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KR200396732Y1 - Silicon crystal growth controllar using image binarization - Google Patents

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Publication number
KR200396732Y1
KR200396732Y1 KR20-2005-0019965U KR20050019965U KR200396732Y1 KR 200396732 Y1 KR200396732 Y1 KR 200396732Y1 KR 20050019965 U KR20050019965 U KR 20050019965U KR 200396732 Y1 KR200396732 Y1 KR 200396732Y1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
image
diameter
crystal growth
value
camera
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
KR20-2005-0019965U
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이종구
이유형
양혁준
안성준
Original Assignee
퀄리플로나라테크 주식회사
주식회사 디쌤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 퀄리플로나라테크 주식회사, 주식회사 디쌤 filed Critical 퀄리플로나라테크 주식회사
Priority to KR20-2005-0019965U priority Critical patent/KR200396732Y1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR200396732Y1 publication Critical patent/KR200396732Y1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20Controlling or regulating
    • C30B15/22Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal
    • C30B15/24Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal using mechanical means, e.g. shaping guides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
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    • C30B15/20Controlling or regulating
    • C30B15/22Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal
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    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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Abstract

본 고안은 실리콘 결정 성장 제어 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a silicon crystal growth control device.

더욱 상세하게는, 본 고안은 카메라가 순간적으로 돌출되었다 사라지는 반사빛의 밝기를 추적하여 표적을 여러 개로 판단하는 오류를 방지할 수 있도록 획득된 이미지에 대해 이치화를 수행하고 이치화된 이미지를 이용하여 응고 계면의 직경을 측정하여 측정된 직경에 따른 잉곳 인상 속도 제어 및 다결정성 실리콘 용액의 온도 제어를 수행하는 실리콘 결정 성장 제어 장치에 관한 것이다.More specifically, the present invention binarizes the acquired image and coagulates using the binarized image so as to prevent the error of judging multiple targets by tracking the brightness of the reflected light disappearing from the camera momentarily. The present invention relates to a silicon crystal growth control apparatus for measuring the diameter of an interface to perform ingot pulling rate control and temperature control of a polycrystalline silicon solution according to the measured diameter.

Description

이미지 이치화를 이용한 실리콘 결정 성장 제어 장치{Silicon crystal growth controllar using image binarization} Silicon crystal growth controllar using image binarization

본 고안은 실리콘 결정 성장 제어 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a silicon crystal growth control device.

더욱 상세하게는, 본 고안은 카메라가 순간적으로 돌출되었다 사라지는 반사빛의 밝기를 추적하여 표적을 여러 개로 판단하는 오류를 방지할 수 있도록 획득된 이미지에 대해 이치화를 수행하고 이치화된 이미지를 이용하여 응고 계면의 직경을 측정하여 측정된 직경에 따른 잉곳 인상 속도 제어 및 다결정성 실리콘 용액의 온도 제어를 수행하는 실리콘 결정 성장 제어 장치에 관한 것이다. More specifically, the present invention binarizes the acquired image and coagulates using the binarized image so as to prevent the error of judging multiple targets by tracking the brightness of the reflected light disappearing from the camera momentarily. The present invention relates to a silicon crystal growth control apparatus for measuring the diameter of an interface to perform ingot pulling rate control and temperature control of a polycrystalline silicon solution according to the measured diameter.

단결정(single crystal) 즉, 단결정성(monocrystalline) 실리콘은 반도체 전자 부품을 제조하는 대부분의 공정에서 시료(starting materiel)이다. 쵸크랄스키 공정을 사용하는 결정 인상 기계는 단결정 실리콘의 대부분을 생산해낸다. Single crystal, or monocrystalline silicon, is a starting materiel in most processes for manufacturing semiconductor electronic components. Crystal pulling machines using the Czochralski process produce most of the single crystal silicon.

간단히 기술해서, 쵸크랄스키 공정은 특별히 고안된 로(furnace)에 설치된 석영 도가니(crucible)내 투입된 고순도 다결정성 실리콘을 용융시키는 것을 포함하고 있다. Briefly stated, the Czochralski process involves melting high purity polycrystalline silicon introduced into a quartz crucible installed in a specially designed furnace.

도가니 내에서 실리콘이 용융된 후에, 결정 인상(lifting) 메커니즘으로 종자(seed) 결정을 내려넣어 용융된 실리콘과 접촉시킨다. 그리고 그 메커니즘으로 종자를 빼내어 실리콘 융용물로부터 성장하는 결정을 인상한다.After the silicon is melted in the crucible, the seed crystals are brought down into contact with the molten silicon by a crystal lifting mechanism. The mechanism then pulls out the seeds and raises the crystal growing from the silicone melt.

일반적으로 이처럼 단결정 잉곳을 성장시키기 위한 공정을 크게 구분하여 보면 먼저, 단결정 잉곳 성장 장치의 챔버 내부에 놓여지는 석영 도가니(quartz crucible)에 단결정 잉곳을 성장시킬 수 있는 원,부재료인 고순도 다결정성 실리콘(poly silicon)과 불순물(dopant)을 적층(stacking)하는 충진공정(preparation of charge)과, 석영도가니를 회전시킨 상태에서 전기 히터(electrical heater)로 고온 가열하여 적층된 고순도 다결정성 실리콘이 용융되도록 하는 용융공정(melting)과, 다결정성 실리콘 융액에 단결정 잉곳을 성장시키기 위한 종자(seed)를 접촉시키는 디핑 공정(dipping)과, 종자를 따라 성장하는 단결정 잉곳의 직경을 최대한 줄이면서 열에 의한 초기 손실을 줄여 주기 위한 잉곳 인상(pull up)구동부에 의해 단결정 잉곳을 인상시켜 성장시키는 넥킹 공정(necking)과, 잉곳 인상구동부에 의해 단결정 잉곳을 목적하는 결정 직경(dia meter)까지 확장시키도록 넥킹 공정의 인상속도에 비해 상대적으로 느린 속도로 잉곳을 인상하여 성장시키는 숄더링 공정(shouldering)과, 잉곳의 직경이 결정 직경만큼 커졌을 때 목적하는 잉곳 길이까지 성장시키는 바디 그로잉공정(body growing)과, 잉곳의 길이가 목적 길이만큼 길어졌을 때 잉곳의 직경을 줄여 성장시켜 다결정성 실리콘 융액에서 잉곳을 분리시키는 테일링 공정(tailing와, 분리된 잉곳과 석영도가니를 냉각시키는 냉각공정(cool -down)과, 냉각이 완료된 잉곳을 챔버에서 제거하는 잉곳 제거공정(ingot removal)과, 제거된 잉곳의 산소, 비저항, 탄소 농도 등을 측정하여 평가하는 측정공정(evaluation)으로 세분된다.In general, the process for growing a single crystal ingot is classified into high purity polycrystalline silicon, which is a raw material and an auxiliary material capable of growing a single crystal ingot in a quartz crucible placed inside a chamber of the single crystal ingot growth apparatus. Preparation of charge for stacking poly silicon and dopant and high temperature polycrystalline silicon to be melted by high temperature heating with electric heater while rotating quartz crucible Melting, dipping contacting seeds for growing single crystal ingots with polycrystalline silicon melt, and initial loss due to heat while minimizing the diameter of single crystal ingots growing along the seeds Necking process to raise and grow single crystal ingot by pull up driving part to reduce The shoulder driving process of pulling and growing the ingot at a relatively slow speed compared to the pulling speed of the necking process to expand the single crystal ingot to the desired crystal diameter by the pulling driver, and the diameter of the ingot is determined Body growing process that grows to the desired ingot length when it grows to the diameter, and tailing process that separates the ingot from the polycrystalline silicon melt by growing it by decreasing the diameter of the ingot when the length of the ingot grows to the desired length. tailing, cool-down to cool the separated ingot and quartz crucible, ingot removal to remove the cooled ingot from the chamber, oxygen, resistivity, carbon concentration of the removed ingot, etc. It is subdivided into evaluation process by measuring and evaluating.

이러한 단결정 실리콘 잉곳의 성장 공정 중에서 넥킹, 숄더링, 바디 그로잉, 테일링 공정은 종자를 다결정성 실리콘 융액과 접촉시킨 상태에서 목적하는 단결정 잉곳의 직경 및 길이까지 성장을 시키는 공정이므로 공정 진행 중 여러 가지 공정변수를 고려해야 한다.Among these monocrystalline silicon ingot growth processes, necking, shouldering, body drawing, and tailing processes grow to the diameter and length of the desired single crystal ingot while the seeds are in contact with the polycrystalline silicon melt. Process variables should be considered.

그 중 대표적인 공정변수는 고체인 종자 또는 잉곳과 액체 상태인 다결정성 실리콘 융액이 접촉되는 응고 계면(meniscus)주위의 다결정성 실리콘 융액의 온도장 및 균일한 불순물의 농도를 향상시키기 위한 잉곳의 회전 및 전체 다결정성 실리콘 융액의 균일한 온도장을 유지하기 위한 석영 도가니의 회전, 석출 결합과 관련된 잉곳 인상 구동부의 잉곳 인상 속도, 미소 석출 결함과 디스로케이션(dislocation)의 발생 확률에 영향을 미치는 잉곳의 직경변화, 전기히터로부터 전달되는 열의 감소에 따른 다결정성 실리콘 융액의 온도 등이 있다.Representative process variables include the rotation of the ingot to improve the temperature field and uniform concentration of impurities in the polycrystalline silicon melt around the solidification interface (meniscus) where the seeds or ingots in solid contact with the liquid polycrystalline silicon melt are in contact. Ingot diameter affecting the rotation of the quartz crucible to maintain a uniform temperature field of the entire polycrystalline silicon melt, the ingot pulling speed of the ingot pulling drive associated with precipitation bonding, and the probability of occurrence of micro precipitation defects and dislocations Change, the temperature of the polycrystalline silicon melt due to the reduction of heat transferred from the electric heater, and the like.

특히 공정 변수 중 잉곳 직경변화에 관련된 공정 변수는 잉곳 인상 속도 및 다결정성 실리콘 융액의 온도이고, 이 공정변수에 의해 단결정 잉곳의 직경은 직접적인 영향을 받게 되므로 공정 도중 잉곳 직경 변화를 계속적으로 측정하여 잉곳 인상속도 및 다결정성 실리콘 융액의 온도 등 다른 공정 변수들을 조절하여야 한다.In particular, the process variables related to the ingot diameter change among the process variables are the ingot pulling speed and the temperature of the polycrystalline silicon melt, and the diameter of the single crystal ingot is directly affected by this process variable. Therefore, the ingot diameter is continuously measured during the process. Other process parameters, such as the pulling rate and the temperature of the polycrystalline silicon melt, should be adjusted.

따라서, 대개 단결정 실리콘 잉곳 성장장치에는 각각의 공정 변수들을 원하는 조건으로 충족시켜 목적하는 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키기 위해 각종 공정 변수 조절 수단들이 구비된다.Therefore, a single crystal silicon ingot growth apparatus is usually equipped with various process parameter adjusting means for growing the desired single crystal silicon ingot by satisfying each process variable to a desired condition.

현재 이용 가능한 쵸크랄스키 성장법은 광범위한 분야에서 유용한 단결정 실리콘을 성장시키는데 만족스러웠지만, 추가적인 개선이 여전히 요구된다. 예컨대, 성장된 결정의 형상 및 품질을 개선하도록 성장 공정 전체에 걸쳐 직경의 편차를 최소화하는 것이 바람직하다.The currently available Czochralski growth method has been satisfactory for growing single crystal silicon useful in a wide range of fields, but further improvements are still needed. For example, it is desirable to minimize the variation in diameter throughout the growth process to improve the shape and quality of the grown crystals.

잉곳의 직경의 편차를 최소화하는 문제는 잉곳 직경의 신뢰성 있는 측정과 관련된다.The problem of minimizing the deviation of the ingot diameter is related to the reliable measurement of the ingot diameter.

참고로, 미국특허 제5,665,159호, 및 제 5,653,799호에는 단결정 실리콘의 성장 공정을 제어하는데 있어서의 사용을 위해서 결정 직경을 정확하고 신뢰할 수 있게 측정하기 위한 시스템 및 방법을 각각 설명하고 있다. 유리하게도, 이들 특허의 시스템 및 방법은 카메라에 의해서 생성된 결정-용융액 계면의 이미지를 가공함으로써 성장 결정의 직경을 정확하게 결정한다.For reference, US Pat. Nos. 5,665,159 and 5,653,799 describe systems and methods for accurately and reliably measuring crystal diameters for use in controlling the growth process of single crystal silicon, respectively. Advantageously, the systems and methods of these patents accurately determine the diameter of growth crystals by processing images of the crystal-melt interface produced by the camera.

그리고, 국내 특허출원번호 2001-7004324호에는 "실리콘 결정 성장 제어 방법과 시스템"이 개시되어 있는데, 개시된 "실리콘 결정 성장 제어 방법과 시스템"에는 쵸크랄스키 단결정 성장 장치에서 용융물 레벨과 반사기의 위치를 결정하는 방법과 시스템이 설명되어 있다.In addition, Korean Patent Application No. 2001-7004324 discloses "silicon crystal growth control method and system", the disclosed "silicon crystal growth control method and system" shows the position of the melt level and the reflector in the Czochralski single crystal growth apparatus. Determination methods and systems are described.

개시된 "실리콘 결정 성장 제어 방법과 시스템"의 명세서에는 결정을 인상하는 실리콘 용융물을 포함하는 가열된 도가니가 있는 결정 성장 장치가 개시되어 있으며, 또한 결정 성장 장치에는 결정을 통과하는 인상시키는 중앙 구멍이 있는 도가니 내에 위치한 반사기를 가지고 있다. The specification of the disclosed "silicon crystal growth control method and system" discloses a heated crucible crystal growth apparatus comprising a silicon melt for pulling crystals, and the crystal growth apparatus also has a central hole for pulling through the crystals. It has a reflector located inside the crucible.

그리고, 개시된 "실리콘 결정 성장 제어 방법과 시스템"에서는 카메라가 반사기 부분과 용융물의 상부표면위에 보이는 반사기의 반사부분의 상을 만들어 내며, 이미지 프로세서는 상의 픽셀값의 함수로서 상을 처리하여 반사기의 에지와 상안에 있는 반사기 에지를 검출한다. 그리고, 개시된 "실리콘 결정 성장 제어 방법과 시스템"에서는 카메라로부터 반사기까지의 거리와 카메라로부터 이미지 내 검출된 에지의 상대적 위치에 기초한 반사기까지의 거리를 컨트롤 회로가 결정하며, 컨트롤 회로는 결정된 거리에 기초한 결정 성장 기구의 조건을 나타내는 한개 이상의 매개변수를 결정하고 그 결정된 매개변수에 따라서 장치를 제어한다.In the disclosed " silicon crystal growth control method and system ", the camera produces an image of the reflector portion and the reflector portion of the reflector visible on the upper surface of the melt, and the image processor processes the image as a function of the pixel value of the image to reflect the edges of the reflector. Detect the reflector edge at and In the disclosed " silicon crystal growth control method and system ", the control circuit determines the distance from the camera to the reflector and the distance from the camera to the reflector based on the relative position of the detected edges in the image, the control circuit based on the determined distance. One or more parameters indicative of the conditions of the crystal growth mechanism are determined and the device is controlled in accordance with the determined parameters.

이때, 개시된 "실리콘 결정 성장 제어 방법과 시스템"에서 이미지 프로세서는 이미지의 정해진 구역에서 회색 레벨 변환(이미지 강도의 함수로)을 분석하는 에지 검출 작업을 포함하여, 이미지를 분석하는 몇몇 작업을 수행한다. 이미지의 에지를 찾고 계산하기 위해, 다양한 에지 검색 연산자(operator) 즉, 알고리즘이 당해 기술에 숙련된 당업자에게 알려져 있다. 예를 들어, 적당한 에지 검출 작업은 Canny 또는 Hough 알고리즘을 포함한다. 강도에 덧붙여, 강도 기울기, 색깔 또는 명암 같은 이미지의 다른 특징은 응고 계면 또는 용융물 자체에서 용융물의 표면 위의 다른 목적물을 광학적으로 구별하는데 사용된다.At this time, in the disclosed " silicon crystal growth control method and system ", the image processor performs some tasks to analyze the image, including edge detection to analyze gray level transformations (as a function of image intensity) in defined regions of the image. . In order to find and calculate the edges of an image, various edge search operators, or algorithms, are known to those skilled in the art. For example, suitable edge detection tasks include the Canny or Hough algorithm. In addition to intensity, other features of the image, such as intensity gradient, color or contrast, are used to optically distinguish other objects on the surface of the melt at the solidification interface or the melt itself.

한편, 종래 기술에 따르면, 잉곳의 직경을 측정할 때 챔버의 내부 환경은 알갱이 상태의 원재료가 적재된 상태에서 히터(Heater)를 가열하여 액체상태의 용액으로 변하게 된다.On the other hand, according to the prior art, when measuring the diameter of the ingot, the internal environment of the chamber is changed to a liquid solution by heating the heater (Heater) in the state of loading the granular raw material.

이것은 물이 용기에 담겨 용기를 회전시키거나 위에서 에어(Air)를 투입하는 물리적인 힘이 가해지면 표면이 잔잔한 물결을 이루는 것과 같은 상태로 실제로 용해된 물질을 담고있는 도가니가 회전상태이며, 상부에서 아르곤 가스(Ar Gas)가 챔버(Chamber) 내부의 진공도를 유지하기 위하여 투입되는 상태이다.This is a crucible containing a substance that is actually dissolved in a state in which water is contained in the container and the surface is formed in a gentle wave when a physical force is applied to rotate the container or inject air from above. Argon gas (Ar Gas) is a state that is injected to maintain the degree of vacuum in the chamber (Chamber).

이처럼 외부의 물리적인 힘이 가해질 때 생기는 도 1에 도시된 바와 같이 잔잔한 흔들림으로 인하여 발생하는 반사빛은 챔버(Chamber)의 창(View-port)을 통하여 바라보고 있는 카메라(Camera)에게는 많은 혼돈을 줄 수 있다.As shown in FIG. 1, when the external physical force is applied, the reflected light generated by the gentle shaking causes a lot of confusion to the camera looking through the chamber's view port. Can give

가장 밝은 곳인 응고 계면(Meniscus)의 직경(Dia)을 측정하는 카메라(Camera)는 순간적으로 돌출되었다 사라지는 반사빛의 밝기를 추적하게 되고, 이것은 표적을 여러 개로 판단하게 되는 오류로 발생하게 된다. 즉, 도 1에서 알 수 있는 바와 같이 정상적인 응고 계면의 검출은 2번부터 4번이지만 출렁이는 용액의 순간 반사빛의 영향으로 인하여 카메라가 측정하고자 하는 직경의 응고 계면을 찾지 못하고 순간적으로 1번부터 4번까지 또는 3번부터 4번까지를 응고 계면으로 판단한다.The camera, which measures the diameter of the coagulation interface (Meniscus), the brightest spot, tracks the brightness of the reflected light that protrudes and disappears momentarily, which is caused by an error of judging several targets. That is, as can be seen in Figure 1, the detection of the normal coagulation interface is 2 to 4 times, but due to the influence of the instantaneous reflected light of the squirting solution, the camera cannot find the coagulation interface of the diameter to be measured once. To 4 or 3 to 4 is determined as the coagulation interface.

위와 같은 문제점은 직경 측정의 가장 큰 방해요소로 성장되는 잉곳(Ingot)의 직경을 측정하여 프로그램의 분석을 통하여 아날로그 출력카드로 아날로그 신호를 프로그래머블 로직 컨트롤러와 인터페이스해야 하는 목적에 가장 큰 오류 요소이다.The above problem is the biggest error factor for the purpose of interfacing the analog signal with the programmable logic controller through the analog output card through the analysis of the program by measuring the diameter of the ingot which is grown as the biggest obstacle of the diameter measurement.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 이미지의 구성을 이치화시켜 가장 밝은 부분과 그렇지 않은 부분을 뚜렷하게 구분 지으면서 카메라가 인식할 수 있는 범위를 한정하도록 하여 초기에 카메라가 산만하게 흔들리는 반사빛을 초점으로 오인하여 추적하던 오류를 방지할 수 있도록 하고, 직경 이미지를 이치화 이미지로 안정되게 취합하여 연산하는 것은 물론 출력값을 인장 속도와 온도 제어하는 기본값으로 제공할 수 있도록 하는 이미지 이치화를 이용한 실리콘 결정 성장 제어 장치을 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention was devised to solve the above problems, and the camera is initially distracted by limiting the range that the camera can recognize while clearly distinguishing the brightest part from the other part by binarizing the composition of the image. Image binarization that prevents errors that were tracked by misrecognizing the fluctuating reflection light as a focal point, stably combines the diameter image into a binarized image, calculates it, and provides the output value as a default for controlling the tensile speed and temperature. An object of the present invention is to provide a silicon crystal growth control apparatus using the same.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 장치는, 결정 성장 시스템의 챔버에 설치되고 응고 계면을 포함한 용융물과 결정 사이의 접촉면에 대한 이미지를 생성하는 카메라로부터 이미지를 입력받아 저장하는 비디오 이미지 프레임 버퍼; 상기 비디오 이미지 프레임 버퍼로부터 이미지 데이터를 입력받아 디지털화하는 아날로그/디지털 컨버터; 상기 비디오 이미지 프레임 버퍼에 저장된 이미지를 입력받아 표시하고, 입력받은 이미지를 저장된 문턱값을 사용하여 이치화한 후에 에지를 검출하며, 최외곽 에지를 산정하고, 환산값을 사용하여 응고 계면의 직경을 산출하여 출력하는 직경 측정 수단; 및 상기 직경 측정 수단으로부터 산출된 직경값을 입력받아 상응하는 아날로그값으로 환산하여 상기 결정 성장 시스템의 프로그래머블 로직 콘트롤러로 출력하는 아날로그 출력카드를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The apparatus of the present invention for achieving the above object is a video image frame buffer which is installed in the chamber of the crystal growth system and receives and stores the image from the camera to generate an image of the contact surface between the melt and the crystal including the solidification interface ; An analog / digital converter for receiving and digitizing image data from the video image frame buffer; Receives and displays an image stored in the video image frame buffer, binarizes the received image using the stored threshold value, detects an edge, calculates the outermost edge, and calculates the diameter of the solidification interface using the converted value. Diameter measuring means for outputting; And an analog output card which receives the diameter value calculated from the diameter measuring means, converts the analog value into a corresponding analog value, and outputs the analog value to a programmable logic controller of the crystal growth system.

이제, 도 2 이하의 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 일실시예에 따른 이미지 이치화를 이용한 실리콘 결정 성장 제어 장치을 상세히 설명하면 다음과 같다.2, a silicon crystal growth control apparatus using image binarization according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2.

도 2는 본 고안의 일실시예에 따른 이치화를 이용한 실리콘 결정 성장 제어 장치가 이용되는 결정 성장 시스템의 구성도이다.2 is a block diagram of a crystal growth system using a silicon crystal growth control apparatus using binarization according to an embodiment of the present invention.

도면을 참조하면 본 고안의 일실시예에 따른 이치화를 이용한 실리콘 결정 성장 제어 장치가 이용되는 결정 성장 시스템은 쵸크랄스키 결정 성장 장치(13)를 사용하는 것으로 도시되어 있다. 결정 성장 시스템은 결정 성장 공정을 제어하는 복수의 매개변수를 측정한다. 쵸크랄스키 결정 성장 장치(13)는 도가니(19)를 둘러싼 진공챔버(15)를 포함한다. 저항히터(21)와 같은 가열 수단이 도가니(19)를 둘러싸고 있으며, 절연체(23)는 진공챔버(15)의 내벽에 정열되어 있고 물이 공급된(도시되지 않은)챔버 냉각 자켓이 둘러싸고 있다. 대표적인(도시되지 않은) 진공 펌프는 진공 챔버(15) 내의 가스를 제거하면서 헬륨이나 아르곤 가스와 같은 불활성 기체를 공급한다. Referring to the drawings, the crystal growth system using the silicon crystal growth control apparatus using binarization according to an embodiment of the present invention is shown to use the Czochralski crystal growth apparatus 13. The crystal growth system measures a plurality of parameters that control the crystal growth process. The Czochralski crystal growth apparatus 13 includes a vacuum chamber 15 surrounding the crucible 19. Heating means such as a resistance heater 21 surrounds the crucible 19, and the insulator 23 is arranged on the inner wall of the vacuum chamber 15 and surrounded by a chamber cooling jacket (not shown) supplied with water. A representative (not shown) vacuum pump supplies an inert gas such as helium or argon gas while removing gas in the vacuum chamber 15.

쵸크랄스키 단결정 성장 공정에 따르면, 다결정성 실리콘, 즉 폴리실리콘 일정량을 도가니(19)에 적재한다. 히터 전원(27)은 저항히터(21)에 전류를 흘려서 투입물을 용융시키고 따라서, 단결정(31)을 인상하는 실리콘 용융물(29)을 형성시킨다. According to the Czochralski single crystal growth process, polycrystalline silicon, that is, a certain amount of polysilicon, is loaded into the crucible 19. The heater power source 27 flows a current through the resistance heater 21 to melt the input, thereby forming a silicon melt 29 which pulls up the single crystal 31.

당해 기술에서 알려져 있듯이, 단결정(31)은 인상축(pull shaft; 37) 즉, 케이블에 부착된 종자 결정(35)에서 성장이 시작된다. 도 2에 도시되어 있듯이, 단결정(31)과 도가니(19)는 일반적으로 공통 대칭축(39)을 가지고 있다.As is known in the art, the single crystal 31 begins to grow on the pull shaft 37, ie, the seed crystal 35 attached to the cable. As shown in FIG. 2, the single crystal 31 and the crucible 19 generally have a common axis of symmetry 39.

가열과 결정 인상 동안, 도가니 구동유닛(43)은 도가니(19)를(즉, 시계방향으로) 회전시킨다. 또한, 도가니 구동유닛(43)은 성장 공정시 원하는 데로 도가니(19)를 상승 및 하강시킨다. 예를 들어, 바람직한 높이의 기준(45)을 유지하기 위해서, 용융물(29)이 고갈되면, 도가니 구동유닛(43)은 도가니(19)를 상승시킨다.During heating and crystal pulling, the crucible drive unit 43 rotates the crucible 19 (ie clockwise). In addition, the crucible drive unit 43 raises and lowers the crucible 19 as desired during the growth process. For example, in order to maintain the desired height reference 45, when the melt 29 is depleted, the crucible drive unit 43 raises the crucible 19.

결정 구동유닛(47)은 도가니 구동유닛(43)이 도가니(19)를 회전시키는 방향과 반대방향으로 비슷하게 케이블(37)을 회전시킨다. 덧붙이면, 결정 구동유닛 (47)은 결정 성장시 바람직한 용융물 레벨(45)에 관계하여 결정(31)을 상승 및 하강시킨다.The crystal drive unit 47 rotates the cable 37 in a direction opposite to the direction in which the crucible drive unit 43 rotates the crucible 19. In addition, the crystal drive unit 47 raises and lowers the crystal 31 in relation to the desired melt level 45 during crystal growth.

한 실시예에서, 결정 성장 장치(13)는 종자 결정(35)을 도가니(19)에 포함된 용융된 실리콘 용융물(29)에 거의 접촉하도록 낮춰서 예열시킨다. 예열후에, 결정 구동유닛(47)은 케이블(37)을 통해서 종자결정(35)을 계속 낮춰서 용융물 레벨 (45)의 용융물(29)에 접촉시킨다. 종자 결정(35)이 용융되면서, 결정 구동유닛(47)은 용융물(29)에서 종자 결정을 천천히 후퇴 즉, 인상시킨다. 종자 결정(35)은 용융물(29)에서 실리콘을 끌어내어 실리콘 단결정(31)을 후퇴시키면서 성장시킨다. In one embodiment, the crystal growth apparatus 13 preheats the seed crystals 35 by lowering them into near contact with the molten silicon melt 29 contained in the crucible 19. After preheating, the crystal drive unit 47 continues to lower the seed crystal 35 through the cable 37 to contact the melt 29 of the melt level 45. As the seed crystals 35 are melted, the crystal drive unit 47 slowly retracts, i.e., raises, the seed crystals in the melt 29. The seed crystal 35 draws silicon from the melt 29 and grows with the silicon single crystal 31 retracted.

결정 구동유닛(47)은 용융물(29)로부터 결정(31)을 인상시키면서 기준 속도로 결정(31)을 회전시킨다. 도가니 구동유닛(43)은 다른 기준 속도로 비슷하게 도가니(19)를 회전시키지만, 보통 결정(31) 회전방향과 반대방향으로 회전시킨다.The crystal drive unit 47 rotates the crystal 31 at a reference speed while raising the crystal 31 from the melt 29. The crucible drive unit 43 similarly rotates the crucible 19 at a different reference speed, but usually rotates in a direction opposite to the direction of rotation of the crystal 31.

실리콘 결정 성장 제어 장치(51)는 초기에 후퇴속도를 제어하고 히터 전원 (27)이 히터(21)에 공급한 전원으로 결정(31)의 넥다운(neck down)을 생기게 한다. The silicon crystal growth control device 51 initially controls the retreat speed and causes neck down of the crystal 31 with the power supplied by the heater power supply 27 to the heater 21.

바람직하게는, 용융물(29)에서 종자 결정(35)을 끌어내면서, 결정 성장 장치Preferably, the crystal growth apparatus while drawing the seed crystals 35 from the melt 29

(13)는 결정 넥을 대체로 일정한 직경으로 성장시킨다. 넥이 원하는 길이에 도달한 후에, 실리콘 결정 성장 제어 장치(51)는 결정(31)의 직경을 콘-형 방식으로 증가시켜 원하는 결정체 직경에 도달하도록 하는 회전, 인상 및/또는 가열 매개변수를 제어한다. (13) grows the crystal neck to a substantially constant diameter. After the neck reaches the desired length, the silicon crystal growth control device 51 controls the rotation, pulling and / or heating parameters that increase the diameter of the crystal 31 in a cone-shaped manner to reach the desired crystal diameter. do.

일단 원하는 결정 지름에 도달한 후, 실리콘 결정 성장 제어 장치(51)는 공정이 끝날 때까지 측정한 상대적으로 일정한 직경을 유지하기 위해 성장 매개변수를 제어한다. 이점에서, 인상속도와 가열이 증가되어 보통 직경이 감소하면서 단결정(31)의 끝이 점점 가늘어지는 부분(tapered portion)을 형성하게 한다.Once the desired crystal diameter is reached, the silicon crystal growth control device 51 controls the growth parameters to maintain a relatively constant diameter measured until the end of the process. In this regard, the pulling speed and the heating are increased to allow the end of the single crystal 31 to form a tapered portion, usually decreasing in diameter.

바람직하게는, 실리콘 결정 성장 제어 장치(51)는 카메라(53)를 이용하여 결정(31)의 응고 계면을 중심으로 한 이미지를 얻는다. 여기에서 카메라(53)는 전하 결합 장치(CCD) 카메라로서, 바디 직경이 6inch 또는 8inch이면 헤드 분리형이 불필요하지만, 12inch이면 헤드 즉 렌즈가 분리된 헤드 분리형 카메라가 사용된다.Preferably, the silicon crystal growth control device 51 obtains an image centering on the solidification interface of the crystal 31 using the camera 53. In this case, the camera 53 is a charge coupled device (CCD) camera. If the body diameter is 6 inches or 8 inches, the head detachable type is unnecessary.

왜냐하면 바디 직경이 6inch 또는 8inch 일때는 진공 챔버(15)의 내부를 안정화시키기 위해 별도의 자장을 걸어줄 필요가 없으나, 12inch 이상일 때에는 진공 챔버(15)에 자장을 걸어주기 때문에 헤드가 분리되지 않은 카메라를 사용하면 신호 처리 부분에 자장의 영향이 미치고 이에 따라 신호가 왜곡될 수 있기 때문이다.Because when the body diameter is 6 inches or 8 inches, it is not necessary to apply a separate magnetic field to stabilize the inside of the vacuum chamber 15, but when 12 inches or more, the magnetic field is applied to the vacuum chamber 15 so that the head is not separated. This is because the use of the magnetic field affects the signal processing part and the signal may be distorted accordingly.

카메라(53)는 챔버(15)의 (도시되지 않은) 보임창 (view port) 위에 설치되어 있고 일반적으로 (도 4를 보면) 세로축(39)과 용융물 레벨 (45)의 교차점을 조준하고 있다.The camera 53 is mounted on a view port (not shown) of the chamber 15 and generally aims at the intersection of the longitudinal axis 39 and the melt level 45 (see FIG. 4).

예를 들어, 쵸크랄스키 결정 성장 장치(13)의 작동자는 대체로 세로축(39)의 견지에서 약 45°~60°의 각도에서 카메라(53)를 위치시킨다. 카메라(53)로 생성된 상은 (도 4 를 보면) 용융물(29)과 결정(31) 사이의 접촉면에서 응고 계면(meniscus; 101) 부분을 포함하는 것이 바람직하다. For example, the operator of the Czochralski crystal growth apparatus 13 generally positions the camera 53 at an angle of about 45 ° to 60 ° in terms of the longitudinal axis 39. The image produced by the camera 53 preferably includes a portion of the meniscus 101 at the contact surface between the melt 29 and the crystal 31 (see FIG. 4).

용융물(29)과 결정(31)은 본래 자기발광이어서 외부 광원을 사용함이 없이 카메라(53)에게 빛을 공급한다. 또한 부가적인 카메라는 다른 시야를 제공하도록 사용될 수도 있다. 카메라 (53) 의 신호처리에 덧붙여, 실리콘 결정 성장 제어 장치(51)는 다른 센서의 신호도 처리한다. 예를 들어, 광셀 (photo cell) 같은 온도 센서(59)는 용융물의 표면 온도를 측정하는데 사용될 수도 있다.The melt 29 and the crystal 31 are inherently self-luminous to supply light to the camera 53 without using an external light source. Additional cameras may also be used to provide other fields of view. In addition to the signal processing of the camera 53, the silicon crystal growth control device 51 also processes signals from other sensors. For example, a temperature sensor 59, such as a photo cell, may be used to measure the surface temperature of the melt.

도 3은 본 고안의 일실시예에 따른 실리콘 결정 성장 제어 장치의 구성도이고, 도 8은 본 고안의 일실시예에 따른 실리콘 결정 성장 제어 방법의 흐름도로서, 도 3 및 도 8을 참조하여 본 고안의 바람직한 일실시예를 설명하면 다음과 같다.3 is a block diagram of a silicon crystal growth control apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 8 is a flow chart of a silicon crystal growth control method according to an embodiment of the present invention, with reference to Figures 3 and 8 Referring to a preferred embodiment of the invention as follows.

도 3을 참조하면, 본 고안의 일실시예에 따른 실리콘 결정 성장 제어 장치는 비디오 이미지 프레임 버퍼(63), 아날로그/디지털 컨버터(65), 제어부(67), 표시부(69), 입력부(71), 아날로그 출력카드(73), 메모리(75)를 구비하고 있다.Referring to FIG. 3, the silicon crystal growth control apparatus according to an embodiment of the present invention includes a video image frame buffer 63, an analog / digital converter 65, a controller 67, a display unit 69, and an input unit 71. And an analog output card 73 and a memory 75.

먼저, 도 8의 단계 S110에서 제어부(67)가 이미지를 획득할 수 있도록 카메라(53)는 선 (61; 즉, RS-170 비디오 케이블)을 통해서 도가니(19) 내부의 이미지를 실리콘 결정 성장 제어 장치(51)로 보낸다.First, in step S110 of FIG. 8, the camera 53 controls the silicon crystal growth control of the image inside the crucible 19 through a line 61 (that is, an RS-170 video cable) so that the controller 67 may acquire an image. To the device 51.

이를 좀더 상세히 살펴보면, 카메라(53)는 도가니(19) 내부의 이미지를 촬영하여 아날로그 신호로 변환한 후에 도 5와 같은 이미지를 선(61; 즉, RS-170 비디오 케이블)을 통하여 비디오 이미지 프레임 버퍼(63; video image frame buffer)로 전송한다. In more detail, the camera 53 captures an image inside the crucible 19 and converts it into an analog signal, and then converts the image as shown in FIG. 5 through a line 61 (ie, an RS-170 video cable) to a video image frame buffer. (63; video image frame buffer).

이때, 실리콘 결정 성장 제어 장치(51)의 비디오 이미지 프레임 버퍼(63)는 일정한 간격 (일예로, 매 1초) 마다 카메라(53)로 생성된 도가니(19)의 도 5에 도시된 바와 같이 내부 이미지를 얻는다. 즉, 정해진 시간간격으로 비디오 이미지 프레임 버퍼(63)는 도가니(19)의 내부를 스캐닝한다. 비디오 이미지 프레임 버퍼 (63)로 캡쳐된 도가니 (19) 의 내부 이미지는 복수의 픽셀로 구성되어 있다. 당해 기술에 알려져 있듯이, 각 픽셀는 이미지 광학 특성의 대표값을 가지고 있다. 예를 들어, 픽셀값 즉, 회색 층은 픽셀의 강도에 상당한다. 이때, 이미지는 도 5에 도시된 바와 같이 응고 계면이 밝은 초승달 모양의 링을 형성하고 있으며 나머지 부분은 엷은 회색을 보여주고 있다.At this time, the video image frame buffer 63 of the silicon crystal growth control device 51 is internal as shown in FIG. 5 of the crucible 19 generated by the camera 53 at regular intervals (for example, every 1 second). Get the image. That is, at predetermined time intervals, the video image frame buffer 63 scans the interior of the crucible 19. The internal image of the crucible 19 captured by the video image frame buffer 63 is composed of a plurality of pixels. As is known in the art, each pixel has a representative value of the image optical characteristic. For example, the pixel value, ie the gray layer, corresponds to the intensity of the pixel. In this case, as shown in FIG. 5, the image forms a crescent-shaped ring with a bright coagulation interface, and the remaining portion is pale gray.

다음으로, 비디오 이미지 프레임 버퍼(63)는 카메라(53)로부터 전송받은 이미지를 버퍼링한 후에 아날로그/디지털 컨버터(65)를 통하여 디지털 신호로 변환한 후에 제어부(67)로 전송한다. Next, the video image frame buffer 63 converts the image received from the camera 53 into a digital signal through the analog / digital converter 65 and then transmits the buffered image to the controller 67.

제어부(67)는 카메라(53)로부터 비디오 이미지 프레임 버퍼(63)와 아날로그/디지털 컨버터(65)를 통하여 이미지를 전송받아 전송받은 이미지를 메모리(75)에 저장하며 사용자의 요구에 따라 표시부(69)에 표시한다. The controller 67 receives the image from the camera 53 through the video image frame buffer 63 and the analog / digital converter 65, and stores the received image in the memory 75. The display unit 69 according to a user's request. ).

그리고, 제어부(67)는 잉곳의 직경을 얻기 위하여 먼저 카메라(53)로부터 전송받은 이미지에 대해 도 8의 단계 S120의 이미지 이치화를 수행하고, 이치화된 이미지를 메모리(75)에 저장하며, 사용자의 요구에 따라 표시부(69)에 표시한다.The controller 67 first performs image binarization of the step S120 of FIG. 8 with respect to the image transmitted from the camera 53 to obtain the diameter of the ingot, and stores the binarized image in the memory 75. It displays on the display part 69 as needed.

여기에서 이미지 이치화란 문턱값(Threshold)을 기준으로 이미지를 흑/백으로 변환하는 것을 말한다. Here, image binarization refers to converting an image to black / white based on a threshold.

일반적으로 이미지 이치화(Binarization)는 많은 비전 시스템에서 중요한 과정이다. 그리고 이치화 문턱값들의 정확성은 처리결과로 얻어지는 이진 이미지에 직접적으로 영향을 미친다. 따라서 응고 계면을 검출하기 위해서는 응고 계면의 그레이 스케일 값들을 배경으로부터 정확하게 분리하는 '문턱점(Threshold Point)’을 찾아낼 필요가 있다. In general, image binarization is an important process in many vision systems. And the accuracy of binarization thresholds directly affects the binary image resulting from the processing. Therefore, in order to detect the solidification interface, it is necessary to find the 'Threshold Point' that accurately separates the gray scale values of the solidification interface from the background.

이러한 이미지 이치화의 가장 간단한 구현에서 출력은 분할을 나타내는 이진 이미지이다. 예를 들어 검은 픽셀은 배경에 대응하고, 흰 픽셀은 응고 계면에 대응한다(또는 그 반대). 그러므로 간단한 구현에서 분할은 세기 문턱값(Intensity Threshold)으로 알려진 단일 파라미터에 의해서 결정된다. 한번 지나갈 때 영상에 있는 각 픽셀은 이 문턱값과 비교된다. 만일, 픽셀의 세기가 문턱값보다 더 크면 픽셀은 출력에서 흰색으로 지정된다. 그리고 문턱값보다 더 작으면 검은색으로 설정되는 것이다. In the simplest implementation of this image binarization, the output is a binary image representing the segmentation. For example, black pixels correspond to the background and white pixels correspond to the solidification interface (or vice versa). Therefore, in a simple implementation, partitioning is determined by a single parameter known as the intensity threshold. Once passed, each pixel in the image is compared to this threshold. If the intensity of the pixel is greater than the threshold, the pixel is designated white at the output. If it is smaller than the threshold, it is set to black.

이때, 도 5의 이미지로부터 얻어진 이치화 이미지가 도 6에 도시되어 있는데, 배경을 나타내는 부분은 검은 픽셀로 처리되고, 응고 계면을 나타내는 부분은 흰 픽셀로 처리되어 있음을 알 수 있다.In this case, the binarized image obtained from the image of FIG. 5 is illustrated in FIG. 6, where the background portion is treated with black pixels, and the portion representing the solidification interface is treated with white pixels.

제어부(67)는 이치화된 이미지를 이용하여 도 8의 단계 S130의 에지를 검출하고, 단계 S140의 최외곽 에지를 선정하며, 단계 S150의 선정된 에지에 관한 분석을 통하여 응고 계면의 직경을 알아내고 단계 S160에 따라 산출한 직경을 저장한다.The controller 67 detects the edge of step S130 of FIG. 8 using the binarized image, selects the outermost edge of step S140, and finds the diameter of the coagulation interface by analyzing the selected edge of step S150. The diameter calculated according to step S160 is stored.

그리고, 단계 S170에 따라 스캐닝을 여러번 수행하고 단계 S180에 따른 산출한 직경의 평균값을 구하며, 단계 S190에 따라 평균값에 의한 직경에 근거하여 제어신호를 발생하여 아날로그 출력 카드(73)로 출력한다.Then, the scanning is performed several times according to the step S170, and the average value of the calculated diameter is obtained according to the step S180. A control signal is generated based on the diameter according to the average value according to the step S190, and output to the analog output card 73.

이때, 제어부(67)는 이미지의 정해진 구역에서 회색 레벨 변화(이미지 강도의 함수로)를 분석하는 에지 검출 작업을 포함하여, 이미지를 분석하는 몇몇 작업을 수행한다. 이미지의 에지를 찾고 계산하기 위한, 다양한 에지 검색 연산자(operator) 즉, 알고리즘이 당해 기술에 숙련된 당업자에게 알려져 있다. 예를 들어, 적당한 에지 검출 작업은 Canny 또는 Hough 알고리즘을 포함한다. 강도에 덧붙여 강도 기울기, 색깔 또는 명암 같은 이미지의 다른 특성은 응고 계면(101) 또는 용융물(29) 자체에서 용융물(29)의 표면(99) 위의 다른 목적물을 광학적으로 구별하는데 사용될 수도 있다.At this time, the control unit 67 performs some operations for analyzing the image, including an edge detection operation for analyzing gray level changes (as a function of image intensity) in a predetermined region of the image. Various edge search operators, or algorithms, for finding and calculating the edges of an image are known to those skilled in the art. For example, suitable edge detection tasks include the Canny or Hough algorithm. In addition to intensity, other properties of the image, such as intensity gradient, color, or contrast, may be used to optically distinguish other objects on the surface 99 of the melt 29 at the solidification interface 101 or the melt 29 itself.

본 고안에서 도 7에 도시된 바와 같이 제어부(67)는 에지 검출을 수행한다. 에지는 상대적으로 작은 공간 구역의 회색 레벨에서 상대적으로 큰 변화가 있는 이미지내의 구역으로 정의되어 있다. 강도와 강도 기울기에 덧붙여 또는 대신해 색깔 또는 대조 같은 다른 이미지 광학 성질이 에지 좌표를 찾는데 검색될 수도 있다.In the present invention, as shown in FIG. 7, the controller 67 performs edge detection. An edge is defined as a region within an image that has a relatively large change in the gray level of a relatively small spatial region. Other image optical properties, such as color or contrast, in addition to or instead of intensity and intensity gradient, may also be searched to find edge coordinates.

도 7에 도시된 바와 같이 제어부(67)는 픽셀을 검사해서 응고 계면(101)의 좌측 최외곽 에지(113)를 검출하고, 우측 최외곽 에지(115)를 검출하며, 이때 좌측 최외곽 에지(113)와 우측 최외곽 에지(115) 사이의 이미지를 가로지르는 거리는 직경을 제공한다. 본 고안의 실시예로서 이미지의 아래 좌측 구석에 원점을 가진 (X, Y) 좌표계에 관련되어 이미지의 에지가 결정된다. 제어부(67)는 좌측 에지의 최소 X-위치 값을 검출하고 우측 에지의 최대 x-위치를 검출한다. As shown in FIG. 7, the controller 67 inspects the pixel to detect the left outermost edge 113 of the solidification interface 101, and detects the right outermost edge 115, wherein the left outermost edge ( The distance across the image between 113 and the right outermost edge 115 provides a diameter. As an embodiment of the present invention, the edge of the image is determined in relation to the (X, Y) coordinate system having an origin in the lower left corner of the image. The controller 67 detects the minimum X-position value of the left edge and the maximum x-position of the right edge.

그리고, 제어부(67)는 직경을 계산하기 위해서 최대 x-위치값에서 최소 x-위치값을 빼서 구해진다. 그리고, 제어부(67)는 구해진 좌표값의 차를 실질적인 거리값으로 환산하여 직경을 확정한다.The control unit 67 is obtained by subtracting the minimum x-position value from the maximum x-position value in order to calculate the diameter. Then, the control unit 67 converts the difference between the obtained coordinate values into a substantial distance value to determine the diameter.

이후, 제어부(67)는 정해진 회수의 스캐닝을 반복하여 도 8의 단계 S110 부터 단계 S160을 반복하여 스캐닝 회수에 따른 직경을 확정하고 확정된 직경을 합산하여 평균값을 산출한다.Thereafter, the control unit 67 repeats a predetermined number of scanning steps, repeats step S110 to step S160 of FIG. 8 to determine the diameter according to the number of scanning times, and adds the determined diameters to calculate an average value.

그리고, 제어부(67)는 측정된 직경값에 대응하는 제어신호를 생성하여 아날로그 출력 카드(73)로 출력한다.The controller 67 generates a control signal corresponding to the measured diameter value and outputs the control signal to the analog output card 73.

그러면, 도 8의 단계 S190에 따라 아날로그 출력 카드(73)는 입력된 제어신호에 따라 일예로 0~10V의 전압값을 생성한 후에 생성된 전압값을 프로그래머블 로직 컨트롤러(79; programmable logic controller, PLC)로 전송한다. Then, according to step S190 of FIG. 8, the analog output card 73 generates a voltage value of 0 to 10 V according to the input control signal, for example, and generates the generated voltage value as a programmable logic controller 79. To send).

그리고, 프로그래머블 로직 컨트롤러(79)는 아날로그 출력 카드(73)로부터 입력받은 전압값에 근거하여 결정 성장 장치(13)에 제어 신호를 전송하고, 온도 센서(59)로부터 용융물 온도에 관한 정보를 받고 이것으로 성장 공정을 제어하는 용융물 온도의 제어를 위해 히터 전원(27)에 제어신호를 전송한다. The programmable logic controller 79 transmits a control signal to the crystal growth apparatus 13 based on the voltage value input from the analog output card 73, receives information about the melt temperature from the temperature sensor 59, and receives the information. The control signal is transmitted to the heater power source 27 to control the melt temperature controlling the growth process.

도 4 는 도 2의 카메라 설치 위치를 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a camera installation position of FIG.

도시된 바와 같이, 일반적으로 결정(31)은 결정성 실리콘 (즉, 잉곳 (ingot)) 실린더 몸체로 되어있다. As shown, crystal 31 generally consists of a crystalline silicon (ie ingot) cylinder body.

결정(31)같이 성장하는 결정은 일반적으로 실린더형이라 하더라도, 대체로 고른 직경을 가지고 있지 않다. 이러한 이유로, 축(39)을 따라서 서로 다른 축 위치에 따라 직경이 약간씩 다양해 질 수 있다. Crystals that grow like crystal 31, although generally cylindrical, do not have a generally even diameter. For this reason, the diameter may vary slightly along different axis positions along the axis 39.

더욱이, 결정(31)의 직경은 결정 성장 (즉, 시드, 넥, 크라운, 쇼울더, 바디와 엔드 콘)의 서로 다른 단계에서 상이하다. 용융물(29)의 표면 (99)은 결정 (31) 과 용융물 (29) 사이의 경계면에 형성된 액체 응고 계면(101) 를 가지고 있다. Moreover, the diameter of the crystal 31 is different at different stages of crystal growth (ie, seed, neck, crown, shoulder, body and end cone). The surface 99 of the melt 29 has a liquid coagulation interface 101 formed at the interface between the crystal 31 and the melt 29.

당해 기술에 알려져 있듯이, 카메라(53) 획득한 이미지에서 응고 계면(101)은 결정 (31)근처의 밝은 링으로 보인다. 카메라 (53) 는 챔버 (15) 의 보임창에 장착되어 있고 일반적으로 축 (39) 과 용융물 (29) 의 표면 (99) 사이의 교차점을 조준하고 있다. 카메라 (53) 는 초점 길이와 이미지 크기를 정확하게 알기 위해서 눈금을 매기는 것이 바람직하다. 도 4 에 도시되어 있듯이, 높이 (H) 와 반지름 (R) 은 카메라 (53) 의 위치를 나타낸다. 도시된 실시예에서, 높이 (H)는 용융물 높이 (45) 에 대해서 상대적으로 측정된다.As is known in the art, in the image obtained with the camera 53, the solidification interface 101 appears as a bright ring near the crystal 31. The camera 53 is mounted to the viewing window of the chamber 15 and is generally aiming at the intersection between the axis 39 and the surface 99 of the melt 29. Camera 53 is preferably calibrated to know the focal length and image size accurately. As shown in FIG. 4, the height H and the radius R indicate the position of the camera 53. In the illustrated embodiment, the height H is measured relative to the melt height 45.

도 9는 본 고안의 일실시예에 따른 실리콘 결정 성장 제어 장치의 초기화 작업을 도시한다. 단계 S210에서 시작하여 초기화 작업은 알려진 자료를 제어부(67)에 입력할 것을 요구한다. 이때, 사용되는 사용자 인터페이스 화면이 도 10a 내지 도 10g에 도시되어 있다.9 shows an initialization operation of the silicon crystal growth control apparatus according to an embodiment of the present invention. Beginning at step S210, the initialization task requires input of the known data to the controller 67. In this case, the user interface screen used is shown in FIGS. 10A to 10G.

도 10a를 참조하면, 사용자 인터페이스 화면에는 카메라로부터 획득된 이미지를 표시할 수 있는 이미지창, 초기값을 입력하기 위한 세팅 버튼, 직경 측정 시작을 지시할 수 있는 검사 시작 버튼, 직경 측정을 종료하기 위한 종료 버튼, 현재 검사 부위를 표시하기 위한 현재 검사 부위 표시부, 그레이 스케일 화면을 이치화 화면으로 전환하기 위한 이치화 변환 버튼, 직경 측정 결과를 보여줄 수 있는 직경 측정 결과값 표시부, 출력전압값을 보여주는 출력전압값 표시부, 이미지 이치화를 위하여 문턱값을 입력하기 위한 문턱값 입력부를 구비하고 있다.Referring to FIG. 10A, the user interface screen includes an image window for displaying an image acquired from a camera, a setting button for inputting an initial value, an inspection start button for instructing a diameter measurement start, and an end for diameter measurement. End button, current inspection site display to display current inspection site, binarization conversion button to convert gray scale screen to binarization screen, diameter measurement result display to show diameter measurement results, output voltage value showing output voltage value A display unit and a threshold value input unit for inputting a threshold value for image binarization are provided.

화면에서 검사 시작 버튼을 누르면, 제어부는 직경 측정 작업을 수행하고, 종료 버튼을 누르면 직경 측정 작업을 종료한다. 그리고, 이때 현재 검사 부위가 넥인지, 바디인지를 현재 검사 부위 표시부에 표시한다.When the inspection start button is pressed on the screen, the controller performs a diameter measurement operation, and when the end button is pressed, the diameter measurement operation is terminated. At this time, whether the current inspection site is a neck or a body is displayed on the current inspection site display unit.

또한, 화면에서 이치화 변환 버튼을 누르면, 제어부는 카메라로부터 획득된 이미지에 대한 이치화를 수행하여 이치화된 이미지를 이미지창에 보여준다.In addition, when the binarization conversion button is pressed on the screen, the controller performs binarization on the image acquired from the camera to display the binarized image on the image window.

그리고, 문턱값 변환 버튼을 누르면 문턱값 입력창이 활성화되어 사용자가 문턱값을 입력할 수 있으며, 입력된 문턱값에 따른 이미지 이치화를 수행한다. When the threshold value conversion button is pressed, a threshold value input window is activated to allow a user to input a threshold value, and perform image binarization according to the input threshold value.

*화면에서 직경 측정 결과값 표시부에는 측정 직경을 표시하는 직경 측정값 표시부(일예로 화면에서는 6.88mm)와 픽셀 개수를 표시할 수 있는 픽셀 개수 표시부(일예로 화면에서는 44.3 픽셀)가 구비되어 있다. On the screen, the diameter measurement result display section is provided with a diameter measurement value display section (for example, 6.88 mm on the screen) for displaying the measurement diameter and a pixel number display section (for example, 44.3 pixels on the screen) for displaying the number of pixels.

여기에서 출력전압 표시부에는 측정된 직경에 따른 출력전압을 표시하고 있으며, 일예로 측정 직경이 6.88mm인 경우에 0.69V를 출력하고 있다.Here, the output voltage display unit displays the output voltage according to the measured diameter. For example, when the measured diameter is 6.88 mm, 0.69 V is output.

한편, 사용자가 세팅 버튼(단계 S210)을 누르면, 초기화모드로 진행하게 되는데, 이때, 제공되는 화면이 도 10b이다.On the other hand, when the user presses the setting button (step S210), and proceeds to the initialization mode, at this time, the screen provided is Figure 10b.

도 10b를 참고하면, 초기화를 위하여 스캐닝 횟수 조정 버튼, 공정별 직경 한계 설정 버튼, 길이 조정 버튼, 영역 조정 버튼, 에지 조정 버튼 등이 구비되어 있다. Referring to FIG. 10B, a scanning frequency adjustment button, a diameter limit setting button for each process, a length adjustment button, an area adjustment button, an edge adjustment button, and the like are provided for initialization.

이때, 사용자가 스캐닝 횟수 조정 버튼을 누르면(단계 S220), 도 10c의 스캐닝 횟수 조정 화면이 제공되며, 제공되는 화면에는 현재 설정된 스캐닝 횟수 설정값을 보여주고 설정을 원하는 스캐닝 횟수를 입력할 수 있는 스캐닝 횟수 설정값 입력창을 보여준다. 사용자가 스캐닝 횟수 설정값 입력창에 원하는 스캐닝 횟수를 입력하고 설정 완료를 누르면 스캐닝 횟수 조정 초기화 작업이 마무리된다(단계 S225).At this time, when the user presses the scanning count adjustment button (step S220), the scanning count adjustment screen of FIG. 10C is provided, and the provided screen shows the currently set scanning count setting value and a scanning number for inputting the desired scanning count Shows the frequency setting window. When the user inputs the desired number of scanning times in the scanning count setting value input window and presses the setting completion, the scanning count adjustment initialization operation is completed (step S225).

한편, 사용자가 공정별 직경 한계 설정 버튼을 누르면(도 S230) 도 10d의 공정별 직경 한계 설정 화면이 제공되며, 제공되는 화면에는 현재값으로 넥 상한값, 숄더 상한값, 바디 상한값을 보여주며, 변경값 입력창을 제공하여 각각의 상한값을 변경할 수 있도록 한다(단계 S235). 이러한 공정별 직경 한계는 설정한 값이상의 값이 나오면 다음 공정으로 넘어갈 수 있도록 하기 위한 것이다.Meanwhile, when the user presses the diameter limit setting button for each process (FIG. S230), the diameter limit setting screen for each process of FIG. 10D is provided, and the provided screen shows the neck upper limit value, the shoulder upper limit value, and the body upper limit value as the current value. An input window is provided so that each upper limit value can be changed (step S235). The diameter limit of each process is to be able to move on to the next process when the value exceeds the set value.

다음으로, 사용자가 길이조정 버튼을 누르면(단계 S240), 최외곽 에지로부터 구한 픽셀 개수에서 실제 직경값으로 환산할 수 있는 환산값을 입력할 수 있는 창(미도시)이 제공되고 제공된 창에 환산값을 입력하여 픽셀 개수에서 실제 직경값으로 환산할 수 있다(단계 S245).Next, when the user presses the length adjustment button (step S240), a window (not shown) for inputting a conversion value that can be converted into an actual diameter value from the number of pixels obtained from the outermost edge is provided and converted into the provided window. By inputting a value, it can be converted into the actual diameter value from the number of pixels (step S245).

또한, 사용자가 영역 조정 버튼을 누르면(단계 S260), 도 10e의 영역 조정 화면이 제공되며, 영역 조정 화면에는 윈도우 1, 윈도우 2, 윈도우 3이 구비되어 있다.In addition, when the user presses an area adjustment button (step S260), the area adjustment screen of FIG. 10E is provided, and the area adjustment screen is provided with windows 1, 2, and 3.

윈도우 1은 화상 전체를 보는 영역으로 처음 검사 부위를 찾기 위한 영역을 의미하며, 윈도우 2는 에지를 찾으면 그 에지의 거리에 따라 넥을 잡는 영역을 말하며, 윈도우 3은 에지를 찾으면 그 에지의 거리에 따라 숄더와 바디를 잡는 영역을 말한다. Window 1 is the area where the whole image is viewed. It means the area to find the first inspection area. When the edge is found, the window 2 is the area that catches the neck according to the distance of the edge. According to the shoulder and the body holding area.

이를 위해 먼저 조정할 영역을 선택(단계 S255)한다. 즉 윈도우 1, 윈도우 2, 윈도우 3을 선택하면 도 10f의 영역 조정화면이 제공되며, 영역 조정 버튼을 눌러 영역을 슬라이드 바를 조정하여 원하는 크기를 만든다. 즉, 도 10f의 영역 조정 화면에서 영역은 사각형임으로 중심을 기준으로 상위선의 높이, 상위선의 왼쪽끝, 하위선의 깊이, 하위선의 오른쪽 끝점을 지정해주면 지정이 완료된다. 따라서, 왼쪽(left), 위(top), 아래(bottom), 오른쪽(right)을 가리키는 슬라이드바를 움직여 영역을 조정한다. For this purpose, an area to be adjusted is first selected (step S255). In other words, when the window 1, window 2, window 3 is selected, the area adjustment screen of FIG. 10F is provided, and the area bar is pressed to adjust the slide bar to make a desired size. That is, in the area adjustment screen of FIG. 10F, since the area is a rectangle, the designation is completed by specifying the height of the upper line, the left end of the upper line, the depth of the lower line, and the right end point of the lower line based on the center. Therefore, adjust the area by moving the slide bars pointing left, top, bottom and right.

그리고, 설정 버튼을 눌러 설정한 영역을 저장한다. 이때 설정 버튼을 누르면 영역 조정창이 닫힌다(단계 S257)Then, press the setting button to save the set area. Pressing the set button at this time closes the area adjustment window (step S257).

다음으로, 사용자가 에지 조정 버튼을 누르면(단계 S260), 도 10g의 화면이 제공되며, 제공되는 화면에는 문턱값 입력창, 폭 입력창, 경사도 입력창, 비율 입력창, 영역 입력창, 파운드 입력창, 결과 입력창이 구비되어 있다. Next, when the user presses the edge adjustment button (step S260), the screen of FIG. 10G is provided, and the provided screen includes a threshold value input window, a width input window, a gradient input window, a ratio input window, an area input window, and a pound input. A window and a result input window are provided.

여기에서 문턱값은 에지를 검출하는데 있어 응고 계면 여부를 판별할 수 있는 에지값을 말하며 이미 이미지의 이치화가 수행되었기 때문에 1값을 입력하면 된다.In this case, the threshold value refers to an edge value for determining whether a solidification interface is used to detect an edge. Since the binarization of an image has already been performed, a value of 1 may be input.

다음으로, 폭이란 이미지의 스케일 값을 구하기 위해 사용되는 픽셀 개수를 말하는데, 이미 이미지 이치화가 수행되었기 때문에 1로 표시하면 된다. 물론, 이미지 이치화가 수행되지 않은 경우에는 해당 개수의 픽셀의 각각의 이미지 스케일 값을 합하여 평균한 값을 이웃하는 이미지 스케일 값의 평균값과 비교하여 에지를 검출하도록 되어 있다. Next, the width refers to the number of pixels used to obtain the scale value of the image. Since the width of the image is already performed, the width may be represented as 1. Of course, when image binarization is not performed, the edge is detected by comparing the average of the sum of the respective image scale values of the corresponding number of pixels with the average value of the neighboring image scale values.

그리고, 경사도란 그 강도의 기울기를 말하는데, 이미 이미지 이치화가 수행되었기 때문에 1로 표시하면 된다. 비율이란 실제 검사하는 선의 간격 표시를 말하며, 라인은 검사 영역에서 실제 검사하는 선을 표시한다.Incidentally, the inclination is the inclination of the intensity, and since the image binarization has already been performed, it may be represented as 1. The ratio refers to the interval of the line to be actually inspected, and the line represents the line to be actually inspected in the inspection area.

파운드는 찾는 에지를 표시하도록 하며, 결과는 최외곽 에지를 표시하도록 하는 기능을 수행한다.The pounds let you mark the edge you are looking for, and the result is the mark that shows the outermost edge.

본 고안에서는 이미 이미지의 이치화를 수행하였기 때문에 이 모든 값들을 1로 설정하여도 된다(단계 S265). Since the binarization of the image has already been performed in the present invention, all of these values may be set to 1 (step S265).

이상에서 설명한 것은 본 고안에 따른 이미지 이치화를 이용한 실리콘 결정 성장 제어 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 고안은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 고안의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is just one embodiment for implementing the silicon crystal growth control apparatus using the image binarization according to the present invention, the present invention is not limited to the above embodiment, as claimed in the following claims As described above, any person having ordinary knowledge in the field of the present invention without departing from the gist of the present invention has the technical spirit of the present invention to the extent that various modifications can be made.

상기와 같은 본 고안은, 화면의 구성을 이치화시켜 가장 밝은 부분과 그렇지 않은 부분을 뚜렷하게 구분하여 카메라가 인식할 수 있도록 함으로써 반사빛으로 인한 표적 추적의 불명확성을 제거할 수 있도록 하는 효과가 있다.The present invention as described above has the effect of eliminating the ambiguity of the target tracking due to the reflected light by binarizing the configuration of the screen so that the camera can recognize by distinguishing the brightest part and the other part.

또한, 본 고안은 사용자가 사용하기에 편리한 사용자 인터페이스를 제공함으로써 사용자가 작동 및 동작 제어가 용이하도록 하는 효과가 있다. In addition, the present invention has an effect of allowing the user to easily operate and control the operation by providing a user interface that is convenient for the user to use.

도 1은 종래 기술에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a problem according to the prior art.

도 2는 본 고안의 일실시예에 따른 이치화를 이용한 실리콘 결정 성장 제어 장치가 이용되는 결정 성장 시스템의 구성도이다.2 is a block diagram of a crystal growth system using a silicon crystal growth control apparatus using binarization according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 고안의 일실시예에 따른 실리콘 결정 성장 제어 장치의 구성도이다.3 is a block diagram of a silicon crystal growth control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4는 도 2의 카메라 위치 설정을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 4 is a diagram for describing camera position setting of FIG. 2.

도 5는 도 2의 카메라에 의해 얻어진 이미지를 보여주는 도면이다.5 is a view showing an image obtained by the camera of FIG.

도 6은 도 2의 카메라에 의해 얻어진 이미지를 이치화한 이미지를 보여주는 도면이다.FIG. 6 is a view showing binarized images of images obtained by the camera of FIG. 2.

도 7은 도 6의 이치화된 이미지로부터 최외곽 에지를 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 7 is a diagram for describing a method of detecting an outermost edge from the binarized image of FIG. 6.

도 8은 본 고안의 일실시예에 따른 실리콘 결정 성장 제어 방법의 흐름도이다.8 is a flowchart of a silicon crystal growth control method according to an embodiment of the present invention.

도 9는 본 고안의 일실시예에 따른 실리콘 결정 성장 제어 장치의 초기화 작업의 흐름도이다. 9 is a flowchart of an initialization operation of the silicon crystal growth control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 10a 내지 도 10g는 초기화시 사용되는 도면이다. 10A to 10G are diagrams used for initialization.

Claims (5)

결정 성장 시스템의 챔버에 설치되고 응고 계면을 포함한 용융물과 결정 사이의 접촉면에 대한 이미지를 생성하는 카메라로부터 이미지를 입력받아 저장하는 비디오 이미지 프레임 버퍼;A video image frame buffer installed in a chamber of a crystal growth system and receiving and storing an image from a camera that generates an image of a contact surface between a melt and a crystal including a solidification interface; 상기 비디오 이미지 프레임 버퍼로부터 이미지 데이터를 입력받아 디지털화하는 아날로그/디지털 컨버터;An analog / digital converter for receiving and digitizing image data from the video image frame buffer; 상기 비디오 이미지 프레임 버퍼에 저장된 이미지를 입력받아 표시하고, 입력받은 이미지를 저장된 문턱값을 사용하여 이치화한 후에 에지를 검출하며, 최외곽 에지를 산정하고, 환산값을 사용하여 응고 계면의 직경을 산출하여 출력하는 직경 측정 수단; 및Receives and displays an image stored in the video image frame buffer, binarizes the received image using the stored threshold value, detects an edge, calculates the outermost edge, and calculates the diameter of the solidification interface using the converted value. Diameter measuring means for outputting; And 상기 직경 측정 수단으로부터 산출된 직경값을 입력받아 상응하는 아날로그값으로 환산하여 상기 결정 성장 시스템의 프로그래머블 로직 콘트롤러로 출력하는 아날로그 출력카드를 포함하여 이루어진 결정 성장 제어 장치.And an analog output card which receives the diameter value calculated from the diameter measuring means, converts the analog value into a corresponding analog value, and outputs the analog value to a programmable logic controller of the crystal growth system. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 카메라는 헤드 분리형 카메라인 것을 특징으로 하는 결정 성장 제어 장치.And the camera is a head detachable camera. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 카메라는 세로축에 대하여 45°~60°설치되는 것을 특징으로 하는 결정 성장 제어 장치.The camera is a crystal growth control device, characterized in that installed 45 ° to 60 ° with respect to the vertical axis. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 직경 측정 수단은, 상기 비디오 이미지 프레임 버퍼에 저장된 이미지를 일정 시간 간격으로 소정횟수 스캐닝하면서 스캐닝된 이미지를 이치화하여 에지를 검출하고, 최외곽 에지를 산정하며, 응고 계면의 직경을 산출한 후에 산출된 응고 계면의 직경을 평균하여 평균값을 직경으로 하여 출력하는 것을 특징으로 하는 결정 성장 제어 장치.The diameter measuring means scans an image stored in the video image frame buffer at predetermined time intervals, binarizes the scanned image, calculates the outermost edge, calculates the diameter of the solidification interface, and then calculates the diameter. And averaging the diameters of the solidified interfaces thus obtained and outputting the average values as diameters. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 직경 측정 수단은,The diameter measuring means, 상기 비디오 이미지 프레임 버퍼로부터 입력받은 이미지를 표시하고, 이치화된 이미지를 표시하는 표시부;A display unit which displays an image received from the video image frame buffer and displays a binarized image; 외부의 사용자로부터 사용자의 요구를 입력받는 입력부;An input unit for receiving a user's request from an external user; 측정된 직경을 저장하고, 이미지의 이치화에 필요한 문턱값을 저장하며, 응고 계면의 직경을 산출하기 위한 환산값을 저장하고 있는 메모리; 및A memory for storing the measured diameter, a threshold for binarizing the image, and a converted value for calculating the diameter of the solidification interface; And 상기 비디오 이미지 프레임 버퍼에 저장된 이미지를 입력받아 상기 표시부에 표시하고, 입력받은 이미지를 상기 메모리에 저장된 문턱값을 사용하여 이치화한 후에 에지를 검출하며, 최외곽 에지를 산정하고, 상기 메모리에 저장된 환산값을 이용하여 응고 계면의 직경을 산출하여 출력하고, 상기 표시부, 입력부, 메모리를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진 결정 성장 제어 장치.Receives an image stored in the video image frame buffer and displays it on the display, detects an edge after binarizing the received image using a threshold stored in the memory, calculates an outermost edge, and converts the image stored in the memory. And a control unit which calculates and outputs the diameter of the solidification interface using the value, and controls the display unit, the input unit, and the memory.
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Patent event code: UT06011S01I