KR20230045433A - Apparatus for controlling ingot growth and method thereof - Google Patents

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KR20230045433A
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Abstract

The present invention provides an ingot growth control device including: a diameter control unit that calculates a diameter error for a measured diameter which is measured by measuring the diameter of an ingot grown from a melt provided in a crucible and a target diameter, and calculates a set pulling speed of the ingot based on the diameter error; a speed setting unit that controls a motor based on the set pulling speed of the ingot; a heater power control unit that calculates set heater power based on the measured pulling speed of the ingot and the target pulling speed; and a power supply unit that supplies the set heater power to a heater.

Description

잉곳 성장 제어 장치 및 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING INGOT GROWTH AND METHOD THEREOF}Ingot growth control device and method {APPARATUS FOR CONTROLLING INGOT GROWTH AND METHOD THEREOF}

본 발명은 잉곳 성장 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 잉곳의 요구되는 품질과 목표 직경에 맞도록 인상 속도와 히터 파워를 정밀하게 제어할 수 있는 잉곳 성장 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for controlling ingot growth, and more particularly, to an apparatus and method for controlling ingot growth capable of precisely controlling a pulling speed and heater power to meet the required quality and target diameter of an ingot.

웨이퍼의 제조를 위해서는 단결정 실리콘을 잉곳(ingot) 형태로 성장시키는데, 웨이퍼의 품질은 실리콘 잉곳의 품질에 직접적인 영향을 받으므로 단결정 잉곳을 성장시킬 때부터 고도의 공정 제어 기술이 필요하게 된다.In order to manufacture a wafer, single crystal silicon is grown in the form of an ingot. Since the quality of the wafer is directly affected by the quality of the silicon ingot, advanced process control technology is required from the time of growing the single crystal ingot.

실리콘 단결정 잉곳을 성장시킬 때 Czochralski(CZ) 결정 성장 방식을 주로 사용하는데, 이 방식을 사용하여 성장된 단결정의 품질에 가장 직접적인 영향을 미치는 중요한 인자는 결정의 성장 속도(V)와 고액계면에서의 온도 구배(G)의 비인 V/G로 알려져 있다. 따라서, 이 V/G를 결정 성장의 전구간에 걸쳐 설정된 목표 궤적 값으로 제어하는 것이 중요하다.When growing a silicon single crystal ingot, the Czochralski (CZ) crystal growth method is mainly used. The important factors that most directly affect the quality of a single crystal grown using this method are the crystal growth rate (V) and It is known as V/G, the ratio of the temperature gradient (G). Therefore, it is important to control this V/G to a set target trajectory value throughout the entire period of crystal growth.

도 1은 종래 기술에 따른 잉곳의 성장 제어장치를 나타낸 도면이다. 1 is a view showing an apparatus for controlling the growth of an ingot according to the prior art.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 잉곳 성장 제어장치(100)는 직경 제어기(110), 인상 속도 제어기(120) 및 온도 제어기(130)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1 , an apparatus for controlling ingot growth according to the prior art 100 includes a diameter controller 110, a pulling speed controller 120, and a temperature controller 130.

직경 제어기(110)는 잉곳의 실제 측정 직경과 타겟 직경을 입력 받아 이들 직경의 차이를 기초로 잉곳의 인상 속도를 산출하여 모터의 회전 속도를 제어한다. 여기서, 잉곳의 실제 측정 직경은 잉곳을 촬영하는 카메라에 의해 측정되거나 멜트와 잉곳 사이의 국소 영역의 온도 측정을 통한 간접 방식에 의해 측정된다.The diameter controller 110 receives the actual measured diameter of the ingot and the target diameter, calculates the pulling speed of the ingot based on the difference between these diameters, and controls the rotational speed of the motor. Here, the actual measured diameter of the ingot is measured by a camera photographing the ingot or by an indirect method through temperature measurement of a local region between the melt and the ingot.

인상 속도 제어기(120)는 잉곳의 실제 인상 속도와 타겟 인상 속도를 입력 받아 이들 속도 차이를 기초로 잉곳의 타겟 온도를 산출한다. 여기서, 잉곳의 실제 인상 속도는 모터에 구비되는 엔코더 또는 독립적인 엔코더를 통해 측정된다.The pulling speed controller 120 receives the actual pulling speed and the target pulling speed of the ingot and calculates the target temperature of the ingot based on the difference between these speeds. Here, the actual pulling speed of the ingot is measured through an encoder provided in the motor or an independent encoder.

온도 제어기(130)는 잉곳의 실제 온도와 타겟 온도를 입력 받아 이들 온도 차이를 기초로 히터 파워를 산출하여 히터를 제어할 수 있다. 여기서, 잉곳의 실제 온도는 잉곳 성장 장치 내부에 구비되는 온도 센서를 통해 측정된다.The temperature controller 130 receives the actual temperature of the ingot and the target temperature, calculates heater power based on the temperature difference, and controls the heater. Here, the actual temperature of the ingot is measured through a temperature sensor provided inside the ingot growing apparatus.

이와 같이, 종래 기술에 따른 잉곳의 성장 제어 장치는, 잉곳의 인상 속도와 품질을 제어하기 위해, 잉곳의 직경 측정에서부터 잉곳의 실제 온도 및 목표 온도 의 차이를 반영하여 히터의 파워를 제어하기까지 여러 과정을 거쳐야 한다. In this way, the ingot growth control device according to the prior art, in order to control the pulling speed and quality of the ingot, from measuring the diameter of the ingot to controlling the power of the heater by reflecting the difference between the actual temperature and the target temperature of the ingot, have to go through the process

따라서, 실제로 잉곳의 직경과 품질을 제어하는데 있어 비교적 긴(약 5~20분) 응답 시간이 존재하게 되어, 즉각적으로 잉곳의 인상 속도와 온도를 제어하는데 한계가 있다. 특히, 공정이 진행되면서 히터로부터 공급되는 열과 멜트 잠열에 의해 공급되는 열이 지속적으로 변화됨에 따라 히터 파워를 제어하는데 있어 공정 시간 경과에 따라 제어 성능도 차이가 발생되어 정밀한 제어에 한계가 발생된다.Therefore, there is a relatively long response time (about 5 to 20 minutes) in actually controlling the diameter and quality of the ingot, and there is a limit to immediately controlling the pulling speed and temperature of the ingot. In particular, as the heat supplied from the heater and the heat supplied by the melt latent heat continuously change as the process progresses, a difference in control performance occurs over time in controlling the heater power, resulting in a limit to precise control.

이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 실시 예들은 잉곳 성장 시에 온도 보정량을 고려하지 않고 잉곳의 직경과 인상 속도만을 이용하여 잉곳 성장을 제어할 수 있는 잉곳 성장 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve these conventional problems, embodiments of the present invention provide an ingot growth control device and method capable of controlling ingot growth using only the diameter and pulling speed of the ingot without considering the temperature correction amount during ingot growth aims to

또한, 본 발명의 실시 예들은 모델 예측 제어(MPC; Model Prediction Control)를 통해 잉곳 직경의 정밀도를 향상시키고, 인상 속도의 변동폭을 줄이는 것을 목적으로 한다. 또한, 상기의 모델 예측 제어(MPC; Model Prediction Control)를 사용하는데 있어서 기존의 PID 제어방식과의 Hybrid 형태로 사용될 수 있다. 이는 일반적으로 쵸크랄스키 단결정 성장공정을 진행하는데 있어서 열평형을 맞추기 위해 인입되는 열은 Heater Power와 Silicon Melt로부터 인가되는 잠열(latent heat)이며, 실리콘 잉곳이 성장되면서 Silicon Melt가 줄어들고 그에 따라 Heater Power는 증가될 수 밖에 없는 형태를 띠게 되면서 모델 예측제어 모델에 적합하다. 하지만 직경의 정밀도를 유지하기에는 응답속도가 빠른 PID 기반의 Feedback 제어가 유리한 측면이 있기 때문에 오직 PID 제어 또는 오직 MPC 제어 형태 보다는 Hybrid 형태가 실리콘 단결정 성장에 유리하다.In addition, embodiments of the present invention aim to improve the precision of the ingot diameter through Model Prediction Control (MPC) and reduce the fluctuation range of the pulling speed. In addition, in using the above model prediction control (MPC; Model Prediction Control), it can be used in a hybrid form with the existing PID control method. In general, in the Czochralski single crystal growth process, the heat introduced to balance the heat is the latent heat applied from the heater power and silicon melt. As it takes the form that cannot but be increased, it is suitable for the model predictive control model. However, since PID-based feedback control, which has a fast response speed, has an advantage in maintaining the precision of the diameter, the hybrid type is more advantageous for silicon single crystal growth than only the PID control or only the MPC control type.

또한, 본 발명의 실시예들은 제어의 정밀도를 향상시키기 위해 데이터 필터로는 칼만(Kalmann) 필터를 사용하며, 히터 파워의 정밀도를 향상시키기 위해서 패턴 기반 제어(PBC; Pattern Based Control) 방식을 사용하여, 종래의 결정 성장 속도 등의 제어를 하는데 있어서 정밀도를 보다 향상시키고자 한다.In addition, the embodiments of the present invention use a Kalmann filter as a data filter to improve the accuracy of control, and use a pattern based control (PBC) method to improve the accuracy of heater power. , It is intended to further improve the accuracy in controlling the conventional crystal growth rate and the like.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.

본 발명은, 도가니에 구비된 융액으로부터 성장된 잉곳의 직경을 측정한 측정 직경과 타겟 직경에 대한 직경 오차를 산출하고, 직경 오차를 기초로 상기 잉곳의 설정 인상 속도를 산출하는 직경 제어부와, 잉곳의 설정 인상 속도를 기초로 모터를 제어하는 속도 설정부와, 잉곳의 인상 속도를 측정한 측정 인상 속도와 타겟 인상 속도를 기초로 설정 히터 파워를 산출하는 히터 파워 제어부와, 설정 히터 파워를 히터에 공급하는 전원 공급부를 포함하는 잉곳 성장 제어 장치를 제공한다.The present invention, a diameter control unit for calculating a diameter error for a target diameter and a measured diameter obtained by measuring the diameter of an ingot grown from a melt provided in a crucible, and calculating a set pulling speed of the ingot based on the diameter error, and an ingot A speed setting unit for controlling the motor based on the set pull-up speed of the heater power control unit for calculating the set heater power based on the measured pull-up speed and the target pull-up speed measuring the pull-up speed of the ingot, and the set heater power to the heater It provides an ingot growth control device comprising a power supply to supply.

여기서, 직경 제어부는 모델 예측 제어(MPC; Model Prediction Control)를 수행하여 잉곳의 설정 인상 속도를 산출할 수 있다. 또한 ADC (Automatic Diameter Control) 제어의 경우 종래의 PID 제어 로직을 사용하되, APC(Automatic Power Control) 제어는 MPC 제어로직을 통합적으로 사용하여, 균일 직경 제어 성능을 향상시킬 수 있다.Here, the diameter controller may calculate the set pulling speed of the ingot by performing Model Prediction Control (MPC). In addition, ADC (Automatic Diameter Control) control uses conventional PID control logic, but APC (Automatic Power Control) control uses MPC control logic integrally, so that uniform diameter control performance can be improved.

또한, 직경 제어부는 패턴 기반 제어(PBC; Pattern Based Control)를 수행하여 설정 인상 속도를 세분화할 수 있다.In addition, the diameter control unit may subdivide the set pulling speed by performing pattern based control (PBC).

또한, 직경 제어부는 세분화된 설정 인상 속도를 펄스 주파수 변조(PFM; pulse frequency modulation)를 수행하여 속도 설정부에 출력할 수 있다.In addition, the diameter control unit may perform pulse frequency modulation (PFM) on the set pulling speed in detail and output it to the speed setting unit.

또한, 히터 파워 제어부는 모델 예측 제어(MPC; model predictive control)를 수행하여 설정 히터 파워를 산출할 수 있다.In addition, the heater power control unit may calculate the set heater power by performing model predictive control (MPC).

또한, 히터 파워 제어부는 패턴 기반 제어(PBC; Pattern Based Control)를 수행하여 설정 히터 파워를 세분화할 수 있다.In addition, the heater power control unit may subdivide the set heater power by performing pattern based control (PBC).

또한, 히터 파워 제어부는 세분화된 설정 히터 파워를 펄스 주파수 변조(PFM; pulse frequency modulation)를 수행하여 전원 공급부에 출력할 수 있다.In addition, the heater power control unit may perform pulse frequency modulation (PFM) on the subdivided set heater power to output to the power supply unit.

또한, 본 발명의 잉곳 성장 제어 장치는, 잉곳의 측정 직경에서 노이즈를 제거하여 직경 제어부에 정밀도를 향상시키기 위해 칼만 필터를 더 포함할 수 있다.In addition, the ingot growth control apparatus of the present invention may further include a Kalman filter to improve the accuracy of the diameter controller by removing noise from the measured diameter of the ingot.

또한, 본 발명은, 전자 제어 장치를 이용해 잉곳 성장을 제어하는 방법으로서, 도가니에 구비된 융액으로부터 성장된 잉곳의 직경을 측정한 측정 직경과 타겟 직경에 대한 직경 오차를 산출하는 단계와, 직경 오차를 기초로 잉곳의 설정 인상 속도를 산출하는 단계와, 잉곳의 설정 인상 속도를 기초로 모터를 제어하는 단계와, 잉곳의 인상 속도를 측정한 측정 인상 속도와 타겟 인상 속도를 기초로 설정 히터 파워를 산출하는 단계와, 설정 히터 파워를 히터에 공급하는 단계를 포함하는 잉곳 성장 제어 방법을 제공한다.In addition, the present invention is a method of controlling ingot growth using an electronic control device, comprising the steps of calculating a diameter error for a target diameter and a measured diameter obtained by measuring the diameter of an ingot grown from a melt provided in a crucible, and a diameter error Calculating the set pull-up speed of the ingot based on, controlling the motor based on the set pull-up speed of the ingot, and setting the heater power based on the measured pull-up speed and the target pull-up speed It provides an ingot growth control method comprising the step of calculating and supplying the set heater power to the heater.

또한, 잉곳의 설정 인상 속도를 산출하는 단계는, 모델 예측 제어(MPC; Model Prediction Control)를 수행하여 잉곳의 설정 인상 속도를 산출하는 단계일 수 있다.In addition, the step of calculating the set pulling speed of the ingot may be a step of calculating the set pulling speed of the ingot by performing Model Prediction Control (MPC).

또한, 잉곳의 설정 인상 속도를 산출하는 단계는 패턴 기반 제어(PBC; Pattern Based Control)를 수행하여 설정 인상 속도를 세분화하는 단계일 수 있다.In addition, the step of calculating the set pull-up speed of the ingot may be a step of subdividing the set pull-up speed by performing pattern-based control (PBC).

또한, 잉곳의 설정 인상 속도를 산출하는 단계는 세분화된 설정 인상 속도를펄스 주파수 변조(PFM; pulse frequency modulation)를 수행하여 출력하는 단계일 수 있다.In addition, the step of calculating the set pull-up speed of the ingot may be a step of outputting the set pull-up speed in detail by performing pulse frequency modulation (PFM).

또한, 설정 히터 파워를 산출하는 단계는 모델 예측 제어(MPC; model predictive control)를 수행하여 설정 히터 파워를 산출하는 단계일 수 있다.Also, calculating the set heater power may be a step of calculating the set heater power by performing model predictive control (MPC).

또한, 설정 히터 파워를 산출하는 단계는 패턴 기반 제어(PBC; Pattern Based Control)를 수행하여 설정 히터 파워를 세분화하는 단계일 수 있다.In addition, the step of calculating the set heater power may be a step of subdividing the set heater power by performing pattern based control (PBC).

또한, 설정 히터 파워를 산출하는 단계는 세분화된 설정 히터 파워를 펄스 주파수 변조(PFM; pulse frequency modulation)를 수행하여 출력하는 단계일 수 있다.In addition, the step of calculating the set heater power may be a step of outputting the subdivided set heater power by performing pulse frequency modulation (PFM).

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 잉곳 성장 제어 장치 및 방법은, 잉곳 성장 시에 온도 보정량을 고려하지 않고 잉곳의 직경과 인상 속도만을 이용하여 잉곳 성장을 제어함으로써, 온도 보정량 고려로 인해 소모되는 시간을 제거할 수 있어 보다 즉각적으로 잉곳 성장을 제어할 수 있는 효과가 있다.As described above, the ingot growth control apparatus and method according to the present invention controls ingot growth using only the diameter and pulling speed of the ingot without considering the temperature correction amount during ingot growth, thereby reducing the time consumed due to the temperature correction amount consideration It can be removed, so there is an effect of controlling the growth of the ingot more immediately.

또한, 본 발명에 따른 잉곳 성장 제어 장치 및 방법은, 설정 인상 속도 및 설정 히터 파워를 패턴 기반으로 세분화하여 출력함으로써, 에러 편차를 줄여 인상 속도 및 히터 파워의 제어 정밀도를 항상시킬 수 있다.In addition, the ingot growth control apparatus and method according to the present invention can improve the control precision of the pulling speed and heater power by reducing the error deviation by subdividing and outputting the set pulling speed and the set heater power based on the pattern.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtainable in the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. will be.

도 1은 종래 기술에 따른 잉곳의 성장 제어장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잉곳 성장 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 잉곳 성장 제어장치를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 잉곳 성장 장치가 수행하는 모델 예측 제어 화면을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 잉곳 성장 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다. 1 is a view showing an apparatus for controlling the growth of an ingot according to the prior art.
2 is a view showing an ingot growing apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing an ingot growth control device according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 are diagrams showing a model prediction control screen performed by the ingot growing apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a flow chart for explaining the ingot growth control method according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략할 수 있고, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용할 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The detailed description set forth below in conjunction with the accompanying drawings is intended to describe exemplary embodiments of the present invention and is not intended to represent the only embodiments in which the present invention may be practiced. In order to clearly describe the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description may be omitted, and the same reference numerals may be used for the same or similar components throughout the specification.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잉곳 성장 장치를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 잉곳 성장 제어 장치의 블록도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 잉곳 성장 장치가 수행하는 모델 예측 제어(MPC; model predictive control) 화면을 도시한 도면이다.2 is a diagram showing an ingot growth apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a block diagram of an ingot growth control apparatus according to an embodiment of the present invention, Figures 4 and 5 are in an embodiment of the present invention It is a diagram showing a model predictive control (MPC) screen performed by the ingot growing apparatus according to the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 잉곳 성장 장치(300)는 Czochralski(CZ) 결정 성장 방식을 이용하여 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 장치이다.Ingot growing apparatus 300 according to an embodiment of the present invention is a device for growing a silicon single crystal ingot using a Czochralski (CZ) crystal growth method.

여기서, CZ 결정 성장 방식은 용융되어있는 융액(Melt)에서 단결정 잉곳을 서서히 냉각시키며 상부로 인상하는 방식인데, 이때 단결정 잉곳의 직경을 일정하게 유지함과 동시에 인상 속도 및 온도가 정밀하게 제어되는 것이 중요하다.Here, the CZ crystal growth method is a method of gradually cooling a single crystal ingot in a molten melt and pulling it upward. At this time, it is important to precisely control the pulling speed and temperature while maintaining a constant diameter of the single crystal ingot. do.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 잉곳 성장 장치(300)는 챔버(301) 내에 단결정 실리콘 잉곳(IG)을 성장시키기 위해 용융 실리콘(SM)을 담고 있는 도가니(310)와, 도가니(310)를 가열하는 히터(320)와, 단결정 잉곳(IG)을 회전시키면서 인상하기 위한 모터(350)와, 단결정 잉곳(IG)의 직경을 측정하는 센서부(340)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 2, the ingot growing apparatus 300 according to an embodiment of the present invention includes a crucible 310 containing molten silicon (SM) to grow a single crystal silicon ingot (IG) in a chamber 301, and a crucible It may include a heater 320 for heating the 310, a motor 350 for rotating and pulling the single crystal ingot (IG), and a sensor unit 340 for measuring the diameter of the single crystal ingot (IG). there is.

도면에는 도시하지 않았지만, 단결정 실리콘 잉곳(IG)으로부터 방사되는 열을 차단하는 열실드를 포함할 수 있다.Although not shown in the drawing, a heat shield for blocking heat radiated from the single crystal silicon ingot (IG) may be included.

본 발명의 실시예에 따른 잉곳 성장 제어 장치(200)는 종래의 PID(Prpotional Integral Derivative) 제어 방식과 달리 MIMO(Multiple Inputs Multiple Outputs) 시스템에 유리한 모델 예측 제어(MPC; model predictive control)를 수행하여 인상 속도 및 히터 파워를 통합적으로 제어하는 것을 특징으로 한다.Unlike the conventional PID (Prpotional Integral Derivative) control method, the ingot growth control apparatus 200 according to an embodiment of the present invention performs model predictive control (MPC), which is advantageous to a Multiple Inputs Multiple Outputs (MIMO) system, It is characterized by integrally controlling the pulling speed and heater power.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 잉곳 성장 제어 장치(200)는 필터부(210), 직경 제어부(220), 속도 설정부(230), 히터 파워 제어부(240) 및 전원 공급부(250)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 3 , the ingot growth control device 200 according to an embodiment of the present invention includes a filter unit 210, a diameter control unit 220, a speed setting unit 230, a heater power control unit 240, and a power supply unit ( 250) may be configured.

본 발명의 실시예에 따른 잉곳 성장 제어 장치(200)는 센서부(340)에 의해 측정된 잉곳의 직경을 기초로 모터(350)의 회전 속도 및 히터(320)의 파워를 제어하여, 잉곳의 직경 및 품질을 통합적으로 제어할 수 있다.Ingot growth control apparatus 200 according to an embodiment of the present invention controls the rotation speed of the motor 350 and the power of the heater 320 based on the diameter of the ingot measured by the sensor unit 340, Diameter and quality can be controlled integrally.

이를 위해, 잉곳 성장 제어 장치(200)는 잉곳 성장 장치(300)와의 통신을 통해 잉곳 성장과 관련된 신호를 잉곳 성장 장치(300)에 전송할 수 있다. To this end, the ingot growth control device 200 may transmit a signal related to ingot growth to the ingot growth device 300 through communication with the ingot growth device 300 .

센서부(340)는 도가니(310)에 구비된 융액으로부터 성장된 잉곳의 직경을 실시간 또는 주기적으로 측정할 수 있다. 예를 들어, 센서부(340)는 잉곳(IG)과 용융 실리콘(SM) 사이의 경계면인 메니스커스의 위치 또는 온도를 측정함으로써 잉곳의 직경을 측정할 수 있다.The sensor unit 340 may measure the diameter of the ingot grown from the melt provided in the crucible 310 in real time or periodically. For example, the sensor unit 340 may measure the diameter of the ingot by measuring the position or temperature of the meniscus, which is an interface between the ingot IG and the molten silicon SM.

여기서, 센서부(340)는 적외선 온도센서, CCD 또는 CMOS형의 카메라 등으로 구성될 수 있다. 이하, 센서부(340)에 의해 측정된 잉곳의 직경을 측정 직경이라고 칭하겠다.Here, the sensor unit 340 may be composed of an infrared temperature sensor, a CCD or CMOS type camera, or the like. Hereinafter, the diameter of the ingot measured by the sensor unit 340 will be referred to as a measured diameter.

한편, 센서부(340)의 자체 민감도를 비롯하여 외부 노이즈와 설치 위치 등으로 인해 잉곳의 측정 직경이 달라질 수 있다. 이에 따라, 센서부(340)에 의해 측정된 잉곳의 측정 직경을 필터링하는 필터부(210)를 구비하는 것이 바람직하다.Meanwhile, the measured diameter of the ingot may vary due to the sensitivity of the sensor unit 340, external noise, and an installation location. Accordingly, it is preferable to include a filter unit 210 for filtering the measured diameter of the ingot measured by the sensor unit 340 .

구체적으로, 필터부(210)는 센서부(340)로부터 잉곳의 측정 직경에 대한 직경 데이터를 제공받을 수 있으며, 직경 데이터에서 노이즈를 제거하여 직경 제어부(220)에 제공할 수 있다. 이를 위해, 필터부(210)는 칼만 필터(kalman filter)가 적용될 수 있다.Specifically, the filter unit 210 may receive diameter data about the measured diameter of the ingot from the sensor unit 340 , remove noise from the diameter data, and provide the data to the diameter control unit 220 . To this end, the filter unit 210 may apply a Kalman filter.

여기서, 칼만 필터는, 노이즈가 포함되어 있는 측정치를 바탕으로 선형 역학계의 상태를 추정하는 재귀 필터로서, 컴퓨터 비전, 로봇 공학 및 레이더 등의 다양한 분야에 사용된다.Here, the Kalman filter is a recursive filter that estimates the state of a linear dynamics system based on measurement values containing noise, and is used in various fields such as computer vision, robotics, and radar.

센서부(340)는, 용융 실리콘(SM)과 열실드 사이의 거리인 맬트 갭(melt gap)을 측정할 수 있으며, 도가니(310)의 회전 속도(Crucible Rotation)을 측정할 수 있다.The sensor unit 340 may measure a melt gap, which is a distance between the molten silicon SM and the heat shield, and may measure a crucible rotation of the crucible 310 .

직경 제어부(220)는 잉곳의 측정 직경과 기 설정된 타겟 직경에 대한 직경 오차를 산출하고, 직경 오차를 기초로 잉곳의 설정 인상 속도를 산출할 수 있다.The diameter control unit 220 may calculate a diameter error between the measured diameter of the ingot and a preset target diameter, and calculate a set pulling speed of the ingot based on the diameter error.

구체적으로, 직경 제어부(220)는 직경 오차를 기초로 PID 제어 또는 모델 예측 제어(MPC; Model Prediction Control)를 수행하여 잉곳의 설정 인상 속도를 산출할 수 있다. Specifically, the diameter controller 220 may calculate the set pulling speed of the ingot by performing PID control or Model Prediction Control (MPC) based on the diameter error.

모델 예측 제어는, 기본적으로　피드 포워드(feed forward) 제어로서, 제어하고자 하는 대상의 출력값(output)을 측정하여 이를 기반으로 미래 출력값을 예측하고 이를 최적화하여 제어에 필요한 제어값을 계산하는 구조로 되어 있다.Model predictive control is basically a feed forward control, which measures the output of the object to be controlled, predicts the future output based on this, and calculates the control value necessary for control by optimizing it. there is.

여기서, 잉곳의 설정 인상 속도는 직경 오차를 최소화하기 위해 변경해야 하는 잉곳의 인상 속도일 수 있다.Here, the set pulling speed of the ingot may be a pulling speed of the ingot that needs to be changed to minimize a diameter error.

직경 제어부(220)는 잉곳의 측정 직경과 타겟 직경 간 직경 오차가 클수록 설정 인상 속도를 더 큰 값으로 산출할 수 있다.The diameter control unit 220 may calculate the set pulling speed as a larger value as the diameter error between the measured diameter of the ingot and the target diameter increases.

또한, 직경 제어부(220)는 잉곳의 측정 직경과 타겟 직경 간 직경 오차가 제1 임계치 이상인 경우에 한해 잉곳의 설정 인상 속도를 산출할 수도 있다.In addition, the diameter controller 220 may calculate the set pulling speed of the ingot only when the diameter error between the measured diameter of the ingot and the target diameter is greater than or equal to the first threshold value.

직경 제어부(220)는, 설정 인상 속도를 산출함에 있어, 맬트 갭(melt gap)과 도가니(310)의 회전 속도(Crucible Rotation)를 반영함으로써, 더욱더 정확한 설정 인상 속도를 산출할 수 있다.The diameter controller 220 may calculate a more accurate set pulling speed by reflecting the melt gap and the crucible rotation of the crucible 310 in calculating the set pulling speed.

직경 제어부(220)는 패턴 기반 제어(PBC; Pattern Based Control)를 수행하여 잉곳의 설정 인상 속도를 세분화하여 출력할 수 있다. 이 때, 세분화된 설정 인상 속도를 평균한 값이 설정 인상 속도가 된다.The diameter controller 220 may perform pattern based control (PBC) to subdivide and output the set pulling speed of the ingot. At this time, the value obtained by averaging the subdivided set pulling speeds becomes the set pulling speed.

구체적으로, 직경 제어부(220)는, 설정 인상 속도의 제어 주기(예컨대, 10초)를 설정하고, 제어 주기를 복수의 시구간(예컨대, 1초 단위로 30구간)으로 분할한다.Specifically, the diameter controller 220 sets a control period (eg, 10 seconds) of the set pulling speed, and divides the control period into a plurality of time periods (eg, 30 periods per second).

그리고, 직경 제어부(220)는, 설정 인상 속도 별로 서로 다른 복수의 패턴을 설정한다. 예를 들어, 0번 내지 9번 패턴까지 총 10개의 패턴을 설정할 수 있다. Then, the diameter controller 220 sets a plurality of different patterns for each set pulling speed. For example, a total of 10 patterns from patterns 0 to 9 can be set.

여기서, 복수의 패턴은 설정 인상 속도 별로 복수의 시구간에 대해 서로 다른 세분화된 설정 인상 속도가 할당될 수 있다. 예를 들어, 패턴 번호가 높을수록 복수의 시구간 중 적어도 일부 시구간에 더 빠른 세분화된 설정 인상 속도가 할당될 수 있다. 이에 따라, 평균 설정 인상 속도는 패턴 번호가 높을수록 더 빠를 수 있다.Here, the plurality of patterns may be assigned different subdivided set pulling speeds for a plurality of time sections for each set pulling speed. For example, as the pattern number increases, a faster segmented set pulling speed may be allocated to at least some time sections among a plurality of time sections. Accordingly, the set average pulling speed may be faster as the pattern number increases.

예를 들어, 0번 패턴은 복수의 시구간에 대해 모두 동일한 값을 갖는 세분화된 설정 인상 속도가 할당될 수 있으며, 1번 패턴은 복수의 시구간 중 일부 시구간에 0번 패턴 보다 더 높은 세분화된 설정 인상 속도가 할당될 수 있다.For example, pattern 0 may be assigned a subdivided set pulling speed having the same value for a plurality of time periods, and pattern 1 may be assigned a higher subdivided setting than pattern 0 in some time period among a plurality of time periods. A pull rate can be assigned.

직경 제어부(220)는 패턴 기반으로 세분화된 잉곳의 설정 인상 속도를 펄스 주파수 변조(PFM; pulse frequency modulation)를 수행하여 잉곳의 설정 인상 속도에 대한 패턴 기반의 주파수 신호를 속도 설정부(230)에 제공할 수 있다.The diameter controller 220 performs pulse frequency modulation (PFM) on the set pull-up speed of the subdivided ingot based on the pattern, and sends a pattern-based frequency signal for the set pull-up speed of the ingot to the speed setter 230. can provide

여기서, 펄스 주파수 변조는 고정 ON 시간 타입과 고정 OFF 시간 타입이 있다. 고정 ON 시간 타입을 예로 들면 ON 시간은 일정하고 OFF 시간만 변한다. 즉, 주기가 변동되며 ON 되기까지의 시간이 달라진다. 이 때, 부하가 커질수록 ON 횟수를 늘려 부하에 대응할 수 있다.Here, the pulse frequency modulation has a fixed ON time type and a fixed OFF time type. Taking the fixed ON time type as an example, the ON time is constant and only the OFF time is varied. That is, the period is changed and the time until it is turned ON is changed. At this time, as the load increases, the number of ONs can be increased to respond to the load.

이와 같은 펄스 주파수 변조는 경부하 시 전력 추가가 비교적 적게 필요하므로, 스위칭 주파수가 낮아지고 스위칭 횟수가 줄어 스위칭 손실이 감소하기 때문에 경부하 시에도 고효율을 유지할 수 있는 장점이 있다.Since such pulse frequency modulation requires relatively little power addition at light load, the switching frequency is lowered and the number of switching times is reduced, so switching loss is reduced, so that high efficiency can be maintained even at light load.

전술한 바와 같이, 펄스 주파수 변조는 신호 레벨에 따라 주파수를 변조시키는 것을 의미하며, 신호 레벨이 크면 펄스 주기가 짧아지고 주파수가 높아지는데, 신호 레벨의 크기는 설정 패턴에 의해 정해진다.As described above, pulse frequency modulation means frequency modulation according to the signal level. When the signal level is high, the pulse period is shortened and the frequency is increased. The size of the signal level is determined by a set pattern.

속도 설정부(230)는 직경 제어부(220)로부터 제공 받은 잉곳의 설정 인상 속도에 대한 패턴 기반 주파수 신호를 기초로 모터(350)를 제어하여 잉곳의 인상 속도를 변경할 수 있다. 여기서, 잉곳의 인상 속도는 주파수 신호의 주파수가 높을수록 더 빨라질 수 있다.The speed setting unit 230 may change the pulling speed of the ingot by controlling the motor 350 based on the pattern-based frequency signal for the set pulling speed of the ingot received from the diameter controller 220 . Here, the pulling speed of the ingot may increase as the frequency of the frequency signal increases.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 잉곳 성장 제어 장치(200)는 설정 인상 속도를 패턴 기반으로 세분화하여 출력함으로써, 인상 속도의 제어 정밀도를 향상시킬 수 있다.In this way, the ingot growth control apparatus 200 according to an embodiment of the present invention can improve the control precision of the pulling speed by subdividing and outputting the set pulling speed based on the pattern.

또한, 잉곳의 인상 속도는 모터(350)에 구비된 엔코더 또는 독립적인 엔코더에 의해 실시간 또는 주기적으로 측정될 수 있다. 이하, 엔코더에 의해 측정된 잉곳의 인상 속도를 측정 인상 속도라고 칭하겠다.In addition, the pulling speed of the ingot may be measured in real time or periodically by an encoder provided in the motor 350 or an independent encoder. Hereinafter, the pulling speed of the ingot measured by the encoder will be referred to as the measured pulling speed.

엔코더는 센서의 일종으로 모터(350)의 회전수와 속도를 감지할 수 있으며, 광학식(Optical) 및 자기식(Magnetic) 엔코더가 있다.The encoder is a type of sensor that can detect the number of revolutions and speed of the motor 350, and includes optical and magnetic encoders.

속도 설정부(230)는 잉곳의 측정 인상 속도에 대한 데이터를 엔코더로부터 제공받아 이를 히터 파워 제어부(240)에 제공할 수 있다.The speed setting unit 230 may receive data about the measured pulling speed of the ingot from the encoder and provide the data to the heater power control unit 240 .

히터 파워 제어부(240)는 속도 설정부(230)로부터 제공받은 잉곳의 측정 인상 속도와 기 설정된 타겟 인상 속도에 대한 인상 속도 오차를 산출할 수 있다.The heater power control unit 240 may calculate a pulling speed error between the measured pulling speed of the ingot provided from the speed setting unit 230 and a preset target pulling speed.

구체적으로, 히터 파워 제어부(240)는 잉곳의 측정 인상 속도 및 타겟 인상 속도를 기초로 모델 예측 제어(MPC; model predictive control)를 수행하여 인상 속도 오차를 최소화하기 위한 잉곳의 설정 인상 온도 및 이에 따른 설정 히터 파워를 산출할 수 있다.Specifically, the heater power control unit 240 performs model predictive control (MPC) based on the measured pulling speed and target pulling speed of the ingot to minimize the pulling speed error and set the pulling temperature of the ingot accordingly. The set heater power can be calculated.

모델 예측 제어는, 기본적으로　피드 포워드(feed forward) 제어로서, 제어하고자 하는 대상의 출력값(output)을 측정하여 이를 기반으로 미래 출력값을 예측하고 이를 최적화하여 제어에 필요한 제어값을 계산하는 구조로 되어 있다.Model predictive control is basically a feed forward control, which measures the output of the object to be controlled, predicts the future output based on this, and calculates the control value necessary for control by optimizing it. there is.

여기서, 히터 파워 제어부(240)는 인상 속도 오차가 클수록 잉곳의 설정 인상 온도 및 설정 히터 파워를 더 높은 값으로 산출할 수 있다.Here, the heater power control unit 240 may calculate the set pulling temperature of the ingot and the set heater power as higher values as the pulling speed error increases.

히터 파워 제어부(240)는, 설정 히터 파워를 산출함에 있어, 맬트 갭(melt gap)과 도가니(310)의 회전 속도(Crucible Rotation)를 반영함으로써, 더욱더 정확한 설정 인상 속도를 산출할 수 있다.The heater power control unit 240 may calculate a more accurate set pulling speed by reflecting the melt gap and the crucible rotation of the crucible 310 in calculating the set heater power.

히터 파워 제어부(240)는 잉곳의 측정 인상 속도와 타겟 인상 속도 간 인상 속도 오차가 제2 임계치 이상인 경우에 한해 잉곳의 설정 인상 온도 및 설정 히터 파워를 산출할 수도 있다.The heater power controller 240 may calculate the set pulling temperature of the ingot and the set heater power only when the difference in pulling speed between the measured pulling speed and the target pulling speed of the ingot is equal to or greater than the second threshold value.

한편, 설정 히터 파워를 세분화하지 않고 출력할 경우 에러 편차는 0.025KW로 나타나며, 이로 인해 히터 파워를 정밀하게 제어하는데 어려움이 있었다.Meanwhile, when the set heater power is output without being subdivided, the error deviation is 0.025 KW, which makes it difficult to precisely control the heater power.

그러나, 본 발명의 실시예에 따른 잉곳 성장 제어 장치(200)는, 설정 히터 파워를 패턴 기반으로 세분화하여 출력함으로써, 에러 편차를 기존의 20%인 0.005KW로 줄여 히터 파워의 제어 정밀도를 약 5배 상승시킬 수 있다.However, the ingot growth control device 200 according to an embodiment of the present invention, by subdividing and outputting the set heater power based on the pattern, reduces the error deviation to 0.005KW, which is 20% of the conventional heater power, and the control accuracy of the heater power is about 5 can increase the fold.

이를 위해, 히터 파워 제어부(240)는 패턴 기반 제어(PBC; Pattern Based Control)를 수행하여 설정 히터 파워를 세분화하여 출력할 수 있다. 이 때, 세분화된 설정 히터 파워를 평균한 값이 설정 히터 파워가 된다.To this end, the heater power controller 240 may perform pattern based control (PBC) to segment and output the set heater power. At this time, a value obtained by averaging the subdivided set heater powers becomes the set heater power.

구체적으로, 히터 파워 제어부(240)는, 설정 히터 파워의 제어 주기(예컨대, 30초)를 설정하고, 제어 주기를 복수의 시구간(예컨대, 1초 단위로 30구간)으로 분할한다.Specifically, the heater power control unit 240 sets a control period (eg, 30 seconds) of the set heater power, and divides the control period into a plurality of time periods (eg, 30 periods per second).

그리고, 히터 파워 제어부(240)는, 산출된 설정 히터 파워 별로 서로 다른 복수의 패턴을 설정한다. 예를 들어, 0번 내지 9번 패턴까지 총 10개의 패턴을 설정할 수 있다. In addition, the heater power control unit 240 sets a plurality of different patterns for each calculated set heater power. For example, a total of 10 patterns from patterns 0 to 9 can be set.

여기서, 복수의 패턴은 설정 히터 파워 별로 복수의 시구간에 대해 서로 다른 세분화된 히터 파워가 할당될 수 있다. 예를 들어, 패턴 번호가 높을수록 복수의 시구간 중 전반부에 더 높은 세분화된 히터 파워가 할당될 수 있다. 이에 따라, 평균 설정 히터 파워는 패턴 번호가 높을수록 더 빠를 수 있다.Here, different subdivided heater powers may be allocated to the plurality of patterns for a plurality of time periods for each set heater power. For example, as the pattern number increases, higher subdivided heater power may be allocated to the first half of the plurality of time sections. Accordingly, the average set heater power may be faster as the pattern number increases.

예를 들어, 0번 패턴은 복수의 시구간에 대해 모두 동일한 값을 갖는 세분화된 설정 히터 파워가 할당될 수 있으며, 1번 패턴은 복수의 시구간 중 일부 시구간에 0번 패턴 보다 더 높은 세분화된 설정 히터 파워가 할당될 수 있다.For example, pattern 0 may be assigned a subdivided set heater power having the same value for a plurality of time periods, and pattern 1 may be assigned a higher subdivided setting than pattern 0 in some time period among a plurality of time periods. Heater power can be allocated.

히터 파워 제어부(240)는 패턴 기반으로 세분화된 설정 히터 파워를 펄스 주파수 변조(PFM; pulse frequency modulation)를 수행하여 설정 히터 파워에 대한 패턴 기반의 주파수 신호를 전원 공급부(250)에 제공할 수 있다.The heater power control unit 240 may provide a pattern-based frequency signal for the set heater power to the power supply unit 250 by performing pulse frequency modulation (PFM) on the set heater power subdivided based on the pattern. .

여기서, 펄스 주파수 변조는 고정 ON 시간 타입과 고정 OFF 시간 타입이 있다. 고정 ON 시간 타입을 예로 들면 ON 시간은 일정하고 OFF 시간만 변한다. 즉, 주기가 변동되며 ON 되기까지의 시간이 달라진다. 이 때, 부하가 커질수록 ON 횟수를 늘려 부하에 대응할 수 있다.Here, the pulse frequency modulation has a fixed ON time type and a fixed OFF time type. Taking the fixed ON time type as an example, the ON time is constant and only the OFF time is varied. That is, the period is changed and the time until it is turned ON is changed. At this time, as the load increases, the number of ONs can be increased to respond to the load.

이와 같은 펄스 주파수 변조는 경부하 시 전력 추가가 비교적 적게 필요하므로, 스위칭 주파수가 낮아지고 스위칭 횟수가 줄어 스위칭 손실이 감소하기 때문에 경부하 시에도 고효율을 유지할 수 있는 장점이 있다.Since such pulse frequency modulation requires relatively little power addition at light load, the switching frequency is lowered and the number of switching times is reduced, so switching loss is reduced, so that high efficiency can be maintained even at light load.

전술한 바와 같이, 펄스 주파수 변조는 신호 레벨에 따라 주파수를 변조시키는 것을 의미하며, 신호 레벨이 크면 펄스 주기가 짧아지고 주파수가 높아지는데, 신호 레벨의 크기는 설정 패턴에 의해 정해진다.As described above, pulse frequency modulation means frequency modulation according to the signal level. When the signal level is high, the pulse period is shortened and the frequency is increased. The size of the signal level is determined by a set pattern.

전원 공급부(250)는 설정 히터 파워에 대한 패턴 기반 주파수 신호를 기초로 히터(320)를 제어할 수 있다.The power supply 250 may control the heater 320 based on the pattern-based frequency signal for the set heater power.

즉, 전원 공급부(250)는 히터 파워 제어부(240)로부터 패턴 기반 주파수 신호를 입력 받아 잉곳의 설정 인상 온도에 해당하는 설정 히터 파워를 히터(320)에 공급할 수 있다. 여기서, 설정 히터 파워는 주파수가 높을수록 더욱 커질 수 있다.That is, the power supply unit 250 may receive the pattern-based frequency signal from the heater power controller 240 and supply the set heater power corresponding to the set pulling temperature of the ingot to the heater 320 . Here, the set heater power may increase as the frequency increases.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 잉곳 성장 제어 장치(200)는 잉곳 성장 시에 잉곳 성장 온도 보정량을 고려하지 않고 잉곳의 직경과 인상 속도만을 이용하여 잉곳 성장을 제어함으로써, 온도 보정량 고려로 인해 소모되는 시간을 제거할 수 있어 보다 즉각적으로 잉곳 성장을 제어할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라, 원하는 잉곳의 직경과 품질을 얻을 수 있다.As such, the ingot growth control device 200 according to an embodiment of the present invention controls ingot growth using only the diameter and pulling speed of the ingot without considering the ingot growth temperature correction amount during ingot growth, due to the temperature correction amount consideration It is possible to eliminate time consuming, so there is an effect of controlling ingot growth more immediately. Accordingly, the desired diameter and quality of the ingot can be obtained.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 잉곳 성장 제어 장치(200)는 설정 히터 파워를 패턴 기반으로 세분화하여 출력함으로써, 히터 파워의 제어 정밀도를 향상시킬 수 있다.In addition, the ingot growth control apparatus 200 according to an embodiment of the present invention can improve the control accuracy of the heater power by dividing and outputting the set heater power based on the pattern.

또한, 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 잉곳 성장 제어 장치(200)는 모델 예측 제어(MPC; model predictive control) 방법을 소프트웨어로 구현하여 인상 속도 및 히터 파워를 제어할 수 있으며, 제어 과정 및 결과를 디스플레이를 통해 표시할 수 있다.In addition, referring to FIGS. 4 and 5, the ingot growth control apparatus 200 according to an embodiment of the present invention implements a model predictive control (MPC) method as software to control the pulling speed and heater power. and the control process and result can be displayed through the display.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 잉곳 성장 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a method for controlling ingot growth according to an embodiment of the present invention.

이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 잉곳 성장 제어 방법을 설명하되, 전술한 내용과 중복된 내용에 대해서는 생략하겠다.Hereinafter, with reference to FIGS. 2 to 6 , an ingot growth control method according to an embodiment of the present invention will be described, but descriptions overlapping with the above will be omitted.

먼저, 도가니(310)에 구비된 융액으로부터 성장된 잉곳의 직경 및 인상 속도를 실시간 또는 주기적으로 측정하여(301), 잉곳의 직경 및 인상 속도 데이터를 획득한다.First, the diameter and pulling speed of an ingot grown from the melt provided in the crucible 310 are measured in real time or periodically (301) to obtain data on the diameter and pulling speed of the ingot.

이 때, 직경 및 인상 속도 데이터는 칼만 필터(kalman filter)에 의해 노이즈가 제거될 수 있다.At this time, noise may be removed from the diameter and pulling speed data by a Kalman filter.

다음, 잉곳의 측정 직경과 기 설정된 타겟 직경에 대한 직경 오차를 산출한다(302). Next, a diameter error between the measured diameter of the ingot and the preset target diameter is calculated (302).

다음, 직경 오차가 제1 임계치 이상인지 판단한다(304). Next, it is determined whether the diameter error is greater than or equal to a first threshold (304).

판단 결과, 직경 오차가 제1 임계치 이상이면 직경 오차를 기초로 잉곳의 설정 인상 속도를 산출한다(306). 이 때, 직경 오차를 기초로 모델 예측 제어(MPC; Model Prediction Control)를 수행하여 잉곳의 설정 인상 속도를 산출할 수 있다.As a result of the determination, if the diameter error is equal to or greater than the first threshold value, a set pulling speed of the ingot is calculated based on the diameter error (306). At this time, a set pulling speed of the ingot may be calculated by performing Model Prediction Control (MPC) based on the diameter error.

여기서, 잉곳의 설정 인상 속도는 직경 오차를 최소화하기 위해 변경해야 하는 잉곳의 인상 속도일 수 있다.Here, the set pulling speed of the ingot may be a pulling speed of the ingot that needs to be changed to minimize a diameter error.

또한, 306단계는 패턴 기반 제어(PBC; Pattern Based Control)를 수행하여 설정 인상 속도를 세분화할 수 있다.In addition, in step 306, the set pulling speed may be subdivided by performing pattern based control (PBC).

또한, 306단계는 패턴 기반으로 세분화된 설정 인상 속도를 펄스 주파수 변조(PFM; pulse frequency modulation)를 수행하여 설정 인상 속도에 대한 패턴 기반 주파수 신호를 출력할 수 있다.In addition, in step 306, a pattern-based frequency signal for the set pulling speed may be output by performing pulse frequency modulation (PFM) on the set pulling speed segmented based on the pattern.

다음, 잉곳의 설정 인상 속도에 대한 패턴 기반 주파수 신호를 기초로 모터(350)를 제어하여 잉곳의 인상 속도를 변경한다.Next, the pulling speed of the ingot is changed by controlling the motor 350 based on the pattern-based frequency signal for the set pulling speed of the ingot.

301 단계는, 모터(350)에 구비된 엔코더 또는 독립적인 엔코더를 통해 잉곳의 인상 속도를 실시간 또는 주기적으로 측정하는 단계이다.Step 301 is a step of measuring the pulling speed of the ingot in real time or periodically through an encoder provided in the motor 350 or an independent encoder.

301 단계 이후, 잉곳의 측정 인상 속도와 기 설정된 타겟 인상 속도에 대한 인상 속도 오차를 산출한다(303). After step 301, a pulling speed error between the measured pulling speed of the ingot and the preset target pulling speed is calculated (303).

다음, 인상 속도 오차가 제2 임계치 이상인지 판단한다(305).Next, it is determined whether the pulling speed error is greater than or equal to a second threshold (305).

판단 결과, 잉곳의 측정 인상 속도와 타겟 인상 속도 간 속도 오차가 제2 임계치 이상이면 잉곳의 설정 인상 온도 및 이에 따른 히터 파워를 산출한다(307). 이 때, 잉곳의 측정 인상 속도 및 타겟 인상 속도를 기초로 모델 예측 제어(MPC; model predictive control)를 수행하여 인상 속도 오차를 최소화하기 위한 잉곳의 설정 인상 온도 및 이에 따른 히터 파워를 산출할 수 있다.As a result of the determination, if the speed error between the measured pulling speed of the ingot and the target pulling speed is equal to or greater than the second threshold, the set pulling temperature of the ingot and the heater power accordingly are calculated (307). At this time, model predictive control (MPC) is performed based on the measured pulling speed and target pulling speed of the ingot to calculate the set pulling temperature of the ingot and the heater power accordingly to minimize the pulling speed error. .

또한, 307단계는 패턴 기반 제어(PBC; Pattern Based Control)를 수행하여 설정 히터 파워를 세분화할 수 있다.In addition, in step 307, the set heater power may be subdivided by performing pattern based control (PBC).

또한, 307단계는 패턴 기반으로 세분화된 설정 히터 파워를 펄스 주파수 변조(PFM; pulse frequency modulation)를 수행하여 히터 파워에 대한 주파수 신호를 출력할 수 있다. 그리고, 세부화된 히터 파워에 대한 주파수 신호를 기초로 히터(320)를 제어할 수 있다. 즉, 설정 히터 파워에 해당하는 히터 파워 제어 신호를 히터(320)에 출력할 수 있다. In addition, in step 307 , a frequency signal for the heater power may be output by performing pulse frequency modulation (PFM) on the set heater power subdivided based on the pattern. In addition, the heater 320 may be controlled based on the frequency signal for the detailed heater power. That is, a heater power control signal corresponding to the set heater power may be output to the heater 320 .

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 잉곳 성장 제어 방법은, 잉곳 성장 시에 잉곳 성장 온도 보정량을 고려하지 않고 잉곳의 직경과 인상 속도만을 이용하여 잉곳 성장을 제어함으로써, 온도 보정량 고려로 인해 소모되는 시간을 제거할 수 있어 보다 즉각적으로 잉곳 성장을 제어할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라, 원하는 잉곳의 직경과 품질을 얻을 수 있다.As such, the ingot growth control method according to an embodiment of the present invention controls ingot growth using only the diameter and pulling speed of the ingot without considering the ingot growth temperature correction amount during ingot growth, thereby reducing consumption due to the temperature correction amount consideration Time can be removed, so there is an effect of controlling ingot growth more immediately. Accordingly, the desired diameter and quality of the ingot can be obtained.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 잉곳 성장 제어 방법은, 설정 히터 파워를 패턴 기반으로 세분화하여 출력함으로써, 에러 편차를 줄여 히터 파워의 제어 정밀도를 항상시킬 수 있다.In addition, in the ingot growth control method according to an embodiment of the present invention, the control precision of the heater power can be maintained by reducing the error deviation by dividing the set heater power based on the pattern and outputting it.

본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only presented as specific examples to easily explain the technical content of the present invention and help understanding of the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should be construed as including all changes or modifications derived based on the technical idea of the present invention in addition to the embodiments disclosed herein.

200: 잉곳 성장 제어 장치
210: 필터부
220: 직경 제어기
230: 속도 설정부
240: 히터 파워 제어기
250: 전원 공급부200: ingot growth control device
210: filter unit
220: diameter controller
230: speed setting unit
240: heater power controller
250: power supply

Claims (13)

도가니에 구비된 융액으로부터 성장된 잉곳의 직경을 측정한 측정 직경과 타겟 직경에 대한 직경 오차를 산출하고, 상기 직경 오차를 기초로 상기 잉곳의 설정 인상 속도를 산출하는 직경 제어부;
상기 잉곳의 설정 인상 속도를 기초로 모터를 제어하는 속도 설정부;
상기 잉곳의 인상 속도를 측정한 측정 인상 속도와 타겟 인상 속도를 기초로 설정 히터 파워를 산출하는 히터 파워 제어부; 및
상기 설정 히터 파워를 히터에 공급하는 전원 공급부
를 포함하는 잉곳 성장 제어 장치.
a diameter controller configured to calculate a diameter error for a target diameter and a measured diameter obtained by measuring a diameter of an ingot grown from a melt provided in a crucible, and calculate a set pulling speed of the ingot based on the diameter error;
a speed setting unit for controlling a motor based on a set pulling speed of the ingot;
a heater power control unit calculating set heater power based on a target pulling speed and a measured pulling speed of the ingot; and
Power supply unit for supplying the set heater power to the heater
Ingot growth control device comprising a.
 제 1 항에 있어서,
상기 직경 제어부는
모델 예측 제어(MPC; Model Prediction Control)를 수행하여 상기 잉곳의 설정 인상 속도를 산출하는
잉곳 성장 제어 장치.
According to claim 1,
The diameter control unit
Calculating the set pulling speed of the ingot by performing Model Prediction Control (MPC)
Ingot growth control device.
 제 1 항에 있어서,
상기 직경 제어부는
패턴 기반 제어(PBC; Pattern Based Control)를 수행하여 상기 설정 인상 속도를 세분화하는
잉곳 성장 제어 장치.
According to claim 1,
The diameter control unit
Performing Pattern Based Control (PBC) to subdivide the set pulling speed
Ingot growth control device.
 제 1 항에 있어서,
상기 히터 파워 제어부는
모델 예측 제어(MPC; model predictive control)를 수행하여 상기 설정 히터 파워를 산출하는
잉곳 성장 제어 장치.
According to claim 1,
The heater power controller
Calculating the set heater power by performing model predictive control (MPC)
Ingot growth control device.
 제 1 항에 있어서,
상기 직경 제어부는
PID 제어(Proportional Integral Differential Control)를 수행하여 상기 잉곳의 설정 인상 속도를 산출하고
상기 히터 파워 제어부는
모델 예측 제어(MPC; model predictive control)를 수행하여 상기 설정 히터 파워를 산출하는
잉곳 성장 제어 장치.
According to claim 1,
The diameter control unit
PID control (Proportional Integral Differential Control) is performed to calculate the set pulling speed of the ingot,
The heater power control unit
Calculating the set heater power by performing model predictive control (MPC)
Ingot growth control device.
 제 1 항에 있어서,
상기 히터 파워 제어부는
패턴 기반 제어(PBC; Pattern Based Control)를 수행하여 상기 설정 히터 파워를 세분화하는
잉곳 성장 제어 장치.
According to claim 1,
The heater power controller
Subdividing the set heater power by performing pattern based control (PBC)
Ingot growth control device.
 제 1 항에 있어서,
상기 직경 제어부는
상기 도가니의 회전 속도 및 멜트 갭을 반영하여 상기 잉곳의 설정 인상 속도를 산출하고
상기 히터 파워 제어부는
상기 도가니의 회전 속도 및 멜트 갭을 반영하여 상기 설정 히터 파워를 산출하는
잉곳 성장 제어 장치.
According to claim 1,
The diameter control unit
Calculate the set pulling speed of the ingot by reflecting the rotational speed and melt gap of the crucible,
The heater power controller
Calculating the set heater power by reflecting the rotational speed and melt gap of the crucible
Ingot growth control device.
 제 1 항에 있어서,
상기 잉곳의 측정 직경에서 노이즈를 제거하여 상기 직경 제어부에 제공하는 칼만 필터
를 더 포함하는 잉곳 성장 제어 장치.
According to claim 1,
A Kalman filter for removing noise from the measured diameter of the ingot and providing it to the diameter controller
Ingot growth control device further comprising a.
 전자 제어 장치를 이용해 잉곳 성장을 제어하는 방법으로서,
도가니에 구비된 융액으로부터 성장된 잉곳의 직경을 측정한 측정 직경과 타겟 직경에 대한 직경 오차를 산출하는 단계;
상기 직경 오차를 기초로 상기 잉곳의 설정 인상 속도를 산출하는 단계;
상기 잉곳의 설정 인상 속도를 기초로 모터를 제어하는 단계;
상기 잉곳의 인상 속도를 측정한 측정 인상 속도와 타겟 인상 속도를 기초로 설정 히터 파워를 산출하는 단계; 및
상기 설정 히터 파워를 히터에 공급하는 단계
를 포함하는 잉곳 성장 제어 방법.
A method of controlling ingot growth using an electronic control device,
Calculating a diameter error for the target diameter and the measured diameter obtained by measuring the diameter of the ingot grown from the melt provided in the crucible;
Calculating a set pulling speed of the ingot based on the diameter error;
Controlling a motor based on a set pulling speed of the ingot;
Calculating a set heater power based on a target pulling speed and a measured pulling speed of the ingot; and
Supplying the set heater power to a heater
Ingot growth control method comprising a.
 제 9 항에 있어서,
상기 잉곳의 설정 인상 속도를 산출하는 단계는
모델 예측 제어(MPC; Model Prediction Control)를 수행하여 상기 잉곳의 설정 인상 속도를 산출하는 단계인
잉곳 성장 제어 방법.
According to claim 9,
The step of calculating the set pulling speed of the ingot is
A step of calculating the set pulling speed of the ingot by performing Model Prediction Control (MPC)
Ingot growth control method.
 제 9 항에 있어서,
상기 잉곳의 설정 인상 속도를 산출하는 단계는
패턴 기반 제어(PBC; Pattern Based Control)를 수행하여 상기 설정 인상 속도를 세분화하는 단계인
잉곳 성장 제어 방법.
According to claim 9,
The step of calculating the set pulling speed of the ingot is
A step of subdividing the set pulling speed by performing pattern based control (PBC)
Ingot growth control method.
 제 9 항에 있어서,
상기 설정 히터 파워를 산출하는 단계는
모델 예측 제어(MPC; model predictive control)를 수행하여 상기 설정 히터 파워를 산출하는 단계인
잉곳 성장 제어 방법.
According to claim 9,
The step of calculating the set heater power is
A step of calculating the set heater power by performing model predictive control (MPC)
Ingot growth control method.
 제 9 항에 있어서,
상기 설정 히터 파워를 산출하는 단계는
패턴 기반 제어(PBC; Pattern Based Control)를 수행하여 상기 설정 히터 파워를 세분화하는 단계인
잉곳 성장 제어 방법.According to claim 9,
The step of calculating the set heater power is
A step of subdividing the set heater power by performing pattern based control (PBC)
Ingot growth control method.
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