KR102051024B1 - Ingot growing temperature controller and ingot growing apparatus with it - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an apparatus for controlling an ingot growth temperature which can increase repeatability and reproducibility of the quality for each batch by controlling an ingot growth temperature by reflecting only a current pulling speed error (ΔP/S) with respect to power (H/P) of a heater; and to an ingot growth apparatus having the same. The apparatus for controlling an ingot growth temperature, which controls heater power (H/P) for heating a crucible to a target temperature (Temp_t) in order to pull an ingot from a melt contained in the crucible inside a chamber to a target pulling speed (P/S_t) while growing the same to a target diameter (D_t), comprises: a diameter controller calculating an actual pulling speed (P/S) and an average pulling speed (P/S_avg) by comparing a diameter error (ΔD), which is the difference between an actual diameter (D) of an ingot and a target diameter (D_t) with a target pulling speed (P/S_t); and a heater power controller correcting a target temperature (Temp_t) provided in a heater power form in accordance with a pulling speed error (ΔP/S), which is a difference value between an average pulling speed (P/S_avg) and the target pulling speed (P/S_t), provided by the diameter controller, while a body process of the ingot is performed, and providing the same for a heater power (H/P).

Description

잉곳 성장온도 제어장치 및 이를 구비한 잉곳 성장장치 {INGOT GROWING TEMPERATURE CONTROLLER AND INGOT GROWING APPARATUS WITH IT}Ingot growth temperature control device and ingot growth device having same {INGOT GROWING TEMPERATURE CONTROLLER AND INGOT GROWING APPARATUS WITH IT}

본 발명은 히터의 파워(H/P)를 기준으로 현재 인상속도 오차(ΔP/S)만 반영하여 잉곳 성장온도를 제어함으로써, 배치(batch) 별로 품질의 반복성 및 재현성을 높일 수 있는 잉곳 성장온도 제어장치 및 이를 구비한 잉곳 성장장치에 관한 것이다.The present invention controls the ingot growth temperature by reflecting only the current pulling speed error (ΔP / S) based on the power of the heater (H / P), thereby increasing the repeatability and reproducibility of quality for each batch. It relates to a control device and an ingot growth device having the same.

반도체 소자의 제조 시 기판으로 주로 사용되는 실리콘 웨이퍼(wafer)는 일반적으로 고순도 다결정 실리콘을 제조한 후, 쵸크랄스키(Czochralski: CZ) 결정성장법에 따라 다결정 실리콘으로부터 단결정을 성장시켜 단결정 실리콘 봉을 생산하고 이를 얇게 절단하여 실리콘 웨이퍼를 생산하며, 웨이퍼의 일면을 경면 연마(polishing)하고 세정한 후 최종 검사하여 제조한다.Silicon wafers, which are mainly used as substrates in the manufacture of semiconductor devices, generally produce high-purity polycrystalline silicon, and then grow single crystals from polycrystalline silicon according to the Czochralski (CZ) crystal growth method to obtain single crystal silicon rods. It is produced and cut thinly to produce a silicon wafer, which is manufactured by mirror polishing, cleaning and final inspection of one side of the wafer.

예를 들어, 종래기술에 의한 단결정 잉곳성장방법은 다결정 실리콘을 용융한 용융액에 시드를 침지한 후, 종결정을 빠른 인상속도로 성장하여 네킹 공정을 진행한다. 그리고, 단결정을 시드와 직경방향으로 서서히 성장시키며 소정 크기의 직경을 가지면 숄더링 단계를 진행한다. 숄더링 단계 이후에 바디 성장을 진행하며 소정길이 만큼 바디공정 진행후에 바디의 직경을 감소시키고 융액으로부터 분리하는 테일링 공정을 거쳐 단결정 잉곳성장을 완료한다.For example, the single crystal ingot growth method according to the prior art, after immersing the seed in the molten liquid melted polycrystalline silicon, grows the seed crystal at a high pulling speed to proceed the necking process. Then, the single crystal is gradually grown in the radial direction with the seed and has a shoulder size if the diameter of the predetermined size. Body growth is carried out after the shouldering step, and after the body process proceeds by a predetermined length, a single crystal ingot growth is completed through a tailing process of reducing the diameter of the body and separating it from the melt.

이러한 쵸그랄스키 공정에서 단결정 성장시 주된 관심은 전위, 보이드 또는 결정 격자 구조 내의 다른 결함들이 형성되는 것을 방지하는 것에 있다. 만약, 단결정 내에 국부적인 결함 또는 전위가 전파된다면, 단결정 전체를 모두 사용할 수 없기 때문이다. The main concern in single crystal growth in this Czochralski process is to prevent the formation of dislocations, voids or other defects in the crystal lattice structure. If local defects or dislocations are propagated in the single crystal, the entire single crystal cannot be used.

특히, 쵸크랄스키 공정에 의한 단결정 잉곳의 성장 시에는 베이컨시(vacancy)와 격자간 실리콘(interstitial silicon)이 고액계면을 통해 단결정 내로 유입되며, 이러한 유입된 베이컨시와 격자간 실리콘의 농도가 과포화 상태에 이르면 베이컨시와 격자간 실리콘이 확산 및 응집하여 베이컨시 결함(이하, V 결함이라 함)과 인터스티셜 결함(I 결함이라 함)을 형성하는 것이 문제된다.In particular, during the growth of the single crystal ingot by the Czochralski process, vacancy and interstitial silicon are introduced into the single crystal through a solid-liquid interface, and the concentration of the introduced bacon and interstitial silicon is supersaturated. When the state is reached, the silicon between the vacancy and the lattice is diffused and aggregated to form vacancy defects (hereinafter referred to as V defects) and interstitial defects (called I defects).

V 결함과 I 결함의 발생을 억제하기 위해서, 단결정의 인상속도 V와 고액 계면에서의 온도 구배 G의 비인 V/G를 특정 범위 안에서 제어하는 방법을 사용한다. 그리고, 이러한 단결정의 인상속도와 고액 계면에서의 온도는 단결정의 잉곳의 직경을 결정짓는 요소에도 해당된다. In order to suppress the occurrence of V defects and I defects, a method of controlling V / G, which is the ratio of the pulling rate V of the single crystal and the temperature gradient G at the solid-liquid interface, is used within a specific range. In addition, the pulling speed of the single crystal and the temperature at the solid-liquid interface also correspond to the element that determines the diameter of the ingot of the single crystal.

그러므로, 잉곳의 결함발생을 억제하고 직경을 균일하게 유지하기 위해, 인상속도와 함께 실리콘 융액 온도를 적절하게 제어할 필요가 있으며, 실제로 실리콘 융액을 가열하는 히터의 파워를 제어함으로써, 잉곳 성장온도를 제어하고 있다. Therefore, in order to suppress the occurrence of defects of the ingot and to keep the diameter uniform, it is necessary to appropriately control the silicon melt temperature together with the pulling speed, and by controlling the power of the heater that actually heats the silicon melt, thereby increasing the ingot growth temperature. I'm in control.

도 1은 종래 기술의 잉곳 성장온도 제어장치 일예가 도시된 구성도이다.1 is a configuration diagram showing an example of the ingot growth temperature control apparatus of the prior art.

종래 기술에 따른 잉곳 성장온도 제어장치는 도 1에 도시된 바와 같이 직경 제어기(auto dia controller : ADC)와, 인상 제어기(auto growth controller : AGC)와, 온도 제어기(auto temp controller : ATC)로 구성된다.The ingot growth temperature control apparatus according to the prior art is composed of a diameter controller (auto dia controller (ADC), an auto growth controller (AGC), and a temperature controller (auto temp controller) ATC) as shown in FIG. do.

상세하게, 상기 직경 제어기(ADC)는 단결정의 직경(D)을 측정하여 단결정을 인상시키는 인상속도(P/S)로 출력하고, 상기 인상 제어기(AGC)는 상기 직경 제어기(ADC)에서 제공된 인상속도(P/S)를 평균하여 상대적인 온도로 보정량(ΔTemp)을 산출한 다음, 상기 온도 제어기(ATC)는 별도로 입력된 타겟 온도(Temp_t)와 상기 인상 제어기(AGC)에서 제공된 온도 보정량(ΔTemp)을 합하고, 그 값을 실제 온도(Temp)와 비교하여 히터의 파워(H/P)로 출력한다.In detail, the diameter controller ADC measures the diameter D of the single crystal and outputs it at a pulling speed P / S for raising the single crystal, and the pulling controller AGC is provided with the pulling provided by the diameter controller ADC. After calculating the correction amount [Delta] Temp at a relative temperature by averaging the speed P / S, the temperature controller ATC separately inputs the target temperature Temp_t and the temperature correction amount [Delta] Temp provided from the pulling controller AGC. Is added and the value is compared with the actual temperature (Temp) and output as the power (H / P) of the heater.

이와 같이, 상대적인 온도(ATC point)를 가감하여 잉곳 성장온도를 제어하면, 실제 온도를 상대적인 온도로 변환하고, 상대적인 온도를 히터 파워로 변환하는 과정에서 왜곡될 수 있으며, 배치(batch) 별로 또는 장비 별로 구성된 핫존의 상태 또는 측정센서의 상태에 따라 다르게 적용될 수 있다.In this way, if the ingot growth temperature is controlled by adding or subtracting the relative temperature (ATC point), it may be distorted in the process of converting the actual temperature to the relative temperature and converting the relative temperature to the heater power, and by batch or equipment It can be applied differently according to the state of the hot zone or the configuration of the measuring sensor.

도 2a 및 도 2b는 종래 기술의 잉곳 성장온도 제어방법에 따른 공정 별 상대적인 온도(ATC point)와 히터 파워(H/P)의 변화가 도시된 그래프이다.2A and 2B are graphs illustrating changes in relative temperature (ATC point) and heater power (H / P) for each process according to the ingot growth temperature control method of the prior art.

종래 기술에 따르면, 도 2a에 도시된 바와 같이 배치(batch) 별로 상대적인 온도(ATC point)의 변화가 50point 이상 발생하는 반면, 도 2b에 도시된 바와 같이 배치(batch) 별로 히터 파워(H/P)의 변화가 5kw 이내로 거의 없는 것을 확인할 수 있다.According to the related art, as shown in FIG. 2A, a change in the relative temperature (ATC point) occurs by 50 or more points per batch, whereas as shown in FIG. 2B, the heater power H / P per batch is shown. It can be seen that the change of) is almost within 5kw.

따라서, 종래 기술에 따라 상대적인 온도(ATC point)를 가감하여 잉곳 성장온도를 제어하면, 배치(batch) 별로 다르게 잉곳 성장온도가 제어될 수 있고, 그 결과 품질에 대한 반복성 및 재현성이 떨어지는 문제점이 있다.Therefore, when the ingot growth temperature is controlled by adding or subtracting a relative temperature (ATC point) according to the prior art, the ingot growth temperature can be controlled differently for each batch, and as a result, the repeatability and reproducibility with respect to quality are inferior. .

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 히터의 파워(H/P)를 기준으로 현재 인상속도 오차(ΔP/S)만 반영하여 잉곳 성장온도를 제어함으로써, 배치(batch) 별로 품질의 반복성 및 재현성을 높일 수 있는 잉곳 성장온도 제어장치 및 이를 구비한 잉곳 성장장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, by controlling the ingot growth temperature by reflecting only the current pulling speed error (ΔP / S) based on the power (H / P) of the heater, the batch (batch It is an object of the present invention to provide an ingot growth temperature control apparatus and an ingot growth apparatus having the same, which can increase the repeatability and reproducibility of quality.

본 발명은, 챔버 내부에서 도가니에 담긴 융액으로부터 잉곳을 타겟 직경(D_t)으로 성장시키는 동시에 타겟 인상속도(P/S_t)로 인상시키기 위하여, 상기 도가니를 가열하는 히터의 파워(H/P)를 타겟 온도(Temp_t)로 제어하는 잉곳 성장온도 제어장치에 있어서, 상기 잉곳의 실제 직경(D)과 타겟 직경(D_t)의 차이값인 직경 오차(ΔD)를 상기 타겟 인상속도(P/S_t)와 비교하여 실제 인상속도(P/S) 및 평균 인상속도(P/S_avg)를 산출하는 직경 제어기; 및 잉곳의 바디(body) 공정이 진행되는 동안, 히터 파워 형태로 제공된 타겟 온도(Temp_t)를 상기 직경 제어기에서 제공되는 평균 인상속도(P/S_avg)와 타겟 인상속도(P/S_t)의 차이값인 인상속도 오차(ΔP/S)에 따라 보정하여 히터의 파워(H/P)로 제공하는 히터파워 제어기;를 포함한다.The present invention is to increase the power (H / P) of the heater for heating the crucible in order to grow the ingot from the melt contained in the crucible inside the chamber to the target diameter (D_t) and at the same time to raise the target inlet (P / S_t). In the ingot growth temperature control device controlled by the target temperature (Temp_t), the diameter error (DELTA) D which is the difference value between the actual diameter (D) and the target diameter (D_t) of the ingot and the target pulling speed (P / S_t) A diameter controller for comparing the actual pulling speed P / S and the average pulling speed P / S_avg; And the difference between the average pulling speed P / S_avg and the target pulling speed P / S_t provided by the diameter controller with the target temperature Temp_t provided in the form of heater power during the body process of the ingot. And a heater power controller correcting according to the pulling speed error (ΔP / S) and providing the heater power (H / P).

본 발명에 따른 잉곳 성장온도 제어장치는, 잉곳의 바디 공정이 진행되는 동안, 히터파워 제어기가 히터 파워 형태로 제공된 타겟 온도(Temp_t)를 직경 제어기에서 제공된 인상속도 오차(ΔP/S)에 따라 보정하여 그대로 히터 파워(H/P)로 제공하여 잉곳 성장온도를 제어한다.Ingot growth temperature control apparatus according to the present invention, during the process of the body process of the ingot, the heater power controller corrects the target temperature (Temp_t) provided in the form of heater power according to the pulling speed error (ΔP / S) provided by the diameter controller By providing the heater power (H / P) as it is to control the ingot growth temperature.

따라서, 배치(batch) 별로 오차가 작은 히터의 파워(H/P)를 기준으로 인상속도 오차(ΔP/S)만 반영하여 잉곳 성장온도를 제어함으로써, 배치(batch) 별로 품질의 반복성 및 재현성을 높일 수 있는 이점이 있다.Therefore, by controlling the ingot growth temperature by reflecting only the pulling speed error (ΔP / S) based on the power (H / P) of the heater with a small error for each batch, the repeatability and reproducibility of quality for each batch There is an advantage to increase.

또한, 구성이 간단해지고, 히터의 파워(H/P)를 제어하여 인상속도 오차(ΔP/S)를 신속하고 정확하게 해소함으로써, 잉곳의 직경(D) 편차도 감소시킬 수 있는 이점이 있다.In addition, the configuration is simplified, and by controlling the power (H / P) of the heater to solve the pulling speed error (ΔP / S) quickly and accurately, there is an advantage that can also reduce the diameter (D) deviation of the ingot.

도 1은 종래 기술의 잉곳 성장온도 제어장치 일예가 도시된 구성도.
도 2a 및 도 2b는 종래 기술의 잉곳 성장온도 제어방법에 따른 배치(batch) 별 상대적인 온도(ATC point)와 히터 파워(H/P)의 변화가 도시된 그래프.
도 3은 본 발명의 잉곳 성장장치 일예가 도시된 개념도.
도 4는 도 3에 적용된 잉곳 성장온도 제어장치 일예가 도시된 구성도.
도 5는 도 4에 적용된 히터파워 제어기 일예가 도시된 구성도.
도 6은 잉곳 성장 공정 중 인상속도 오차(ΔP/S)에 따른 종래의 상대적인 온도(ATC point) 변화와 본 발명의 히터 파워(H/P) 변화가 도시된 그래프.
도 7a 및 도 7b는 종래와 본 발명의 배치(batch) 별 히터 파워(H/P) 변화 및 그 편차가 도시된 그래프.
도 8a 및 도 8b는 종래와 본 발명에 따라 배치 별로 제조된 잉곳의 길이 별 직경 편차가 도시된 그래프.
1 is a configuration diagram showing an example of the ingot growth temperature control apparatus of the prior art.
2A and 2B are graphs illustrating changes in relative temperature (ATC point) and heater power (H / P) for each batch according to the ingot growth temperature control method of the prior art.
Figure 3 is a conceptual diagram showing an example of the ingot growth apparatus of the present invention.
4 is a configuration diagram showing an example of the ingot growth temperature control apparatus applied to FIG.
5 is a configuration diagram showing an example of a heater power controller applied to FIG.
6 is a graph showing a change in the conventional relative temperature (ATC point) and the heater power (H / P) of the present invention according to the pulling speed error (ΔP / S) during the ingot growth process.
7A and 7B are graphs showing changes in heater power (H / P) and their deviations according to a batch of the prior art and the present invention.
8a and 8b is a graph showing the diameter deviation of the length of the ingot prepared by batch according to the prior art and 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, with reference to the accompanying drawings for the present embodiment will be described in detail. However, the scope of the inventive idea of the present embodiment may be determined from the matters disclosed by the present embodiment, and the inventive idea of the present embodiment may be implemented by adding, deleting, or modifying components to the proposed embodiment. It will be said to include variations.

도 3은 본 발명의 잉곳 성장장치 일예가 도시된 개념도이다.3 is a conceptual diagram illustrating an example of an ingot growth apparatus of the present invention.

본 발명의 잉곳 성장장치는 도 3에 도시된 바와 같이 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)의 직경을 측정하는 직경측정센서(130)와, 단결정 잉곳(IG)이 매달린 와이어(W)를 감아올려 단결정 잉곳(IG)을 인상시키는 인상장치(140)와, 상기 인상장치(140)의 작동을 제어하는 직경 제어기(ADC) 및 상기 히터(120)의 작동을 제어하는 히터파워 제어기(HPS)를 포함하는 성장온도 제어장치(200)를 포함한다.Ingot growth apparatus of the present invention is a crucible 110 containing the molten silicon (SM) and the crucible 110 is heated to grow a single crystal silicon ingot (IG) in the chamber 100, as shown in FIG. Raising device 120, the diameter measuring sensor 130 for measuring the diameter of the single crystal ingot (IG), and the pulling device for pulling up the single crystal ingot (IG) by winding the wire (W) suspended by the single crystal ingot (IG) ( 140 and a growth temperature controller 200 including a diameter controller ADC controlling the operation of the pulling device 140 and a heater power controller HPS controlling the operation of the heater 120. .

물론, 잉곳 성장 공정을 진행하기 전, 타겟 직경(D_t)과 타겟 인상속도(P/S_t) 및 타겟 온도(Temp_t)가 제공된다.Of course, before proceeding with the ingot growth process, the target diameter D_t, the target pulling speed P / S_t, and the target temperature Temp_t are provided.

특히, 타겟 온도(Temp_t)가 히터 파워 형태로 제공되고, 상기 히터파워 제어기(HPS)가 히터 파워 형태의 제어값을 입/출력하면서 상기 히터(120)의 작동을 제어하도록 구성된다.In particular, a target temperature Temp_t is provided in the form of a heater power, and the heater power controller HPS is configured to control the operation of the heater 120 while inputting / outputting a control value in the form of a heater power.

도 4는 도 3에 적용된 잉곳 성장온도 제어장치 일예가 도시된 구성도이고, 도 5는 도 4에 적용된 히터파워 제어기 일예가 도시된 구성도이다.4 is a configuration diagram illustrating an example of an ingot growth temperature control apparatus applied to FIG. 3, and FIG. 5 is a configuration diagram illustrating an example of a heater power controller applied to FIG. 4.

본 발명의 잉곳 성장온도 제어장치는 도 4에 도시된 바와 같이 직경 제어기(ADC) 및 히터파워 제어기(HPS)를 포함한다.Ingot growth temperature control apparatus of the present invention includes a diameter controller (ADC) and a heater power controller (HPS) as shown in FIG.

상기 직경 제어기(ADC)는 잉곳의 직경(D)을 타겟 직경(D_t)으로 균일하게 성장시키기 위하여 인상속도(P/S)를 제어할 수 있다.The diameter controller ADC may control the pulling speed P / S to uniformly grow the diameter D of the ingot to the target diameter D_t.

상세하게, 상기 직경 제어기(ADC)는 잉곳 성장 중 실제로 측정한 잉곳 직경(D)과 타겟 직경(D_t)의 차이값인 직경 오차(ΔD)를 타겟 인상속도(P/S_t)와 비교하여 실제 인상속도(P/S)로 산출하고, 실제 인상속도(P/S)를 평균한 인상속도 평균값(P/S_avg)을 산출할 수 있다.In detail, the diameter controller ADC compares the diameter error ΔD, which is a difference between the ingot diameter D and the target diameter D_t, actually measured during ingot growth, by comparing it with the target pulling speed P / S_t. The speed P / S is calculated and the average speed P / S_avg of the pulling speed obtained by averaging the actual pulling speed P / S can be calculated.

또한, 상기 직경 제어기(ADC)는 실제 인상속도(P/S)를 잉곳 성장장치(Gr) 내부의 인상장치(140 : 도 3에 도시)에 제공함으로써, 잉곳의 직경(D)을 타겟 직경(D_t)에 맞추도록 제어한다.In addition, the diameter controller ADC provides the actual pulling speed P / S to the pulling apparatus 140 (shown in FIG. 3) inside the ingot growing apparatus Gr, thereby providing the diameter D of the ingot with the target diameter ( D_t).

상기 히터파워 제어기(HPS)는 잉곳(IG)을 타겟 온도(Temp_t) 하에서 성장시키기 위하여 히터의 파워(H/P)를 제어할 수 있다.The heater power controller HPS may control the power H / P of the heater to grow the ingot IG under the target temperature Temp_t.

상세하게, 상기 히터파워 제어기(HPS)는 잉곳 성장 중 상기 직경 제어기(ADC)에서 제공된 인상속도 오차(ΔP/S)에 따라 타겟 온도(Temp_t)를 보정하고, 보정된 타겟 온도(Temp_t')를 히터의 파워(H/P)로 제공한다.In detail, the heater power controller HPS corrects the target temperature Temp_t according to the pulling speed error ΔP / S provided by the diameter controller ADC during ingot growth, and corrects the corrected target temperature Temp_t '. Provided by the power of the heater (H / P).

또한, 상기 히터파워 제어기(HPS)는 실제 히터 파워(H/P)를 잉곳 성장장치 내부의 히터(120 : 도 3에 도시)에 직접 제공함으로써, 잉곳 성장온도를 균일하게 제어한다.In addition, the heater power controller HPS directly controls the ingot growth temperature by providing the actual heater power H / P directly to the heater 120 (shown in FIG. 3) inside the ingot growth apparatus.

이때, 상기 히터파워 제어기(HPS)는 타겟 온도(Temp_t)를 배치 별로 큰 변화가 없는 히터 파워 형태로 제공되는데, 사용자에 의해 직접 입력 받거나, 프로그램에 의해 자동 설계될 수도 있다.In this case, the heater power controller (HPS) is provided in the form of a heater power without a large change in the target temperature (Temp_t) for each batch, may be directly input by the user, or may be automatically designed by the program.

실시예에 따르면, 이전 공정의 인상속도 데이터(P/S_d)와 현재 공정의 실제 온도(Temp)를 정량적으로 반영하여 타겟 온도(Temp_t)를 자동 설계할 수 있으나, 한정되지 아니한다.According to an embodiment, the target temperature Temp_t may be automatically designed by quantitatively reflecting the pulling speed data P / S_d of the previous process and the actual temperature Temp of the current process, but the present invention is not limited thereto.

또한, 상기 히터파워 제어기(HPS)는 다음 배치(batch)의 타겟 온도(Temp_t)를 PID 계산(Proportional Integral Differential calculate)을 통하여 예측하여 활용함으로써, 배치(batch) 별로 품질을 균일하게 구현할 수 있다.In addition, the heater power controller HPS may implement the quality uniformly for each batch by predicting and utilizing the target temperature Temp_t of the next batch through a PID (Proportional Integral Differential calculate).

실시예에 따르면, 상기 히터파워 제어기(HPS)는 도 4에 도시된 바와 같이 입력부(I)와, 연산부(C)와, 출력부(O)로 구성될 수 있으나, 한정되지 아니한다.According to the embodiment, the heater power controller (HPS) may be composed of an input unit (I), a calculation unit (C), and an output unit (O) as shown in FIG. 4, but is not limited thereto.

상기 입력부(I)는 이전 공정의 데이터 또는 디핑 조건이 입력/저장되고, 이런 데이터와 조건을 상기 연산부(C)에 제공할 수 있다.The input unit I may input / store data or dipping conditions of a previous process, and provide such data and conditions to the operation unit C.

실시예에 따르면, 상기 입력부(I)는 이전 공정의 인상속도 데이터(P/S_d)와 온도 데이터(Temp_d)를 이전 공정의 데이터로 입력받아 저장할 수 있다.According to an embodiment, the input unit I may receive and store the pulling speed data P / S_d and the temperature data Temp_d of the previous process as data of the previous process.

또한, 상기 입력부(I)는 이전 공정에서 작업자가 종자 결정(seed)이 실리콘 융액(melt)에 담궈지는 최적 순간의 매니스커스를 판단하여 그 시점에서 실제 히터 파워인 매니스커스 히터 파워(H/P_m)를 디핑(dipping) 조건으로 입력받아 저장할 수 있다.In addition, the input unit I determines a meniscus at an optimum moment when the seed seed is immersed in the silicon melt in a previous process, and at that time, the meniscus heater power H, which is the actual heater power. / P_m) can be received and stored as a dipping condition.

따라서, 하기의 연산부(C)가 이전 공정의 데이터이나, 디핑 조건을 활용하여 히터 파워(H/P)를 제어함으로써, 배치(batch) 별로 장비 별로 다른 조건 하에서도 품질을 균일하게 구현할 수 있다.Therefore, the following operation unit C controls the heater power (H / P) by using the data of the previous process or the dipping conditions, so that the quality can be uniformly implemented under different conditions for each device for each batch.

상기 연산부(C)는 현재 공정의 인상속도 오차(ΔP/S)를 설정 간격으로 PID 계산하여 온도 보정량(ΔTemp)으로 산출하고, 이러한 온도 보정량(ΔTemp)을 반영하여 상기 타겟 온도(Temp_t)를 보정한 다음, 보정된 타겟 온도(Temp_t')을 그대로 히터 파워(H/P)로 산출한다.The calculation unit (C) calculates a temperature correction amount (ΔTemp) by PID calculation of the pulling speed error (ΔP / S) of the current process at set intervals, and corrects the target temperature (Temp_t) by reflecting the temperature correction amount (ΔTemp). Then, the corrected target temperature Temp_t 'is calculated as the heater power H / P.

물론, 상기 연산부(C)에서 히터 파워 형태의 타겟 온도(Temp_t)를 보정하기 위하여 온도 보정량(ΔTemp) 역시 히터 파워 형태로 산출되어야 한다.Of course, in order to correct the target temperature Temp_t of the heater power in the calculation unit C, the temperature correction amount ΔTemp should also be calculated in the form of the heater power.

실시예에 따르면, 상기 연산부(C)는 현재 공정의 인상속도 오차(ΔP/S)에 따라 타겟 온도(Temp_t)를 보정하기 전, 상기 입력부(I)에서 제공된 이전 공정의 인상속도 데이터(P/S_d)와 온도 데이터(Temp_d)를 반영하여 타겟 온도(Temp_t)를 보정하고, 보정된 타겟 온도(Temp_t')를 그대로 히터 파워(H/P)로 적용할 수 있다.According to an embodiment, the calculation unit C may use the pulling speed data P / of the previous process provided by the input unit I before correcting the target temperature Temp_t according to the pulling speed error ΔP / S of the current process. The target temperature Temp_t may be corrected by reflecting S_d and the temperature data Temp_d, and the corrected target temperature Temp_t 'may be applied as the heater power H / P.

따라서, 이전 공정의 데이터와 현재 공정의 데이터를 정량적으로 반영하여 히터 파워(H/P)를 설정함으로써, 온도 적중률을 높일 수 있고, 실시간으로 히터 파워(H/P)를 보정함으로써, 외란이 발생되더라도 실시간으로 잉곳의 직경(D)을 균일하게 제어할 수 있다.Therefore, by setting the heater power (H / P) by quantitatively reflecting the data of the previous process and the data of the current process, the temperature hit ratio can be increased, and the disturbance is generated by correcting the heater power (H / P) in real time. Even if the diameter (D) of the ingot can be controlled in real time.

또한, 상기 연산부(C)는 보정된 타겟 온도(Temp_t')로 적용된 히터 파워(H/P) 전체를 상기 입력부(I)에서 제공된 매니스커스 히터 파워(H/P_m)를 반영하여 설정값 만큼 옮길(shifting) 수 있다.In addition, the calculation unit C reflects the entire heater power H / P applied at the corrected target temperature Temp_t 'by the set value reflecting the meniscus heater power H / P_m provided by the input unit I. Can be shifted.

따라서, 핫존 상태에 따라 단열 성능의 차이가 발생하더라도 이를 보완하기 위한 디핑 조건을 반영하여 히터 파워(H/P)를 설정함으로써, 배치 별로 또는 장비 별로 잉곳의 품질을 균일하게 구현할 수 있다.Therefore, even if there is a difference in insulation performance according to the hot zone state, by setting the heater power (H / P) to reflect the dipping conditions to compensate for this, it is possible to uniformly implement the quality of the ingot for each batch or equipment.

이와 같이, 잉곳의 바디(body) 공정이 진행되는 동안, 상기 히터파워 제어기(HPS)는 현재 공정의 인상속도 오차(ΔP/S)에 따라 별도로 제공된 타겟 온도(Temp_t)를 보정하고, 보정된 타겟 온도(Temp_t')를 히터 파워(H/P)로 적용하는데, 이전 공정의 데이터(P/S_d,Temp_d)와 디핑 조건(H/P_m)을 모두 반영하여 히터 파워(H/P)를 제어하는 것이 바람직하다.As such, while the body process of the ingot is in progress, the heater power controller HPS corrects the target temperature Temp_t separately provided according to the pulling speed error ΔP / S of the current process, and the corrected target The temperature (Temp_t ') is applied as the heater power (H / P), and the heater power (H / P) is controlled by reflecting both data (P / S_d, Temp_d) and dipping condition (H / P_m) of the previous process. It is preferable.

하지만, 잉곳의 숄더링(shouldering) 공정 및 테일링(tailing) 공정이 진행되는 동안, 상기 히터파워 제어기(HPS)는 별도로 제공된 타겟 온도(Temp_t)를 그대로 히터 파워(H/P)로 적용하는데, 핫존 상태를 고려한 디핑 조건(H/P_m)만 반영하여 설정값 만큼 히터 파워(H/P) 전체를 쉬프팅(shifting)하도록 제어하는 것이 바람직하다. However, during the shouldering process and the tailing process of the ingot, the heater power controller HPS applies the separately provided target temperature Temp_t as the heater power H / P. It is preferable to control to shift the entire heater power H / P by a set value by reflecting only the dipping condition H / P_m considering the state.

상기 출력부(O)는 상기 연산부(C)에서 산출된 히터 파워(H/P)를 그대로 상기 히터(120 : 도 3에 도시)에 제공함으로써, 상기 히터(120 : 도 3에 도시)의 작동을 조절한다.The output unit O provides the heater power H / P calculated by the calculating unit C to the heater 120 as shown in FIG. 3 as it is, thereby operating the heater 120 as shown in FIG. 3. Adjust

상기와 같이 구성된 히터파워 제어기(HPS)는 히터 파워 형태로 타겟 온도(Temp_t)를 입력받거나, 자동 설계할 수 있고, 일련의 과정에 따라 타겟 온도(Temp_t)를 보정하여 그대로 히터 파워(H/P)로 최종 출력할 수 있다.The heater power controller (HPS) configured as above may receive the target temperature (Temp_t) in the form of a heater power or automatically design the heater power (H / P) by correcting the target temperature (Temp_t) according to a series of processes. To the final output.

따라서, 상기 히터파워 제어기(HPS)는 온도 설계값 및 온도 보정값을 모두 히터 파워 형태로 제어함으로써, 변환 과정 중 왜곡되는 것을 방지하여 제어 성능의 반복성 및 재현성을 높일 수 있고, 배치 별 또는 장비 별로 큰 변화가 없는 히터 파워를 직접 제어함으로써, 잉곳의 품질도 균일하게 구현할 수 있다.Accordingly, the heater power controller (HPS) controls both the temperature design value and the temperature correction value in the form of a heater power, thereby preventing distortion during the conversion process, thereby improving repeatability and reproducibility of control performance, and by batch or by equipment. By directly controlling the heater power without major changes, the quality of the ingot can be evenly realized.

도 6은 잉곳 성장 공정 중 인상속도 오차(ΔP/S)에 따른 종래의 상대적인 온도(ATC point) 변화와 본 발명의 히터 파워(H/P) 변화가 도시된 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing a change in relative temperature (ATC point) and a change in heater power (H / P) of the present invention according to a pulling speed error ΔP / S during an ingot growth process.

잉곳 성장 공정 중 인상속도 오차(ΔP/S)에 따른 종래의 상대적인 온도(ATC point)와 본 발명의 히터 파워(H/P)는 모두 일정한 기울기를 가지며, 인상속도 오차(ΔP/S)에 따라 상대적인 온도(ATC point)와 히터 파워(H/S)가 일정하게 변화되는 것을 알 수 있다.The conventional relative temperature (ATC point) and the heater power (H / P) of the present invention according to the pulling speed error (ΔP / S) during the ingot growth process all have a constant slope, according to the pulling speed error (ΔP / S) It can be seen that the relative temperature (ATC point) and heater power (H / S) are constantly changing.

따라서, 인상속도 오차(ΔP/S)에 따라 종래의 상대적인 온도(ATC point)를 기준으로 PID 연산하여 타겟 온도(Temp_t)를 제어할 때, delay time, reation time 등을 같은 제어 인자가 사용되었는데, 인상속도 오차(ΔP/S)에 따라 본 발명의 히터 파워(H/P)를 기준으로 PID 연산하여 타겟 온도(Temp_t)를 제어할 때에도 종래 기술에 적용된 제어 인자의 수치를 그대로 적용할 수 있다.Therefore, when controlling the target temperature (Temp_t) by PID operation based on the conventional relative temperature (ATC point) according to the pulling speed error (ΔP / S), the same control factors were used, such as delay time, reation time, When controlling the target temperature Temp_t by PID operation based on the heater power H / P of the present invention according to the pulling speed error ΔP / S, the numerical value of the control factor applied to the prior art may be applied as it is.

도 7a 및 도 7b는 종래와 본 발명의 배치(batch) 별 히터 파워(H/P) 변화 및 그 편차가 도시된 그래프이다.7A and 7B are graphs showing changes in heater power (H / P) and their deviations according to a batch of the prior art and the present invention.

종래 기술은 상대적인 온도를 기준으로 잉곳 성장온도를 제어하기 때문에 실제로 배치 별로 제어되는 히터 파워가 큰 폭으로 흔들리면서 그 편차가 심하게 나타난다.In the prior art, since the ingot growth temperature is controlled based on the relative temperature, the heater power, which is controlled for each batch, fluctuates greatly, and the deviation is severe.

반면, 본 발명은 히터 파워를 기준으로 잉곳 성장온도를 제어하기 때문에 실제로 배치 별로 제어되는 히터 파워의 변동 및 그 편차가 종래에 비해 대폭 감소되고, 배치 별로 온도 제어의 반복성 및 재현성을 확보할 수 있어 잉곳의 품질을 균일하게 생산할 수 있다.On the other hand, in the present invention, since the ingot growth temperature is controlled based on the heater power, the fluctuations and deviations of the heater power actually controlled for each batch are greatly reduced as compared with the prior art, and the repeatability and reproducibility of temperature control for each batch can be secured Ingot quality can be produced uniformly.

도 8a 및 도 8b는 종래와 본 발명에 따라 배치 별로 제조된 잉곳의 길이 별 직경 편차가 도시된 그래프이다.8A and 8B are graphs showing diameter deviations of lengths of ingots manufactured by batches according to the prior art and the present invention.

종래 기술은 상대적인 온도(ATC point)를 기준으로 잉곳 성장온도를 제어한 것으로서, 잉곳의 길이 별로 및 배치(batch) 별로 잉곳의 직경 변동이 심하게 나타나는 반면, 본 발명은 히터 파워(H/P)를 기준으로 잉곳 성장온도를 제어한 것으로서, 잉곳의 길이 별로 및 배치(batch) 별로 잉곳의 직경이 균일하게 나타난 것을 확인할 수 있다.In the related art, the ingot growth temperature is controlled based on the relative temperature (ATC point), and the ingot diameter fluctuates severely by the length of the ingot and by the batch, whereas the present invention provides a heater power (H / P). As a control of the ingot growth temperature as a reference, it can be seen that the diameter of the ingot is uniformly shown for each length of the ingot and for each batch.

100 : 챔버 110 : 도가니
120 : 히터 130 : 직경측정센서
140 : 인상장치 200 : 성장온도 제어장치
ADC : 직경 제어기 HPS : 히터파워 제어기
I : 입력부 C : 연산부
O : 출력부
100: chamber 110: crucible
120: heater 130: diameter measuring sensor
140: raising device 200: growth temperature control device
ADC: Diameter Controller HPS: Heater Power Controller
I: Input C: Computing
O: output

Claims (12)

챔버 내부에서 도가니에 담긴 융액으로부터 잉곳을 타겟 직경(D_t)으로 성장시키는 동시에 타겟 인상속도(P/S_t)로 인상시키기 위하여, 상기 도가니를 가열하는 히터의 파워(H/P)를 타겟 온도(Temp_t)로 제어하는 잉곳 성장온도 제어장치에 있어서,
상기 잉곳의 실제 직경(D)과 타겟 직경(D_t)의 차이값인 직경 오차(ΔD)를 상기 타겟 인상속도(P/S_t)와 비교하여 실제 인상속도(P/S) 및 평균 인상속도(P/S_avg)를 산출하는 직경 제어기; 및
잉곳의 바디(body) 공정이 진행되는 동안, 히터 파워 형태로 제공된 타겟 온도(Temp_t)를 상기 직경 제어기에서 제공되는 평균 인상속도(P/S_avg)와 타겟 인상속도(P/S_t)의 차이값인 인상속도 오차(ΔP/S)에 따라 보정하여 히터의 파워(H/P)로 제공하는 히터파워 제어기;를 포함하며,
상기 히터파워 제어기는,
상기 인상속도 오차(ΔP/S)에 따라 상기 타겟 온도(Temp_t)를 보정하고, 보정된 타겟 온도(Temp_t')를 상기 히터의 파워(H/P)로 산출하는 연산부와,
상기 연산부에서 산출된 히터의 파워(H/P)를 상기 히터에 전송하는 출력부를 포함하는 잉곳 성장온도 제어장치.
In order to grow the ingot from the melt contained in the crucible inside the chamber to the target diameter (D_t) and to raise it to the target pulling speed (P / S_t), the power (H / P) of the heater for heating the crucible is changed to the target temperature (Temp_t). In the ingot growth temperature control device controlled by),
The diameter error ΔD, which is a difference between the actual diameter D of the ingot and the target diameter D_t, is compared with the target pulling speed P / S_t, and the actual pulling speed P / S and the average pulling speed P / S_avg) to calculate a diameter controller; And
During the process of the body of the ingot, the target temperature Temp_t provided in the form of heater power is the difference between the average pulling speed P / S_avg and the target pulling speed P / S_t provided by the diameter controller. And a heater power controller for correcting according to the pulling speed error (ΔP / S) and providing the heater power (H / P).
The heater power controller,
A calculation unit for correcting the target temperature Temp_t according to the pulling speed error ΔP / S, and calculating the corrected target temperature Temp_t 'as the power H / P of the heater;
Ingot growth temperature control device including an output unit for transmitting the power (H / P) of the heater calculated by the calculating unit to the heater.
◈청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 2 has been abandoned upon payment of a set-up fee. 제1항에 있어서,
상기 히터파워 제어기는,
타겟 온도(Temp_t)가 직접 입력되거나,
타겟 온도(Temp_t)가 이전 공정의 인상속도 데이터(P/S_d)와 현재 공정의 실제 온도(Temp)를 가공하여 자동 설계되는 잉곳 성장온도 제어장치.
The method of claim 1,
The heater power controller,
The target temperature (Temp_t) is entered directly or
The ingot growth temperature control device is designed automatically by processing the target temperature (Temp_t) through the pulling speed data (P / S_d) of the previous process and the actual temperature (Temp) of the current process.
◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 3 has been abandoned upon payment of a set-up fee. 제2항에 있어서,
상기 히터파워 제어기는,
다음 배치(batch)의 타겟 온도(Temp_t)가 PID 연산을 통해 예측하여 히터 파워 형태로 저장되는 잉곳 성장온도 제어장치.
The method of claim 2,
The heater power controller,
Ingot growth temperature control device that the target temperature (Temp_t) of the next batch is predicted by PID operation and stored in the form of heater power.
삭제delete ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 5 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제1항에 있어서,
상기 연산부는,
상기 인상속도 오차(ΔP/S)를 설정 간격으로 PID 계산(Proportional Integral Differential calculate)하여 상기 타겟 온도(Temp_t)를 보정하는 잉곳 성장온도 제어장치.
The method of claim 1,
The calculation unit,
Ingot growth temperature control device for correcting the target temperature (Temp_t) by PID (Proportional Integral Differential calculate) the pulling speed error (ΔP / S) at a predetermined interval.
◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 6 has been abandoned upon payment of a setup registration fee. 제1항에 있어서,
상기 히터파워 제어기는,
이전 공정의 인상속도 데이터(P/S_d)와 온도 데이터(Temp_d)를 저장하는 입력부를 더 포함하고,
상기 연산부는,
상기 입력부에서 제공된 상기 이전 공정의 인상속도 데이터(P/S_d)와 온도 데이터(Temp_d)를 반영하여 상기 타겟 온도(Temp_t)를 보정하는 잉곳 성장온도 제어장치.
The method of claim 1,
The heater power controller,
Further comprising an input unit for storing the pulling speed data (P / S_d) and the temperature data (Temp_d) of the previous process,
The calculation unit,
Ingot growth temperature control device for correcting the target temperature (Temp_t) by reflecting the pulling speed data (P / S_d) and the temperature data (Temp_d) of the previous process provided by the input unit.
◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 7 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제1항에 있어서,
상기 히터파워 제어기는,
이전 공정의 디핑(dipping) 조건을 저장하는 입력부를 더 포함하고,
상기 연산부는,
상기 입력부에서 제공된 상기 이전 공정의 디핑 조건을 반영한 설정값 만큼 상기 히터의 파워(H/P) 전체를 옮기는(shifting) 잉곳 성장온도 제어장치.
The method of claim 1,
The heater power controller,
Further comprising an input for storing the dipping conditions of the previous process,
The calculation unit,
Ingot growth temperature control device for shifting the entire power (H / P) of the heater by a set value reflecting the dipping conditions of the previous process provided by the input unit.
◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 8 has been abandoned upon payment of a set-up fee. 제7항에 있어서,
상기 입력부는,
종자 결정이 실리콘 융액에 담궈지는 매니스커스 상태가 되는 특정 시점에 실제의 히터 파워(H/P_m)를 이전 공정의 디핑 조건으로 입력받는 잉곳 성장온도 제어장치.
The method of claim 7, wherein
The input unit,
Ingot growth temperature control device that receives the actual heater power (H / P_m) as the dipping condition of the previous process at a specific time when the seed crystal becomes the meniscus state immersed in the silicon melt.
◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 9 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제1항에 있어서,
상기 히터파워 제어기는,
잉곳의 숄더링(shouldering) 공정 및 테일링(tailing) 공정이 진행되는 동안, 상기 타겟 온도(Temp_t)를 그대로 상기 히터의 파워(H/P)로 적용하는 잉곳 성장온도 제어장치.
The method of claim 1,
The heater power controller,
Ingot growth temperature control device that applies the target temperature (Temp_t) as the power (H / P) of the heater while the shoulder ingot processing process and tailing (tailing) process is in progress.
◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 10 has been abandoned upon payment of a setup registration fee. 제9항에 있어서,
상기 히터파워 제어기는,
이전 공정의 디핑 조건을 반영하여 상기 히터의 파워(H/P)를 제어하는 잉곳 성장온도 제어장치.
The method of claim 9,
The heater power controller,
Ingot growth temperature control device for controlling the power (H / P) of the heater to reflect the dipping conditions of the previous process.
◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 11 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제10항에 있어서,
상기 히터파워 제어기는,
종자 결정이 실리콘 융액에 담궈지는 매니스커스 상태가 되는 특정 시점에 실제 히터 파워를 매니스커스 히터 파워(H/P_m)로 입력받고, 상기 매니스커스 히터 파워(H/P_m)를 반영한 설정값 만큼 상기 히터의 파워(H/P) 전체를 옮기는(shift) 형태로 제어하는 잉곳 성장온도 제어장치.
The method of claim 10,
The heater power controller,
Set value reflecting the meniscus heater power (H / P_m) by receiving the actual heater power as the meniscus heater power (H / P_m) at a specific point in time when the seed crystal is in the meniscus state soaked in the silicon melt. Ingot growth temperature control device for controlling the power (H / P) in the form of a shift (shift) as much as possible.
◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 12 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제11항 중 어느 하나의 잉곳 성장온도 제어장치를 포함하는 잉곳 성장장치.Claims 1 to 3 and 5 to 11 ingot growth apparatus comprising any one of the ingot growth temperature control device.
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