되는 것으로, 도가니(100)의 하부는 사다리꼴 형태로 형성되고, 도가니(100)의 상부는 하부보다 각도가 더 작은 사다리꼴 형태로 형성된다. The crucible 100 according to the second embodiment is used when manufacturing a 6-inch single crystal ingot product having a larger size than the crucible 30 of 4 inches according to the first embodiment, and the lower portion of the crucible 100 It is formed in a trapezoidal shape, and an upper portion of the crucible 100 is formed in a trapezoidal shape with a smaller angle than the lower portion.

여기에서, 경사부(104)의 제1경사각도(θ)는 제1실시예와 동일하게 10°≤θ<60°, 바람직하게는 30°≤θ<60°로 형성되는 것이 좋다. Here, the first inclination angle θ of the inclined portion 104 is preferably formed of 10 ° ≤θ <60 °, preferably 30 ° ≤θ <60 ° as in the first embodiment.

도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 2단 챔퍼형 도가니의 측면도이다. 7 is a side view of a two-stage chamfered crucible according to a third embodiment of the present invention.

제3실시예에 따른 도가니(110)는 직사각형 형태의 바닥부(112)와, 바닥부(112)와 연결되는 4 면 중 길이가 긴 전면 및 후면에 연결되고 외측방향으로 벌어지도록 경사지게 형성되는 제1경사부(114)와, 제1경사부(114)에서 제1경사부(114)와 다른 각도로 절곡되는 제2경사부(116)와, 제2경사부(116)에서 상방향으로 연장되는 직선부(118)와, 바닥부(112)와 연결되는 4 면 중 양쪽 측면에 수직방향으로 연결되어 제1경사부(114), 제2경사부(116) 및 직선부(118)의 가장자리에 연결되는 측면부(120)를 포함한다.The crucible 110 according to the third embodiment has a rectangular bottom part 112 and a length of four surfaces connected to the bottom part 112, which are connected to the long front and back sides and are inclined so as to spread outwardly. The first inclined portion 114 and the second inclined portion 116 bent at a different angle from the first inclined portion 114 to the first inclined portion 114, and the second inclined portion 116 extends upwardly The edges of the first inclined portion 114, the second inclined portion 116, and the straight portion 118 are vertically connected to both sides of the four surfaces connected to the straight portion 118 and the bottom portion 112. It includes a side portion 120 connected to.

제3실시예의 도가니(110)에서도 바닥부(112)와 제1경사부(114) 사이의 경사각도(θ)는 제1실시예와 동일하게 10°≤θ<60°, 바람직하게는 30°≤θ<60°로 형성되는 것이 좋다. Even in the crucible 110 of the third embodiment, the inclination angle θ between the bottom portion 112 and the first inclined portion 114 is 10 ° ≤ θ <60 °, preferably 30 ° as in the first embodiment. It is preferable to form ≤θ <60 °.

상기 직선부(118)는 제2경사부(116)에서 상방향으로 경사지게 연장될 때, 상기 직선부(118)의 경사각도는 도가니(100)와 잉곳의 분리 및 도가니와 도가니 용접지그의 분리가 용이하게 이루어지도록 85°≤제2경사각도<90°의 각도를 주는 것이 바람직하다.When the straight portion 118 extends obliquely upward from the second inclined portion 116, the inclination angle of the straight portion 118 is the separation of the crucible 100 and the ingot and the separation of the crucible and the crucible welding jig. It is preferable to give the angle of 85 ° ≤ the second angle of inclination <90 ° so that it can be easily made.

제3실시예에 따른 도가니(110)는 8인치 이상의 대구경의 잉곳을 제조할 때 사용하는 것으로, 제2실시예에 따른 도가니(6인치 크기의 잉곳을 제조할 때 적용)(100)에 비해 사이즈가 클 경우 사용되는 것으로, 대구경의 경우 바닥부와 경사부 사이의 절곡부(chamfer)에 응력이 집중되어 도가니가 파손될 우려가 있다. 따라서, 절곡부를 2번 이상 절곡하여 응력을 분산시켜 도가니의 파손을 방지한다. The crucible 110 according to the third embodiment is used when manufacturing an ingot having a large diameter of 8 inches or more, compared with the crucible according to the second embodiment (applied when manufacturing an ingot of 6 inches in size) 100 It is used when is large. In the case of large diameter, there is a possibility that the crucible is damaged due to the concentration of stress in the chamfer between the bottom and the inclined portion. Therefore, the bending portion is bent twice or more to disperse the stress to prevent the crucible from being damaged.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다. In the above, the present invention has been illustrated and described with reference to specific preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and is common knowledge in the technical field to which the present invention pertains without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible by those who have.

10: 챔버 20: 내화물
30,100,110: 도가니 32,102,112: 바닥부
34: P면부 36: C면부
38: 보강리브 40: 메인히터
50: 냉각유닛 60: 사파이어 단결정
62: 단결정 시드 72,80: 잉곳 제품
104,114,116: 경사부 106,118: 직선부
108,120: 측면부10: chamber 20: refractory
30,100,110: Crucible 32,102,112: Bottom
34: P surface portion 36: C surface portion
38: reinforcement rib 40: main heater
50: cooling unit 60: sapphire single crystal
62: single crystal seed 72,80: ingot product
104,114,116: Inclined part 106,118: Straight part
108,120: side

Claims (11)

알루미나 원료가 투입되어 사파이어 단결정이 수직방향으로 성장되는 도가니로서,
상기 도가니는
직사각형 형태의 바닥부;
상기 바닥부와 연결되는 4면 중 길이가 긴 전면 및 후면에 연결되고 외측방향으로 벌어지도록 경사지게 형성되는 한쌍의 P면부; 및
상기 바닥부와 연결되는 4면 중 양쪽 측면에 직각방향으로 연결되고 P면부의 가장자리에 연결되며, 사다리꼴 형태로 형성되는 한쌍의 C면부;를 포함하는 사파이어 단결정 성장장치용 도가니. As a crucible where the raw material of alumina is injected and the sapphire single crystal is grown in the vertical direction,
The crucible
Rectangular bottom;
A pair of P surfaces connected to the long front and back of the four surfaces connected to the bottom part and formed to be inclined to open outward; And
A crucible for a sapphire single crystal growth apparatus including; a pair of C-surface portions connected to the edges of the P-plane portion and connected at right angles to both sides of the four surfaces connected to the bottom portion and formed in a trapezoidal shape. 알루미나 원료가 투입되어 사파이어 단결정이 수직방향으로 성장되는 도가니로서,
상기 도가니는
직사각형 형태의 바닥부;
상기 바닥부와 연결되는 4면 중 길이가 긴 전면 및 후면에 연결되고 외측방향으로 벌어지도록 적어도 하나의 경사지게 형성되는 한쌍의 경사부;
상기 경사부에서 상방향으로 연장되는 한쌍의 직선부; 및
상기 바닥부와 연결되는 4면 중 양쪽 측면에 수직방향으로 연결되고 경사부 및 직선부의 가장자리에 연결되는 한쌍의 측면부;를 포함하는 사파이어 단결정 성장장치용 도가니.As a crucible where the raw material of alumina is injected and the sapphire single crystal is grown in the vertical direction,
The crucible
Rectangular bottom;
A pair of inclined portions connected to the long front and rear sides of the four surfaces connected to the bottom portion and formed to be at least one inclined to open outwardly;
A pair of straight portions extending upward from the inclined portion; And
A crucible for a sapphire single crystal growth apparatus including; a pair of side portions connected vertically to both sides of the four surfaces connected to the bottom portion and connected to the edges of the inclined portion and the straight portion. 제1항에 있어서,
상기 바닥부, P면부 및 C면부는 평판으로 형성되고, 상호 용접에 의해 결합되는 사파이어 단결정 성장장치용 도가니. According to claim 1,
The bottom portion, the P surface portion and the C surface portion are formed of a flat plate, and a crucible for a sapphire single crystal growth device that is joined by mutual welding. 제1항에 있어서,
상기 바닥부와 P면부 사이의 제1경사각도는 리니지 결함이 전파되는 계면 각도보다 크게 형성되는 사파이어 단결정 성장장치용 도가니.According to claim 1,
The first inclination angle between the bottom portion and the P surface portion is a crucible for a sapphire single crystal growth apparatus that is formed to be larger than the interface angle through which lineage defects propagate. 제1항에 있어서,
상기 바닥부와 P면부 사이의 제1경사각도(θ)는 10°≤θ<60°인 사파이어 단결정 성장장치용 도가니. According to claim 1,
A crucible for a sapphire single crystal growth apparatus having a first inclination angle (θ) between the bottom portion and the P surface portion of 10 ° ≤ θ <60 °. 제5항에 있어서,
상기 바닥부와 P면부 사이의 제1경사각도(θ)는 30°≤θ<60°인 사파이어 단결정 성장장치용 도가니.The method of claim 5,
A crucible for a sapphire single crystal growth apparatus wherein the first inclination angle (θ) between the bottom portion and the P surface portion is 30 ° ≤θ <60 °. 제2항에 있어서,
상기 경사부는 사파이어 단결정 잉곳의 직경이 6인치 이상일 때 1단 절곡되고, 8인치 이상인 경우 2단 절곡이 이루어지는 사파이어 단결정 성장장치용 도가니.According to claim 2,
The inclined portion is a crucible for a sapphire single crystal growth apparatus that is bent in one stage when the diameter of the sapphire single crystal ingot is 6 inches or more, and in two stages when it is 8 inches or more. 제2항에 있어서,
상기 경사부는
상기 바닥부의 4 면 중 길이가 긴 전면 및 후면에 연결되고 외측방향으로 벌어지도록 경사지게 형성되는 제1경사부; 및
상기 제1경사부에서 제1경사부와 다른 각도로 절곡되는 제2경사부;를 포함하는 사파이어 단결정 성장장치용 도가니.According to claim 2,
The inclined portion
A first inclined portion connected to the long front and rear sides of the four sides of the bottom portion and being inclined to open outwardly; And
A crucible for a sapphire single crystal growth apparatus including; a second inclined portion bent at a different angle from the first inclined portion in the first inclined portion. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 도가니의 상면에는 외측방향으로 절곡되어 도가니의 강도를 보강하는 보강 리브가 형성되는 사파이어 단결정 성장장치용 도가니. The method according to claim 1 or 2,
A crucible for a sapphire single crystal growth apparatus in which an upper surface of the crucible is bent in an outward direction and a reinforcing rib for reinforcing the strength of the crucible is formed. 제2항에 있어서,
상기 경사부에서 직선부의 제2경사각도는, 85°≤제2경사각도<90°인 사파이어 단결정 성장장치용 도가니. According to claim 2,
The second inclination angle of the straight portion in the inclined portion, the crucible for a sapphire single crystal growth apparatus of 85 ° ≤ the second inclination angle <90 °. 알루미나 원료가 투입되어 사파이어 단결정이 VHGF(Vertical Horizontal Gradient Freezing)법에 따라 수직방향으로 성장되는 도가니로서,
상기 도가니는
직사각형 형태의 바닥부;
상기 바닥부와 연결되는 4면 중 길이가 긴 전면 및 후면에 연결되고 외측방향으로 벌어지도록 경사지게 형성되는 한쌍의 P면부; 및
상기 바닥부와 연결되는 4면 중 양쪽 측면에 직각방향으로 연결되고 P면부의 가장자리에 연결되며, 사다리꼴 형태로 형성되는 한쌍의 C면부;를 포함하며,
상기 바닥부와 P면부 사이의 제1경사각도는 리니지 결함이 전파되는 계면 각도보다 크게 형성되고,
상기 한쌍의 P면부는 각각 사파이어 단결정 잉곳의 직경이 6인치 이상일 때 적어도 하나의 절곡부를 포함하는 사파이어 단결정 성장장치용 도가니.

As a crucible in which alumina raw material is introduced and sapphire single crystal is grown in the vertical direction according to VHGF (Vertical Horizontal Gradient Freezing) method,
The crucible
Rectangular bottom;
A pair of P surfaces connected to the long front and back of the four surfaces connected to the bottom part and formed to be inclined to open outward; And
It includes; a pair of C-plane portions connected to the sides of the four sides connected to the bottom portion at right angles to the edges of the P-plane portion and formed in a trapezoidal shape;
The first inclination angle between the bottom portion and the P surface portion is formed larger than the interface angle through which the lineage defect propagates,
The pair of P-surface portion crucible for a sapphire single crystal growth apparatus including at least one bent portion when the diameter of each sapphire single crystal ingot is 6 inches or more.

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