KR101218847B1

KR101218847B1 - 단결정 잉곳 직경 제어시스템 및 이를 포함하는 단결정 잉곳 성장장치

Info

Publication number: KR101218847B1
Application number: KR1020100127061A
Authority: KR
Inventors: 홍영호; 하세근; 정요한
Original assignee: 주식회사 엘지실트론
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2013-01-21
Also published as: CN103261492A; DE112011104351T5; WO2012081789A1; JP2013545713A; US9422637B2; JP5639719B2; KR20120065768A; US20120145071A1; DE112011104351B4

Abstract

실시예는 실시예는 단결정 잉곳 직경 제어시스템 및 이를 포함하는 단결정 잉곳 성장장치에 관한 것이다.
실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 제어시스템은 단결정 잉곳의 직경을 측정하는 직경측정 센서; 상기 직경측정 센서로부터 받은 측정 데이터에서 단주기 노이즈를 제거하는 저대역 필터; 및 상기 노이즈가 제거된 데이터를 현재 데이터로 하여 인상속도의 제어를 통한 단결정 잉곳의 직경을 제어하는 ADC 센서;를 포함할 수 있다.

Description

단결정 잉곳 직경 제어시스템 및 이를 포함하는 단결정 잉곳 성장장치{Diameter controlling system of Single Crystal Ingot and Manufacturing Apparatus of Single Crystal Ingot including the same}

실시예는 단결정 잉곳 직경 제어시스템 및 이를 포함하는 단결정 잉곳 성장장치에 관한 것이다.

반도체를 제조하기 위해서는 웨이퍼를 제조해야하고, 웨이퍼의 제조를 위해서는 먼저 단결정 실리콘을 잉곳(ingot) 형태로 성장시켜야 하는데, 이를 위해 초크랄스키법(czochralski method, 이하, 'CZ 법')이 적용될 수 있다.

한편, 실리콘 단결정 잉곳의 고품질을 달성하기 위해 각종 변수에 의한 인상 속도 보정치를 적용하거나 품질에 영향을 줄 수 있는 직경 제어를 위해 장치 주변에 설치된 각종 센서에 의해 일정한 직경이 구현되도록 구성하게 되는데 이때 인상 속도와 직경 제어를 위해 장치 외부에 설치된 CCD 카메라 센서, ADC(automatic diameter control) 센서 등을 이용하며, 센서로부터 얻어진 정보, 직경과 인상 속도 제어를 위하여 PID 제어부(Proportional Integral Derivative controller)가 사용되고 있다.

CZ법에서 단결정 잉곳의 제어 시스템은 직경 모니터링 시스템에서 읽어드린 현재 변화량과 PID 제어부를 통한 연산으로 타겟 인상 속도를 상호 맞추기 위한 실제(actual) 인상속도를 변화시키는 모터 작동부를 구비한다.

종래기술에 의하면, CCD 카메라 또는 ADC 센서를 이용하여 단결정의 직경을 측정한 후 측정 직경값(Present Value; PV)이 원하는 목표 직경값(Set Value; SV)와 차이(error)가 있을 경우 인상속도를 변경하는 보정된 직경값(Manipulated Value; MV) 출력을 통하여 직경 및 인상 속도를 기준치에 접근하게 하는 것이 기본 원리이다. 따라서 직경 변화에 따른 인상속도 제어로 표현될 수 있다.

상기 PID 제어의 P, I, D 값은 각 비례, 적분, 미분의 성분으로 나뉘고 총 출력에 기어하게 되며 P,I,D값의 설정에 따라 각 성분의 출력 강도가 결정된다.

한편, PID 제어의 중요 부분은 PID 제어부에서의 실제 값 인식 방법에 있다. 직경 제어를 위해 직경을 인식하는 센서(sensor)에 의하여 전달되는 값의 샘플링(sampling) 속도, 주기 및 방식에 따라 제어에 큰 영향을 주게 된다. 또한, 모든 로데이터(raw data)를 전체 처리할지 평균화할지, 또는 샘플링(sampling)을 하며 어떤 주기로 샘플링을 할지 등등 많은 변수가 따른다.

또한 P, I, D 상수 값의 튜닝(tuning) 전에 센서(sensor)에서 들어오는 정보의 합리적인 전 처리가 필요하다.

한편, 이러한 실리콘 단결정 성장공법을 통하여 무결함 또는 극저결함의 고품질 실리콘 단결정을 얻기 위해서는 인상속도(V)와 단결정 축방향 온도구배(G)의 비인 V/G에 의해 선정된 타겟 인상속도에 대하여 실제 인상속도를 정밀하게 제어하는 것이 매우 중요하다.

실제 인상속도가 타겟 인상속도에 비해 높은 경우에는 FPD(Flow Pattern Defect)와 같은 베이컨시(Vacancy)성 결함이 나타나고, 반대로 인상속도가 낮은 경우에는 OISF(Oxidation induced Stacking Fault) 영역이 결정 주변에 발생하고 더욱 저속으로 성장이 진행되면 LDP(Large Dislocation Pit)와 같은 인터스티셜(Interstitial)성 결함이 나타나게 된다. OISF와 같은 결함은 근래에 축소된 디자인룰(Design rule)을 따르는 디램(DRAM)이나 플래쉬 메모리(Flash memory)에 사용되는 RTP 웨이퍼와 같은 고품질의 웨이퍼 제조 시 치명적인 디바이스 페일(Device fail)을 유발할 수 있다. 따라서, 무결함 영역인 잔류 베이컨시(Pv) 영역과 잔류 인터스티셜(Pi) 영역만을 포함하는 고품질의 단결정을 제조하기 위해서는 인상속도의 정밀 제어가 반드시 필요하다.

실시예는 단결정 잉곳의 직경 및 인상속도를 정밀 제어할 수 있는 단결정 잉곳 직경 제어시스템 및 이를 포함하는 단결정 잉곳 성장장치를 제공하고자 한다.

실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 제어시스템은 단결정 잉곳의 직경을 측정하는 직경측정 센서; 상기 직경측정 센서로부터 받은 측정 데이터에서 단주기 노이즈를 제거하는 저대역 필터; 및 상기 노이즈가 제거된 데이터를 현재 데이터로 하여 인상속도의 제어를 통한 단결정 잉곳의 직경을 제어하는 ADC 센서;를 포함할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 단결정 잉곳 성장장치는 상기 단결정 잉곳 직경 제어시스템을 포함할 수 있다.

실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 제어시스템 및 이를 포함하는 단결정 잉곳 성장장치에 의하면, 인상 속도를 정밀 제어하여 단결정 잉곳의 직경을 정밀 제어할 수 있다.

실시예에 의하면, 단결정 잉곳의 직경에 대한 로데이터 센싱 후 저대역 필터(Low-Pass Filter:LPF)를 통해 전처리 과정을 거침으로 인해 단주기성 노이즈를 제거할 수 있다. 예를 들어, 실시예에 의하면, 단주기 예를 들어, 6초 주기의 측정오차 신호(단주기 노이즈:PN)을 제거할 수 있으며, 노드에 의한 6초/4 마다 발생하는 스파이크성 노이즈(SN)를 제거할 수 있고, 약 6초 주변과 그 이하의 나머지 노이즈성 신호 제거할 수도 있다.

또한, 실시예에 의하면 저대역 필터(Low-Pass Filter:LPF)를 통해 단주기 신호의 진폭을 감소시킴으로써 단결정 잉곳의 직경을 정밀 제어할 수 있다. 예를 들어, 실제 인상속도(Actual Pull Speed)의 변동폭을 기존 대비 약 50% 이상 감소시킬 수 있다. 또한, 실시예에 의하면 직경(Diameter) 변동폭을 기존 대비 약 30% 이상 감소시킬 수 있다. 또한, 실시예에 의하면 타겟 직경(Target Diameter)을 정밀하게 제어할 수 있다.

또한, 실시예에 의하면 진폭의 감소를 위해서 데이터 평균값 개수(AVE)를 제어할 수 있다. 실시예에 의하면, AVE가 적용된 경우에 진폭이 더욱 감소한 것을 볼 수 있다.

또한, 실시예에 의하면 ADC 디지털 필터(digital filter)의 하부 포인트(lower point)와 상부 포인트(upper point) 범위가 증가하여 정보의 손실을 방지할 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 제어시스템을 포함하는 단결정 잉곳 성장장치 예시도.
도 2는 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 제어시스템에서 데이터 샘플링 예시도.
도 3은 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 제어시스템에서 직경에 대한 로 데이터(Raw data) 예시도.
도 4는 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 제어시스템에서 채용하는 LPF 회로 예시도.
도 5 및 도 6은 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 제어시스템 적용시 제어된 직경 예시도.
도 7은 종래기술에 따른 잉곳 길이별 인상속도 제어 예시도.
도 8은 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 제어시스템 적용시 인상속도 제어 예시도.

실시 예의 설명에 있어서, 각 웨이퍼, 장치, 척, 부재, 부, 영역 또는 면 등이 각 웨이퍼, 장치, 척, 부재, 부, 영역 또는 면등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 "상" 또는 "아래"에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.

(실시예)

도 1은 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 제어시스템을 포함하는 단결정 잉곳 성장장치의 예시도이다.

우선, 실시예에 따른 단결정 제조방법이 적용되는 단결정 성장장치을 설명한다.

실시예에 따른 실리콘 단결정 성장장치는 챔버(110), 도가니(120), 히터(130), 인상수단(150) 등을 포함할 수 있다.

예를 들어, 실시예에 따른 단결정 성장장치는 챔버(110)와, 상기 챔버(110)의 내부에 구비되며, 실리콘 융액(M)을 수용하는 도가니(120)와, 상기 챔버(110)의 내부에 구비되며, 상기 도가니(120)를 가열하는 히터(130) 및 시드(S)가 일단에 결합된 인상수단(150)을 포함할 수 있다.

상기 챔버(110)는 반도체 등의 전자부품 소재로 사용되는 실리콘 웨이퍼(wafer)용 단결정 잉곳을 성장시키기 위한 소정의 공정들이 수행되는 공간을 제공한다.

상기 챔버(110)의 내벽에는 히터(130)의 열이 상기 챔버(110)의 측벽부로 방출되지 못하도록 복사 단열체(140)가 설치될 수 있다.

상기 도가니(120)는 실리콘 융액을 담을 수 있도록 상기 챔버(110)의 내부에 구비되며, 석영 재질로 이루어질 수 있다. 상기 도가니(120)의 외부에는 도가니(120)를 지지할 수 있도록 흑연으로 이루어지는 도가니 지지대(125)가 구비될 수 있다.

상기 도가니 지지대(125)는 회전축(127) 상에 고정 설치되고, 이 회전축(127)에 의해 회전되어 상기 도가니(120)를 회전 및 승강 운동시키면서 고-액 계면이 동일한 높이를 유지하도록 할 수 있다.

상기 히터(130)는 도가니(120)를 가열하도록 챔버(110)의 내부에 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 히터(130)는 도가니 지지대를 에워싸는 원통형으로 이루어질 수 있다. 이러한 히터(130)는 도가니(120) 내에 적재된 고순도의 다결정 실리콘 덩어리를 용융하여 실리콘 융액으로 만들게 된다.

상기 히터(130)는 파워서플라이(Heater power supply)(134)에 의해 전력이 공급되며, 파워(Power)를 변경시켜주는 역할을 하기 위해 상기 파워서플라이(134)와 상기 히터(130)와의 사이에 전극(Electrode)(132)이 개재되며, 상기 히터(130)의 온도는 히터 온도센서(Heater temperature sensor)(136)에 의해 측정될 수 있다.

실시예는 챔버(Chamber)(110) 내부의 융액 대류를 조정함으로써 난류 제어와 성장 잉곳 품질을 개선하기 위해 마그넷(Magnet)(170)을 구비할 수 있다. 예를 들어, 300mm 잉곳 성장에 수평형 초전도 마그넷(Magnet)를 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 인상수단(150)은 잉곳(IG)을 인상(Pulling)하고, 회전(Rotation) 시킬 수 있다.

실시예는 실리콘 단결정 잉곳 성장을 위한 제조방법으로는 단결정인 시드(seed)(S)를 실리콘 융액에 담근 후 천천히 끌어올리면서 결정을 성장시키는 쵸크랄스키(Czochralsk:CZ)법을 채용할 수 있다.

이 방법에 따르면, 다결정실리콘을 용융한 용융액에 시드(S)를 침지한 후, 시드를 빠른 인상속도로 성장하여 네킹 공정을 진행한다. 그리고, 단결정을 시드와 직경방향으로 서서히 성장시키며 소정크기의 직경을 가지면 숄더링 단계를 진행한다. 숄더링 단계 이후에 바디 성장을 진행하며 소정길이 만큼 바디공정 진행후에 바디의 직경을 감소시키고 융액으로부터 분리하는 테일링 공정을 거쳐 단결정 잉곳을 성장 완료한다.

이를 위해, 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 제어시스템(200)은 단결정 잉곳(IG)의 직경을 측정하는 직경측정 센서(210)와, 상기 직경측정 센서(210)로부터 받은 측정 데이터에서 단주기 노이즈를 제거하는 저대역 필터(220); 및 노이즈가 제거된 데이터를 현재 데이터로 하여 인상속도의 제어를 통한 단결정 잉곳의 직경을 제어하는 ADC 센서(Automatic Diameter Control)(230)를 포함할 수 있다.

상기 직경측정 센서(210)는 단결정 잉곳(IG)의 직경에 대한 로데이터(raw data)를 센싱하도록 구비되며, 적외선 센서(IR sensor), CCD 카메라 또는 고온계(pyrometer) 중 적어도 하나로 구비될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 직경측정 센서(210)의 아날로그(analog) 전류치는 A/D 컨버터(converter)를 통하여 디지털(digital) 값으로 변화되고 데이터(data)를 필터링 후 데이터를 일정 주기적으로 평균화하여 이 수치를 PID 제어부에 ‘현재값’으로 사용할 수 있다.

실시예는 현재값과 목표값의 편차와 편차의 변화를 PID 제어부에서 연산하여 단결정 인상속도를 자동으로 변경하는 변화량을 출력할 수 있다. 단결정의 인상속도의 변화에 따라 단결정의 직경은 변화되고 이러한 연산이 반복되어 일정한 직경제어를 실행할 수 있다.

도 2는 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 제어시스템에서 데이터 샘플링 예시도이다.

실시예에서 ADC 센서(Automatic Diameter Control)(230)는 측정 데이터를 이용하여 단결정 인상속도에 대한 PID(Proportional-Integral-Derivative) 연산 로직을 PID 콘트롤러에서 수행할 수 있다.

이때, PID 콘트롤러에 의해 수행되는 단결정 직경 관련 측정 데이터를 리딩하는 단계에서는 도 2에 도시된 바와 같이 미리 설정된 샘플링 주기(Sampling Time)와 샘플링 개수(Sampling numbers)에 따라 디지털 로데이터(Digital raw data)를 샘플링(점선 박스)하는 데이터 전처리 과정이 실시될 수 있다.

도 2에서 측정 데이터의 리딩 간격(Reading Interval) 예컨대, 0.2초로 설정되고, 샘플링 주기(Sampling Time)는 예컨대, 1.4초로 설정되며, 샘플링 개수(Sampling numbers)는 예컨대, 5개로 설정될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

샘플링된 데이터는 평균화 과정을 거쳐서 PID 연산 로직에 사용된다. PID 연산 과정에서는 샘플링된 측정값과 목표값의 편차 및/또는 편차 변화를 연산하여 단결정 인상에 관여하는 인상수단의 모터 속도 등을 변화시킴으로써 단결정의 인상속도를 제어할 수 있다.

도 3은 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 제어시스템에서 직경에 대한 로 데이터(Raw data) 예시도이다.

구체적으로, 도 3은 직경에 대한 로 데이터(Raw data)로서, 단결정 잉곳 성장 중 로 데이터(Raw data)에 고주파(단주기)성 노이즈가 포함된 예시도이다.

실시예는 시드(Seed)의 회전주기에 따른 측정오차 신호를 제거하고자 한다. 예를 들면 10rpm으로 시드(seed)를 회전할 경우 회전 한주기는 6초(60sec/10)가 소요되며 회전 주기에 따른 단주기 측정오차를 제거하고자 한다.

또한, 실시예는 Si 단결정을 (100)방향으로 성장시킬 경우 (110)방향에 노드(node)가 발생하며 4개의 노드(node)가 발생함 이로 인한 스파이크(spike)성 신호가 발생된다. 예를 들어, (100)면 방향으로 성장되는 Si 단결정에 발생되는 4개의 노드(node)는 10 rpm으로 회전할 경우 6/4초(주기/4)에 한번씩 발생한다. 또한, 실시예는 회전 주기(6초 주변)와 그 이하의 노이즈성 신호등을 제거하고자 한다.

예를 들어, 도 3은 직경 로데이터(Diameter raw data)로서, 리딩 간격(Reading Interval)을 0.2초로 하여 샘플링을 한 예이며, 6초의 주기적인 노이즈(PN)와 6초/4 주기의 스파이크 성 노이즈(spike type noise)(SN)가 제어허용범위, 예를 들어 약 100pt에 비해 약 100pt 이상 초과하여 매우 큰 흔들림이 발생하고 있다.

상기 스파이크성 노이즈(SN)는 단결정 잉곳의 결정 방향에 따른 노드(node)에 의해 잉곳이 회전하면서 발생하며, 예를 들어 1회전에 4번(6초/4번 마다) 스파이크성 노이즈 발생할 수 있다.

이러한 고주파(단주기)성 노이즈는 ADC제어에 악영향을 준다. 예를 들어, 이러한 단주기성 노이즈는 ADC 디지털 필터(digital filter)의 하부 포인트(lower point)와 상부 포인트(upper point)를 좁게 가져갈 수밖에 없게 만들며, 이것은 곧 많은 정상적인 정보, 예를 들어 약 50% 이상을 잘라버리는 결과를 초래하고, 이에 따라 ADC제어기에 잘못된 정보를 제공하기 때문에 ADC제어기의 오 동작을 초래할 수 있다.

실시예에 의하면, 단결정 잉곳의 직경에 대한 로데이터 센싱 후 저대역 필터(Low-Pass Filter:LPF)를 통해 전처리 과정을 거침으로 인해 단주기성 노이즈를 제거할 수 있다.

도 4는 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 제어시스템에서 채용하는 LPF 회로 예시도이며, 도 5는 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 제어시스템 적용시 제어된 직경 예시도이다.

예를 들어, 실시예에 의하면, 단주기 예를 들어, 6초 주기의 측정오차 신호(단주기 노이즈:PN)을 제거할 수 있으며, 노드에 의한 6초/4 마다 발생하는 스파이크성 노이즈(SN)를 제거할 수 있고, 약 6초 주변과 그 이하의 나머지 노이즈성 신호 제거할 수도 있다.

예를 들어, 실시예에 의하면, 노드(Node)의 스파이크성 노이즈 제거 목적으로 시드 회전(Seed Rotation) 속도가 10rpm이고, 잉곳의 노드가 4개라면 1분(60초)에 40개의 노드 주기성을 가지며 노드의 1주기는 60초/40(1.5초)의 주기를 가진다.

즉 런중의 S/R(Seed Rotation)의 속도에 따라 단주기는 결정이 되며, 실시예로써 단주기의 범위(Range)는 약 3초 ~약 20 초이고, 스파이크성 신호 주기는 약 0.75초 ~ 약 5 초일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

수학식 1은 저대역 필터(Low-Pass Filter:LPF)에 대한 전달함수이며, 저대역 필터의 시상수(τ_f)는 RC(단 R은 저항값, C는 커패시턴스 값)로 표현될 수 있다.

실시예에서 R 값 증가로 시상수를 매우 증가시킨다면 기존 신호의 드랍(Drop) 현상을 가져올 수 있다. 이에 R값은 AD 카드의 부하 저항의 약 0.5% 이내로 제어할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 부하 저항이 1㏁이라면 LPF의 R은 5㏀ 이하일 수 있다.

이에 따라 실시예에서 저대역 필터의 시상수(τ_f) 범위는 약 1초 ~ 약 15 초일 수 있으며, 저대역 필터의 시상수(τ_f) 값으로 1 초(sec) 내지 9.6 초의 값을 예시하나 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, R1이 1000Ω이고, C1가 1000μF인 경우 시상수(τ_f1)는 1.0 sec 값을 가지며, R2이 1000Ω이고, C1가 3200μF인 경우 시상수(τ_f2)는 3.2 sec 값을 가지며, R3이 3000Ω이고, C3가 3200μF인 경우 시상수(τ_f3)는 9.6 sec 값을 가질 수 있다.

수학식 2는 입력 진폭에 대한 식이며, 수학식 3은 출력 진폭에 대한 식으로서 실시예 적용에 따라 단주기 신호의 진폭(Amplitude)이 감소하게 된다.

예를 들어, 도 5에 의하면, 저대역 필터(Low-Pass Filter:LPF)에 적용시, 시상수(τ_f)가 3.2 sec 값을 가지는 경우 단주기 예를 들어, 6초 주기의 측정오차 신호(단주기 노이즈:PN)을 제거할 수 있으며, 노드에 의한 6초/4 마다 발생하는 스파이크성 노이즈(SN)를 제거할 수 있고, 약 6초 주변과 그 이하의 나머지 노이즈성 신호 제거할 수도 있다.

또한, 실시예에 의하면 저대역 필터(Low-Pass Filter:LPF)를 통해 단주기 신호의 진폭을 감소시킴으로써 단결정 잉곳의 직경을 정밀 제어할 수 있다.

예를 들어, 실제 인상속도(Actual Pull Speed)의 변동폭을 기존 대비 약 50% 이상 감소시킬 수 있다.

또한, 실시예에 의하면 직경(Diameter) 변동폭을 기존 대비 약 30% 이상 감소시킬 수 있다.

또한, 실시예에 의하면 타겟 직경(Target Diameter)을 정밀하게 제어할 수 있다. 예를 들어, 기존 300mm 잉곳에 대한 타겟 직경이 약 308mm로 설정되었다면, 실시예 적용에 따라 타겟 직경이 약 306mm로 감소하여 타겟 직경을 보다 정밀하게 제어할 수 있다.

한편, 종래기술에 의하면 이동 평균 필터(Moving Average Filter)에 의해 로데이터의 산포가 감소되기는 하나 이러한 효과는 비주기적인 노이즈(Ranmdom Noise)에 대해 제거 효과가 있었으며, 주기적인 노이즈에 대해서는 노이즈 제거 효과가 없었다.

이에 실시예에 따라 단주기적인 노이즈를 제거할 필요가 있다.

도 6은 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 제어시스템 적용시 제어된 직경 예시도이다.

실시예에 의하면 진폭의 감소를 위해서 데이터 평균값 개수(AVE)를 제어할 수 있다.

예를 들어, 실시예는 저대역 필터에서 단주기, 스파이크성, 6초 주변과 그 이하의 노이즈(noise)를 하드웨어적(hardware)적으로 제거한 후 데이터(data) 처리시 데이터 평균값 개수(AVE), 샘플링 타임 등을 고려할 경우 정밀 직경제어에 더욱 효과를 발휘할 수 있다.

상기 데이터 평균값 개수(AVE)는 센싱되는 데이터의 정배수를 사용하여 샘플링 데이터 개수를 설정할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 시드 회전주기와 데이터 평균값 개수(AVE) 관계는 정배수일 수 있으며, 주기반(정배수+주기/2)의 관계에 있을 수도 있다.

예를 들어, 데이터 평균값 개수(AVE)= ((주기의 배수+주기/2)/로데이터 측정간격)으로 정의될 수 있다. 주기는 60초/시드 목표속도(target rpm)일 수 있다.

예를 들어, 데이터 평균값 개수(AVE)는 (6초 배수+3초)/0.2일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예에 의하면, AVE가 적용된 경우에 진폭이 더욱 감소한 것을 볼 수 있다. 즉, 실시예에 의하면, 샘플링 개수를 정배수 또는 주기반의 관계인 경우 단결정 회전과 같이 주기적으로 강한 시그널의 신호를 효과적으로 제거할 수 있다.

실시예에서 AVE값은 105~ 195 범위를 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 ㅇ아니다. 한편, AVE가 너무 크면 직경의 측정에러가 제거되나 ADC 제어기의 대응속도를 느리게 하며, AVE가 너무 작으면 ADC제어기 대응속도는 빠르나 직경의 측정에러는 제거하지 못하는 문제가 있다.

실시예에 의하면 데이터 평균값 개수(AVE)를 제어를 통해 진폭이 30배 내지 70 감소할 수 있다. 예를 들어, 저대역 필터(Low-Pass Filter:LPF)에 적용시, 시상수(τ_f)가 3.2 sec 값을 가지며, AVE 값이 105를 가지는 경우 진폭이 약 38배 감소하였으며, 상수(τ_f)가 3.2 sec 값을 가지며, AVE 값이 195를 가지는 경우 진폭이 약 71배 감소하였다.

예를 들어, 기존에는 ADC 디지털 필터(digital filter)의 하부 포인트(lower point)와 상부 포인트(upper point) 범위가 5/5로 설정되어 너무 좁게 됨으로써 많은 정상정보를 잘라버리는 문제가 있었다. 이에, 실시예에 의하면 ADC 디지털 필터(digital filter)의 하부 포인트(lower point)와 상부 포인트(upper point) 범위를 약 10/10으로 하여 정보손실을 제거할 수 있고, 이에 따라 장주기 신호는 그대로 통과하여 정상 신호 살릴 수 있다.

실시예에서 상기 ADC 디지털 필터(digital filter)의 하부 포인트(lower point)와 상부 포인트(upper point) 범위는 정보 손실 제거를 위해 시상수에 따라 달라질 수 있으며 약 6/6~80/80일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

도 7은 종래기술에 따른 잉곳 길이별(length) 인상속도(PS) 제어 예시도이며, 도 8은 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 제어시스템 적용시 인상속도 제어 예시도이다.

도 7 및 도 8에서 인상속도 로데이터에 대한 값은 표시하지 않고, 인상속도 상한(UPS), 인상속도 하한(LPS), 타겟 인상속도(TPS) 및 평균인상속도(APS)만을 표현한다. X축은 잉곳 길이(length)이나 이에 한정되는 것은 아니며 잉곳 고화율(%)일 수도 있으며, Y축은 인상속도(PS,rpm)를 나타낸다.

종래기술에 의하면, 잉곳 길이별 인상속도를 보면, 인상속도 상한(UPS)과 인상속도 하한(LPS)을 기준으로 타겟 인상속도(TPS)가 설정되어 있는데, 종래기술에 의하면 평균인상속도(APS)가 타겟 인상속도(TPS)에 미치지 못하며 인상속도 상한(UPS)과 인상속도 하한(LPS)의 범위를 벗어나는 경우가 많이 존재함을 알 수 있다.

반면, 실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 제어시스템 적용시 평균 인상속도(APS)가 타겟 인상속도(TPS)와 실질적으로 일치하는 프로파일이 나타남을 알 수 있다.

실시예에 따른 단결정 잉곳 직경 제어시스템 적용시 타겟 인상 속도 대비 실제 인상 속도의 정밀제어가 효과적으로 구현됨을 확인할 수 있다. 이러한 정밀제어에 의하면, P-band, FPD, LDP와 같은 결함 없이 바디 전영역에 걸쳐 무결함 영역(Pv/Pi)을 갖는 실리콘 단결정 잉곳을 제조할 수 있다.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

단결정 잉곳의 직경을 측정하는 직경측정 센서;
상기 직경측정 센서로부터 받은 측정 데이터에서 단주기 노이즈를 제거하는 저대역 필터; 및
상기 노이즈가 제거된 데이터를 현재 데이터로 하여 인상속도의 제어를 통한 단결정 잉곳의 직경을 제어하는 ADC 센서;를 포함하는 단결정 잉곳 직경 제어시스템.
제1 항에 있어서,
상기 저대역 필터는,
상기 측정 데이터로부터 단주기 노이즈 또는 스파이크성 노이즈를 제거하는 단결정 잉곳 직경 제어시스템.
제2 항에 있어서,
상기 단주기의 범위는 3~20 초(sec)이며,
상기 스파이크성 노이즈의 주기는 0.75~5 초(sec)인 단결정 잉곳 직경 제어시스템.
제1 항에 있어서,
상기 저대역 필터의 시상수(τ_f)는 1~15 초(sec)인 단결정 잉곳 직경 제어시스템.
제1 항에 있어서,
상기 단주기 노이즈를 제거한 후에 인상속도의 제어시 데이터 평균값 개수(AVE)를 고려하여 잉곳의 직경을 제어하는 단결정 잉곳 직경 제어시스템.
제1 항 내지 제5 항 중 어느 하나의 단결정 잉곳 직경 제어시스템을 포함하는 단결정 잉곳 성장장치.