KR101071530B1 - 단결정 잉곳 직경 측정 장치, 이를 구비하는 단결정 잉곳 성장 장치 및 단결정 잉곳 직경 측정 방법 - Google Patents

단결정 잉곳 직경 측정 장치, 이를 구비하는 단결정 잉곳 성장 장치 및 단결정 잉곳 직경 측정 방법 Download PDF

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Abstract

디지털 영상 분석 기법을 이용하여 단결정 잉곳 성장 장치 내에서 성장하는 잉곳의 직경을 측정하는 단결정 잉곳 직경 측정 장치, 이를 구비하는 단결정 잉곳 성장 장치 및 단결정 잉곳 직경 측정 방법이 개시된다. 단결정 잉곳 직경 측정 장치는 단결정 잉곳의 디지털 영상을 촬영하는 영상촬영부와, 촬영된 단결정 잉곳의 디지털 영상을 이진화하여 응고계면 영상을 추출하고, 추출된 응고계면 영상으로부터 좌표 샘플을 추출하는 영상분석부 및 추출된 좌표 샘플을 이용하여 단결정 잉곳의 직경을 산출하는 영상판단부를 포함한다. 따라서, 기존의 고온계를 이용하는 단결정 잉곳 성장 장치의 직경 제어 시스템과 대비하여 용융 레벨(Melt Level) 및 단결정 종자(Single Crystal Seed) Orbit 현상에 따른 잉곳 직경 측정값의 오차 및 변동폭을 줄일 수 있다.
단결정, 잉곳, 응고계면, 직경, 영상, 이진화

Description

단결정 잉곳 직경 측정 장치, 이를 구비하는 단결정 잉곳 성장 장치 및 단결정 잉곳 직경 측정 방법{DIAMETER MEASURING APPARATUS FOR SINGLE CRYSTAL INGOT, APPARATUS FOR GROWING SINGLE CRYSTAL INGOT HAVING THE SAME AND DIAMETER MEASURING METHOD FOR SINGLE CRYSTAL INGOT}
본 발명은 단결정 잉곳 성장 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 쵸크랄스키(CZ) 방법에 의해 도가니 안에서 실리콘 용액으로부터 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 단결정 잉곳 직경 측정 장치, 이를 구비하는 단결정 잉곳 성장 장치 및 단결정 잉곳 직경 측정 방법에 관한 것이다.
반도체 칩을 만들기 위해서는 먼저 추출된 실리콘을 얇은 판 모양의 웨이퍼(Wafers) 상태로 만들어야 한다. 이 과정은 먼저 실리콘 잉곳(Ingot)을 만드는 것으로 시작된다. 모든 단결정 웨이퍼 중 약 75% 이상이 쵸크랄스키(CZ) 방법으로 생산되고 있는데, 실리콘은 석영 도가니 안에서 가열되어 용융되게 되며 액상이 된 후 원하는 결정 방향과 동일한 결정 방향을 가진 단결정 종자(Seed)를 용액 표면 가운데 부분에 접촉시킨다. 단결정 종자와 석영 도가니는 서로 반대 방향으로 회전하게 되며 이 단결정 종자를 조금씩 들어올리면서 성장 공정을 시작하게 된다. 단 결정 종자가 용액 위로 인상이 됨에 따라 얇은 실리콘 막들이 단결정 종자 표면으로 지속적으로 달라붙게 되며 동시에 냉각이 되게 된다.
원하는 직경의 단결정 잉곳을 얻기 위하여 단결정 종자의 인상/인하 및 인상속도/인하속도를 조정하게 되는데, 이러한 단결정 잉곳의 직경을 측정하는 장치로서 고온계(Pyrometer)가 사용되고 있다. 반도체 챔버(Chamber)의 측면에 관측 포트(View Port)를 설치하고, 응고계면으로부터 발생되는 빛으로부터 적외선을 검출하여, 검출된 적외선의 양을 통해 잉곳의 직경을 산출한다. 그리고 산출된 직경과 실제 직경의 값을 조정하기 위하여 고온계를 전진, 후진 또는 각도 조정한다. 검출된 직경 데이터는 고온계의 아날로그 시그널로 출력되고, 다시 아날로그 변환기를 통해 PLC(Programmable Logic Controller)로 입력된다. 제어기로 입력된 신호는 측정된 직경과 원하는 직경을 비교하여 단결정 종자를 상승 또는 하강시키게 된다.
그런데 기존의 직경 검출 방법은, 원 포인트(1 Point)로써 단결정 잉곳의 직경을 측정하기 때문에, 도가니의 위치 변환에 따른 응고계면의 위치 변화를 정확히 판단할 수 없다는 문제가 있다. 이는 용융 레벨(Melt Level)이 항상 일정하다는 가정 하에서 직경을 검출하기 때문이다. 그러나 실제로는 도가니 위치가 낮아져 용융 레벨이 하강하면, 고온계가 검출하는 응고계면의 면적이 커져서 고온계는 잉곳 직경이 커진 것으로 판단하게 된다. 반대로 도가니 위치가 높아질 경우 고온계에 검출되는 응고계면의 면적이 작아지므로 고온계는 잉곳 직경이 작아진 것으로 판단할 것이다. 이처럼 기존 방법의 경우 용융 레벨이 변할 경우 검출 오차가 발생할 소지가 있다. 또한 단결정 성장 시 Orbit 현상이 발생하면, 고온계 시스템은 고정 된 위치에서 원 포인트를 검출하는 방식이기 때문에 직경 검출값이 지속적으로 변화할 소지가 있다.
따라서 본 발명의 제1 목적은 단결정 잉곳 성장 장치 내에서 성장하는 단결정 잉곳의 신뢰성 있는 직경 데이터를 얻을 수 있는 단결정 잉곳 직경 측정 장치를 제공하는 것이다.
그리고 본 발명의 제2 목적은 상기와 같은 단결정 잉곳 직경 측정 장치를 구비하는 단결정 잉곳 성장 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 제3 목적은 상기와 같은 단결정 잉곳 직경 측정 장치에 의한 단결정 잉곳 직경 측정 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 측정 장치는, 단결정 잉곳의 디지털 영상을 촬영하는 영상촬영부와, 촬영된 상기 단결정 잉곳의 디지털 영상을 이진화하여 응고계면 영상을 추출하고, 추출된 상기 응고계면 영상으로부터 좌표 샘플을 추출하는 영상분석부 및 추출된 상기 좌표 샘플을 이용하여 상기 단결정 잉곳의 직경을 산출하는 영상판단부를 포함한다.
상기 영상촬영부는 CCD형 고체 촬상 소자 또는 CMOS형 고체 촬상 소자를 포함할 수 있다.
상기 영상분석부는, 촬영된 상기 단결정 잉곳의 디지털 영상을 이진화하여 응고계면 영상을 추출하는 영상 이진화부 및 상기 영상 이진화부에 의해 추출된 상 기 응고계면 영상으로부터 좌표 샘플을 추출하는 좌표 추출부를 포함할 수 있다.
상기 영상분석부는 촬영된 상기 단결정 잉곳의 디지털 영상을 이진화함에 있어서 임계치 방법을 사용할 수 있다.
상기 영상분석부는 상기 단결정 잉곳의 응고계면의 밝기에 상응하는 상기 임계치를 선택할 수 있다.
상기 영상분석부는 추출된 상기 응고계면 영상으로부터 적어도 3개 이상의 좌표 샘플을 추출할 수 있다.
상기 영상판단부는 추출된 상기 적어도 3개 이상의 좌표 샘플로부터 원(Circle)의 곡률을 이용하여 상기 단결정 잉곳의 직경을 산출할 수 있다.
상술한 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 성장 장치는, 단결정 잉곳을 성장시키는 단결정 잉곳 성장 챔버 및 상기 단결정 잉곳을 촬영한 디지털 영상으로부터 상기 단결정 잉곳의 직경을 산출하는 단결정 잉곳 직경 측정 장치를 포함한다.
상기 단결정 잉곳 직경 측정 장치는, 상기 단결정 잉곳의 디지털 영상을 촬영하는 영상촬영부와, 촬영된 상기 단결정 잉곳의 디지털 영상을 이진화하여 응고계면 영상을 추출하고, 추출된 상기 응고계면 영상으로부터 좌표 샘플을 추출하는 영상분석부 및 추출된 상기 좌표 샘플을 이용하여 상기 단결정 잉곳의 직경을 산출하는 영상판단부를 포함할 수 있다.
상기 영상분석부는 촬영된 상기 단결정 잉곳의 디지털 영상을 이진화함에 있어서 임계치 방법을 사용하되, 상기 단결정 잉곳의 응고계면의 밝기에 상응하는 상기 임계치를 선택할 수 있다.
상기 영상분석부는 추출된 상기 응고계면 영상으로부터 적어도 3개 이상의 좌표 샘플을 추출하되, 추출된 상기 적어도 3개 이상의 좌표 샘플로부터 원(Circle)의 곡률을 이용하여 상기 단결정 잉곳의 직경을 산출할 수 있다.
상기 단결정 잉곳 성장 장치는 상기 단결정 잉곳 직경 측정 장치에 의해 산출된 상기 단결정 잉곳의 직경에 기초하여 상기 단결정 잉곳의 성장을 조절하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 제3 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 측정 방법은, (a) 단결정 잉곳의 디지털 영상을 촬영하는 단계와, (b) 촬영된 상기 단결정 잉곳의 영상을 이진화하여 응고계면 영상을 추출하는 단계와, (c) 추출된 상기 응고계면 영상으로부터 좌표 샘플을 추출하는 단계 및 (d) 추출된 상기 좌표 샘플로부터 상기 단결정 잉곳의 직경을 산출하는 단계를 포함한다.
상기 (a) 단계는 CCD형 고체 촬상 소자 또는 CMOS형 고체 촬상 소자를 이용하여 촬영할 수 있다.
상기 (b) 단계는 촬영된 상기 단결정 잉곳의 디지털 영상을 이진화함에 있어서 임계치 방법을 사용할 수 있다.
상기 (b) 단계는 상기 단결정 잉곳의 응고계면의 밝기에 상응하는 상기 임계치를 선택할 수 있다.
상기 (c) 단계는 추출된 상기 응고계면 영상으로부터 적어도 3개 이상의 좌표 샘플을 추출할 수 있다.
상기 (d) 단계는 추출된 상기 적어도 3개 이상의 좌표 샘플로부터 원(Circle)의 곡률을 이용하여 상기 단결정 잉곳의 직경을 산출할 수 있다.
상기 단결정 잉곳 직경 측정 방법은 (e) 산출된 상기 단결정 잉곳의 직경에 기초하여 상기 단결정 잉곳의 성장을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 단결정 잉곳 직경 측정 장치, 이를 구비하는 단결정 잉곳 성장 장치 및 단결정 잉곳 직경 측정 방법에 따르면, 기존의 고온계를 이용하는 단결정 잉곳 성장 장치의 직경 제어 시스템과 대비하여 용융 레벨(Melt Level) 및 단결정 종자(Single Crystal Seed) Orbit 현상에 따른 잉곳 직경 측정값의 오차 및 변동폭을 줄일 수 있다.
그리고 디지털 영상 분석 내지 디지털 이미지 분석 기법을 이용함으로써 종래 아날로그 신호에 기반한 측정 방법보다 데이터의 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 실측 데이터가 노이즈와 같은 외란으로부터 받는 영향을 최소화 하여 신뢰성 높은 잉곳 직경 데이터를 얻을 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 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 것 으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 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.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 측정 장치를 구비하는 단결정 잉곳 성장 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 성장 장치(100)는 단결정 잉곳 성장 챔버(110), 단결정 잉곳 직경 측정 장치(160) 및 제어부(170) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
단결정 잉곳 성장 챔버(110)는 반도체 등의 전자부품 소재로 사용되는 실리콘 웨이퍼(Wafer)용 단결정(Single Crystal) 잉곳(Ingot)을 성장시키기 위한 소정의 공정들이 수행되는 공간을 제공한다. 단결정 잉곳 성장 챔버(110)의 내벽에는 후술할 히터(130)의 열이 단결정 잉곳 성장 챔버(110)의 측벽부로 방출되지 못하도 록 복사 단열체(111)가 설치될 수 있다. 그리고 단결정 잉곳 성장 챔버(110)의 내부에는 도가니(120), 히터(130) 및 인상수단(140) 등이 구비될 수 있다.
도가니(120)는 실리콘 용액(SM)을 담을 수 있도록 단결정 잉곳 성장 챔버(110)의 내부에 구비되며, 석영 재질로 이루어진다. 석영 도가니(120)의 외부에는 석영 도가니(120)를 지지할 수 있도록 흑연으로 이루어지는 도가니 지지대(121)가 구비될 수 있다. 도가니 지지대(121)는 회전축(123) 상에 고정 설치되고, 이 회전축(123)은 구동수단(125)에 의해 회전되어 석영 고가니(120)를 회전 및 승강 운동시키면서 고-액 계면이 동일한 높이를 유지하도록 한다.
히터(130)는 석영 도가니(120)를 가열하도록 단결정 잉곳 성장 챔버(110)의 내부에 구비된다. 보다 상세하게는, 히터(130)는 도가니 지지대(121)를 에워싸는 원통형으로 이루어질 수 있다. 이러한 히터(130)는 석영 도가니(120) 내에 적재된 고순도의 다결정 실리콘 덩어리를 용융하여 실리콘 용액(SM)으로 만들게 된다.
인상수단(140)은 케이블(141)을 감아 인상(引上)할 수 있도록 단결정 잉곳 성장 챔버(110)의 상부에 설치된다. 이 케이블(141)의 하부에는 석영 도가니(120) 내의 실리콘 용액(SM)에 접촉되어 인상되면서 단결정 잉곳(153)을 성장시키는 단결정 종자(Single Crystal Seed, 151)이 설치된다. 단결정 종자 인상수단(140)은 단결정 잉곳 성장 시 케이블(141)을 감아 인상하면서 회전 운동하며, 이 때 실리콘 단결정 잉곳(153)은 석영 도가니(120)의 회전축(123)과 동일한 축을 중심으로 하여 도가니(120)의 회전방향과 반대방향으로 회전시키면서 끌어 올린다.
CCD 카메라 등의 영상 촬영 장치를 구비한 단결정 잉곳 직경 측정 장 치(160)는 잉곳(153)과 실리콘 용액(SM)이 접하는 응고계면(155) 부위를 촬영하여 디지털 영상을 얻고, 이 디지털 영상으로부터 단결정 잉곳(153)의 성장된 직경을 계산한다.
제어부(170)는 단결정 잉곳 직경 측정 장치(160)로부터 단결정 잉곳(153)의 직경 측정값을 제공 받고, 목표로 하는 단결정 잉곳 직경을 얻기 위해 상기 직경 측정값에 기초하여 회전 및 승강 제어신호를 생성한다. 제어부(170)는 생성된 회전 및 승강 제어신호를 도가니 구동수단(125) 또는 단결정 종자 인상수단(140)에 제공하고, 도가니 구동수단(125)이 회전축(123)을 회전 및 승강시키거나 단결정 종자 인상수단(140)이 케이블(141)을 회전 및 승강시킴으로써 성장하는 단결정 잉곳(153)의 직경이 조절된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 측정 장치(160)는 영상촬영부(161), 영상분석부(163) 및 영상판단부(165)을 포함한다.
영상촬영부(161)는 단결정 잉곳의 영상, 특히 단결정 잉곳과 실리콘 용액이 접하는 응고계면을 포함하는 영상을 촬영하여 디지털 영상 데이터를 생성하고, 이를 영상분석부(163)에 제공한다. 영상촬영부(161)는 광전변환을 하기 위해 CCD형 고체 촬상 소자 또는 CMOS형 고체 촬상 소자를 구비할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 측정 장치가 촬영한 단결정 잉곳의 응고계면 부위 영상을 나타내는 예시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 측정 장치의 영상촬영부(161)가 촬영한 단결정 잉곳의 응고계면 부위 영상(200)에서 응고계면(201)은 응고계면(201)을 기준으로 내측의 단결정 잉곳 및 외측의 실리콘 용액과는 구별되는 밝기를 가진다.
다시 도 2를 참조하면, 영상분석부(163)는 영상촬영부(161)로부터 상기 디지털 영상 데이터를 제공 받고, 상기 디지털 영상 데이터에 대하여 영상 이진화(Binarization)를 수행하여 응고계면 영상을 추출한다.
영상 이진화 기법은 크게 전역적 방법과 지역적 방법으로 나뉜다. 전역적 방법에는 클래스간 분산을 이용한 방법, 엔트로피(Entropy)를 이용한 방법, 히스토그램 변형을 이용한 방법, 모멘트(Moment)를 유지하는 방법 등이 있다. 지역적 방법에는 윈도우 영역을 이용한 방법(임계치 방법(Threshold Value), 비교 방법), 지역 대비 기법(Local Contrast Technique), 논리 레벨 기법(Logical Level Technique), 문자의 명암 변화를 윈도우 내의 물체 특성을 이용한 방법, YDH 기법, OAT(Object Attribute Thresholding) 방법, 지역 밝기 경사 기법(Local Intensity Gradient Technique), 동적 임계치 방법(Dynamic Threshold Algorithm),결합 함수 기법 등이 있다.
영상분석부(163)는 상술한 영상 이진화 방법 이외에도 디지털 영상으로부터 밝기 차이에 따라 응고계면 영상을 추출할 수 있는 어떠한 방법도 사용할 수 있다. 이하에서는 영상 이진화 방법으로서 임계치 방법을 사용하는 것으로 가정하고 설명하겠다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 측정 장치가 촬영한 단결정 잉곳의 응고계면 부위 영상을 이진화한 결과를 나타내는 예시도이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 측정 장치(160)의 영상분석부(163)는, 소정의 임계치를 기준으로 영상촬영부(161)가 촬영한 단결정 잉곳 영상(200)을 이진화한 영상(300)을 생성한다. 예를 들어, 상기 소정의 임계치는 8 비트, 즉 256 레벨의 밝기 정보를 가질 수 있는 회색 음영 이미지에서 1 ~ 255 범위에 속하는 특정 값이거나, 일정 수치범위일 수 있다. 결과적으로 상기 이진화한 영상(300)에는 응고계면(301)만이 나타나게 된다.
영상분석부(163)는 상기 이진화한 영상(300)에 나타난 응고계면(301) 영상으로부터 좌표 샘플을 추출한다. 이 경우 추출되는 상기 좌표 샘플의 수는 3개 이상이 될 수 있다.
영상분석부(163)는 촬영된 상기 단결정 잉곳의 디지털 영상을 이진화하여 응고계면 영상을 추출하는 영상 이진화부(미도시)와, 추출된 상기 응고계면 영상으로부터 좌표 샘플을 추출하는 좌표 추출부(미도시)를 포함할 수 있다.
영상판단부(165)는 추출된 상기 좌표 샘플로부터 단결정 잉곳의 직경을 산출한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 측정 장치의 잉곳 직경 계산 방법을 나타내는 개념도이다.
도 5를 참조하면, 특정 시점에서 단결정 잉곳의 응고계면이 제1 원(Circle, 412)으로 형성되었다가 Orbit 현상이나 용융 레벨의 변화에 의하여 제2 원(414)으로 변동된 경우, 종래의 고온계를 이용하는 방법에서는 원 포인트 측정을 하므로 제1 측정 포인트(422)에서 측정할 때 제1 원(412)과 제2 원(414)의 직경이 같다고 판단된다.
그러나 상술한 바와 같이 영상분석부(163)가 이진화한 영상(320)에 나타난 응고계면(322) 영상에서 적어도 3개 이상의 좌표 샘플을 추출하는 경우 종래의 방법에서 발생하는 오차를 최소화할 수 있다. 예를 들어, 제1 측정 포인트(422)외에 제2 측정 포인트(424) 및 제3 측정 포인트(426)에서 추가로 좌표 샘플을 얻어 쓰리 포인트 측정을 하면, 제1 원(412)에서 제2 원(414)으로의 변동을 인식할 수 있다.
곡률을 이용한 직경 산출 방법을 이하 설명한다. 원의 성질에 따르면 2개의 현이 같으면 그에 대응하는 호도 서로 같다. 그리고 또 다른 원의 성질로서 모든 현은 중심에서 그어진 수직선에 의해 2등분된다. 이러한 성질을 이용하여 원의 둘레(원주)에서 적어도 3개의 점의 좌표를 알면 주어진 원의 중심을 찾아낼 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1 측정 포인트(422), 제2 측정 포인트(424) 및 제3 측정 포인트(426)에서 각각 좌표를 추출하여 총 3개의 좌표를 얻는다. 그리고 제1 측정 포인트(422)의 측정 좌표와 제2 측정 포인트(424)의 측정 좌표를 연결하는 선분인 제1 현(432)을 수직이등분하는 지점에서 제1 현(432)과 직교하는 제1 법선(442)을 설정한다. 마찬가지로 제1 측정 포인트(422)의 측정 좌표와 제3 측정 포인트(426)의 측정 좌표를 연결하는 선분인 제2 현(434)을 수직이등분하는 지점에서 제2 현(434)과 직교하는 제2 법선(444)를 설정한다. 제1 법선(442)과 제2 법 선(444)이 만나는 지점이 원의 중심이 되고, 원의 중심과 제1 측정 포인트(422), 제2 측정 포인트(424) 및 제3 측정 포인트(426) 중 어느 하나의 측정 좌표 간의 거리가 원의 반지름이 되며, 반지름을 두 배하면 단결정 잉곳의 직경이 산출된다.
다시 도 2를 참조하면, 영상판단부(165)는 산출한 단결정 잉곳 직경값을 제어부(170)에 제공하고, 다시 제어부(170)는 단결정 잉곳 직경값에 따라 도가니 회전축 제어신호 또는 단결정 종자 인상신호를 생성하여, 상기 생성된 도가니 회전축 제어신호 또는 단결정 종자 인상신호를 도가니 구동수단(125) 또는 단결정 종자 인상수단(140)에 제공하여 단결정 잉곳 성장을 조절하게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 우선 영상촬영부(161)는 단결정 잉곳의 영상을 촬영한다(S510). 상기 단결정 잉곳 영상 촬영 단계(S510)에 대하여는 도 2 및 도 3을 참조하여 영상촬영부(161) 및 단결정 잉곳 영상(300)에 대하여 설명한 바와 유사한 방식으로 용이하게 이해될 수 있으므로 이하 설명은 생략한다.
다음으로 영상분석부(163)는 촬영된 단결정 잉곳 영상을 이진화하여 응고계면 영상을 추출한다(S520). 상기 단결정 잉곳 영상 이진화 및 응고계면 영상 추출 단계(S520)에 대하여는 도 2 및 도 4를 참조하여 영상분석부(163) 및 단결정 잉곳 영상(310)을 이진화한 영상(320)에 대하여 설명한 바와 유사한 방식으로 용이하게 이해될 수 있으므로 이하 설명은 생략한다.
다음으로 영상분석부(163)는 추출된 응고계면 영상에서 응고계면 좌표 샘 플을 추출한다(S530). 상기 응고계면 좌표 샘플 추출 단계(S530)에 대하여는 도 2를 참조하여 영상분석부(163)에 대하여 설명한 바와 유사한 방식으로 용이하게 이해될 수 있으므로 이하 설명은 생략한다.
다음으로 영상판단부(165)는 추출된 응고계면 좌표 샘플로부터 단결정 잉곳 직경을 산출한다(S540). 상기 단결정 잉곳 직경 산출 단계(S540)에 대하여는 도 2 및 도 5를 참조하여 영상판단부(165) 및 곡률을 이용한 직경 산출 방법에 대하여 설명한 바와 유사한 방식으로 용이하게 이해될 수 있으므로 이하 설명은 생략한다.
마지막으로 제어부(170)는 산출된 단결정 잉곳 직경과 목표로 하는 단결정 잉곳 직경을 비교하여, 동일한 경우에는 단결정 잉곳 성장을 종료하고, 동일하지 않는 경우에는 목표로 하는 단결정 잉곳 직경을 얻기 위해 상기 직경 측정값에 기초하여 회전 및 승강 제어신호를 생성한다. 제어부(170)는 생성된 회전 및 승강 제어신호를 도가니 구동수단(125) 또는 단결정 종자 인상수단(140)에 제공하고, 도가니 구동수단(125)이 회전축(123)을 회전 및 승강시키거나 단결정 종자 인상수단(140)이 케이블(141)을 회전 및 승강시킴으로써 성장하는 단결정 잉곳(153)의 직경이 조절된다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 측정 장치를 구비하는 단결정 잉곳 성장 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 측정 장치가 촬영한 단결정 잉곳의 응고계면 부위 영상을 나타내는 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 측정 장치가 촬영한 단결정 잉곳의 응고계면 부위 영상을 이진화한 결과를 나타내는 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 측정 장치의 잉곳 직경 계산 방법을 나타내는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
160 : 단결정 잉곳 직경 측정 장치
161 : 영상촬영부 163 : 영상분석부
165 : 영상판단부 170 : 제어부

Claims (19)

  1. 단결정 잉곳의 디지털 영상을 촬영하는 영상촬영부;
    촬영된 상기 단결정 잉곳의 디지털 영상을 이진화하여 응고계면 영상을 추출하고, 추출된 상기 응고계면 영상으로부터 적어도 3개의 좌표 샘플들을 추출하는 영상분석부; 및
    추출된 상기 적어도 3개의 좌표 샘플들로부터 원(Circle)의 곡률을 이용하여 상기 단결정 잉곳의 직경을 산출하는 영상판단부를 포함하는 단결정 잉곳 직경 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 영상촬영부는 CCD형 고체 촬상 소자 또는 CMOS형 고체 촬상 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 직경 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 영상분석부는,
    촬영된 상기 단결정 잉곳의 디지털 영상을 이진화하여 응고계면 영상을 추출하는 영상 이진화부; 및
    상기 영상 이진화부에 의해 추출된 상기 응고계면 영상으로부터 좌표 샘플을 추출하는 좌표 추출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 직경 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 영상분석부는 촬영된 상기 단결정 잉곳의 디지털 영상을 이진화함에 있어서 임계치 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 직경 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 영상분석부는 상기 단결정 잉곳의 응고계면의 밝기에 상응하는 상기 임계치를 선택하는 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 직경 측정 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 단결정 잉곳을 성장시키는 단결정 잉곳 성장 챔버; 및
    상기 단결정 잉곳을 촬영한 디지털 영상으로부터 상기 단결정 잉곳의 직경을 산출하는 단결정 잉곳 직경 측정 장치를 포함하되,
    상기 단결정 잉곳 직경 측정 장치는,
    상기 단결정 잉곳의 디지털 영상을 촬영하는 영상촬영부;
    촬영된 상기 단결정 잉곳의 디지털 영상을 이진화하여, 응고계면 영상을 추출하고, 추출된 상기 응고계면 영상으로부터 적어도 3개의 좌표 샘플들을 추출하는 영상분석부; 및
    추출된 상기 적어도 3개의 좌표 샘플들로부터 원(Circle)의 곡률을 이용하여 상기 단결정 잉곳의 직경을 산출하는 영상판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 성장 장치.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 영상분석부는 촬영된 상기 단결정 잉곳의 디지털 영상을 이진화함에 있어서 임계치 방법을 사용하되, 상기 단결정 잉곳의 응고계면의 밝기에 상응하는 상기 임계치를 선택하는 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 성장 장치.
  11. 삭제
  12. 제8항에 있어서,
    상기 단결정 잉곳 직경 측정 장치에 의해 산출된 상기 단결정 잉곳의 직경에 기초하여 상기 단결정 잉곳의 성장을 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 성장 장치.
  13. (a) 단결정 잉곳의 디지털 영상을 촬영하는 단계;
    (b) 촬영된 상기 단결정 잉곳의 영상을 이진화하여 응고계면 영상을 추출하는 단계;
    (c) 추출된 상기 응고계면 영상으로부터 적어도 3개의 좌표 샘플들을 추출하는 단계; 및
    (d) 추출된 상기 적어도 3개의 좌표 샘플들로부터 원(Circle)의 곡률을 이용하여 상기 단결정 잉곳의 직경을 산출하는 단계를 포함하는 단결정 잉곳 직경 측정 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 CCD형 고체 촬상 소자 또는 CMOS형 고체 촬상 소자를 이용하여 촬영하는 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 직경 측정 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 촬영된 상기 단결정 잉곳의 디지털 영상을 이진화함에 있어서 임계치 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 직경 측정 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 상기 단결정 잉곳의 응고계면의 밝기에 상응하는 상기 임계치를 선택하는 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 직경 측정 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제13항에 있어서,
    (e) 산출된 상기 단결정 잉곳의 직경에 기초하여 상기 단결정 잉곳의 성장을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 직경 측정 방법.
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