KR101494530B1 - 잉곳성장장치의 멜트갭 측정장치 및 측정방법 - Google Patents

Abstract

잉곳성장장치의 멜트갭 측정장치 및 측정방법가 개시된다. 본 발명은 리플렉터에 구비되는 마크의 형상을 보정함으로써 폴리실리콘 멜트와의 거리를 정밀하게 측정할 수 있는 잉곳성장장치의 멜트갭 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다. 도가니 내부에 용융된 폴리실리콘의 표면과 상기 도가니 상부에 설치된 리플렉터 사이의 거리인 멜트갭을 측정하는 잉곳성장장치의 멜트갭 측정장치로서, 상기 리플렉터 내측 하단에 일부가 절개되어 형성된 마크와, 상기 마크의 폴리실리콘의 표면에 반사된 영상을 획득하는 카메라와, 상기 카메라에 의해 획득된 영상을 매개로 상기 멜트갭을 계산하여 출력하는 프로세서를 포함하고, 상기 마크는 그 절개면 중에 상기 영상에 반사되어 겹치는 부분이 발생되지 않도록 경사면을 구비한다.

Description

잉곳성장장치의 멜트갭 측정장치 및 측정방법 {Melt gap measuring apparatus for Ingot glower and preparing method for the same}

본 발명은 잉곳성장장치의 멜트갭 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세히는 리플렉터에 구비되는 마크의 형상을 보정함으로써 폴리실리콘 멜트와의 거리를 정밀하게 측정할 수 있는 잉곳성장장치의 멜트갭 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.

일반적으로 실리콘의 단결정 잉곳을 성장시키는 방법으로 실리콘을 도가니(50) 내에서 용융시키고 용융된 실리콘에 시드를 접촉시킨 후 회전과 함께 서서히 인상시킴으로써 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 초크랄스키법이 이용되고 있다.

이 초크랄스키법에 의해 성장되는 잉곳(10)의 품질은 성장 중의 온도가 중요한 영향을 끼친다. 즉, 도가니(50)의 온도는 실리콘의 용융온도를 유지하기 위하여 소정 온도 이상으로 가열되어야 하며, 성장되는 잉곳은 용융점 이하의 온도로 유지되어 결정화되어야 하기 때문에 도가니(50)의 상부에 잉곳이 성장되는 위치 이외에는 열이 전달되는 것을 방지할 수 있도록 열차단구조체인 리플렉터(20)가 설치된다.(도 1 참고)

이러한 리플렉터(20)는 통상적으로 흑연재질로 이루어진 외부 리플렉터(22) 및 내부 리플렉터(25)로 구성되고, 내부 리플렉터(25)의 상단부에 구비된 플랜지를 통하여 내부 리플렉터(25)가 외부 리플렉터(22)의 내부에 거치되는 형식으로 설치된다.

종래 리플렉터(20)의 모양이 도 2에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 전체적으로 원통형 모양으로 형성되어 있다. 이렇게 원통형 형태로 형성되어 잉곳이 중앙에서 형성되어 올라올 수 있도록 되어 있다.

통상 도가니 내부에는 폴리실리콘이 공급된 다음 히터에 의해 녹게 되어 멜트 상태로 되는데, 그 멜트 상태의 표면 높이는 여러 가지 상황에 따라 변화한다.

여기서, 용융된 폴리실리콘 표면과 리플렉터(20) 사이의 거리를 멜트갭(d)이라고 한다. 멜트갭(d)을 항상 측정하여 적정한 거리를 유지하도록 해야 한다. 따라서 멜트갭(d)을 측정하기 위한 장치가 개발되었다.

이러한 멜트갭 측정장치는 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 리플렉터(20)에 절개한 마크(21)를 형성하고, 그 마크(21)가 폴리실리콘 멜트(M) 표면에 반사된 영상(22)을 그 반대편의 CCD카메라(30)가 획득한 다음, 그 획득된 영상(22)을 프로세서가 분석하여 멜트갭(d)을 측정하게 된다.

이러한 멜트갭(d) 측정시 픽셀을 이용하여 멜트갭(d)을 측정하게 된다. 도 4와 도 5를 참고하면, 리플렉터(20)에 형성된 마크(21)는 리플렉터(20)의 일부분을 절개하여 형성하게 되는데, 리플렉터(20) 몸체의 두께에 의한 절개면(21a,21b,21c) 중에 한 절개면(21a)의 반사된 영상(22b)이 마크(21)의 반사된 영상(22a)과 겹치게 되는 부분의 영상(22b)이 반사된 영상(22)에 포함되어 측정을 방해하게 되는 문제점이 있었다. 즉 소위 어른거리는 현상에 의해 정확한 측정 어려워지는 문제점이 있다.

그 외에도, 멜트갭(d) 측정을 어렵게 하는 요인으로는 멜트(M) 면의 출렁거림 등을 들 수 있을 것이다.

대한민국 공개특허공보 10-2009-0070256

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 리플렉터의 하단 내측면에 절개부를 형성하여 마크를 만들고 그 절개면 중에 카메라 반대쪽의 절개면을 경사지게 형성함으로써 반사된 마크의 영상이 깨끗하게 됨으로써 정확한 멜트갭 측정이 가능해지는 잉곳성장장치의 멜트갭 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 도가니 내부에 용융된 폴리실리콘의 표면과 상기 도가니 상부에 설치된 리플렉터 사이의 거리인 멜트갭을 측정하는 잉곳성장장치의 멜트갭 측정장치로서, 상기 리플렉터 내측 하단에 일부가 절개되어 형성된 마크와, 상기 마크의 폴리실리콘의 표면에 반사된 영상을 획득하는 카메라와, 상기 카메라에 의해 획득된 영상을 매개로 상기 멜트갭을 계산하여 출력하는 프로세서를 포함하고, 상기 마크는 그 절개면 중에 상기 영상에 반사되어 겹치는 부분이 발생되지 않도록 경사면을 구비한다.

바람직하게는, 상기 경사면의 각도는 상기 카메라와 반사된 영상이 이루는 각도보다 더 작게 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 절개면은 상기 리플렉터의 내측면으로부터 90도 각도로 연속 절개되어 세 개의 절개면을 형성함으로써 직사각형 마크를 이루게 될 수 있다.

바람직하게는, 상기 절개면 중에 두 개의 절개면에 경사면이 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 측정방법은 도가니 내부에 용융된 폴리실리콘의 표면과 상기 도가니 상부에 설치된 리플렉터 사이의 거리인 멜트갭을 측정하는 잉곳성장장치의 멜트갭 측정방법으로서, 상기 리플렉터에 구비된 절개된 부분인 마크의 폴리실리콘 표면에 반사된 영상을 카메라로 획득하는 단계와, 상기 획득된 영상을 프로세서에서 픽셀의 명암을 확인하여 상기 멜트갭을 연산하여 출력하는 단계를 포함하고, 상기 마크는 그 절개면 중에 상기 영상에 반사되어 겹치는 부분이 발생되지 않도록 경사면을 구비한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에 의한 잉곳성장장치의 멜트갭 측정장치는 리플렉터에 형성되는 마크 형성을 위한 절개면 중에 카메라에 획득되는 반사된 영상에 겹쳐지게 비추게 되는 절개면을 경사지게 형성함으로써 깨끗한 마크의 영상을 제공함으로써 정확한 멜트갭 측정이 가능해지는 효과를 제공한다.

도 1은 종래 잉곳성장장치의 진공챔버의 단면도이다.
도 2는 종래 잉곳성장장치의 일부 구성요소인 리플렉터의 사시도이다.
도 3은 종래 잉곳성장장치에서 멜트갭을 측정하기 위한 장치 구성도이다.
도 4는 종래 잉곳성장장치에서 멜트갭이 측정하기 위한 개념도이다.
도 5는 종래 잉곳성장장치에서 멜트갭이 측정될 때의 이론을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명에 의한 멜트갭 측정장치의 일부 구성요소인 리플렉터의 사시도이다.
도 7은 본 발명에 의한 멜트갭 측정장치의 일부 구성요소인 리플렉터의 내측면의 부분을 보여주는 평면도이다.
도 8은 본 발명에 의한 멜트갭 측정장치에 의해 멜트갭이 측정되는 이론을 설명하기 위한 개념도이다.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 잉곳성장장치의 멜트갭 측정장치는 도가니 내부에 용융된 폴리실리콘의 표면(M)과 상기 도가니 상부에 설치된 리플렉터(120) 사이의 거리인 멜트갭(d)을 측정하는 잉곳성장장치의 멜트갭 측정장치로서, 상기 리플렉터(120) 내측 하단에 절개되어 형성된 마크(121)와, 상기 마크(121)의 폴리실리콘의 표면(M)에 반사된 영상(122)을 획득하는 카메라와, 상기 카메라에 의해 획득된 영상(122)을 바탕으로 상기 멜트갭(d)을 계산하여 출력하는 프로세서로 구성된다. 특히 여기서, 상기 마크(121)는 그 절개면(121a,121b,121c) 중에 적어도 한 면(121a)에 경사면을 구비한다.

도 6을 참고하면, 본 발명에 의한 측정장치의 일부 구성요소인 리플렉터(120)가 도시되어 있다. 상기 리플렉터(120)는 종래와 마찬가지로 하단 내측면에 절개부가 형성되어 마크(121)를 이룬다.

상기 마크(121)는 세 개의 절개면(121a,121b,121c)으로 이루어진다. 따라서 그 평면 모양이 거의 직사각형을 이루게 된다. 따라서 카메라에 획득되는 반사된 영상(122)도 직사각형 모양이다. 이것 또한 종래기술과 같다.

상기 리플렉터(120)의 마크(121)가 구비된 부분이 평면도로 도 7에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 세 개의 절개면(121a,121b,121c) 중에 두 개의 절개면(121b,121c)이 경사면을 이루고 있다. 따라서 평면도에서 그 면이 보이게 된다.

이렇게 경사면을 형성함으로써 도 8을 참고하면, 반사된 영상(122)에서 겹치는 부분이 사라지게 된다. 즉 경사면의 각도가 카메라와 반사된 영상이 이루는 각도(θ)보다 작도록 형성되면, 도가니 내 존재하는 임의의 광원에서 도가니 내부에 부딪혀 1차 반사된 빛은, 리플렉터(20) 에 부딪혀 2차 반사될 때, 경사면에 부딪힌 빛은 천장 측으로 굴절되고, 경사면이 아닌 면에 부딪힌 빛만 멜트(M)면 측으로 굴절된다.
따라서, 특정위치의 영상만 획득하는 카메라는 멜트(M)면 측으로 반사되는 빛에 의해 형성된 영상만 취득하게 되므로 어른거리는 픽셀이 사라져 더욱 정확한 멜트갭 측정이 가능해진다.

상기 절개면을 제1면(121a), 제2면(121b), 제3면(121c)으로 나누면 제3면(121c)은 카메라에 인식될 염려가 없기 때문에 경사면으로 형성하지 않고 수직면으로 형성한 것이다. 물론 경사면으로 형성하여도 상관은 없다.

또한 카메라의 위치나 리플렉터(120)의 위치가 달라질 수 있기 때문에 모든 절개면(121a,121b,121c)을 경사면으로 형성하고, 그 각도 또한 평균적으로 비추게 되는 각도를 상정하여 형성할 수도 있다. 그렇게 함으로써 리플렉터(120)의 위치가 바뀌거나 카메라의 위치가 바뀌더라도 겹치는 부분을 최소화하여 정확한 측정에 도움을 줄 수 있게 된다.

이렇게 절개면(121a,121b,121c)을 평면상 직사각형 형태로 하고 있으나 다각형으로 형성하거나 원형의 마크도 상정해 볼 수 있다. 물론 그러한 면을 경사면으로 형성하여 같은 효과를 제공하도록 할 수 있는 것이다.

이렇게 경사면에 의해 혼합된 영상이 획득되는 것을 미연에 방지하게 되기 때문에 더욱 향상된 멜트갭 측정도를 구현할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

120 : 리플렉터 121 : 마크
122 : 영상

Claims (8)

1. 도가니 내부에 용융된 폴리실리콘의 표면과 상기 도가니 상부에 설치된 리플렉터 사이의 거리인 멜트갭을 측정하는 잉곳성장장치의 멜트갭 측정장치로서,
   상기 리플렉터 내측 하단에 일부가 절개되어 형성된 마크;
   상기 마크의 폴리실리콘의 표면에 반사된 영상을 획득하는 카메라; 및
   상기 카메라에 의해 획득된 영상을 매개로 상기 멜트갭을 계산하여 출력하는 프로세서;를 포함하고,
   상기 마크는 상기 영상에 반사되어 겹치는 부분이 발생되지 않도록 절개면 중에 상기 카메라와 반사된 영상이 이루는 각도보다 더 작게 형성된 경사면을 구비하는 것을 특징으로 하는 잉곳성장장치의 멜트갭 측정장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 절개면은 상기 리플렉터의 내측면으로부터 90도 각도로 연속 절개되어 세 개의 절개면을 형성함으로써 직사각형 마크를 이루게 되는 것을 특징으로 하는 잉곳성장장치의 멜트갭 측정장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 절개면 중에 두 개의 절개면에 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는 잉곳성장장치의 멜트갭 측정장치.
5. 도가니 내부에 용융된 폴리실리콘의 표면과 상기 도가니 상부에 설치된 리플렉터 사이의 거리인 멜트갭을 측정하는 잉곳성장장치의 멜트갭 측정방법으로서,
   상기 리플렉터에 구비된 절개된 부분인 마크의 폴리실리콘 표면에 반사된 영상을 카메라로 획득하는 단계;
   상기 획득된 영상을 프로세서에서 픽셀의 명암을 확인하여 상기 멜트갭을 연산하여 출력하는 단계;를 포함하고,
   상기 마크는 상기 영상에 반사되어 겹치는 부분이 발생되지 않도록 절개면 중에 상기 카메라와 반사된 영상이 이루는 각도보다 더 작게 형성된 경사면을 구비하는 것을 특징으로 하는 잉곳성장장치의 멜트갭 측정방법.
6. 삭제
7. 제5항에 있어서,
   상기 절개면은 상기 리플렉터의 내측면으로부터 90도 각도로 연속 절개되어 세 개의 절개면을 형성함으로써 직사각형 마크를 이루게 되는 것을 특징으로 하는 잉곳성장장치의 멜트갭 측정방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 절개면 중에 두 개의 절개면에 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는 잉곳성장장치의 멜트갭 측정방법.
   

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