KR101654424B1 - sapphire auto seeding method - Google Patents

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Abstract

본발명은 사파이어 자동 씨딩 방법에 관한 것으로, 고순도 알루미나 Al2O3 를 2000도 이상에서 녹여 단결정 씨드에 용융 알루미나를 접촉시켜 서서히 단결정으로 성장시키는 사파이어 자동 씨딩 방법에 있어서, 상기 자동 씨딩 방법은 저하중용 로드셀을 씨딩용기의 하부에 위치시키고, 씨딩 시 발생하는 미세한 무게변화를 감지하여 자동으로 디핑 시간과 풀링 거리를 정확하고 신속하게 결정하는 것으로,
본 발명은 저하중용 로드셀을 씨딩용기의 하부에 위치시키고, 씨딩 시 발생하는 미세한 무게변화를 감지하여 자동으로 디핑 시간과 풀링 거리를 정확하고 신속하게 결정하는 현저한 효과가 있다.The present invention relates to a sapphire automatic seeding method, in which high-purity alumina Al 2 O 3 is melted at a temperature of 2000 ° C. or higher and fused alumina is brought into contact with a single crystal seed to slowly grow the single crystal into sapphire, The load cell is positioned at the bottom of the seeding vessel, and the dipping time and the pulling distance are automatically and accurately determined by automatically detecting the minute weight change caused by the seeding,
The present invention has a remarkable effect of automatically positioning the dropping load cell at the bottom of the seeding container and automatically detecting the dipping time and the pulling distance by detecting a minute change in weight generated during seeding.

Description

사파이어 자동 씨딩 방법{sapphire auto seeding method}Sapphire auto seeding method "

본발명은 사파이어 자동 씨딩 방법에 관한 것으로, 고하중용 로드셀과 저하중용 고정밀 로드셀 두종류의 듀얼 로드셀을 설치하고, 씨딩 시 발생하는 미세한 무게변화를 감지하여 자동으로 디핑 시간과 풀링 거리를 정확하고 신속하게 결정하는 사파이어 자동 씨딩 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sapphire automatic seeding method, in which two types of dual load cells for a high-load cell and a low-load high-load cell are installed, and a minute weight change occurring during seeding is detected, Sapphire < / RTI > seeding method.

일반적으로 사파이어 단결정은 고순도 알루미나 Al2O3 를 2000도 이상에서 녹여 단결정 씨드(seed)에 용융 알루미나를 접촉시켜 서서히 단결정으로 성장시켜 제작하는 것이다.In general, sapphire single crystals are prepared by melting high purity alumina Al 2 O 3 at a temperature of 2000 ° C or more and slowly growing monocrystal by contacting molten alumina with a seed of a single crystal.

일례로서 공개특허공보 공개번호 10-2012-0070080호에는 고진공상태를 유지하는 성장로와; 상기 성장로의 내부 중앙에는 사파이어 단결정을 형성하기 위한 원료를 용융할 수 있도록 도가니받침대로 유지되는 도가니와; 상기 도가니의 외부에 설치하여 공급된 원료를 용융시키는 히팅수단과; 상기 히팅수단의 외부에 설치하여 히팅수단과 도가니의 열분포를 확산시켜 안정화시키는 냉각수단과; 상기 성장로의 외부에 설치되는 서포터와; 상기 서포터 상단에 설치하여 단결정 성장된 잉곳을 권양 할 수 있게 하강과 상승 작동이 가능한 권양(捲楊)수단과; 상기 권양수단의 상부에서 성장로 중심방향으로 돌출시키는 외팔보와; 상기 외팔보에 연결되는 구동자와; 상기 구동자와 연결되고 하단에 종자결정을 장착하여 회전할 수 있도록 하향 돌출되는 잉곳로드와; 성장되는 단결정의 무게 측정을 통하여 온도, 권양 및 회전속도를 조절하기 위한 무게측정수단을 포함하는 단결정 사파이어 잉곳 성장장치에 있어서; 상기 냉각수단은, 도가니의 외부에 도가니와 근접하게 설치하는 인너챔버와; 상기 인너챔버의 외측에 인너챔버와 일체로 형성되는 아웃챔버로 이중구성하고; 상기 인너챔버와 아웃챔버의 내부의 냉각수는 서로 상반된 위치로 순환이동하여 도가니의 상,하부 온도편차를 줄일 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 단결정 사파이어 잉곳 성장장치가 공개되어 있다.As an example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2012-0070080 discloses a growth furnace that maintains a high vacuum state; A crucible held at the center of the growth furnace as a crucible base so as to melt a raw material for forming a sapphire single crystal; A heating unit installed outside the crucible to melt the supplied raw material; A cooling water step provided outside the heating means to stabilize the heat distribution of the heating means and the crucible by diffusion; A supporter installed outside the growth furnace; A lifting means for lifting and elevating the single crystal ingot so that the single crystal ingot can be lifted up; A cantilever that projects from the upper portion of the lifting means toward the center in the growth direction; A driver connected to the cantilever; An ingot rod connected to the driver and protruding downward so as to be rotatable with a seed crystal mounted on a lower end thereof; 1. A single crystal sapphire ingot growing apparatus comprising weight measuring means for adjusting temperature, lifting and rotating speed through weight measurement of a growing single crystal; Wherein the cooling means comprises: an inner chamber disposed outside the crucible in proximity to the crucible; An outer chamber formed integrally with the inner chamber on the outer side of the inner chamber; Wherein the cooling water in the inner chamber and the outer chamber circulates to a position opposite to each other so as to reduce temperature variations in the top and bottom of the crucible.

또한, 등록특허공보 등록번호 10-1292703호에는 단결정 성장장치에 있어서, 외부 하단부에 시드 결정이 부착되고 내부의 냉각수가 독립적인 개별 냉각기(chiller)에 의해 순환되는 냉각 샤프트; 상기 냉각 샤프트 상부에 장착하여 잉곳(ingot)의 무게를 측정하는 로드셀; 및 상기 로드셀에서 측정된 잉곳의 무게 증가와 기준 무게 증가와의 차이를 보정하기 위하여 도가니 가열히터의 전력과 상기 냉각기 냉각수의 온도 및 유속을 동시에 조절하여 잉곳의 형상, 크기, 직경방향 및 성장속도를 제어하는 제어수단을 포함하고, 상기 냉각 샤프트는 냉각수 유입관이 내부 중앙에 형성되고, 상기 유입관 외주면을 둘러싼 원통으로 형성된 유출관으로 구성되어 내부 하단에서 분수형태로 냉각수 흐름이 형성되고, 상기 제어수단은 측정된 잉곳의 무게 증가가 기준보다 빠르면 냉각기의 냉각수 온도를 높이면서 유속을 느리게 하고, 무게 증가가 기준보다 느리면 냉각기의 냉각수 온도를 낮추면서 유속을 빠르게 제어하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장장치가 공개되어 있다.In addition, Patent Registration No. 10-1292703 discloses a single crystal growth apparatus comprising: a cooling shaft in which a seed crystal is attached to an external lower end portion and internal cooling water is circulated by an independent individual chiller; A load cell mounted on the cooling shaft to measure the weight of the ingot; In order to correct the difference between the weight increase of the ingot measured by the load cell and the reference weight increase, the power of the crucible heater and the temperature and the flow rate of the cooler cooling water are simultaneously adjusted so that the shape, size, Wherein the cooling shaft includes a cooling water inflow pipe formed at an inner center thereof and an outflow pipe formed in a cylindrical shape surrounding the outer circumferential surface of the inflow pipe, a cooling water flow is formed in a fractional form at an inner lower end thereof, Wherein the means for increasing the weight of the ingot increases the cooling water temperature while increasing the temperature of the cooling water of the cooler, and if the weight increase is slower than the reference, the cooling water temperature of the cooler is lowered to control the flow rate rapidly. It is public.

그러나 기존의 시스템은 현장 작업자의 육안 및 감각에 의지하여 씨드를 용융 알루미나에 접촉시켜 성장시킨다.However, the existing system relies on the visual and sense of the field worker to grow seeds by contacting them with fused alumina.

곧 여러 단계별로 짧은시간에 짧은 거리를 위쪽으로 올려 씨드를 키우고, 일정 크기 이상의 씨드가 형성되면 무게 감지를 하여 자동으로 성장시키는 것이다. 씨딩 시 현재 직감에 의존하고 있는 실정이다.Soon, we will raise the seeds by shortening the short distance in several steps in a short time, and if the seeds are formed over a certain size, we will detect the weight and grow automatically. At the time of seeding, it depends on current intuition.

따라서 씨딩 시 발생하는 미세한 무게변화를 감지하는 것이 불가능하여 디핑 시간과 풀링 거리의 계산에 매번 착오가 생기는 단점이 있었다.Therefore, it is impossible to detect a minute change in weight caused by the seeding, so that the calculation of the dipping time and the pulling distance has a disadvantage that every time a mistake occurs.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 저하중용 로드셀을 씨딩용기의 하부에 위치시키고, 씨딩 시 발생하는 미세한 무게변화를 감지하여 자동으로 디핑 시간과 풀링 거리를 정확하고 신속하게 결정하는 사파이어 자동 씨딩 방법을 제공하고자 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for placing a low load load cell at a lower portion of a seeding vessel and detecting minute changes in weight caused by seeding to automatically and accurately determine a dipping time and a pulling distance To provide a sapphire automatic seeding method.

본발명은 사파이어 자동 씨딩 방법에 관한 것으로, 고순도 알루미나를 2000도 이상에서 녹여 단결정 씨드에 용융 알루미나를 접촉시켜 서서히 단결정으로 성장시키는 사파이어 자동 씨딩 방법에 있어서, 상기 자동 씨딩 방법은 저하중용 로드셀을 씨딩용기의 하부에 위치시키고, 씨딩 시 발생하는 미세한 무게변화를 감지하여 자동으로 디핑 시간과 풀링 거리를 정확하고 신속하게 결정하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a sapphire automatic seeding method, in which a high-purity alumina is melted at a temperature of 2000 degrees or higher and fused alumina is contacted with a single crystal seed to slowly grow the single crystal into a single crystal, And the dipping time and the pulling distance are automatically and accurately determined by automatically detecting a minute change in weight occurring during the seeding.

따라서 본 발명은 저하중용 로드셀을 씨딩용기의 하부에 위치시키고, 씨딩 시 발생하는 미세한 무게변화를 감지하여 자동으로 디핑 시간과 풀링 거리를 정확하고 신속하게 결정하는 현저한 효과가 있다.Accordingly, the present invention has a remarkable effect of automatically positioning the dropping load cell at the bottom of the seeding container and automatically detecting the dipping time and the pulling distance by detecting a minute weight change occurring during seeding.

도 1은 본 발명에 따른 사파이어 자동 씨딩 장치의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 사파이어 자동 씨딩 장치의 초기 상태도
도 3은 본 발명에 따른 사파이어 자동 씨딩 장치의 씨드 투입 직전의 상태도
도 4는 본 발명에 따른 사파이어 자동 씨딩 장치의 씨드 투입 직후의 상태도
도 5는 종래 사파이어 자동 씨딩 장치의 정면 단면도
도 6은 종래 사파이어 자동 씨딩 장치의 측면 단면도
도 7은 본발명 사파이어 자동 씨딩 장치의 정면 단면도
도 8은 본발명 사파이어 자동 씨딩 장치의 측면 단면도
도 9는 본발명 사파이어 자동 씨딩 장치의 고하중용 및 저하중용 로드셀 배치 정면도
도 10은 본발명 사파이어 자동 씨딩 장치의 고하중용 및 저하중용 로드셀 배치 측면도
도 11은 본발명 사파이어 자동 씨딩 장치의 고하중용 및 저하중용 로드셀 제어도Fig. 1 is a schematic view of a sapphire automatic seeding apparatus according to the present invention
2 is an initial state diagram of a sapphire automatic seeding apparatus according to the present invention
FIG. 3 is a state diagram of the sapphire automatic seeding apparatus according to the present invention,
4 is a state diagram of the sapphire automatic seeding apparatus according to the present invention immediately after seeding
5 is a front sectional view of a conventional sapphire automatic seeding apparatus
6 is a side sectional view of a conventional sapphire automatic seeding apparatus
7 is a front sectional view of the sapphire automatic seeding apparatus of the present invention
8 is a side sectional view of the sapphire automatic seeding apparatus of the present invention
9 is a front view of a load cell arrangement for heavy load and low load of the sapphire automatic seeding apparatus of the present invention
Fig. 10 is a side view of a load cell for high load and low load in the automatic sapphire seeding apparatus of the present invention
FIG. 11 is a graph showing the load cell control chart for high load and low load of the sapphire automatic seeding apparatus of the present invention

본발명은 사파이어 본발명은 사파이어 자동 씨딩 방법에 관한 것으로, 고순도 알루미나(Al2O3) 를 2000도 이상에서 녹여 단결정 씨드에 용융 알루미나를 접촉시켜 서서히 단결정으로 성장시키는 사파이어 자동 씨딩 방법에 있어서,
상기 자동 씨딩 방법은 전체 잉곳의 무게를 측정하는고하중용 로드셀(101) 및 씨드의 무게를 측정하는 저하중용 로드셀(102)을 직렬로 연결하여 씨딩용기의 상부에 위치시키되, 저하중용 로드셀(102)은 씨딩이 될 때의 무게 범위를 담당할 수 있는 용량을 선정하여 하중 측정범위는 적으나 정밀도는 높은 급을 사용함으로써,씨딩 시 발생하는 미세한 무게변화를 감지하여 자동으로 디핑 시간과 풀링 거리를 정확하고 신속하게 결정하는 것이며, 고하중용 로드셀(101)은 전체 잉곳의 무게를 담당할 수 있는 용량을 선정하여 하중 측정범위는 넓으나 이에 따른 정밀도는 낮은 급을 사용하되,
저하중용 로드셀(102)의 부하측 아래쪽에 스토퍼를 파손방지용 갭(h)이 있게 설치하여 일정 하중 이상에서는 스토퍼에 의해 저하중 로드셀(102)이 지지되도록 하는 것이며,
상기 저하중 로드셀(102)의 파손방지용 갭(h)은 씨드의 무게를 감당할 수 있는 범위로 조절이 가능하여 씨드의 예상무게 이상이 저하중용 로드셀(102)에 걸리는 경우 저하중용 로드셀(102)은 스토퍼에 안착되어 작동하며,
또한, 상기 씨딩동작 동안은 저하중용 로드셀(102)로부터 하중 신호를 받아 씨드의 무게를 잉곳 높이 제어모터(104)에 피드백 신호를 부여하여 씨드 형성작업이 자동이 되도록 하여,
씨드의 무게가 일정 목표값 이상에 도달하면 고하중용 로드셀(101)로부터 하중신호를 받아 잉곳(ingot)높이 제어모터(104)에 피드백 신호를 부여하여 메인잉곳이 성장하는 속도를 제어하는 것이되,
상기 단결정 씨드를 투입하는 방법은 고순도 알루미나를 성장로 본체(10) 내부의 도가니(30)에 투입하고 커버(20)로 본체(10)를 밀봉하는 단계;
진공을 유지하면서 외부 전원으로 도가니(30)를 가열하여 알루미나를 용융시키는 단계;
상기 알루미나가 충분히 용융되어 씨드(2) 투입이 가능한 시점에서, 씨드 고정부(70)에 씨드(2)를 장착한 후, 씨드와 씨드고정부 주위를 감싸는 밀봉부(60) 내부의 공간을 외기와 차단하는 단계;
본체 내부와 연통되는 도입관(40)을 개방하되, 본체(10) 내부의 진공을 유지하는 단계;
씨드 고정부(70)를 하방향으로 이동하여 상기 씨드(2)가 용융 알루미나에 접촉하도록 하여 씨드(2) 투입을 완료하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a sapphire automatic seeding method, in which a high-purity alumina (Al 2 O 3) is melted at a temperature of 2000 ° C. or higher and fused alumina is brought into contact with a single crystal seed,
In the automatic seeding method, a high-load cell 101 for measuring the weight of the whole ingot and a low-load cell 102 for measuring the weight of the seed are connected in series to the upper part of the seeding vessel, Is used to select the capacity that can cover the weight range at the time of seeding so that the load measurement range is small but the accuracy is high and the dipping time and pulling distance are automatically detected The load cell 101 for a high load is selected to have a capacity capable of taking the weight of the entire ingot, and the load measurement range is wide. However, the accuracy of the load cell is low,
A stopper is provided below the load side of the low load load cell 102 with a fracture prevention gap h so that the load cell 102 is supported by the stopper at a predetermined load or more,
The gap h for preventing the breakage of the load cell 102 can be adjusted within a range that can cover the weight of the seed. When the load of the load cell 102 is lower than the expected weight of the seed, It works on the stopper,
During the seeding operation, a load signal is received from the lower load cell 102 to give a feedback signal to the ingot height control motor 104 so that the seed forming operation becomes automatic,
When the weight of the seed reaches the predetermined target value or more, the load signal is received from the load cell 101 for high load and a feedback signal is given to the ingot height control motor 104 to control the growth rate of the main ingot.
The method for introducing the single crystal seed may include the steps of injecting high purity alumina into a crucible 30 inside the main body 10 by growth and sealing the main body 10 with the cover 20;
Melting the alumina by heating the crucible (30) with external power while maintaining the vacuum;
The seed 2 is attached to the seed fixing portion 70 at a time when the alumina is sufficiently melted and the seed 2 can be inserted, and then the space inside the sealing portion 60, which surrounds the seed and the seed fixing portion, ;
Maintaining the vacuum inside the body (10) while opening the inlet pipe (40) communicating with the interior of the body;
And moving the seed fixing unit 70 downward to contact the seed 2 with the molten alumina to complete the seed 2 insertion.

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또한, 상기 커버 중앙에는 본체 내부와 연통하는 도입관이 형성되고, 씨드 고정부가 상기 본체에 연장된 구조물에 일 끝단이 고정되고, 타단에는 씨드가 장착되어 상하로 이송하는 것이며, 상기 씨드 고정부에는 외부를 감싸며, 끝단은 상기 도입관과 결합하는 밀봉부가 형성되며, 또한 상기 도입관을 개폐하는 게이트가 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, an introduction pipe communicating with the inside of the main body is formed at the center of the cover, one end is fixed to a structure in which the seed fixing part extends to the main body, and the seed is mounted on the other end to be vertically transferred. And a sealing portion is formed at an end thereof to be engaged with the introduction pipe, and a gate for opening and closing the introduction pipe is provided.

또한, 상기 알루미나를 용융시키는 단계는 게이트(50) 도입관(40)을 밀폐시킨 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
The step of melting the alumina is characterized in that the gate (50) introduction pipe (40) is kept closed.

본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명에 따른 사파이어 자동 씨딩 장치의 구성도, 도 2는 본 발명에 따른 사파이어 자동 씨딩 장치의 초기 상태도, 도 3은 본 발명에 따른 사파이어 자동 씨딩 장치의 씨드 투입 직전의 상태도, 도 4는 본 발명에 따른 사파이어 자동 씨딩 장치의 씨드 투입 직후의 상태도, 도 5는 종래 사파이어 자동 씨딩 장치의 정면 단면도, 도 6은 종래 사파이어 자동 씨딩 장치의 측면 단면도, 도 7은 본발명 사파이어 자동 씨딩 장치의 정면 단면도, 도 8은 본발명 사파이어 자동 씨딩 장치의 측면 단면도, 도 9는 본발명 사파이어 자동 씨딩 장치의 고하중용 및 저하중용 로드셀 배치 정면도, 도 10은 본발명 사파이어 자동 씨딩 장치의 고하중용 및 저하중용 로드셀 배치 측면도, 도 11은 본발명 사파이어 자동 씨딩 장치의 고하중용 및 저하중용 로드셀 제어도이다.
The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a sapphire automatic seeding apparatus according to the present invention, FIG. 2 is an initial state view of the sapphire automatic seeding apparatus according to the present invention, FIG. 3 is a state before a seed introduction operation of a sapphire automatic seeding apparatus according to the present invention, 5 is a front sectional view of a conventional sapphire automatic seeding apparatus, FIG. 6 is a side sectional view of a conventional sapphire automatic seeding apparatus, and FIG. 7 is a side view of the sapphire automatic seeding apparatus of the present invention. Fig. 9 is a front elevational view of a load cell for heavy load and low load of the sapphire automatic seeding apparatus of the present invention, Fig. 10 is a front elevational view of a load cell for high load and low load of the present sapphire automatic seeding apparatus, FIG. 11 is a control chart of a load cell for high load and low load of the sapphire automatic seeding apparatus according to the present invention.

고하중용 및 저하중용 로드셀 2개를 직렬로 연결하며 저하중용 로드셀은 일정 하중까지 즉, 씨딩이 될 때의 무게 범위 담당할 수 있는 용량을 선정하여 하중 측정범위는 적으나 정밀도는 높은 급을 사용한다.Two load cells for heavy load and low load are connected in series. The load cell for low load has a small load measurement range, but high accuracy is used, .

고하중용 로드셀은 전체 잉곳의 무게를 담당할 수 있는 용량을 선정하여 하중 측정범위는 넓으나 이에 따른 정밀도는 낮아질 수밖에 없다.In the load cell for high load, the capacity to take the weight of the whole ingot is selected, and the load measurement range is wide, but the accuracy according to it is inevitably lowered.

한편, 저하중용 로드셀의 부하측 아래쪽에 스토퍼를 갭이 h가 되도록 설치하여 일정 하중 이상에서는 스토퍼에 의해 로드셀이 지지되도록 한다. 곧 저하중 로드셀의 파손방지 갭 h는 씨드의 무게를 감당할 수 있는 범위로 조절이 가능하여 씨드의 예상무게 이상이 저하중용 로드셀에 걸리는 경우 저하중용 로드셀은 스토퍼에 안착되어 작동한다.On the other hand, the stopper is provided below the load side of the load cell for low load so that the gap becomes h, and the load cell is supported by the stopper at a predetermined load or more. Prevent damage to the load cell during depletion. The gap h can be adjusted to the extent that the seed weight can be accommodated. If the seed weight is lower than the expected weight, the load cell will be placed on the stopper.

씨딩동작 동안은 저하중용 로드셀로부터 분해능이 높은 하중 신호를 받아 씨드의 무게를 실시간으로 고분해능으로 감시하여 잉곳 높이 제어모터에 피드백 신호를 부여하여 씨드 형성작업이 자동이 되도록 한다.During the seeding operation, the load signal of high resolution is received from the load cell for low load, and the weight of the seed is monitored in high-resolution in real time to give a feedback signal to the ingot height control motor, thereby automatically performing the seed forming operation.

씨드의 무게가 일정 목표값 이상에 도달하면 고하중용 로드셀로부터 하중신호를 받아 잉곳(ingot)높이 제어모터에 피드백 신호를 부여하여 메인잉곳이 성장하는 속도를 제어한다.When the weight of the seed reaches a certain target value, it receives a load signal from the load cell for high load and gives feedback signal to the ingot height control motor to control the growth speed of the main ingot.

저하중용 로드셀은 50kg측정용을 사용하되, 1g단위로 정밀 측정되게 한다. 고하중용 로드셀은 100kg측정용을 사용하여 잉곳의 무게를 측정한다.The load cell for low load is to be used for 50 kg measurement, but to be precisely measured in 1 g unit. The load cell for high load measures the weight of the ingot by using a measuring device for 100 kg.

Bellows는 스프링 인장 및 압축에 의한 무게 노이즈를 제거한다.Bellows eliminates weight tension due to spring tension and compression.

이하 본 발명에 따른 사파이어 자동 씨딩용 장치를 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a sapphire automatic seeding apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 사파이어 자동 씨딩 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 내부에 진공이 형성되는 본체(10), 상기 본체(10) 내부에 외부 전원에 의하여 가열되어 내부에 위치하는 알루미나를 용융하는 도가니(30), 상기 본체(10) 상단을 밀폐하며, 필요시 개방되는 커버(20), 상기 커버(20)에 형성되는 도입관(40), 상기 도입관(40)을 개폐하는 게이트(50), 상기 본체(10)에 지지되어 씨드(1)를 고정하며, 상하로 이동하는 씨드 고정부(70), 상기 씨드 고정부(70)의 측면을 밀봉하는 밀봉부(60)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, the sapphire automatic seeding apparatus 100 according to the present invention includes a main body 10 having a vacuum formed therein, an alumina heated inside the main body 10 by an external power source, A cover 20 which is opened when necessary, an introduction pipe 40 formed on the cover 20, a gate 20 for opening and closing the introduction pipe 40, A seed fixing part 70 supported by the main body 10 to fix the seed 1 and moving up and down and a sealing part 60 sealing the side of the seed fixing part 70 .

여기서, 상기 본체(10)는 필요한 다른 장치들이 부가될 수 있으며, 커버(20) 역시 필요한 다른 장치들이 부가될 수 있다.Here, the main body 10 may be provided with other necessary devices, and other devices necessary for the cover 20 may also be added.

한편, 상기 본체(10)는 종래 사용되는 사파이어 성장로와 동일한 형태이며, 내부에는 공간이 형성되며, 측면 등에는 상기한 바와 같이, 성장로의 구동에 필요한 별도의 장치들, 예를 들면 본체(10) 내부에 진공을 형성하기 위한 펌프, 씨드(2) 이동을 위한 지지구 등이 설치되는 구성이다.The main body 10 has the same shape as that of the conventional sapphire growth furnace, and a space is formed therein. As described above, the main body 10 is provided with additional devices necessary for driving the growth furnace, for example, 10, a pump for forming a vacuum in the inside thereof, and a support for moving the seed (2).

상기 본체(10) 내부 공간에는 도가니(30)가 위치하며, 상기 도가니(30)는 별도의 전원에 의하여 가열되어 내부의 알루미나를 용융시키는 역할을 하며, 역시 종래 방식과 동일하다.A crucible 30 is disposed in the inner space of the main body 10 and the crucible 30 is heated by a separate power source to melt the alumina therein.

상기 본체(10)의 상단에는 상기 본체(10) 내부의 공간을 밀폐하는 커버(20)가 부착되며, 또한 성장로의 구동에 필요한 별도의 장치들이 역시 부가되며, 다양한 형상을 구현될 수 있다.A cover 20 for sealing a space inside the main body 10 is attached to the upper end of the main body 10, and additional devices necessary for driving the growth path are also added, and various shapes can be realized.

상기 커버(20)의 중앙에는 씨드(1)의 투입을 위한 도입관(40)이 형성되며, 상기 도입관(40)은 원통형의 형상으로 구성되며, 도입관(40)의 중앙에는 상기 도입관(40)을 개폐하는 게이트(50)가 결합된다.The introduction pipe 40 for introducing the seed 1 is formed at the center of the cover 20 and the introduction pipe 40 is formed in a cylindrical shape. A gate 50 for opening and closing the gate 40 is coupled.

상기 게이트(50)는 상기 도입관(40) 내부, 즉 본체(10) 내부의 진공을 유지하기 위한 것으로 도입관(40)을 개방하는 형태 또는 밀폐하는 형태로 위치할 수 있으며, 수동 또는 전기식 등의 액추에이터를 이용하여 작동되도록 구현될 수 있다.The gate 50 is for holding a vacuum inside the introduction pipe 40, that is, inside the main body 10, and may be placed in a form of opening or closing the introduction pipe 40, Lt; RTI ID = 0.0 > actuators < / RTI >

특히 상기 수동식의 게이트(50)의 경우에는 밸브 형태로 구현될 수 있으며, 이때 수동 회전에 의하여 밸드 자체가 밀폐 또는 개방되는 밸브를 채용하여 구현할 수 있다.In particular, in the case of the manual type gate 50, the valve may be realized as a valve, and the valve may be closed or opened by manual rotation.

상기 커버(20)가 상기 본체(10)에 고정되고, 상기 게이트(50)가 도입관(40)을 밀폐하는 경우에는 상기 본체(10) 내부는 진공이 유지된다.When the cover 20 is fixed to the main body 10 and the gate 50 seals the introduction pipe 40, the inside of the main body 10 is kept vacuum.

또한 상기 도입관(40)의 상단에는 안착단(41)이 형성되며, 상기 안착단(41)에는 필요한 경우 후술하는 밀봉부(60)의 고정단(61)이 고정된다.A seating end 41 is formed on the upper end of the introduction pipe 40 and a fixing end 61 of the sealing part 60 is fixed to the seating end 41 if necessary.

한편, 상기 본체(10)의 상단 상기 도입관(40)의 위치에는 씨드 고정부(70)가 위치한다. 상기 씨드 고정부(70)는 상기 본체(10)에 연장되어 형성되는 구조물에 상하로 이동할 수 있게 구현되며, 끝단에는 씨드(2)가 장착된다.On the other hand, the seed fixing unit 70 is positioned at the position of the introduction pipe 40 at the upper end of the main body 10. The seed fixing part 70 is vertically movable in a structure extending from the main body 10, and a seed 2 is mounted at an end thereof.

한편, 상기 씨드 고정부(70)의 주변에는 상기 씨드 고정부(70)를 감싸는 밀봉부(60)가 위치하며, 상기 밀봉부(60)는 상기 씨드 고정부(70) 주변을 감싸면서 상하로 이동할 수 있게 구성된다.A sealing portion 60 surrounding the seed fixing portion 70 is located around the seed fixing portion 70. The sealing portion 60 surrounds the seed fixing portion 70, Lt; / RTI >

또한 상기 밀봉부(60)의 끝에는 고정단(61)이 형성되어 상기 도입관(40)에 형성된 안착단(41)과 접촉 결합한다.A fixed end 61 is formed at the end of the sealing part 60 and is in contact with the seating end 41 formed in the introduction pipe 40.

상기 고정단(61)과 상기 안착단(41)은 나사 등을 이용하여 밀봉을 유지하는 형태로 고정되며, 필요한 경우 정교한 밀봉을 위하여 상기 고정단(61)과 안착단(41) 사이에 실링 부재가 위치할 수 있다.The fixed end 61 and the seated end 41 are fixed in a form of holding a seal by using screws or the like so that a seal member is interposed between the fixed end 61 and the seated end 41 for precise sealing, Can be located.

상기 고정단(61)과 상기 안착단(41)은 밀봉부의 온도상승을 방지하기 위하여, 필요한 경우 상기 고정단(61)과 안착단(41) 사이에 냉각수의 투입이나 공랭 방식을 통하여 온도를 유지시키는 냉각 장치가 위치할 수도 있다.The fixed end 61 and the seated end 41 may be maintained at a desired temperature by the introduction of cooling water or by an air cooling method between the fixed end 61 and the seated end 41, May be located.

상기와 같은 결합 구성은 상기 게이트(50)가 상기 도입관(40)을 개방하였을 경우에는 본체(10) 내부 공간의 진공을 유지하도록 하는 역할을 한다.When the gate 50 opens the introduction pipe 40, the coupling structure as described above serves to maintain the vacuum of the internal space of the main body 10. [

다음은 본 발명에 따른 분리형 씨드 장치(100)의 구체적인 작동 방법을 도면을 참조하여 설명한다.Next, a specific operation method of the detachable seed device 100 according to the present invention will be described with reference to the drawings.

먼저 도 2에 도시된 바와 같이, 본체(10) 내부에 도가니(30)에 알루미나를 투입하고 커버(20)로 본체(10) 밀봉한 후, 본체에 연결된 진공용 펌프를 가동시켜 본체 내부를 진공 상태로 만든 후 계속 진공을 유지한 후, 외부 전원으로 상기 도가니(30)를 가열하여 알루미나를 용융시킨다. 이때 상기 게이트(50) 도입관(40)을 밀폐시킨 상태를 유지한다.2, alumina is injected into the crucible 30 inside the main body 10, the main body 10 is sealed with the cover 20, the vacuum pump connected to the main body is operated, And then the vacuum is maintained. Then, the crucible 30 is heated by an external power source to melt the alumina. At this time, the gate (50) introduction pipe (40) is kept closed.

이후 상기 알루미나가 충분히 용융되어 씨드(2) 투입이 가능한 시점에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 씨드 고정부(70)에 씨드(2)를 장착한 후, 상기 밀봉부(60)를 하방향으로 이송하여 고정단(61)과 안착단(41)을 결합하여 밀봉부(60) 내부의 공간을 외기와 차단한다.3, the seed 2 is mounted on the seed fixing part 70 and then the sealing part 60 is mounted on the seed fixing part 70 at a time when the alumina is fully melted and the seed 2 can be inserted. So that the fixed end 61 and the seating end 41 are engaged with each other to block the space inside the sealing portion 60 from the outside air.

이후, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 게이트(50)를 이동하여 도입관(40)을 개방한다. 이때 상기 밀봉부(60)에 의하여 외기와 차단되므로, 본체(10) 내부의 진공을 유지되며, 일부 공기의 경우에는 본체(10)에 연동되는 추기 펌프의 작용에 의하여 고진공이 유지된다.Thereafter, as shown in FIG. 4, the gate 50 is moved to open the introduction pipe 40. At this time, since the sealing portion 60 blocks the outside air, the vacuum inside the main body 10 is maintained. In the case of some air, the high vacuum is maintained by the action of the auxiliary pump interlocked with the main body 10.

그리고 상기 씨드 고정부(70)를 하방향으로 이동하여 상기 씨드(2)가 용융 알루미나에 접촉하도록 하여 씨드(2) 투입을 완료한다.
Then, the seed fixing unit 70 is moved downward so that the seeds 2 are brought into contact with fused alumina, thereby completing the seeding.

따라서 본 발명은 정밀한 저하중용 로드셀을 추가적으로 부착하여 씨딩 시 발생하는 미세한 무게변화를 감지하여 자동으로 디핑 시간과 풀링 거리를 정확하고 신속하게 결정하는 현저한 효과가 있다.Therefore, the present invention has a remarkable effect of accurately and quickly determining the dipping time and the pulling distance automatically by sensing a minute weight change occurring during seeding by additionally attaching a precise lowering middle load cell.

1:용융 알루미나
2: 씨드 10: 본체
20: 커버 30: 도가니
40: 도입관 41: 안착단
50: 게이트 60: 밀봉부
61: 고정단 70: 씨드 고정부
100: 사파이어 자동 씨딩 장치
101 : 고하중용 로드셀 102 : 저하중용 로드셀
103 : 벨로우즈 104 : 잉곳높이 제어모터1: Fused alumina
2: Seed 10: Body
20: Cover 30: Crucible
40: introduction pipe 41:
50: Gate 60: Seal
61: Fixed end 70:
100: sapphire automatic seeding device
101: High load load cell 102: Low load load cell
103: Bellows 104: Ingot height control motor

Claims (5)

고순도 알루미나(Al2O3) 를 2000도 이상에서 녹여 단결정 씨드에 용융 알루미나를 접촉시켜 서서히 단결정으로 성장시키는 사파이어 자동 씨딩 방법에 있어서,
상기 자동 씨딩 방법은 전체 잉곳의 무게를 측정하는 고하중용 로드셀(101) 및 씨드의 무게를 측정하는 저하중용 로드셀(102)을 직렬로 연결하여 씨딩용기의 상부에 위치시키되, 저하중용 로드셀(102)은 씨딩이 될 때의 무게 범위를 담당할 수 있는 용량을 선정하여 하중 측정범위는 적으나 정밀도는 높은 급을 사용함으로써,씨딩 시 발생하는 미세한 무게변화를 감지하여 자동으로 디핑 시간과 풀링 거리를 정확하고 신속하게 결정하는 것이며, 고하중용 로드셀(101)은 전체 잉곳의 무게를 담당할 수 있는 용량을 선정하여 하중 측정범위는 넓으나 이에 따른 정밀도는 낮은 급을 사용하되,
저하중용 로드셀(102)의 부하측 아래쪽에 스토퍼를 파손방지용 갭(h)이 있게 설치하여 일정 하중 이상에서는 스토퍼에 의해 저하중 로드셀(102)이 지지되도록 하는 것이며,
상기 저하중 로드셀(102)의 파손방지용 갭(h)은 씨드의 무게를 감당할 수 있는 범위로 조절이 가능하여 씨드의 예상무게 이상이 저하중용 로드셀(102)에 걸리는 경우 저하중용 로드셀(102)은 스토퍼에 안착되어 작동하며,
상기 씨딩동작 동안은 저하중용 로드셀(102)로부터 하중 신호를 받아 씨드의 무게를 잉곳 높이 제어모터(104)에 피드백 신호를 부여하여 씨드 형성작업이 자동이 되도록 하고, 씨드의 무게가 일정 목표값 이상에 도달하면 고하중용 로드셀(101)로부터 하중신호를 받아 잉곳(ingot)높이 제어모터(104)에 피드백 신호를 부여하여 메인잉곳이 성장하는 속도를 제어하는 것이며,
또한, 상기 단결정 씨드를 투입하는 방법은 고순도 알루미나를 성장로 본체(10) 내부의 도가니(30)에 투입하고 커버(20)로 본체(10)를 밀봉하는 단계;
진공을 유지하면서 외부 전원으로 도가니(30)를 가열하여 알루미나를 용융시키는 단계;
상기 알루미나가 충분히 용융되어 씨드(2) 투입이 가능한 시점에서, 씨드 고정부(70)에 씨드(2)를 장착한 후, 씨드와 씨드고정부 주위를 감싸는 밀봉부(60) 내부의 공간을 외기와 차단하는 단계;
본체 내부와 연통되는 도입관(40)을 개방하되, 본체(10) 내부의 진공을 유지하는 단계;
씨드 고정부(70)를 하방향으로 이동하여 상기 씨드(2)가 용융 알루미나에 접촉하도록 하여 씨드(2) 투입을 완료하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 사파이어 자동 씨딩 방법.
1. A sapphire automatic seeding method for melting a high purity alumina (Al 2 O 3) at a temperature of 2000 ° C. or higher and bringing molten alumina into contact with a single crystal seed to gradually grow into a single crystal,
In the automatic seeding method, a high-load cell 101 for measuring the weight of the whole ingot and a low-load cell 102 for measuring the weight of the seed are connected in series to the upper part of the seeding vessel, Is used to select the capacity that can cover the weight range at the time of seeding so that the load measurement range is small but the accuracy is high and the dipping time and pulling distance are automatically detected The load cell 101 for a high load is selected to have a capacity capable of taking the weight of the entire ingot, and the load measurement range is wide. However, the accuracy of the load cell is low,
A stopper is provided below the load side of the low load load cell 102 with a fracture prevention gap h so that the load cell 102 is supported by the stopper at a predetermined load or more,
The gap h for preventing the breakage of the load cell 102 can be adjusted within a range that can cover the weight of the seed. When the load of the load cell 102 is lower than the expected weight of the seed, It works on the stopper,
During the seeding operation, a load signal is received from the low-load load cell 102, and the seed weight is supplied to the ingot height control motor 104 as a feedback signal so that the seed forming operation becomes automatic. A load signal is received from the load cell 101 for high load and a feedback signal is given to the ingot height control motor 104 to control the growth rate of the main ingot.
The method for introducing the single crystal seed may further include the steps of injecting high purity alumina into a crucible 30 in a growth furnace body 10 and sealing the main body 10 with a cover 20;
Melting the alumina by heating the crucible (30) with external power while maintaining the vacuum;
The seed 2 is attached to the seed fixing portion 70 at a time when the alumina is sufficiently melted and the seed 2 can be inserted, and then the space inside the sealing portion 60, which surrounds the seed and the seed fixing portion, ;
Maintaining the vacuum inside the body (10) while opening the inlet pipe (40) communicating with the interior of the body;
And moving the seed fixing unit (70) in a downward direction to bring the seed (2) into contact with the fused alumina, thereby completing the seed (2) insertion.
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