KR101335538B1 - 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

실시예의 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치는 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키기 위한 용융 실리콘을 담는 도가니와, 도가니에 열을 가하여 도가니 내의 실리콘을 용융시키는 히터와, 도가니의 온도를 센싱하는 온도 센싱부와, 센싱된 온도를 모니터링하여, 주기성을 갖는 온도 잡음을 반영한 온도 신호를 예측하고, 예측된 온도 신호 중 최소 오차를 갖는 온도 신호를 온도 제어 신호로서 가공하여 출력하는 온도 신호 제어부 및 온도 제어 신호에 상응하여 히터의 발열량을 제어하는 히터 제어부를 포함한다.

Description

단결정 실리콘 잉곳 제조 장치 및 방법{Apparatus and method for growing monocrystalline silicon ingots}
실시예는 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법으로서, 플로우팅존(FZ:Floating Zone)법 또는 초크랄스키(CZ:CZochralski)법이 많이 이용되고 있다. FZ 법을 적용하여 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키는 경우, 대구경의 실리콘 웨이퍼를 제조하기 어려울 뿐만 아니라 공정 비용이 매우 비싼 문제가 있기 때문에, CZ 법에 의거하여 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키는 것이 일반화되어 있다.
CZ 법에 의하면, 석영 도가니에 다결정 실리콘을 장입하고, 도가니의 측부에 배치된 히터(heater)에 의해 흑연 발열체를 가열하여 이를 용융시킨 후, 용융 결과 형성된 실리콘 용융액에 씨드(seed) 결정을 침지시키고, 용융액 계면에서 결정화가 일어나도록 하여 씨드 결정을 회전하면서 인상시킴으로서 단결정 실리콘 잉곳이 육성된다. 이후, 육성된 단결정 실리콘 잉곳을 슬라이싱(slicing), 에칭(etching) 및 연마(polishing)하여 웨이퍼 형태로 만든다.
일반적으로 도가니를 받치는 도가니 지지 구동축은 도가니 구동부(미도시)인 모터(미도시)의 상부에 올려지는데, 도가니 지지 구동축이 도가니의 중앙에 정확하게 안착될 수 없을 뿐만 아니라 열에 의한 변형에 의해 도가니가 회전할 때 궤적(orbit)이 발생하게 된다. 즉, 도가니는 중심축을 벗어나 회전하게 된다. 이러한 궤적으로 인해, 주기적인 온도 잡음이 발생하고, 이러한 온도 잡음을 이용하여 히터의 발열량을 제어하면 히터의 전력의 산포가 증가하게 된다. 따라서, 기존의 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법에 의하면, 잉곳의 직경을 정확하게 제어할 수 없는 문제점이 있다.
실시예는 도가니의 온도에 기반하여 고품질의 잉곳을 제조할 수 있는 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치 및 방법을 제공한다.
실시예의 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치는, 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키기 위한 용융 실리콘을 담는 도가니; 상기 도가니에 열을 가하여 상기 도가니 내의 실리콘을 용융시키는 히터; 상기 도가니의 온도를 센싱하는 온도 센싱부; 상기 센싱된 온도를 모니터링하여, 주기성을 갖는 온도 잡음을 반영한 온도 신호를 예측하고, 상기 예측된 온도 신호 중 최소 오차를 갖는 온도 신호를 온도 제어 신호로서 가공하여 출력하는 온도 신호 제어부; 및 상기 온도 제어 신호에 상응하여 상기 히터의 발열량을 제어하는 히터 제어부를 포함한다.
또한, 상기 온도 신호 제어부는 상기 온도 신호를 예측하는 온도 신호 예측부; 상기 예측된 온도 신호 중 최소 오차를 갖는 온도 신호를 선택하는 온도 신호 선택부; 상기 선택된 온도 신호에서 비주기 성분만을 추출하고, 추출된 상기 비주기 성분을 상기 온도 제어 신호로서 출력하는 성분 추출부를 포함한다.
상기 온도 신호 예측부는 상기 도가니의 회전 주기를 상기 예측된 온도 신호의 주기로서 결정할 수 있다.
상기 도가니의 회전 주기는 측정되거나 소정 목표치일 수 있다.
상기 온도 신호 예측부는 상기 예측된 온도 신호의 주기를 상기 센싱된 도가니의 온도를 통해 결정할 수 있다.
상기 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치는 상기 잉곳의 직경을 센싱하는 직경 센싱부; 상기 센싱된 직경치와 잉곳 직경 궤적 목표치 간의 직경 오차를 산출하는 직경 오차 산출부; 상기 직경 오차를 이용하여 인상 속도 보정치를 생성하는 속도 보정치 생성부; 상기 인상 속도 보정치와 인상 속도 궤적 목표치를 비교하여 상기 인상 속도 오차를 산출하는 속도 오차 산출부; 상기 인상 속도 오차를 이용하여 온도 보정치를 생성하는 온도 보정치 생성부; 상기 온도 보정치와 온도 궤적 목표치를 비교하는 제1 비교부; 및 상기 제1 비교부에서 비교된 결과와 상기 온도 제어 신호를 비교하는 제2 비교부를 더 포함하고, 상기 히터 제어부는 상기 제2 비교부에서 비교된 결과에 상응하여 상기 히터의 발열량을 제어할 수 있다.
상기 히터 제어부는 상기 제2 비교부에서 비교된 결과를 이용하여 상기 히터의 발열량을 결정하는 온도 제어부; 및 상기 온도 제어부에서 결정된 발열량에 해당하는 전력을 상기 히터로 공급하는 전력 공급부를 포함한다.
실시예에 의하면, 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키기 위한 용융 실리콘을 담는 도가니 및 상기 도가니에 열을 가하여 상기 도가니 내의 실리콘을 용융시키는 히터를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치에서 수행되는 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법은, 상기 도가니의 온도를 센싱하는 단계; 상기 센싱된 온도를 이용하여, 주기성을 갖는 온도 잡음을 반영한 온도 신호를 예측하고, 상기 예측된 온도 신호 중 최소 오차를 갖는 온도 신호를 가공하여 온도 제어 신호를 생성하는 단계; 및 상기 온도 제어 신호를 이용하여 상기 히터의 발열량을 제어하는 단계를 포함한다.
상기 온도 제어 신호를 생성하는 단계는 상기 온도 신호를 예측하는 단계; 상기 예측된 온도 신호 중 최소 오차를 갖는 온도 신호를 선택하는 단계; 상기 선택된 온도 신호에서 비주기 성분만을 추출하고, 추출된 상기 비주기 성분을 상기 온도 제어 신호로서 결정하는 단계를 포함한다.
상기 온도 신호를 예측하는 단계는 상기 도가니의 회전 주기를 상기 예측된 온도 신호의 주기로서 결정할 수 있다. 상기 도가니의 회전 주기는 측정될 수 있다. 상기 도가니의 회전 주기는 소정치일 수도 있다.
상기 온도 신호를 예측하는 단계는 상기 센싱된 온도를 통해 상기 예측된 온도 신호의 주기를 결정할 수 있다.
실시예에 따른 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치 및 방법은 전술한 실시예에 의한 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치에 의하면, 주기성을 갖는 온도 잡음(noise)인 사인파 성분을 제거하고, 비주기 성분만을 이용하여 히터의 전력을 제어함으로써, 온도 잡음의 제거를 통해 히터의 전력의 변동을 감소시킬 수 있어, 실리콘 잉곳의 직경을 정확하게 제어하여 고품질의 잉곳을 제조할 수 있다.
도 1은 실시예에 의한 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 실시예에 의한 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 3은 시간에 따른 도가니의 궤적을 나타내는 그래프이다.
도 4는 온도 센싱부에서 센싱된 온도를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도가니의 회전 속도에 따른 히터의 전력을 나타내는 그래프이다.
도 6은 시간에 따른 히터의 전력을 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도 1은 실시예에 의한 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1에 예시된 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치는 도가니(110), 히터(120), 도가니 지지 구동축(130), 열 차폐 부재(140), 인상부(150), 서보 모터(160), 직경 센싱부(162), 직경 오차 산출부(164), 속도 보정치 생성부(166), 속도 오차 산출부(168), 온도 보정치 생성부(170), 제1 및 제2 비교부들(172, 174), 온도 제어부(202), 전력 공급부(204), 온도 신호 제어부(180) 및 온도 센싱부(190)를 포함한다.
도가니(110)는 단결정 실리콘 잉곳(IG)을 성장시키기 위한 용융 실리콘을 담는다. 도가니(110) 내에서 실리콘의 고순도 다결정 원료를 융점 온도 이상으로 히터(120)에 의해 가열하여, 실리콘 용융액(SM)으로 변화시킨다.
이를 위해, 도가니(110)는 석영 도가니(112)와 흑연 도가니(또는, 카본(carbon))(114)를 포함할 수 있다. 석영 도가니(112)는 원료 실리콘이 융해된 실리콘 용융액(SM)을 담는다. 흑연 도가니(114)는 석영 도가니(112)를 그의 내부에 수용하고, 석영 도가니(112)가 파손되는 경우 실리콘의 누출을 방지하는 역할을 한다. 즉, 석영 도가니(112)는 고온의 실리콘 용융액(SM)에 의해 형태가 변할 수 있기 때문에, 이를 지지하기 위해 흑연 도가니(114)가 외부에 배치될 수 있다.
히터(120)는 도가니(110)의 측부에 배치되어 도가니(110)를 가열하며, 도시되지는 않았지만 도가니(110)의 하부에도 추가적으로 배치될 수 있다.
지지축 구동부(미도시)는 도가니 지지 구동축(130)을 화살표와 같은 방향으로 회전시킴과 동시에 상/하로 운동시킬 수 있다. 즉, 도가니 지지 구동축(130)의 운동에 따라 도가니(110)는 회전 및 상/하 수직 운동할 수 있다.
열차폐 부재(140)는 히터(120)와 실리콘 용융액(SM)으로부터의 복사열이 인상되는 단결정 실리콘 잉곳(IG)으로 전달되는 것을 차단한다. 즉, 열 차폐 부재(140)는 열이 단결정 실리콘 잉곳(IG)으로 전달되는 경로를 차단하여, 복사열에 의한 단결정 실리콘 잉곳(IG)의 가열을 방지할 수 있다. 이와 같이, 열 차폐 부재(140)는 잉곳(IG)의 냉각 열 이력에 큰 영향을 미친다. 게다가, 열 차폐 부재(140)는 실리콘 용융액(SM)의 온도 변동을 억제하는 역할도 수행한다.
인상부(150)는 인상 와이어(152)를 풀어 실리콘 용융액(SM)의 표면의 대략 중심부에 종결정(154) 선단을 접촉 또는 침지시킨다. 이때, 시드 척(seed chuck)(미도시)을 이용하여 실리콘 종결정(154)을 유지시킬 수 있다. 또한, 인상부(150)는 인상 와이어(152)에 의해 잉곳(IG)을 화살표 방향으로 회전시키면서 인상하여 육성한다. 이때, 잉곳(IG)을 인상하는 속도(V)와 온도 구배(G, △G)를 조절하여 원주 형상의 단결정 실리콘 잉곳(IG)을 완성할 수 있다.
직경 센싱부(162)는 잉곳(IG)의 직경을 센싱하며, 센싱된 잉곳(IG)의 직경치를 직경 오차 산출부(164)로 출력한다. 예를 들어, 직경 센싱부(162)는 잉곳(IG)과 실리콘 용융액(SM) 사이의 머니스커스(Meniscus)의 빛을 관측하여 잉곳(IG)의 직경을 센싱할 수 있다. 즉, 직경 센싱부(162)는 고온계(pyrometer)를 이용하여 특정 파장의 강도를 측정하여 온도로 환산하고, 환상된 온도를 다시 직경으로 환산함으로써, 잉곳의 직경치를 출력할 수 있다.
직경 오차 산출부(164)는 직경 센싱부(162)에서 센싱된 직경치와 잉곳 직경 궤적 목표치 간의 직경 오차를 산출하고, 산출된 직경 오차를 속도 보정치 생성부(166)로 출력한다. 예를 들어, 직경 오차 산출부(164)는 센싱된 직경치로부터 잉곳 직경 궤적 목표치를 감산하고, 감산된 결과를 직경 오차로서 출력할 수 있다.
속도 보정치 생성부(166)는 직경 오차 산출부(164)로부터 받은 직경 오차를 이용하여 인상 속도 보정치를 생성하고, 생성된 인상 속도 보정치를 속도 오차 산출부(168) 및 서버 모터(160)로 출력한다. 서보 모터(160)는 인상 속도 보정치를 받아서, 인상부(150)를 통해 잉곳(IG)의 인상 속도를 제어한다. 이와 같이, 속도 보정치 생성부(166)는 인상 속도를 통해 잉곳의 직경을 제어하는 역할을 한다. 예를 들어, 속도 보정치 생성부(166)는 이러한 역할을 비례 적분 미분(PID:Proportional-Integral-Derivative) 제어 방식 또는 비례 미분(PD:Proportional-Derivative) 제어 방식으로 수행할 수 있다.
속도 오차 산출부(168)는 속도 보정치 생성부(166)로부터 받은 인상 속도 보정치의 평균값과 인상 속도 궤적 목표치를 비교하고, 비교된 결과를 인상 속도 오차로서 온도 보정치 생성부(170)로 출력한다. 예를 들어, 속도 오차 산출부(168)는 인상 속도 보정치의 평균값으로부터 인상 속도 궤적 목표치를 감산하고, 감산된 결과를 인상 속도 오차로서 출력할 수 있다.
온도 보정치 생성부(170)는 속도 오차 산출부(168)로부터 받은 인상 속도 오차를 이용하여 온도 보정치를 생성하고, 생성된 온도 보정치를 제1 비교부(172)로 출력한다. 이와 같이, 온도 보정치 생성부(170)는 온도를 통해 인상 속도를 제어하는 역할을 한다. 예를 들어, 온도 보정치 생성부(170)는 비례 적분 미분(PID) 제어 방식에 의해 온도 보정치를 생성할 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
제1 비교부(172)는 온도 보정치 생성부(170)로부터 받은 온도 보정치와 온도 궤적 목표치를 비교하고, 비교된 결과를 제2 비교부(174)로 출력한다. 예를 들어, 제1 비교부(172)는 도 보정치로부터 온도 궤적 목표치를 감산하고, 감산된 결과를 제2 비교부(174)로 출력할 수 있다.
제2 비교부(174)는 제1 비교부(172)에서 비교된 결과와 후술되는 온도 신호 제어부(180)로부터 받은 온도 제어 신호를 비교하고, 비교된 결과를 온도 제어부(202)로 출력한다. 예를 들어, 제2 비교부(174)는 제1 비교부(172)에서 비교된 결과로부터 온도 제어 신호를 감산하고, 감산된 결과를 온도 제어부(202)로 출력할 수 있다.
온도 센싱부(190)는 도가니(110)의 온도를 센싱하고, 센싱된 결과를 온도 신호 제어부(180)로 출력한다. 이때, 실리콘 용융액(SM)의 온도를 직접 측정하는 것은 어려울 수 있다. 따라서, 온도 센싱부(190)는 흑연 도가니(114)의 외벽 측면(114A)의 온도를 센싱한다. 이 경우, 온도 궤적 목표치는 흑연 도가니(114)의 외벽 측면(114A)의 온도 궤적 목표치에 해당한다.
온도 신호 제어부(180)는 온도 센싱부(190)에서 센싱된 온도를 모니터링하여, 주기성을 갖는 온도 잡음을 반영한 온도 신호를 예측하고, 예측된 온도 신호 중 최소 오차를 갖는 온도 신호를 온도 제어 신호로서 가공하여 출력한다.
이를 위해, 온도 신호 제어부(180)는 온도 신호 예측부(182), 온도 신호 선택부(184) 및 성분 추출부(186)를 포함한다.
온도 신호 예측부(182)는 온도 신호를 예측하고, 예측된 온도 신호를 온도 신호 선택부(184)로 출력한다. 온도 신호 선택부(184)는 예측된 온도 신호 중 최소 오차를 갖는 온도 신호를 선택하고, 선택된 온도 신호를 성분 추출부(186)로 출력한다. 성분 추출부(186)는 온도 신호 선택부(184)에서 선택된 온도 신호에서 비주기 성분만을 추출하고, 추출된 비주기 성분을 온도 제어 신호로서 제2 비교부(174)로 출력한다.
온도 신호 예측부(182)에서 예측되는 온도 신호는 다음 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112012057306211-pat00001
여기서, β는 진폭을 나타내고, γ는 위상차를 나타내고, α, β 및 γ는 최소 자승법에 의해 구해질 수 있는 상수들이고, ε는 오차(error)를 의미하고, w(=2π/T)(여기서, T는 온도 신호의 주기)는 온도 신호의 주파수를 나타낸다.
온도 신호 예측부(182)는 다음과 같은 세 가지의 방법 중 하나의 방법으로 잡음을 포함하는 온도 신호의 주기(T)를 예측할 수 있다.
먼저, 도가니(110)의 회전 주기를 예측된 온도 신호의 주기(T)로서 결정할 수 있다. 여기서, 도가니(110)의 회전 주기를 온도 신호의 주기로 결정하는 이유는, 도가니(110)의 회전 주기가 잡음을 포함하는 온도 신호의 주기와 동일하기 때문이다. 또한, 도가니(110)의 회전 주기는 소정 목표치일 수도 있다. 만일, 도가니(110)의 회전 주기가 소정 목표치일 경우, 도가니(110)가 실제로 회전하는 주기와 차이가 발생할 수도 있기 때문에, 도가니(110)의 측정된 회전 주기가 온도 신호의 주기로서 결정될 수도 있다.
또는 온도 신호 예측부(182)는 예측된 온도 신호의 주기를 센싱된 도가니(110)의 온도를 통해 결정할 수도 있다. 열분포가 비대칭인 부분이 온도 센싱부(190)에서 주기적으로 센싱되면서 온도 잡음은 주기성 데이터로 측정된다.
히터 제어부(200)는 제2 비교부(174)에서 비교된 결과에 상응하여 히터(120)의 발열량을 제어한다. 이를 위해, 히터 제어부(200)는 온도 제어부(202) 및 전력 공급부(204)를 포함한다.
온도 제어부(202)는 제2 비교부(174)에서 비교된 결과를 이용하여 상기 히터의 발열량을 결정한다. 이와 같이, 온도 제어부(202)는 히터(120)의 발열량을 통해 온도를 제어하는 역할을 한다. 본 실시예에 의하면, 온도 신호 제어부(180)를 통해 센싱된 온도의 잡음의 제거를 통해, 온도 제어부(202)는 잡음이 제거된 온도를 받아들여 히터의 발열량을 정확하게 결정할 수 있다. 전력 공급부(204)는 온도 제어부(202)에서 결정된 발열량에 상응하는 전력을 히터(120)로 공급한다.
온도 제어부(202)는 제2 비교부(174)에서 비교된 결과를 이용하여 히터(120)의 발열량을 결정하고, 결정된 히터(120)의 발열량을 전력 공급부(204)로 출력한다. 예를 들어, 온도 제어부(202)는 자동 온도 제어부(ATC:Automatic Temparature Controller)일 수 있다. ATC(202)는 비례 적분 미분(PID) 제어 방식에 의해 히터(120)의 발열량을 결정할 수 있으나 이에 국한되지 않는다
전력 공급부(204)는 ATC(202)에서 결정된 발열량으로 히터(120)가 발열하도록 제어한다. 이를 위해, 전력 공급부(204)는 사이리스터(SCR:thyristor)로 구현될 수 있으나, 이에 국한되지 않는다. 만일, 전력 공급부(204)가 SCR로 구현될 경우, ATC(202)에서 결정된 발열량은 온도의 형태로서 SCR(204)로 제공된다. 이때, SCR(204)은 온도에 따라 히터(120)의 전력을 공급한다.
도 3은 시간에 따른 도가니의 궤적(Crucible Orbit)을 나타내는 그래프이다.
일반적으로 도가니(110)를 받치는 도가니 지지 구동축(130)은 도가니 구동부(미도시)인 모터(미도시)의 상부에 올려지는데, 도가니 지지 구동축(130)이 도가니(110)의 중앙에 정확하게 안착될 수 없을 뿐만 아니라 열에 의한 변형에 의해 도가니(110)가 회전할 때 궤적(orbit)이 발생하게 된다. 즉, 도가니(110)는 중심축을 벗어나 회전하게 된다. 이러한 궤적으로 인해, 주기적인 온도 잡음이 발생하고, 이러한 온도 잡음을 이용하여 히터(120)의 발열량을 제어하면 히터(120)의 전력의 산포가 증가하게 된다. 도 3을 참조하면, 도가니(110)의 상부(400)가 도가니(110)의 하부(402)보다 궤적이 더 심하게 변한다.
도 4는 온도 센싱부(190)에서 센싱된 온도를 나타내는 그래프로서, 횡축은 시간을 나타내고, 종축은 온도를 포인트(point)로서 나타낸다.
도 5는 도가니(110)의 회전 속도(RPM:Revolutions Per Minute)에 따른 히터(120)의 전력을 나타내는 그래프이다.
도 6은 시간에 따른 히터(120)의 전력을 나타내는 그래프이다.
그러나, 전술한 실시예에 의한 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치에 의하면, 도 4에 예시된 바와 같이 주기성을 갖는 온도 잡음 즉, 수학식 1에서 사인파 성분을 제거하고, 비주기 성분만을 이용하여 히터(120)의 전력을 제어한다. 따라서, 도 5및 도 6에 예시된 바와 같이, 기존(410, 420)의 경우와 비교할 때, 실시예(412, 422)에 의하면, 온도 잡음을 제거한 후 비주기 성분을 통해 히터(120)의 전력의 변동을 감소시킬 수 있다. 그러므로, 실리콘 용융액(SM)의 온도를 안정화시키고, 실리콘 잉곳(IG)의 직경을 정확하게 제어하여 고품질의 잉곳(IG)을 제조할 수 있다.
온도의 주기로서, 도가니(110)의 회전 주기를 사용할 경우, 회전 주기가 낮을 때 예를 들면 1rpm에서 전력의 변동의 감소가 최대화될 수 있다. 저역 통과 필터(LPF:Low Pass Filter)나 평균치로 온도 잡음을 감소시키는 것 보다 더 지연 시간이 짧다. 따라서, 온도의 잡음에 대해 잉곳의 직경을 보다 빨리 정확하게 제어할 수 있다.
이하, 전술한 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치에서 수행되는 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 2는 실시예에 의한 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
먼저, 도가니(110)의 온도를 센싱한다(제300 단계). 제300 단계는 온도 센싱부(190)에서 수행될 수 있다. 만일, 온도 센싱부(190)가 렌즈(미도시)로 구현될 경우, 렌즈의 포커스를 맞춘 후, 흑연 도가니(114)의 외벽 측면(114A)의 온도를 센싱한다.
제300 단계 후에, 센싱된 온도를 이용하여, 주기성을 갖는 온도 잡음을 반영한 온도 신호를 예측하고, 예측된 온도 신호 중 최소 오차를 갖는 온도 신호를 가공하여 온도 제어 신호를 생성한다(제302 내지 제306 단계). 제302 내지 제306 단계는 온도 신호 제어부(180)에서 수행될 수 있다.
즉, 제300 단계 후에, 온도 신호를 예측한다(제302 단계). 제302 단계는 온도 신호 예측부(182)에서 수행될 수 있다. 여기서, 예측되는 온도 신호는 전술한 수학식 1과 같다.
따라서, 도가니(110)의 회전 주기를 예측된 온도 신호의 주기로서 결정할 수도 있다. 이 경우, 도가니(110)의 회전 주기는 측정될 수도 있고, 소정치일 수도 있다. 또는, 온도 센싱부(190)에서 센싱된 온도를 통해 예측된 온도 신호의 주기를 결정할 수도 있다.
제302 단계 후에, 예측된 온도 신호 중 최소 오차를 갖는 온도 신호를 선택한다(제304 단계). 제304 단계는 온도 신호 선택부(184)에서 수행될 수 있다.
제304 단계 후에, 선택된 온도 신호에서 비주기 성분만을 추출하고, 추출된 비주기 성분을 온도 제어 신호로서 결정한다(제306 단계). 제306 단계는 성분 추출부(186)에서 수행될 수 있다.
제306 단계 후에, 온도 제어 신호를 이용하여 히터(120)의 발열량을 제어한다(제308 단계). 제308 단계는 히터 제어부(200)에서 수행될 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 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 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 도가니 120: 히터
130: 도가니 지지 구동축 140: 열 차폐 부재
150: 인상부 160: 서보 모터
162: 직경 센싱부 164: 직경 오차 산출부
166: 속도 보정치 생성부 168: 속도 오차 산출부
170: 온도 보정치 생성부 172, 174: 비교부들
202: 온도 제어부 204: 전력 공급부
180: 온도 신호 제어부(180) 182: 온도 신호 예측부
184: 온도 신호 선택부 186: 성분 추출부
190: 온도 센싱부 200: 히터 제어부
202: 온도 제어부 204: 전력 공급부

Claims (14)

  1. 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키기 위한 용융 실리콘을 담는 도가니;
    상기 도가니에 열을 가하여 상기 도가니 내의 실리콘을 용융시키는 히터;
    상기 도가니의 온도를 센싱하는 온도 센싱부;
    상기 센싱된 온도를 모니터링하여, 주기성을 갖는 온도 잡음을 반영한 온도 신호를 예측하고, 상기 예측된 온도 신호 중 최소 오차를 갖는 온도 신호를 온도 제어 신호로서 가공하여 출력하는 온도 신호 제어부; 및
    상기 온도 제어 신호에 상응하여 상기 히터의 발열량을 제어하는 히터 제어부를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 온도 신호 제어부는
    상기 온도 신호를 예측하는 온도 신호 예측부;
    상기 예측된 온도 신호 중 최소 오차를 갖는 온도 신호를 선택하는 온도 신호 선택부;
    상기 선택된 온도 신호에서 비주기 성분만을 추출하고, 추출된 상기 비주기 성분을 상기 온도 제어 신호로서 출력하는 성분 추출부를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 온도 신호 예측부는
    상기 도가니의 회전 주기를 상기 예측된 온도 신호의 주기로서 결정하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 도가니의 회전 주기는 측정되는 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치.
  5. 제3 항에 있어서, 상기 도가니의 회전 주기는 소정 목표치인 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치.
  6. 제2 항에 있어서, 상기 온도 신호 예측부는
    상기 예측된 온도 신호의 주기를 상기 센싱된 도가니의 온도를 통해 결정하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치는
    상기 잉곳의 직경을 센싱하는 직경 센싱부;
    상기 센싱된 직경치와 잉곳 직경 궤적 목표치 간의 직경 오차를 산출하는 직경 오차 산출부;
    상기 직경 오차를 이용하여 인상 속도 보정치를 생성하는 속도 보정치 생성부;
    상기 인상 속도 보정치와 인상 속도 궤적 목표치를 비교하여 상기 인상 속도 오차를 산출하는 속도 오차 산출부;
    상기 인상 속도 오차를 이용하여 온도 보정치를 생성하는 온도 보정치 생성부;
    상기 온도 보정치와 온도 궤적 목표치를 비교하는 제1 비교부; 및
    상기 제1 비교부에서 비교된 결과와 상기 온도 제어 신호를 비교하는 제2 비교부를 더 포함하고,
    상기 히터 제어부는 상기 제2 비교부에서 비교된 결과에 상응하여 상기 히터의 발열량을 제어하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 히터 제어부는
    상기 제2 비교부에서 비교된 결과를 이용하여 상기 히터의 발열량을 결정하는 온도 제어부; 및
    상기 온도 제어부에서 결정된 발열량에 해당하는 전력을 상기 히터로 공급하는 전력 공급부를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치.
  9. 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키기 위한 용융 실리콘을 담는 도가니 및 상기 도가니에 열을 가하여 상기 도가니 내의 실리콘을 용융시키는 히터를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 장치에서 수행되는 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법에 있어서,
    상기 도가니의 온도를 센싱하는 단계;
    상기 센싱된 온도를 이용하여, 주기성을 갖는 온도 잡음을 반영한 온도 신호를 예측하고, 상기 예측된 온도 신호 중 최소 오차를 갖는 온도 신호를 가공하여 온도 제어 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 온도 제어 신호를 이용하여 상기 히터의 발열량을 제어하는 단계를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 온도 제어 신호를 생성하는 단계는
    상기 온도 신호를 예측하는 단계;
    상기 예측된 온도 신호 중 최소 오차를 갖는 온도 신호를 선택하는 단계;
    상기 선택된 온도 신호에서 비주기 성분만을 추출하고, 추출된 상기 비주기 성분을 상기 온도 제어 신호로서 결정하는 단계를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 온도 신호를 예측하는 단계는
    상기 도가니의 회전 주기를 상기 예측된 온도 신호의 주기로서 결정하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 도가니의 회전 주기는 측정되는 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법.
  13. 제11 항에 있어서, 상기 도가니의 회전 주기는 소정치인 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법.
  14. 제10 항에 있어서, 상기 온도 신호를 예측하는 단계는
    상기 센싱된 온도를 통해 상기 예측된 온도 신호의 주기를 결정하는 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법.
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