KR20180076570A - Method for designing temperature in crystal growth furnace process - Google Patents

Method for designing temperature in crystal growth furnace process Download PDF

Info

Publication number
KR20180076570A
KR20180076570A KR1020160180871A KR20160180871A KR20180076570A KR 20180076570 A KR20180076570 A KR 20180076570A KR 1020160180871 A KR1020160180871 A KR 1020160180871A KR 20160180871 A KR20160180871 A KR 20160180871A KR 20180076570 A KR20180076570 A KR 20180076570A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
length
value
neck
shoulder
single crystal
Prior art date
Application number
KR1020160180871A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101895132B1 (en
Inventor
성수환
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to KR1020160180871A priority Critical patent/KR101895132B1/en
Publication of KR20180076570A publication Critical patent/KR20180076570A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101895132B1 publication Critical patent/KR101895132B1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C30B15/206—Controlling or regulating the thermal history of growing the ingot
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

The present invention relates to a temperature design method in a Czochralski single crystal growth furnace process, wherein the temperature design method comprises: a step of setting a target tensile speed according to the lengths of a neck, a shoulder, and a body of an ingot to be grown in a Czochralski single crystal batch reaction process; a step of setting a temperature design value of a melting furnace according to the lengths of a neck, a shoulder, and a body for the set target tensile speed; a step of obtaining an actual tensile speed value according to the lengths of the neck, shoulder, and body of a grown ingot after performing the Czochralski single crystal batch reaction process according to a set temperature variable value; a step of obtaining, as an error value, a difference according to the lengths of the neck, shoulder, and body of the ingot of the target tensile speed and the actual tensile speed; and a step of setting a feedforward temperature design value according to the lengths of the neck, shoulder, and body reflecting the error value when the temperature design value of the melting furnace for the target tensile speed is set in a next time Czochralski single crystal batch reaction process.

Description

단결정 잉곳 성장로 공정에서 온도 설계 방법{Method for designing temperature in crystal growth furnace process}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for designing a crystal growth furnace in a single crystal ingot growing process,

본 발명은 초크랄스키(Czochralski) 단결정 성장로 공정에서 잉곳의 직경과 인장 속도를 보다 정밀하게 제어하고 결정 결함을 방지하기 위한 앞먹임(Feedforward) 온도설계 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a feedforward temperature design method for more precisely controlling the diameter and tensile speed of an ingot in a Czochralski single crystal growth furnace process and preventing crystal defects.

초크랄스키 단결정 성장로 공정은 안정화(set), 딥(dip), 넥(neck), 숄더(shoulder), 바디(body), 테일(tail)의 세부공정들로 나누어진다. 이 중에 특히, 넥(neck), 숄더(shoulder), 바디(body)의 세부공정들이 잉곳의 품질에 영향을 크게 준다. 세 가지 세부 공정에서 직경제어와 인장속도 제어가 매우 중요하다. 도 1은 바디 공정에서 사용되는 제어기들의 구성을 보여주고 있다. 직경제어기는 인장속도(pull speed)를 조절하여 잉곳의 직경(diameter)을 제어하고, 인장속도 제어기는 온도를 조절하여 원하는 범위 내에서 인장속도를 관리하도록 제어한다. 두 제어 성능이 우수할수록 버려지는 원료를 최소화할 수 있고 잉곳의 품질을 개선할 수 있으며 결정의 결함 확률을 낮출 수 있다. 그런데, 우수한 직경제어와 인장속도 제어에 결정적인 요소 중 하나가 앞먹임 온도를 체계적으로 설계하는 것이다. 앞먹임 온도설계가 완벽하면, 직경제어기와 인장속도 제어기가 아무 동작을 하지 않아도 직경과 인장 속도는 자동으로 제어된다. 즉, 이 두 제어기는 앞먹임 온도설계의 오차를 보완해주기 위해 동작하는 제어기들이다. 이런 관점에서 앞먹임 온도설계가 좋지 않으면 직경과 인장속도가 제대로 제어될 수 없어 고품질의 잉곳을 생산할 수 없게 된다.The Czochralski single crystal growth furnace process is divided into detailed processes of set, dip, neck, shoulder, body, and tail. In particular, details of the neck, shoulder, and body details greatly affect the quality of the ingot. Diameter control and tension speed control are very important in three sub-processes. Figure 1 shows the configuration of the controllers used in the body process. The diameter controller controls the diameter of the ingot by adjusting the pull speed and the tension speed controller controls the temperature to control the tensile speed within a desired range. The better the two control performances, the more raw materials to be discarded can be minimized, the quality of the ingot can be improved, and the probability of crystal defects can be lowered. One of the crucial factors for good diameter control and tensile speed control, however, is the systematic design of the feed-in temperature. If the pre-feed temperature design is perfect, the diameter and tensile speed are automatically controlled without any action of the diameter controller and tension speed controller. In other words, these two controllers are the controllers that work to compensate the error of the pre-feed temperature design. From this point of view, if the pre-feed temperature design is not good, the diameter and the tensile speed can not be controlled properly, and high-quality ingots can not be produced.

종래기술은 바디 공정 내에서만 연속적으로 앞먹임 온도설계치를 도출하고 적용하였고 아직 단결정 품질에 영향을 주는 세부공정들인 넥, 숄더와 바디 세부공정들 전체를 대상으로 연속적이고 체계적이고 통합적 관점에서 앞먹임 온도설계를 수행하는 방법은 제시된 적이 없다. 통합적인 적용이 힘들었던 것은 세 세부공정들을 통합하는데 요구되는 자동화 온도설계로직이 없었기 때문이었다. 이로 인해, 세부공정간 온도 보정이 운전자의 경험에 의존하여 임기응변식으로 이루어지고 있으며 세부공정 내에서 혹은 세부공정간 연속적이고 체계적인 온도 보정이 불가능하다. 예로, 넥공정에서는 온도가 틀어져도 공정 중에는 앞먹임 온도보정이 전혀 이루어지지 않다가 넥공정이 끝난 후에 넥공정시간을 기반으로 앞먹임 온도를 운전자가 경험에 의존하여 한번에 보정해준다. 숄더 공정에서도 공정 중간에 일부분 온도보정이 운전자에 의해 이루어질 뿐 넥-숄더-바디 전체 공정을 대상으로 연속적인 온도 보정이 없다. 이로 인해 종래기술로는 회분(batch)간 반복성이 낮고 잉곳의 품질을 개선하는데 한계가 있다.The prior art has derived and applied continuously the pre-feed temperature design only continuously in the body process, and it has been found that the whole process of the neck, shoulder and body details processes, which still affect the quality of the single crystal, No method has been suggested to perform the design. The difficulty of integrating was due to the lack of automated temperature design logic required to integrate the three sub-processes. Due to this, the temperature correction between the detailed processes depends on the experience of the driver, and continuous and systematic temperature compensation is not possible within the detailed process or between the detailed processes. For example, in the neck process, even if the temperature changes, the feed temperature is not corrected at all during the process. After the neck process is completed, the feed temperature is corrected based on the neck process time, depending on the experience. In the shoulder process, the temperature is partly compensated by the operator during the process and there is no continuous temperature correction for the entire neck-shoulder-body process. As a result, the conventional technique has a low batch-to-batch repeatability and has limitations in improving the quality of the ingot.

초크랄스키 공정은 체계적인 온도 보정을 필요로 하는 넥(neck), 숄더(shoulder), 바디(body)의 세부공정들을 포함하는데 기존 기술은 체계적인 앞먹임 온도 설계 방법을 바디 공정에만 적용을 하고 있기 때문에 세부 공정들간 혹은 넥과 숄더 세부공정 내에서 정밀하고 연속적이며 체계적인 온도 보정이 불가능하다. 본 발명에서는 넥(neck), 숄더(shoulder), 바디(body)공정을 하나의 공정 같이 연속적이고 일관 되게 통합 관리할 수 있는 온도설계 방법을 고안하였다. 온도 설계치 계산 로직은 길이를 독립변수로 가지는 비례-적분-미분 제어 로직을 사용하였다. 본 발명을 통하여 넥, 숄더, 바디 세부 공정 내에서도 세부 공정 간에도 연속적이고 체계적인 온도 보정이 가능하다. 이는 직경제어와 인장속도 제어기의 성능을 개선하게 되고 그 결과로 양질의 잉곳을 생산하고 버려지는 원료의 양을 줄여 경제적 효과를 볼 수 있다.The Czochralski process includes the details of the neck, shoulder and body processes that require systematic temperature compensation. The existing technology applies a systematic feed-forward temperature design method only to the body process Accurate, continuous and systematic temperature compensation is not possible in the detailed processes or in the neck and shoulder detail processes. The present invention has devised a temperature design method capable of continuously and consistently managing the neck, shoulder, and body processes as one process. The temperature design calculation logic uses proportional-integral-derivative control logic with length as independent variable. Through the present invention, continuous and systematic temperature correction is possible even within the neck, shoulder, and body detail process as well as between the detailed processes. This improves the performance of the diameter control and the tension speed controller, and as a result, it produces economical effects by producing high quality ingots and reducing the amount of raw materials to be discarded.

일 측면으로서, 본 발명은, 초크랄스키 단결정 회분 반응 공정에서, 성장될 잉곳의 넥, 숄더 및 바디의 길이에 따른 타겟인장속도을 설정하는 단계; 상기 설정된 타겟인장속도를 위한 넥, 숄더 및 바디의 길이에 따른 용융로의 온도설계값을 설정하는 단계; 상기 설정된 온도변수 값에 따라 초크랄스키 단결정 회분 반응 공정을 수행한 후 성장된 잉곳의 넥, 숄더 및 바디의 길이에 따른 실제인장속도 값을 얻는 단계; 상기 타겟인장속도와 상기 실제인장속도의 잉곳의 넥, 숄더 및 바디의 길이에 따른 차이를 오류값으로서 얻는 단계; 및 이후 차수의 초크랄스키 단결정 회분 반응 공정에서 타겟인장속도를 위한 용융로의 온도설계값의 설정시 상기 오류값을 반영한 넥, 숄더 및 바디의 길이에 따른 앞먹임 온도설계값을 설정하는 단계를 포함하는, 초크랄스키(Czochralski) 단결정 성장로 공정에서 온도 설계 방법을 제공한다.In one aspect, the present invention provides a method of manufacturing a Czochralski single crystal batch reaction process, comprising: setting a target tensile rate in accordance with a length of a neck, a shoulder, and a body of an ingot to be grown; Setting a temperature design value of the melting furnace according to the length of the neck, the shoulder and the body for the set target pulling speed; Obtaining an actual tensile velocity value according to a length of a neck, a shoulder, and a body of the ingot after performing the Czochralski single crystal batch reaction process according to the set temperature variable value; Obtaining a difference between the target tensile speed and the actual tensile speed according to a length of a neck, a shoulder, and a body of an ingot as an error value; And setting a preliminary feed temperature design value according to the length of the neck, shoulder and body reflecting the error value when setting the temperature design value of the melting furnace for the target tensile speed in the subsequent Czochralski single crystal batch reaction process (Czochralski) monocrystalline growth furnace.

다른 측면으로서, 본 발명은, 초크랄스키 단결정 회분 반응 공정에서, 미리 설정된 성장될 잉곳의 넥, 숄더 및 바디의 길이에 따른 타겟인장속도를 위한 성장될 잉곳의 넥, 숄더 및 바디의 길이에 따른 용융로의 온도설계값을 설정하는 온도설계값 연산부; 상기 설정된 온도설계 값에 따라 초크랄스키 단결정 회분 반응 공정을 수행한 후 성장된 잉곳의 넥, 숄더 및 바디의 길이에 따른 실제인장속도 값을 얻는 실제인장속도 측정부; 상기 타겟인장속도와 상기 실제인장속도의 잉곳의 넥, 숄더 및 바디의 길이에 따른 차이를 오류값으로 얻는 오류값 연산부; 및 이후 차수의 초크랄스키 단결정 회분 반응 공정에서 타겟인장속도를 위한 용융로의 온도설계값의 설정시 상기 오류값을 반영한 넥, 숄더 및 바디의 길이에 따른 앞먹임 온도설계값을 설정하는 앞먹임 온도설계값 연산부를 포함하는, 초크랄스키(Czochralski) 단결정 성장로 공정 온도 제어 장치를 제공한다.In another aspect, the present invention relates to a process for producing an ingot to be grown in a Czochralski single crystal batch reaction process, wherein the ingot is to be grown for a target tensile speed according to a preset length of a neck, a shoulder and a body of the ingot to be grown, A temperature design value computing unit for setting a temperature design value of the melting furnace; An actual tensile velocity measuring unit for performing a Czochralski single crystal batch reaction process according to the set temperature design value and obtaining an actual tensile velocity value according to a length of a neck, a shoulder, and a body of the ingot grown; An error value calculator for obtaining a difference between the target tensile speed and the actual tensile speed according to a length of a neck, a shoulder, and a body of an ingot as an error value; And a set value of the pre-feeding temperature according to the length of the neck, shoulder and body reflecting the error value when setting the temperature design value of the melting furnace for the target tensile speed in the Czochralski single crystal batch reaction process of the following order A Czochralski single crystal growth process temperature control device including a design value calculation unit is provided.

상기 타겟인장속도는 원하는 잉곳의 생산속도나 특성 등을 위한 사용자가 설정하는 값이고, 온도설계값은 성장로 내에 용융되어 있는 온도로서 상기 타겟인장속도를 위해 장치가 계산하는 잉곳의 길이에 따른 온도 값이다. 도 2의 왼쪽 하단의 그래프와 같이, 길이에 따른 온도의 값으로 설정된다.The target tensile speed is a value set by the user for the production rate or characteristics of the desired ingot and the temperature design value is a temperature that is melted in the growth furnace and is a temperature according to the length of the ingot calculated by the device for the target tensile speed Value. As shown in the lower left part of FIG. 2, the temperature is set to a value corresponding to the length.

상기 온도설계값이 주어지면 이에 기초하여 장치는 용융액에 침지된 시드를 당기면서 잉곳을 생성한다. 이때 실제 잉곳의 당김 속도인 실제인장속도는 실제 장치의 환경에서 의해 주어지는 예기치 않는 여러 변수들에 의해 타겟인상속도와 차이를 보이게 된다. 이 차이를 성장된 잉곳의 길이에 따라 계산한 값이 상기 오류값이다.On the basis of this temperature design value, the device draws the seed immersed in the melt to produce an ingot. At this time, the actual pulling speed of the actual ingot is different from the target pulling speed by various unexpected variables given by the actual device environment. The value obtained by calculating the difference according to the length of the grown ingot is the error value.

본 발명의 잉곳 성장 반응 장치는 회분식 장치로서, 각 공정마다의 차수가 존재하며, 본 발명은, 다음 차수의 온도설계값 설정시, 상기 오류값을 반영한 앞먹임 온도설계값을 설정함을 특징으로 한다.The ingot growth reaction apparatus of the present invention is a batch system in which there is an order for each step and the present invention is characterized by setting a design value of the pre-feeding temperature reflecting the error value when setting the next designation of the temperature do.

상기 오류값은 아래 수식을 통해 구함을 특징으로 한다.The error value is obtained through the following equation.

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서,

Figure pat00003
는 순간의 제어에러로부터 평균제어에러를 계산하기 위한 가중치이고,
Figure pat00004
와
Figure pat00005
는 각각 공정의 길이상수와 길이지연상수이며,
Figure pat00006
와
Figure pat00007
는
Figure pat00008
번째 회분의 길이
Figure pat00009
에서의 타겟인장속도와 실제인장속도이다.here,
Figure pat00003
Is a weight for calculating an average control error from a momentary control error,
Figure pat00004
Wow
Figure pat00005
Are the length constant and the length delay constant of the process, respectively,
Figure pat00006
Wow
Figure pat00007
The
Figure pat00008
Length of the first batch
Figure pat00009
The target tensile speed and the actual tensile speed.

상기 앞먹임 온도설계값은 아래 수식을 통해 구함을 특징으로 한다.The front feed temperature design value is characterized by the following formula:

Figure pat00010
Figure pat00010

여기서,

Figure pat00011
는
Figure pat00012
번째 회분의 길이
Figure pat00013
에서의 앞먹임 온도설계치이고,
Figure pat00014
와
Figure pat00015
는 각각 비례이득 적분길이와 미분길이로서 튜닝파라미터이며, k는 정상상태에서 온도설계치 변화량에 대한 인장속도 변화량이다.here,
Figure pat00011
The
Figure pat00012
Length of the first batch
Figure pat00013
In this study,
Figure pat00014
Wow
Figure pat00015
Is the tuning parameter as the proportional gain integral length and differential length, respectively, and k is the change in the tensile speed with respect to the temperature design value change in the steady state.

상기 실제 인장속도를 다항식(polynomial) 필터 또는 로패스(low-pass) 필터를 사용하여 노이즈를 제거할 수 있다. 이는 온도설계로직이 노이즈에 민감하게 반응하지 않도록 하기 위한 것이다. 길이 데이터가 부족할 경우는 내삽(interpolation)이나 외삽(extrapolation)을 이용해 부족한 데이터를 채워 넣는다.The actual tensile velocity can be removed using a polynomial filter or a low-pass filter. This is to ensure that the temperature design logic does not react sensitively to noise. If the length data is insufficient, fill in the missing data using interpolation or extrapolation.

상기 앞먹임 온도설계치를 다항식 필터나 로패스 필터를 사용하여 변화값의 크기를 줄이거나, 부족한 데이터는 외삽을 이용하여 채울 수 있다.
The preliminary feeding temperature design value can be reduced by using a polynomial filter or a low-pass filter, or insufficient data can be filled by extrapolation.

초크랄스키 단결정 성장로의 직경제어와 인장속도 제어의 성능이 우수할수록 버려지는 원료량을 최소화할 수 있고 잉곳의 품질을 개선할 수 있다. 본 발명을 통하여 체계적이고 정확하게 앞먹임 온도설계가 이루어지면 직경제어기의 성능이 개선될 수 있고 이는 곧 직경제어기의 출력과 연결되어 있는 인장속도 제어성능도 개선되게 만든다. 결과적으로 잉곳의 품질을 개선과 버려지는 원료양을 최소화하는데 기여를 할 수 있다.
The better the performance of the diameter control and the tensile speed control of the Czochralski single crystal growth, the more the amount of raw material discarded can be minimized and the quality of the ingot can be improved. Systematic and accurate pre-feed temperature design through the present invention can improve the performance of the diameter controller, which also improves the tension control performance coupled with the output of the diameter controller. As a result, it can contribute to improving the quality of the ingot and minimizing the amount of raw material discarded.

도 1은 바디 공정에서 사용되는 제어기들의 구성을 보여주고 있다.
도 2는 k-1 번째의 회분에서의 길이에 따른 타겟인장속도와 실제인장속도 및 온도설계값을 보여주고, 본 발명의 방법이 적용된 k 번째의 회분에서의 잉곳 길이에 따른 앞먹임 온도 설계값 및 타겟인장속도와 실제인장속도를 보여준다. Figure 1 shows the configuration of the controllers used in the body process.
Fig. 2 shows the target tensile speed, the actual tensile speed and the temperature design value according to the length in the (k-1) th batch, and the value of the pre-feed temperature design value according to the ingot length in the k- And target tensile speed and actual tensile speed.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the term "comprises" or "having ", etc. is intended to specify that there is a feature, step, operation, element, part or combination thereof described in the specification, , &Quot; an ", " an ", " an "

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

본 발명은 앞에서 설명한 넥-숄더-바디 세부공정들 전체에 적용이 가능한 통합온도설계 방법에 관한 것이다. 본 통합온도 설계의 자동화 로직은 통합길이를 독립변수로 가지는 비례-적분-미분 제어로직을 사용하다. The present invention relates to an integrated temperature design method that is applicable to all of the neck-shoulder-body details processes described above. This integrated temperature design automation logic uses proportional-integral-derivative control logic with integrated length as an independent variable.

도 2와 같이 본 발명에서 고려하는 변수는 타겟인장속도(target pull speed), 인장 속도(pull speed), 앞먹임 온도설계(feedforward temperature design)이다. 각 회분마다, 넥-숄더-바디 공정에서 원하는 인장 속도인 타겟인장속도와 실제 인장속도의 차이(에러)를 계산하여 이전 회분의 앞먹임 온도설계값에 온도 보정을 하여 현재 회분에서의 앞먹임 온도설계를 수행한다. As shown in FIG. 2, the variables considered in the present invention are target pull speed, pull speed, and feedforward temperature design. For each batch, calculate the difference (error) between the target tensile speed and the actual tensile speed, which is the desired tensile speed in the neck-shoulder-body process, Design is performed.

도 2에서 보면, 왼쪽 상단에 제어에러(k-1번째 회분)를 표현하였고 이를 근거로 보정된 온도량(k번째 회분)이 오른쪽 하단에 표시되어있다. 이렇게 함으로써 오른쪽 상단처럼 다음 회분(k번째 회분)에서는 제어에러가 상당 부분 작아진 것을 볼 수 있다. 이를 매 회분 반복하면 제어에러가 점점 더 작아지게 된다. 구체적인 앞먹임 온도설계는 다음과 같은 단계를 거친다.In FIG. 2, the control error (k-1th batch) is expressed in the upper left corner and the corrected temperature amount (kth batch) is displayed on the lower right side. By doing this, we can see that the control error is significantly reduced in the next batch (kth batch) as in the upper right. Repeating this every time will make the control error smaller and smaller. The specific front feeding temperature design is as follows.

단계1로서, 이전 회분에서 얻어진 3가지의 넥 세부공정, 숄더 세부공정, 바디 세부공정 데이터(길이 대 타겟인장속도와 실제 인장 속도, 길이 대 온도설계치)를 시간순으로 정렬하여 한 셋트의 데이터로 만든다. 이때, 통합 길이는 넥 길이, 숄더 길이, 바디 길이를 순서대로 합한 길이로 항상 1씩 증가하는 변수이다.As step 1, the three neck details, the shoulder detail process, the body detail process data (length vs. target tensile speed and actual tensile speed, length vs. temperature design) obtained in the previous batch are sorted in chronological order into a set of data . At this time, the integrated length is a length that is a sum of the neck length, the shoulder length, and the body length in order, and is always a variable that increases by one.

단계2로서, 통합 데이터의 실제 인장속도에 노이즈가 많을 경우, 다항식(polynomial) 필터나 로패스(low-pass) 필터를 사용하여 부드럽게 한다. 이는 온도설계로직이 노이즈에 민감하게 반응하지 않도록 하기 위한 것이다. 길이 데이터가 부족할 경우는 내삽(interpolation)이나 외삽(extrapolation)을 이용해 부족한 데이터를 채워 넣는다.As step 2, if there is a large amount of noise at the actual tensile speed of the integrated data, soften it by using a polynomial filter or a low-pass filter. This is to ensure that the temperature design logic does not react sensitively to noise. If the length data is insufficient, fill in the missing data using interpolation or extrapolation.

단계3로서, 이전 회분의 타겟인장속도와 실제인장속도 간의 차이를 기반으로 통합길이를 독립변수로 가지는 비례-적분-미분 제어로직에서 사용할 평균제어에러를 다음 수식을 사용하여 계산한다. 이것은 다음 회분에서 통합길이 ℓ에서 앞먹임 온도설계치를 변경하였을 때 영향을 받는 평균인장속도 에러를 대변하는 것으로 도 2의 왼쪽 상단에 표시되어 있다. 바꾸어 이야기하면, 통합길이 ℓ에서 앞먹임 온도설계치 변경을 통하여 제거되어야 할 평균인장속도 에러이다.As step 3, the average control error to be used in the proportional-integral-derivative control logic having the integrated length as an independent variable based on the difference between the target pulling speed and the actual pulling speed of the previous batch is calculated using the following equation. This is shown in the upper left corner of Figure 2 as representing the average tensile speed error affected when changing the pre-feed temperature design at integration length l in the next batch. In other words, it is the average tensile speed error that must be removed through the change of the pre-feed temperature design at the integrated length l.

Figure pat00016
Figure pat00016

Figure pat00017
Figure pat00017

여기서,

Figure pat00018
는 순간의 제어에러로부터 평균제어에러를 계산하기 위한 가중치이고,
Figure pat00019
와
Figure pat00020
는 각각 공정의 길이상수와 길이지연상수이며,
Figure pat00021
와
Figure pat00022
는
Figure pat00023
번째 회분의 길이
Figure pat00024
에서의 타겟인장속도와 실제인장속도이다.here,
Figure pat00018
Is a weight for calculating an average control error from a momentary control error,
Figure pat00019
Wow
Figure pat00020
Are the length constant and the length delay constant of the process, respectively,
Figure pat00021
Wow
Figure pat00022
The
Figure pat00023
Length of the first batch
Figure pat00024
The target tensile speed and the actual tensile speed.

단계4: k-1번째 회분의 평균제어에러 수치를 기반으로 다음 수식을 사용하여 다음 k번째 회분의 앞먹임 온도설계치를 계산한다. 도 2의 오른쪽 하단에 아래 수식에 의해 계산된 k번째 회분의 온도설계치가 표시되어 있다. 정상적이면, 오른쪽 상단처럼 다음 k번째 회분에서는 제어에러가 작아진다.Step 4: Based on the average control error value of the (k-1) th batch, use the following formula to calculate the kth prefeeding temperature design. 2, the temperature design values of the kth batch calculated by the following formula are shown. If it is normal, the control error becomes small in the next k th as in the upper right.

Figure pat00025
Figure pat00025

여기서,

Figure pat00026
는
Figure pat00027
번째 회분, 통합길이
Figure pat00028
에서의 앞먹임 온도설계치이다.
Figure pat00029
와
Figure pat00030
는 각각 비례이득, 적분길이와 미분길이로 튜닝파라미터이다. 추천하는 파라미터는
Figure pat00031
,
Figure pat00032
,
Figure pat00033
이다.
Figure pat00034
는 공정의 이득으로 정상상태에서 온도설계치 변화량에 대한 인장속도 변화량이다.
Figure pat00035
를 크게 할수록,
Figure pat00036
를 작게 할수록 제어에러는 빨리 제거되지만 너무
Figure pat00037
가 크거나
Figure pat00038
가 너무 작으면 발산할 수 있다. 이 튜닝 값들을 통합길이에 따라 변화시켜 주어 통합길이에 따른 공정의 민감도 변화를 반영할 수 있다.here,
Figure pat00026
The
Figure pat00027
Th batch, integrated length
Figure pat00028
The temperature of the feed in front of.
Figure pat00029
Wow
Figure pat00030
Are tuning parameters with proportional gain, integral length and differential length, respectively. Recommended parameters are
Figure pat00031
,
Figure pat00032
,
Figure pat00033
to be.
Figure pat00034
Is the amount of change in the tensile rate with respect to the change in temperature design value in the steady state due to the gain of the process.
Figure pat00035
The larger,
Figure pat00036
The smaller the value, the faster the control error is removed.
Figure pat00037
Is large
Figure pat00038
Can be diverted if it is too small. The tuning values can be changed according to the integrated length to reflect the sensitivity change of the process depending on the integrated length.

단계5로서, 계산된 앞먹임 온도설계치의 변화가 너무 심하면 다항식 필터나 로패스 필터를 사용하여 부드럽게 하고 부족한 데이터는 외삽을 이용하여 채운다.As Step 5, if the calculated change in the pre-feed temperature design is too severe, use a polynomial filter or a low-pass filter to soften and fill in the missing data using extrapolation.

단계6으로서, 앞먹임 온도설계치를 적용하여 다음 회분의 인장 속도를 얻는다.As step 6, a forward feed temperature design is applied to obtain the next batch of pull rate.

단계7로서, 단계1부터 단계6까지를 매 회분마다 반복한다.
As step 7, steps 1 to 6 are repeated for each batch.

Claims (6)

초크랄스키 단결정 회분 반응 공정에서, 성장될 잉곳의 넥, 숄더 및 바디의 길이에 따른 타겟인장속도을 설정하는 단계;
상기 설정된 타겟인장속도를 위한 넥, 숄더 및 바디의 길이에 따른 용융로의 온도설계값을 설정하는 단계;
상기 설정된 온도변수 값에 따라 초크랄스키 단결정 회분 반응 공정을 수행한 후 성장된 잉곳의 넥, 숄더 및 바디의 길이에 따른 실제인장속도 값을 얻는 단계;
상기 타겟인장속도와 상기 실제인장속도의 잉곳의 넥, 숄더 및 바디의 길이에 따른 차이를 오류값으로서 얻는 단계; 및
이후 차수의 초크랄스키 단결정 회분 반응 공정에서 타겟인장속도를 위한 용융로의 온도설계값의 설정시 상기 오류값을 반영한 넥, 숄더 및 바디의 길이에 따른 앞먹임 온도설계값을 설정하는 단계를 포함하는,
초크랄스키(Czochralski) 단결정 성장로 공정에서 온도 설계 방법.
In the Czochralski single crystal batch reaction process, setting a target pulling speed according to the neck, shoulder, and body length of the ingot to be grown;
Setting a temperature design value of the melting furnace according to the length of the neck, the shoulder, and the body for the set target pulling speed;
Obtaining an actual tensile velocity value according to a length of a neck, a shoulder, and a body of the ingot after performing the Czochralski single crystal batch reaction process according to the set temperature variable value;
Obtaining a difference between the target tensile speed and the actual tensile speed depending on a length of a neck, a shoulder, and a body of an ingot as an error value; And
Setting the pre-feed temperature design value according to the length of the neck, shoulder and body reflecting the error value when setting the temperature design value of the melting furnace for the target tensile speed in the subsequent Czochralski single crystal batch reaction process ,
Method of temperature design in Czochralski single crystal growth process.
제1항에 있어서,
상기 오류값은 아래 수식을 통해 구함을 특징으로 하는,
초크랄스키(Czochralski) 단결정 성장로 공정에서 온도 설계 방법:
Figure pat00039

Figure pat00040

여기서,
여기서,
Figure pat00041
는 순간의 제어에러로부터 평균제어에러를 계산하기 위한 가중치이고,
Figure pat00042
와
Figure pat00043
는 각각 공정의 길이상수와 길이지연상수이며,
Figure pat00044
와
Figure pat00045
는
Figure pat00046
번째 회분의 길이
Figure pat00047
에서의 타겟인장속도와 실제인장속도이다.The method according to claim 1,
Characterized in that said error value is obtained through the following equation:
Temperature design method in Czochralski single crystal growth furnace:
Figure pat00039

Figure pat00040

here,
here,
Figure pat00041
Is a weight for calculating an average control error from a momentary control error,
Figure pat00042
Wow
Figure pat00043
Are the length constant and the length delay constant of the process, respectively,
Figure pat00044
Wow
Figure pat00045
The
Figure pat00046
Length of the first batch
Figure pat00047
The target tensile speed and the actual tensile speed. 제2항에 있어서,
상기 앞먹임 온도설계값은 아래 수식을 통해 구함을 특징으로 하는,
초크랄스키(Czochralski) 단결정 성장로 공정에서 온도 설계 방법:
Figure pat00048

여기서,
Figure pat00049
는
Figure pat00050
번째 회분의 길이
Figure pat00051
에서의 앞먹임 온도설계치이고,
Figure pat00052
와
Figure pat00053
는 각각 비례이득 적분길이와 미분길이로서 튜닝파라미터이며,
Figure pat00054
는 정상상태에서 온도설계치 변화량에 대한 인장속도 변화량이다.
3. The method of claim 2,
Characterized in that said pre-feed temperature design value is obtained through the following equation:
Temperature design method in Czochralski single crystal growth furnace:
Figure pat00048

here,
Figure pat00049
The
Figure pat00050
Length of the first batch
Figure pat00051
In this study,
Figure pat00052
Wow
Figure pat00053
Are the tuning parameters as proportional gain integral length and differential length, respectively,
Figure pat00054
Is the change in tensile speed with respect to the change in temperature design value in the steady state.
제1항에 있어서,
상기 실제 인장속도를 다항식(polynomial) 필터 또는 로패스(low-pass) 필터를 사용하여 노이즈를 제거함을 특징으로 하는,
초크랄스키(Czochralski) 단결정 성장로 공정에서 온도 설계 방법:
The method according to claim 1,
Characterized in that the actual tensile velocities are removed using a polynomial filter or a low-pass filter.
Temperature design method in Czochralski single crystal growth furnace:
제1항에 있어서,
상기 앞먹임 온도설계치를 다항식 필터나 로패스 필터를 사용하여 변화값의 크기를 줄이거나, 부족한 데이터는 외삽을 이용하여 채움을 특징으로 하는,
초크랄스키(Czochralski) 단결정 성장로 공정에서 온도 설계 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the preliminary temperature design value is reduced by using a polynomial filter or a low-pass filter, and the deficient data is characterized by filling using extrapolation,
Method of temperature design in Czochralski single crystal growth process.
초크랄스키 단결정 회분 반응 공정에서, 미리 설정된 성장될 잉곳의 넥, 숄더 및 바디의 길이에 따른 타겟인장속도를 위한 성장될 잉곳의 넥, 숄더 및 바디의 길이에 따른 용융로의 온도설계값을 설정하는 온도설계값 연산부;
상기 설정된 온도변수 값에 따라 초크랄스키 단결정 회분 반응 공정을 수행한 후 성장된 잉곳의 넥, 숄더 및 바디의 길이에 따른 실제인장속도 값을 얻는 실제인장속도 측정부;
상기 타겟인장속도와 상기 실제인장속도의 잉곳의 넥, 숄더 및 바디의 길이에 따른 차이를 오류값으로 얻는 오류값 연산부; 및
이후 차수의 초크랄스키 단결정 회분 반응 공정에서 타겟인장속도를 위한 용융로의 온도설계값의 설정시 상기 오류값을 반영한 넥, 숄더 및 바디의 길이에 따른 앞먹임 온도설계값을 설정하는 앞먹임 온도설계값 연산부를 포함하는,
초크랄스키(Czochralski) 단결정 성장로 공정 온도 제어 장치.

In the Czochralski single crystal batch reaction process, the temperature design value of the melting furnace is set according to the neck length of the ingot to be grown, the length of the shoulder and the body for the target tensile speed according to the predetermined neck length, the length of the shoulder and the body to be grown A temperature design value calculation unit;
An actual tensile velocity measuring unit for obtaining an actual tensile velocity value according to a length of a neck, a shoulder, and a body of the ingot after performing the Czochralski single crystal batch reaction process according to the set temperature variable value;
An error value calculator for obtaining a difference between the target tensile speed and the actual tensile speed according to a length of a neck, a shoulder, and a body of an ingot as an error value; And
In case of setting the temperature design value of the melting furnace for the target tensile speed in the subsequent Czochralski single crystal batch reaction process, it is necessary to set the pre-feeding temperature design value according to the length of the neck, shoulder and body reflecting the error value Value calculating unit,
Czochralski Single crystal growth process temperature control device.

KR1020160180871A 2016-12-28 2016-12-28 Method for designing temperature in crystal growth furnace process KR101895132B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160180871A KR101895132B1 (en) 2016-12-28 2016-12-28 Method for designing temperature in crystal growth furnace process

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160180871A KR101895132B1 (en) 2016-12-28 2016-12-28 Method for designing temperature in crystal growth furnace process

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180076570A true KR20180076570A (en) 2018-07-06
KR101895132B1 KR101895132B1 (en) 2018-09-04

Family

ID=62921342

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160180871A KR101895132B1 (en) 2016-12-28 2016-12-28 Method for designing temperature in crystal growth furnace process

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101895132B1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010037190A (en) * 2008-07-31 2010-02-18 Sumco Phoenix Corp Method for growing single crystal silicon ingot and apparatus therefor
JP2011057456A (en) * 2009-09-04 2011-03-24 Sumco Corp Method for producing single crystal and single crystal
JP2013545713A (en) * 2010-12-13 2013-12-26 エルジー シルトロン インコーポレイテッド Single crystal ingot diameter control system and single crystal ingot growth apparatus including the same
KR20160025821A (en) * 2014-08-28 2016-03-09 주식회사 엘지실트론 Temperature control module of the ingot growth apparatus and a control method for it
KR20160089629A (en) * 2015-01-20 2016-07-28 주식회사 엘지실트론 System and Method for Controlling Crystal Ingot Growth Apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010037190A (en) * 2008-07-31 2010-02-18 Sumco Phoenix Corp Method for growing single crystal silicon ingot and apparatus therefor
JP2011057456A (en) * 2009-09-04 2011-03-24 Sumco Corp Method for producing single crystal and single crystal
JP2013545713A (en) * 2010-12-13 2013-12-26 エルジー シルトロン インコーポレイテッド Single crystal ingot diameter control system and single crystal ingot growth apparatus including the same
KR20160025821A (en) * 2014-08-28 2016-03-09 주식회사 엘지실트론 Temperature control module of the ingot growth apparatus and a control method for it
KR20160089629A (en) * 2015-01-20 2016-07-28 주식회사 엘지실트론 System and Method for Controlling Crystal Ingot Growth Apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
KR101895132B1 (en) 2018-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100371507C (en) System and method for controlling the isodiametric growth of crystal
DE102009035189B4 (en) Method and apparatus for controlling the diameter of a silicon crystal ingot in a growing process
US6776840B1 (en) Method and apparatus for controlling diameter of a silicon crystal in a locked seed lift growth process
CN111596636B (en) Polycrystalline silicon reduction furnace control method and device and electronic equipment
JP6856753B2 (en) Ingot growth controller and its control method
JP6318938B2 (en) Single crystal manufacturing method and manufacturing apparatus
EP2890834B1 (en) Model predictive control of the zone-melting process
JP4380537B2 (en) Method for producing silicon single crystal
CN112064109A (en) Control method for crystal growth shouldering shape of semiconductor silicon material crystal
KR101623644B1 (en) Temperature control module of the ingot growth apparatus and a control method for it
CN108828934A (en) A kind of fuzzy PID control method and device based on Model Distinguish
CN104233456A (en) method for controlling the diameter of a single crystal to a set point diameter
EP2071060B1 (en) Single crystal manufacturing method
KR101895132B1 (en) Method for designing temperature in crystal growth furnace process
US10472732B2 (en) Method for manufacturing single crystal
DE112015003609T5 (en) A silicon single crystal growing apparatus and silicon single crystal growing method using the same
JP5353295B2 (en) Single crystal manufacturing method
EP0456370A2 (en) Method and apparatus for controlling the diameter of a silicon single crystal
CN111650829B (en) Embedded PID module parameter adjusting method, system and device based on artificial intelligence
JP2016084250A (en) Manufacturing method and manufacturing apparatus of single crystal
CN113348274A (en) Single crystal ingot growth control device
JP5854757B2 (en) Single crystal ingot diameter control method
KR101565674B1 (en) Method for Silicon Single Crystal Ingot
WO2013091313A1 (en) Online automatic control guide method
CN116623277A (en) Crystal growth control method and computer-readable storage medium

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant