KR101443492B1 - Ingot growing controller and ingot growing apparatus with it - Google Patents

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Abstract

본 발명은 잉곳의 성장속도가 가변되더라도 이를 고려하여 신속하게 온도 환경을 제공함으로써, 잉곳의 직경을 정밀하게 제어할 수 있는 잉곳 성장 제어장치 및 이를 구비한 잉곳 성장장치에 관한 것이다.
실시예로는, 히터가 도가니에 담긴 원료를 융액 상태로 가열하고, 상기 도가니에 담긴 융액으로부터 잉곳을 타겟 직경으로 성장시키는 잉곳 성장 제어장치에 있어서, 상기 잉곳의 타겟 직경과 상기 잉곳의 실제 직경의 오차에 따라 상기 잉곳의 인상속도를 제어하는 직경 제어기(Auto diameter controller); 상기 잉곳의 인상속도에 따라 히터 파워를 산출하고, 상기 히터 파워를 펄스 신호로 상기 히터에 전송하는 고해상도 제어기;를 포함하는 잉곳 성장 제어장치를 제공한다.The present invention relates to an ingot growth control apparatus capable of precisely controlling the diameter of an ingot by providing a temperature environment quickly in consideration of the variable growth speed of the ingot, and an ingot growing apparatus having the same.
In an embodiment, an ingot growth control apparatus for heating a raw material contained in a crucible in a melt state and growing an ingot from a melt contained in the crucible to a target diameter, the ingot growth control apparatus comprising: An auto diameter controller for controlling the pulling speed of the ingot according to an error; And a high resolution controller for calculating the heater power according to the pulling speed of the ingot and transmitting the heater power as the pulse signal to the heater.

Figure R1020130008175
Figure R1020130008175

Description

잉곳 성장 제어장치 및 이를 구비한 잉곳 성장장치 {INGOT GROWING CONTROLLER AND INGOT GROWING APPARATUS WITH IT}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an ingot growth control apparatus and an ingot growing apparatus including the ingot growing control apparatus.

본 발명은 잉곳의 성장속도가 가변되더라도 이를 고려하여 신속하게 온도 환경을 제공함으로써, 잉곳의 직경을 정밀하게 제어할 수 있는 잉곳 성장 제어장치 및 이를 구비한 잉곳 성장장치에 관한 것이다.The present invention relates to an ingot growth control apparatus capable of precisely controlling the diameter of an ingot by providing a temperature environment quickly in consideration of the variable growth speed of the ingot, and an ingot growing apparatus having the same.

웨이퍼의 제조를 위해서는 단결정 실리콘을 잉곳(ingot) 형태로 성장시키는데, 웨이퍼의 품질은 실리콘 잉곳의 품질에 직접적인 영향을 받으므로 단결정 잉곳을 성장시킬 때부터 고도의 공정제어 기술이 필요하게 된다.In order to manufacture wafers, monocrystalline silicon is grown in ingot form. Since the quality of wafers is directly influenced by the quality of the silicon ingot, a high degree of process control technology is required from the time of growing a monocrystalline ingot.

실리콘 단결정 잉곳을 성장시킬 때 Czochralski(CZ) 결정 성장 방식을 주로 사용하는데, 이 방식을 사용하여 성장된 단결정의 품질에 가장 직접적인 영향을 미치는 중요한 인자는 결정의 성장속도(V)와 고액계면에서의 온도구배(G)의 비인 V/G로 알려져 있으며, 따라서 이 V/G를 결정성장의 전구간에 걸쳐 설정된 목표 궤적 값으로 제어하는 것이 중요하다.Czochralski (CZ) crystal growth method is mainly used for growing a silicon single crystal ingot. An important factor that directly affects the quality of the grown single crystal by using this method is the crystal growth rate (V) It is known that the ratio of the temperature gradient (G) is known as V / G, so it is important to control this V / G to the target trajectory value set over the entire range of crystal growth.

CZ법에 의한 제어 시스템은 기본적으로 현재 직경 모니터링 시스템에서 읽은 변화량과 PID 제어부(controller)를 통한 연산으로 타겟 인상 속도를 맞추기 위한 실제(actual) 인상속도를 변화시키는 모터 작동부로 이뤄진다.The control system based on the CZ method basically consists of a motor operation unit which changes the actual pulling speed to match the target change speed with the change amount read in the current diameter monitoring system and the operation through the PID controller.

CCD 카메라 또는 ADC(Automatic Diameter Controller) 센서를 이용하여 단결정의 직경을 측정한 후 측정 직경(Present Value; PV)이 원하는 값(Set Value; SV)과 차이(error)가 있을 경우 인상속도 보정값(Manipulated Value; MV)에 출력을 통하여 직경 및 인상 속도를 기준치에 접근하게 하는 것이 기본 원리이다. 따라서 직경 변화에 따른 인상속도 제어로 표현될 수 있다.After measuring the diameter of a single crystal using a CCD camera or an automatic diameter controller (ADC) sensor, if there is a difference between the PV (Set Value) and the desired value (SV) Manipulated value (MV) is the basic principle that the diameter and the pulling speed approach the reference value through the output. Therefore, it can be expressed by the pulling speed control according to the diameter change.

도 1은 종래기술에 의한 P(Proportional), I(Intergral), D(Derivative) 성분에 의한 출력 기어 모식도이다.FIG. 1 is a schematic diagram of output gears based on P (Proportional), I (Intergral) and D (Derivative) components according to the prior art.

한편, 무엇보다 무결함 또는 극저결함과 같은 고품질의 실리콘 단결정 성장을 위해서는 V/G에 의해 선정된 타겟 인상속도에 대하여 실제(actual) 인상속도(실제값_PV)의 정밀 제어가 필수적이며, 인상 속도가 정확히 되지 않을 경우 즉, 타겟 인상속도(목표값_SV) 대비 높은 경우 FPD와 같은 베이컨시(vacancy)성 결함이 발생하며, 반대의 경우 LDP와 같은 침입형(interstitial) 결함이 나타나며, 근래에 디자인룰 축소에 따른 DRAM 및 플래시 메모리(Flash memory) 제조를 위해 사용되는 RTP 웨이퍼와 같은 고품질의 웨이퍼 제조 시 O-band는 치명적인 디바이스 결함(device fail)을 유발할 수 있기 때문에 O-band(OISF)와 같은 결함 없이 Pv/Pi 만이 함유된 고품질의 단결정 성장을 위해서는 타겟 인상속도의 정밀 제어가 반드시 필요하다. 상기 O-band는 50nm이하의 Grow-in 결함을 포함하는 영역이다. 바람직하게는 20nm이하의 Grow-in 결함을 포함하는 영역이다. On the other hand, precise control of the actual pulling rate (actual value _PV) is indispensable for the target pulling speed selected by V / G in order to grow a high quality silicon single crystal such as defect or extremely low defect, When the speed is not precise, that is, when the target speed is higher than the target pulling speed (target value _SV), a vacancy defect such as the FPD occurs, and in the opposite case, an interstitial defect such as the LDP appears, O-band (OISF) devices can be used to fabricate high-quality wafers, such as RTP wafers used to fabricate DRAMs and Flash memories due to reduced design rules. O-bands can cause fatal device failures, , Precise control of the target pulling rate is indispensable for the growth of high-quality single crystals containing only Pv / Pi. The O-band is a region including growth-in defects of 50 nm or less. Preferably a growth-in defect of 20 nm or less.

도 2는 종래기술에서 온도보정에 따른 성장속도 반응 예시도이다.2 is a graph showing an example of growth rate response according to temperature correction in the prior art.

종래 기술에 의하면 설계한 온도 궤적(Temperature trajectory)이 단결정이 성장되기 위한 온도에서 크게 벗어나게 되면, 고품질 실리콘을 성장시키기 위한 성장속도를 유지하기가 어렵게 된다. 이때 단결정의 직경과 성장속도를 일정하게 유지시키면서 성장시키기 위해 온도보정을 하기 위한 AGC(Automatic Growth Controller)가 작동하게 된다.According to the related art, if the designed temperature trajectory deviates greatly from the temperature at which the single crystal grows, it becomes difficult to maintain the growth rate for growing the high quality silicon. At this time, AGC (Automatic Growth Controller) for temperature correction is operated in order to grow while maintaining the diameter and the growth rate of the single crystal.

현재 잉곳 성장장치(Grower) 내부의 핫 존(Hot zone)은 단열성이 개선되어 단결정이 성장하기 위한 일정한 조건을 유지하기에는 이점이 있지만, 히터(Heater) 열량변화의 대부분이 단결정성장 계면에 영향을 주기 때문에 동일한 온도 보정에도 단결정직경과 성장속도는 더 민감하게 반응하게 되었다. 이때 시스템에서 사용 가능한 온도 분해능은 한계가 있으며, 최저 단위로 보정을 하더라도 상기 언급한 이유 때문에 직경 및 성장속도제어에 어려움이 있다. 특히 최저 단위로 보정한 경우에도 직경 및 성장속도에서 난조(Hunting)가 발생하여 고품질 실리콘을 성장시키는데 문제점이 있다. Currently, the hot zone inside the ingot grower has an advantage to maintain a constant condition for the growth of the single crystal by improving the heat insulating property. However, most of the change of the heater calorific value affects the single crystal growth interface Therefore, the monocrystalline diameter and growth rate were more sensitive to the same temperature correction. At this time, the temperature resolution available in the system is limited. Even if the correction is made in the lowest unit, there is a difficulty in controlling the diameter and the growth rate for the reasons mentioned above. Particularly, even when the minimum unit is corrected, there is a problem in that high quality silicon is grown due to occurrence of hunting at a diameter and a growth rate.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 실제 인상속도에 따른 응답성이 높은 온도 환경을 제공함으로써, 타겟 인상속도 대비 실제 인상속도를 재현성 있게 정밀 제어하고, 실제 인상속도의 변동(Fluctuation)을 저감시킬 수 있는 잉곳 성장 제어장치 및 이를 적용한 잉곳 성장장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve the above problems of the prior art and provides a temperature environment with high responsiveness according to an actual pulling rate, And to provide an ingot growth control device capable of reducing fluctuations and an ingot growing device using the same.

본 발명은 히터가 도가니에 담긴 원료를 융액 상태로 가열하고, 상기 도가니에 담긴 융액으로부터 잉곳을 타겟 직경으로 성장시키는 잉곳 성장 제어장치에 있어서, 상기 잉곳의 타겟 직경과 상기 잉곳의 실제 직경의 오차에 따라 상기 잉곳의 인상속도를 제어하는 직경 제어기(Auto diameter controller); 상기 잉곳의 인상속도에 따라 히터 파워를 산출하고, 상기 히터 파워를 펄스 신호로 상기 히터에 전송하는 고해상도 제어기;를 포함하는 잉곳 성장 제어장치를 제공한다.The present invention relates to an ingot growth control apparatus for heating a raw material contained in a crucible in a melt and for growing an ingot from a melt contained in the crucible to a target diameter, characterized in that the difference between the target diameter of the ingot and the actual diameter of the ingot An auto diameter controller for controlling the pulling speed of the ingot; And a high resolution controller for calculating the heater power according to the pulling speed of the ingot and transmitting the heater power as the pulse signal to the heater.

또한, 본 발명은 히터가 도가니에 담긴 원료를 융액 상태로 가열하고, 상기 도가니에 담긴 융액으로부터 잉곳을 타겟 직경으로 성장시키는 잉곳 성장 제어장치에 있어서, 상기 잉곳의 타겟 직경과 상기 잉곳의 실제 직경의 오차에 따라 상기 잉곳의 인상속도를 제어하는 직경 제어기(Auto diameter controller); 상기 잉곳의 인상속도에 따라 온도 보정량을 산출하고, 상기 온도 보정량에 따른 제어 온도를 상기 히터에 전송하는 저해상도 제어기; 상기 잉곳의 인상속도에 따라 히터 파워를 산출하고, 상기 히터 파워를 펄스 신호로 상기 히터에 전송하는 고해상도 제어기; 및 상기 직경 제어기와 저해상도 제어기 및 고해상도 제어기 사이에 구비되고, 상기 잉곳의 인상속도를 선택적으로 상기 저해상도 제어기와 고해상도 제어기 중 하나로 전송하는 스위치;를 포함하는 잉곳 성장 제어장치를 제공한다.The invention also relates to an ingot growth control apparatus for heating a raw material contained in a crucible in a melt state and growing the ingot from the melt contained in the crucible to a target diameter, characterized in that the target diameter of the ingot and the actual diameter of the ingot An auto diameter controller for controlling the pulling speed of the ingot according to an error; A low resolution controller for calculating a temperature correction amount in accordance with the pulling speed of the ingot and transmitting a control temperature according to the temperature correction amount to the heater; A high resolution controller for calculating the heater power according to the pulling speed of the ingot and transmitting the heater power to the heater with a pulse signal; And a switch provided between the diameter controller, the low resolution controller and the high resolution controller, for selectively transferring the pulling speed of the ingot to one of the low resolution controller and the high resolution controller.

또한, 본 발명은 상기의 특징 중 하나의 잉곳 성장 제어장치를 포함하는 잉곳 성장장치를 제공한다.In addition, the present invention provides an ingot growing apparatus including the ingot growth control apparatus according to any one of the above features.

본 발명에 따른 잉곳 성장 제어장치 및 이를 포함하는 잉곳 성장장치에 의하면, 타겟 인상속도에 따라 실제 인상속도가 가변되더라도 실제 인상속도의 편차를 고려하여 산출된 히터 파워를 히터에 적용함으로써, 실제 인상속도에 대한 응답성이 뛰어난 온도 환경을 제공할 수 있다.According to the ingot growth control apparatus and the ingot growing apparatus including the ingot growth control apparatus according to the present invention, even if the actual pulling rate varies according to the target pulling rate, the heater power calculated by taking into account the deviation of the actual pulling rate is applied to the heater, It is possible to provide a temperature environment excellent in responsiveness to heat.

따라서, 고품질 웨이퍼 제조를 위해 요구되는 O-band(OISF)가 제어된 실리콘 단결정 제조 중 타겟 인상속도 대비 실제 인상속도를 재현성 있게 정밀 제어할 수 있고, 이로 인하여 고품질 웨이퍼 제조의 수율을 높일 수 있다.Therefore, it is possible to precisely control the actual lifting speed relative to the target lifting speed during the production of the silicon single crystal with controlled O-band (OISF) required for high-quality wafer production, thereby improving the yield of high quality wafer manufacturing.

또한, 실제 인상속도의 편차를 펄스폭 변조 방법에 따라 산출된 히터 파워를 히터에 적용함으로써, 히터에 의해 제공되는 온도 환경을 세분화할 수 있다.Further, by applying the heater power calculated according to the pulse width modulation method to the heater, the temperature environment provided by the heater can be subdivided.

따라서, 잉곳이 성장하는 온도의 과도한 변화로 발생될 수 있는 실제 인상속도의 변동(Fluctuation)을 저감시킬 수 있고, 이로 인하여 잉곳의 직경 산포를 개선할 수 있다.Therefore, it is possible to reduce the fluctuation of the actual pulling-up rate which can be caused by an excessive change in the temperature at which the ingot grows, thereby improving the dispersion of the diameter of the ingot.

결과적으로, 실제 인상속도의 편차를 이용하여 히터 파워를 산출하여 히터를 제어함으로써, 실제 인상속도에 따른 적합한 온도 환경을 신속하게 제공할 수 있기 때문에 복잡하고 비싼 하드웨어를 추가하지 않더라도 정확하고 효율성 있는 제어로직 구현이 가능하다.As a result, by controlling the heater by calculating the heater power using the deviation of the actual pulling-up speed, it is possible to quickly provide an appropriate temperature environment according to the actual pulling-up speed. Therefore, even if complicated and expensive hardware is not added, accurate and efficient control Logic implementation is possible.

도 1은 종래 기술에 의한 P,I,D 성분에 의한 출력 기어 모식도.
도 2는 종래 기술에서 온도보정에 따른 성장속도 반응 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 잉곳 성장 제어장치가 적용된 잉곳 성장장치의 개념도.
도 4는 본 발명에 따른 잉곳 성장 제어장치의 제1실시예가 도시된 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 잉곳 성장 제어장치의 제2실시예가 도시된 구성도.
도 6은 종래와 본 발명의 실시예에서 잉곳의 직경 산포가 도시된 그래프.1 is a schematic view of an output gear of a conventional P, I, D component.
2 is a graph showing an example of growth rate response according to temperature correction in the prior art.
3 is a conceptual diagram of an ingot growing apparatus to which an ingot growth controlling apparatus according to the present invention is applied.
4 is a configuration diagram showing a first embodiment of the ingot growth control apparatus according to the present invention.
5 is a configuration diagram showing a second embodiment of the ingot growth control apparatus according to the present invention.
6 is a graph showing the diameter dispersion of the ingot in the prior art and the embodiment of the present invention.

이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다. Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the scope of the inventive concept of the present embodiment can be determined from the matters disclosed in the present embodiment, and the spirit of the present invention possessed by the present embodiment is not limited to the embodiments in which addition, Variations.

도 3은 본 발명에 따른 잉곳 성장 제어장치가 적용된 잉곳 성장장치의 개념도이다.3 is a conceptual diagram of an ingot growing apparatus to which an ingot growth controlling apparatus according to the present invention is applied.

본 발명의 잉곳 성장장치는 챔버(100) 내에 단결정 실리콘 잉곳(IG)을 성장시키기 위해 용융실리콘(SM)을 담고 있는 도가니(110)와, 상기 도가니(110)를 가열하는 히터(120)와, 단결정 잉곳(IG)을 회전시키면서 인상하기 위한 인상장치(130)와, 단결정 잉곳(IG)의 직경을 측정하는 직경측정센서(140)와, 이들을 제어하는 잉곳 성장 제어장치(200)를 포함한다.The ingot growing apparatus of the present invention includes a crucible 110 containing molten silicon SM for growing a single crystal silicon ingot IG in a chamber 100, a heater 120 for heating the crucible 110, A pulling device 130 for pulling the single crystal ingot IG while rotating it, a diameter measuring sensor 140 for measuring the diameter of the single crystal ingot IG and an ingot growth control device 200 for controlling them.

물론, 상기 잉곳 성장 제어장치(200)는 상기 인상장치(130)에 인상속도(PS)를 제공하는데, 상기 직경측정센서(140)에 의해 측정된 직경의 평균값을 타겟 직경과 비교한 값을 이용하여 상기 인상속도(PS)를 제공할 수 있다.Of course, the ingot growth control apparatus 200 provides the pulling rate PS to the lifting device 130, and uses a value obtained by comparing an average value of diameters measured by the diameter measuring sensor 140 with a target diameter To provide the pulling rate PS.

이때, 상기 잉곳 성장 제어장치(200)는 상기 히터(120)로 공급되는 전력인 히터 파워(Heater power)를 직접 제공하도록 구성되는데, 상기 인상속도(PS)의 편차를 통하여 온도 보정량으로 산출하고, 상기 온도 보정량을 펄스(Pulse) 신호를 이용하여 정밀하게 산출하여 상기 히터 파워를 제공할 수 있다.At this time, the ingot growth control apparatus 200 is configured to directly supply heater power, which is power supplied to the heater 120, by calculating the temperature correction amount through the deviation of the pulling rate PS, The temperature correction amount can be precisely calculated using a pulse signal to provide the heater power.

따라서, 상기 잉곳(IG)의 인상속도(PS)에 민감하도록 온도 환경을 정밀하게 제어할 수 있다.Therefore, the temperature environment can be precisely controlled so as to be sensitive to the pulling rate PS of the ingot IG.

도 4는 본 발명에 따른 잉곳 성장 제어장치의 제1실시예가 도시된 구성도이다.4 is a configuration diagram showing a first embodiment of the ingot growth control apparatus according to the present invention.

제1실시예에 따른 잉곳 성장 제어장치(200)는 직경 제어기(Auto Diameter Controller : 210)와, 고해상도 제어기(220,230)와, 히터 제어기(240)를 포함하도록 구성될 수 있다.The ingot growth control apparatus 200 according to the first embodiment may be configured to include a diameter controller 210, high resolution controllers 220 and 230, and a heater controller 240.

상기 직경 제어기(210)는 잉곳의 직경(Dia)을 타겟 직경(Target Dia)으로 균일하게 성장시키기 위하여 상기 인상장치(130)로 인상속도(PS)를 제공할 수 있다.The diameter controller 210 may provide a pulling rate PS to the lifting device 130 to uniformly grow the diameter Dia of the ingot to a target diameter Dia.

이때, 상기 직경 제어기(210)는 잉곳의 측정 직경(Dia)과 타겟 직경(Target Dia)의 비교를 통하여 상기 인상속도(PS)를 산출할 수 있으며, 상기 직경측정센서(140)를 비롯하여 타겟 직경 스케줄러(Dia. Target Scheduler : 211)와 직경 신호 비교부(212)로부터 신호를 전달받도록 구성될 수 있다.The diameter controller 210 may calculate the pulling rate PS by comparing the measured diameter Dia of the ingot with the target diameter Dia and may calculate the pulling rate PS by comparing the target diameter And may be configured to receive a signal from a scheduler (Dia. Target Scheduler) 211 and a diameter signal comparator (212).

따라서, 상기 직경 신호 비교부(212)는 상기 직경측정센서(140)에 의해 감지된 잉곳의 측정 직경(Dia)을 입력받고, 상기 타겟 직경 스케줄러(211)로부터 잉곳의 타겟 직경(Target Dia)을 입력받은 다음, 서로 비교하여 상기 직경 제어기(210)로 전송한다.Accordingly, the diameter signal comparator 212 receives the measured diameter Dia of the ingot sensed by the diameter measuring sensor 140 and calculates the target diameter Dia of the ingot from the target diameter scheduler 211 And then transmits them to the diameter controller 210 in comparison with each other.

이후, 상기 직경 제어기(210)는 상기 잉곳의 측정 직경(Dia)과 타겟 직경(Target Dia)의 비교값(ΔDia)에 따라 상기 인상속도(PS)를 산출하고, 산출된 인상속도(PS)를 상기 인상장치(130)에 제공함으로써, 잉곳의 인상속도(PS)를 타겟 인상속도(Target PS)에 맞추도록 제어할 수 있다.The diameter controller 210 calculates the pulling rate PS in accordance with the comparison value ΔDia between the measured diameter Dia of the ingot and the target diameter Dia and outputs the calculated pulling rate PS By providing it to the lifting device 130, it is possible to control the lifting speed PS of the ingot to be adjusted to the target lifting speed (Target PS).

상기 고해상도 제어기(220,230)는 일종의 PC 모듈로 구성될 수 있으며, 온도 보정량(ΔT)을 비롯하여 히터 파워(P)를 실수로 산출할 수 있다. The high-resolution controllers 220 and 230 may be configured as a PC module, and the heater power P, including the temperature correction amount T, may be calculated by mistake.

상기 고해상도 제어기(220,230)는 인상속도의 편차(ΔPS)를 온도 보정량(ΔT)으로 산출하는 인상상속도 제어부(Auto Growing Controller : 220)와, 온도 보정량(ΔT)을 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation : PWM) 방법에 의해 히터 파워(P)로 산출하는 온도 제어부(Auto Temperature Controller : 230)를 포함하도록 구성될 수 있다.The high resolution controllers 220 and 230 include an auto growth controller 220 for calculating a variation ΔPS of a pulling speed by a temperature correction ΔT and a temperature correction amount ΔT by Pulse Width Modulation And a temperature controller (Auto Temperature Controller) 230 for calculating the heater power P by a PWM method.

상기 인상속도 제어부(220)는 인상속도(PS)를 평균값(Avg PS)과의 편차(ΔPS)를 통하여 온도 보정량(ΔT)을 산출할 수 있다. 이때, 상기 인상속도 제어부(220)는 타겟 인상속도 스케줄러(PS Target Scheduler : 221)와 인상속도 신호 비교부(222)로부터 신호를 전달받도록 구성될 수 있다.The pulling rate control unit 220 can calculate the temperature correction amount? T through the deviation? PS from the pulling rate PS to the average value Avg PS. At this time, the pull-up rate control unit 220 may be configured to receive signals from the target pull-up rate scheduler 221 and the pull-up rate signal comparing unit 222.

따라서, 상기 인상속도 신호 비교부(222)는 상기 직경 제어기(210)로부터 전송된 인상속도(PS)를 입력받고, 상기 타겟 인상속도 스케줄러(221)로부터 잉곳의 타겟 인상속도(Target PS)를 입력받은 다음, 서로 비교하여 상기 인상속도 제어부(220)로 전송한다.Therefore, the pulling rate signal comparator 222 receives the pulling rate PS transmitted from the diameter controller 210 and inputs the target pulling rate (Target PS) of the ingot from the target pulling rate scheduler 221 And then transmits them to the pull-up speed control unit 220 in comparison with each other.

이후, 상기 인상속도 제어부(220)는 상기 인상속도(PS)를 설정시간 동안에 평균값(Avg PS)을 구한 다음, 상기 인상속도(PS)를 평균값(Avg PS)과 편차(ΔPS)로부터 온도 보정량(ΔT)을 산출할 수 있다. 이때, 상기 인상속도 제어부(220)는 인상속도의 편차(ΔPS)에 대해 비례-적분-미분(PID) 제어를 수행하여 온도 보정량(ΔT)으로 산출할 수 있다.The pulling rate controller 220 obtains the average value PS of the pulling rate PS during the set time and then calculates the pulling rate PS from the average value Avg PS and the deviation PPS using the temperature correction amount DELTA T) can be calculated. At this time, the pulling-up speed controller 220 may calculate the temperature correction amount T by performing proportional-integral-derivative (PID) control on the pull-up speed deviation ΔPS.

상기 온도 제어부(230)는 잉곳이 성장하는 도가니 내부의 온도를 기준으로 제어할 수 있는데, 온도 보정량(ΔT)과 타겟 온도(T0) 및 측정 온도(T)의 비교를 통하여 히터 파워(P)를 산출할 수 있다. 이때, 상기 온도 제어부(230)는 온도 스케줄러(Temperature Scheduler : 231)와 제1,2온도 신호 비교부(232,233)로부터 신호를 전달받도록 구성될 수 있다.The temperature controller 230 can control the temperature of the interior of the crucible where the ingot grows. The heater power P can be controlled by comparing the temperature correction amount? T with the target temperature T 0 and the measured temperature T, Can be calculated. At this time, the temperature controller 230 may receive a signal from the temperature scheduler 231 and the first and second temperature signal comparators 232 and 233.

따라서, 상기 제1온도 신호 비교부(232)는 상기 인상속도 제어부(210)로부터 전송된 온도 보정량(ΔT)을 입력받는 동시에 상기 온도 스케줄러(231)로부터 잉곳이 성장되는 도가니 내부의 타겟 온도(T0)를 입력받아 보정 온도(T1)를 산출하고, 상기 제2온도 신호 비교부(233)는 실제 도가니 내부의 온도를 감지한 측정 온도(T)를 입력받은 다음, 보정 온도(T1)와 측정 온도(T)의 비교값을 상기 온도 제어부(230)로 전송한다.The first temperature signal comparator 232 receives the temperature correction amount DELTA T transmitted from the pull-up speed controller 210 and simultaneously detects the target temperature T (T) of the crucible in which the ingot is grown from the temperature scheduler 231 receiving a 0) calculates a corrected temperature (T 1) and the second temperature signal comparison unit 233 is inputted to the measured temperature by sensing the temperature in the actual furnace (T), and then, the correction temperature (T 1) And the measured temperature T to the temperature controller 230.

이후, 상기 온도 제어부(230)는 상기 보정 온도(T1)와 측정 온도(T)의 비교값로부터 제어 온도(T2)를 산출하고, 제어 온도(T2)를 구현하기 위하여 비례-적분-미분(PID) 제어를 수행하여 히터 파워(P)를 산출할 수 있다. Then, the temperature controller 230 is proportional to implement the control temperature (T 2), and calculates the control temperature (T 2) from the comparison value of the compensation temperature (T 1) and the measured temperature (T) - integral - It is possible to calculate the heater power P by performing differential (PID) control.

특히, 상기 온도 제어부(230)는 세분화된 히터 파워(P)를 펄스폭 변조(PWM) 방법에 의해 정밀하게 구현함으로써, 히터 파워(P)를 신속하게 세분화하여 제공할 수 있다.Particularly, the temperature controller 230 can precisely implement the subdivided heater power P by a pulse width modulation (PWM) method, so that the heater power P can be rapidly subdivided and provided.

상기 히터 제어기(240)는 상기 온도 제어부(230)로부터 제공된 히터 파워(P)를 직접 상기 히터(120)로 공급하도록 제어한다. 이때, 상기 히터 제어기(240)의 해상도가 떨어지더라도 상기 온도 제어부(230)를 통하여 히터 파워(P)가 신속하게 세분화하여 제공할 수 있으며, 실제 도가니 내부의 온도 환경을 민감하게 조절할 수 있다.The heater controller 240 controls the heater 120 to supply the heater power P supplied from the temperature controller 230 directly to the heater 120. At this time, even if the resolution of the heater controller 240 is low, the heater power P can be rapidly broken down through the temperature controller 230, and the temperature environment inside the actual crucible can be sensitively controlled.

이와 같이, 제1실시예에 따른 잉곳 성장 제어장치는 인상속도를 타겟 인상속도로 수렴되는 동안 인터벌 타임(Interval time)을 두고 제어하게 되는데, 설정된 평균시간(Avg time) 동안 인상속도 평균값(Avg PS)을 구하고, 인상속도(PS)를 평균값(Avg PS)과의 편차를 온도 보정량(ΔT)으로 산출한 다음, 온도 보정량(ΔT)을 세분화된 히터 파워(P)로 산출하더라도 펄스폭 변조(PWM) 방법에 의해 정밀하게 구현할 수 있고, 제어 온도(T2)를 민감하게 제어할 수 있다.As described above, the ingot growth control apparatus according to the first embodiment controls the pull-up rate at an interval time during convergence at the target pull-up rate. The pull-up rate average value (Avg PS And the variation of the pulling rate PS from the average value Avg PS is calculated as the temperature correction amount T and then the temperature correction amount T is calculated as the subdivided heater power P, ) Method, and the control temperature T 2 can be sensitively controlled.

따라서, 히터 파워(P)를 세분화하여 제공할 수 있어 도가니 내부의 온도 환경을 민감하게 제어할 수 있으며, 이로 인하여 잉곳의 성장 온도를 안정적으로 제어할 뿐 아니라 안정적인 온도 환경에서 잉곳을 생산할 수 있어 무결함 또는 극저결함의 잉곳의 수율을 높일 수 있다.Therefore, it is possible to finely control the temperature environment inside the crucible since the heater power (P) can be subdivided, and thereby the ingot can be produced stably in a stable temperature environment as well as stably controlling the growth temperature of the ingot. The yield of the ingot of defects or extremely low defects can be increased.

도 5는 본 발명에 따른 잉곳 성장 제어장치의 제2실시예가 도시된 구성도이다.5 is a configuration diagram showing a second embodiment of the ingot growth control apparatus according to the present invention.

제2실시예에 따른 잉곳 성장 제어장치(300)는 직경 제어기(310)와, 스위치(315)와, 저해상도 제어기(320)와, 고해상도 제어기(330)와, 히터 제어기(340)를 포함하도록 구성될 수 있다.The ingot growth control apparatus 300 according to the second embodiment is configured to include the diameter controller 310, the switch 315, the low resolution controller 320, the high resolution controller 330, and the heater controller 340 .

상기 직경 제어기(310)는 직경 신호 비교부(311)를 포함하는데, 실제 측정된 잉곳의 직경(Dia)과 타겟 직경(Target Dia)을 비교하여 인상속도(PS)로 산출할 수 있다. The diameter controller 310 includes a diameter signal comparator 311. The diameter controller 311 can calculate the pulling rate PS by comparing the diameter Dia of the actually measured ingot with the target diameter Dia.

상기 스위치(315)는 상기 저해상도 제어기(320)와 고해상도 제어기(330) 중 하나가 선택적으로 작동시킬 수 있는데, ON/OFF 형태의 버튼 형식으로 구성될 수 있으며, 한정되지 아니한다. The switch 315 may selectively operate one of the low resolution controller 320 and the high resolution controller 330 and may be configured as an ON / OFF button type, but is not limited thereto.

물론, 상기 스위치(315)의 작동에 따라 상기 직경 제어기(310)에서 제공된 인상속도(PS) 신호를 상기 저해상도 제어기(320)와 고해상도 제어기(330) 중 하나로 전달시킬 수 있다. Of course, according to the operation of the switch 315, a pulling rate (PS) signal provided from the diameter controller 310 may be transmitted to one of the low resolution controller 320 and the high resolution controller 330.

일예로, 상기 저해상도 제어기(320)와 고해상도 제어기(330)가 서로 통신하도록 구성되며, 상기 스위치(315)는 상기 통신 여부에 따라 그 작동이 조절될 수 있다. 이때, 통신이 지속되는 동안에는 인상속도 신호가 상기 고해상도 제어기(330)로 전달되지만, 통신이 중단되더라도 인상속도 신호가 상기 저해상도 제어기(320)로 전달될 수 있도록 하며, 통신 여부에 상관없이 적절한 온도 환경을 제공할 수 있도록 한다.For example, the low resolution controller 320 and the high resolution controller 330 are configured to communicate with each other, and the operation of the switch 315 can be adjusted depending on the communication. At this time, the pull-up speed signal is transmitted to the high-resolution controller 330 while the communication is continued, but the pull-down speed signal can be transmitted to the low-resolution controller 320 even if the communication is interrupted, .

상기 저해상도 제어기(320)는 PLC 모듈 형태로 구성되는데, 제1인상속도 신호 비교부(321)를 포함하는 제1인상상속도 제어부(1st AGC : 322)와, 제1,2온도 신호 비교부(323,324)를 포함하는 제1온도 제어부(1st ATC : 325)를 포함하도록 구성될 수 있다.The low resolution controller 320 is configured in the form of a PLC module. The low resolution controller 320 includes a first pull-up inversion control unit (1st AGC) 322 including a first pull-up speed signal comparator 321, (1st ATC: 325) including a first temperature controller (323, 324).

따라서, 상기 제1인상속도 신호 비교부(321)는 인상속도(PS)와 타겟 인상속도(Target PS)를 비교하여 인상속도의 편차(ΔPS)로 산출하고, 상기 제1인상속도 제어부(322)는 인상속도의 편차(ΔPS)로부터 온도 보정량(ΔT)으로 산출한다.Accordingly, the first pulling-up speed signal comparator 321 compares the pulling-up speed PS with the target pulling-up speed Target PS to calculate the pulling-up speed deviation? PS. The first pulling- Is calculated from the deviation? PS of the pulling rate to the temperature correction amount? T.

이후, 상기 제1,2온도 신호 비교부(323,324)는 온도 보정량(ΔT)과 타겟 온도(T0)와 측정 온도(T)를 비교하고, 상기 제1온도 제어부(325)는 온도 비교를 통하여 제어 온도(T2)를 산출한 다음, 제어 온도(T2)가 상기 히터 제어기(340)로 전달된다.The first and second temperature signal comparators 323 and 324 compare the temperature correction amount T with the target temperature T 0 and the measured temperature T and the first temperature controller 325 compares After the control temperature T 2 is calculated, the control temperature T 2 is transmitted to the heater controller 340.

상기 고해상도 제어기(330)는 PC모듈 형태로 구성되는데, 제2인상속도 신호 비교부(331)를 포함하는 제2인상상속도 제어부(2nd AGC : 332)와, 제3,4온도 신호 비교부(333,334)를 포함하는 제2온도 제어부(2nd ATC : 325)를 포함하도록 구성될 수 있다.The high resolution controller 330 is configured in the form of a PC module. The high resolution controller 330 includes a second pull-up inversion control unit (2nd AGC 332) including a second pull-up speed signal comparator 331, (2nd ATC: 325) including a first temperature controller (333, 334).

따라서, 상기 제2인상속도 신호 비교부(331)는 인상속도(PS)와 타겟 인상속도(Target PS)를 비교하여 인상속도의 편차(ΔPS)로 산출하고, 상기 제2인상속도 제어부(332)는 인상속도의 편차(ΔPS)로부터 온도 보정량(ΔT)을 산출한다.Accordingly, the second pulling rate signal comparator 331 compares the pulling rate PS with the target pulling rate (Target PS) to calculate the pulling rate deviation AP, and the second pulling rate signal comparator 331 compares the pulling rate PS with the target pulling rate Target PS, The temperature correction amount? T is calculated from the deviation? PS of the pulling-up speed.

이후, 상기 제3,4온도 신호 비교부(333,334)는 온도 보정량(ΔT)과 타겟 온도(T0)와 측정 온도(T)를 비교하고, 상기 제2온도 제어부(335)는 온도 비교를 통하여 제어 온도(T2)를 산출한 다음, 제어 온도(T2)를 펄스폭 변조(PWM) 방법에 의해 히터 전력(P)으로 세분화하도록 구현하고, 세분화된 히터 전력(P)이 상기 히터 제어기(340)로 전달된다.The third and fourth temperature signal comparators 333 and 334 compare the temperature correction amount T with the target temperature T 0 and the measured temperature T and the second temperature controller 335 compares The control temperature T 2 is calculated by dividing the control temperature T 2 by the pulse width modulation (PWM) method into the heater power P and the subdivided heater power P is applied to the heater controller 340.

이와 같은 저해상도 제어기(320)는 PLC 형태로 구현됨에 따라 온도 보정량(ΔT)이 정수 형태로 제공하기 때문에 해상도가 다소 떨어지지만, 고해상도 제어기(330)는 PC형태로 구현됨에 따라 온도 보정량(ΔT)을 비롯하여 다른 제어값을 실수 형태로 제공하기 때문에 해상도를 높일 수 있으며, 실수 형태로 온도 보정량(ΔT)이 제공되더라도 히터 파워(P)를 펄스폭 변조(PWM) 방법에 의해 세분화하도록 구현이 가능하다.Since the low resolution controller 320 is implemented in PLC form and the temperature correction amount T is provided in an integer form, the resolution is somewhat lowered. However, since the high resolution controller 330 is implemented in a PC form, the temperature correction amount? And other control values are provided in the form of a real number so that the resolution can be increased and the heater power P can be further subdivided by the pulse width modulation (PWM) method even if the temperature correction amount DELTA T is provided in the form of a real number.

상기 히터 제어기(340)는 상기 히터(120)로 제공되는 파워(P)를 제어하는데, 상기 저해상도 제어기(320)로부터 전달된 제어 온도(T2)에 맞추어 히터 출력을 제어하거나, 상기 고해상도 제어기(330)로부터 전달된 히터 파워(P)를 그대로 출력할 수 있다. The heater controller 340 controls the power P supplied to the heater 120 to control the heater output according to the control temperature T 2 transmitted from the low resolution controller 320, The heater power P transmitted from the heater 330 can be output as it is.

그런데, 상기 히터 제어기(340)의 해상도가 떨어지는 경우, 상기 저해상도 제어기(320)만 적용되면, 제어 온도(T2)를 정밀하게 세분화하여 제공하더라도 히터 출력을 세분화하여 온도 환경을 정밀하게 제어하기 어렵지만, 상기 고해상도 제어기(330)가 적용되면, 히터 파워(P)를 정밀하게 세분화하여 제공함에 따라 히터 출력을 세분화할 수 있어 온도 환경을 정밀하게 제어할 수 있다.However, if the resolution of the heater controller 340 is low, it is difficult to precisely control the temperature environment by subdividing the heater output even if the control temperature T 2 is precisely subdivided, if only the low resolution controller 320 is applied When the high resolution controller 330 is applied, the heater power P can be precisely segmented and finely divided, so that the heater output can be subdivided and the temperature environment can be precisely controlled.

도 6은 종래와 본 발명의 실시예에서 잉곳의 직경 산포가 도시된 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing the diameter dispersion of an ingot in the prior art and the embodiment of the present invention.

종래 기술은 인상속도가 가변되더라도 온도 환경을 제어하지 않았지만, 본 발명은 인상속도가 가변됨에 따라 온도 환경도 최적의 온도로 제어하게 된다. Although the prior art does not control the temperature environment even if the pulling rate varies, the present invention controls the temperature environment to the optimum temperature as the pulling rate varies.

본 발명의 PLC 모드 실시예에서는 세분화된 제어 온도가 제공됨에 따라 히터 출력을 제어한 것이고, PC 모드 실시예에서는 세분화된 히터 파워가 제공됨에 따라 히터 출력을 제어한 것이다.In the PLC mode embodiment of the present invention, the heater output is controlled by providing the subdivided control temperature, and in the PC mode embodiment, the heater output is controlled as the subdivided heater power is provided.

도 6에 도시된 바와 같이 종래에 비해 PC 모드에서 잉곳의 직경 산포가 개선된 것을 볼 수 있으며, 이와 같이 잉곳 직경의 산포가 개선된 것은 잉곳 품질이 향상된 것으로 볼 수 있다.As shown in FIG. 6, it can be seen that the scattering of the diameter of the ingot in the PC mode is improved as compared with the conventional method, and the ingot quality is improved in the scattering of the ingot diameter as described above.

또한, 종래에 비해 PLC 모드 및 PC 모드에서 특정 미소 구간에 대해 인상속도 진폭이 줄어들며, 이와 같이 인상속도 진폭의 감소는 필요 이상의 출력이 줄어든 결과로써, 공정의 안정화시킬 수 있다.
In addition, in the PLC mode and the PC mode, the pull-up speed amplitude is reduced for a specific micro-section, and the reduction of the pull-down speed amplitude can stabilize the process as a result of a reduction in the power more than necessary.

Claims (12)

히터가 도가니에 담긴 원료를 융액 상태로 가열하고, 상기 도가니에 담긴 융액으로부터 잉곳을 타겟 직경으로 성장시키는 잉곳 성장 제어장치에 있어서,
상기 잉곳의 타겟 직경과 상기 잉곳의 실제 직경의 오차에 따라 상기 잉곳의 인상속도를 제어하는 직경 제어기(Auto diameter controller);
상기 잉곳의 인상속도에 따라 온도 보정량을 산출하고, 상기 온도 보정량에 따른 제어 온도를 상기 히터에 전송하는 저해상도 제어기;
상기 잉곳의 인상속도에 따라 히터 파워를 산출하고, 상기 히터 파워를 펄스 신호로 상기 히터에 전송하는 고해상도 제어기; 및
상기 직경 제어기와 저해상도 제어기 및 고해상도 제어기 사이에 구비되고, 상기 잉곳의 인상속도를 선택적으로 상기 저해상도 제어기와 고해상도 제어기 중 하나로 전송하는 스위치;를 포함하는 잉곳 성장 제어장치.A ingot growth control apparatus for heating a raw material contained in a crucible in a melt state and for growing an ingot to a target diameter from a melt contained in the crucible,
An auto diameter controller for controlling a pulling speed of the ingot in accordance with an error between a target diameter of the ingot and an actual diameter of the ingot;
A low resolution controller for calculating a temperature correction amount in accordance with the pulling speed of the ingot and transmitting a control temperature according to the temperature correction amount to the heater;
A high resolution controller for calculating the heater power according to the pulling speed of the ingot and transmitting the heater power to the heater with a pulse signal; And
And a switch provided between the diameter controller, the low resolution controller and the high resolution controller, for selectively transferring the pulling speed of the ingot to one of the low resolution controller and the high resolution controller. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 저해상도 제어기는,
상기 직경 제어기와 히터 사이에 상기 고해상도 제어기와 병렬 연결된 PLC 모듈(Programable logic controll module)로 구성된 잉곳 성장 제어장치.The method according to claim 1,
The low-
And an PLC module (Programmable Logic Control Module) connected in parallel with the high-resolution controller between the diameter controller and the heater. 제1항에 있어서,
상기 고해상도 제어기는,
상기 직경 제어기와 히터 사이에 상기 저해상도 제어기와 병렬 연결된 PC 모듈(Personal computer module)로 구성된 잉곳 성장 제어장치.The method according to claim 1,
The high-
And a PC module (Personal Computer module) connected in parallel with the low-resolution controller between the diameter controller and the heater. 제1항에 있어서,
상기 스위치는,
상기 저해상도 제어기와 고해상도 제어기 사이의 통신 여부에 따라 신호를 선택적으로 전송하는 잉곳 성장 제어장치.The method according to claim 1,
Wherein the switch comprises:
And selectively transmitting a signal according to communication between the low-resolution controller and the high-resolution controller. 제5항에 있어서,
상기 저해상도 제어기는,
설정시간 동안 상기 잉곳의 성장속도를 평균값과 편차로 산출하고, 상기 잉곳의 성장속도 편차를 온도 보정량으로 산출하는 제1인상속도 제어부(1st auto growing controller)와,
상기 제1인상속도 제어부에서 산출된 상기 온도 보정량을 타겟 온도와 측정 온도와 비교하여 제어 온도를 산출하는 제1온도 제어부(1st auto temperature controller)를 포함하는 잉곳 성장 제어장치.6. The method of claim 5,
The low-
A first auto growing controller for calculating the growth rate of the ingot during the set time as an average value and a deviation and calculating a growth rate deviation of the ingot as a temperature correction amount,
And a first temperature controller (first auto temperature controller) for comparing the temperature correction amount calculated by the first pulling-up speed controller with a target temperature and a measured temperature to calculate a control temperature. 제8항에 있어서,
상기 저해상도 제어기는,
상기 온도 보정량을 정수로 산출하여 적용하는 잉곳 성장 제어장치.9. The method of claim 8,
The low-
And the temperature correction amount is calculated as an integer and applied. 제6항에 있어서,
상기 고해상도 제어기는,
설정시간 동안 상기 잉곳의 인상속도를 평균값과 편차로 산출하고, 상기 잉곳의 인상속도 편차를 온도 보정량으로 산출하는 제2인상속도 제어부(2nd auto growing controller)와,
상기 제2인상속도 제어부에서 산출된 상기 온도 보정량을 히터 파워로 산출하고, 상기 히터 파워를 펄스폭 변조(Pulse width modulation : PWM) 제어방법에 의해 세분화하여 상기 히터에 전송하는 제2온도 제어부(2nd auto temperature controller)를 포함하는 잉곳 성장 제어장치.The method according to claim 6,
The high-
A second auto growing controller for calculating a pulling speed of the ingot during the set time as an average value and a deviation and calculating a pulling speed variation of the ingot as a temperature correction amount,
A second temperature control unit (2nd) for calculating the temperature correction amount calculated by the second pulling-up speed control unit with heater power, subdividing the heater power by a pulse width modulation (PWM) control method and transmitting it to the heater an auto temperature controller). 제10항에 있어서,
상기 고해상도 제어기는,
상기 온도 보정량과 히터 파워를 실수로 산출하여 적용하는 잉곳 성장 제어장치.11. The method of claim 10,
The high-
Wherein the temperature correction amount and the heater power are calculated in real numbers and applied. 제5항 내지 제11항 중 어느 하나의 잉곳 성장 제어장치를 포함하는 잉곳 성장장치.An ingot growing apparatus comprising the ingot growth control apparatus according to any one of claims 5 to 11.
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