KR20110064002A

KR20110064002A - 응고계면 영상 분석시스템 및 응고계면 영상 분석방법

Info

Publication number: KR20110064002A
Application number: KR1020090120410A
Authority: KR
Inventors: 김윤일; 나광하
Original assignee: 주식회사 엘지실트론
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2011-06-15

Abstract

실시예는 응고계면 영상 분석시스템 및 응고계면 영상 분석방법에 관한 것이다.

실시예에 따른 응고계면 영상 분석시스템은 디핑(dipping) 진행되는 응고계면(Meniscus)의 이미지를 측정하는 이미지 측정장치; 상기 측정된 응고계면의 이미지를 분석하는 이미지 분석장치; 및 상기 분석된 응고계면의 이미지를 판단하는 제어장치;를 포함할 수 있다.

단결정, 응고계면

Description

응고계면 영상 분석시스템 및 응고계면 영상 분석방법{Meniscus Image Analyzing System and Meniscus Image Analyzing Method using the same}

반도체 소자 제조용 실리콘 단결정 성장은 시드(Seed)를 1420℃ 이상으로 가열된 실리콘 융액(Melt)에 접촉시키고, 융액의 온도가 안정하게 될 때에, 네킹(necking)을 형성하면서 융액 위쪽으로 시드를 서서히 인상함으로써, 시드 아래쪽으로 실리콘 단결정 성장을 진행한다.

단결정 성장 공정에서, 단결정 성장을 위해 용융된 상태의 융액계면에 시드를 접촉시키는 과정을 디핑(Dipping)이라 한다. 디핑공정 시 형성되는 응고계면(이하 "메니스커스(Meniscus)"라 함)의 상태 및 모양을 통해 단결정 성장 진행 시에 적절한 온도 조건을 확인할 수 있다.

디핑 과정은 융액 계면과 접촉할 시드 면의 열충격을 최소화하고 이후 네킹(Necking) 공정에서의 안정적인 열적조건을 형성하는 데 중요한 과정이다.

디핑공정 시 온도가 높거나 낮을 경우 이후 공정에서 로스(Loss)가 발생될 확률이 높아지기 때문에 온도조건을 일정하고 적절하게 확인할 필요가 있다.

종래기술에 의하면 시드가 융액에 접촉되었을 때 생기는 응고계면을 작업자가 육안 또는 카메라 이미지(Image)를 보고 판단하는 수동(Manual) 작업구간이다.

예를 들면, 네킹 공정 진행 시 카메라(Camera)를 이용하여 넥(Neck) 직경을 측정하는 시스템을 통해 디핑 공정 중 메니스커스(Meniscus)의 이미지를 확인할 수 있다. 이 화면을 통해 디핑 공정 중 융액의 온도 조건을 확인하여 원하는 융액 온도 조건과 메니스커스 형상이라고 판단되는 경우 네킹 공정을 진행하여 단결정 그로잉(Growing) 성장을 시작하게 된다.

그런데, 종래기술에 의하면 작업자가 메니스커스(Meniscus)의 형태를 관측하고 작업자가 판단 기준이 됨에 따라 작업자의 경험 및 숙련성의 정도에 판단 기준이 달라질 수 있다.

이에 따라 종래기술에 의하면 작업자간 차이가 발생될 가능성을 가지고 있으며 실시간으로 작업자가 관측할 수 없으므로 작업 시 효율도 떨어질 수 있는 문제가 있다.

실시예는 작업자 각각의 경험에 의존하는 수동(mannual) 공정 진행을 탈피하고, 장비를 통한 자동시스템 구축으로 단결정 성장공정의 판단 기준의 명확화 및 일정한 수준의 작업시간을 기대할 수 있는 응고계면 영상 분석시스템 및 응고계면 영상 분석방법을 제공하고자 한다.

또한, 실시예에 따른 응고계면 영상 분석방법은 시드(Seed)를 융액(melt) 계면에 접촉시키는 디핑(dipping) 단계; 상기 디핑 진행되는 응고계면(Meniscus)의 이미지를 측정하는 단계; 상기 측정된 응고계면의 이미지를 분석하는 단계; 및 상기 분석된 응고계면의 이미지를 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.

실시예에 따른 응고계면 영상 분석시스템 및 응고계면 영상 분석방법에 의하면, 디핑 공정 시 카메라(Camera) 및 이미지(Image) 분석장치를 적용함으로써 메니스커스(Meniscus)의 형성모양을 자동으로 검출할 수 있는 시스템을 구축할 수 있다.

이에 따라 메니스커스의 이미지 자동분석을 통해 디핑 형상을 분석함으로써 현재 융액의 온도조건을 자동으로 확인할 수 있다.

실시예에 의하면 작업자의 경험에 의존하는 수동(mannual) 공정 진행에 의해 작업자의 판단에서 발생될 수 있는 작업자의 오판단 및 작업 지연과 같은 손실을 제거할 수 있다.

또한, 실시예에 의하면 정량화된 기준을 디핑 조건으로 구성할 수 있으므로 디핑 형상에 대한 편차를 줄일 수 있고, 메니스커스에 대한 자동분석 시스템 구축으로 단결정 성장공정의 판단 기준의 명확화 및 일정한 수준의 작업시간을 기대할 수 있다.

이하, 실시예에 따른 응고계면 영상 분석시스템 및 응고계면 영상 분석방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/아래(on/under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/아래는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.

(실시예)

도 1은 실시예에 따른 응고계면 영상 분석시스템의 구성 예시도이다.

실시예에 따른 응고계면 영상 분석시스템은 디핑(dipping) 진행되는 응고계면(Meniscus)의 이미지를 측정하는 이미지 측정장치(110)와, 상기 측정된 응고계면의 이미지를 분석하는 이미지 분석장치(Image Analyzer)(120) 및 상기 분석된 응고 계면의 이미지를 판단하는 제어장치(Control Circuit)(200)를 포함할 수 있다.

실시예에 따른 응고계면 영상 분석시스템이 적용되는 단결정 성장장치는 챔버(10)와, 상기 챔버(10) 내부에 설치되어 폴리 실리콘을 용융시켜 실리콘 융액(melt)(20)를 저장하는 석영 도가니(미도시)와, 상기 석영 도가니(미도시)를 지지하는 흑연 도가니(미도시)와, 상기 석영 도가니와 흑연 도가니를 지지, 회전, 상승, 하강시키는 페데스탈(미도시)과, 상기 석영 도가니 내부의 폴리 실리콘 및 실리콘 융액에 열을 가하는 히터(미도시)와, 상기 히터로부터의 열이 챔버(10)의 외부로 방출되는 것을 차단하는 복사 단열체(미도시)와, 상기 석영 도가니 내부의 실리콘 융액으로부터 성장하는 실리콘 단결정 잉곳(IG)을 성장 인상시키는 성장 챔버(미도시)를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 성장 챔버의 상부에 설치되어 상승, 하강하는 로프(미도시)의 하단부와 시드 척(30)의 상단부를 결합시키고, 시드 척(30)의 하단부에는 시드(S)를 결합한다. 이 후, 로프를 하강하여 시드(S)의 하단부를 석영 도가니 내부의 실리콘 융액(20)에 디핑(dipping)시키고, 상기 제어장치(200)에서 분석된 응고계면 이미지의 두께, 폭, 넓이 중 적어도 하나에 대해 소정의 기준에 적합한 경우 디핑 종료하고, 로프를 상승시킴으로써 시드(S)의 하단부로부터 실리콘 단결정 잉곳(IG)을 성장, 인상시킬 수 있다.

실시예에서 상기 이미지 측정장치(110)는 이미지센서 카메라(C)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 이미지센서 카메라(C)는 CCD 이미지센서 카메라이거나 CIS 카메라 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예에서 상기 이미지 분석장치(120)는 상기 측정된 응고계면의 이미지를 분석하기 전에 상기 측정된 응고계면의 이미지를 이진화할 수 있다.

예를 들어, 상기 이미지 분석장치(120)에서 상기 측정된 응고계면의 이미지를 이진화는, 일정한 기준값(Threshold) 미만 값을 가지는 화소는 흑색으로, 그 이상의 값을 가지는 화소는 백색으로 표시할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 시드(S)가 융액(20)과 닿는 응고계면에서는 열에 의해 밝게 빛을 발하게 된다. 응고계면의 이미지를 이진화단계는 이 밝은 부위를 추출하는 작업을 한다. 이는 측정된 이미지에 대해 각 화소를 0 에서 255의 그레이 레벨(Gray Level)로 나타내고 일정 기준값(Threshold)을 이용하여 이진화 작업을 진행할 수 있다. 이진화 작업은 기준값 미만의 그레이(Gary) 값을 가지는 화소는 흑색으로, 그 이상의 값을 가지는 화소는 백색으로 표시할 수 있다. 이를 통해 도 5와 같이 응고계면(Meniscus)만 백색으로 추출할 수 있다.

상기 측정된 응고계면의 이미지 분석장치(120)는 도 6과 같이 상기 측정된 응고계면의 이미지에 대해 응고계면의 두께(T), 폭(W), 넓이 중 적어도 하나를 분석할 수 있다.

예를 들어, 측정된 응고계면의 이미지에 대해 도 6과 같이 응고계면의 두께(T), 폭(W), 넓이에 대한 데이터(Data)를 얻을 수 있다.

상기 응고계면의 두께(T)는 시드(S) 하측에 형성된 응고계면의 수직 두께를 기준으로 할 수 있으며, 상기 응고계면의 폭(W)은 시드(S) 측면에 형성된 응고계면 자체의 수평 폭을 기준으로 할 수 있고, 상기 응고계면의 면적은 응고계면이 차지 하는 영역에 대한 면적일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예에서 융액(20)의 형태인 응고계면(Meniscus)은 융액의 온도에 따라 크게 또는 작게 형성되므로 상기 응고계면의 두께(T), 폭(W), 넓이 중 적어도 하나의 데이터를 통해 히터(Heater)의 온도조건을 변경하여 융액 온도를 조절하며 디핑 형상이 적정수준이 유지될 수 있도록 한다.

상기 측정된 응고계면 이미지 또는 이진화된 응고계면 이미지 등은 소정의 이미지 모니터(Image Monitor)(130)에 디스플레이될 수 있다.

이후, 상기 이미지 분석장치(120)에서 분석된 이미지 데이터는 소정의 통신회로(Communication Circuit)(140)를 통해 제어장치(200)로 전송되고, 상기 제어장치(200)는 상기 분석된 응고계면 이미지의 두께(T), 폭(W), 넓이 중 적어도 하나에 대해 소정의 기준에 적합한 경우 디핑 종료하고, 모터구동회로(210)를 통해 시드 리프터 모터(220)를 구동하여 단결정을 성장을 진행할 수 있다. 상기 시드 리트터모터(220)의 속도는 스피드측정기(230)를 통해 제어장치(200)의 스피드 제어를 받을 수 있다.

예를 들어, 상기 3가지 데이터를 단결정 성장 제어장치(PLC)(200)에 입력하고 데이터 근거를 통해 디핑 및 온도 조건을 확인하여 굿 딥(Good-dip)인지 여부를 판단할 수 있다. 실시예에서 굿 딥(Good-dip) 이란 응고계면(Meniscus)의 두께(T), 폭(W), 넓이 중 적어도 하나를 기준으로 판단하여 응고계면(Meniscus)의 형상이 디핑 공정을 종료하고 네킹공정을 진행하기에 적합하다고 판단되는 상태를 말한다.

굿 딥(Good-dip)의 판단 기준은 단결정 성장 조건 및 내부 보온제의 상태에 따라 달라질 수 있으므로 융액(Melt) 온도 조건이 달라질 수 있다.

예를 들어, 300mm 단결정 성장장치(Grower)에서 시드(Seed) 폭 15mm 기준으로 할 경우, 상기 제어장치(200)는 상기 분석된 응고계면 이미지의 두께가 약 2.5mm 내지 약 3.0 mm 내에 있는 경우 디핑 종료하고, 단결정을 성장할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 제어장치(200)는 상기 분석된 응고계면 이미지의 두께(T), 폭(W), 넓이 중 적어도 하나에 대해 소정의 기준에 적합한 경우 디핑 종료하고, 단결정을 성장, 예를 들어 네킹 공정을 진행할 수 있으며, 소정의 기준에 적합하지 못한 경우 챔버(10)의 온도 조절 등을 진행하면서 디핑공정을 계속하여 계속적인 측정, 분석, 판단동작을 하게 된다.

실시예에 따른 응고계면 영상 분석시스템 및 응고계면 영상 분석방법에 의하면, 디핑 공정 시 이미지 측정장치 및 이미지(Image) 분석장치를 적용함으로써 메니스커스(Meniscus)의 형성모양을 자동으로 검출할 수 있는 시스템을 구축할 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 실시예에 따른 응고계면 영상 분석방법을 설명한다.

도 2는 실시예에 따른 응고계면 영상 분석방법 순서도이며, 도 3는 실시예에 따른 응고계면 영상 분석방법에서 영상분석 과정의 상세 순서도이다.

먼저, 시드(S)를 융액(20) 계면에 접촉시키는 디핑(dipping)을 시작한다(S100).

이후, 상기 디핑 진행되는 응고계면(Meniscus)의 이미지를 측정 및 분석단계(S200)를 진행한다.

예를 들어, 도 3과 같이, 소정의 이미지 측정장치(110)를 이용하여 상기 디핑 진행되는 응고계면(Meniscus)의 이미지 검출부위를 설정한다(S210).

상기 이미지 측정장치(110)는 CCD 이미지센서 카메라 또는 CIS 카메라 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

이후, 상기 이미지 측정장치(110)를 이용하여 설정된 상기 응고계면(Meniscus)의 이미지를 측정(S220)한다. 도 4는 실시예에 따른 응고계면 영상 분석방법에서의 측정된 이미지 영상 예시 사진이다.

이후, 상기 이미지 분석장치(120)는 상기 측정된 응고계면의 이미지를 이진화하는 단계(S230)를 진행한다.

도 5는 실시예에 따른 응고계면 영상 분석방법에서 측정된 이미지의 이진화 영상 예시 사진이다.

구체적으로, 시드(S)가 융액(20)과 닿는 응고계면에서는 열에 의해 밝게 빛을 발하게 된다. 응고계면의 이미지를 이진화단계는 이 밝은 부위를 추출하는 작업을 한다. 이는 측정된 이미지에 대해 각 화소를 0 에서 255의 그레이 레벨(Gray Level)로 나타내고 일정 기준값(Threshold)을 이용하여 이진화 작업을 진행할 수 있다. 이진화 작업은 기준값 미만의 그레이(Gary) 값을 가지는 화소는 흑색으로, 그 이상의 값을 가지는 화소는 백색으로 표시할 수 있다. 이를 통해 도 5와 같이 응고계면(Meniscus)만 백색으로 추출할 수 있다.

다음으로, 이미지 분석장치(120)는 상기 측정된 응고계면의 이미지를 분석하는 단계(S240)를 진행한다.

예를 들어, 상기 측정된 응고계면의 이미지 분석장치(120)는 상기 측정된 응고계면의 이미지에 대해 응고계면의 두께(T), 폭(W), 넓이 중 적어도 하나를 분석할 수 있다.

도 6은 실시예에 따른 응고계면 영상 분석방법에서 이진화된 이미지에 대한 분석영상 예시 사진이다.

상기 측정된 응고계면의 이미지 분석장치(120)는, 예를 들어, 측정된 응고계 면의 이미지에 대해 도 6과 같이 응고계면의 두께(T), 폭(W), 넓이에 대한 데이터(Data)를 얻을 수 있다.

상기 응고계면의 두께(T)는 시드(S) 하측에 형성된 응고계면의 수직 두께를 기준으로 할 수 있으며, 상기 응고계면의 폭(W)은 시드(S) 측면에 형성된 응고계면 자체의 수평 폭을 기준으로 할 수 있고, 상기 응고계면의 면적은 응고계면이 차지하는 영역에 대한 면적일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 상기 분석된 응고계면의 이미지를 판단하는 단계(S300)를 진행한다.

예를 들어, 상기 이미지 분석장치(120)에서 분석된 이미지 데이터는 소정의 통신회로(Communication Circuit)(140)를 통해 제어장치(200)로 전송되고, 상기 제어장치(200)는 상기 분석된 응고계면 이미지의 두께(T), 폭(W), 넓이 중 적어도 하나에 대해 소정의 기준에 적합한 경우(Good dip) 디핑 종료(S400)하고, 모터구동회로(210)를 통해 시드 리프터 모터(220)를 구동하여 단결정을 성장, 예를 들어 네킹공정을 진행(S500)할 수 있다.

예를 들어, 상기 3가지 데이터를 단결정 성장 제어장치(PLC)(200)에 입력하고 데이터 근거를 통해 디핑 및 온도 조건을 확인하여 굿 딥(Good-dip)인지 여부를 판단할 수 있다. 굿 딥(Good-dip)의 판단 기준은 단결정 성장 조건 및 내부 보온제의 상태에 따라 달라질 수 있으므로 융액(Melt) 온도 조건이 달라질 수 있다.

예를 들어, 300mm 단결정 성장장치(Grower)에서 시드(Seed) 폭 15mm 기준으로 할 경우, 상기 제어장치(200)는 상기 분석된 응고계면 이미지의 두께가 약 2.5mm 내지 약 3.0 mm 내에 있는 경우 디핑 종료(S400)하고, 단결정을 성장, 예를 들어 네킹 공정(S500)을 진행할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 제어장치(200)는 상기 분석된 응고계면 이미지의 두께(T), 폭(W), 넓이 중 적어도 하나에 대해 소정의 기준에 적합한 경우 디핑 종료하고, 단결정을 성장을 진행할 수 있으며, 소정의 기준에 적합하지 못한 경우 챔버(10)의 온도 조절 등을 진행하면서 디핑공정을 계속하여 계속적인 측정, 분석, 판단동작을 하게 된다.

본 발명은 기재된 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.

도 1은 실시예에 따른 응고계면 영상 분석시스템의 구성 예시도.

도 2는 실시예에 따른 응고계면 영상 분석방법 순서도.

도 3는 실시예에 따른 응고계면 영상 분석방법에서 영상분석 과정의 상세 순서도.

도 4는 실시예에 따른 응고계면 영상 분석방법에서의 측정된 이미지 영상 예시 사진.

도 5는 실시예에 따른 응고계면 영상 분석방법에서 측정된 이미지의 이진화 영상 예시 사진.

도 6은 실시예에 따른 응고계면 영상 분석방법에서 이진화된 이미지에 대한 분석영상 예시 사진.

Claims

디핑(dipping) 진행되는 응고계면(Meniscus)의 이미지를 측정하는 이미지 측정장치;

상기 측정된 응고계면의 이미지를 분석하는 이미지 분석장치; 및

상기 분석된 응고계면의 이미지를 판단하는 제어장치;를 포함하는 응고계면 영상 분석시스템.
제1 항에 있어서,

상기 이미지 분석장치는,

상기 측정된 응고계면의 이미지를 분석하기 전에 상기 측정된 응고계면의 이미지를 이진화하는 응고계면 영상 분석시스템.
제2 항에 있어서,

상기 이미지 분석장치에서 상기 측정된 응고계면의 이미지를 이진화는,

일정한 기준값(Threshold) 미만 값을 가지는 화소는 흑색으로, 그 이상의 값을 가지는 화소는 백색으로 표시하는 응고계면 영상 분석시스템.
제1 항에 있어서,

상기 측정된 응고계면의 이미지 분석장치는,

상기 측정된 응고계면의 이미지에 대해 응고계면의 두께, 폭, 넓이 중 적어도 하나를 분석하는 응고계면 영상 분석시스템.
제1 항에 있어서,

상기 제어장치는,

상기 분석된 응고계면 이미지의 두께, 폭, 넓이 중 적어도 하나에 대해 소정의 기준에 적합한 경우 디핑 종료하고, 단결정을 성장을 진행하도록 하는 응고계면 영상 분석시스템.
제1 항에 있어서,

상기 제어장치는

상기 분석된 응고계면 이미지의 두께가 2.5mm 내지 3.0 mm 내에 있는 경우 디핑 종료하고, 단결정을 성장하도록 하는 응고계면 영상 분석시스템.
시드(Seed)를 융액(melt) 계면에 접촉시키는 디핑(dipping) 단계;

상기 디핑 진행되는 응고계면(Meniscus)의 이미지를 측정하는 단계;

상기 측정된 응고계면의 이미지를 분석하는 단계; 및

상기 분석된 응고계면의 이미지를 판단하는 단계;를 포함하는 응고계면 영상 분석방법.
제7 항에 있어서,

상기 응고계면의 이미지 측정 단계 후에,

상기 측정된 응고계면의 이미지를 이진화하는 단계를 더 진행하는 응고계면 영상 분석방법.
제8 항에 있어서,

상기 측정된 응고계면의 이미지를 이진화하는 단계는,

일정한 기준값(Threshold) 미만 값을 가지는 화소는 흑색으로, 그 이상의 값을 가지는 화소는 백색으로 표시하는 응고계면 영상 분석방법.
제7 항에 있어서,

상기 측정된 응고계면의 이미지를 분석하는 단계는,

상기 측정된 응고계면의 이미지에 대해 응고계면의 두께, 폭, 넓이 중 적어도 하나를 분석하는 응고계면 영상 분석방법.
제7 항에 있어서,

상기 분석된 응고계면의 이미지를 판단하는 단계는,

상기 분석된 응고계면 이미지의 두께, 폭, 넓이 중 적어도 하나에 대해 소정의 기준에 적합한 경우 디핑 종료하고, 단결정을 성장을 진행하는 응고계면 영상 분석방법.
제7 항에 있어서,

상기 분석된 응고계면의 이미지를 판단하는 단계는,

상기 분석된 이미지의 두께가 2.5mm 내지 3.0 mm 내에 있는 경우 디핑 종료하고, 단결정을 성장을 진행하는 응고계면 영상 분석방법.