KR20230158386A - 불화 칼슘 단결정 제조장치 - Google Patents
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Abstract
불화 칼슘 단결정 제조장치를 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 불화 칼슘 융액으로부터 불화 칼슘 단결정을 성장시키는 불화 칼슘 단결정 제조장치에 있어서, 상기 불화 칼슘 단결정 제조장치 내 각 구성이 배치될 수 있는 공간을 제공하는 챔버와 상기 챔버 내 구비되고, 장입되는 불화 칼슘 융액을 저장하는 외부 도가니와 상기 외부 도가니로부터 상기 외부 도가니에 저장되는 불화 칼슘 융액을 유입받는 내부 도가니와 상기 외부 도가니가 융점 이상의 온도를 유지할 수 있도록. 상기 외부 도가니로 열을 공급하는 히터와 상기 챔버 내 최외곽에 구현되어, 상기 외부 도가니 및 상기 내부 도가니의 온도를 유지시키는 단열부와 융액을 불화 칼슘 단결정으로 성장시키는 시드 및 상기 불화 칼슘 단결정 제조장치 내 각 구성의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 불화 칼슘 단결정 제조장치를 제공한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 불화 칼슘 융액으로부터 불화 칼슘 단결정을 성장시키는 불화 칼슘 단결정 제조장치에 있어서, 상기 불화 칼슘 단결정 제조장치 내 각 구성이 배치될 수 있는 공간을 제공하는 챔버와 상기 챔버 내 구비되고, 장입되는 불화 칼슘 융액을 저장하는 외부 도가니와 상기 외부 도가니로부터 상기 외부 도가니에 저장되는 불화 칼슘 융액을 유입받는 내부 도가니와 상기 외부 도가니가 융점 이상의 온도를 유지할 수 있도록. 상기 외부 도가니로 열을 공급하는 히터와 상기 챔버 내 최외곽에 구현되어, 상기 외부 도가니 및 상기 내부 도가니의 온도를 유지시키는 단열부와 융액을 불화 칼슘 단결정으로 성장시키는 시드 및 상기 불화 칼슘 단결정 제조장치 내 각 구성의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 불화 칼슘 단결정 제조장치를 제공한다.
Description
본 실시예는 고품질의 광학특성을 갖는 불화 칼슘 단결정을 제조하는 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
불화 칼슘 단결정체는 넓은 파장대역, 특히 극자외선(EUV: Extra Ultra Violet) 파장대역에 걸쳐 높은 투과율, 저굴절률, 저분산 특성 및 우수한 화학적 안정성을 갖는다. 이에, 불화 칼슘 단결정체는 렌즈 또는 프리즘 등 다양한 광학구성으로 구현되어 사용되고 있다. 통상적으로 불화 칼슘 단결정체는 브릿지만법을 이용하여 성장한다. 하지만, 대구경 불화 칼슘 성장을 위해서는 초크랄스키법에 의헤 제조된다.
초크랄스키법은 도가니 내에 장입된 불화 칼슘 융액에 일정 방향으로 회전하는 시드(Seed)를 접촉시킨 후, 시드를 서서히 인상시키며 결정을 성장시키는 방법이다. 시드가 인상하며 불화 칼슘 융액은 결정으로 성장한다.
한편, 전술한 방법과 같이 불화 칼슘 융액이 불화 칼슘 단결정으로 제조됨에 있어, 상당한 시간이 소요된다. 그에 따라 불화 칼슘 융액 내에서 플루오린 기체(F2)가 기화되는데, 그로 인해 금속 성분과 외부 불순물이 결합하는 문제가 발생하게 된다. 불순물의 대표적인 예로서, 산소(O2)가 있다. 산소가 금속 성분과 결합하여 산소 성분이 불화 칼슘 단결정 내 존재하게 될 경우, 단결정의 광학 특성, 예를 들어 투과율은 현저히 떨어지는 문제를 야기하게 된다.
종래부터 불화 칼슘 융액에 불순물이 결합되는 것을 방지하고자 하는 다양한 시도가 진행되어 왔으나, 대부분이 방지율이 충분치 못한 문제가 있었다.
본 발명의 일 실시예는, 플루오린 기체의 배출과 그로 인한 불순물의 결합을 방지함으로써, 고품질의 광학특성을 갖는 불화 칼슘 단결정을 제조하는 불화 칼슘 단결정 제조장치를 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 불화 칼슘 융액으로부터 불화 칼슘 단결정을 성장시키는 불화 칼슘 단결정 제조장치에 있어서, 상기 불화 칼슘 단결정 제조장치 내 각 구성이 배치될 수 있는 공간을 제공하는 챔버와 상기 챔버 내 구비되고, 장입되는 불화 칼슘 융액을 저장하는 외부 도가니와 상기 외부 도가니로부터 상기 외부 도가니에 저장되는 불화 칼슘 융액을 유입받는 내부 도가니와 상기 외부 도가니가 융점 이상의 온도를 유지할 수 있도록. 상기 외부 도가니로 열을 공급하는 히터와 상기 챔버 내 최외곽에 구현되어, 상기 외부 도가니 및 상기 내부 도가니의 온도를 유지시키는 단열부와 융액을 불화 칼슘 단결정으로 성장시키는 시드 및 상기 불화 칼슘 단결정 제조장치 내 각 구성의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 불화 칼슘 단결정 제조장치를 제공한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 챔버는 최상단에 상기 시드 및 불활성 기체가 내부로 유입될 수 있도록 개방된 부분을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 히터 및 상기 단열부는 내부가 빈 원통형으로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 불화 칼슘 단결정 제조장치는 상기 외부 도가니의 단면적보다 넓은 면적을 가지며, 자신의 상단으로 상기 외부 도가니를 지지하는 도가니 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 불화 칼슘 단결정 제조장치는 상기 도가니 지지부의 일면과 접촉하며, 상기 도가니 지지부를 승·하강시키거나 회전시키는 도가니 이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 도가니 이동부는 상기 도가니 지지부가 상기 외부 도가니와 접촉한 면의 반대면으로 상기 도가니 지지부와 접촉하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 제어부는 상기 도가니 지지부를 지속적으로 기 설정된 방향으로 회전시키도록 상기 도가니 이동부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 불화 칼슘 단결정 제조장치는 상기 시드를 승·하강시키는 시드이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 시드 이동부는 상기 시드를 승·하강시키는 동시에 회전시키는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 제어부는 상기 시드를 지속적으로 기 설정된 반대방향으로 회전시키도록 상기 시드 이동부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예의 일 측면에 따르면, 플루오린 기체의 배출과 그로 인한 불순물의 결합을 방지함으로써, 고품질의 광학특성을 갖는 불화 칼슘 단결정을 제조할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 불화 칼슘 단결정 제조장치의 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 내부 도가니의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 내부 도가니의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 내부 도가니의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 불화 칼슘 단결정 제조장치 내로 유입되는 불활성 기체의 흐름을 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 내부 도가니의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 내부 도가니의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 내부 도가니의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 불화 칼슘 단결정 제조장치 내로 유입되는 불활성 기체의 흐름을 예시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 불화 칼슘 단결정 제조장치의 구성을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 불화 칼슘 단결정 제조장치(100)는 챔버(110), 단열부(115), 외부 도가니(120), 내부 도가니(125), 도가니 지지부(130), 도가니 이동부(135), 히터(140), 시드(145), 시드 지지부(150), 시드 이동부(155) 및 제어부(미도시)를 포함한다.
불화 칼슘 단결정 제조장치(100, 이하에서 '제조장치'라 약칭함)는 장입되는 불화 칼슘 융액(이하에서 '융액'이라 약칭함)을 불화 칼슘 단결정으로 결정화시키되, 필연적으로 유입될 수밖에 없는 불순물과 융액의 접촉을 최소화한다. 이에 따라, 제조장치(100)에 의해 제조된 불화 칼슘 단결정은 내부에 불순물을 포함하지 않음에 따라 고품질의 광학특성을 가질 수 있다. 여기서, 불화 칼슘은 불화 마그네슘(MgF2), 불화 스트론튬(SrF2) 또는 불화 바륨(BaF2) 등 플루오린 원소와 알칼리토금속이 결합된 결합물로 대체될 수 있다.
통상적으로, 융액으로부터 기화하는 플루오린 기체의 배출을 방지하기 위해, 제조장치(100) 내로 불활성 기체가 주입된다. 주입되는 불활성 기체의 대표적인 예로는 아르곤(Ar) 가스가 존재한다. 불활성 기체는 플루오린 기체가 제조장치(100) 외부로 배출되려는 방향과 반대방향으로 주입되며, 플루오린 기체의 배출을 방해한다. 이때, 제조장치(100)는 후술할 내부 도가니(125)의 구조를 가짐에 따라, 불활성 기체의 주입을 이용하여 플루오린 기체의 배출을 보다 우수하게 방해할 수 있다. 이에 따라, 기화된 플루오린 기체가 다시 융액과 결합하도록 할 수 있는 동시에, 불순물이 융액에 결합되는 것을 최대한 방지할 수 있다.
챔버(110)는 제조장치(100)의 구성이 배치될 수 있는 공간을 내부에 포함한다. 이에 따라, 챔버(110)는 제조장치(100)의 구성이 배치될 수 있도록 하여, 제조장치(100)의 구성을 외력으로부터 보호한다. 챔버(110)는 열전도율이 낮은 소재로 구현되어, 챔버(110) 외부와 내부의 열교환을 차단할 수 있다.
챔버(110)의 최상단의 일부분은 개방되어, 시드(145)가 시드 이동부에 의해 승·하강할 수 있도록 하며, 챔버(110) 내부로 불활성 기체가 유입될 수 있도록 한다.
단열부(115)는 챔버(110) 내 최외곽에 구현되어, 외부 도가니(120) 및 내부 도가니(125)의 온도가 균일하게 유지될 수 있도록 한다. 단열부(115)는 내부가 빈 원통형으로 구현되며, 챔버(110)의 높이방향으로 최하단의 높이는 적어도 외부 도가니(120)의 최하단부보다 낮게 형성되며, 최상단의 높이는 적어도 외부 도가니(120)의 최상단부보다 높게 형성된다. 특히, 단열부(115)의 최상단의 높이는 단열부(115)의 최상단과 융액이 장입되는 외부 도가니(120)의 바닥면까지의 높이차이가 적어도 내부 도가니(125)의 높이보다 크도록 형성된다.
단열부(115)의 최상단에는 챔버(110)의 중심부를 향해 돌출된 돌출부(117)가 형성된다. 단열부(115)에 돌출부(117)가 형성됨에 따라, 도 2 내지 4를 참조하여 후술할 내부 도가니(125) 내 날개부(218)가 돌출부(117) 상에 안착하며 내부 도가니(125)가 지지되는 동시에, 날개부(218)와 돌출부(117)가 기화되는 플루오린 기체의 배출을 방지한다. 날개부(218)가 돌출부(117) 상에 안착하며 챔버(110)의 높이방향으로는 틈을 형성하지 않기 때문에, 융액으로부터 기화된 플루오린 기체가 배출되는 것을 방지할 수 있다.
외부 도가니(120)는 장입되는 융액을 저장하며, 히터(140)로부터 열을 제공받아 융액이 응고되지 않도록 불화 칼슘의 융점 이상의 온도를 유지한다. 외부 도가니(120)는 열 전도율이 우수한 소재로 구현되어, 히터(140)로부터 공급되는 열을 받아 도가니(120) 내부 온도가 상승하며 융액의 융점 이상의 온도를 유지한다. 이에 따라, 외부 도가니(120)는 장입되는 융액을 저장하며, 저장하는 과정에서 장입된 융액이 응고하지 않도록 한다.
내부 도가니(125)는 외부 도가니(120)에 저장된 융액을 유입받아, 시드(145)가 융액으로부터 불화 칼슘 단결정을 성장시킬 수 있도록 한다.
제조장치(100)는 내부 도가니(125)와 외부 도가니(120)를 모두 포함한다. 외부 도가니(120)는 후술할 도가니 이동부(135)에 의해 승·하강하거나 및 회전한다. 다만, 외부 도가니(120)가 승·하강하거나 회전하는 과정에서 미세한 진동이 필연적으로 발생할 수밖에 없다. 외부 도가니(120) 내 장입된 융액으로부터 시드(145)에 의해 직접 단결정이 성장할 경우, 외부 도가니(120)에 발생하는 진동에 의해 성장하는 단결정의 품질이 저하되는 문제가 발생하게 된다. 이러한 문제를 방지하고자, 내부 도가니(125)는 외부 도가니(120)에 저장된 융액은 유입받으면서, 외부 도가니(120)외 물리적으로 연결되어 있지 않음에 따라 외부 도가니(125)에 필연적으로 발생하게 되는 진동이 내부 도가니(125)로 전달되지 않게 된다. 내부 도가니(125)는 외부 도가니(120)와 물리적으로 연결은 되지 않으면서 외부 도가니(120)로부터 융액을 유입받음으로써 성장할 단결정의 품질을 향상시킨다.
내부 도가니(125)는 시드(145)가 자신의 내부로 하강할 수 있는 구조를 가짐에 따라, 외부 도가니(120)에서 자신의 내부로 유입된 융액과 시드(145)가 접촉할 수 있도록 한다.
한편, 내부 도가니(125)는 도 2 내지 4를 참조하여 후술할 구조를 가짐에 따라, 외부 도가니(120)의 회전에 따라 유동하는 융액의 흐름을 상쇄할 수 있으며, 챔버(110) 내로 주입되는 불활성 기체가 기 설정된 경로를 따라 흐르도록 함으로써 플루오린 기체의 외부로의 배출을 최소화할 수 있다. 이에 대한 내용은 도 2 내지 4를 참조하여 후술한다.
도가니 지지부(130)는 외부 도가니(120)를 지지한다. 도가니 지지부(130)는 외부 도가니(120)의 단면적보다 넓은 면적을 가지며, 자신의 상단으로 외부 도가니(120)를 지지한다. 도가니 지지부(130)는 자신의 상단에 외부 도가니(120)를 지지함으로써, 평시에도 안정적으로 외부 도가니(120)가 배치되어 있도록 함과 동시에, 외부 도가니(120)가 후술할 도가니 이동부(135)로부터 외력을 직접 받아 이동하는 것이 아닌 도가니 지지부(130)의 이동으로 간접적으로 이동할 수 있도록 한다.
도가니 이동부(135)는 도가니 지지부(130)의 일면과 접촉하며, 도가니 지지부(130)를 승·하강시키거나 회전시킨다. 도가니 이동부(135)는 도가니 지지부(130)의 일면, 특히, 외부 도가니(120)가 안착된 면의 반대면과 접촉하며, 도가니 지지부(130)를 승·하강시키거나 회전시킨다. 도가니 이동부(135)에 의해 도가니 지지부가 승·하강하거나 회전하며, 도가니 지지부(130)와 함께 외부 도가니(120)도 승·하강하거나 회전하게 된다.
히터(140)는 외부 도가니(120)로 열을 공급한다. 히터(140)는 내부가 빈 원통형으로 구현되어, 외부 도가니(120)의 외곽에 배치되어 외부 도가니(120)로 열을 공급한다. 히터(140)는 외부 도가니(120)가 융점 이상의 온도를 유지할 수 있도록 한다.
히터(140)는 외부 도가니(120)와 간격을 두고 배치되어, 외부 도가니(120)와 히터(140) 간에 불활성 기체가 유동할 수 있도록 한다.
시드(145)는 시드 이동부(155)에 의해 승·하강하며, 융액을 불화 칼슘 단결정으로 성장시킨다. 시드(145)는 시드 이동부(155)에 의해 챔버(110)의 최상단 개방된 부분으로 하강하며 융액의 표면과 접촉하게 되며, 접촉 후 시드 이동부(155)에 의해 회전하는 동시에 서서히 승강하며 단결정을 성장시킨다.
시드 지지부(150)는 시드(145)와 시드 이동부(155)를 물리적으로 연결시키며, 시드(145)가 승·하강과정에서 흔들리지 않도록 지지한다.
시드 이동부(155)는 시드(145)를 승·하강시키는 동시에 회전시킨다. 시드 이동부(155)는 시드(145)에 의해 단결정이 성장할 수 있도록 시드(145)를 승·하강시키는 동시에 회전시킨다.
제어부(미도시)는 제조장치(100) 내 각 구성의 동작을 제어한다.
제어부(미도시)는 도가니 이동부(135)의 이동을 제어한다. 시드(145)가 융액으로부터 단결정을 성장시킬 경우, 제어부(미도시)는 성장된 단결정 양만큼 감소한 융액이 내부 도가니(125)로 유입되도록 도가니 이동부(135)를 제어한다. 융액은 외부 도가니(120)에 장입되어 저장되고 있으며, 내부 도가니(125)는 단열부(115)의 돌출부(117)에 안착되어 고정되어 있다. 제어부(미도시)는 외부 도가니(120)가 상승하도록 도가니 이동부(135)를 제어하여, 단결정이 성장하며 감소한만큼 융액이 내부 도가니(125)로 유입될 수 있도록 한다. 제어부(미도시)는 단결정의 성장속도(시드의 상승속도)에 따라 감소하는 융액의 양과 내부 도가니(125)로 유입되는 융액의 양이 일치하도록 도가니 이동부(135)를 제어한다.
전술한 동작과 무관하게, 제어부(미도시)는 도가니 지지부(130)를 회전시키도록 도가니 이동부(135)를 제어한다. 전술한 대로, 융액으로부터 단결정이 성장하기까지 상당한 시간이 소요된다. 이에, 융액이 외부 도가니(120)에 그대로 장입되어 있을 경우, 융액이 응고하거나 결정화할 가능성도 존재한다. 이를 방지하기 위해, 제어부(미도시)는 도가니 지지부(130)를 상승시키는 동작과는 무관하게 도가니 지지부(130)를 기 설정된 방향으로 지속적으로 회전시킨다. 도가니 지지부(130)의 회전에 따라 외부 도가니(120)도 함께 회전하며, 외부 도가니(120) 내 융액도 기 설정된 방향으로 지속적으로 회전할 수 있다. 융액이 지속적으로 유동(회전)하며 응고 또는 결정화되지 않을 수 있다.
제어부(미도시)는 시드 이동부(155)의 동작을 제어한다. 제어부(미도시)는 시드(145)가 내부 도가니(125)로 유입된 융액의 표면까지 하강하도록 시드 이동부(155)를 제어한다. 시드(145)가 내부 도가니(125)로 유입된 융액의 표면까지 하강한 경우, 시드(145)에 의해 단결정이 성장할 수 있도록 제어부(미도시)는 시드 이동부(155)를 제어하여 시드(145)를 상승시킨다.
전술한 동작과는 무관하게, 제어부(미도시)는 시드(145)가 기 설정된 방향과 반대방향으로 지속적으로 회전하도록 시드 이동부(155)를 제어한다. 특히, 제어부(미도시)는 시드(145)가 내부 도가니(125)로 유입된 융액의 표면과 접촉하며 단결정을 성장시키기 위해 상승하는 과정에서, 기 설정된 방향과 반대방향으로 지속적으로 회전하도록 시드 이동부(155)를 제어한다.
제어부(미도시)는 제조장치(100) 내 기타 구성이 전술한 동작을 수행하도록 제어한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 내부 도가니의 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 내부 도가니(125)는 상단부(210), 날개부(218), 중간부(220), 하단부(230a) 및 유입공(240)을 포함한다.
상단부(210)는 내부에 복수의 관통공(214)을 포함하며, 단면적이 하단부를 향할수록 작아지도록 경사를 갖는다.
상단부(210)는 상단부(210) 내에 복수의 관통공(214)을 포함함으로써, 챔버(110)의 개방된 부분으로 유입되는 불활성 기체가 관통공(214)을 거쳐 내부 도가니(125) 외부로 배출될 수 있도록 한다. 융액은 관통공(245) 및 유입공(240)으로부터, 중간부(220)의 일 부분까지만 유입된다. 상단부(210)에는 기체가 유동할 수 있는 공간이 형성되며, 챔버(110)의 개방된 부분으로 유입되는 불활성 기체는 관통공(214)을 거쳐 내부 도가니(125) 외부로 배출될 수 있다.
상단부(210)는 개방된 상부(최상단)를 가지며, 단면적이 하단부(230a)를 향할수록 작아지는 형태로 경사를 갖는다. 상단부(210)는 개방된 상부를 가지며, 상부에서 불활성 기체와 시드(145)가 유입될 수 있도록 한다. 이때, 상단부(210)는 전술한 경사를 가짐에 따라, 상대적으로 많은 양의 불활성 기체가 보다 원활히 상단부(210) 내로 유입될 수 있도록 한다.
상단부(210)는 하단부(230a)로부터 먼 끝단에 내부 도가니(125)의 중심으로부터 멀어지는 방향으로 돌출된 날개부(218)를 포함한다. 날개부(218)는 상단부(210)는 하단부(230a)로부터 먼 끝단에서 둘레 방향으로 모든 부분으로 돌출되어 형성된다. 날개부(218)가 전술한 방향으로 돌출되어 형성됨에 따라, 단열부(115)의 돌출부(117)에 안착될 수 있다. 날개부(218)는 둘레방향으로 모든 부분으로 돌출되어 형성됨에 따라, 돌출부(117)와 접촉하는 면적이 증가하며 안정적으로 내부 도가니(125)가 단열부(115) 상에 지지될 수 있도록 한다.
중간부(220)는 경사없이 연직방향으로 단면적이 균일한 형태를 가지며, 하단부(230a)를 거쳐 유입된 융액이 위치할 수 있도록 한다.
중간부(220)는 내부에 복수의 관통공(225a)을 포함한다. 중간부(220)는 관통공(225a)을 포함함으로써, 융액이 중간부(220) 내 얼마만큼의 높이까지 유입되었는지 외부에서 확인할 수 있도록 한다. 관통공(225a)는 중간부(220) 내 무작위로 형성될 수 있으나, 외부에서 유입된 융액의 높이를 보다 원활히 확인할 수 있도록, 도 2에 도시된 바와 같이 기 설정된 간격마다 높이방향을 기준으로 일렬로 형성될 수 있다.
하단부(230a)는 단면적이 하단부를 향할수록 작아지도록 경사를 가지며, 내부에 복수의 관통공(235)을 포함한다.
하단부(230a)도 상단부(210)와 동일한 각도로 경사를 갖는다. 하단부(230a)에 경사가 형성됨에 따라 외부 도가니(120)의 회전에 따라 함께 회전하는 융액의 유동성을 상쇄시킨다. 전술한 대로, 외부 도가니(120)는 도가니 이동부(135)의 회전에 따라 기 설정된 방향으로 회전한다. 반면, 중간부(220)까지 유입되어 융액으로부터 단결정을 성장시키는 시드(145)는 기 설정된 방향의 반대방향으로 회전하며 상승한다. 이에 따라, 외부 도가니(120)의 회전에 따라 융액이 지속적으로 기 설정된 방향으로 회전하는 상태를 갖는다면, 시드(145)로부터 원활한 단결정의 성장은 곤란하며, 성장하더라도 품질에 악영향이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해, 하단부(230a)는 전술한 각도로 경사를 가짐으로써 융액의 유동성(회전)을 상쇄시킨다.
한편, 하단부(230a)는 복수의 관통공(235)을 포함한다. 하단부(230a)가 복수의 관통공(235)을 포함함으로써, 외부 도가니(120)로부터 융액의 유입율을 향상시킨다. 특히, 하단부(230a)는 전술한 각도로의 경사를 갖기 때문에, 관통공(235)을 거치며 보다 원활하게 융액이 유입될 수 있다.
하단부(230a)의 하부(최하단)에는 기 설정된 면적을 갖는 유입공(240)이 형성된다. 유입공(240)이 하단부(230a)의 하부에 형성됨에 따라, 외부 도가니(120)에 장입되어 저장되고 있는 융액이 하단부(230)로 유입될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 내부 도가니의 구조를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 내부 도가니(125)는 동일한 상단부(210)를 포함하되, 상이한 구조의 관통공(225b)을 갖는 중간부(220) 및 관통공을 포함하지 않는 하단부(230b)를 포함한다.
중간부(220)는 복수의 관통공(225b)을 포함한다. 다만, 관통공(225b)은 높이방향으로 길게 형성된 하나의 관통공이 기 설정된 간격마다 형성된 형태를 갖는다. 하나의 관통공이 높이방향으로 길게(기 설정된 기준치 이상의 길이를 갖는 상태) 형성됨에 따라, 융액이 중간부(220) 내 얼마만큼의 높이까지 유입되었는지 외부에서 보다 정확히 확인할 수 있도록 한다. 높이방향으로 복수의 관통공이 간격마다 형성된 경우라면, 높이방향으로 관통공이 형성되지 않은 위치에서는 융액의 높이를 정확히 확인하기 곤란하지만, 하나의 관통공이 높이 방향으로 길게 형성됨에 따라 매 시점마다 융액의 높이를 확인할 수 있다.
한편, 하단부(230b)는 관통공을 포함하지 않을 수 있다. 이에 따라, 융액의 유입율은 다소 감소할 수 있지만, 융액의 유동성(회전)을 상쇄율은 보다 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 내부 도가니의 구조를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 내부 도가니(125)는 동일한 상단부(210) 및 중간부(220)를 포함하되, 상이한 구조의 하단부(230c)를 포함한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 내부 도가니(125)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 내부 도가니(125)의 상단부(210) 및 중간부(220)와 동일한 상단부 및 중간부를 포함하거나, 본 발명의 제2 실시예에 따른 내부 도가니(125)의 상단부(210) 및 중간부(220)와 동일한 상단부 및 중간부를 포함할 수 있다.
다만, 하단부(230c)는 하단부(230b)와 마찬가지로 관통공을 포함하지 않을 수 있으며, 하단부(230a) 및 하단부(230b)보다 상대적으로 높이가 작도록 형성될 수 있다. 하단부(230c)의 높이가 낮아짐에 따라, 내부 도가니(125)와 외부 도가니(120)의 간 간격은 벌어지게 되어, 외부 도가니(120)로 상대적으로 많은 양의 융액이 장입되어 저장될 수 있다. 따라서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 내부 도가니(125)는 외부 도가니(120)로 상대적으로 많은 양의 융액이 저장되어야 하는, 상대적으로 큰 단결정을 성장시키는데 적합할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 불화 칼슘 단결정 제조장치 내로 유입되는 불활성 기체의 흐름을 예시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 챔버(110)의 개방된 부분으로 불활성 기체가 챔버(110) 내로 유입된다. 챔버(110) 내로 유입된 불활성 기체는 내부 도가니(125)를 향하게 되며, 내부 도가니(125) 내 관통공(214)을 거쳐 내부 도가니(125) 외부로 배출된다. 내부 도가니(125) 외부로 배출되는 불활성 기체는 외부 도가니(120)와 히터(140) 사이의 공간으로 진행하며 도가니 이동부(135)와 챔버(110) 간에 형성되는 틈으로 배출된다. 불활성 기체는 챔버(110) 내에 유입되어 전술한 흐름으로 흐르게 된다.
불활성 기체가 내부 도가니(125)의 형태에 따라 전술한 흐름으로 흐르며 플루오린 기체의 챔버 외부로의 배출을 최대한 방지할 수 있다. 불활성 기체가 챔버(110)의 개방된 부분으로부터 내부 도가니(125)를 향하는 방향으로의 흐름이 형성되며, 내부 도가니(125)로 유입된 융액 내에서 기화되는 플루오린 기체가 챔버 외부로 배출되는 것을 최대한 방지할 수 있다. 또한, 불활성 기체가 내부 도가니(125) 내 관통공(214)을 거쳐 내부 도가니(125) 외부로 배출되어, 외부 도가니(120)와 히터(140) 사이의 공간으로 진행하는 흐름이 형성되며, 외부 도가니(120)에 장입되어 저장되어 있는 융액 내에서 기화되는 플루오린 기체가 챔버 외부로 배출되는 것 또한 방지될 수 있다. 특히, 외부 도가니(120)에 장입되어 저장되어 있는 융액 내에서 기화되는 플루오린 기체는 전술한 불활성 기체의 흐름과 함께 돌출부(117) 및 날개부(218)의 구조적 특징으로 보다 확실하게 배출이 방지될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 불화 칼슘 단결정 제조장치
110: 챔버
115: 단열부
120: 외부 도가니
125: 내부 도가니
130: 도가니 지지부
135: 도가니 이동부
140: 히터
145: 시드
150: 시드 지지부
155: 시드 이동부
210: 상단부
214, 225, 235: 관통공
218: 날개부
220: 중간부
230: 하단부
240: 유입공
110: 챔버
115: 단열부
120: 외부 도가니
125: 내부 도가니
130: 도가니 지지부
135: 도가니 이동부
140: 히터
145: 시드
150: 시드 지지부
155: 시드 이동부
210: 상단부
214, 225, 235: 관통공
218: 날개부
220: 중간부
230: 하단부
240: 유입공
Claims (10)
- 불화 칼슘 융액으로부터 불화 칼슘 단결정을 성장시키는 불화 칼슘 단결정 제조장치에 있어서,
상기 불화 칼슘 단결정 제조장치 내 각 구성이 배치될 수 있는 공간을 제공하는 챔버;
상기 챔버 내 구비되고, 장입되는 불화 칼슘 융액을 저장하는 외부 도가니;
상기 외부 도가니로부터 상기 외부 도가니에 저장되는 불화 칼슘 융액을 유입받는 내부 도가니;
상기 외부 도가니가 융점 이상의 온도를 유지할 수 있도록. 상기 외부 도가니로 열을 공급하는 히터;
상기 챔버 내 최외곽에 구현되어, 상기 외부 도가니 및 상기 내부 도가니의 온도를 유지시키는 단열부;
융액을 불화 칼슘 단결정으로 성장시키는 시드; 및
상기 불화 칼슘 단결정 제조장치 내 각 구성의 동작을 제어하는 제어부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 불화 칼슘 단결정 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 챔버는,
최상단에 상기 시드 및 불활성 기체가 내부로 유입될 수 있도록 개방된 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 불화 칼슘 단결정 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 히터 및 상기 단열부는,
내부가 빈 원통형으로 구현되는 것을 특징으로 하는 불화 칼슘 단결정 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 외부 도가니의 단면적보다 넓은 면적을 가지며, 자신의 상단으로 상기 외부 도가니를 지지하는 도가니 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불화 칼슘 단결정 제조장치. - 제4항에 있어서,
상기 도가니 지지부의 일면과 접촉하며, 상기 도가니 지지부를 승·하강시키거나 회전시키는 도가니 이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불화 칼슘 단결정 제조장치. - 제5항에 있어서,
상기 도가니 이동부는,
상기 도가니 지지부가 상기 외부 도가니와 접촉한 면의 반대면으로 상기 도가니 지지부와 접촉하는 것을 특징으로 하는 불화 칼슘 단결정 제조장치. - 제5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 도가니 지지부를 지속적으로 기 설정된 방향으로 회전시키도록 상기 도가니 이동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 불화 칼슘 단결정 제조장치. - 제1항에 있어서,
상기 시드를 승·하강시키는 시드이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불화 칼슘 단결정 제조장치. - 제8항에 있어서,
상기 시드 이동부는,
상기 시드를 승·하강시키는 동시에 회전시키는 것을 특징으로 하는 불화 칼슘 단결정 제조장치. - 제9항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 시드를 지속적으로 기 설정된 반대방향으로 회전시키도록 상기 시드 이동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 불화 칼슘 단결정 제조장치.
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2022
- 2022-11-15 KR KR1020220153041A patent/KR20230158386A/ko not_active Application Discontinuation
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