KR20160025821A - Temperature control module of the ingot growth apparatus and a control method for it - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a temperature control device for an ingot growth apparatus and a control method thereof, and more specifically to a temperature control device for an ingot growth apparatus which provides a target temperature profile (Target ATC) of the present ingot growth process by quantitatively considering a withdrawal speed error (ΔP/S0) and an actual temperature profile (Act ATC0)of a previous ingot growth process, an actual temperature profile and an actual temperature profile (Act ATC1) of the present ingot growth process. The temperature control device for the ingot growth apparatus and the control method thereof in accordance with the present invention design a target temperature profile (Target ATC) of the present ingot growth process automatically by quantitatively considering the withdrawal speed error (ΔP/S0) and the actual temperature profile (Act ATC0) of the previous ingot growth process and the actual temperature profile (Act ATC1) of the present ingot growth process. Therefore, a high-definition controller can provide power calculated according to the present withdrawal speed error (ΔP/S1) and the target temperature profile (Target ATC) to a heater.

Description

잉곳 성장장치의 온도제어장치 및 그 제어방법 {Temperature control module of the ingot growth apparatus and a control method for it}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a temperature control apparatus and a control method for the ingot growing apparatus,

본 발명은 이전 잉곳 성장 공정의 인상속도 오차(ΔP/S0)와 실제 온도 프로파일(Act ATC0)과 현재 잉곳 성장 공정의 실제 온도 프로파일(Act ATC1)을 정량적으로 고려하여 현재 잉곳 성장 공정의 타겟 온도 프로파일(Target ATC)을 제공할 수 있는 잉곳 성장장치의 온도제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention quantitatively takes into consideration the pulling rate error (ΔP / S 0 ) of the previous ingot growth process, the actual temperature profile (Act ATC 0 ) and the actual temperature profile of the current ingot growth process (Act ATC 1 ) To a temperature control device of an ingot growing apparatus capable of providing a target temperature profile (Target ATC) and a control method thereof.

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 have high-purity polycrystalline silicon produced, and then monocrystals are grown from polycrystalline silicon according to the Czochralski (CZ) crystal growth method, The wafer is sliced to produce a silicon wafer. The wafer is mirror-polished, cleaned, and finally inspected.

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 소정크기의 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, in the conventional single crystal ingot growing method, after a seed is immersed in a melt in which polycrystalline silicon is melted, the seed crystal is grown at a high pulling rate to proceed the necking process. Then, the single crystal is gradually grown in the radial direction with the seed, and if the seed crystal has a predetermined diameter, the shouldering step is performed. The body growth is performed after the shouldering step, the body is processed for a predetermined length, the diameter of the body is decreased, and the single crystal ingot growth is completed through a tailing process in which the body is separated 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 interest in single crystal growth in such a Chrystalski process lies in preventing the formation of dislocations, voids or other defects in the crystal lattice structure. If local defects or dislocations propagate in the single crystal, the whole single crystal can not be used at all.

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.Particularly, when the single crystal ingot is grown by the Czochralski process, vacancies and interstitial silicon are introduced into the single crystal through the solid-liquid interface. When the concentration of the introduced vacancies and interstitial silicon is supersaturated State, silicon diffuses and coheres between vacancies and interstitials 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 the ratio V / G of the pulling rate V of the single crystal and the temperature gradient G at the liquid interface is controlled within a specific range. The pulling rate of the single crystal and the temperature at the solid-liquid interface also correspond to the factors determining the ingot diameter of the single crystal.

그러므로, 잉곳의 결함발생을 억제하고 직경을 균일하게 유지하기 위해, 인상속도와 함께 실리콘 융액 온도를 적절하게 제어할 필요가 있다. Therefore, in order to suppress the occurrence of defects in the ingot and to keep the diameter uniform, it is necessary to appropriately control the temperature of the silicon melt with the pulling rate.

종래에는 융액의 온도를 적절하게 제어하기 위하여, 과거 공정에서 사용한 목표 온도 프로파일과 Hot zone 변경, 공정 조건 변경 등의 여러 요소를 감안하여 설계자의 경험치에 따라 수동적으로 현재 공정에서 온도 프로파일을 재설계하고 있다.Conventionally, in order to appropriately control the temperature of the melt, the temperature profile is manually redesigned in the current process according to the experience of the designer in consideration of various factors such as the target temperature profile used in the past process, the hot zone change, have.

따라서, 설계자마다 온도 설계 방식이 상이하고, 설계자의 경험에 의존할 뿐 아니라 온도 설계 및 보정할 때에 정량적인 기준이 없기 때문에 재설계된 온도 프로파일을 적용하더라도 실제 온도를 목표 온도에 맞추는 온도 적중률이 저조한 편이다.Therefore, there is a difference in temperature design method among designers, depending not only on the experience of the designer but also because there is no quantitative criterion when designing and calibrating the temperature. Therefore, even if the redesigned temperature profile is applied, the temperature hit ratio to be.

또한, 설계자가 설계한 온도 프로파일로 진행하더라도 실제 온도 조건과 상이할 경우에 온도 보정이 진행되는데, 온도 편차가 발생한 이후 목표 온도를 보정하는 피드 백(feedback)제어를 통해 목표 온도와 실제온도의 정합률을 높였으나, 이미 편차가 발생된 이후의 보정이므로 온도 적중률을 높이는데 한계가 있었다. In addition, even if the temperature profile is designed by the designer, the temperature correction is performed when the temperature is different from the actual temperature condition. After the temperature deviation occurs, feedback control is performed to correct the target temperature. However, since it is a correction after the deviation has already occurred, there is a limit to increase the temperature hit rate.

따라서, 종래에는 설계자의 경험치에 의한 온도 보정이 진행되거나, 온도 편차가 발생한 이후에 목표 온도를 피드 백 제어하기 때문에 목표 온도와 실제온도의 편차로 인하여 온도를 원하는 값으로 제어하지 못하게 되고, 인상속도 에러 및 인상속도 변동을 유발하여 잉곳의 직경 제어와 결정 품질에 결함이 발생되는 문제점이 있다.Therefore, conventionally, since the target temperature is feedback controlled after the temperature correction by the experience of the designer proceeds or after the temperature deviation occurs, the temperature can not be controlled to a desired value due to the deviation between the target temperature and the actual temperature, Error and pull-up speed fluctuation are caused, thereby causing defects in the diameter control and crystal quality of the ingot.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 이전 잉곳 성장 공정의 인상속도 오차(ΔP/S0)와 실제 온도 프로파일(Act ATC0)과 현재 잉곳 성장 공정의 실제 온도 프로파일(Act ATC1)을 정량적으로 고려하여 현재 잉곳 성장 공정의 타겟 온도 프로파일(Target ATC)을 자동 설계할 수 있는 잉곳 성장장치의 온도제어장치 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art described above, and it is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for adjusting the pulling speed error ΔP / S 0 of a previous ingot growth process, an actual temperature profile Act ATC 0 , The target temperature profile (ATC) of the current ingot growth process can be automatically designed by quantitatively considering the Act ATC 1 ( Act ATC 1 ). The object of the present invention is to provide a temperature control apparatus and control method thereof.

본 발명은 챔버 내부에서 도가니에 담긴 융액으로부터 잉곳을 타겟 직경으로 성장시키는 동시에 타겟 인상속도로 인상시키기 위하여, 상기 도가니를 가열하는 히터의 파워를 제어하는 잉곳 성장장치의 온도제어장치에 있어서, 상기 잉곳의 실제 직경(d)과 타겟 직경(d0)의 오차(Δd)에 따라 실제 인상속도(Actual P/S) 및 평균 인상속도(Avg P/S)를 산출하는 직경 제어기; 상기 직경 제어기에서 제공되는 실제 인상속도(Actual P/S)를 타겟 인상속도(Target P/S)에 맞추도록 상기 잉곳의 인상속도(P/S)를 제어하는 인상 제어기; 이전 공정의 인상속도 데이터와 현재 공정의 실제 온도 프로파일(Act ATC1)을 가공하여 현재 잉곳 성장 공정의 타겟 온도 프로파일(Target ATC)로 산출하는 온도 자동 설계 제어기; 상기 직경 제어기에서 제공되는 평균 인상속도(Avg P/S)와 타겟 인상속도(Target P/S)의 오차값인 현재 인상속도 오차(ΔP/S1)와 상기 온도 자동 설계 제어기에서 제공되는 타겟 온도 프로파일(Target ATC)에 따라 상기 히터에 제공되는 파워를 산출하고, 상기 히터 파워를 펄스 신호로 상기 히터에 전송하는 고해상도 제어기;를 포함하는 잉곳 성장장치의 온도제어장치를 제공한다.There is provided a temperature control apparatus for an ingot growing apparatus for controlling the power of a heater for heating the crucible so as to raise the ingot from the melt contained in the crucible to the target diameter while raising the target at the target pulling rate, A diameter controller for calculating an actual pulling rate Actual P / S and an average pulling rate Avg P / S in accordance with an error d between the actual diameter d and the target diameter d 0 of the substrate W; An impression controller for controlling the pulling speed (P / S) of the ingot to match an actual pulling speed (Actual P / S) provided by the diameter controller to a target pulling speed (Target P / S); A temperature automatic design controller for processing the actual temperature profile (Act ATC 1 ) of the current process and the target temperature profile (Target ATC) of the current ingot growing process by calculating the pulling rate data of the previous process; (P / S 1 ), which is an error between the average pulling rate (AvgP / S) and the target pulling rate (Target P / S) provided by the diameter controller, and the target temperature And a high resolution controller for calculating a power provided to the heater according to a target ATC and transmitting the heater power as a pulse signal to the heater.

또한, 본 발명은 챔버 내부에서 도가니에 담긴 융액으로부터 잉곳을 타겟 직경으로 성장시키는 동시에 타겟 인상속도로 인상시키기 위하여, 상기 도가니를 가열하는 히터의 파워를 제어하는 잉곳 성장장치의 온도제어방법에 있어서, 상기 잉곳의 실제 직경(d)과 타겟 직경(d0)의 오차(Δd)에 따라 실제 인상속도(Actual P/S) 및 평균 인상속도(Avg P/S)를 산출하는 제1단계; 상기 제1단계에서 제공되는 실제 인상속도(Actual P/S)를 타겟 인상속도(Target P/S)에 맞추도록 상기 잉곳의 인상속도(P/S)를 제어하는 제2단계; 이전 공정의 데이터와 현재 공정의 실제 온도 프로파일(Act ATC1)을 가공하여 현재 잉곳 성장 공정의 타겟 온도 프로파일(Target ATC)로 산출하는 제3단계; 상기 제1단계에서 제공되는 평균 인상속도(Avg P/S)와 타겟 인상속도(Target P/S)의 오차값인 현재 인상속도 오차(ΔP/S1)와 상기 제3단계에서 제공되는 타겟 온도 프로파일(Target ATC)에 따라 상기 히터에 제공되는 파워를 산출하여 상기 히터로 전송하는 제4단계를 포함하는 잉곳 성장장치의 온도제어방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a temperature control method of an ingot growing apparatus for controlling the power of a heater for heating a crucible to raise an ingot from a melt contained in the crucible to a target diameter while raising the target at a target pulling rate, A first step of calculating an actual pulling rate Actual P / S and an average pulling up rate Avg P / S according to an error d between the actual diameter d of the ingot and the target diameter d 0 ; A second step of controlling the pulling speed (P / S) of the ingot to match the actual pulling speed (Actual P / S) provided in the first step with the target pulling speed (Target P / S); A third step of processing the data of the previous process and the actual temperature profile of the current process (Act ATC 1 ) to calculate the target temperature profile (Target ATC) of the current ingot growing process; (P / S 1 ) which is an error value between the average pulling rate (Avg P / S) and the target pulling rate (Target P / S) provided in the first step and the target pull- And a fourth step of calculating power supplied to the heater according to the profile (ATC) and transmitting the power to the heater.

본 발명에 따른 잉곳 성장장치의 온도제어장치 및 그 제어방법은 자동 온도 설계기에서 이전 잉곳 성장 공정의 인상속도 오차(ΔP/S0)와 실제 온도 프로파일(Act ATC0)과 현재 잉곳 성장 공정의 실제 온도 프로파일(Act ATC1)을 정량적으로 고려하여 현재 잉곳 성장 공정의 타겟 온도 프로파일(Target ATC)을 자동으로 설계하면, 고해상도 제어기에서 현재 인상속도 오차(ΔP/S1)와 타겟 온도 프로파일(Target ATC)에 따라 산출된 파워를 히터에 제공할 수 있다.The temperature control apparatus and method for controlling the temperature of the ingot growing apparatus according to the present invention are characterized in that the pulling speed error (ΔP / S 0 ) and the actual temperature profile (Act ATC 0 ) of the previous ingot growing process and the actual temperature profile If the target temperature profile (Target ATC) of the current ingot growth process is automatically designed considering the actual temperature profile (Act ATC 1 ) quantitatively, the current pulling speed error (ΔP / S 1 ) and the target temperature profile ATC) can be supplied to the heater.

따라서, 이전 공정의 데이터 및 현재 공정의 데이터를 정량적으로 반영함으로써, 현재 공정의 타겟 온도 프로파일을 자동 설계가 가능하며, 온도 적중률을 높일 수 있는 이점이 있다.Therefore, by reflecting the data of the previous process and the data of the current process quantitatively, the target temperature profile of the present process can be automatically designed and the temperature hit rate can be increased.

나아가, 실시간으로 타겟 온도 프로파일을 보정함으로써, 공정 중에 외란이 발생되더라도 실시간으로 인상속도 에러를 개선하여 잉곳의 직경을 균일하게 제어할 수 있고, 잉곳의 결정 품질을 균일하게 유지할 수 있는 이점이 있다.Furthermore, by correcting the target temperature profile in real time, even if disturbance occurs during the process, the pulling rate error can be improved in real time to control the diameter of the ingot uniformly, and the quality of the ingot crystal can be uniformly maintained.

도 1은 본 발명에 따른 온도제어장치가 적용된 잉곳 성장장치가 도시된 개념도.
도 2는 도 1에 적용된 온도제어장치의 일예가 도시된 구성도.
도 3은 도 1에 적용된 온도제어장치의 제어 흐름이 보다 상세히 도시된 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 잉곳 성장장치의 온도제어방법이 도시된 순서도.
도 5는 도 4에 적용된 타겟 온도 프로파일의 산출 과정이 도시된 순서도.
도 6은 본 발명에 따른 잉곳 성장장치의 온도제어방법으로 최종 온도 설계가 이루어지는 일예가 도시된 그래프.1 is a conceptual view illustrating an ingot growing apparatus to which a temperature control apparatus according to the present invention is applied.
Fig. 2 is a configuration diagram showing an example of the temperature control device applied to Fig. 1. Fig.
Fig. 3 is a configuration diagram showing the control flow of the temperature control device applied to Fig. 1 in more detail; Fig.
4 is a flowchart showing a temperature control method of the ingot growing apparatus according to the present invention.
Fig. 5 is a flowchart showing the calculation process of the target temperature profile applied to Fig. 4; Fig.
FIG. 6 is a graph illustrating an example of the final temperature design performed by the temperature control method of the ingot growing apparatus according to 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, the present embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the scope of the inventive concept of the present embodiment can be determined from the matters disclosed in the present embodiment, and the spirit of the present invention possessed by the present embodiment is not limited to the implementation of addition, deletion, Variations.

도 1은 본 발명에 따른 온도제어장치가 적용된 잉곳 성장장치가 도시된 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating an ingot growing apparatus to which a temperature control apparatus according to the present invention is applied.

본 발명의 잉곳 성장장치는 도 1에 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)을 회전시키면서 인상하기 위한 인상 제어기(130)와, 단결정 잉곳(IG)의 직경을 측정하는 직경측정센서(140)와, 상기 도가니(110)의 회전 또는 승강을 제어하는 도가니 승강장치(150)와, 상기 히터(120) 및 인상 제어기(130)의 작동을 제어하는 온도제어장치(200)를 포함한다.The ingot growing apparatus of the present invention comprises a crucible 110 containing molten silicon SM for growing a single crystal silicon ingot IG in a chamber 100 as shown in FIG. 1, a crucible 110 for heating the crucible 110, A pulling controller 130 for pulling the single crystal ingot IG while rotating the single crystal ingot IG; a diameter measuring sensor 140 for measuring the diameter of the single crystal ingot IG; And a temperature controller 200 for controlling the operation of the heater 120 and the pull-up controller 130. The crucible lifting device 150 controls the temperature of the crucible 150,

이때, 상기 온도제어장치(200)는 상기 인상 제어기(130)에 인상속도(PS)를 제공하는데, 상기 직경측정센서(140)에 의해 측정된 직경의 평균값을 타겟 직경과 비교한 값을 이용하여 상기 인상속도(PS)를 제공할 수 있다.At this time, the temperature control device 200 provides the pulling rate controller PS to the pull-up controller 130, using a value obtained by comparing the average value of the diameters measured by the diameter measuring sensor 140 with the target diameter It is possible to provide the pulling rate PS.

또한, 상기 온도제어장치(200)는 상기 히터(120)로 공급되는 전력인 히터 파워(Heater power)를 직접 제공하도록 구성된다.In addition, the temperature control device 200 is configured to directly supply heater power, which is power supplied to the heater 120.

보다 상세하게, 상기 온도제어장치(200)는 이전 잉곳 성장 공정의 인상속도(P/S) 데이터와 현재 잉곳 성장 공정의 실제 온도 프로파일(Act ATC)을 정량적으로 반영하여 현재 잉곳 성장 공정의 타겟 온도 프로파일(Target ATC)을 자동으로 설계한 다음, 현재 인상속도 오차(ΔP/S1)와 타겟 온도 프로파일(Target ATC)에 따라 산출된 파워를 상기 히터에 제공하며, 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.More specifically, the temperature control device 200 quantitatively reflects the pulling rate (P / S) data of the previous ingot growing process and the actual temperature profile (Act ATC) of the current ingot growing process, The target ATC is automatically designed and then the power calculated according to the current pulling-up speed error? P / S 1 and the target temperature profile ATC is supplied to the heater, which will be described in more detail below .

따라서, 이전 공정의 데이터 및 현재 공정의 데이터를 정량적으로 반영하여 타겟 온도 프로파일(Target ATC)을 설정함으로써, 온도 적중률을 높일 수 있고, 실시간으로 타겟 온도 프로파일(Target ATC)을 보정함으로써, 외란이 발생되더라도 실시간으로 잉곳의 직경을 균일하게 제어할 수 있다.Therefore, by setting the target temperature profile (Target ATC) quantitatively reflecting the data of the previous process and the data of the current process, the temperature hit rate can be increased and the target temperature profile (Target ATC) can be corrected in real time, The diameter of the ingot can be uniformly controlled in real time.

도 2는 도 1에 적용된 온도제어장치의 일예가 도시된 구성도이다.Fig. 2 is a configuration diagram showing an example of the temperature control device applied to Fig. 1. Fig.

상기 온도제어장치는 도 2에 도시된 바와 같이 직경 제어기(Auto Diameter Controller : 210)와, 고해상도 제어기(A : 220,230)와, 히터 제어기(240)와, 온도 자동 설계 제어기(B : 250,260)를 포함하도록 구성될 수 있다.2, the temperature control apparatus includes an automatic diameter controller 210, high resolution controllers 220 and 230, a heater controller 240, and a temperature automatic design controller 250 and 260 .

상기 직경 제어기(210)는 잉곳의 직경(Dia)을 타겟 직경(Target Dia)으로 균일하게 성장시키기 위하여 상기 인상 제어기(130)로 실제 인상속도(Actual P/S)를 제공할 수 있다.The diameter controller 210 may provide an actual pulling rate (Actual P / S) to the pull controller 130 to uniformly grow the diameter Dia of the ingot to the target diameter (Target Dia).

이때, 상기 직경 제어기(210)는 잉곳의 측정 직경(Dia)과 타겟 직경(Target Dia)의 비교를 통하여 상기 실제 인상속도(Actual P/S)를 산출할 수 있으며, 상기 직경측정센서(140)를 비롯하여 타겟 직경 스케줄러(Dia. Target Scheduler : 201)와 직경 신호 비교부(202)로부터 신호를 전달받도록 구성될 수 있다.At this time, the diameter controller 210 may calculate the actual pulling rate (Actual P / S) by comparing the measured diameter Dia of the ingot and the target diameter (Target Dia) And receives signals from the target diameter scheduler 201 and the diameter signal comparison unit 202. [

따라서, 상기 직경 신호 비교부(202)는 상기 직경측정센서(140)에 의해 감지된 잉곳의 측정 직경(Dia)을 입력받고, 상기 타겟 직경 스케줄러(201)로부터 잉곳의 타겟 직경(Target Dia)을 입력받은 다음, 서로 비교하여 상기 직경 제어기(210)로 전송한다.Therefore, the diameter signal comparator 202 receives the measured diameter Dia of the ingot sensed by the diameter measuring sensor 140 and calculates the target diameter Dia of the ingot from the target diameter scheduler 201 And then transmits them to the diameter controller 210 in comparison with each other.

이후, 상기 직경 제어기(210)는 상기 잉곳의 측정 직경(Dia)과 타겟 직경(Target Dia)의 비교값(ΔDia)에 따라 실제 인상속도(Actual P/S)를 산출하고, 산출된 실제 인상속도(Actual P/S)를 상기 인상 제어기(130)에 제공함으로써, 잉곳의 인상속도(P/S)를 타겟 인상속도(Target PS)에 맞추도록 제어할 수 있다.Then, the diameter controller 210 calculates an actual pulling speed Actual P / S in accordance with a comparison value [Delta] Dia between the measured diameter Dia of the ingot and the target diameter (Target Dia) (P / S) of the ingot to the target pulling speed (Target PS) by providing the actual pulling speed (Actual P / S) to the pulling controller (130).

상기 고해상도 제어기(A)는 일종의 PLC와 PC가 결합한 형태로 구성될 수 있으며, 온도 보정량(ΔT)을 비롯하여 히터 파워(P)를 실수로 산출할 수 있다. The high-resolution controller A may be configured as a combination of a PLC and a PC, and may calculate the heater power P as well as the temperature correction amount T by mistake.

상기 고해상도 제어기(A)는 인상속도의 오차(ΔP/S1)를 온도 보정량(ΔT)으로 산출하는 인상상속도 제어부(Auto Growing Controller : 220)와, 온도 보정량(ΔT)을 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation : PWM) 방법에 의해 히터 파워(P)로 산출하는 온도 제어부(Auto Temperature Controller : 230)를 포함하도록 구성될 수 있다.The high resolution controller A includes an auto growth controller 220 for calculating an error ΔP / S 1 of a pulling rate by a temperature correction ΔT and a temperature correction amount ΔT by pulse width modulation And a temperature controller (Auto Temperature Controller) 230 for calculating the heater power P by a Width Modulation (PWM) method.

상기 인상속도 제어부(220)는 인상속도(PS)를 평균값(Avg PS)과의 편차(ΔP/S1)를 통하여 온도 보정량(ΔT)을 산출할 수 있다. 이때, 상기 인상속도 제어부(220)는 하기에서 설명될 타겟 인상속도 스케줄러(PS Target Scheduler : 211)와 인상속도 신호 비교부(212)로부터 신호를 전달받도록 구성될 수 있다.The pulling rate control unit 220 can calculate the temperature correction amount? T through the deviation? P / S 1 from the pulling rate PS to the average value Avg PS. At this time, the pull-up rate control unit 220 may be configured to receive a signal from the target target pull-up rate scheduler 211 and the pull-up rate signal comparing unit 212, which will be described later.

따라서, 상기 인상속도 신호 비교부(212)는 상기 직경 제어기(210)로부터 전송된 실제 인상속도(Actual P/S)를 입력받고, 상기 타겟 인상속도 스케줄러(211)로부터 잉곳의 타겟 인상속도(Target PS)를 입력받은 다음, 서로 비교하여 상기 인상속도 제어부(220)로 전송한다.Accordingly, the pulling rate signal comparator 212 receives the actual pulling rate Actual P / S transmitted from the diameter controller 210 and receives the target pulling rate of the ingot from the target pulling rate scheduler 211 PS, and then transmits the comparison result to the pull-up speed control unit 220.

이후, 상기 인상속도 제어부(220)는 상기 인상속도(PS)를 설정시간 동안에 평균값(Avg PS)을 구한 다음, 상기 인상속도(PS)를 평균값(Avg PS)과 오차(ΔPS)로부터 온도 보정량(ΔT)을 산출할 수 있다. 이때, 상기 인상속도 제어부(220)는 인상속도의 편차(ΔP/S1)에 대해 비례-적분-미분(PID) 제어를 수행하여 온도 보정량(ΔT)으로 산출할 수 있다.Then the pulling rate control unit 220 obtains the average value PS of the pulling rate PS during the set time and then calculates the pulling rate PS from the average value Avg PS and the error PPS DELTA T) can be calculated. At this time, the pulling-up speed controller 220 may calculate the temperature correction amount T by performing proportional-integral-derivative (PID) control on the pull-up speed deviation P / S 1 .

상기 온도 제어부(230)는 잉곳이 성장하는 도가니 내부의 온도를 기준으로 제어할 수 있는데, 온도 보정량(ΔT)과 타겟 온도(T0) 및 측정 온도(T)의 비교를 통하여 히터 파워(P)를 산출할 수 있다. 이때, 상기 온도 제어부(230)는 하기에서 설명될 온도 스케줄러(Temperature Scheduler : 260)와 제1,2온도 신호 비교부(221,222)로부터 신호를 전달받도록 구성될 수 있다.The temperature controller 230 can control the temperature of the interior of the crucible where the ingot grows. The heater power P can be controlled by comparing the temperature correction amount? T with the target temperature T 0 and the measured temperature T, Can be calculated. At this time, the temperature controller 230 may receive signals from the temperature scheduler 260 and the first and second temperature signal comparators 221 and 222, which will be described later.

따라서, 상기 제1온도 신호 비교부(221)는 상기 인상속도 제어부(220)로부터 전송된 온도 보정량(ΔT)을 입력받는 동시에 상기 온도 스케줄러(260)로부터 잉곳이 성장되는 도가니 내부의 타겟 온도 프로파일(Target ATC)을 입력받아 보정 온도(T1)를 산출하고, 상기 제2온도 신호 비교부(222)는 실제 도가니 내부의 온도를 감지한 측정 온도(T)를 입력받은 다음, 보정 온도(T1)와 측정 온도(T)의 비교값을 상기 온도 제어부(230)로 전송한다.Accordingly, the first temperature signal comparator 221 receives the temperature correction amount? T transmitted from the pull-up speed controller 220 and the target temperature profile within the crucible in which the ingot is grown from the temperature scheduler 260 receives the Target ATC) calculates a corrected temperature (T 1) and the second temperature signal comparison unit 222 is inputted to the measured temperature by sensing the temperature in the actual furnace (T), and then, the correction temperature (T 1 And the measured temperature T to the temperature controller 230.

이후, 상기 온도 제어부(230)는 상기 보정 온도(T1)와 측정 온도(T)의 비교값로부터 제어 온도(T2)를 산출하고, 제어 온도(T2)를 구현하기 위하여 비례-적분-미분(PID) 제어를 수행하여 히터 파워(P)를 산출할 수 있다. Then, the temperature controller 230 is proportional to implement the control temperature (T 2), and calculates the control temperature (T 2) from the comparison value of the compensation temperature (T 1) and the measured temperature (T) - integral - It is possible to calculate the heater power P by performing differential (PID) control.

이때, 상기 온도 제어부(230)는 세분화된 히터 파워(P)를 펄스폭 변조(PWM) 방법에 의해 정밀하게 구현함으로써, 히터 파워(P)를 신속하게 세분화하여 제공할 수 있다.At this time, the temperature controller 230 can precisely implement the subdivided heater power P by a pulse width modulation (PWM) method, so that the heater power P can be rapidly segmented and provided.

상기 히터 제어기(240)는 상기 온도 제어부(230)로부터 제공된 히터 파워(P)를 직접 상기 히터(120)로 공급하도록 제어한다. 이때, 상기 히터 제어기(240)의 해상도가 떨어지더라도 상기 온도 제어부(230)를 통하여 히터 파워(P)가 신속하게 세분화하여 제공할 수 있으며, 실제 도가니 내부의 온도 환경을 민감하게 조절할 수 있다.The heater controller 240 controls the heater 120 to supply the heater power P supplied from the temperature controller 230 directly to the heater 120. At this time, even if the resolution of the heater controller 240 is low, the heater power P can be rapidly broken down through the temperature controller 230 and the temperature environment inside the actual crucible can be sensitively controlled.

상기 온도 자동 설계 제어기(B)는 연산부(250)와, 온도 스케줄러(260)로 구성될 수 있다.The temperature automatic design controller B may include an operation unit 250 and a temperature scheduler 260.

상기 연산부(250)는 상기 고해상도 제어기(A)로부터 입력받은 이전 공정의 인상속도 데이터와 현재 공정의 실제 온도 프로파일(Actual ATC1)을 Raw data로 가공하여 현재 잉곳 성장 공정의 타겟 온도 프로파일(Target ATC)을 산출할 수 있는데, 상기 고해상도 제어기(A)로부터 입력받을 수 있는 데이터로는 인상속도 오차(ΔP/S)와, 실제 온도 프로파일(Actual ATC)과, 멜트 갭(Melt gap) 등이 포함될 수 있다.The operation unit 250 processes the pulling rate data of the previous process input from the high resolution controller A and the actual temperature profile (Actual ATC 1 ) of the current process into Raw data and outputs the target temperature profile of the current ingot growing process The data that can be input from the high resolution controller A may include a pulling rate error? P / S, an actual temperature profile (Actual ATC), a melt gap, and the like. have.

이때, 상기 연산부(250)에 의해 이전 공정의 인상속도 데이터과 현재 공정의 실제 온도 프로파일(Actual ATC1)을 가공하여 현재 공정의 타겟 온도 프로파일(Target ATC)을 자동 설계함으로써, 현재 공정의 타겟 온도 프로파일(Target ATC)은 이전 공정에서 인상속도 에러와 멜트 갭에 따라 변동된 온도 경향을 반영하는 동시에 현재 공정 조건 하에서 실제 온도 변화를 반영할 수 있고, 이로 인하여 공정 조건 또는 품질을 만족시킬 수 있는 온도 적중률을 높일 수 있다. At this time, the operation unit 250 processes the actual temperature profile (Actual ATC 1 ) of the previous process and the actual temperature profile of the current process to automatically design the target temperature profile (Target ATC) of the current process, (Target ATC) can reflect the actual temperature change under the current process conditions while reflecting the temperature tendency which is changed according to the pulling rate error and the melt gap in the previous process, and thereby the temperature hit ratio .

상기 온도 스케줄러(260)는 공정 초기에 최초 온도 프로파일 또는 타겟 온도를 제공하도록 구비되는데, 상기 연산부(250)에서 자동 설계된 타겟 온도 프로파일(Target ATC)을 상기 고해상도 제어기(A)의 제1온도 신호 비교부(221)에 제공하도록 구성될 수도 있다.The temperature scheduler 260 is provided to provide an initial temperature profile or a target temperature at the initial stage of the process. The temperature scheduler 260 can automatically calculate a target temperature profile (Target ATC) Section 221, as shown in FIG.

이와 같이, 상기 온도제어장치(200)는 인상속도를 타겟 인상속도로 수렴되는 동안 인터벌 타임(Interval time)을 두고 제어하게 되는데, 설정된 평균시간(Avg time) 동안 인상속도 평균값(Avg PS)을 구하고, 인상속도(PS)를 평균값(Avg PS)과의 오차를 온도 보정량(ΔT)으로 산출한 다음, 온도 보정량(ΔT)을 이전 공정의 데이터를 반영하여 자동 설계된 타겟 온도 프로파일(Target ATC)과 실제 측정 온도(T)를 고려하여 세분화된 히터 파워(P)로 산출하고, 히터 파워(P)를 펄스폭 변조(PWM) 방법에 의해 정밀하게 구현할 수 있어 히터의 제어 온도(T2)를 민감하게 제어할 수 있다.As described above, the temperature control apparatus 200 controls the pull-up speed at an interval time during convergence at the target pull-up speed. The pull-up speed average value Avg PS is obtained during the set average time (Avg time) The target temperature profile (Target ATC) that is automatically designed to reflect the data of the previous process and the actual temperature profile (Target ATC) to calculate the measured temperature (T) in the heater power (P) broken down in consideration, and the heater power (P) the susceptible control the temperature (T 2) of the heater can be achieved precisely by way pulse width modulated (PWM) Can be controlled.

따라서, 이전 공정 조건을 현재 공정 조건에 정량적으로 반영함으로써, 현재 공정 진행 중에서 공정 조건에 변화됨에 따라 실제 온도가 변경되더라도 타겟 온도 프로파일(Target ATC)을 실시간으로 변경하기 때문에 공정 간에 품질 재현성을 확보할 수 있고, 외란에 빠른 대응을 하여 안전성을 확보할 수 있다.Therefore, by reflecting the previous process conditions quantitatively to the current process conditions, the target ATC is changed in real time even if the actual temperature changes as the process conditions change in the current process, thereby ensuring quality reproducibility between processes And it is possible to secure safety by quickly responding to disturbances.

도 3은 도 1에 적용된 온도제어장치의 제어 흐름이 보다 상세히 도시된 구성도이다.Fig. 3 is a configuration diagram showing the control flow of the temperature control device applied to Fig. 1 in more detail.

상기 온도제어장치에서 데이터의 흐름을 기준으로 고해상도 제어기와 온도 자동 설계기의 구성을 살펴보면, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 고해상도 제어기(A)는 제1메모리부(231) 및 온도 제어부(232)로 이루어진 PLC와, 제2메모리부(233)와 연산부(234)와 제3메모리부(235) 및 인터페이스(236)로 이루어진 PC로 이루어질 수 있으며, 상기 온도 자동 설계기(B)는 연산부(250)와, 온도 스케줄러(260)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 3, the high-resolution controller A includes a first memory unit 231 and a temperature controller 232. The first memory unit 231, the temperature controller 232, And a PC including a second memory 233, an operation unit 234, a third memory unit 235 and an interface 236. The temperature automatic design unit B includes a computing unit 250 , And a temperature scheduler 260. [

먼저, 상기 인상 제어기(130)는 실제 인상속도(P/S)를 제공하고, 상기 온도 제어부(232)는 상기 제1메모리부(231)에 저장된 타겟 온도(T0)를 제공하면, 상기 제2메모리부(233)는 실제 인상속도(P/S)와 타겟 온도(T0)를 저장한다.First, when the temperature controller 232 provides the target temperature T 0 stored in the first memory 231, the lifting controller 130 provides the actual lifting speed P / 2 memory unit 233 stores the actual pulling rate P / S and the target temperature T 0 .

다음, 상기 온도 자동 설계기(B)의 연산부(250)는 상기 제2메모리부(233)에 저장된 실제 인상속도(P/S)와 타겟 온도(T0)로부터 보정 온도를 산출한다.The operation unit 250 of the temperature automatic design machine B calculates the correction temperature from the actual pulling rate P / S stored in the second memory unit 233 and the target temperature T 0 .

물론, 공정 초기에는 상기 온도 스케줄러(260)에서 타겟 온도(T0)가 제공되지만, 공정 진행 중에는 상기와 같은 과정을 통하여 인상속도(P/S)를 고려한 보정 온도(T1)가 제공된다.Of course, in the initial stage of the process, the target temperature T 0 is provided in the temperature scheduler 260. However, during the process, a correction temperature T 1 considering the pulling rate P / S is provided through the above process.

다음, 상기 온도 자동 설계기(B)의 연산부(250)는 이전 공정의 데이터와 현재 공정의 데이터를 반영하여 다시 타겟 온도 프로파일(Targrt ATC)을 설계함으로써, 공정 진행 중에 이전 데이터를 고려하여 재설계된 타겟 온도 프로파일(Targrt ATC)이 제공된다.Next, the operation unit 250 of the automatic temperature controller B designs the target temperature profile (Targrt ATC) by reflecting the data of the previous process and the data of the current process, A target temperature profile (Targrt ATC) is provided.

다음, 상기 제3메모리부(235)는 보정 온도(T1)와 타겟 온도 프로파일을 저장하고, 상기 제1메모리부(231)는 상기 인터페이스(236)를 통하여 상기 제3메모리부(235)에 저장된 보정 온도(T1)와 타겟 온도 프로파일(Targrt ATC)을 전송받아 저장한다.The third memory unit 235 stores the correction temperature T 1 and the target temperature profile and the first memory unit 231 is connected to the third memory unit 235 via the interface 236. The stored calibration temperature (T 1 ) and the target temperature profile (Targrt ATC) are received and stored.

상기와 같은 과정을 반복하면, 공정 초기에 타겟 온도(T0)로 히터의 작동이 제어되지만, 공정이 진행될수록 인상속도에 따른 보정 온도(T1) 및 이전 공정의 데이터를 정량적으로 고려하여 재설계된 타겟 온도 프로파일(Targrt ATC)로 히터의 작동이 제어될 수 있다.If the above process is repeated, the operation of the heater is controlled to the target temperature (T 0 ) at the beginning of the process. However, as the process progresses, the correction temperature T 1 according to the pulling rate and the data of the previous process are quantitatively considered The operation of the heater can be controlled with the designed target temperature profile (Targrt ATC).

도 4는 본 발명에 따른 잉곳 성장장치의 온도제어방법이 도시된 순서도이다.4 is a flowchart showing a temperature control method of the ingot growing apparatus according to the present invention.

본 발명에 따른 잉곳 성장장치의 온도제어방법은 실리콘 융액으로부터 잉곳을 인상시키는 공정이 진행되는 동안 적합한 온도 환경을 제공하기 위하여 히터의 파워를 조절하게 되는데, 도 4를 참조하여 살펴보기로 한다.The temperature control method of the ingot growing apparatus according to the present invention adjusts the power of the heater to provide a suitable temperature environment during the process of pulling up the ingot from the silicon melt, which will be described with reference to FIG.

먼저, 잉곳의 직경 오차(Δd)를 산출하고, 실제 인상속도(Actual P/S) 및 평균 인상속도(Avg P/S)를 산출한다.(S1,S2 참조)First, the diameter error? D of the ingot is calculated, and the actual pulling rate Actual P / S and the average pulling rate Avg P / S are calculated (see S1 and S2)

잉곳의 측정 직경(d)과 타겟 직경(d0)을 비교하면, 잉곳의 직경 오차(Δd)를 산출하는 동시에 잉곳의 직경 오차(Δd)로부터 실제 인상속도도(Actual P/S)를 같이 산출할 수 있다.When the measured diameter d of the ingot is compared with the target diameter d 0 , the diameter error d of the ingot is calculated and the actual pulling speed Actual P / S is calculated from the diameter error d of the ingot can do.

이때, 인상속도(P/S)를 설정시간 동안에 평균값으로 구하면, 평균 인상속도(Avg P/S)를 산출할 수 있다.At this time, when the pulling rate (P / S) is obtained as an average value during the set time, the average pulling rate (Avg P / S) can be calculated.

다음, 실제 인상속도(Actual P/S)를 타겟 인상속도(Target P/S)로 제어함으로써, 잉곳의 직경을 균일하게 조절할 수 있다.(S3 참조)Next, the diameter of the ingot can be uniformly controlled by controlling the actual pulling speed (Actual P / S) to the target pulling speed (Target P / S) (refer to S3).

다음, 이전 공정의 인상속도 데이터를 가공하고, 현재 공정의 실제 온도 프로파일(Act ATC1)을 가공한 다음, 가공된 데이터를 정량적으로 반영하여 현재 공정의 타겟 온도 프로파일(Target ATC)을 자동 설계한다.(S4,S5,S6 참조) Next, the pulling rate data of the previous process is processed, the actual temperature profile (Act ATC 1 ) of the current process is processed, and the target temperature profile (Target ATC) of the current process is automatically designed by quantitatively reflecting the processed data . (Refer to S4, S5, S6)

이전 공정의 인상속도 데이터인 인상속도 오차(ΔP/S0)와 실제 온도 프로파일(Act ATC0)을 Raw data로 가공하고, 이와 같이 가공된 데이터를 현재 공정의 실제 온도 프로파일(Act ATC1)을 고려한 적응 제어를 통하여 현재 공정의 타겟 온도 프로파일(Target ATC)을 자동으로 산출할 수 있으며, 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.The pulling rate data from the previous step-up speed error (ΔP / S 0) and the actual temperature profile (Act ATC 0) the actual temperature profile (Act ATC 1) of the processing, and processing thus data in Raw data current process the The target ATC of the current process can be automatically calculated through the adaptive control, which will be described in more detail below.

다음, 현재 인상속도 오차(ΔP/S1)와 타겟 온도 프로파일(Target ATC)에 따라 히터 파워를 산출하고, 히터 파워를 제공한다.(S7,S8 참조)Next, the heater power is calculated according to the current pulling-up speed error (? P / S 1 ) and the target temperature profile (Target ATC), and heater power is provided (see S7 and S8)

현재 공정에서 인상속도 평균값(Avg P/S)과 인상속도 오차(ΔP/S1)로부터 온도 보정량(ΔT)을 산출할 수 있는데, 인상속도 오차(ΔP/S1)에 대해 비례-적분-미분(PID) 제어를 수행하여 온도 보정량(ΔT)을 산출할 수 있다.It is possible to calculate the temperature correction amount? T from the pulling rate average value (Avg P / S) and the pulling rate error? P / S 1 in the current process. The pulling rate error? P / S 1 is proportional- (PID) control to calculate the temperature correction amount [Delta] T.

공정 초기에 온도 보정량(ΔT)은 최초 입력된 타겟 온도(T0)와 측정 온도(T)의 비교를 통하여 제어 온도(T2)를 산출한 다음, 제어 온도를 구현하기 위하여 비례-적분-미분(PID) 제어를 수행하여 히터 파워(P)를 산출할 수 있다.In the initial stage of the process, the temperature correction amount T is calculated by calculating the control temperature T 2 through comparison between the target temperature T 0 and the measurement temperature T which were input for the first time and then calculating the proportional- (PID) control to calculate the heater power (P).

그런데, 공정이 진행될수록 온도 보정량(ΔT)은 자동으로 재설계된 타겟 온도 프로파일(Target ATC)을 입력받아 보정 온도(T1)로 보정되고, 이러한 보정 온도(T1)와 실제 측정 온도(T)의 비교를 통하여 제어 온도(T2)를 산출한 다음, 제어 온도(T2)를 구현하기 위하여 비례-적분-미분(PID) 제어를 수행하여 히터 파워(P)를 산출할 수 있다.As the process progresses, the temperature correction amount T is automatically corrected to the correction temperature T 1 by receiving the redesigned target temperature profile (Target ATC), and the corrected temperature T 1 and the actual measured temperature T The control temperature T 2 can be calculated through comparison of the control temperature T 2 and the proportional-integral-derivative control PID to realize the control temperature T 2 .

물론, 히터 파워(P)를 펄스폭 변조(PWM) 방법에 의해 정밀하게 구현함으로써, 히터 파워(P)를 신속하게 세분화하여 제공할 수 있다. Of course, the heater power P can be precisely realized by the pulse width modulation (PWM) method, so that the heater power P can be quickly broken down and provided.

도 5는 도 4에 적용된 타겟 온도 프로파일의 산출 과정이 도시된 순서도이다.Fig. 5 is a flowchart showing the calculation process of the target temperature profile applied to Fig.

보다 상세하게, 타겟 온도 프로파일(Target ATC)이 산출되는 과정을 도 5를 참조하여 살펴보면, 이전 공정 데이터인 인상속도 오차(ΔP/S0)와 실제 온도 프로파일(Actual ATC0)과 현재 공정 데이터인 현재 온도 프로파일(Actual ATC1)을 입력받은 다음, 하기의 단계를 거치면서 노이즈를 줄일 수 있도록 가공한다.(S11,S12 참조)In more detail, referring to reference to Figure 5 the process of the target temperature profile (Target ATC) calculates, prior to the process data of a pulling rate error (ΔP / S 0) and the actual temperature profile (Actual ATC 0) and the current process data After receiving the current temperature profile (Actual ATC 1 ), it is processed so as to reduce noise while performing the following steps (see S11 and S12)

먼저, 이전 공정 중에 인상속도 오차(ΔP/S0)와 실제 온도 프로파일(Actual ATC0)을 보간법(Interpolation)을 이용한 다항식 필터(Polynominal filter)로 가공한다.(S13 참조)First, during the previous process, a pulling speed error (ΔP / S 0 ) and an actual temperature profile (Actual ATC 0 ) are processed into a polynomial filter using an interpolation method (see S13).

다음, 다항식 필터로 가공된 데이터를 설정 간격으로 PID 계산(Proportional Integral Differential calculate)한다.(S14 참조)Next, the data processed by the polynomial filter is subjected to PID calculation (Proportional Integral Differential Calculate) at a set interval (see S14).

다음, PID 계산된 데이터를 보외법(Extrapolation)을 이용한 다항식 필터(Polynominal filter)와 저역 통과 필터(Low pass filter : LPF)로 가공한다.(S15 참조)Next, the PID-calculated data is processed by a polynomial filter and a low pass filter (LPF) using extrapolation (refer to S15).

상기와 같이 가공된 데이터를 반영하여 최종 설계된 온도 프로파일이 산출되면, 현재 공정 조건인 현재 온도 프로파일(Actual ATC1)을 고려한 적응 제어(Adaptive control)에 의해 타겟 온도 프로파일(Target ATC)이 자동 설계된다.(S16,S17 참조)When the final designed temperature profile is calculated reflecting the processed data as described above, the target ATC is automatically designed by adaptive control in consideration of the current temperature profile (Actual ATC 1 ) which is a current process condition . (See S16 and S17)

이때, 적응 제어(Adaptive control)는 기존의 고정 PID 값이 아니라 실시간으로 공정 변동에 최적인 PID 값으로 변경 및 제어하는 방식이다.At this time, the adaptive control is a method of changing and controlling the PID value that is optimal for the process variation in real time instead of the existing fixed PID value.

즉, 현재 온도 프로파일(Actual ATC1)은 멜트 갭의 변동에 따라 달라지게 되는데, 적응 제어를 통하여 멜트 갭 등과 같은 공정 조건이 변동되더라도 실시간으로 보정된 타겟 온도 프로파일을 제공할 수 있다.That is, the current temperature profile (Actual ATC 1 ) changes according to the variation of the melt gap. Even if the process conditions such as the melt gap and the like are varied through the adaptive control, the target temperature profile corrected in real time can be provided.

도 6은 본 발명에 따른 잉곳 성장장치의 온도제어방법으로 최종 온도 설계가 이루어지는 일예가 도시된 그래프이다.6 is a graph illustrating an example of final temperature designing by the temperature control method of the ingot growing apparatus according to the present invention.

본 발명에 따른 잉곳 성장장치의 온도제어방법은 이전 공정의 데이터를 가공하여 현재 공정의 최종 온도 설계가 이루어지는데, 도 6에 도시된 바와 같이 최종 설계 온도는 이전 공정에서 인상속도 오차(ΔP/S0)와 실제 온도 프로파일(Act ATC0)을 정량적으로 반영하여 산출된다.The temperature control method of the ingot growing apparatus according to the present invention processes the data of the previous process to design the final temperature of the present process. As shown in FIG. 6, the final design temperature is the pulling speed error? P / S 0 ) and the actual temperature profile (Act ATC 0 ) quantitatively.

이때, 이전 공정에서 인상속도 오차(ΔP/S0)를 제거하는 동시에 실제 온도 변화를 반영하기 위하여 인상속도 오차(ΔP/S0)와 실제 온도 프로파일(Act ATC0) 각각의 비율을 설정하도록 구성할 수 있다.At this time, in order to remove the pulling-up speed error (ΔP / S 0 ) in the previous process and to reflect the actual temperature change, it is configured to set the ratio of the pulling-speed error ΔP / S 0 and the actual temperature profile (Act ATC 0 ) can do.

예를 들어, 이전 공정에서 반복적으로 인상속도 오차(ΔP/S0)가 발생하면, 자동 설계 시에 인상속도 오차(ΔP/S0)의 비율을 낮추는 동시에 실제 온도 프로파일(Act ATC0)의 비율을 높게 제어하는 것이 바람직하지만, 공정 중간에 이상한 온도 반응이 발생하면, 인상속도 오차(ΔP/S0)의 비율을 높이는 동시에 실제 온도 프로파일(Act ATC0)의 비율을 낮게 제어하는 것이 바람직하다.For example, the ratio of repeatedly pulling rate error (ΔP / S 0) is generated when, pulling rate error (ΔP / S 0) to lower at the same time the actual temperature profile for the ratio of the automatic design (Act ATC 0) in the previous step the preferred to increase control, however, when the abnormal temperature of the reaction occurs in the process medium, it is to increase the ratio of the pulling rate error (ΔP / S 0) is preferable to simultaneously lower control the ratio of the actual temperature profile (Act ATC 0).

또한, 이전 공정들의 데이터를 반영하더라도 최근 진행된 공정에서 데이터의 비율을 높게 제어하는 것이 바람직하다. Further, even if the data of the previous processes are reflected, it is preferable to control the ratio of data in the recent process.

물론, 최종 설계된 온도는 상기에서 설명한 여러가지 가공을 통하여 제어 불가능한 헌팅을 최소화할 수 있으며, 추가적으로 현재 공정 조건을 반영하는 현재 공정의 실제 온도 프로파일(Act ATC1)을 반영하도록 보정될 수 있다.
Of course, the final designed temperature can minimize uncontrollable hunting through the various processes described above and can additionally be corrected to reflect the actual temperature profile of the current process (Act ATC 1 ), which reflects current process conditions.

100 : 챔버 110 : 도가니
120 : 히터 130 : 인상장치
140 : 직경측정센서 150 : 승강장치
200 : 온도제어장치 210 : 직경 제어기
A : 고해상도 제어기 B : 온도 자동 설계 제어기
220 : 인상 제어부 230 : 온도 제어부
240 : 히터 제어기 250 : 연산부
260 : 온도 스케줄러100: chamber 110: crucible
120: heater 130: lifting device
140: Diameter measuring sensor 150: Lift device
200: Temperature control device 210: Diameter controller
A: High resolution controller B: Temperature automatic design controller
220: pull-up control unit 230: temperature control unit
240: heater controller 250:
260: Temperature Scheduler

Claims (12)

챔버 내부에서 도가니에 담긴 융액으로부터 잉곳을 타겟 직경으로 성장시키는 동시에 타겟 인상속도로 인상시키기 위하여, 상기 도가니를 가열하는 히터의 파워를 제어하는 잉곳 성장장치의 온도제어장치에 있어서,
상기 잉곳의 실제 직경(d)과 타겟 직경(d0)의 오차(Δd)에 따라 실제 인상속도(Actual P/S) 및 평균 인상속도(Avg P/S)를 산출하는 직경 제어기;
상기 직경 제어기에서 제공되는 실제 인상속도(Actual P/S)를 타겟 인상속도(Target P/S)에 맞추도록 상기 잉곳의 인상속도(P/S)를 제어하는 인상 제어기;
이전 공정의 인상속도 데이터와 현재 공정의 실제 온도 프로파일(Act ATC1)을 가공하여 현재 잉곳 성장 공정의 타겟 온도 프로파일(Target ATC)로 산출하는 온도 자동 설계 제어기;
상기 직경 제어기에서 제공되는 평균 인상속도(Avg P/S)와 타겟 인상속도(Target P/S)의 오차값인 현재 인상속도 오차(ΔP/S1)와 상기 온도 자동 설계 제어기에서 제공되는 타겟 온도 프로파일(Target ATC)에 따라 상기 히터에 제공되는 파워를 산출하고, 상기 히터 파워를 펄스 신호로 상기 히터에 전송하는 고해상도 제어기;를 포함하는 잉곳 성장장치의 온도제어장치.A temperature control apparatus for an ingot growing apparatus for controlling the power of a heater for heating the crucible so as to raise the ingot from the melt contained in the crucible to the target diameter while raising the target at the target pulling rate,
A diameter controller for calculating an actual pulling rate Actual P / S and an average pulling up rate Avg P / S according to an error d between the actual diameter d of the ingot and the target diameter d 0 ;
An impression controller for controlling the pulling speed (P / S) of the ingot to match an actual pulling speed (Actual P / S) provided by the diameter controller to a target pulling speed (Target P / S);
A temperature automatic design controller for processing the actual temperature profile (Act ATC 1 ) of the current process and the target temperature profile (Target ATC) of the current ingot growing process by calculating the pulling rate data of the previous process;
(P / S 1 ), which is an error between the average pulling rate (AvgP / S) and the target pulling rate (Target P / S) provided by the diameter controller, and the target temperature Resolution controller for calculating a power provided to the heater according to a profile (ATC) and transmitting the heater power as a pulse signal to the heater. 제1항에 있어서,
상기 온도 자동 설계 제어기는,
이전 공정 중에 타겟 인상속도와 실제 인상속도의 오차값인 인상속도 오차(ΔP/S0)와 이전 공정 중에 실제 온도 프로파일(Act ATC0)을 설정 비율로 합산하여 타겟 온도 프로파일(Target ATC)을 산출하는 연산부와,
상기 연산부에서 산출된 타겟 온도 프로파일(Target ATC)을 상기 고해상도 제어기에 제공하는 온도 스케줄러를 포함하는 잉곳 성장장치의 온도제어장치.The method according to claim 1,
Wherein the temperature automatic design controller comprises:
During the previous process, the target temperature profile (Target ATC) is calculated by adding up the pulling speed error (ΔP / S 0 ), which is the error between the target pulling speed and the actual pulling speed, and the actual temperature profile (Act ATC 0 ) ,
And a temperature scheduler for providing the target temperature profile (Target ATC) calculated by the calculation unit to the high resolution controller. 제2항에 있어서,
상기 연산부는,
이전 공정 중에 인상속도 오차(ΔP/S0)와 실제 온도 프로파일(Act ATC0)을 보간법(Interpolation)을 이용한 다항식 필터(Polynominal filter)로 가공하는 잉곳 성장장치의 온도제어장치.3. The method of claim 2,
The operation unit,
A temperature control apparatus for an ingot growing apparatus for processing a pulling speed error (ΔP / S 0 ) and an actual temperature profile (Act ATC 0 ) by a polynomial filter using an interpolation method during a previous process. 제2항에 있어서,
상기 연산부는,
이전 공정 중에 인상속도 오차(ΔP/S0)와 실제 온도 프로파일(Act ATC0)을 보외법(Extrapolation)을 이용한 다항식 필터(Polynominal filter)와 저역 통과 필터(Low pass filter : LPF)로 가공하는 잉곳 성장장치의 온도제어장치.3. The method of claim 2,
The operation unit,
During the previous process, the ingot is processed with a polynomial filter and a low pass filter (LPF) using extrapolation of the pulling speed error (ΔP / S 0 ) and the actual temperature profile (Act ATC 0 ) Temperature control device for growth device. 제2항에 있어서,
상기 연산부는,
이전 공정 중에 인상속도 오차(ΔP/S0)와 실제 온도 프로파일(Act ATC0)을 설정 간격으로 PID 계산(Proportional Integral Differential calculate)하는 잉곳 성장장치의 온도제어장치.3. The method of claim 2,
The operation unit,
Wherein the PID calculation (Proportional Integral Differential Calculate) of the pulling-speed error (? P / S 0 ) and the actual temperature profile (Act ATC 0 ) during the previous process is performed at a set interval. 제2항에 있어서,
상기 연산부는,
현재 공정의 실제 온도 프로파일(Act ATC1)에 따라 타겟 온도 프로파일(Target ATC)을 추가 보정하는 잉곳 성장장치의 온도제어장치.3. The method of claim 2,
The operation unit,
And further corrects the target temperature profile (Target ATC) according to the actual temperature profile of the current process (Act ATC 1 ). 제1항에 있어서,
상기 고해상도 제어기는,
상기 현재 인상속도 오차(ΔP/S1)에 따라 보정 온도(T1)를 산출하는 인상속도 제어부와,
상기 인상속도 제어부에서 제공되는 보정 온도(T1)와 상기 온도 자동 설계 제어기에서 제공되는 타겟 온도 프로파일(Target ATC) 및 실제 챔버 내부의 측정 온도(T2)에 따라 최종 온도 프로파일(Final ATC)을 실시간으로 산출하고, 최종 온도 프로파일(Final ATC)에 따라 상기 히터에 제공되는 파워를 제공하는 온도 제어부를 포함하는 잉곳 성장장치의 온도제어장치.The method according to claim 1,
The high-
A pulling-up speed control unit for calculating a correction temperature T 1 according to the current pulling-up speed error? P / S 1 ;
The final temperature profile (Final ATC) is calculated according to the correction temperature (T 1 ) provided by the lifting speed control unit, the target temperature profile (Target ATC) provided by the temperature automatic design controller, and the measurement temperature (T 2 ) And a temperature control section for calculating in real time and providing power to the heater according to a final temperature profile (Final ATC). 챔버 내부에서 도가니에 담긴 융액으로부터 잉곳을 타겟 직경으로 성장시키는 동시에 타겟 인상속도로 인상시키기 위하여, 상기 도가니를 가열하는 히터의 파워를 제어하는 잉곳 성장장치의 온도제어방법에 있어서,
상기 잉곳의 실제 직경(d)과 타겟 직경(d0)의 오차(Δd)에 따라 실제 인상속도(Actual P/S) 및 평균 인상속도(Avg P/S)를 산출하는 제1단계;
상기 제1단계에서 제공되는 실제 인상속도(Actual P/S)를 타겟 인상속도(Target P/S)에 맞추도록 상기 잉곳의 인상속도(P/S)를 제어하는 제2단계;
이전 공정의 데이터와 현재 공정의 실제 온도 프로파일(Act ATC1)을 가공하여 현재 잉곳 성장 공정의 타겟 온도 프로파일(Target ATC)로 산출하는 제3단계;
상기 제1단계에서 제공되는 평균 인상속도(Avg P/S)와 타겟 인상속도(Target P/S)의 오차값인 현재 인상속도 오차(ΔP/S1)와 상기 제3단계에서 제공되는 타겟 온도 프로파일(Target ATC)에 따라 상기 히터에 제공되는 파워를 산출하여 상기 히터로 전송하는 제4단계를 포함하는 잉곳 성장장치의 온도제어방법.A temperature control method of an ingot growing apparatus for controlling the power of a heater for heating the crucible so as to raise the ingot from the melt contained in the crucible to the target diameter while raising the target at the target pulling rate,
A first step of calculating an actual pulling rate Actual P / S and an average pulling up rate Avg P / S according to an error d between the actual diameter d of the ingot and the target diameter d 0 ;
A second step of controlling the pulling speed (P / S) of the ingot to match the actual pulling speed (Actual P / S) provided in the first step with the target pulling speed (Target P / S);
A third step of processing the data of the previous process and the actual temperature profile of the current process (Act ATC 1 ) to calculate the target temperature profile (Target ATC) of the current ingot growing process;
(P / S 1 ) which is an error value between the average pulling rate (Avg P / S) and the target pulling rate (Target P / S) provided in the first step and the target pull- Calculating a power provided to the heater according to a profile (ATC) and transmitting the calculated power to the heater. 제8항에 있어서,
상기 제3단계는,
이전 공정 중에 타겟 인상속도와 실제 인상속도의 오차값인 인상속도 오차(ΔP/S0)와 이전 공정 중에 실제 온도 프로파일(Act ATC0)을 설정 비율로 합산하여 타겟 온도 프로파일(Target ATC)을 산출하는 잉곳 성장장치의 온도제어방법.9. The method of claim 8,
In the third step,
During the previous process, the target temperature profile (Target ATC) is calculated by adding up the pulling speed error (ΔP / S 0 ), which is the error between the target pulling speed and the actual pulling speed, and the actual temperature profile (Act ATC 0 ) Of the temperature of the ingot growing apparatus. 제9항에 있어서,
상기 제3단계는,
상기 인상속도 오차(ΔP/S0)와 실제 온도 프로파일(Act ATC0)을 보간법(Interpolation)을 이용한 다항식 필터(Polynominal filter)로 가공하는 제1과정과,
상기 제1과정에서 가공된 인상속도 오차(ΔP/S0)와 실제 온도 프로파일(Act ATC0)을 설정 간격으로 PID 계산(Proportional Integral Differential calculate)하는 제2과정과,
상기 제2과정에서 계산된 인상속도 오차(ΔP/S0)와 실제 온도 프로파일(Act ATC0)을 보외법(Extrapolation)을 이용한 다항식 필터(Polynominal filter)와 저역 통과 필터(Low pass filter : LPF)로 가공하는 제3과정을 포함하는 잉곳 성장장치의 온도제어방법.10. The method of claim 9,
In the third step,
A first step of processing the pull-up speed error (DELTA P / S 0 ) and the actual temperature profile (Act ATC 0 ) into a polynomial filter using interpolation;
A second step of performing a PID calculation (Proportional Integral Differential Calculate) of the pull-up speed error (? P / S 0 ) and the actual temperature profile (Act ATC 0 )
A polynomial filter and a low pass filter (LPF) using extrapolation are used to calculate the pulling speed error (ΔP / S 0 ) and the actual temperature profile (Act ATC 0 ) And a third step of processing the temperature of the ingot growing apparatus. 제9항에 있어서,
상기 제3단계는,
현재 공정의 실제 온도 프로파일(Act ATC1)에 따라 타겟 온도 프로파일(Target ATC)을 추가 보정하는 과정을 더 포함하는 잉곳 성장장치의 온도제어방법.10. The method of claim 9,
In the third step,
And further correcting a target temperature profile (Target ATC) according to an actual temperature profile of the current process (Act ATC 1 ). 제8항에 있어서,
상기 제4단계는,
상기 현재 인상속도 오차(ΔP/S1)에 따라 보정 온도(T1)를 산출하는 제1과정과,
상기 제1과정에서 제공되는 보정 온도(T1)와 상기 제3단계에서 제공되는 타겟 온도 프로파일(Target ATC) 및 실제 챔버 내부의 측정 온도(T2)에 따라 최종 온도 프로파일(Final ATC)을 실시간으로 산출하는 제2과정과,
상기 제2과정에서 제공되는 최종 온도 프로파일(Final ATC)에 따라 상기 히터에 제공되는 파워를 산출하여 제공하는 제3과정을 포함하는 잉곳 성장장치의 온도제어방법.9. The method of claim 8,
In the fourth step,
A first step of calculating a correction temperature T 1 according to the current pulling-up speed error? P / S 1 ,
The final temperature profile (Final ATC) is determined in real time according to the correction temperature (T 1 ) provided in the first step, the target temperature profile (Target ATC) provided in the third step and the measurement temperature (T 2 ) A second step of calculating,
And a third step of calculating and providing power to the heater according to a final temperature profile (Final ATC) provided in the second step.
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