KR101137936B1 - 잉곳성장장치의 멜트 온도 측정방법 및 그 측정장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 잉곳성장장치의 멜트 온도 측정방법 및 그 장치에 관한 것으로, 멜트(Melt)로부터 거리가 가까운 뷰포트(View port) 부분에 스텝모터(Step Motor)에 의해 동작하는 적외선 온도검출기를 설치하여 멜트의 표면을 스캔하는 방법으로 온도를 검출한 다음 평균치를 구하여 멜트 온도를 검출하며, 또한 적외선 온도검출기의 각도와 위치를 조절하는 방법으로 멜트의 온도(표면온도)를 검출하게 되며, 온도편차를 줄여 측정온도의 정확도가 크게 향상되도록 한 것이다.
또한 본 발명은 장소 변경이 가능한 하부, 즉 뷰포트(View port)에 설치되고, 온도센서의 각도를 소망의 각도로 변경시켜 위치별 온도검출이 가능하며, 잉곳성장장치 내부에서 대류현상이 일어나더라도 큰 오차없이 측정이 가능하다.
잉곳, 멜트, 온도, 검출, 파장, 스캔, 뷰포트, 스텝모터, 각도, 위치, 측정
Description
본 발명은 잉곳성장장치의 멜트 온도(Melt Temp) 측정방법 및 그 장치에 관한 것으로, 상세하게는 멜트로부터 거리가 가까운 뷰포트(View port) 부분에 스텝모터에 의해 동작하는 온도검출수단을 설치하여 멜트의 표면을 스캔하는 방법으로 온도를 검출한 다음 평균치를 구하여 온도를 검출함으로써 측정온도의 정확도가 크게 향상되도록 한 것이다.
일반적으로 단결정 잉곳(Ingot)은 초크랄스키(Czochralski) 결정 성장법(CZ 법)으로 제조되며, 핫죤 영역에 설치되는 도가니에 폴리 실리콘 등의 고체 원료를 충전하고 전열히터로 가열 및 용융시켜 융액(Melt)을 만든 다음, 단결정 시드(seed)를 시드 커넥터에 매달아 융액에 접촉시킨 후 서서히 회전 및 인상시키면, 네크부(neck part), 직경이 증가하는 숄더부(shoulder part), 직경이 일정한 원기둥 형태의 바디부(body part)의 순서로 인상되고, 마지막으로 직경이 감소하는 테 일부(tail part)를 끝으로 단결정 잉곳이 얻어진다.
상기 잉곳성장장치(또는 잉곳생산장치)는 냉각수단이 구비된 베이스챔버(메인챔버)와, 베이스챔버 내부에 설치되고 폴리 실리콘(Hot Melt)을 용융시키는 석영도가니와, 석영도가니를 지지하는 흑연도가니와, 석영도가니와 흑연도가니를 지지하는 페데스탈과, 상기 도가니를 가열하는 전열히터와, 상기 전열히터로 대전력(大電力)을 공급하는 전원공급수단과, 상기 도가니 및 페데스탈을 지지ㆍ회전ㆍ상승ㆍ하강시키는 구동축 및 구동수단과, 메인챔버(Main Chamber) 상부에 설치되는 돔챔버(Dome Chamber)와, 상기 돔챔버에 설치되는 게이트밸브 및 뷰포트와, 돔챔버 상부에 설치되는 풀챔버(Pull Chamber)와, 상기 풀챔버에 설치되는 잉곳(Ingot) 인상케이블 및 인상수단(Seed Mechanism)과, 진공수단, 냉각수단, 감지수단, 제어수단 및 계측수단 등으로 구성된다.
한편, 멜트(Melt) 온도는 잉곳(Ingot) 성장에 큰 영향을 미친다.
예컨대, 멜트의 정상 온도가 1,420℃일 때, 멜트 온도가 -5℃ 하강한 콜드(Cold) 상태(1,415℃)인 경우 잉곳의 성장은 빨라지나 고화되고 퍼지는 현상이 발생되며, 멜트 온도가 +5℃ 상승한 핫(Hot) 상태인 경우 잉곳의 성장속도가 느려지고 잘 떨어지는 등의 불량현상이 발생되므로, 온도측정기를 이용하여 멜트(Melt)의 온도가 적정온도로 유지될 수 있게 감지 및 제어하게된다.
도 1은 종래 잉곳성장장치의 멜트(Melt) 온도측정기를 도시한 것으로, 도가니(2)에 수용되는 멜트(3) 표면(4)으로부터 약 4.5m 높이에 위치하는 풀챔버(Pull Chamber)(5) 상부, 예컨대 시드(Seed) 메커니즘(6) 밑부분에 2칼라(블랙과 화이트) 적외선 온도계(Two Colour Pyrometer)(7)를 설치한 다음 멜트(3)의 표면(4) 온도를 측정하고 있어서 측정온도의 반복성 및 정확도가 70% 수준으로 크게 떨어져 공정불량이 자주 발생되는 문제점이 있었다.
또한 멜트(3)로부터 방출되는 적외선 파장을 감지하는 방식으로 멜트(3) 온도를 검출하고 있어서, 주로 풀챔버(5) 내부에서 산란 및 회절되거나 반사되는 빛의 영향(간섭)을 받아 검출온도에 많은 편차가 발생하므로 온도 측정의 정확도와 안정성이 크게 떨어지는 문제점이 있었다.
또한 풀챔버(5)의 내부 공간이 협소하여 온도계(7) 설치가 어려울 뿐 아니라, 풀챔버(5)에 고정형으로 설치되어 있으며, 측정거리(멜트 표면과 온도검출센서와의 거리)가 약 4.5m로 멀어 멜트(3)의 중앙부와 가장자리부 까지의 온도 측정이 정확하지 않아 측정온도의 오차가 심한 편이며, 또한 멜트(3)로부터 발생되는 고열이 직상승하여 온도계(7)의 온도검출센서에 작용하여 온도 측정오차가 더욱 심화될 뿐 아니라 고열에 노출되는 온도검출센서의 수명이 단축되는 등의 여러 문제점이 있었다.
본 발명은 잉곳성장장치의 멜트로부터 거리가 가까운 뷰포트(View port) 부분에 스텝모터에 의해 동작하는 적외선 온도검출기를 설치하여 멜트의 표면을 스캔하는 방법으로 온도를 검출한 다음 평균치를 구하여 멜트 온도를 정확하게 측정할 수 있는 잉곳성장장치의 멜트 온도 측정방법 및 그 측정장치를 제공함에 목적이 있다.
또한 본 발명은 적외선 온도검출기의 각도와 위치를 조절하는 방법으로 멜트의 온도(표면온도)를 검출하는 방법으로 온도편차를 크게 줄일 수 있도록 함을 특징으로 한다.
본 발명은 멜트로부터 거리가 가까운 뷰포트(View port) 부분에 스텝모터에 의해 동작하는 적외선 온도검출기를 설치하여 멜트의 표면을 스캔하는 방법으로 온도를 검출한 다음 평균 온도값을 구하고, 또한 적외선 온도검출기의 각도와 위치를 조절하는 방법으로 멜트의 온도(표면온도)를 검출하는 방법으로 온도편차를 크게 줄여 측정온도의 정확도가 크게 향상된다.
본 발명은 잉곳성장장치의 메인챔버 상부에 설치되는 뷰포터와, 상기 뷰포터 외부에 설치되어 메인챔버 내부의 멜트 표면을 스캔하여 온도를 측정하는 적외선 온도검출기를 포함하며, 상기 적외선 온도검출기의 각도와 위치를 조절하여 온도 측정위치를 가변할 수 있는 스텝모터 및 스텝모터 기구부가 더 포함된다.
상기 적외선 온도검출기는, 전ㆍ후면 지지부재 사이에 축설치되고, 전면 지지부재에 설치되는 스텝모터의 정ㆍ역회전에 의해 스캔영역의 멜트 표면을 스캔하여 온도를 검출하고, 상기 전면 지지부재에 설치되는 버니어 캘리퍼스형 각도조절기에 의해 각도가 조절되어 희망 영역의 멜트 온도 측정이 달성되고, 상기 지지부재의 상부에는 적외선 온도검출기의 각도를 표시하는 표시눈금이 표기되고, 적외선 온도검출기의 축에는 상부로 돌출되는 지시바늘이 설치되어 상기 표시눈금을 지시하는 방법으로 각도가 표시된다.
본 발명은 잉곳성장장치의 멜트로부터 약 1.2m 떨어진 뷰포트(View port) 외부에 설치되는 적외선 온도검출기로 멜트의 표면을 스캔하는 방법으로 온도를 검출하므로 측정온도의 정확도가 95% 이상으로 향상되어, 도가니 구동수단의 제어가 안정화되고 멜트 레벨이 일정하게 유지되며, 멜트 온도가 안정화되고 잉곳의 품질과 생산성이 크게 향상되는 효과가 있다.
또한 본 발명은 스텝모터와 스텝모터 기구부에 의해 적외선 온도검출기의 각 도 및 위치가 제어되어 희망하는 위치의 멜트 온도를 정확히 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 장소 변경이 가능한 하부, 즉 뷰포트(View port)에 설치되고, 온도센서의 각도를 소망의 각도로 변경시켜 위치별 온도검출이 가능하며, 잉곳성장장치 내부에서 대류현상이 일어나더라도 온도 편차가 줄어들어 정확도가 높다.
또한 본 발명은 메인 챔버 상부에 위치하는 뷰포터(View port) 외부에 설치되므로 설치 및 유지보수가 간편할 뿐 아니라, 내부의 멜트와 가깝지만 격리된 외부에 설치되므로 핫죤의 고온 영향을 받지않아 적외선 온도검출기의 수명이 연장되는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고, 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 생략한다.
도 2는 본 발명 일 예로 도시한 잉곳성장장치의 멜트 온도 측정장치(10)의 구성도로, 메인챔버(11) 상부에 설치되는 뷰포트(12) 외부(바깥)에 적외선 온도검출기(13)가 근접설치되어 도가니(14) 내부의 멜트(15) 표면(16)을 향하도록 설치되며, 멜트 표면(16)으로부터 방출되는 적외선 파장을 검출하여 멜트(15) 온도를 측정할 수 있도록 구성된다.
상기 적외선 온도검출기(13)는 멜트의 표면(16)으로부터 방출되는 적외선 파장을 검출하여 온도를 검출하는 2칼라(블랙과 화이트) 적외선 온도계(Two Colour Pyrometer), 또는 적외선 온도계, 또는 적외선 CCD 카메라이다.
상기 적외선 온도검출기(13)는 구동수단인 스텝모터(17)와 스텝모터 기구부에 의해 거리와 각도가 조절되어 소망하는 위치의 멜트(15) 표면(16) 온도를 검출할 수 있게 구성된다. 상기 스텝모터와 스텝모터 기구부는 일반적인 구성이므로 자세한 설명을 생략한다.
상기 적외선 온도검출기(13)는, 온도센서(13a)가 멜트(15)를 향하도록 전ㆍ후면 지지부재(21) 사이에 축설치되고, 전면 지지부재(21)에 설치되는 스텝모터(17)의 정ㆍ역회전에 의해 스캔영역(S1)(S2)의 멜트 표면(16)을 스캔하여 온도를 검출하고, 전면 지지부재(21)에 설치되는 버니어 캘리퍼스형 각도조절기(22)에 의해 적외선 온도검출기(13)의 각도가 조절되어 희망 부위나 희망 영역의 멜트(14) 온도 측정이 달성된다. 상기 지지부재(21)의 상부에는 적외선 온도검출기(13)의 각도를 표시하는 표시눈금(23)이 표기되고, 적외선 온도검출기(13)의 축에는 상부로 돌출되는 지시바늘(24)이 설치되어 상기 표시눈금(23)을 지시하게된다.
상기 적외선 온도검출기(13)는 멜트(15)의 표면(16)을 스캔하는 방법으로 온도를 검출한 다음 평균치를 구하여 온도를 정확히 검출하게된다. 또한 적외선 온도검출기(13)의 각도와 위치를 조절하는 방법으로 멜트(15)의 온도(표면온도)를 검출함으로써 온도편차를 줄여 측정온도의 정확도가 95% 이상으로 크게 향상된다.
상기 적외선 온도검출기(13)는 장소 변경이 가능한 뷰포트(View port)에 설치되고, 적외선 온도검출기를 구성하는 온도센서의 각도를 소망의 각도로 변경시켜 멜트(15)의 위치별 온도검출이 가능하며, 잉곳성장장치 내부에서 대류현상이 일어나더라도 큰 오차없이 측정이 가능하며, 온도 측정 결과가 70%로 정확도가 많이 떨어지는 종래 방법에 비하여 95% 이상으로 정확도가 향상되므로, 온도편차가 줄어들고 멜트(15)의 온도측정에 따른 정확도와 안정성이 크게 향상된다.
본 발명에서 돔챔버(18)의 하단부와 차열부재(20) 및/또는 지지부재(19)에 의해 뷰포트(12)로 내부를 관망할 수 있는 영역이 제한되며, 따라서 적외선 온도검출기(13)로 스캔할 수 있는 스캔영역은(S1)(S2)로 표시된 멜트 표면(16)이 되며, 검출된 온도값에 통상의 방법으로 멜트(15) 온도가 최적의 온도로 제어되고 유지된다.
이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.
도 1 : 일 예로 도시한 종래 발명의 구성도.
도 2 : 본 발명 일 예로 도시한 구성도.
도 3 : 본 발명 일예로 도시한 적외선 온도검출기의 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(10)--잉곳성장장치의 멜트 온도 측정장치
(11)--메인챔버 (12)--뷰포트
(13)--적외선 온도검출기 (14)--도가니
(15)--멜트 (16)--멜트 표면
(17)--스텝모터 (18)--돔챔버
(19)--차열부재 (20)(21)--지지부재
(22)--각도조절기 (23)--표시눈금
(24)--지시바늘 (S1)(S2)--스캔영역
Claims (4)
- 잉곳성장장치의 멜트로부터 거리가 가까운 뷰포트(View port) 부분에 스텝모터에 의해 동작하는 적외선 온도검출기를 설치하여 멜트의 표면을 스캔하는 방법으로 온도를 검출한 다음 평균치를 구하여 멜트 온도를 측정하도록 함을 특징으로 하는 잉곳성장장치의 멜트 온도 측정방법.
- 삭제
- 잉곳성장장치의 메인챔버 상부에 설치되는 뷰포터;상기 뷰포터 외부에 설치되고 멜트 표면을 스캔하여 온도를 측정하는 적외선 온도검출기;상기 적외선 온도검출기의 각도와 위치를 조절하는 스텝모터 및 스텝모터 기구부;를 포함하는 잉곳성장장치의 멜트 온도 측정장치.
- 청구항 3에 있어서;적외선 온도검출기(13)는, 온도센서(13a)가 멜트(15)를 향하도록 전ㆍ후면 지지부재(21) 사이에 축설치되고, 전면 지지부재(21)에 설치되는 스텝모터(17)의 정ㆍ역회전에 의해 스캔영역(S1)(S2)의 멜트 표면(16)을 스캔하여 온도를 검출하고, 전면 지지부재(21)에 설치되는 버니어 캘리퍼스형 각도조절기(22)에 의해 적외선 온도검출기(13)의 각도가 조절되고, 지지부재(21)의 상부에 적외선 온도검출기(13)의 각도를 표시하는 표시눈금(23)이 표기되고, 적외선 온도검출기(13)의 축에는 상부로 돌출되는 지시바늘(24)이 설치되어 상기 표시눈금(23)을 지시하도록 함을 특징으로 하는 잉곳성장장치의 멜트 온도 측정장치.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101412307B1 (ko) | 2012-10-31 | 2014-06-25 | 현대제철 주식회사 | 열처리 장치 |
| KR101555519B1 (ko) | 2013-12-13 | 2015-09-24 | 주식회사 엘지실트론 | 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법 및 장치 |
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| JPH09243460A (ja) * | 1996-03-05 | 1997-09-19 | Sony Corp | 半導体製造装置の炉内温度測定方法及び半導体製造装置 |
| KR20010024278A (ko) * | 1997-09-30 | 2001-03-26 | 헨넬리 헬렌 에프 | 결정 인상기용 차열판 |
-
2009
- 2009-11-30 KR KR1020090116396A patent/KR101137936B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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| KR20110059943A (ko) | 2011-06-08 |
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