KR20090073349A - Measuring unit for position of crucible for manufacturing silicon single crystal ingot and apparatus of manufacturing silicon single crystal ingot having the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 실리콘 단결정 잉곳 생산용 도가니의 위치측정유닛 및 이를 구비한 실리콘 단결정 잉곳 생산장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리콘 단결정 잉곳의 생산과정 중 도가니의 위치를 측정하는 실리콘 단결정 잉곳 생산용 도가니의 위치측정유닛 및 이를 구비한 실리콘 단결정 잉곳 생산장치에 관한 것이다. The present invention relates to a position measuring unit of a crucible for producing a silicon single crystal ingot and a silicon single crystal ingot production device having the same, and more particularly, to a silicon single crystal ingot producing crucible for measuring the position of the crucible during the production process of a silicon single crystal ingot. A positioning unit and a silicon single crystal ingot production apparatus having the same.
쵸크랄스키(CZ) 방법을 이용하여 실리콘 단결정 잉곳을 생산하는 공정 중, 실리콘 단결정 잉곳이 성장함에 따라서 도가니를 회전하면서 동시에 승강하게 된다. 이때, 도가니가 승강되는 속도 및 도가니의 위치는 생산되는 실리콘 단결정 잉곳의 품질과 밀접한 연관이 있으며, 따라서 실리콘 단결정 잉곳의 생산과정 중 도가니의 위치를 정확하게 측정할 필요성이 있다. 종래에는, 포텐셔미터(Potentiometer)를 사용하여 도가니의 위치를 측정하였다. 도 1은 도가니에 포텐셔미터가 설치된 상태를 나타내는 단면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 포텐셔미터 의 개념도이다. During the process of producing a silicon single crystal ingot using Czochralski (CZ) method, as the silicon single crystal ingot grows, the crucible is rotated and lifted at the same time. At this time, the speed at which the crucible is lifted up and the location of the crucible are closely related to the quality of the silicon single crystal ingot to be produced. Therefore, it is necessary to accurately measure the location of the crucible during the production process of the silicon single crystal ingot. Conventionally, the position of the crucible was measured using a potentiometer. 1 is a cross-sectional view showing a state where a potentiometer is installed in the crucible, and FIG. 2 is a conceptual diagram of the potentiometer shown in FIG. 1.
도 1 및 도 2를 참조하면, 포텐셔미터(10)는 저항(1)과, 이 저항(1)에 접하면서 이 위를 이동하는 가변저항단자(2)를 포함한다. 가변저항단자(2)는 도가니(D)에 결합되어 도가니(D)의 승강시 도가니(D)과 함께 이동되며, 가변저항단자(2)의 이동에 따라 가변저항부(R)에 인가되는 전압이 변화하게 된다. 예를 들어, 저항(1) 전체에 5V의 전압을 인가한 상태에서 가변저항단자(2)가 저항(1)의 중심부에 배치되는 경우, 가변저항부(R)에는 2.5V의 전압이 인가되게 된다. 즉, "저항의 길이 : 가변저항부(R)의 길이 = 전체접압(5V) : 가변저항부의 전압(xV)"과 같은 비례식이 성립하게 된다. 그리고, 이 비례식을 이용하여 가변저항단자(2)의 위치를 구할 수 있으며, 이로부터 도가니(D)의 위치를 구할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, the
하지만, 포텐셔미터(10)의 경우 상술한 바와 같이 비례식을 이용하여 계산된 값으로 도가니(D)의 위치를 측정하기 때문에 포텐셔미터(10) 자체의 분해능이 한정되어 있다. 또한, 전기적 노이즈, 프로그램 연산 자릿수의 한정 및 포텐셔미터(10)의 설치시 발생되는 오차 등 잠재적인 오차 원인이 존재하였다. 따라서, 도가니(D)의 위치를 측정하는데 있어서 그 정확성과 반복성에 한계가 존재하였으며, 그 결과 생산되는 실리콘 단결정 잉곳의 품질이 저하되는 문제점이 있었다.However, in the case of the
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 도가니의 위치를 정확하게 측정함으로써 우수한 품질의 실리콘 단결정 잉곳을 생산할 수 있도록 구조가 개선된 실리콘 단결정 잉곳 생산용 도가니의 위치측정유닛 및 이를 구비한 실리콘 단결정 잉곳 생산장치를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to accurately measure the position of the crucible, the position measuring unit of the crucible for producing silicon single crystal ingot improved in structure to produce a high quality silicon single crystal ingot And to provide a silicon single crystal ingot production apparatus having the same.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 생산장치는 내부에 수용부가 마련되어 있는 챔버와, 회전가능하게 설치되는 스크류에 결합되어 상기 스크류의 회전시 승강되며, 실리콘 융액이 수용되는 도가니와, 상기 도가니를 감싸도록 설치되며, 상기 실리콘 융액을 가열하는 히터와, 단부에 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키기 위한 시드가 결합되며, 상기 도가니의 상측에 승강 가능하게 설치되는 케이블과, 상기 도가니의 위치를 측정하는 실리콘 단결정 잉곳 생산용 도가니의 위치측정유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the silicon single crystal ingot production apparatus according to the present invention is coupled to the chamber is provided with a receiving portion therein, rotatably installed screw is elevated when the screw is rotated, and the crucible containing the silicon melt and And a heater installed to surround the crucible, a heater for heating the silicon melt, a seed for growing a silicon single crystal ingot coupled to an end thereof, a cable installed to be elevated on an upper side of the crucible, and a position of the crucible. It characterized in that it comprises a position measuring unit of the crucible for producing silicon single crystal ingot to be measured.
여기서, 실리콘 단결정 잉곳 생산장치용 도가니의 위치측정유닛은 실리콘 단결정을 형성하기 위한 실리콘 융액이 수용되며, 회전가능하게 설치되는 스크류에 결합되며 상기 스크류의 회전시 승강되는 도가니의 위치를 측정하는 실리콘 단결정 잉곳 생산용 도가니의 위치측정유닛에 있어서, 상기 스크류의 회전량을 기초로 하여 상기 도가니의 위치를 측정하는 것을 특징으로 한다.Here, the position measuring unit of the crucible for the silicon single crystal ingot production apparatus is a silicon single crystal that contains a silicon melt for forming a silicon single crystal, is coupled to a screw that is rotatably installed, and measures the position of the crucible to be elevated when the screw is rotated. In the position measuring unit of the crucible for ingot production, characterized in that for measuring the position of the crucible based on the amount of rotation of the screw.
본 발명에 따르면, 상기 스크류의 회전시 상기 스크류의 회전에 대응되는 신 호를 출력하는 엔코더와, 상기 엔코더에서 출력된 신호를 수신하며, 상기 신호를 기초로 하여 상기 도가니의 위치를 산출하는 제어부를 포함하는 것이 바람직하다.According to the present invention, an encoder for outputting a signal corresponding to the rotation of the screw when the screw rotates, a control unit for receiving a signal output from the encoder, and calculates the position of the crucible based on the signal It is preferable to include.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 실리콘 단결정 잉곳의 생산과정 중 도가니의 위치를 정확하게 측정할 수 있으며, 이를 바탕으로 하여 도가니의 승강속도를 정밀하게 제어할 수 있으며, 그 결과 우수한 품질의 실리콘 단결정 잉곳을 생산할 수 있다.According to the present invention having the above-described configuration, it is possible to accurately measure the location of the crucible during the production process of the silicon single crystal ingot, it is possible to precisely control the lifting speed of the crucible based on this, as a result of the silicon single crystal ingot of excellent quality Can produce
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 생산용 도가니의 위치측정유닛 및 이를 구비한 실리콘 단결정 잉곳 생산장치에 관하여 설명하기로 한다. 다음에 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described with respect to the position measuring unit of the silicon single crystal ingot production crucible according to an embodiment of the present invention and a silicon single crystal ingot production apparatus having the same. The embodiments described below may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.
도 3은 본 발명은 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 생산장치의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a silicon single crystal ingot production apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 생산장치(100)는 챔버(110)와, 도가니(120)와, 히터(130)와, 보온벽(140)과, 케이블(150)과, 실리콘 단결정 잉곳 생산용 도가니의 위치측정유닛(160)을 포함한다.Referring to FIG. 3, the silicon single crystal
챔버(110)는 중공 형상으로 이루어지며, 내부에는 수용부(111)가 형성되어 있다. 또한 챔버(110)의 상단부에는 실리콘 단결정 잉곳이 배출되는 통로인 배출구(112)가 관통 형성되어 있다.The
도가니(120)는 수용부(111)에 배치되며, 그 내부에 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키기 위한 실리콘 융액이 수용된다. 도가니(120)의 하단에는 스크류(K)가 결합되어 있다. 스크류(K)는 챔버(110)에 대하여 회전가능하게 설치된다. 스크류(K)는 그 회전시 도가니(120)를 승강시킨다.The
히터(130)는 중공의 원통형으로 형성되며, 그 내부에 도가니(120)가 배치된다. 히터(130)는 전원 인가시 도가니(120)를 가열하여 그 내부에 존재하는 다결정 실리콘을 융해시키며, 융해된 실리콘 융액을 가열한다.The
보온벽(140)은 중공의 원통형으로 형성되며, 그 내부에 히터(130)와 도가니(120)가 배치된다. 보온벽(140)은 히터(130)에서 발산되는 열이 챔버(110)의 내벽 쪽으로 확산되는 것을 방지하여 열효율을 향상시키며, 고온의 복사열로부터 챔버(110)의 내벽을 보호한다.The
케이블(150)은 챔버(110)의 배출구(112)를 통과하도록 설치되며, 구동수단(미도시)과 연결되어 회전 및 승강가능하다. 그리고 케이블(150)의 일단에는 시드(151)가 결합되어 있다. 시드(151)는 실리콘 융액에 접촉된 후, 케이블(150)과 함께 회전 및 상승하면서 실리콘 단결정 잉곳으로 성장하게 된다.The
실리콘 단결정 잉곳 생산용 도가니의 위치측정유닛(160)은 도가니(120)의 위치를 측정하기 위한 것으로서, 엔코더(161)와, 제어부(162)와, 표시부(163)를 포함한다.The
엔코더는 공지의 구성요소로, 본 실시예에서는 증분형 엔코더(incremental encoder)가 채용된다. 엔코더(161)는 스크류(K)에 결합되며, 스크류(K)의 회전시 이에 대응되는 신호를 출력한다. 엔코더(161)에는 회전가능하게 설치되는 회전디스크와, 고정되어 있는 고정디스크와, 회전디스크 및 고정디스크를 사이에 두고 서로 마주보게 배치되는 발광소자 및 수광소자가 포함되어 있다. 회전디스크는 스크류(K)의 회전에 연동하여 회전된다. 회전디스크가 회전함에 따라, 발광소자에서 발생된 광이 수광소자에 수광되거나 또는 차단되며, 이에 따라 신호, 예를 들어 펄스가 출력된다.The encoder is a known component, and an incremental encoder is employed in this embodiment. The
제어부(162)는 엔코더(161)에서 출력된 신호를 기초로 하여 후술하는 과정을 통하여 도가니의 위치를 측정한다. 먼저, 엔코더(161)에서 출력되는 신호, 즉 펄스를 카운트하여 회전디스크의 회전량을 산출하고, 산출된 회전디스크의 회전량 및 스크류(K)와 회전디스크의 회전비를 이용하여 스크류(K)의 회전량을 산출한다. 그리고, 스크류(K)가 1회전 할 때 도가니(120)가 승강되는 높이와 스크류의 회전량을 곱하면 도가니(120)가 승강된 승강변위가 산출되며, 이를 이용하면 도가니(120)의 위치를 산출한다. The
표시부(163)는 제어부(162)에서 산출된 도가니(120)의 위치를 표시하는 것으로서, 본 실시예에서는 모니터가 채용된다. 모니터에는 제어부(162)에서 산출된 도가니의 위치가 실시간으로 표시된다. The
상술한 바와 같이, 본 실시예의 경우 스크류(K)의 회전량을 측정하고, 이를 이용하여 도가니(120)의 위치를 측정한다. 따라서, 종래 포텐셔미터가 가지고 있 던 문제점, 즉 전기적 노이즈나 포텐셔미터의 설치시 발생되는 오차 등 잠재적인 오차 원인에 의해 도가니의 위치가 부정확하게 측정되는 문제점 및 비례식을 이용하여 계산된 값으로 전자석의 위치를 측정함으로 인해 존재하는 분해능의 한계 등을 해결할 수 있으며, 그 결과 종래보다 더 정확하고 정밀하게 도가니의 위치를 측정할 수 있게 된다. 그리고, 정확하게 측정된 위치를 바탕으로 하여 도가니의 승강속도를 더욱더 정밀하게 제어할 수 있으며, 그 결과 우수한 품질의 실리콘 단결정 잉곳을 생산할 수 있다.As described above, in the present embodiment, the amount of rotation of the screw K is measured, and the position of the
또한, 도가니의 위치가 실시간으로 모니터에 표시되므로 사용자가 도가니의 위치를 용이하게 확인할 수 있다.In addition, since the location of the crucible is displayed on the monitor in real time, the user can easily check the location of the crucible.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and the present invention belongs to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.
도 1은 도가니에 포텐셔미터가 설치된 상태를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a state where a potentiometer is installed in a crucible.
도 2는 도 1에 도시된 포텐셔미터의 개념도이다. FIG. 2 is a conceptual diagram of the potentiometer shown in FIG. 1.
도 3은 본 발명은 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 생산장치의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a silicon single crystal ingot production apparatus according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100...실리콘 단결정 잉곳 생산장치 110...챔버100 ... Silicone Monocrystalline
120...도가니 130...히터120
140...보온벽 150...케이블140 ... insulating
160...실리콘 단결정 잉곳 생산용 도가니의 위치측정유닛160 ... Positioning Unit of Crucible for Silicon Monocrystalline Ingot Production
161...엔코더 162...제어부
163...표시부163 Display
Claims (3)
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---|---|---|---|---|
CN103290469A (en) * | 2012-02-24 | 2013-09-11 | 宁夏日晶新能源装备股份有限公司 | Single crystal furnace with encoder |
CN112251806A (en) * | 2019-07-22 | 2021-01-22 | 爱思开矽得荣株式会社 | Drive unit measuring apparatus and silicon crystal growing apparatus having the same |
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