KR101663878B1 - The Monitoring and control system for sapphire crystal growth - Google Patents
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Abstract
본 발명은 LED 기판의 주재료인 웨이퍼를 대량으로 생산하기 위한 사파이어 단결정 성장장치의 잉곳을 정밀하게 모니터링할 수 있는 제어장치 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 웨이퍼의 원재료인 잉곳을 가열로에 넣어 2050℃ 이상 고온에서 사파이어 단결정체인 잉곳을 선명하게 초기 시드 위치 및 성장상황을 관찰 할 수 있도록 한 레이저광학 영상처리기법을 이용한 사파이어 단결정 성장장치의 잉곳 성장 관찰용 모니터링 제어장치에 관한 것이다.
산화알루미늄을 도가니(100)에 넣어 전극(201)을 이용한 가열을 통해 용해한 다음, 용융된 산화알루미늄에 천천히 시드(101)가 접촉한 후 인상과 회전 동시동작에 의해 단결정 잉곳(102)으로 성장시키는 사파이어 단결정 성장장치에 있어서, 상기 잉곳(102) 성장 관찰용 모니터링부(300)와, 상기 모니터링부(300)을 통해 전송되는 잉곳(102) 성장 장면을 작업자가 모니터로 통해 선명하게 확인하면서 작업이 가능한 화면캡쳐 실시간 필터변환 재생장치(450)가 구성된 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a control device capable of precisely monitoring the ingot of a sapphire single crystal growth apparatus for mass production of a wafer as a main material of an LED substrate. More specifically, the ingot, which is a raw material of the wafer, And more particularly, to a monitoring and controlling apparatus for observing ingot growth of a sapphire single crystal growing apparatus using a laser optical image processing technique capable of observing an initial seed position and a growth state of a sapphire single crystal ingot at high temperature.
The aluminum oxide is dissolved in the crucible 100 through heating using the electrode 201. The seed 101 is slowly brought into contact with the molten aluminum oxide and is then grown into the monocrystalline ingot 102 by the operation of pulling up and rotating The monitoring unit 300 monitors the growth of the ingot 102 and the growth of the ingot 102 transmitted through the monitoring unit 300 through a monitor to monitor the growth of the sapphire single crystal, And a screen capture real-time filter conversion / playback device 450 is configured.
Description
본 발명은 LED 기판의 주재료인 웨이퍼를 대량으로 생산하기 위한 사파이어 단결정 성장장치의 잉곳을 정밀하게 모니터링할 수 있는 제어장치 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 웨이퍼의 원재료인 잉곳을 가열로에 넣어 2050℃ 이상 고온에서 사파이어 단결정체인 잉곳을 선명하게 초기 시드 위치 및 성장상황을 관찰 할 수 있도록 한 레이저광학 영상처리기법을 이용한 사파이어 단결정 성장장치의 잉곳 성장 관찰용 모니터링 제어장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a control device capable of precisely monitoring the ingot of a sapphire single crystal growth apparatus for mass production of a wafer as a main material of an LED substrate. More specifically, the ingot, which is a raw material of the wafer, And more particularly, to a monitoring and controlling apparatus for observing ingot growth of a sapphire single crystal growing apparatus using a laser optical image processing technique capable of observing an initial seed position and a growth state of a sapphire single crystal ingot at high temperature.
일반적으로, 사파이어 단결정 성장장치를 통해 LED 부품용 웨이퍼의 원재료인 잉곳을 생산하기 위해서는 도1에 도시된 바와 같이 산화알루미늄을 원재료로 도가니(100)에 투입하여 2050℃ 이상 시드(101)를 통홰 단결정 잉곳(102)으로 길이방향으로 성장(쵸크랄스키 방법은 도가니에서 재료를 녹인 다음 시드를 넣고, 서서히 식히면서 케이블이나 축을 사용하여 시드를 회전시키면서 상부로 올려 잉곳을 성장시키는 방법)시킨 다음 성장된 잉곳(102)은 외부 표면이 불균일하게 구성된 잉곳을 슬라이싱하여 웨이퍼로 제작하게 된다.
Generally, in order to produce an ingot, which is a raw material of an LED component wafer, through a sapphire single crystal growth apparatus, aluminum oxide is put into a
이때, 웨이퍼로 생산된 재료는 LED기판의 주재료로 사용하게되며, 현재에는 다양한 분야에 LED수요가 기하급수적으로 늘어나고 있는 상황이어서 사파이어용 단결정의 수요도 급증하고 있는 추세에 있다.
At this time, wafer-based materials will be used as the main material for LED substrates. Currently, LED demand is expanding exponentially in various fields, and the demand for sapphire single crystals is increasing rapidly.
일반적인 잉곳의 성장방식 중 하나인 쵸크랄스키에서 잉곳의 성장공정은 도 1 에 도시된 바와 같이 시딩(seeding)→ 네킹(necking)→쇼울더(shouldering)→잉곳성장(body)→테일(tail)의 순서로 생산하게 되며, The growth process of the ingot in Czochralski, which is one of the general ingot growth methods, is as follows: seeding → necking → shouldering → ingot growth → tail In addition,
이러한 자동화 생산공정중에 가장 중요한 부분이 숙련된 작업자에 의해 초기 시딩과 네킹시의 잉곳 성장상태의 시각적 확인을 통한 시동작을 수동으로 체크해야되는 것이 전체 공정중에서 잉곳의 성장과 품질은 좌우하는 가장 중요한 작업을 수행하게 된다.
The most important part of this automated production process is to manually check the starting operation by visual confirmation of the initial seeding and ingot growth state by the skilled worker. This is the most important work .
그러나, 도 2에 도시된 바와 같이 이러한 종래 잉곳성장장치의 사파이이의 평균 용융온도는 2000℃ 이상으로 도가니(100) 내부 핫존은 평균 2050℃ 이상의 온도가 요구되기 때문에 기존 실리콘 단결정 성장장치의 핫존에서 요구되는 1450℃의 온도보다 600℃이상 높아 기존 실리콘 단결정 성장장치 보다 더욱 극한 환경이 요구되는 환경적 요인으로 인해 용융시 발생되는 고온의 밝은 빛과 온도로 인해 기존 실리콘 잉곳 성장시 CCD비전(202) 잉곳 모니터링 방식은 육안으로 깨끗하게 확인할 수 없는 문제점이 있고,
However, as shown in FIG. 2, since the average melting temperature of the sapphire of the conventional ingot growing apparatus is higher than 2000 ° C. and the internal hot zone of the
또한, 2000℃ 이상의 용융 온도에서 발생되는 열과 빛이 기존 CCD비전(202)통해 전송될 때 기존에 비해 600℃이상 밝은 영상으로 인해 관리자가 잉곳의 성장 상태를 명확히 모니터링할 수 없는 문제점이 발생하게 되며,
In addition, when heat and light generated at a melting temperature of 2000 ° C or higher is transmitted through the existing
게다가, 온도계와 같은 센서로 잉곳의 성장상태를 모니터링하는 경우에도 핫존 온도 상승으로 인한 고단가용 센서의 대체되야 하는 비용증가 및 기존 센서 사용에 따른 오차 증가로 인한 문제점이 추가로 발생하여 이로 인한 사파이어 잉곳성장을 위한 최적의 파라메터 도출의 어려움과 동시에 생산율이 떨어지는 문제점이 발생되에 이에 대한 개선안이 요구되고 있는 실정에 있다.
In addition, even when the growth state of the ingot is monitored by a sensor such as a thermometer, there is an additional problem due to an increase in the cost of replacement of the high-availability sensor due to the rise of the hot zone temperature and an error due to the use of the existing sensor, It is difficult to derive the optimal parameters for growth and at the same time the production rate is lowered.
본 발명은 전술한 바와 같이 2000℃ 이상의 용융 온도에서 발생되는 열과 빛이 CCD비전 통해 관찰이 힘든 종래 문제점을 일소에 해결하고자 창출된 것으로서,As described above, the present invention has been made in order to solve the conventional problem that heat and light generated at a melting temperature of 2000 ° C or more are difficult to observe through a CCD vision,
저가의 비용으로도 2050℃ 이상의 고온에서도 시딩-네킹시의 상태 확인이 가능한 모니터링 장치 및 방법을 제공하여 작업환경 변경에 따른 종래 장비의 비용 부담을 최소화 할 수 있음은 물론, 작업자가 모니터링시 보다 선명한 화질은 얻을 수 있도록 하여 정밀도와 제품 품질을 향상 시킬 수 있도록 한 사파이어 단결정 성장장치의 잉곳 성장 관찰용 모니터링 제어장치를 제공함에 그 기술적 과제의 주안점을 두고 완성한 것이다.
It is possible to minimize the cost burden of the conventional equipment due to the change of the working environment by providing a monitoring apparatus and method that can check the state at seeding-neking even at a high temperature of 2050 DEG C or more at a low cost, The present invention provides a monitoring control apparatus for growing ingots of a sapphire single crystal growth apparatus capable of improving image quality and improving precision and product quality.
이에 본 발명은 산화알루미늄을 도가니(100)에 넣어 전극(201)을 이용한 가열을 통해 용해한 다음, 용융된 산화알루미늄에 천천히 시드(101)가 접촉한 후 인상과 회전 동시동작에 의해 단결정 잉곳(102)으로 성장시키는 사파이어 단결정 성장장치에 있어서, 상기 잉곳(102) 성장 관찰용 모니터링부(300)와, 상기 모니터링부(300)을 통해 전송되는 잉곳(102) 성장 장면을 작업자가 모니터로 통해 선명하게 확인하면서 작업이 가능한 화면캡쳐 실시간 필터변환 재생장치(450)가 구비된 것을 특징으로 한다.
Accordingly, aluminum oxide is dissolved in the
이에 본 발명은 잉곳성장장치의 사파이이의 평균 용융온도는 2000℃ 이상 극한 환경에서도 용융시 발생되는 고온의 밝은 빛을 작업자가 선명하게 잉곳의 성장상태 모니터링이 가능하도록 레이저광학 영상처리기법을 적용해 기존 장비를 그대로 이용하면서도 높은온도에서 발생되는 빛이나 열에 상관없이 선명하게 확인할 수 있는 효과가 있고, Accordingly, the present invention is based on the fact that the average melting temperature of the sapphire of the ingot growing apparatus is higher than 2000 ° C, and the laser light optical image processing technique is applied to enable the operator to monitor the growth state of the ingot clearly, Even though the equipment is used as it is, there is an effect that can be confirmed clearly regardless of light or heat generated at a high temperature,
또한, 잉곳 성장장치에 별도 모니터링 보조 장치인 온도계와 같은 센서류 들을 그대로 이용하여 기존 장치대비 큰 하드웨어의 추가 없이 구현가능하여 비용절감 이점이 있으며,In addition, since the sensor such as a thermometer, which is a monitoring auxiliary device, is used as it is in the ingot growing device, it can be implemented without adding a large amount of hardware compared to the existing device,
게다가, 잉곳 성장 공정의 자동화를 위한 최적 파라메터의 도출의 과정이 작업자의 작업효율 증대에 따른 잉곳의 불량률을 낮출 수 있는 이점이 있는 등 그 기대하는 바가 실로 다대한 발명이라 할 수 있다.
In addition, the process of deriving the optimum parameters for automation of the ingot growing process has the advantage of lowering the defective rate of the ingot in accordance with the increase of the work efficiency of the worker.
도 1 은 종래 단결정성장방법인 쵸크랄쇼키 공정 예시도
도 2 는 종래 쵸크랄쇼키 공정에 의한 잉곳성장장치의 구성을 나타내는 예시도
도 3 은 본 발명의 관찰용 모니터링부의 바람직한 실시 상태를 나타낸 예시도
도 4 는 본 발명의 잉곳의 성장에 따른 라인형 레이저의 빔의 형태의 측정상태를 나타낸 예시도
도 5 는 본 발명의 레이저의 투사각도와 카메라의 축 각도에 따른 잉곳이 형성되는 라인형 레이저 빔 형태를 나타낸 예시도
도 6은 본 발명의 관찰용 모니터링부가 설치된 잉곳성장장치 시스템의 개념도
도 7은 본 발명의 화면캡쳐 실시간 필터변환 재생장치와 영상처리부의 영상처리 방식 순서를 나타낸 예시도
도 8은 본 발명의 모니터링 제어용 화면 표시 및 제어를 위한 프로그램의 화면구성 예시도
도 9는 본 발명의 모니터링 제어용 화면의 잉곳성장공정에서의 주요공정 방식을 묘사하는 순서도.FIG. 1 is a diagram illustrating a conventional Czochralski process
Fig. 2 is an exemplary diagram showing a constitution of an ingot growing apparatus by a conventional Czochralski process
3 is an exemplary diagram showing a preferred embodiment of the monitoring unit for observation of the present invention
4 is an exemplary view showing a measurement state of a beam shape of a line-type laser according to the growth of an ingot of the present invention
5 is a view showing an example of a line type laser beam shape in which an ingot is formed according to the projection angle of the laser of the present invention and the axis angle of the camera
6 is a conceptual diagram of the ingot growing apparatus system equipped with the monitoring monitoring unit of the present invention
7 is a diagram illustrating an example of a sequence of image processing methods of the screen capture real-time filter conversion /
8 is a diagram showing an example of screen configuration of a program for monitoring display control and control of the present invention
9 is a flow chart depicting a main process method in the ingot growing step of the monitoring control screen of the present invention.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사파이어 단결정 성장장치의 잉곳 성장 관찰용 모니터링 제어장치의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a monitoring and controlling apparatus for observation of ingot growth of a sapphire single crystal growing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
산화알루미늄을 도가니(100)에 넣어 전극(201)을 이용한 가열을 통해 용해한 다음, 용융된 산화알루미늄에 천천히 시드(101)가 접촉한 후 인상과 회전 동시동작에 의해 단결정 잉곳(102)으로 성장시키는 사파이어 단결정 성장장치에 있어서,
The aluminum oxide is dissolved in the
상기 잉곳(102) 성장 관찰용 모니터링부(300)와,A
상기 모니터링부(300)을 통해 전송되는 잉곳(102) 성장 장면을 작업자가 모니터로 통해 선명하게 확인하면서 작업이 가능한 화면캡쳐 실시간 필터변환 재생장치(450)가; 구비된 것을 특징으로 한다.
A screen capture real-time filter conversion /
상기 모니터링부(300)에는,In the
시드(101)와 잉곳(102) 성장 접촉 부위를 측정용 레이저 빔을 발산하는 라인형레이저(301)와, A line-
상기 라인형레이저(301)를 통해 발상되는 레이져가 시드(101)와 잉곳(102) 접촉 부위를 비치도록 하여 이를 렌즈 통해 관찰하는 CCD카메라(302)와, A
상기 CCD카메라(302)의 렌즈 전측에는 광역통과용 필터와 특정파장통과용 필터를 구성한 여과투시판(303)과,On the front side of the lens of the
상기 여과투시판(303)은 회전될 수 있도록 회전모터(304)가 구성됨이 바람직하고,
It is preferable that the
상기 라인형레이저(301)의 투사각과 CCD카메라(302)의 각도 조절이 가능하도록 구성될 수 있으며,
The angle of the
상기 단결정 잉곳(102)을 스캔하기 위한 라인형레이저(301)는 라인형태의 패턴을 생성하는 것을 특징하고,
The line-
상기 화면캡쳐 실시간 필터변환 재생장치(450)는,The screen capture real-time filter conversion /
상기 CCD카메라(302)의 렌즈(302a)를 통해 실시간으로 촬영되는 동영상(451)을 정지영상으로 변환하는 화면캡쳐변환부(452)와,A screen
상기 화면캡쳐변환부(452)를 통해 전송되는 정지영상(453)을 단결정 잉곳(102)의 성장직경을 측정하여 그 결과를 제어기(미도시)에 전송하거나 혹은 정지화면을 모니터로 전송하는 영상처리부(453)와,A still image 453 transmitted through the screen
상기 영상처리부(453)를 통해 전송되는 정지영상을 작업자가 용이하게 관찰 할 수 있는 실시간 필터링을 거쳐 다시 기존 동영상 수준의 프레임속도에 정지화면을 오버레이화 시켜 작업자가 실시간으로 모니터링 할 수 있도록 출력됨이 바람직하며,
The still image transmitted through the image processing unit 453 is subjected to real-time filtering so that the operator can easily observe the still image, and then the still image is overlaid on the frame rate of the existing moving image level so that the operator can monitor the moving image in real- / RTI >
상기 영상처리부(453)는,The image processing unit 453,
상기 모니터링부(300)로 얻은 정지영상과 화면캡쳐 실시간 필터변환 재생장치(450)로부터 전송되는 정지영상을 연속적으로 보여주며, 장치의 상태와 제어를 위한 메뉴창들을 도시되는 모니터링 제어용 화면(400) 구성됨이 바람직하고,
A still image obtained from the
상기 모니터링 제어용 화면(400)은,The monitoring control screen (400)
상기 CCD 카메라를 통해 저장없이 들어오는 영상은 보여주는 원 동영상 창(401)과,A source moving
상기 원 동영상창(401)의 상측에는 수동 단결정 성장 작업을 통해, 최적의 단결정 잉곳성장 정보인 영상이미지는 복원 동영상 창(402)과,A video image as an optimum single crystal ingot growth information is displayed on the upper side of the original
상기 동영상 창(402) 일측에는 모니터링부(300)에서 필터를 적용한 영상을 처리한 결과를 보여주는 영상 창(403)과,One side of the
상기 영상 창(403) 하측에는 성장장치 전체의 상태를 나타내는 상태표시 창(404)와.Below the
상기 상태표시 창(404)의 일측에는 장치 제어를 위한 제어메뉴 창(405)과,On one side of the
성장장치 전체의 상태를 나타내는 상태표시을 위한 시드(101)의 이송속도, 회전속도, 도가니(100)의 온도등을 도출할 수 있도록 구성됨이 바람직하다.
The rotation speed, the temperature of the
이상과 같이 구성되는 본 발명의 작동관계를 설명하면 하기와 같다.The operational relationship of the present invention constituted as described above will be described below.
도1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 실리콘 잉곳장치의 기본적인 형태로는 도가니(100)에 용융된 산화알루미늄 위로 시드(101)가 접촉되도록 작동하고, 상기 시드(101)에 모터구동부(200)의 구동으로 인해 회전운동과 수직방향으로 이송량이 조절되며, 상기 도가니(100)의 내부 온도는 전극(201)에 공급되는 전력으로 조정되도록 작동되고, 상기 전극(201)내부의 상태는 모니터링 카메라(202)에 의해 관찰하여 작업자가 모니터를 통해 시드의 이송, 회전에 대한 명령과 상태, 도가니의 온도 조정, 모니터링 신호들은 모니터링 및 제어용 컴퓨터(203)에서 생성되거나 획득하게 되어, 최종적인 잉곳의 성장을 되도록 작동된다.
As shown in FIGS. 1 and 2, a conventional silicon ingot apparatus is operated in such a manner that a
게다가, LED 생산의 주재료인 웨이퍼를 생산하기 위해서는 원재료인 산화알루미늄을 도가니(100)에 넣어 2050℃ 이상의 고온의 온도가 유지될 수 있도록 외부 고압의 전원을 공급받아 전기적 에너지로 변환하는 전극(201)에 의한 가열을 통해 용해한 다음, In addition, in order to produce a wafer as a main material of LED production, an
상기 용융된 산화알루미늄에 도가니(100) 상부에 시드(101)가 산화알루미늄 접촉면까지 하강 후 시드(101)가 접촉하여 회전과 동시에 원형형태의 단결정 잉곳(102)을 성장시키는 성장장치에 이를 정밀하게 관찰 및 측정할 수 있는 잉곳(102) 성장 관찰용 모니터링부(300)를 적용시키되, 일반적인 모니터를 통한 전송방식이 아닌 잉곳(102) 성장 장면을 작업자가 높은 온도에서도 보다 선명하게 기존 모니터로 확인하면서 작업이 가능한 화면캡쳐 실시간 필터변환 재생장치(450)를 통해 실시간으로 작업자가 확인할 수 있도록 작동된다.
The
상기 모니터링부(300)에는, 시드(101)와 산화알루미늄 용융을 위한 2050℃이상의 고온에서의 단결정 잉곳(102) 성장 접촉 부위를 측정용 레이저 빔(미도시)을 주사하고 라인형레이저(301)를 통해 시드(101)와 잉곳(102)의 접촉지점에 측정용 라인형레이저(301)을 발산하여 이부위를 모니터링부(300)의 여과투시판(303)에 다양한 형태의 광역통과용 필터와 특정파장통과용 필터가 교체 가능하도록 작동되어 다양한 환경조건에서 도가니 내부 최적의 모티터링 환경을 측정하면서 관찰할 수 있도록 작동되고,
A laser beam for measurement (not shown) is scanned on the growth contact portion of the
또한, 여과투시판(303)에 설치되는 회전모터(304)에 의해 레이저의 투사각 조절이 용이하게 할 수 있도록 레이저 홀더(305)에 의해 CCD 카메라(302)에 탈 부착될 수 있도록 작동되며,
It is operated so that it can be attached to the
상기 직선형 레이저 빔은 도 4에 도시된 바와 같이 잉곳(101)의 성장 상태에 따라 형태가 달라지게 되고,As shown in FIG. 4, the linear laser beam has a different shape depending on the growth state of the
이때, 상기 회전모터(304)와 연결된 여과투시판(303)에 부착된 광학필터(미도시)를 통과하여 나타나는 영상들을 CCD 카메라(302)를 통해 모니터링 제어용 화면(400)에 표시되거나 제어기(미도시)에 잉곳(102)의 성장정보드를 데이터화 하여 저장하게 되며,At this time, images appearing through an optical filter (not shown) attached to the filtering and
게다가, 여과투시판(303)에는 4종류의 광학필터가 장착가능하여 광역통과 필터사용시 넓은 파장대역의 광선이 통과하게 되며, 상기 레이저의 파장대와 동일한 특정파장대만 통과시키는 필터를 사용하는 경우, 레이저의 이미지를 더욱 자세히 볼수 있는 영상을 획득할 수 있도록 작동되고,In addition, four types of optical filters can be mounted on the
또한, 상기 회전모터(304)와 CCD카메라(302)를 동기화시킬 경우에는 다양한 파장대의 영상을 얻을 수 있도록 작동된다.
When the
상기 단결정 잉곳을 스캔하기 위한 라인형레이저(301)는 라인형태의 패턴을 생성하게되며 고체화가 된 잉곳(101)형태의 사파이어와 용융된 산화알루미늄의 반사도가 다르기 때문에 잉곳(101)에서 용융된 산화알루미늄 사이에는 레이저의 형태가 도 4에 도시된 바와 같이 달라지게 되는데, The line-
이때 시드(101)에 형태에 따라 생성되는 이미지를 통해 성장되는 잉곳(102)의 직경을 측정할 수 이도록 작동되고,At this time, the
상기 측정된 잉곳(102)의 경우 모니터링부(300)의 레이저 파장대역 통과 필터를 적용하며 더욱 선명한 이미지를 모니터링 제어용 화면(400)에 제공할 수 있게 된다.
In the case of the measured
또한, 도 4 내지 도5에 도시된 바와 같이 유사한 이미지로 모니터링부(300)에서 라인형 레이저(301)와 CCD 카메라(302)의 각도에 따른 잉곳에 생성되는 레이저의 패턴을 나타나게 되며, Also, as shown in FIGS. 4 to 5, a pattern of laser generated in the ingot according to the angles of the line-
첫 번째는 라인형 레이저의 광축을 포함한 평면과 CCD 카메라의 광축을 포함하는 평면이 서로 기울어진 경우와, The first is the case where the plane including the optical axis of the line type laser and the plane including the optical axis of the CCD camera are inclined to each other,
두 번째는 앞서의 두 평면이 평형한 경우이다. The second is the case where the two planes are balanced.
이에 따라, 잉곳에 생성되는 레이저의 패턴에 따라서 라인형 레이저와 CCD카메라 사이의 상대관계를 알 수 있게되며, 이에 따른 보정을 통해 정확한 레이저 패턴, 즉 잉곳의 직경을 계산할 수 있도록 작동된다.
Accordingly, the relative relationship between the line-type laser and the CCD camera can be known according to the pattern of the laser generated in the ingot, and the accurate operation of the laser pattern, that is, the diameter of the ingot, can be calculated through the correction.
상기 화면캡쳐 실시간 필터변환 재생장치(450)는,The screen capture real-time filter conversion /
상기 CCD카메라(302)의 렌즈(미도시)를 통해 CCD 카메라의 속도가 60FPS일 경우, 1초당 60개의 정지화면이 컴퓨터에 동영상(451)을 정지영상으로 변환하는 화면캡쳐변환부(452)에 의해 작동이 되고,When the speed of the CCD camera is 60 FPS through a lens (not shown) of the
상기 화면캡쳐변환부(452)를 통해 전송되는 정지영상(453)을 단결정 잉곳(102)의 길이정보를 추출하는 등의 영상처리 작업이 필요한 경우에는 정지영상으로부터 잉곳의 길이를 측정하는 연산이 이루어지도록 하여 측정된 결과를 컴퓨터의 제어부로 전송하도록 작동되며,When an image processing operation such as extracting the length information of the
상기 영상처리부(453)에서는 측정된 정지영상에 측정결과를 오버레이화해서 그 결과를 제어기와 모니터링 제어용 화면(400)로 초당 60개의 영상속도로 전송 되도록 작동되고,The image processing unit 453 overlays the measurement result on the measured still image and transmits the result to the controller and the
이에 따라 상기 영상처리부(453)를 통해 전송되는 실시간 영상을 작업자가 용이하게 관찰 할 수 있는 실시간 필터링을 거쳐 다시 기존 동영상 수준의 프레임속도에 정지화면을 오버레이화 시켜 작업자가 실시간으로 모니터링 할 수 있도록작동된다.
Accordingly, the real-time image transmitted through the image processing unit 453 is subjected to real-time filtering so that the operator can easily observe the real-time image, and then overlays the still image at the frame rate of the existing moving image to enable the operator to monitor in real time do.
상기 영상처리부(453)는,The image processing unit 453,
상기 모니터링부(300)로 얻은 정지영상과 화면캡쳐 실시간 필터변환 재생장치(450)로부터 전송되는 정지영상을 연속적으로 보여주며, 장치의 상태와 제어를 위한 메뉴창들을 도시되는 모니터링 제어용 화면(400) 구성한 것 특징으로 한 사파이어 단결정 성장장치의 잉곳 성장 관찰용 모니터링 제어장치.
A still image obtained from the
도 8에 도시된 모니터링 제어용 화면(400)은 The
본 발명에 의한 작업자에게 표시되는 모니터링 및 제어용 컴퓨터(203)의 모니터 화면등 여러개의 창으로 나뉘어 구성될수 있고,A monitor screen of the
상기 CCD카메라(302)를 통해 저장없이 들어오는 영상은 원 동영상 창(401)에 나타나도록 작동되며,The image input through the
상기 영상처리를 거치 결과물인 따른 영상이미지는 복원 동영상 창(402)에 나타나도록 작동되고,The image corresponding to the result of the image processing is operated to appear in the
상기 필터통과 영상 창(403)에는 모니터링부(300)에서 필터를 적용한 영상을 처리한 결과가 나타나도록 작동되며,The filter passing
상기 성장장치 전체의 상태를 나타내는 상태표시 창(404)과 장치 제어를 위한 제어메뉴 창(405)도 포함하여 나타날 수 있도록 하여 사용자가 모니터링을 하면서 동시에 제어를 할 수 있도록 작동된다.
A
도 9에 도시된 바와 같이 본 발명의 단결정 성장을 위한 주요공정(시딩~테일)을 나타낸 순서도로서, 단결정 잉곳의 성공적인 성장은 시드의 회전속도, 수직으로의 이송(인상)속도, 도가니의 온도등 주요 파라메터의 적절한 조합에 의해서 이루어지도록 작동되고,As shown in FIG. 9, the main process (seeding to tail) for the single crystal growth of the present invention is as follows. Successive growth of the single crystal ingot depends on the rotation speed of the seed, the vertical transferring (pulling) Lt; / RTI > is operated to be done by an appropriate combination of the main parameters,
상기 최초의 잉곳 성장이나 새로운 형태의 잉곳 성장시 최적의 성장을 위한 파라메터에 대한 정보가 없으므로, 최적 파라메터 도출을 위해 사용자는 수동 잉곳 성장 시험이 필요하지만, 이 경우, 사용자는 본 발명에서 제안하는 모니터링 방법에 의해 잉곳의 상태를 확인할 수 있으며, 시행착오를 통해 최적의 파라메터를 찾게 되고, Since there is no information on parameters for optimal growth during the initial ingot growth or new type of ingot growth, the user needs a manual ingot growth test in order to derive an optimum parameter. In this case, however, The state of the ingot can be confirmed by the method, and the optimum parameter is found through trial and error,
상기 파라메터는 모니터링 및 제어용 컴퓨터(203)에 저장되어, 다음 작업시 저장된 파라메터를 이용하여 자동으로 단결정 잉곳의 성장공정이 이루어지도록 작동된다.
The parameter is stored in the
한편, 사파이어 잉곳은 투명하여, 제공된 모니터링 기법에 의해 육안으로 고상/액상 경계면의 구분이 어려울 수 있으므로, 특정파장의 레이저를 잉곳(102)에 주사하여, 특정파장만을 통과시키는 필터를 적용하며, 잉곳(102)의 경계면을 도출하는 방법이 효율적으로 적용될 수 있다.
On the other hand, since the sapphire ingot is transparent and it may be difficult to distinguish the solid / liquid interface from the naked eye by the provided monitoring technique, a filter is used which scans the
100: 도가니 101: 시드
102: 잉곳 201: 전극
300: 모니터링부 301: 라인형레이저
302: CCD카메라 303: 여과투시판
304: 회전모터 450:화면캡쳐 실시간 필터변환 재생장치100: crucible 101: seed
102: ingot 201: electrode
300: Monitoring section 301: Line type laser
302: CCD camera 303: filter-on-market
304: Rotary motor 450: Screen capture
Claims (7)
상기 잉곳(102) 성장 관찰용 모니터링부(300)와, 상기 모니터링부(300)을 통해 전송되는 잉곳(102) 성장 장면을 작업자가 모니터로 통해 선명하게 확인하면서 작업이 가능한 화면캡쳐 실시간 필터변환 재생장치(450)가 구성된 것과;
상기 모니터링부(300)에는, 시드(101)와 잉곳(102) 성장 접촉 부위를 측정용 레이저 빔을 발산하는 라인형레이저(301)와, 상기 라인형레이저(301)를 통해 발상되는 레이져가 시드(101)와 잉곳(102) 접촉 부위를 비치도록 하여 이를 렌즈 통해 관찰하는 CCD카메라(302)와, 상기 CCD카메라(302)의 렌즈 전측에는 광역통과용 필터와 특정파장통과용 필터를 구성한 여과투시판(303)과, 상기 여과투시판(303)은 회전될 수 있도록 회전모터(304)가 구성된 것과;
상기 모니터링부(300)은, 상기 라인형레이저(301)의 투사각과 CCD카메라(302)의 각도 조절이 가능한 것과;
상기 단결정 잉곳(102)을 스캔하기 위한 라인형레이저(301)는, 라인형태의 패턴을 생성하는 것과;
상기 화면캡쳐 실시간 필터변환 재생장치(450)는, CCD카메라(302)의 렌즈(302a)를 통해 실시간으로 촬영되는 동영상(451)을 정지영상으로 변환하는 화면캡쳐변환부(452)와, 상기 화면캡쳐변환부(452)를 통해 전송되는 정지영상(453)을 단결정 잉곳(102)의 성장직경을 측정하여 그 결과를 제어기에 전송하거나 혹은 정지화면을 모니터로 전송하는 영상처리부(453)와, 상기 영상처리부(453)를 통해 전송되는 정지영상을 작업자가 용이하게 관찰 할 수 있는 실시간 필터링을 거쳐 다시 기존 동영상 수준의 프레임속도에 정지화면을 오버레이화 시켜 작업자가 실시간으로 모니터링 할 수 있도록 출력하는 구성된 것과;
상기 영상처리부(453)는, 상기 모니터링부(300)로 얻은 정지영상과 화면캡쳐 실시간 필터변환 재생장치(450)로부터 전송되는 정지영상을 연속적으로 보여주며, 장치의 상태와 제어를 위한 메뉴창들을 도시되는 모니터링 제어용 화면(400) 구성한 것과;
상기 모니터링 제어용 화면(400)은, 상기 CCD 카메라를 통해 저장없이 들어오는 영상은 보여주는 원 동영상 창(401)과, 상기 원 동영상창(401)의 상측에는 수동 단결정 성장 작업을 통해, 최적의 단결정 잉곳성장 정보인 영상이미지는 복원 동영상 창(402)과, 상기 동영상 창(402) 일측에는 모니터링부(300)에서 필터를 적용한 영상을 처리한 결과를 보여주는 영상 창(403)과, 상기 영상 창(403) 하측에는 성장장치 전체의 상태를 나타내는 상태표시 창(404)와, 상기 상태표시 창(404)의 일측에는 장치 제어를 위한 제어메뉴 창(405)과, 성장장치 전체의 상태를 나타내는 상태표시을 위한 시드(101)의 이송속도, 회전속도, 도가니(100)의 온도를 도출할 수 있는 것을 특징으로 하는 사파이어 단결정 성장장치의 잉곳 성장 관찰용 모니터링 제어장치.
The aluminum oxide is dissolved in the crucible 100 through heating using the electrode 201. The seed 101 is slowly brought into contact with the molten aluminum oxide and is then grown into the monocrystalline ingot 102 by the operation of pulling up and rotating In a sapphire single crystal growth apparatus,
A monitoring unit 300 for observing growth of the ingot 102 and a screen capture real time filter transforming and reproducing unit 102 for monitoring the growth of the ingot 102 transmitted through the monitoring unit 300, The device 450 is configured;
The monitoring unit 300 is provided with a line type laser 301 for emitting a laser beam for measurement on the growth contacting portion of the seed 101 and the ingot 102, A CCD camera 302 for observing the contact portion of the ingot 101 and the ingot 102 through a lens, and a filter for forming a filter for passing a specific wavelength and a filter for passing a specific wavelength on the front side of the lens of the CCD camera 302 A commercially available plate 303, and a rotating motor 304 configured to rotate the filtration-receiving plate 303;
The monitoring unit 300 can adjust the angle of projection of the line-type laser 301 and the angle of the CCD camera 302;
A line-type laser 301 for scanning the single crystal ingot 102 is configured to generate a line-shaped pattern;
The screen capture real-time filter conversion / playback apparatus 450 includes a screen capture conversion unit 452 for converting a moving image 451 captured in real time through a lens 302a of the CCD camera 302 into a still image, An image processor 453 for measuring the growth diameter of the monocrystalline ingot 102 transmitted from the still image 453 transmitted through the capture converter 452 and transmitting the result to the controller or transmitting the still image to the monitor, The still image transmitted through the image processing unit 453 is subjected to real-time filtering so that the operator can easily observe the still image, and the still image is overlaid on the frame rate of the existing moving image level so that the operator can monitor the moving image in real- ;
The image processor 453 continuously displays a still image obtained from the monitoring unit 300 and a still image transmitted from the screen capture real-time filter conversion / playback apparatus 450, and displays a menu window for status and control of the apparatus A monitoring control screen 400 shown in Fig.
The monitor control screen 400 includes an original moving picture window 401 for displaying an image received through the CCD camera without storing the image and an optimal monocrystalline ingot growth A video image 403 showing a result of processing a video image subjected to a filter by the monitoring unit 300 is provided at one side of the video window 402, A control menu window 405 for controlling the apparatus is provided on one side of the status display window 404, and a seed window 404 for status display indicating the status of the entire growth apparatus. And the temperature of the crucible (100) can be derived from the feed rate, rotation speed, and temperature of the crucible (101).
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