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KR102681152B1 - The melt gap maintaining apparatus for manufacturing single crystal ingot and melt gap maintaining method using the same - Google Patents

The melt gap maintaining apparatus for manufacturing single crystal ingot and melt gap maintaining method using the same Download PDF

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KR102681152B1
KR102681152B1 KR1020220065208A KR20220065208A KR102681152B1 KR 102681152 B1 KR102681152 B1 KR 102681152B1 KR 1020220065208 A KR1020220065208 A KR 1020220065208A KR 20220065208 A KR20220065208 A KR 20220065208A KR 102681152 B1 KR102681152 B1 KR 102681152B1
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crucible
melt
single crystal
crystal ingot
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박성훈
정해균
최혁진
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(주)셀릭
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Abstract

실리콘 용융액을 수용하는 도가니의 무게 변화를 측정하는 중량측정 모듈; 상기 도가니를 수용하는 챔버에 구비된 투명창의 외측에 설치되고, 실리콘 용융액 표면의 높이 변화를 측정하는 카메라 모듈; 및 도가니의 무게 변화량에 따라 도가니는 소정의 속도로 회전하며 상승하고, 도가니의 회전 상승과 동시에 측정된 상기 실리콘 용융액 표면의 높이로부터 도가니의 상승 위치를 보정하며 소정의 멜트 갭을 유지하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지장치 및 그를 이용한 멜트 갭 유지방법을 제공한다.A weighing module that measures the change in weight of a crucible containing a silicon melt; a camera module installed outside the transparent window provided in the chamber accommodating the crucible and measuring a change in height of the surface of the silicon melt; And a control unit that rotates and rises at a predetermined speed according to the change in the weight of the crucible, corrects the rising position of the crucible based on the height of the surface of the silicon melt measured simultaneously with the rotational rise of the crucible, and maintains a predetermined melt gap; Provided is a melt gap maintaining device for manufacturing a single crystal ingot and a melt gap maintaining method using the same.

Description

단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지장치 및 그를 이용한 멜트 갭 유지방법{The melt gap maintaining apparatus for manufacturing single crystal ingot and melt gap maintaining method using the same}Melt gap maintaining apparatus for manufacturing single crystal ingot and melt gap maintaining method using the same {The melt gap maintaining apparatus for manufacturing single crystal ingot and melt gap maintaining method using the same}

본 발명은 단결정 잉곳 성장 과정 중, 무게 변화 프로파일과 실리콘 용융액 표면의 높이 변화를 동시에 인식하여 도가니의 위치를 보정하며 공정 중 멜트 갭을 일정하게 유지시킬 수 있는 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지장치 및 그를 이용한 멜트 갭 유지방법에 관한 것이다.The present invention is a melt gap maintenance device for manufacturing a single crystal ingot that can simultaneously recognize the weight change profile and the height change of the silicon melt surface during the single crystal ingot growth process to correct the position of the crucible and keep the melt gap constant during the process, and a melt gap maintenance device using the same. This is about how to maintain the melt gap.

실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법은 플로우팅 존(floating zone, FZ)법 또는 초크랄스키(Czochralski, CZ)법 등이 있으며, 현재 일반화되어 있는 방법이 CZ법이라 할 수 있다. CZ법은 도가니에 다결정 실리콘을 장입하고, 이를 가열하여 용융시킨 후, 실리콘 용융액에 시드를 담그고 계면에서 결정화가 일어날 때 시드를 회전하면서 인상시킴으로써 단결정의 실리콘 잉곳을 성장시키는 방법이다. 이때, 도가니를 지지하는 축을 회전시키면서 도가니를 상승시켜 고-액 계면이 동일한 높이를 유지하고, 도가니의 회전축과 동축을 중심축으로 하여 실리콘 단결정 잉곳은 도가니의 회전방향과 반대방향으로 회전시키면서 끌어올리며 성장시킨다. Methods for growing silicon single crystal ingots include the floating zone (FZ) method or the Czochralski (CZ) method, and the currently common method is the CZ method. The CZ method is a method of growing a single crystal silicon ingot by charging polycrystalline silicon into a crucible, heating and melting it, then immersing the seed in the silicon melt and rotating and pulling the seed when crystallization occurs at the interface. At this time, the crucible is raised while rotating the axis supporting the crucible so that the solid-liquid interface is maintained at the same height, and with the same axis as the rotation axis of the crucible as the central axis, the silicon single crystal ingot is pulled up while rotating in the opposite direction to the rotation direction of the crucible. Make it grow.

단결정 잉곳의 품질과 생산성을 위하여 CZ법의 제조장치는 실리콘 용융액의 표면과 가열부재로부터 복사되는 열이 실리콘 단결정 잉곳으로 전달되지 못하도록 차단하는 열차폐부재(Reflector)를 포함하며, 멜트 갭을 일정하게 유지 또는 가변 제어한다. 예로써, 실리콘 용융액의 표면 높이는 단결정 잉곳의 부피와 용융액이 담겨있는 도가니의 용적비를 계산하여 발생되는 차이값으로 제어하고, 단결정 잉곳의 성장에 의해 용융액의 표면 높이가 변화되는 경우 작업자가 수동으로 조작하여 보정하는 방법으로 실리콘 용융액의 표면 높이를 일정하게 유지한다. 즉, 상기 계산에 의한 제어에 있어서, 도 1과 같이 공정 중 도가니의 변형과 같은 원인에 의해 실제 값과 계산 값에 오차가 발생될 수 있다. 따라서, 작업자의 육안에 의한 수작업에 의존할 수 있는데, 이는 작업자의 숙련도에 따라 일정한 수준의 정밀 제어가 어려워 생산성이 떨어질 수 있으며, 공정 사고가 발생할 수 있다.To ensure the quality and productivity of single crystal ingots, the CZ method's manufacturing equipment includes a heat shielding member (reflector) that blocks heat radiated from the surface of the silicon melt and the heating member from being transferred to the silicon single crystal ingot, and maintains a constant melt gap. Maintain or variable control. For example, the surface height of the silicon melt is controlled by the difference value generated by calculating the volume ratio of the volume of the single crystal ingot and the volume ratio of the crucible containing the melt, and if the surface height of the melt changes due to the growth of the single crystal ingot, the operator manually manipulates it. This correction method keeps the surface height of the silicon melt constant. That is, in the control based on the above calculation, errors may occur between the actual value and the calculated value due to causes such as deformation of the crucible during the process, as shown in FIG. 1. Therefore, it may depend on manual work done by the worker's eyes, which may result in low productivity due to difficulty in controlling a certain level of precision depending on the worker's skill level, and may cause process accidents.

이를 해결하기 위하여 한국공개특허 제10-2014-0097834호, '단결정 잉곳 성장 장치'에서는 열차폐부의 하단에 결합하되 용융액 상에 배치되는 측정봉의 반사상에 대한 영상을 챔버의 뷰포트를 통하여 촬영하는 영상촬영부를 구비하여 멜트 갭을 측정하는 기술을 개시한 바 있다. 하지만, 도가니와 잉곳의 회전으로 인해 반사상의 이미지가 왜곡될 수 있으며, 이로 인해 멜트 갭 측정의 정확성은 낮아질 수 있다.To solve this problem, Korean Patent Publication No. 10-2014-0097834, 'Single Crystal Ingot Growth Device', is attached to the bottom of the heat shield and captures the image of the reflection of the measuring rod placed on the melt through the viewport of the chamber. A technology for measuring the melt gap using a device has been disclosed. However, the rotation of the crucible and ingot may distort the reflected image, which may reduce the accuracy of the melt gap measurement.

한국공개특허 제10-2014-0097834호(공개일: 2014년 08월 07일)Korean Patent Publication No. 10-2014-0097834 (Publication date: August 7, 2014) 한국등록특허 제10-1841550호(등록일: 2018년 03월 19일)Korean Patent No. 10-1841550 (registration date: March 19, 2018) 한국등록특허 제10-1443494호(등록일: 2014년 09월 16일)Korean Patent No. 10-1443494 (registration date: September 16, 2014)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 도가니의 무게 변화량과 실리콘 용융액 표면의 높이 변화를 동시에 인식하여 작업자의 숙련도에 관계 없이 도가니의 위치를 용이하게 보정할 수 있으며, 공정 중 멜트 갭을 일정하게 유지시킬 수 있는 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지장치 및 그를 이용한 멜트 갭 유지방법을 제공하는 것에 목적이 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to simultaneously recognize the change in the weight of the crucible and the change in height of the surface of the silicon melt, so that the position of the crucible can be easily corrected regardless of the operator's skill level, and the melt gap can be kept constant during the process. The purpose is to provide a melt gap maintenance device for manufacturing a single crystal ingot and a melt gap maintenance method using the same.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The purpose of the present invention is not limited to the purposes mentioned above, and other purposes not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

상기의 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 실리콘 용융액을 수용하는 도가니의 무게 변화를 측정하는 중량측정 모듈; 상기 도가니를 수용하는 챔버에 구비된 투명창의 외측에 설치되고, 실리콘 용융액 표면의 높이 변화를 측정하는 카메라 모듈; 및 도가니의 무게 변화량에 따라 도가니는 소정의 속도로 회전하며 상승하고, 도가니의 회전 상승과 동시에 측정된 상기 실리콘 용융액 표면의 높이로부터 도가니의 상승 위치를 보정하며 소정의 멜트 갭을 유지하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지장치를 제공할 수 있다.In order to solve the above problem, the present invention includes a weight measurement module that measures the change in weight of a crucible containing a silicon melt; a camera module installed outside the transparent window provided in the chamber accommodating the crucible and measuring a change in height of the surface of the silicon melt; And a control unit that rotates and rises at a predetermined speed according to the change in the weight of the crucible, corrects the rising position of the crucible based on the height of the surface of the silicon melt measured simultaneously with the rotational rise of the crucible, and maintains a predetermined melt gap; It is possible to provide a melt gap maintenance device for manufacturing a single crystal ingot, comprising:

상기 카메라 모듈은, 삼각측량법으로 상기 실리콘 용융액 표면의 높이 변화를 측정하는 한 쌍의 적외선 스테레오 카메라를 포함하는 것일 수 있다.The camera module may include a pair of infrared stereo cameras that measure changes in height of the surface of the silicon melt using triangulation.

상기 중량측정 모듈은, 상기 도가니의 하부에 위치하는 로드셀을 포함하는 것일 수 있다.The weight measurement module may include a load cell located below the crucible.

상기 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지장치는, 테일 공정 시 결정 성장률이 -0.2 내지 0.2mm/min가 되도록 제어하는 것일 수 있다.The melt gap maintenance device for manufacturing a single crystal ingot may be controlled so that the crystal growth rate is -0.2 to 0.2 mm/min during the tail process.

상기 단결정 잉곳은, 200 내지 450mm의 직경을 가지는 것일 수 있다.The single crystal ingot may have a diameter of 200 to 450 mm.

또한, 상기의 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 중량측정 모듈이 실리콘 용융액을 수용하는 도가니의 무게 변화를 측정하는 (a) 단계; 챔버에 구비된 투명창의 외측에 설치된 카메라 모듈이 실리콘 용융액 계면의 높이 변화를 측정하는 (b) 단계; 및 도가니의 무게 변화량에 따라 도가니는 소정의 속도로 회전하며 상승하고, 도가니의 회전 상승과 동시에 측정된 상기 실리콘 용융액 표면의 높이로부터 제어부는 도가니의 상승 위치를 보정하며 소정의 멜트 갭을 유지하는 (c) 단계;를 포함하고, 상기 (a) 단계와 (b) 단계는 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지방법을 제공할 수 있다.In addition, in order to solve the above problem, the present invention includes a step (a) in which a weight measurement module measures a change in the weight of a crucible containing a silicon melt; Step (b) in which a camera module installed outside the transparent window provided in the chamber measures the change in height of the silicon melt interface; And according to the change in the weight of the crucible, the crucible rotates and rises at a predetermined speed, and the control unit corrects the rising position of the crucible from the height of the silicon melt surface measured simultaneously with the rotational rise of the crucible and maintains a predetermined melt gap ( It is possible to provide a melt gap maintenance method for manufacturing a single crystal ingot, including step c), wherein steps (a) and (b) are performed simultaneously.

상기 (b) 단계는, 상기 카메라 모듈이 한 쌍의 적외선 스테레오 카메라를 포함하고, 삼각측량법으로 상기 실리콘 용융액 계면의 높이 변화를 측정하는 것일 수 있다.In step (b), the camera module may include a pair of infrared stereo cameras and measure the height change of the silicon melt interface using a triangulation method.

상기 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지방법은, 테일 공정 단계에서 성장률이 -0.2 내지 0.2mm/min가 되도록 제어하는 것일 수 있다.The melt gap maintenance method for producing a single crystal ingot may be to control the growth rate to be -0.2 to 0.2 mm/min in the tail process step.

상기 단결정 잉곳은 200 내지 450mm의 직경을 가지는 것일 수 있다.The single crystal ingot may have a diameter of 200 to 450 mm.

본 발명의 실시예에 따른 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지장치 및 그를 이용한 멜트 갭 유지방법은 중량측정 모듈과 카메라 모듈을 구비함으로써 도가니의 무게 변화량과 실리콘 용융액 표면의 높이 변화를 동시에 인식하여 작업자의 숙련도에 관계 없이 도가니의 위치를 용이하게 보정할 수 있으며, 공정 중 멜트 갭을 일정하게 유지시킬 수 있는 장점이 있다.The melt gap maintenance device for manufacturing a single crystal ingot and the melt gap maintenance method using the same according to an embodiment of the present invention are equipped with a weight measurement module and a camera module to simultaneously recognize the amount of change in the weight of the crucible and the change in height of the silicon melt surface to determine the operator's skill level. Regardless, the position of the crucible can be easily corrected and the melt gap can be kept constant during the process.

도 1은 도가니 상승 속도에 대한 계산 값과 실제 값을 나타낸 그래프,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지장치를 나타낸 블록도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지장치를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지장치의 카메라 모듈의 삼각측량과 멜트 갭 보정을 나타낸 간략도,
도 5는 테일 공정 중 단결정의 슬립 현상을 나타낸 사진과 단면도,
도 6은 단결정 직경에 따라 측정된 테일 무게를 비교한 것을 나타낸 그래프,
도 7은 테일 공정 시 성장률과 테일 Loss를 비교한 것을 나타낸 그래프이다.
1 is a graph showing calculated and actual values for the crucible rising speed;
Figure 2 is a block diagram showing a melt gap maintenance device for manufacturing a single crystal ingot according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is a cross-sectional view showing a melt gap maintenance device for manufacturing a single crystal ingot according to an embodiment of the present invention;
Figure 4 is a simplified diagram showing the triangulation and melt gap correction of the camera module of the melt gap maintenance device for manufacturing a single crystal ingot according to an embodiment of the present invention;
Figure 5 is a photograph and cross-sectional view showing the slip phenomenon of a single crystal during the tail process;
Figure 6 is a graph showing comparison of tail weight measured according to single crystal diameter;
Figure 7 is a graph showing a comparison of growth rate and tail loss during the tail process.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. The embodiments introduced below are provided as examples so that the idea of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. Also, in the drawings, the length and thickness of layers and regions may be exaggerated for convenience. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

도 1은 도가니 상승 속도에 대한 계산 값과 실제 값을 나타낸 그래프이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지장치를 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지장치를 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지장치의 카메라 모듈의 삼각측량과 멜트 갭 보정을 나타낸 간략도이고, 도 5는 테일 공정 중 단결정의 슬립 현상을 나타낸 사진과 단면도이고, 도 6은 단결정 직경에 따라 측정된 테일 무게를 비교한 것을 나타낸 그래프이고, 도 7은 테일 공정 시 성장률과 테일 Loss를 비교한 것을 나타낸 그래프이다.Figure 1 is a graph showing calculated values and actual values for the crucible rising speed, Figure 2 is a block diagram showing a melt gap maintenance device for manufacturing a single crystal ingot according to an embodiment of the present invention, and Figure 3 is an embodiment of the present invention. It is a cross-sectional view showing a melt gap holding device for producing a single crystal ingot according to an embodiment of the present invention, and Figure 4 is a simplified view showing the triangulation and melt gap correction of the camera module of the melt gap holding device for producing a single crystal ingot according to an embodiment of the present invention, and Figure 5 is a tail A photograph and cross-sectional view showing the slip phenomenon of a single crystal during the process, Figure 6 is a graph showing a comparison of tail weight measured according to the single crystal diameter, and Figure 7 is a graph showing a comparison of the growth rate and tail loss during the tail process.

도 2 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지장치(10)는 실리콘 용융액(M)을 수용하는 도가니(20)의 무게 변화를 측정하는 중량측정 모듈(100); 상기 도가니(20)를 수용하는 챔버(40)에 구비된 투명창(44)의 외측에 설치되고, 실리콘 용융액 표면(S)의 높이 변화를 측정하는 카메라 모듈(200); 및 도가니(20)의 무게 변화량에 따라 도가니(20)는 소정의 속도로 회전하며 상승하고, 도가니(20)의 회전 상승과 동시에 측정된 상기 실리콘 용융액 표면(S)의 높이로부터 도가니(20)의 상승 위치를 보정하며 소정의 멜트 갭을 유지하는 제어부(300);를 포함할 수 있다. 따라서 상기 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지장치(10)는 중량측정 모듈(100)과 카메라 모듈(200)을 구비함으로써 도가니(20)의 무게 변화량과 실리콘 용융액 표면(S)의 높이 변화를 동시에 인식하여 작업자의 숙련도에 관계 없이 도가니(20)의 위치를 용이하게 보정할 수 있으며, 공정 중 멜트 갭을 일정하게 유지시킬 수 있는 장점이 있다.Referring to FIGS. 2 to 7, the melt gap maintaining device 10 for manufacturing a single crystal ingot according to an embodiment of the present invention includes a weight measurement module 100 that measures the change in weight of the crucible 20 containing the silicon melt (M). ); A camera module 200 installed outside the transparent window 44 provided in the chamber 40 for accommodating the crucible 20 and measuring the change in height of the silicon melt surface S; And according to the change in the weight of the crucible 20, the crucible 20 rotates and rises at a predetermined speed, and the height of the silicon melt surface S measured simultaneously with the rotational rise of the crucible 20 increases. It may include a control unit 300 that corrects the rising position and maintains a predetermined melt gap. Therefore, the melt gap maintenance device 10 for manufacturing a single crystal ingot is equipped with a weight measurement module 100 and a camera module 200 to simultaneously recognize the amount of change in the weight of the crucible 20 and the change in height of the silicon melt surface (S) to allow the operator The position of the crucible 20 can be easily corrected regardless of the skill level, and there is an advantage in that the melt gap can be kept constant during the process.

상세히 설명하면, 도가니(20)는 회전축(60)이 하부의 중심에 결합된 서셉터와 상기 서셉터의 내측에 결합된 내부 도가니를 포함할 수 있다. 상기 도가니(20) 내부로 다결정 실리콘 및 안티몬, 붕소, 인과 같은 도펀트(dopant)가 함께 장입되어 용융될 수 있다. 상기 용융을 위한 열은 도가니(20) 주변에 위치하는 가열수단(미도시)에 의해 공급될 수 있다.In detail, the crucible 20 may include a susceptor in which the rotation axis 60 is coupled to the center of the lower portion and an internal crucible coupled to the inside of the susceptor. Polycrystalline silicon and dopants such as antimony, boron, and phosphorus may be charged together into the crucible 20 and melted. Heat for the melting may be supplied by a heating means (not shown) located around the crucible 20.

시드와이어(30)의 일단부에는 단결정 시드가 위치한다. 다결정 실리콘이 용융된 실리콘 용융액(M)에 단결정 시드가 담겨진 상태에서 인상수단(미도시)은 성장되는 실리콘 단결정을 이동 및 회전시킬 수 있다. 즉, 인상수단은 시드와이어(30)를 인상하며, 단결정 시드로 인해 실리콘 용융액(M)은 소정의 직경을 가지는 단결정의 잉곳(I)으로 제조될 수 있다. 실리콘 단결정 잉곳(I) 제조는 재료 장입, 재료 용융, 시드의 인상 등의 과정으로 이루어지는데, 시드의 인상은 실리콘 용융액(M)에 시드를 접촉한 후, 도가니(20)와 시드를 반대방향으로 회전시켜가면서 시드를 서서히 인상하는 것이며, 이로 인해 실리콘 단결정 잉곳(I)을 성장시킬 수 있다. 예로써, 상기 실리콘 단결정 잉곳(I)은 비저항 0.01Ω㎝ 이하, 200 내지 450mm의 직경을 가지는 것일 수 있다. A single crystal seed is located at one end of the seed wire 30. In a state where a single crystal seed is immersed in a silicon melt (M) in which polycrystalline silicon is melted, a pulling means (not shown) can move and rotate the growing silicon single crystal. That is, the pulling means pulls up the seed wire 30, and the silicon melt M can be manufactured into a single crystal ingot I having a predetermined diameter due to the single crystal seed. Manufacturing a silicon single crystal ingot (I) consists of a process of charging material, melting the material, and raising the seed. The pulling of the seed is done by contacting the seed with the silicon melt (M) and then moving the crucible 20 and the seed in opposite directions. The seed is slowly raised while rotating, which allows a silicon single crystal ingot (I) to be grown. For example, the silicon single crystal ingot (I) may have a specific resistance of 0.01Ωcm or less and a diameter of 200 to 450 mm.

실리콘 용융액(M)과 일정한 갭을 유지하며 실리콘 용융액(M)의 상부에 위치하는 열차폐수단(50)은 단결정 잉곳(I)의 성장 시 그 주변에 배치되어 단열 작용을 하며, 잉곳(I)의 인상 속도나 성장된 잉곳의 품질 등에 영향을 주는 것으로 양측이 개방된 중공 형상으로 이루어질 수 있다. 일반적으로, 열차폐수단(50)은 상측 개구부의 직경이 하측 개구부의 직경보다 더 크게 형성될 수 있다.The heat shielding means (50), which maintains a certain gap with the silicon melt (M) and is located on top of the silicon melt (M), is disposed around the single crystal ingot (I) when it grows and acts as an insulator, and the ingot (I) It can have a hollow shape with both sides open, which affects the pulling speed or the quality of the grown ingot. In general, the heat shield means 50 may be formed so that the diameter of the upper opening is larger than the diameter of the lower opening.

상기 도가니(20), 시드 와이어(30), 열차폐수단(50)을 수용하는 챔버(40)는 불활성 가스가 유입될 수 있다. 즉, 챔버(40) 내부로 공급되는 불활성 가스는 챔버(40) 내의 일정한 압력을 유지하고, 실리콘 단결정 잉곳(I)의 생산과정 중에 발생할 수 있는 산화안티몬 또는 산소 등과 같은 기체 불순물을 챔버(40) 외부로 배출시킬 수 있다. An inert gas may be introduced into the chamber 40 that accommodates the crucible 20, seed wire 30, and heat shield 50. That is, the inert gas supplied into the chamber 40 maintains a constant pressure within the chamber 40 and removes gaseous impurities such as antimony oxide or oxygen that may be generated during the production of the silicon single crystal ingot (I) from the chamber 40. It can be discharged to the outside.

실리콘 용융액(M)을 수용하는 도가니(20)의 무게 변화를 측정하는 중량측정 모듈(100)은, 상기 도가니(20)의 하부에 위치하는 로드셀을 포함하는 것일 수 있다. 즉, 성장된 잉곳(I)의 무게는 최초 실리콘 용융액(M)에서 실리콘 용융액의 잔량을 차감한 무게와 대응될 수 있으며, 이는 도가니(20) 하부에 위치하는 로드셀의 도가니 무게 측정값으로 도출될 수 있다. 그리고 성장되는 잉곳에 따라 실리콘 용융액은 감소되므로, 멜트 갭 유지를 위하여 도가니는 소정의 속도로 회전하며 높이가 상승될 수 있다.The weight measurement module 100 that measures the change in weight of the crucible 20 containing the silicon melt M may include a load cell located at the lower part of the crucible 20. In other words, the weight of the grown ingot (I) may correspond to the weight obtained by subtracting the remaining amount of silicon melt from the initial silicon melt (M), which can be derived from the crucible weight measurement value of the load cell located at the bottom of the crucible (20). You can. And since the silicon melt decreases depending on the growing ingot, the crucible can rotate at a predetermined speed and increase in height to maintain the melt gap.

상기 도가니(20)를 수용하는 챔버(40)에 구비된 투명창(44)의 외측에 설치되고, 실리콘 용융액 표면(S)의 높이 변화를 측정(감지)하는 카메라 모듈(200)은 도 4와 같이, 삼각측량법으로 상기 실리콘 용융액 표면(S)의 높이 변화를 측정하는 한 쌍의 적외선 스테레오 카메라(201, 202)를 포함하는 것일 수 있다. 한 쌍의 적외선 스테레오 카메라(201, 202)는 잉곳 성장이 시작되는 초기의 실리콘 용융액 표면(S)에 초점이 맞추어지도록 설정될 수 있다. 즉, 멜트 갭이 결정되는 시점에 실리콘 용융액 표면(S)에 대해 한 쌍의 적외선 스테레오 카메라(201, 202)의 초점이 맞추어질 수 있다. The camera module 200, which is installed outside the transparent window 44 provided in the chamber 40 for accommodating the crucible 20 and measures (detects) the change in height of the silicon melt surface S, is shown in FIG. 4 and Likewise, it may include a pair of infrared stereo cameras 201 and 202 that measure the change in height of the silicon melt surface (S) using a triangulation method. A pair of infrared stereo cameras 201 and 202 may be set to focus on the initial silicon melt surface S where ingot growth begins. That is, the pair of infrared stereo cameras 201 and 202 may be focused on the silicon melt surface S at the time the melt gap is determined.

도가니(20)의 무게 변화량에 따라 도가니(20)는 계산되어 기설정된 소정의 속도로 회전하며 상승하고, 제어부(300)는 도가니(20)의 회전 상승과 동시에 측정된 상기 실리콘 용융액 표면(S)의 높이로부터 도가니(20)의 상승 위치를 보정하며 소정의 멜트 갭을 유지할 수 있다. According to the change in the weight of the crucible 20, the crucible 20 rotates and rises at a calculated and preset speed, and the control unit 300 controls the surface (S) of the silicon melt measured simultaneously with the rotational rise of the crucible 20. It is possible to correct the rising position of the crucible 20 from the height and maintain a predetermined melt gap.

제품마다 도가니의 두께는 차이가 있으며, 두께 차이에 따른 열변형은 도가니마다 다른 양상이 나타날 수 있다. 따라서, 단결정 잉곳 제조 공정을 위한 도가니(20)의 상승 시, 실제 도가니 위치와 기설정된 값에 따라 이동되는 도가니 위치는 도가니의 변형으로 인해 차이가 발생할 수 있다. The thickness of the crucible varies for each product, and thermal deformation due to thickness differences may appear differently for each crucible. Therefore, when the crucible 20 for the single crystal ingot manufacturing process is raised, a difference may occur between the actual crucible position and the crucible position moved according to the preset value due to deformation of the crucible.

만약, 기설정된 계산값에 따른 도가니의 위치가 실제 도가니 위치와 동일하다면 실리콘 용융액 표면(S)에 대해 한 쌍의 적외선 스테레오 카메라(201, 202)의 초점은 유지될 수 있다. 하지만, ΔH1이 발생하는 경우, 즉 계산된 위치보다 실제 도가니가 더 상승하여 멜트 갭이 정상보다 감소되는 경우, ΔH1만큼 도가니를 하강시켜 멜트 갭을 보정할 수 있다. 또한, 계산된 위치보다 실제 도가니가 낮게 상승되어 멜트 갭이 정상보다 증가되는 경우, 즉 ΔH2가 발생하는 경우, ΔH2만큼 도가니를 상승시켜 멜트 갭을 보정할 수 있다. 따라서, 작업자의 육안이 아닌 한 쌍의 적외선 스테레오 카메라(201, 202)의 삼각측량법을 이용함으로써, 더욱 정확한 멜트 갭 보정과 유지가 이루어질 수 있다. If the position of the crucible according to the preset calculated value is the same as the actual crucible position, the focus of the pair of infrared stereo cameras 201 and 202 on the silicon melt surface S can be maintained. However, when ΔH1 occurs, that is, when the actual crucible rises higher than the calculated position and the melt gap decreases from normal, the melt gap can be corrected by lowering the crucible by ΔH1. In addition, when the actual crucible is raised lower than the calculated position and the melt gap increases than normal, that is, when ΔH2 occurs, the melt gap can be corrected by raising the crucible by ΔH2. Therefore, more accurate melt gap correction and maintenance can be achieved by using the triangulation method of the pair of infrared stereo cameras 201 and 202 rather than the operator's naked eyes.

도 6은 단결정 직경에 따라 측정된 테일 무게를 비교한 것을 나타낸 그래프이고, 표 1은 A 내지 E 각각의 잉곳 성장 시 시드 와이어(30)의 사용 회수와 로드셀 위치를 정리한 표이다. 도 6 및 표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예라 볼 수 있는 E와 F의 경우, 한 쌍의 적외선 스테레오 카메라(201, 202)의 삼각측량법을 이용하여 도가니의 상승 정도를 보정하며 잉곳을 성장시킨 것으로, 다른 예들보다 테일 무게의 실측값과 계산값이 더욱 가까운 결과를 보여준다. 즉, 도가니 하부에 중량측정 모듈(100)을 위치시키고 카메라 모듈(200)로 도가니 위치를 보정하며 잉곳을 성장한 경우(E, F), 단결정 직경에 따른 테일의 크기는 실제 성장된 크기와 계산된 크기가 거의 일치됨을 보여준다. 이는 멜트 갭 유지의 정확성을 보여주는 것이라 할 수 있다.Figure 6 is a graph showing a comparison of the tail weight measured according to the single crystal diameter, and Table 1 is a table summarizing the number of times the seed wire 30 is used and the load cell location when growing ingots A to E, respectively. Referring to Figure 6 and Table 1, in the case of E and F, which can be considered embodiments of the present invention, the ingot is grown by correcting the degree of elevation of the crucible using the triangulation method of a pair of infrared stereo cameras 201 and 202. As a result, the actual measured and calculated values of the tail weight are closer to each other than other examples. That is, when the weight measurement module 100 is placed at the bottom of the crucible, the crucible position is corrected with the camera module 200, and the ingot is grown (E, F), the size of the tail according to the single crystal diameter is the actual grown size and the calculated It shows that the sizes are almost identical. This can be said to show the accuracy of melt gap maintenance.

시드 와이어 사용회수Seed wire usage frequency 로드셀 위치Load cell location 카메라 모듈 측정 유무Camera module measurement presence or absence AA 1515 인상수단means of raising BB 2020 인상수단means of raising CC 1515 인상수단means of raising ×× DD 2020 인상수단means of raising ×× EE 1515 도가니 하부Bottom of crucible FF 2020 도가니 하부Bottom of crucible

나아가서, 상기 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지장치(10)는, 테일 공정 시 결정 성장률이 -0.2 내지 0.2mm/min가 되도록 제어하는 것일 수 있다. 상기 단결정 잉곳(I)은, 길이가 증가 될수록 저항 분포가 감소될 수 있는데, 그 원인은 용융액에 남아 있는 불순물들이 잉곳 내부로 들어갈 수 있는 비율(편석계수) 때문이라 할 수 있다. 바디(Body) 공정 후반, 그 중에서 Tail 공정 시 불순물 농도가 높아질 수 있고, 이로 인해 Tail Loss가 발생할 수 있다. 도 5와 같이, Tail Loss가 발생하면 발생한 위치에 지름 크기의 약 1.2 이상 Slip이 발생하여 수율을 감소시킬 수 있으므로, Tail Loss를 감소시키기 위하여 Tail 공정 결정 성장률을 -0.2 내지 0.2mm/min으로 제어할 수 있다. 테일 공정 시 성장률과 테일 Loss를 비교한 것을 나타낸 그래프인 도 7을 참조하면, a 내지 d의 잉곳의 성장 길이는 모두 1200mm, 직경은 365mm인 것으로, 성장시킨 잉곳의 Tail Loss를 비교한 것이다. a 내지 d의 비교표는 다음의 표 2와 같다. 도 7 및 표 2에 나타난 바와 같이 도가니 하부에 중량측정 모듈(100)을 위치시키고 카메라 모듈(200)로 도가니 위치를 보정하며 잉곳을 성장하되, 테일 공정 시 결정 성장률이 -0.2 내지 0.2mm/min가 되도록 제어하는 경우(d) 저저항의 잉곳을 성장시키더라도 Tail Loss가 발생하지 않음을 알 수 있다. Furthermore, the melt gap maintenance device 10 for manufacturing a single crystal ingot may be controlled so that the crystal growth rate during the tail process is -0.2 to 0.2 mm/min. As the length of the single crystal ingot (I) increases, the resistance distribution may decrease, which can be said to be due to the rate at which impurities remaining in the melt can enter the inside of the ingot (segregation coefficient). The concentration of impurities may increase during the latter part of the body process, especially the tail process, and this may cause tail loss. As shown in Figure 5, when tail loss occurs, a slip of approximately 1.2 or more diameters occurs at the location where the tail loss occurs, which can reduce yield. Therefore, the tail process crystal growth rate is controlled to -0.2 to 0.2 mm/min to reduce tail loss. can do. Referring to Figure 7, which is a graph showing a comparison of the growth rate and tail loss during the tail process, the growth length of the ingots a to d are all 1200 mm and the diameter is 365 mm, and the tail loss of the grown ingots is compared. The comparison table of a to d is shown in Table 2 below. As shown in Figure 7 and Table 2, the weight measurement module 100 is placed at the bottom of the crucible, the crucible position is corrected with the camera module 200, and the ingot is grown, but the crystal growth rate during the tail process is -0.2 to 0.2 mm/min. (d) It can be seen that tail loss does not occur even if a low-resistance ingot is grown.

저항수준resistance level 로드셀 위치Load cell location Tail LossTail Loss aa 저저항low resistance 인상수단means of raising bb 저저항low resistance 인상수단means of raising cc 일반저항General resistance 인상수단means of raising ×× dd 저저항low resistance 도가니 하부Bottom of crucible ××

또한, 본 발명의 실시예에 따른 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지방법은 중량측정 모듈(100)이 실리콘 용융액(M)을 수용하는 도가니(20)의 무게 변화를 측정하는 (a) 단계; 챔버(40)에 구비된 투명창(44)의 외측에 설치된 카메라 모듈(200)이 실리콘 용융액 계면(S)의 높이 변화를 측정하는 (b) 단계; 및 도가니(20)의 무게 변화량에 따라 도가니(20)는 소정의 속도로 회전하며 상승하고, 도가니(20)의 회전 상승과 동시에 측정된 상기 실리콘 용융액 표면(S)의 높이로부터 제어부(300)는 도가니(20)의 상승 위치를 보정하며 소정의 멜트 갭을 유지하는 (c) 단계;를 포함하고, 상기 (a) 단계와 (b) 단계는 동시에 수행되는 것일 수 있다.In addition, the melt gap maintenance method for manufacturing a single crystal ingot according to an embodiment of the present invention includes the step (a) of the weight measurement module 100 measuring the change in weight of the crucible 20 containing the silicon melt (M); Step (b) in which the camera module 200 installed outside the transparent window 44 provided in the chamber 40 measures the change in height of the silicon melt interface (S); And according to the change in the weight of the crucible 20, the crucible 20 rotates and rises at a predetermined speed, and the control unit 300 determines the height of the silicon melt surface S measured simultaneously with the rotational rise of the crucible 20. It includes step (c) of correcting the rising position of the crucible 20 and maintaining a predetermined melt gap, and steps (a) and (b) may be performed simultaneously.

상세히 설명하면, 먼저 도가니(20) 내부로 다결정 실리콘 및 안티몬, 붕소, 인과 같은 도펀트(dopant)가 함께 장입되고, 도가니(20) 주변의 가열수단에 의해 용융될 수 있다. 실리콘 단결정 잉곳(I) 제조 과정 중 챔버(40)는 불활성 가스가 유입될 수 있다. 챔버(40) 내부로 공급되는 불활성 가스는 챔버(40) 내의 일정한 압력을 유지하고, 실리콘 단결정 잉곳(I)의 생산과정 중에 발생할 수 있는 산화안티몬 또는 산소 등과 같은 기체 불순물을 챔버(40) 외부로 배출시킬 수 있다. To explain in detail, first, polycrystalline silicon and dopants such as antimony, boron, and phosphorus are charged together into the crucible 20, and can be melted by a heating means around the crucible 20. During the manufacturing process of the silicon single crystal ingot (I), inert gas may be introduced into the chamber 40. The inert gas supplied into the chamber 40 maintains a constant pressure within the chamber 40 and removes gaseous impurities such as antimony oxide or oxygen that may be generated during the production of the silicon single crystal ingot (I) to the outside of the chamber 40. It can be discharged.

다결정 실리콘이 용융되어 실리콘 용융액(M)이 제조되면, 일단부에 단결정 시드가 위치하는 시드 와이어(30)가 인상수단에 의해 실리콘 용융액(M)을 향하여 하강할 수 있다. 단결정 시드가 실리콘 용융액(M)에 담겨진 상태에서 인상수단(미도시)은 성장되는 실리콘 단결정을 이동 및 회전시킬 수 있다. 시드의 인상은 실리콘 용융액(M)에 시드를 접촉한 후, 도가니(20)와 시드를 반대방향으로 회전시켜가면서 시드를 서서히 인상할 수 있으며, 이로 인해 실리콘 단결정 잉곳(I)을 성장시킬 수 있다. 예로써, 상기 실리콘 단결정 잉곳(I)은 비저항 0.01Ω㎝ 이하, 200 내지 450mm의 직경을 가지는 것일 수 있다. When the polycrystalline silicon is melted to produce the silicon melt (M), the seed wire 30, where the single crystal seed is located at one end, may be lowered toward the silicon melt (M) by a pulling means. While the single crystal seed is immersed in the silicon melt (M), the pulling means (not shown) can move and rotate the growing silicon single crystal. The seed can be pulled up gradually by contacting the seed with the silicon melt (M) and then rotating the crucible 20 and the seed in opposite directions, thereby growing a silicon single crystal ingot (I). . For example, the silicon single crystal ingot (I) may have a specific resistance of 0.01Ωcm or less and a diameter of 200 to 450 mm.

시드의 인상 및 잉곳의 성장 과정 전반에 걸쳐 중량측정 모듈(100)이 실리콘 용융액(M)을 수용하는 도가니(20)의 무게 변화를 측정할 수 있다((a) 단계). 그리고, 챔버(40)에 구비된 투명창(44)의 외측에 설치된 카메라 모듈(200)이 실리콘 용융액 계면(S)의 높이 변화를 측정할 수 있다((b) 단계). 이 경우 상기 (a) 단계와 (b) 단계는 동시에 수행되는 것일 수 있다. Throughout the seed pulling and ingot growth process, the weight measurement module 100 can measure the change in weight of the crucible 20 containing the silicon melt M (step (a)). Additionally, the camera module 200 installed outside the transparent window 44 provided in the chamber 40 can measure the change in height of the silicon melt interface S (step (b)). In this case, steps (a) and (b) may be performed simultaneously.

성장되는 잉곳(I)의 무게는 최초 실리콘 용융액(M)에서 실리콘 용융액의 잔량을 차감한 무게에 대응될 수 있으며, 이는 도가니(20) 하부에 위치하는 로드셀의 도가니(20) 무게 측정값으로 도출될 수 있다. 그리고 성장되는 잉곳에 따라 실리콘 용융액(M)은 감소되므로, 멜트 갭 유지를 위하여 도가니는 소정의 속도로 회전하며 높이가 상승될 수 있다. 나아가서, 상기 (b) 단계는, 상기 카메라 모듈(200)이 한 쌍의 적외선 스테레오 카메라(201, 202)를 포함하고, 상기에 설명한 바와 같이 삼각측량법으로 상기 실리콘 용융액 계면(S)의 높이 변화를 측정하는 것일 수 있다. The weight of the growing ingot (I) may correspond to the weight obtained by subtracting the remaining amount of silicon melt from the initial silicon melt (M), which is derived from the weight measurement value of the crucible (20) of the load cell located at the bottom of the crucible (20). It can be. And since the silicon melt (M) decreases depending on the growing ingot, the crucible can rotate at a predetermined speed and increase in height to maintain the melt gap. Furthermore, in step (b), the camera module 200 includes a pair of infrared stereo cameras 201 and 202, and changes in height of the silicon melt interface S using the triangulation method as described above. It could be measuring.

다음으로, 도가니(20)의 무게 변화량에 따라 도가니(20)는 계산되어 기설정된 소정의 속도로 회전하며 상승하고, 제어부(300)는 도가니(20)의 회전 상승과 동시에 측정된 상기 실리콘 용융액 표면(S)의 높이로부터 도가니(20)의 상승 위치를 보정하며 소정의 멜트 갭을 유지할 수 있다((c) 단계). Next, according to the change in weight of the crucible 20, the crucible 20 rotates and rises at a calculated, preset speed, and the control unit 300 controls the surface of the silicon melt measured simultaneously with the rotational rise of the crucible 20. A predetermined melt gap can be maintained by correcting the rising position of the crucible 20 from the height of (S) (step (c)).

제품마다 도가니(20)의 두께는 차이가 있으며, 두께 차이에 따른 열변형은 도가니마다 다른 양상이 나타날 수 있다. 따라서, 단결정 잉곳 제조 공정을 위한 도가니(20)의 상승 시, 실제 도가니 위치와 기설정된 값에 따라 이동되는 도가니 위치는 차이가 발생할 수 있다. The thickness of the crucible 20 varies depending on the product, and thermal deformation due to the difference in thickness may vary from crucible to crucible. Therefore, when the crucible 20 for the single crystal ingot manufacturing process is raised, a difference may occur between the actual crucible position and the crucible position moved according to the preset value.

만약, 기설정된 계산값에 따른 도가니의 위치가 실제 도가니 위치와 동일하다면 실리콘 용융액 표면(S)에 대해 한 쌍의 적외선 스테레오 카메라(201, 202)의 초점은 유지될 수 있다. 하지만, ΔH1이 발생하는 경우, 즉 계산된 위치보다 실제 도가니가 더 상승하여 멜트 갭이 정상보다 감소되는 경우, ΔH1만큼 도가니를 하강시켜 멜트 갭을 보정할 수 있다. 또한, 계산된 위치보다 실제 도가니가 낮게 상승되어 멜트 갭이 정상보다 증가되는 경우, 즉 ΔH2가 발생하는 경우, ΔH2만큼 도가니를 상승시켜 멜트 갭을 보정할 수 있다. 따라서, 작업자의 육안이 아닌 한 쌍의 적외선 스테레오 카메라(201, 202)의 삼각측량법을 이용함으로써, 더욱 정확한 멜트 갭 보정과 유지가 이루어질 수 있다.If the position of the crucible according to the preset calculated value is the same as the actual crucible position, the focus of the pair of infrared stereo cameras 201 and 202 on the silicon melt surface S can be maintained. However, when ΔH1 occurs, that is, when the actual crucible rises higher than the calculated position and the melt gap decreases from normal, the melt gap can be corrected by lowering the crucible by ΔH1. In addition, when the actual crucible is raised lower than the calculated position and the melt gap increases than normal, that is, when ΔH2 occurs, the melt gap can be corrected by raising the crucible by ΔH2. Therefore, more accurate melt gap correction and maintenance can be achieved by using the triangulation method of the pair of infrared stereo cameras 201 and 202 rather than the operator's naked eyes.

또한, 상기 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지방법은, 테일 공정 단계에서 성장률이 -0.2 내지 0.2mm/min가 되도록 제어하는 것일 수 있다. 이는 상기의 도 7과 표 2에서 설명한 바와 같이, 도가니 하부에 중량측정 모듈(100)을 위치시키고 카메라 모듈(200)로 도가니 위치를 보정하며 잉곳을 성장하되, 테일 공정 시 결정 성장률이 -0.2 내지 0.2mm/min가 되도록 제어하는 경우(d) 저저항의 잉곳을 성장시키더라도 Tail Loss가 발생하지 않음을 알 수 있다. Additionally, the method of maintaining the melt gap for producing a single crystal ingot may be to control the growth rate to be -0.2 to 0.2 mm/min in the tail process step. As explained in FIG. 7 and Table 2 above, the weight measurement module 100 is placed at the bottom of the crucible, the crucible position is corrected with the camera module 200, and the ingot is grown, but the crystal growth rate during the tail process is -0.2 to -0.2. When controlled to 0.2mm/min (d), it can be seen that tail loss does not occur even when growing an ingot with low resistance.

본 발명의 실시예에 따른 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지장치(10) 및 그를 이용한 멜트 갭 유지방법은 중량측정 모듈(100)과 카메라 모듈(200)을 구비함으로써 도가니(20)의 무게 변화량과 실리콘 용융액 표면(S)의 높이 변화를 동시에 인식하여 작업자의 숙련도에 관계 없이 도가니(20)의 위치를 용이하게 보정할 수 있으며, 공정 중 멜트 갭을 일정하게 유지시킬 수 있는 장점이 있다.The melt gap maintenance device 10 for manufacturing a single crystal ingot according to an embodiment of the present invention and the melt gap maintenance method using the same include a weight measurement module 100 and a camera module 200 to measure the amount of change in weight of the crucible 20 and the silicon melt. By simultaneously recognizing the change in height of the surface S, the position of the crucible 20 can be easily corrected regardless of the operator's skill level, and there is an advantage in that the melt gap can be kept constant during the process.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, those skilled in the art may make various modifications and changes to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that you can do it.

10; 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지장치
20; 도가니
30; 시드 와이어
40; 챔버
44; 투명창
50; 열차폐수단
100; 중량측정 모듈
200; 카메라 모듈
300; 제어부
I; 실리콘 단결정 잉곳
M; 실리콘 용융액
S; 실리콘 용융액 표면
10; Melt gap maintenance device for single crystal ingot manufacturing
20; Crucible
30; seed wire
40; chamber
44; transparent window
50; Heat shielding means
100; Weighing module
200; camera module
300; control unit
I; Silicon single crystal ingot
M; silicone melt
S; Silicone melt surface

Claims (9)

실리콘 용융액을 수용하는 도가니의 무게 변화를 측정하는 중량측정 모듈;
상기 도가니를 수용하는 챔버에 구비된 투명창의 외측에 설치되고, 실리콘 용융액 표면의 높이 변화를 측정하는 카메라 모듈; 및
도가니의 무게 변화량에 따라 도가니는 소정의 속도로 회전하며 상승하고, 도가니의 회전 상승과 동시에 측정된 상기 실리콘 용융액 표면의 높이로부터 도가니의 상승 위치를 보정하며 소정의 멜트 갭을 유지하는 제어부;를 포함하고,
테일 공정 시 결정 성장률이 -0.2 내지 0.2mm/min가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지장치.
A weighing module that measures the change in weight of a crucible containing a silicon melt;
a camera module installed outside the transparent window provided in the chamber accommodating the crucible and measuring a change in height of the surface of the silicon melt; and
According to the change in the weight of the crucible, the crucible rotates and rises at a predetermined speed, and a control unit that corrects the rising position of the crucible from the height of the silicon melt surface measured simultaneously with the rotational rise of the crucible and maintains a predetermined melt gap; do,
A melt gap maintenance device for manufacturing a single crystal ingot, characterized in that the crystal growth rate during the tail process is controlled to be -0.2 to 0.2 mm/min.
제1항에 있어서,
상기 카메라 모듈은, 삼각측량법으로 상기 실리콘 용융액 표면의 높이 변화를 측정하는 한 쌍의 적외선 스테레오 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지장치.
According to paragraph 1,
The camera module is a melt gap maintenance device for manufacturing a single crystal ingot, characterized in that it includes a pair of infrared stereo cameras that measure the height change of the surface of the silicon melt by triangulation.
제1항에 있어서,
상기 중량측정 모듈은, 상기 도가니의 하부에 위치하는 로드셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지장치.
According to paragraph 1,
The weight measurement module is a melt gap maintenance device for manufacturing a single crystal ingot, characterized in that it includes a load cell located at the bottom of the crucible.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 단결정 잉곳은, 200 내지 450mm의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지장치.
According to paragraph 1,
The single crystal ingot is a melt gap maintenance device for manufacturing a single crystal ingot, characterized in that it has a diameter of 200 to 450 mm.
중량측정 모듈이 실리콘 용융액을 수용하는 도가니의 무게 변화를 측정하는 (a) 단계;
챔버에 구비된 투명창의 외측에 설치된 카메라 모듈이 실리콘 용융액 계면의 높이 변화를 측정하는 (b) 단계; 및
도가니의 무게 변화량에 따라 도가니는 소정의 속도로 회전하며 상승하고, 도가니의 회전 상승과 동시에 측정된 상기 실리콘 용융액 표면의 높이로부터 제어부는 도가니의 상승 위치를 보정하며 소정의 멜트 갭을 유지하는 (c) 단계;를 포함하고,
상기 (a) 단계와 (b) 단계는 동시에 수행되고,
테일 공정 단계에서 성장률이 -0.2 내지 0.2mm/min가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지방법.
Step (a) in which the weight measurement module measures the change in weight of the crucible containing the silicon melt;
Step (b) in which a camera module installed outside the transparent window provided in the chamber measures the change in height of the silicon melt interface; and
Depending on the change in weight of the crucible, the crucible rotates and rises at a predetermined speed, and from the height of the silicon melt surface measured simultaneously with the rotational rise of the crucible, the control unit corrects the rising position of the crucible and maintains a predetermined melt gap (c) ) step;
Steps (a) and (b) are performed simultaneously,
A melt gap maintenance method for manufacturing a single crystal ingot, characterized in that the growth rate is controlled to be -0.2 to 0.2 mm/min in the tail process step.
제6항에 있어서,
상기 (b) 단계는, 상기 카메라 모듈이 한 쌍의 적외선 스테레오 카메라를 포함하고, 삼각측량법으로 상기 실리콘 용융액 계면의 높이 변화를 측정하는 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지방법.
According to clause 6,
In step (b), the camera module includes a pair of infrared stereo cameras, and measures the height change of the silicon melt interface using a triangulation method.
삭제delete 제6항에 있어서,
상기 단결정 잉곳은 200 내지 450mm의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 단결정 잉곳 제조용 멜트 갭 유지방법.
According to clause 6,
A melt gap maintenance method for manufacturing a single crystal ingot, characterized in that the single crystal ingot has a diameter of 200 to 450 mm.
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