KR101028933B1 - Single crystal melt level regulation apparatus, single crystal growth apparatus including the regulation apparatus, and single crystal melt level regulation method - Google Patents

Single crystal melt level regulation apparatus, single crystal growth apparatus including the regulation apparatus, and single crystal melt level regulation method Download PDF

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Abstract

단결정 멜트 레벨 조절 장치, 이를 구비하는 단결정 성장 장치 및 단결정 멜트 레벨 조절 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 단결정 성장 장치는 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 단결정 성장 챔버 및 단결정 성장 챔버 내에서 실리콘 단결정의 잉곳을 열차폐하는 열실드의 온도를 감지하고, 열실드의 온도에 기초하여 단결정 멜트 레벨을 조절하는 단결정 멜트 레벨 조절 장치를 포함한다. 그리고 본 발명에 따른 단결정 멜트 레벨 조절 장치는 단결정 성장 챔버 내에서 실리콘 단결정의 잉곳을 열차폐하는 열실드의 온도를 감지하는 온도 감지 수단, 열실드의 온도에 기초하여 열실드의 하단부와 실리콘 융액의 표면 간의 간격인 멜트 갭 값을 산출하는 멜트 갭 산출 수단, 및 멜트 갭 산출 수단으로부터 멜트 갭 값을 제공받으면 멜트 갭 값에 따라 실리콘 융액을 수용하는 도가니의 승강을 제어하는 제어 수단을 포함한다. 상기와 같은 본 발명에 따르면, 단결정 성장 장치에서 융액의 표면과 열실드 간의 간격을 정확히 구하여 단결정 성장 장치를 제어하므로, 안정된 결정 성장을 가능하게 하며, 운영자가 수동으로 단결정 성장 장치를 제어할 필요가 없어진다.Disclosed are a single crystal melt level control device, a single crystal growth device having the same, and a single crystal melt level control method. The single crystal growth apparatus according to the present invention senses the temperature of a single crystal growth chamber for growing a silicon single crystal ingot and a heat shield for shielding the ingot of silicon single crystal in the single crystal growth chamber, and measures the single crystal melt level based on the temperature of the heat shield. And a single crystal melt level adjusting device for adjusting. And the single crystal melt level control apparatus according to the present invention is a temperature sensing means for detecting the temperature of the heat shield heat shielding the ingot of the silicon single crystal in the single crystal growth chamber, the lower portion of the heat shield and the silicon melt on the basis of the temperature of the heat shield Melt gap calculation means for calculating a melt gap value, which is a gap between surfaces, and control means for controlling the lifting and lowering of the crucible containing the silicon melt in accordance with the melt gap value when the melt gap value is received from the melt gap calculation means. According to the present invention as described above, since the single crystal growth apparatus controls the single crystal growth apparatus by accurately obtaining the distance between the surface of the melt and the heat shield, the stable crystal growth is possible, and the operator does not need to manually control the single crystal growth apparatus. Disappear.

단결정, 열실드, 멜트 레벨, 2색 온도계(2 color pyrometer) Monocrystalline, Heat Shield, Melt Level, 2 Color Pyrometer

Description

단결정 멜트 레벨 조절 장치, 이를 구비하는 단결정 성장 장치 및 단결정 멜트 레벨 조절 방법{Single crystal melt level regulation apparatus, single crystal growth apparatus including the regulation apparatus, and single crystal melt level regulation method}Single crystal melt level control apparatus, single crystal growth apparatus and single crystal melt level control method having the same {Single crystal melt level regulation apparatus, single crystal growth apparatus including the regulation apparatus, and single crystal melt level regulation method}

본 발명은 단결정 성장 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단결정 멜트 레벨 조절 장치, 이를 구비하는 단결정 성장 장치 및 단결정 멜트 레벨 조절 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a single crystal growth apparatus, and more particularly, to a single crystal melt level control device, a single crystal growth device and a single crystal melt level control method having the same.

일반적으로 쵸크랄스키 법(CZ법)에 따라 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 방법에서는 석영 도가니의 내부에 다결정 실리콘을 적재하고 히터로부터 복사되는 열로 다결정 실리콘을 용융시켜 실리콘 융액으로 만든 다음, 실리콘 융액의 표면으로부터 실리콘 단결정 잉곳을 성장시킨다.In general, in the method of growing a silicon single crystal ingot according to the Czochralski method (CZ method), polycrystalline silicon is loaded into a quartz crucible and melted polycrystalline silicon with heat radiated from a heater to form a silicon melt, and then the surface of the silicon melt Silicon single crystal ingots are grown from.

쵸크랄스키법(CZ법)에서, 결정 성장을 양호하게 행하기 위해서는 원료 융액의 액면 레벨(이하, 멜트 레벨)을 확실하게 검출하여, 그것을 조정할 필요가 있다.In the Czochralski method (CZ method), in order to perform crystal growth satisfactorily, it is necessary to reliably detect the liquid level (hereinafter referred to as melt level) of the raw material melt and adjust it.

CZ형 단결정 성장 장치에 있어서 멜트 레벨이 확실한 검출 및 조정을 행하는 것은 열실드와 멜트 레벨의 상대적 위치,또는 히터와 멜트 레벨의 상대적 위치를 제어하고, 안정된 결정 성장을 촉진하는 데에도 유용하다.In the CZ type single crystal growth apparatus, detecting and adjusting the melt level with certainty is useful for controlling the relative position of the heat shield and the melt level, or the relative position of the heater and the melt level, and promoting stable crystal growth.

그런데, 기존 CZ형 실리콘 단결정 성장 장치에서는, 육안으로 멜트 레벨을 확인하였다. 따라서, 멜트 레벨의 정확한 측정이 어려웠다. 기존에 레이저 기술, CCD 비젼(vision) 기술 등을 이용하여 직접적으로 멜트 레벨을 측정하는 방법이 있다. 그러나, 이 종래 방법은 멜트의 진동(vibration)에 민감하게 반응하고, 외부 노이즈에 약한 단점이 있다. By the way, in the existing CZ type silicon single crystal growth apparatus, the melt level was visually confirmed. Therefore, accurate measurement of the melt level was difficult. Conventionally, there is a method of measuring the melt level directly by using laser technology, CCD vision technology, and the like. However, this conventional method is sensitive to vibration of the melt and has a weak point to external noise.

따라서, 멜트의 진동에 민감하게 반응하지 않게 멜트 레벨을 측정하고 멜트 레벨을 조정할 필요가 있다. Therefore, it is necessary to measure the melt level and adjust the melt level so as not to react sensitively to the vibration of the melt.

따라서, 본 발명의 목적은, 단결정 성장 챔버 내에서 실리콘 단결정의 잉곳을 열차폐하는 열실드의 온도를 감지하고, 열실드의 온도에 기초하여 단결정 멜트 레벨을 조절하는 단결정 멜트 레벨 조절 장치를 제공하는 데 있다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a single crystal melt level control device that senses the temperature of a heat shield heat shielding an ingot of silicon single crystal in a single crystal growth chamber and adjusts the single crystal melt level based on the temperature of the heat shield. There is.

본 발명의 다른 목적은 상기 단결정 멜트 레벨 조절 장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention to provide a single crystal melt level control device.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 단결정 성장 장치에서 단결정 멜트 레벨 조절 방법을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention to provide a single crystal melt level control method in the single crystal growth apparatus.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 단결정 멜트 레벨 조절 장치는 단결정 성장 챔버 내에서 실리콘 단결정의 잉곳을 열차폐하 는 열실드의 온도를 감지하는 온도 감지 수단; 상기 열실드의 온도에 기초하여 상기 열실드의 하단부와 실리콘 융액의 표면 간의 간격인 멜트 갭 값을 산출하는 멜트 갭 산출 수단; 및 상기 멜트 갭 산출 수단으로부터 상기 멜트 갭 값을 제공받으면 상기 멜트 갭 값에 따라 상기 실리콘 융액을 수용하는 도가니의 승강을 제어하는 제어 수단을 포함한다. According to one aspect of the present invention for achieving the above object of the present invention, a single crystal melt level control apparatus includes: temperature sensing means for sensing a temperature of a heat shield for shielding an ingot of silicon single crystal in a single crystal growth chamber; Melt gap calculation means for calculating a melt gap value, which is a gap between the lower end of the heat shield and the surface of the silicon melt based on the temperature of the heat shield; And control means for controlling the lifting and lowering of the crucible containing the silicon melt in accordance with the melt gap value when the melt gap value is received from the melt gap calculation means.

여기에서, 상기 온도 감지 수단은 2색 온도계(2 color pyrometer)일 수 있다. Here, the temperature sensing means may be a two color pyrometer.

여기에서, 상기 제어 수단은 상기 멜트 갭 값이 미리 정해진 임계 범위 이내 인지를 판단하고, 상기 임계 범위 이내이면 현재의 시드 승강에 대한 상기 도가니 승강 비율을 유지할 수 있다. Here, the control means may determine whether the melt gap value is within a predetermined threshold range, and if it is within the threshold range, maintain the crucible lift ratio with respect to the current seed lift.

여기에서, 상기 제어 수단은 상기 멜트 갭 값이 상기 임계 범위를 벗어나면, 상기 산출된 멜트 갭 값에 따라 상기 시드 승강에 대한 상기 도가니 승강 비율을 결정하고, 상기 시드 승강에 대한 도가니 승강 비율에 따라 상기 도가니의 승강을 제어할 수 있다. Here, when the melt gap value is out of the threshold range, the control means determines the crucible elevating ratio for the seed elevating according to the calculated melt gap value, and according to the crucible elevating ratio for the seed elevating. Lifting of the crucible can be controlled.

여기에서, 상기 제어 수단은 상기 멜트 갭 값이 상기 임계 범위의 최소값보다 작으면 상기 시드 승강에 대한 상기 도가니 승강 비율을 감소시키도록 상기 도가니의 승강을 제어할 수 있다. Here, the control means may control the elevating of the crucible to reduce the crucible elevating ratio with respect to the seed elevating when the melt gap value is less than the minimum value of the threshold range.

여기에서, 상기 제어 수단은 상기 멜트 갭 값이 상기 임계 범위의 최대값보다 크면 상기 시드 승강에 대한 상기 도가니 승강 비율을 증가시키도록 상기 도가니의 승강을 제어할 수 있다. Here, the control means may control the elevating of the crucible to increase the crucible elevating ratio to the seed elevating when the melt gap value is greater than the maximum value of the threshold range.

여기에서, 상기 2색 온도계는 하기의 수학식에 따라 상기 열실드의 온도를 측정할 수 있다. Here, the two-color thermometer may measure the temperature of the heat shield according to the following equation.

T = B/[ A + ln(ε1/ε2)- ln(S1/S2)]T = B / [A + ln (ε1 / ε2)-ln (S1 / S2)]

S1 및 S2는 상기 2색 온도계에 포함된 2개의 감지기에 의해 수집되는 적외선 신호이고, ε1 및 ε2는 상기 2개의 감지기의 두 반응 파장대에 따른 방사율값이며, A 및 B 는 측정시 결정되는 상수이며, T는 측정 온도값이다.S1 and S2 are infrared signals collected by the two detectors included in the two-color thermometer, ε1 and ε2 are the emissivity values according to the two response wavelength bands of the two detectors, and A and B are constants determined during measurement. , T is the measured temperature value.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 단결정 성장 장치는 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 단결정 성장 챔버; 및 상기 단결정 성장 챔버 내에서 상기 실리콘 단결정의 잉곳을 열차폐하는 열실드의 온도를 감지하고, 상기 열실드의 온도에 기초하여 단결정 멜트 레벨을 조절하는 단결정 멜트 레벨 조절 장치를 포함한다. In addition, the single crystal growth apparatus according to an aspect of the present invention comprises a single crystal growth chamber for growing a silicon single crystal ingot; And a single crystal melt level control device that senses a temperature of a heat shield that heats the ingot of the silicon single crystal in the single crystal growth chamber and adjusts a single crystal melt level based on the temperature of the heat shield.

여기에서, 상기 단결정 멜트 레벨 조절 장치는 상기 단결정 성장 챔버 내에서 실리콘 단결정의 잉곳을 열차폐하는 상기 열실드의 온도를 감지하는 온도 감지 수단; 상기 열실드의 온도에 기초하여 상기 열실드의 하단부와 실리콘 융액의 표면 간의 간격인 멜트 갭 값을 산출하는 멜트 갭 산출 수단; 및 상기 멜트 갭 산출 수단으로부터 상기 멜트 갭 값을 제공받으면 상기 멜트 갭 값에 따라 상기 실리콘 융액을 수용하는 도가니의 승강을 제어하는 제어 수단을 포함한다. Here, the single crystal melt level control apparatus includes temperature sensing means for sensing a temperature of the heat shield for heat shielding the ingot of silicon single crystal in the single crystal growth chamber; Melt gap calculation means for calculating a melt gap value, which is a gap between the lower end of the heat shield and the surface of the silicon melt based on the temperature of the heat shield; And control means for controlling the lifting and lowering of the crucible containing the silicon melt in accordance with the melt gap value when the melt gap value is received from the melt gap calculation means.

여기에서, 상기 온도 감지 수단은 2색 온도계(2 color pyrometer)일 수 있다. Here, the temperature sensing means may be a two color pyrometer.

여기에서, 상기 열실드에는 상기 2색 온도계가 상기 실리콘 융액으로부터의 적외선 신호를 수신할 수 있도록 구멍이 형성되어 있으며, 상기 온도 감지 수단은 상기 구멍을 통해 발산되는 상기 적외선 신호를 상기 2색 온도계로 반사시키기 위한 반사판을 포함할 수 있다. Here, the heat shield is formed with a hole so that the two-color thermometer can receive infrared signals from the silicon melt, and the temperature sensing means converts the infrared signal emitted through the hole into the two-color thermometer. It may include a reflector for reflecting.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 단결정 멜트 레벨 조절 방법은 단결정 성장 챔버 내에서 실리콘 단결정의 잉곳을 열차폐하는 열실드의 온도를 감지하는 단계; 상기 열실드의 온도에 기초하여, 상기 열실드의 하단부와 실리콘 융액의 표면 간의 간격인 멜트 갭 값을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 멜트 갭 값에 따라 상기 융액을 수용하는 도가니의 승강을 제어하는 단계를 포함한다. In addition, the single crystal melt level control method according to an aspect of the present invention comprises the steps of sensing the temperature of the heat shield heat shielding the ingot of silicon single crystal in the single crystal growth chamber; Calculating a melt gap value, which is a distance between a bottom end of the heat shield and the surface of the silicon melt based on the temperature of the heat shield; And controlling the elevating of the crucible containing the melt in accordance with the calculated melt gap value.

여기에서, 상기 도가니의 승강을 제어하는 단계는 상기 멜트 갭 값이 미리 정해진 임계 범위 이내 인지를 판단하는 단계; 및 상기 멜트 갭 값이 상기 임계 범위 이내이면 현재의 시드 승강에 대한 상기 도가니 승강 비율을 유지하는 단계를 포함할 수 있다.The controlling of the elevating of the crucible may include determining whether the melt gap value is within a predetermined threshold range; And maintaining the crucible elevating ratio with respect to the current seed elevating when the melt gap value is within the threshold range.

여기에서, 상기 도가니의 승강을 제어하는 단계는, 상기 멜트 갭 값이 상기 임계 범위를 벗어나면, 상기 산출된 멜트 갭 값에 따라 상기 시드 승강에 대한 상기 도가니 승강 비율을 결정하는 단계; 및 상기 시드 승강에 대한 상기 도가니 승강 비율에 따라 상기 도가니 승강을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.Here, the step of controlling the elevating of the crucible may include: determining the crucible elevating ratio for the seed elevating according to the calculated melt gap value when the melt gap value is out of the threshold range; And controlling the crucible elevating according to the crucible elevating ratio with respect to the seed elevating.

여기에서, 상기 승강 비율을 결정하는 단계는, 상기 멜트 갭 값이 상기 임계 범위의 최소값보다 작으면 상기 시드 승강에 대한 상기 도가니 승강 비율을 감소시키는 단계를 포함할 수 있다. Here, the determining of the lift ratio may include reducing the crucible lift ratio for the seed lift if the melt gap value is less than the minimum value of the threshold range.

여기에서, 상기 승강 비율을 결정하는 단계는, 상기 멜트 갭 값이 상기 임계 범위의 최대값보다 크면 상기 시드 승강에 대한 상기 도가니 승강 비율을 증가시키는 단계를 더 포함할 수 있다. The determining of the lift ratio may further include increasing the crucible lift ratio for the seed lift if the melt gap value is greater than the maximum value of the threshold range.

상기와 같은 단결정 멜트 레벨 조절 장치, 이를 구비하는 단결정 성장 장치 및 단결정 멜트 레벨 조절 방법에 따르면, 단결정 성장 장치에서 실리콘 융액의 표면과 열실드 간의 간격을 정확히 구하여 단결정 성장 장치를 제어하므로, 안정된 결정 성장을 가능하게 하며, 운영자가 수동으로 단결정 성장 장치를 제어할 필요가 없어진다.According to the single crystal melt level control device, the single crystal growth device having the same and the single crystal melt level control method as described above, in the single crystal growth device, the single crystal growth device is controlled by accurately obtaining the distance between the surface of the silicon melt and the heat shield, thereby ensuring stable crystal growth. This eliminates the need for the operator to manually control the single crystal growth apparatus.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, and only the embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the general knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail to avoid unnecessarily obscuring the subject matter of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 멜트 레벨 조절 장치 및 이를 구 비한 단결정 성장 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a single crystal melt level control apparatus and a single crystal growth apparatus having the same according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 장치는 챔버(10) 및 단결정 멜트 레벨 조절 장치(101) 등을 포함하며, 챔버(10)의 내부에서 실리콘 단결정 잉곳의 성장이 이루어진다.As shown in FIG. 1, the single crystal growth apparatus according to the exemplary embodiment of the present invention includes a chamber 10 and a single crystal melt level control device 101, and the like, and grows a silicon single crystal ingot inside the chamber 10. This is done.

챔버(10) 내에는 실리콘 융액(SM)을 담는 석영 도가니(30)가 설치되며, 이 석영 도가니(30)의 외부에는 흑연으로 이루어진 도가니 지지대(40)가 석영 도가니(30)를 에워싸도록 설치된다.The quartz crucible 30 containing the silicon melt SM is installed in the chamber 10, and a crucible support 40 made of graphite is installed outside the quartz crucible 30 so as to surround the quartz crucible 30. do.

도가니 지지대(40)는 축받이(pedestal)(50) 상에 고정 설치되고, 이 축받이(50)는 구동 수단(90)에 의해 회전되어 석영 도가니(30)를 회전시키면서 상승시켜 멜트 레벨이 동일한 높이를 유지하도록 한다. 도가니 지지대(40)는 소정 간격을 두고 원통형의 히터(60)에 에워싸여지며, 이 히터(60)는 복사 단열체(70)에 의해 에워싸여진다.The crucible support 40 is fixedly mounted on a pedestal 50, which is rotated by the drive means 90 to ascend while rotating the quartz crucible 30 so that the melt level is the same height. Keep it. The crucible support 40 is surrounded by a cylindrical heater 60 at predetermined intervals, which is surrounded by a radiant insulator 70.

즉, 히터(60)는 석영 도가니(30)의 측방에 설치되어 석영 도가니(30) 내에 적재된 고순도의 다결정실리콘 덩어리를 용융하여 실리콘 융액(SM)으로 만들며, 복사 단열체(70)은 히터(60)에서 발산되는 열이 챔버(10)의 벽 쪽으로 확산되는 것을 방지하여 열 효율을 향상시킨다.That is, the heater 60 is installed on the side of the quartz crucible 30 to melt a high-purity polysilicon mass loaded in the quartz crucible 30 to form a silicon melt SM, and the radiant insulator 70 is a heater ( Heat dissipated in 60 is prevented from diffusing toward the wall of the chamber 10 to improve thermal efficiency.

챔버(10)의 상부에는 케이블을 감아 인상(引上)하는 인상 수단(80)이 설치되며, 이 케이블의 하부에 시드(seed)가 설치된다. 인상 수단(80)은 시드를 석영 도가니(30) 내의 실리콘 융액(SM)에 담근 후 인상하면서 단결정 잉곳(IG)을 성장시킨다. 인상 수단(80)은 단결정 잉곳(IG) 성장 시 시드를 인상하면서 회전시킨다. 또 한, 구동 수단(90)이 석영 도가니(30)의 축받이(50)와 동일한 축을 중심으로 하여 석영 도가니(30)를 단결정 잉곳의 회전 방향과 반대방향으로 회전시키면서 도가니를 승강시킨다.In the upper part of the chamber 10, a pulling means 80 for winding up and pulling a cable is provided, and a seed is provided in the lower part of the cable. The pulling means 80 soaks the seed in the silicon melt SM in the quartz crucible 30 and grows the single crystal ingot IG while pulling. The pulling means 80 rotates while raising the seed during single crystal ingot IG growth. Further, the driving means 90 lifts the crucible while rotating the quartz crucible 30 in the direction opposite to the rotation direction of the single crystal ingot about the same axis as the bearing 50 of the quartz crucible 30.

챔버(10)의 상부로는, 성장되는 단결정 잉곳(IG)과 실리콘 융액(SM)에 아르곤(Ar)의 불활성 가스를 공급하고, 사용된 불활성 가스는 챔버(10)의 하부를 통해 배출시킨다.In the upper portion of the chamber 10, an inert gas of argon (Ar) is supplied to the grown single crystal ingot IG and the silicon melt SM, and the used inert gas is discharged through the lower portion of the chamber 10.

실리콘 단결정 잉곳(IG)과 석영 도가니(30) 사이에는 잉곳(IG)을 에워싸도록 열실드(20)를 설치하여 잉곳으로부터 방사되는 열을 차단할 수 있으며, 열실드(20)에서 잉곳(IG)과의 최인접부에는 원통형의 열차폐 부재(도시 생략)를 부착 설치하여 열 흐름을 더욱 차단하여 열을 보존할 수도 있다.A heat shield 20 may be installed between the silicon single crystal ingot IG and the quartz crucible 30 to surround the ingot IG to block heat radiated from the ingot, and the ingot IG in the heat shield 20. A cylindrical heat shield member (not shown) may be attached to the closest portion of the and may further block heat flow to conserve heat.

이러한 열실드(20)는 실리콘 융액(SM)의 표면과 히터(60)로부터 복사되는 열이 실리콘 단결정 잉곳(IG)으로 전달되지 못하도록 설치되는 것이 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 생산성과 품질 향상을 위하여 최근에 필수적으로 설치한다. 그리고, 열실드(20)의 설치 시, 열실드(20)의 하단부와 실리콘 융액(SM)의 표면(Melt Level : ML) 간에 일정한 간격(D)을 유지하며 설치하며, 이 간격(D)을 멜트 갭(Melt Gap : D)이라 한다.The heat shield 20 is installed to prevent the heat radiated from the surface of the silicon melt SM and the heater 60 from being transferred to the silicon single crystal ingot IG in order to improve the productivity and quality of the silicon single crystal ingot IG. It is essential to install recently. And, when installing the heat shield 20, while maintaining a constant distance (D) between the lower end of the heat shield 20 and the surface (Melt Level: ML) of the silicon melt (SM), the space (D) is installed It is called a melt gap (D).

멜트 갭(D)은 실리콘 단결정 성장 시, 실리콘 단결정 성장로의 상부에서 주입하여 하부로 배출하는 아르곤(Ar) 가스의 흐름 경로가 되고, 또한, 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 열이력에 영향을 주게된다. 따라서, 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 성장 시, 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 품질 향상과 생산성 증가를 위하여 멜트 갭(D)을 일 정하게 유지하여야 한다.The melt gap D becomes a flow path of argon (Ar) gas injected from the upper part of the silicon single crystal growth furnace and discharged to the lower part during the silicon single crystal growth, and also affects the thermal history of the silicon single crystal ingot (IG). do. Therefore, when the silicon single crystal ingot IG is grown, the melt gap D must be constantly maintained for quality improvement and productivity of the silicon single crystal ingot IG.

이러한 멜트 갭을 일정하게 유지하기 위해 운영자에 의해 챔버(10)의 상부에 단결정 성장 장치의 내부를 관찰할 수 있도록 관찰 개구(4)가 형성되어 있다. In order to keep this melt gap constant, the observation opening 4 is formed in the upper part of the chamber 10 by an operator so that the inside of a single crystal growth apparatus can be observed.

본 발명은 열실드(20)의 온도를 감지하고 열실드의 온도에 기초하여 멜트 레벨을 조절하는 단결정 멜트 레벨 조절 장치(101)를 구비하는데, 단결정 멜트 레벨 조절 장치(101)는 열실드(20)의 온도를 감지하는 온도 감지 수단(100), 열실드(20)의 온도에 대응하는 멜트 갭을 산출하는 멜트 갭 산출 수단(110) 및 멜트 갭(D)에 따라 멜트 레벨을 조절할 수 있도록 시드 승강에 대한 도가니 승강을 제어하는 제어 수단(120)을 포함한다. The present invention includes a single crystal melt level control device 101 that senses the temperature of the heat shield 20 and adjusts the melt level based on the temperature of the heat shield, wherein the single crystal melt level control device 101 comprises a heat shield 20. Seed so that the melt level can be adjusted according to the temperature sensing means 100 for detecting the temperature of the heat sink, the melt gap calculating means 110 for calculating the melt gap corresponding to the temperature of the heat shield 20, and the melt gap D. And control means 120 for controlling the crucible lifting for lifting.

온도 감지 수단(100)은 관찰 개구(4)를 통해 열실드(20)의 온도를 감지한다. 열실드(20)의 온도는 실리콘 융액이 열실드(20)에 얼마나 근접한 지를 나타내기 때문이다. 열실드(20)가 융액에 근접해 있으면, 열실드(20)는 융액으로부터의 열을 전달받아 그 온도가 상승한다. 또한, 열실드(20)가 융액과 떨어져 있으면, 열실드(20)는 융액으로부터의 열을 적게 전달받으며, 그에 따라 그 온도가 떨어진다. The temperature sensing means 100 senses the temperature of the heat shield 20 through the observation opening 4. This is because the temperature of the heat shield 20 indicates how close the silicon melt is to the heat shield 20. When the heat shield 20 is close to the melt, the heat shield 20 receives heat from the melt and the temperature thereof rises. In addition, when the heat shield 20 is away from the melt, the heat shield 20 receives less heat from the melt, and thus the temperature drops.

이와 같이, 멜트 레벨은 실리콘 단결정 잉곳(IG)과 석영 도가니(30) 사이에 잉곳(IG)을 에워싸도록 설치된 열실드(20)의 온도를 측정함으로써 획득될 수 있다. 즉, 열실드(20)의 온도를 측정하면, 열실드(20)의 온도에 따른 멜트 레벨을 알 수 있다. As such, the melt level can be obtained by measuring the temperature of the heat shield 20 installed to surround the ingot IG between the silicon single crystal ingot IG and the quartz crucible 30. That is, by measuring the temperature of the heat shield 20, it is possible to know the melt level according to the temperature of the heat shield 20.

따라서, 본 발명에 따른 온도 감지 수단(100)은 열실드(20)의 온도를 감지한다. 이 온도 감지 수단(100)은 2색 온도계(2 color pyrometer)(이하, 참조 부호 '100'으로 설명됨)인 것이 바람직하다.Therefore, the temperature sensing means 100 according to the present invention detects the temperature of the heat shield 20. The temperature sensing means 100 is preferably a two color pyrometer (hereinafter referred to as '100').

2색 온도계(100)는 비접촉식 적외선 온도계이다. 비접촉식 적외선 온도계는 대상 물체와 물리적인 접촉을 하지 않고 온도를 측정한다. 이러한 비접촉식 적외선 온도계는 모든 물체는 IR 에너지를 방출하며, 복사선의 밀도는 온도와 함수 관계에 있다는 사실에 기초를 둔 것이다. 특히, 적외선 이색 온도계는 비접촉식 적외선 온도계 중 일반적인 센서들과는 여러면에서 현저하게 다른 기능적인 차이와 뛰어난 정확도를 갖고 있다.The two-color thermometer 100 is a non-contact infrared thermometer. Non-contact infrared thermometers measure temperature without making physical contact with the object. These non-contact infrared thermometers are based on the fact that all objects emit IR energy, and the density of radiation is a function of temperature. In particular, infrared dichroic thermometers have outstanding accuracy and functional differences that are markedly different in many respects from typical sensors of non-contact infrared thermometers.

2색 온도계(100)는 한 패키지(Package) 내에 두 개의 밝기 비례 고온계(Brightness Pyrometer)가 내장되어 구성된다. 두 개의 감지기(detector)는 두 개의 서로 다른 파장에서 작동하지만, 하나의 대상(Target)으로부터 나오는 에너지를 측정한다. 즉, 2색 온도계(100)는 각기 다른 파장 영역대를 가진 두개의 감지기에 의해 측정된 두 시그날값을 비교하여, 측정 온도값을 산출한다. 그에 따라, 2색 온도계(100)는 예컨대, 1색 온도계(one color sensor)에 비해 대상 물체의 방사율 변화에 대하여 훨씬 정확한 장점이 있다. 2색 온도계(100)의 각각의 두 감지기가 받아들이는 시그널을 S1, S2라고 하고 각 감지기의 두 반응 파장대에 따른 두 방사율값을 ε1, ε2 라고 하면 2색 온도계가 측정하는 온도값은 다음 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.The two-color thermometer 100 includes two brightness proportional pyrometers in one package. The two detectors operate at two different wavelengths, but measure the energy from one target. That is, the two-color thermometer 100 compares two signal values measured by two detectors having different wavelength ranges, and calculates a measured temperature value. Accordingly, the two-color thermometer 100 has a much more accurate advantage with respect to the change in emissivity of the target object than, for example, a one color sensor. If the signals received by the two detectors of the two-color thermometer 100 are called S1 and S2, and the two emissivity values according to the two response wavelengths of each detector are ε1 and ε2, the temperature value measured by the two-color thermometer is expressed by the following equation. It can be represented as 1.

T = B/[ A + ln(ε1/ε1)- ln(S1/S2)]T = B / [A + ln (ε1 / ε1)-ln (S1 / S2)]

A, B : 측정시 결정되는 상수, T : 측정 온도값A, B: Constant determined during measurement, T: Measured temperature value

측정 온도값은 두 시그널의 비(S1/S2)와 두 방사율의 비(ε1/ε2)에 의해 결정되도록 측정 온도 값은 실제 방사율 값 변화(예, 표면 분포에 따라서 합금 성분이 다른 금속, 반사가 심한 금속 등)에 대해 덜 민감하다.The measured temperature value is determined by the ratio of the two signals (S1 / S2) and the ratio of the two emissivity (ε1 / ε2). Less sensitive to severe metals, etc.).

이런 측정원리로 인해 2색 온도계(100)는 다음과 같은 장점이 있다. 구체적으로 2색 온도계(100)는 만일 대상 물체가 장애물에 의해 측정할 부분이 부분적으로 가려져도(간헐적, 또는 영구적으로 가려 질때) 정확하게 온도를 측정한다. 이는 측정부분이 가려질때 2색 온도계(100)의 2개의 감지기가 받는 시그널 S1, S2는 같은 비율로 감소하기 때문이다. 또한, 2색 온도계(100)는 대기중의 연기, 분진, 입자가 큰 먼지 등에 의해 대상 물체가 가려져도 대상 물체의 온도를 정확하게 측정한다. 또한, 2색 온도계(100)는 감지기의 렌즈에 이물질이 쌓여도 대상 물체의 온도를 정확한 측정을 행한다. 또한, 2색 온도계(100)는 센서의 측정 사이즈 보다 측정할 물체가 작아도(예, wire) 정확한 온도를 측정하는데, 즉 대상 물체의 주변의 온도를 무시하고 측정 대상 물체만의 온도를 측정할 수 있다. 이 경우 측정 대상체인 열차폐제는 흑연 재질인 것이 바람직한데, 왜냐하면, 흑연 재질이 열흡수력이 뛰어나기 때문이다.Due to this measuring principle, the two-color thermometer 100 has the following advantages. Specifically, the two-color thermometer 100 measures the temperature accurately even if the object to be measured by the obstacle is partially covered (intermittently or permanently). This is because the signals S1 and S2 received by the two detectors of the two-color thermometer 100 decrease at the same rate when the measurement part is covered. In addition, the two-color thermometer 100 accurately measures the temperature of the target object even if the target object is covered by smoke, dust, large particles of dust, etc. in the air. In addition, the two-color thermometer 100 accurately measures the temperature of the target object even when foreign matters accumulate on the lens of the detector. In addition, the two-color thermometer 100 measures an accurate temperature even if the object to be measured is smaller than the measuring size of the sensor (eg, a wire). have. In this case, the heat shield, which is the measurement object, is preferably made of graphite, because the graphite has excellent heat absorption.

이와 같이, 본 발명에 따라 2색 온도계(100)가 열실드(20)의 온도를 감지하는데, 열실드(20)의 실리콘 융액에 가깝게 위치된 하단부의 온도를 감지한다. 이에 대해서 도 2를 참조하여 상세히 설명한다. As such, according to the present invention, the two-color thermometer 100 senses the temperature of the heat shield 20, and senses the temperature of the lower end located close to the silicon melt of the heat shield 20. This will be described in detail with reference to FIG. 2.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열실드의 측단면도를 나타낸다.2 is a side cross-sectional view of a heat shield according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 2색 온도계(100)에 의해 측정되는 열실드(20)의 온도는 열 실드(20)상의 위치 P1에서 측정된다. 열실드(20)상의 위치 P1는 실리콘 융액(SM)에 근접한 위치이기 때문에 융액의 온도를 잘 전달받는다. 또한, 열실드(20)상의 위치 P1는 2색 온도계(100)에 의해 측정가능한 위치이다. 그런데 열실드(20)의 위치 P2는 위치 P1보다 융액의 온도에 더 민감하다. Referring to FIG. 2, the temperature of the heat shield 20 measured by the two color thermometer 100 is measured at position P1 on the heat shield 20. Since the position P1 on the heat shield 20 is close to the silicon melt SM, the temperature of the melt is well transmitted. In addition, the position P1 on the heat shield 20 is a position measurable by the two-color thermometer 100. However, the position P2 of the heat shield 20 is more sensitive to the temperature of the melt than the position P1.

도 3는 열실드와 실리콘 융액 간의 거리에 따라 열실드의 온도 분포를 나타낸 도면이다. 도 3(a)는 열실드와 실리콘 융액 간의 거리인 멜트 갭이 30인 경우를 나타내며, 도 3(b)는 멜트 갭이 40인 경우를 나타내고, 도 4(d)는 멜트 갭이 50인 경우를 나타낸다. 도 4는 멜트 갭에 따른 열실드의 지점들의 온도를 나타낸 그래프이다.3 is a diagram illustrating a temperature distribution of a heat shield according to the distance between the heat shield and the silicon melt. FIG. 3 (a) shows the case where the melt gap, which is the distance between the heat shield and the silicon melt, is 30, FIG. 3 (b) shows the case where the melt gap is 40, and FIG. 4 (d) shows the case where the melt gap is 50. Indicates. 4 is a graph showing the temperature of the points of the heat shield according to the melt gap.

도 3 및 도 4를 참조하면, 멜트 갭(D)에 따른 열실드(20)의 온도는 열실드(20) 상의 위치 P2가 위치 P1보다 멜트 갭(D)에 민감한 것을 알 수 있다. 즉, 열실드(20) 상의 위치 P2에서의 온도가 위치 P1 보다 멜트 갭(D)이 변화함에 따라 더 많이 변화한다. 3 and 4, it can be seen that the temperature of the heat shield 20 according to the melt gap D is more sensitive to the melt gap D than the position P1 on the heat shield 20. In other words, the temperature at the position P2 on the heat shield 20 changes more as the melt gap D changes than the position P1.

따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따라 2색 온도계(100)가 열실드(20)의 위치 P2를 측정할 수 있도록 단결정 성장 장치를 형성한다.Therefore, according to another embodiment of the present invention, the two-color thermometer 100 forms a single crystal growth apparatus so that the position P2 of the heat shield 20 can be measured.

도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단결정 성장 장치의 단면도를 나타낸 도면이다.5 is a sectional view showing a single crystal growth apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 5을 참조하면, 열실드(20)에는 온도 감지 수단(100)이 그 온도를 감지할 수 있도록 구멍(2)이 형성되어 있다.Referring to FIG. 5, a hole 2 is formed in the heat shield 20 so that the temperature sensing means 100 can sense the temperature.

또한, 온도 감지 수단(100)은 구멍(2)을 통해 융액으로부터 나오는 적외선 에너지를 수집한다. 적외선은 직진성이 있으므로, 단결정 성장 장치는 열실드(20)의 구멍(2)을 통해 직진하는 적외선을 2색 온도계(100)로 반사시키기 위한 반사판(22)를 구비한다. 그에 따라, 2색 온도계(100)는 열실드(20)의 구멍(2)을 통해 융액으로부터 발산되는 적외선을 수집할 수 있다. In addition, the temperature sensing means 100 collects infrared energy coming out of the melt through the hole 2. Since the infrared ray is straight, the single crystal growth apparatus is provided with a reflecting plate 22 for reflecting the infrared ray traveling straight through the hole 2 of the heat shield 20 to the two-color thermometer 100. Thus, the two-color thermometer 100 can collect infrared radiation emitted from the melt through the apertures 2 of the heat shield 20.

다시 도 1을 참조하면, 2색 온도계(100)는 대상 물체, 즉, 열실드(20)의 온도를 측정한 후 멜트 갭 산출 수단(110)에 제공한다. 멜트 갭 산출 수단(110)는 측정 온도로부터 열실드(20)의 하단부와 실리콘 융액(SM)의 표면(Melt Level : ML) 간에 간격인 멜트 갭(D)을 산출한다. 이러한 열실드(20)의 온도와 멜트 갭(D) 간의 관계는 미리 멜트 갭 산출 수단(110)에 저장되어 있다. 멜트 갭 산출 수단(110)는 예컨대, 열실드(20)의 온도에 대응하여 멜트 갭(D) 값이 대응된 테이블을 저장할 수 있다. 다른 실시예에서, 멜트 갭 산출 수단(110)는 열실드(20)의 온도를 이용하여 멜트 갭(D) 값을 미리 정해진 수학식에 의해 계산할 수 있다. 이 경우에는 주변 환경에 관련된 변수가 고려될 수 있다.Referring back to FIG. 1, the two-color thermometer 100 measures the temperature of the object, that is, the heat shield 20, and provides the melt gap calculation means 110. The melt gap calculation means 110 calculates a melt gap D, which is a gap between the lower end of the heat shield 20 and the surface of the silicon melt SM, from the measured temperature. The relationship between the temperature of the heat shield 20 and the melt gap D is stored in advance in the melt gap calculating means 110. The melt gap calculation unit 110 may store, for example, a table corresponding to the melt gap D value corresponding to the temperature of the heat shield 20. In another embodiment, the melt gap calculation unit 110 may calculate the melt gap D value by using a predetermined equation using the temperature of the heat shield 20. In this case, variables related to the surrounding environment may be considered.

멜트 갭 산출 수단(110)는 열실드(20)의 온도로부터 멜트 갭 값을 산출하면 산출된 멘트 갭 값을 제어 수단(120)에 제공한다. 제어 수단(120)는 PLC(Programable logic controller)로 구현될 수 있다. 또한, 멜트 갭 산출 수단(110)는 제어 수단(120)에 포함될 수 있다. 제어 수단(120)는 멜트 갭 산출 수단(110)로부터 멜트 갭(D) 값을 수신하면 멜트 갭에 따라 도가니(30)를 승강하는 구동 수단(90)을 제어한다. 제어 수단(120)의 구체적인 동작을 도 6을 참조하여 설명한다.The melt gap calculation means 110 calculates the melt gap value from the temperature of the heat shield 20 and provides the calculated cement gap value to the control means 120. The control means 120 may be implemented as a programmable logic controller (PLC). In addition, the melt gap calculation means 110 may be included in the control means 120. The control means 120 controls the driving means 90 for elevating the crucible 30 according to the melt gap when receiving the melt gap D value from the melt gap calculating means 110. The detailed operation of the control means 120 will be described with reference to FIG. 6.

도 6은 본 발명에 따른 단결정 멜트 레벨 조절 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a method of adjusting a single crystal melt level according to the present invention.

도 6을 참조하면, 단결정 멜트 레벨 조절 장치(101)는 먼저 단계 301에서 2색 온도계(100)로부터 열실드(20)의 온도값을 수신하였는 지를 판단한다. 열실드(20)의 온도를 수신하였으면 단결정 멜트 레벨 조절 장치(101)는 단계 303에서 열실드(20)의 온도값에 따른 멜트 갭(D)을 산출한다.Referring to FIG. 6, the single crystal melt level adjusting apparatus 101 first determines whether a temperature value of the heat shield 20 is received from the two-color thermometer 100 in step 301. When the temperature of the heat shield 20 is received, the single crystal melt level adjusting apparatus 101 calculates the melt gap D according to the temperature value of the heat shield 20 in step 303.

전술한 바와 같이, 열실드(20)의 온도와 멜트 갭(D) 간의 관계는 본 실시예에서는 단결정 멜트 레벨 조절 장치(101)는 미리 저장되어 있을 수 있다.As described above, in the present embodiment, the relationship between the temperature of the heat shield 20 and the melt gap D may be stored in advance in the single crystal melt level adjusting device 101.

이어서, 단결정 멜트 레벨 조절 장치(101)는 단계 305에서 멜트 갭(D) 값이 미리 정해진 임계 범위 이내인지를 판단한다. 이 임계 범위는 최적의 열실드(20)의 바닥면과 실리콘 용융면의 상대적 위치 관계, 즉, 멜트 갭(D)이, 인상 실리콘 단결정의 열이력이나 불순물 농도(산소 농도 등)를 일정하게 하는 범위이다. Subsequently, the single crystal melt level adjusting apparatus 101 determines whether the melt gap D value is within a predetermined threshold range in step 305. This critical range is such that the relative positional relationship between the bottom surface of the optimal heat shield 20 and the molten silicon surface, that is, the melt gap D, causes the thermal history and impurity concentration (oxygen concentration, etc.) of the pulled silicon single crystal to be constant. Range.

만약 멜트 갭(D) 값이 이 임계 범위 이내에 있는 경우에는 석영 시드 승강에 대한 도가니의 승강 비율을 변경할 필요가 없다. 이 임계 범위는 최적의 멜트 갭(D) 값을 포함한다. 만약 석영 도가니(30)를 멜트 갭(D) 값이 최적이 되도록 움직인다면, 시드 승강에 대한 도가니의 승강 비율을 계속적으로 변경하게 될 수도 있다. 따라서, 멜트 이 이 임계 범위 이내에 있으면, 단결정 멜트 레벨 조절 장치(101)는 석영 도가니(30)의 승강 비율을 현재와 같이 유지한다. 즉, 단결정 멜트 레벨 조절 장치(101)는 현재의 시드 승강에 대한 도가니 승강 비율을 유지하고 현재의 비율에 따라 도가니(30)의 승강을 제어한다. If the melt gap D value is within this threshold range, there is no need to change the crucible lift ratio for quartz seed lift. This threshold range includes the optimal melt gap (D) value. If the quartz crucible 30 is moved so that the melt gap D is optimal, the elevating ratio of the crucible to the seed elevating may be continuously changed. Therefore, if the melt gap is within this threshold range, the single crystal melt level adjusting device 101 maintains the ascent rate of the quartz crucible 30 as it is now. That is, the single crystal melt level adjusting device 101 maintains the crucible lifting ratio with respect to the current seed lifting and controls the lifting of the crucible 30 according to the current ratio.

만약 멜트 갭(D) 값이 임계 범위를 벗어나면, 단결정 멜트 레벨 조절 장치(101)는 단계 307에서 산출된 멜트 갭에 따라 시드 승강에 대한 도가니(30) 승강 비율을 결정하고, 단계 309에서 시드 승강에 대한 도가니(30) 승강 비율에 따라 도가니 승강을 제어한다.If the melt gap D value is out of the threshold range, the single crystal melt level adjusting device 101 determines the crucible 30 lifting rate for seed lifting according to the melt gap calculated in step 307, and seeding in step 309. The crucible lifting is controlled according to the crucible 30 lifting rate for lifting.

구체적으로 단결정 멜트 레벨 조절 장치(101)는 단결정 성장중 멜트 갭(D) 값을 미리 정해진 범위 내에 유지하게 하기 위하여 도가니(30) 승강을 제어한다. 구체적으로 멜트 갭(D) 값이 미리 정해진 임계 범위의 최소값보다 작으면 제 단결정 멜트 레벨 조절 장치(101)는 시드 승강에 대한 도가니(30) 승강 비율을 감소시키도록 도가니(30)를 승강시키는 구동 수단(90)을 제어한다. 또한, 멜트 갭(D) 값이 미리 정해진 임계 범위의 최대값보다 크면 단결정 멜트 레벨 조절 장치(101)는 시드 승강에 대한 도가니(30) 승강 비율을 증가시키도록 도가니(30)를 승강시키는 구동 수단(90)을 제어한다. Specifically, the single crystal melt level control device 101 controls the crucible 30 lifting to maintain the melt gap D value within the predetermined range during single crystal growth. Specifically, when the melt gap D value is smaller than the minimum value of the predetermined threshold range, the single crystal melt level adjusting device 101 drives to elevate the crucible 30 to reduce the crucible 30 lifting ratio for seed lifting. Control means 90. Further, when the melt gap D value is larger than the maximum value of the predetermined threshold range, the single crystal melt level adjusting device 101 drives the crucible 30 to elevate the crucible 30 to increase the rate of elevating the crucible 30 to the seed lift. Control 90.

다른 실시예에서, 단결정 멜트 레벨 조절 장치(101)는 시드 승강에 대한 도가니(30) 승강 비율이 상기 결정된 시드 승강에 대한 도가니(30) 승강 비율이 되도록 석영 도가니(30)를 상승시키는 구동 수단(90) 뿐만 아니라 시드를 승강하는 인상 수단(80)과 제어한다.In another embodiment, the single crystal melt level adjusting device 101 includes driving means for raising the quartz crucible 30 such that the crucible 30 lifting ratio for seed lifting is the crucible 30 lifting ratio for the determined seed lifting. 90, as well as the raising means 80 for raising and lowering the seed.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 단결정 성장 장치의 열실드(20)의 온도를 이용하여 멜트 레벨을 조정할 수 있다. As described above, according to the present invention, the melt level can be adjusted by using the temperature of the heat shield 20 of the single crystal growth apparatus.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the embodiments above, those skilled in the art will understand that the present invention can be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. Could be.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 멜트 레벨 조절 장치를 구비한 단결정 성장 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a single crystal growth apparatus having a single crystal melt level control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열실드의 측단면도를 나타낸다.2 is a side cross-sectional view of a heat shield according to an embodiment of the present invention.

도 3은 열실드와 열실드 융액 간의 거리에 따라 열실드의 온도 분포를 나타낸 도면이다. 3 is a diagram showing a temperature distribution of a heat shield according to the distance between the heat shield and the heat shield melt.

도 4는 멜트 갭에 따른 열실드의 지점들의 온도를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the temperature of the points of the heat shield according to the melt gap.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단결정 성장 장치의 단면도를 나타낸 도면이다.5 is a sectional view showing a single crystal growth apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 단결정 멜트 레벨 조절 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a method of adjusting a single crystal melt level according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10: 챔버 20: 열실드10: chamber 20: heat shield

30: 석영 도가니 60: 히터30: quartz crucible 60: heater

100: 2색 온도계 110: 멜트 갭 산출 수단100: two-color thermometer 110: melt gap calculation means

120: 제어 수단120: control means

Claims (16)

단결정 성장 챔버 내에서 실리콘 단결정의 잉곳을 열차폐하는 열실드의 온도를 감지하는 온도 감지 수단;Temperature sensing means for sensing a temperature of a heat shield for shielding the ingot of silicon single crystal in the single crystal growth chamber; 상기 열실드의 온도에 기초하여 상기 열실드의 하단부와 실리콘 융액의 표면 간의 간격인 멜트 갭 값을 산출하는 멜트 갭 산출 수단; 및Melt gap calculation means for calculating a melt gap value, which is a gap between the lower end of the heat shield and the surface of the silicon melt based on the temperature of the heat shield; And 상기 멜트 갭 산출 수단으로부터 상기 멜트 갭 값을 제공받으면 상기 멜트 갭 값에 따라 상기 실리콘 융액을 수용하는 도가니의 승강을 제어하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 멜트 레벨 조절 장치.And control means for controlling the lifting and lowering of the crucible containing the silicon melt in response to receiving the melt gap value from the melt gap calculating means. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 온도 감지 수단은 2색 온도계(2 color pyrometer)인 것을 특징으로 하는 단결정 멜트 레벨 조절 장치.The temperature sensing means is a single crystal melt level adjusting device, characterized in that the two-color thermometer (2 color pyrometer). 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제어 수단은 상기 멜트 갭 값이 미리 정해진 임계 범위 이내 인지를 판단하고, 상기 임계 범위 이내이면 현재의 시드 승강에 대한 상기 도가니 승강 비율을 유지하는 것을 특징으로 하는 단결정 멜트 레벨 조절 장치.And the control means determines whether the melt gap value is within a predetermined threshold range, and maintains the crucible elevating ratio with respect to the current seed lift if it is within the threshold range. 제3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 제어 수단은 상기 멜트 갭 값이 상기 임계 범위를 벗어나면, 상기 산출된 멜트 갭 값에 따라 상기 시드 승강에 대한 상기 도가니 승강 비율을 결정하고, 상기 시드 승강에 대한 도가니 승강 비율에 따라 상기 도가니의 승강을 제어하는 것을 특징으로 하는 단결정 멜트 레벨 조절 장치.When the melt gap value is out of the threshold range, the control means determines the crucible elevating ratio for the seed elevating according to the calculated melt gap value, and determines the crucible elevating ratio for the seed elevating. A single crystal melt level adjustment device, characterized in that the lifting control. 제4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 제어 수단은 상기 멜트 갭 값이 상기 임계 범위의 최소값보다 작으면 상기 시드 승강에 대한 상기 도가니 승강 비율을 감소시키도록 상기 도가니의 승강을 제어하는 것을 특징으로 하는 단결정 멜트 레벨 조절 장치.And the control means controls the raising and lowering of the crucible so as to reduce the crucible elevating ratio with respect to the seed elevating when the melt gap value is smaller than the minimum value of the threshold range. 제4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 제어 수단은 상기 멜트 갭 값이 상기 임계 범위의 최대값보다 크면 상기 시드 승강에 대한 상기 도가니 승강 비율을 증가시키도록 상기 도가니의 승강을 제어하는 것을 특징으로 하는 단결정 멜트 레벨 조절 장치.And the control means controls the raising and lowering of the crucible so as to increase the crucible elevating ratio with respect to the seed elevating when the melt gap value is greater than the maximum value of the threshold range. 제2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 2색 온도계는 하기의 수학식에 따라 상기 열실드의 온도를 측정하는 단결정 멜트 레벨 조절 장치.The two-color thermometer is a single crystal melt level control device for measuring the temperature of the heat shield according to the following equation. T = B/[ A + ln(ε1/ε2)- ln(S1/S2)]T = B / [A + ln (ε1 / ε2)-ln (S1 / S2)] S1 및 S2는 상기 2색 온도계에 포함된 2개의 감지기에 의해 수집되는 적외선 신호이고, ε1 및 ε2는 상기 2개의 감지기의 두 반응 파장대에 따른 방사율값이며, A 및 B 는 측정시 결정되는 상수이며, T는 측정 온도값이다.S1 and S2 are infrared signals collected by the two detectors included in the two-color thermometer, ε1 and ε2 are the emissivity values according to the two response wavelength bands of the two detectors, and A and B are constants determined during measurement. , T is the measured temperature value. 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 단결정 성장 챔버; 및A single crystal growth chamber for growing a silicon single crystal ingot; And 상기 단결정 성장 챔버 내에서 상기 실리콘 단결정의 잉곳을 열차폐하는 열실드의 온도를 감지하고, 상기 열실드의 온도에 기초하여 단결정 멜트 레벨을 조절하는 단결정 멜트 레벨 조절 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치.And a single crystal melt level control device that senses a temperature of a heat shield heat shielding the ingot of the silicon single crystal in the single crystal growth chamber and adjusts the single crystal melt level based on the temperature of the heat shield. Growth device. 제8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 단결정 멜트 레벨 조절 장치는, The single crystal melt level adjusting device, 상기 단결정 성장 챔버 내에서 실리콘 단결정의 잉곳을 열차폐하는 상기 열실드의 온도를 감지하는 온도 감지 수단;Temperature sensing means for sensing a temperature of said heat shield for thermally shielding an ingot of silicon single crystal in said single crystal growth chamber; 상기 열실드의 온도에 기초하여 상기 열실드의 하단부와 실리콘 융액의 표면 간의 간격인 멜트 갭 값을 산출하는 멜트 갭 산출 수단; 및Melt gap calculation means for calculating a melt gap value, which is a gap between the lower end of the heat shield and the surface of the silicon melt based on the temperature of the heat shield; And 상기 멜트 갭 산출 수단으로부터 상기 멜트 갭 값을 제공받으면 상기 멜트 갭 값에 따라 상기 실리콘 융액을 수용하는 도가니의 승강을 제어하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치.And a control means for controlling the lifting and lowering of the crucible containing the silicon melt in accordance with the melt gap value when the melt gap value is provided from the melt gap calculation means. 제9항에 있어서, 10. The method of claim 9, 상기 온도 감지 수단은 2색 온도계(2 color pyrometer)인 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치.The temperature sensing means is a single crystal growth apparatus, characterized in that the two-color thermometer (2 color pyrometer). 제10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 열실드에는 상기 2색 온도계가 상기 실리콘 융액으로부터의 적외선 신호를 수신할 수 있도록 구멍이 형성되어 있으며,The heat shield is formed with a hole to allow the two-color thermometer to receive infrared signals from the silicon melt, 상기 온도 감지 수단은 상기 구멍을 통해 발산되는 상기 적외선 신호를 상기 2색 온도계로 반사시키기 위한 반사판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치.The temperature sensing means further comprises a reflector for reflecting the infrared signal emitted through the hole to the two-color thermometer. 단결정 성장 챔버 내에서 실리콘 단결정의 잉곳을 열차폐하는 열실드의 온도를 감지하는 단계;Sensing a temperature of a heat shield for thermally shielding the ingot of silicon single crystal in the single crystal growth chamber; 상기 열실드의 온도에 기초하여, 상기 열실드의 하단부와 실리콘 융액의 표면 간의 간격인 멜트 갭 값을 산출하는 단계; 및Calculating a melt gap value, which is a distance between a bottom end of the heat shield and the surface of the silicon melt based on the temperature of the heat shield; And 상기 산출된 멜트 갭 값에 따라 상기 융액을 수용하는 도가니의 승강을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 멜트 레벨 조절 방법.And controlling the lifting and lowering of the crucible to accommodate the melt in accordance with the calculated melt gap value. 제12항에 있어서, The method of claim 12, 상기 도가니의 승강을 제어하는 단계는 Controlling the elevating of the crucible 상기 멜트 갭 값이 미리 정해진 임계 범위 이내 인지를 판단하는 단계; 및 Determining whether the melt gap value is within a predetermined threshold range; And 상기 멜트 갭 값이 상기 임계 범위 이내이면 현재의 시드 승강에 대한 상기 도가니 승강 비율을 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멜트 레벨 조절 방법.And maintaining the crucible elevating ratio with respect to the current seed elevating if the melt gap value is within the threshold range. 제13항에 있어서, The method of claim 13, 상기 도가니의 승강을 제어하는 단계는, The step of controlling the lifting of the crucible, 상기 멜트 갭 값이 상기 임계 범위를 벗어나면, 상기 산출된 멜트 갭 값에 따라 상기 시드 승강에 대한 상기 도가니 승강 비율을 결정하는 단계; 및 Determining the crucible elevating ratio for the seed elevating according to the calculated melt gap value if the melt gap value is out of the threshold range; And 상기 시드 승강에 대한 상기 도가니 승강 비율에 따라 상기 도가니 승강을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멜트 레벨 조절 방법.And controlling the crucible elevating according to the crucible elevating ratio with respect to the seed elevating. 제14항에 있어서, The method of claim 14, 상기 승강 비율을 결정하는 단계는, Determining the lift ratio, 상기 멜트 갭 값이 상기 임계 범위의 최소값보다 작으면 상기 시드 승강에 대한 상기 도가니 승강 비율을 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멜트 레벨 조절 방법.And reducing the crucible elevating ratio for the seed elevating if the melt gap value is less than the minimum value of the threshold range. 제15항에 있어서, The method of claim 15, 상기 승강 비율을 결정하는 단계는,Determining the lift ratio, 상기 멜트 갭 값이 상기 임계 범위의 최대값보다 크면 상기 시드 승강에 대 한 상기 도가니 승강 비율을 증가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멜트 레벨 조절 방법.And increasing the crucible elevating ratio for the seed elevating when the melt gap value is greater than the maximum value of the threshold range.
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