KR20200102693A - Ingot growth control apparatus - Google Patents

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KR20200102693A
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홍영호
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Abstract

The present invention relates to an ingot growth control device capable of accurately extracting a melt gap by securing a high-definition image. Specifically, provided is an ingot growth control device which comprises: a chamber provided with a transparent window; a crucible installed inside the chamber while a single crystal ingot is grown from a silicon melt; an inclined camera installed outside the transparent window and photographing a melt gap; and a control unit for selecting a clear image among images photographed by the inclined camera and extracting the melt gap from the selected image.

Description

잉곳 성장 제어장치 {Ingot growth control apparatus}Ingot growth control apparatus

본 발명은 고선명도 이미지를 확보하여 멜트 갭을 정확하게 추출할 수 있는 잉곳 성장 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to an ingot growth control apparatus capable of accurately extracting a melt gap by securing a high-definition image.

일반적으로 실리콘 웨이퍼의 제조를 위해서는 먼저 단결정 실리콘을 잉곳(ingot) 형태로 성장시켜야 하는데, 초크랄스키(czochralski, CZ) 법이 적용될 수 있다.In general, in order to manufacture a silicon wafer, single crystal silicon must first be grown in the form of an ingot, and a czochralski (CZ) method may be applied.

이와 같은 실리콘 단결정 성장장치는 실리콘 융액의 표면과 히터로부터 복사되는 열이 실리콘 단결정 잉곳으로 전달되지 못하도록 열차폐부재를 포함한다.Such a silicon single crystal growth apparatus includes a heat shield member to prevent heat radiated from the surface of the silicon melt and the heater from being transferred to the silicon single crystal ingot.

그런데, 열차폐부재를 설치하는 경우, 열차폐부재의 하단부와 실리콘 융액의 표면 간에 일정한 간격을 유지하도록 설치하는데, 이 간격을 멜트 갭(Melt Gap)이라 하고, 실리콘 단결정 잉곳의 품질 향상과 생산성 증가를 위하여 멜트 갭을 일정하게 유지하여야 한다.However, in the case of installing the heat shield member, it is installed so as to maintain a certain gap between the lower end of the heat shield member and the surface of the silicon melt. This gap is called the melt gap, and the quality of the silicon single crystal ingot is improved and the productivity is increased. For this, the melt gap must be kept constant.

따라서, 실리콘 융액의 멜팅 공정이 완료되면, 멜트 갭을 설정 또는 멜트 갭 측정을 위해 열차폐부재의 하단(예컨대, 측정봉)과 실리콘 융액의 표면을 접촉시킴으로써, 열차폐부재와 융액 사이의 멜트갭을 측정할 수 있다.Therefore, when the melting process of the silicon melt is completed, the melt gap between the heat shield member and the melt is made by contacting the lower end of the heat shield member (eg, a measuring rod) with the surface of the silicone melt to set the melt gap or measure the melt gap. Can be measured.

한국공개특허 제2014-0097834호에 개시된 단결정 잉곳 성장 장치는, 뷰 포트를 갖는 챔버, 챔버 내측에 단결정 성장 원료인 용융액을 수용하는 도가니, 도가니 상부에 위치하는 열차폐부, 열차폐부와 용융액 사이의 거리인 멜트 갭 측정을 위한 측정봉과, 측정봉과 용융액 표면에 생성된 측정봉 반사상에 대한 이미지를 촬영하는 카메라를 포함한다.The single crystal ingot growing apparatus disclosed in Korean Patent Laid-Open No. 2014-0097834 includes: a chamber having a view port, a crucible for receiving a melt as a raw material for single crystal growth inside the chamber, a heat shield located above the crucible, and the distance between the heat shield and the melt. It includes a measuring rod for measuring the in-melt gap, and a camera for photographing an image of the measuring rod and the reflection image of the measuring rod generated on the surface of the melt.

그런데, 단결정 잉곳이 용융액으로부터 인상되는 동안 지속적으로 잉곳이 회전하고, 용용액 표면에 진동이 발생됨으로서, 카메라가 측정봉 반사상을 촬영하더라도 찌그러진 반사상을 획득할 수 밖에 없다.However, while the single crystal ingot is pulled out of the melt, the ingot continuously rotates and vibrations are generated on the surface of the solution, so that even if the camera photographs the reflection image of the measuring rod, a distorted reflection image is inevitably obtained.

물론, 공정 초기 즉, 용융액 표면에 진동이 발생하기 전에 카메라가 용융액 표면에 측정봉 반사상을 획득할 수 있지만, 잉곳과 용융액 사이에 표면 장력으로 인하여 왜곡된 측정봉 반사상을 획득하게 된다.Of course, at the beginning of the process, that is, before vibration occurs on the surface of the melt, the camera may acquire a reflection image of the measuring rod on the surface of the melt, but the reflection image of the measuring rod distorted due to the surface tension between the ingot and the melt is obtained.

또한, 공정 중 내부 환경 변화 즉, 주변 밝기 변화에 따라 측정봉 반사상 인식이 변할 수 있다. In addition, the recognition of the reflection image of the measuring rod may be changed according to changes in the internal environment during the process, that is, changes in ambient brightness.

도 1은 종래의 단결정 잉곳 성장 장치에 적용된 CCD 카메라가 촬영한 이미지가 도시된 도면이다.1 is a diagram illustrating an image captured by a CCD camera applied to a conventional single crystal ingot growing apparatus.

종래 기술에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이 선명도가 낮은 이미지를 획득할 수 밖에 없고, 이로 인하여 정확한 멜트 갭의 측정이 불가능할 뿐 아니라 멜트 갭을 정확하게 제어할 수 없어 결국 성장된 단결정 잉곳에 불량을 초래하는 문제점이 있다.According to the prior art, it is inevitable to acquire an image with low sharpness as shown in FIG. 1, and this makes it impossible to accurately measure the melt gap, and it is not possible to accurately control the melt gap, resulting in defects in the grown single crystal ingot. There is a problem that results.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고선명도 이미지를 확보하여 멜트 갭을 정확하게 추출할 수 있는 잉곳 성장 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been conceived to solve the problems of the prior art, and an object thereof is to provide an ingot growth control device capable of accurately extracting a melt gap by securing a high-definition image.

본 발명은 투명창이 구비된 챔버; 상기 챔버 내부에 설치되고, 실리콘 융액으로부터 단결정 잉곳이 성장되는 도가니; 상기 투명창 외부에 설치되고, 멜트 갭을 촬영하는 경사 카메라; 및 상기 경사 카메라에서 촬영된 이미지들 중 선명한 이미지를 선택하고, 상기 선택된 이미지로부터 멜트 갭을 추출하는 제어부;를 포함하는 잉곳 성장 제어장치를 제공한다.The present invention is a chamber provided with a transparent window; A crucible installed inside the chamber and in which a single crystal ingot is grown from a silicon melt; An inclination camera installed outside the transparent window and photographing a melt gap; And a control unit for selecting a clear image from among images captured by the inclined camera and extracting a melt gap from the selected image.

상기 경사 카메라는, 빛이 굴절되어 입사되는 렌즈와, 상기 렌즈의 중심면에 대해 경사지도록 상기 렌즈의 일측에 위치되고, 상기 렌즈를 통해 입사 및 굴절된 상을 획득하여 처리하는 광학 센서와, 상기 렌즈의 광축을 중심으로 상기 광학 센서를 회전시키는 회전 구동부를 포함할 수 있다.The inclined camera includes a lens into which light is refracted and incident, and an optical sensor positioned at one side of the lens so as to be inclined with respect to a central plane of the lens, and obtaining and processing an incident and refracted image through the lens, and the It may include a rotation driving unit for rotating the optical sensor about the optical axis of the lens.

상기 렌즈는, 볼록 렌즈 또는 단면 렌즈 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.The lens may be composed of at least one of a convex lens or a single-sided lens.

상기 경사 카메라는, 상기 광학 센서를 1°회전시킬 때 마다 이미지를 촬영할 수 있다.The tilt camera may take an image every time the optical sensor is rotated by 1°.

상기 경사 카메라는, 상기 도가니 상측에 매달린 측정봉(scale rod)의 하부와 상기 측정봉의 하부가 실리콘 융액에 비춰지는 반사상을 포함하도록 이미지를 촬영할 수 있다.The inclined camera may take an image such that a lower portion of a scale rod suspended above the crucible and a lower portion of the measuring rod include a reflective image projected onto a silicon melt.

상기 제어부는, 상기 경사 카메라에서 촬영된 이미지에서 단결정 잉곳으로부터 가장 먼 측정봉의 하부 한 지점을 특징값으로 추출할 수 있다.The control unit may extract, as a feature value, a lower point of the measuring rod furthest from the single crystal ingot from the image photographed by the tilt camera.

상기 제어부는, 상기 특징값을 기반으로 합성곱 신경망(Convolutional Neural Network, CNN) 기법으로 상기 경사 카메라에서 촬영된 이미지들 중 선명한 이미지를 자동 선별할 수 있다.The controller may automatically select a clear image from among images captured by the tilt camera using a convolutional neural network (CNN) technique based on the feature value.

상기 제어부는, 상기 선별된 이미지를 기준으로 신뢰도 보정하고, 상기 보정된 이미지를 기준으로 멜트 갭을 추출할 수 있다.The control unit may correct reliability based on the selected image and extract a melt gap based on the corrected image.

본 발명에 따른 잉곳 성장 제어장치는 경사 카메라를 통하여 챔버 내의 초점이 가변되더라도 이미지를 촬영함으로서, 고선명도 이미지를 확보하여 멜트 갭을 정확하게 추출할 수 있고, 멜트 갭을 정확하게 제어하여 결정 결함, 산소 농도 등과 같은 단결정 잉곳의 품질을 향상시킬 수 있다.The ingot growth control device according to the present invention captures an image even if the focus in the chamber is changed through an inclined camera, thereby securing a high-definition image to accurately extract the melt gap, and accurately controlling the melt gap to control crystal defects and oxygen concentration. It is possible to improve the quality of a single crystal ingot, such as.

도 1은 종래의 단결정 잉곳 성장 장치에 적용된 CCD 카메라가 촬영한 이미지가 도시된 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 성장 장치가 도시된 도면.
도 3은 도 2의 경사 카메라가 개략적으로 도시한 구성도.
도 4는 도 2의 제어부가 상세히 도시한 블록도.
도 5는 본 발명의 단결정 잉곳 성장 장치에 적용된 경사 카메라가 촬영한 이미지들 중 제어부가 자동 선별한 이미지가 도시된 도면.1 is a view showing an image taken by a CCD camera applied to a conventional single crystal ingot growing apparatus.
2 is a view showing a single crystal ingot growing apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic configuration diagram of the tilt camera of Figure 2;
4 is a block diagram showing in detail the controller of FIG. 2.
5 is a view showing an image automatically selected by a controller among images taken by an inclined camera applied to the single crystal ingot growing apparatus of the present invention.

이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings with respect to the present embodiment will be described in detail. However, the scope of the spirit of the invention of this embodiment may be determined from the matters disclosed by this embodiment, and the idea of the invention of this embodiment is implementation of the addition, deletion, change, etc. of components with respect to the proposed embodiment. It will be said to include transformation.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 성장 장치가 도시된 도면이다.2 is a diagram illustrating a single crystal ingot growing apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 성장 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 챔버(110)와, 도가니(120)와, 히터(130)와, 단열부재(140)와, 열차폐부(150)와, 측정봉(160)과, 경사 카메라(170)와, 제어부(180)를 포함할 수 있다.A single crystal ingot growing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a chamber 110, a crucible 120, a heater 130, a heat insulating member 140, and a heat shield 150, as shown in FIG. 2 Wow, it may include a measuring rod 160, an inclined camera 170, and a controller 180.

챔버(110)는 단결정 잉곳(I)을 성장시킬 성장 환경을 제공하는 밀폐 공간으로서, 그 내부를 관찰할 수 있는 뷰 포트(view port, 190)가 구비될 수 있다.The chamber 110 is an enclosed space providing a growth environment in which the single crystal ingot I is grown, and a view port 190 capable of observing the inside thereof may be provided.

챔버(110)는 결합 위치에 따라 몸체 챔버(body chamber, 111), 돔 챔버(dome chamber, 112) 및 풀 챔버(pull chamber, 113)로 구분될 수 있다.The chamber 110 may be divided into a body chamber 111, a dome chamber 112, and a pull chamber 113 according to the coupling position.

뷰 포트(190)는 돔 챔버(112)의 일 영역에 설치될 수 있지만, 한정되지 아니한다. 그리고, 경사 카메라(170)의 개수와 대응되도록 복수개의 뷰 포트(190)가 구비될 수 있다.The view port 190 may be installed in one area of the dome chamber 112, but is not limited thereto. In addition, a plurality of view ports 190 may be provided to correspond to the number of tilt cameras 170.

몸체 챔버(111)는 하부에 위치할 수 있고, 돔 챔버(112)는 몸체 챔버(111)의 상단에 위치되어 덮개로서의 역할을 할 수 있다. 몸체 챔버(111)와 돔 챔버(112)는 다결정 실리콘을 단결정 잉곳(I)으로 성장시키기 위한 환경을 제공하는 곳으로, 내부에 수용 공간을 갖는 원통일 수 있다. The body chamber 111 may be positioned at the lower side, and the dome chamber 112 may be positioned at the upper end of the body chamber 111 to serve as a cover. The body chamber 111 and the dome chamber 112 provide an environment for growing polycrystalline silicon into a single crystal ingot I, and may be a cylinder having an accommodation space therein.

풀 챔버(113)는 돔 챔버(112) 상단에 위치할 수 있고, 성장된 단결정 잉곳(I)을 인상하기 위한 공간일 수 있다. 따라서, 몸체 챔버(111)와 돔 챔버(112)에 의해 형성된 공간에서 성장된 단결정 잉곳(I)은 풀 챔버(113)에 의해 상부 방향으로 인상될 수 있다.The full chamber 113 may be located on the top of the dome chamber 112 and may be a space for pulling the grown single crystal ingot I. Accordingly, the single crystal ingot I grown in the space formed by the body chamber 111 and the dome chamber 112 may be pulled upward by the full chamber 113.

도가니(120)는 챔버(110), 예컨대, 몸체 챔버(111) 내부에 마련될 수 있고, 단결정 잉곳(I)을 성장시키기 위한 원료 용융액(SM)을 수용할 수 있다. 도가니(120)는 석영 재질의 내주부(121)와, 흑연 재질의 외주부(122)로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The crucible 120 may be provided in the chamber 110, for example, the body chamber 111, and may accommodate the raw material melt SM for growing the single crystal ingot I. The crucible 120 may be composed of an inner peripheral portion 121 made of a quartz material and an outer peripheral portion 122 made of a graphite material, but is not limited thereto.

도가니(120)의 하부에 도가니 지지대(123)가 구비되는데, 도가니 지지대(123)는 도가니(120)를 지지할 수 있으며, 도가니(120)를 회전시키거나, 도가니(120)를 상승 또는 하강시킬 수 있다.A crucible supporter 123 is provided at the bottom of the crucible 120, and the crucible supporter 123 can support the crucible 120 and rotates the crucible 120 or raises or lowers the crucible 120. I can.

히터(130)는 도가니(120)의 외주면과 이격되도록 챔버(110), 예컨대, 몸체 챔버(111) 내에 배치될 수 있고, 저항 히터 또는 유도 가열식 히터일 수 있지만, 한정되지 아니한다. The heater 130 may be disposed in the chamber 110, for example, the body chamber 111 to be spaced apart from the outer circumferential surface of the crucible 120, and may be a resistance heater or an induction heating type heater, but is not limited thereto.

히터(130)가 도가니(120)를 가열하면, 가열된 도가니(120) 내에 적재된 고순도의 다결정 덩어리는 용융되어 용융액(SM)이 될 수 있다. When the heater 130 heats the crucible 120, the high-purity polycrystalline mass loaded in the heated crucible 120 may be melted to become a molten liquid SM.

단열부재(140)는 챔버(110) 내부의 열이 외부로 빠져나가는 것을 차단하기 위하여 구비될 수 있다. 히터(130)와 몸체 챔버(111)의 측벽 사이에 위치하는 측부 단열재(141)와, 히터(130)와 몸체 챔버(111)의 바닥 사이에 위치하는 하부 단열재(142)를 포함할 수 있다.The heat insulating member 140 may be provided to block heat inside the chamber 110 from escaping to the outside. It may include a side insulation 141 positioned between the heater 130 and the side wall of the body chamber 111, and a lower insulation material 142 positioned between the heater 130 and the bottom of the body chamber 111.

열차폐부(150)는 도가니(120)의 상부에 매달리도록 설치되고, 도가니(120) 내에 수용된 용융액(SM)으로부터 열이 상부로 빠져나가는 것을 차단하는 동시에 용융액(SM)으로부터 인상된 단결정 잉곳(IG)을 냉각시킬 수 있다.The heat shield unit 150 is installed to be suspended on the upper part of the crucible 120, and blocks heat from flowing upward from the melt (SM) accommodated in the crucible 120, and at the same time, a single crystal ingot (IG) raised from the melt (SM). ) Can be cooled.

측정봉(160)은 열차폐부(150)의 하단에 결합되고, 도가니(120) 내에 수용된 용융액(SM) 상에 배치될 수 있다. 측정봉(160)은 고온의 실리콘 융액(SM)과 근접하기 때문에 수율에 영향을 미치지 않도록 석영 재질로 만들어진다. The measuring rod 160 is coupled to the lower end of the heat shield 150 and may be disposed on the molten liquid SM accommodated in the crucible 120. The measuring rod 160 is made of a quartz material so as not to affect the yield because it is close to the high temperature silicon melt (SM).

측정봉(160)과 융액면(SM) 사이의 간격을 멜트 갭(melt gap : M/G)으로 정의된다. 이러한 멜트 갭(M/G)은 단결정 잉곳(IG)의 온도 환경을 결정하고, 열 이력 변화에 영향을 받는 결정 결함, 산소 농도 등과 같은 단결정 잉곳의 품질을 좌우한다.The gap between the measuring rod 160 and the melt surface SM is defined as a melt gap (M/G). The melt gap (M/G) determines the temperature environment of the single crystal ingot IG, and determines the quality of the single crystal ingot, such as crystal defects and oxygen concentration, which are affected by changes in thermal history.

경사 카메라(170)는 뷰 포트(190) 측에 설치될 수 있고, 측정봉(160)의 하부와 용융액(SM)에 비치는 그 반사상을 포함하는 특정 영역을 이미지로 촬영할 수 있다.The tilt camera 170 may be installed on the side of the view port 190 and may capture a specific area including the lower portion of the measuring rod 160 and its reflection image reflected in the melt SM as an image.

경사 카메라(170)를 3축 방향으로 이동시킬 수 있는 이동부(미도시)가 추가로 구비될 수 있는데, 측정봉(160)의 위치에 따라 경사 카메라(170)가 뷰 포트(190) 상에 고정되거나, 이동부(미도시)에 의해 이동될 수 있다.A moving unit (not shown) capable of moving the inclined camera 170 in the three-axis direction may be additionally provided. According to the position of the measuring rod 160, the inclined camera 170 is placed on the view port 190 It may be fixed or may be moved by a moving unit (not shown).

경사 카메라(170)는 구조상 초점 거리를 변화시키면서 이미지를 촬영하도록 구성되는데, 하기에서 자세히 설명하기로 한다.The tilt camera 170 is structured to take an image while changing the focal length, which will be described in detail below.

제어부(180)는 경사 카메라(170)에서 촬영된 이미지들 중 선명한 이미지를 선택하고, 선택된 이미지로부터 정확한 멜트 갭(M/G)을 추출하도록 구성되는데, 하기에서 자세히 설명하기로 한다. The controller 180 is configured to select a clear image from among images captured by the tilt camera 170 and extract an accurate melt gap (M/G) from the selected image, which will be described in detail below.

제어부(180)는 정확한 멜트 갭(M/G)을 추출한 다음, 멜트 갭(M/G)을 타겟 멜트 갭(target melt gap)에 도달하도록 도가니(120)의 높낮이를 정밀하게 제어함으로서, 결정 결함, 산소 농도 등과 같은 단결정 잉곳(IG)의 품질을 개선시킬 수 있다. The controller 180 precisely controls the height of the crucible 120 to extract the correct melt gap (M/G) and then reach the target melt gap (M/G) to reach the target melt gap. , It is possible to improve the quality of the single crystal ingot (IG) such as oxygen concentration.

도 3은 도 2의 경사 카메라가 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 4는 도 2의 제어부가 상세히 도시한 블록도이다.3 is a block diagram schematically showing the configuration of the tilt camera of FIG. 2, and FIG. 4 is a block diagram illustrating the control unit of FIG. 2 in detail.

본 발명에 적용된 경사 카메라(170)는 도 3에 도시된 바와 같이 렌즈(171)와, 광학 센서(172)와, 회전 구동부(173)를 포함할 수 있다.The tilt camera 170 applied to the present invention may include a lens 171, an optical sensor 172, and a rotation driving unit 173 as shown in FIG. 3.

렌즈(171)는 빛이 굴절되어 입사되는 부분으로서, 볼록 렌즈 또는 단면 렌즈 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 물론, 렌즈(171)는 다수의 렌즈를 포함하는 렌즈 어레이로 구성될 수 있으며, 한정되지 아니한다.The lens 171 is a portion where light is refracted and incident, and may be configured with at least one of a convex lens or a single-sided lens. Of course, the lens 171 may be configured as a lens array including a plurality of lenses, but is not limited.

광학 센서(172)는 렌즈(171)를 통과한 상을 획득하여 처리하는 부분으로서, 렌즈(171)의 일측에 경사지도록 위치될 수 있다. The optical sensor 172 is a part that acquires and processes an image that has passed through the lens 171, and may be positioned to be inclined to one side of the lens 171.

즉, 광학 센서(172)의 중심면(L2)이 렌즈(171)의 중심면(L1)에 대해 소정의 경사 각도(α)로 기울어지게 설치될 수 있으며, 경사 각도(α)는 바람직하게는 10°~ 45°범위 내에서 설정될 수 있으나, 한정되지 아니한다. That is, the central surface (L2) of the optical sensor 172 may be installed to be inclined at a predetermined inclination angle (α) with respect to the central surface (L1) of the lens 171, the inclination angle (α) is preferably It may be set within the range of 10° to 45°, but is not limited.

회전 구동부(173)는 광학 센서(172)를 회전시키는 부분으로서, 렌즈(171)의 광축을 중심으로 광학 센서(172)를 회전시킬 수 있다. The rotation driving part 173 is a part that rotates the optical sensor 172 and may rotate the optical sensor 172 around the optical axis of the lens 171.

상기와 같이 구성된 경사 카메라(170)는 측정봉(160)의 하부와 용융액 표면에 비춰지는 측정봉(160)의 하부 반사상을 포함하는 이미지를 촬영하는데, 회전 구동부(173)가 방위각 즉, 1°씩 광학 센서(172)를 회전시킬 때 마다 이미지를 촬영할 수 있다. The tilt camera 170 configured as described above captures an image including the lower part of the measuring rod 160 and the lower reflection image of the measuring rod 160 projected on the surface of the melt, and the rotation driving part 173 has an azimuth, that is, 1° Each time the optical sensor 172 is rotated, an image can be taken.

광학 센서(172)가 렌즈(171)의 중심면에 대해 경사지게 위치되고, 광학 센서(172)가 렌즈(171)의 광축을 중심으로 회전되면, 렌즈(171)의 초점 거리를 변환시키면서 이미지를 연속하여 촬영할 수 있다.When the optical sensor 172 is located obliquely with respect to the central plane of the lens 171 and the optical sensor 172 is rotated around the optical axis of the lens 171, the image is continuously converted while changing the focal length of the lens 171 You can take a picture.

측정봉의 하부와 용융액에 비친 그 반사상을 피사체로 예를 들면, 피사체를 부분적으로 S1, S2, S3…라 하고, 피사체와 렌즈(171)의 광축 사이의 거리(A)를 각각 a1, b1, c1…이라 하며, 피사체로부터 반사되어 렌즈(171)로 유입 및 굴절된 빛이 각각 결상된 지점을 각각 P1, P2, P3…라 하고, 결상된 지점들과 렌즈(171) 사이의 거리(B)를 각각 a2, b2, c2…라 할 수 있다.The reflection image reflected on the lower part of the measuring rod and the melt is used as the subject. For example, the subject is partially S1, S2, S3... And the distance A between the subject and the optical axis of the lens 171 is a1, b1, c1... It is referred to as P1, P2, P3... where each of the light reflected from the subject and flowing into the lens 171 and refracted is formed. And, the distance B between the formed points and the lens 171 is a2, b2, c2... Can be said.

피사체가 렌즈(171)로부터 먼 거리에 위치될수록 렌즈(171)와 가까운 위치에 결상되며, 결상되는 지점은 [수학식 1]에 의해 결정된다.As the subject is positioned farther away from the lens 171, the image is imaged at a position closer to the lens 171, and the point at which the image is formed is determined by [Equation 1].

Figure pat00001
Figure pat00001

A는 피사체와 렌즈의 광축 사이의 거리, B는 렌즈와 결상지점 간의 거리, f는 렌즈의 초점거리를 의미한다.A is the distance between the subject and the optical axis of the lens, B is the distance between the lens and the imaging point, and f is the focal length of the lens.

피사체의 특정 지점을 기준으로 피사체와 렌즈의 광축 사이의 거리인 A가 일정하면, 회전 구동부(173)가 렌즈(171)에 대해 기울어지게 배치된 광학 센서(172)를 회전시키기 때문에 렌즈(171)와 결상지점 간의 거리인 B가 변하게 되고, 초점 거리인 f도 변화시킬 수 있다.When the distance A, which is the distance A between the subject and the optical axis of the lens based on a specific point of the subject, is constant, the lens 171 rotates the optical sensor 172 disposed inclined with respect to the lens 171. The distance B between the and the imaging point changes, and the focal length f can also be changed.

따라서, 경사 카메라(170)는 초점 거리(f)를 변화시키면서 특정 영역의 이미지를 촬영할 수 있고, 이미지들 중 선명한 이미지가 촬영될 수 있다.Accordingly, the inclined camera 170 may take an image of a specific area while changing the focal length f, and a clear image among the images may be captured.

물론, 경사 카메라(170)에서 촬영된 이미지들은 하기에서 설명될 제어부(180)에 제공될 수 있다.Of course, images photographed by the tilt camera 170 may be provided to the controller 180 to be described below.

본 발명에 적용된 제어부(180)는 도 4에 도시된 바와 같이 이미지 입력부(181)와, 특징값 추출부(182)와, 분류/저장부(183)와, 신뢰도 보정부(184)와, 맬트갭 산출부(185)를 포함할 수 있다.The control unit 180 applied to the present invention includes an image input unit 181, a feature value extracting unit 182, a classification/storing unit 183, a reliability correction unit 184, as shown in FIG. A gap calculating unit 185 may be included.

이미지 입력부(181)는 경사 카메라에서 촬영된 이미지들을 입력 받는 부분으로서, 이미지에서 특정 영역을 선정하고, 특정 영역을 단위 크기로 나누고, 단위 크기 별로 밝기에 따라 넘버링한 입력값으로 입력받을 수 있다. The image input unit 181 is a part that receives images photographed by an inclined camera, and may select a specific area from the image, divide the specific area by a unit size, and receive an input value numbered according to brightness for each unit size.

특징값 추출부(182)는 이미지 입력부(181)에 입력된 이미지의 입력값 중 특징값을 추출하는데, 특징값은 에지 모양, 패턴 등으로 정의될 수 있으며, 잉곳으로부터 가장 먼 곳 즉, 왜곡 현상이 가장 적게 일어나는 측정봉의 한 지점을 기준으로 선정될 수 있다.The feature value extraction unit 182 extracts a feature value from the input values of the image input to the image input unit 181, and the feature value can be defined as an edge shape, a pattern, etc., and the farthest from the ingot, that is, a distortion phenomenon This can be selected based on one point on the measuring rod that occurs the least.

분류/저장부(183)는 특징값 추출부(182)에서 추출된 특징값을 기준으로 이미지들 중 선명한 이미지를 선별할 수 있고, 선명한 이미지를 별도로 분류 및 저장할 수 있다. The classification/storing unit 183 may select a clear image from among images based on the feature value extracted by the feature value extraction unit 182, and may separately classify and store the clear image.

분류/저장부(183)에서 선명한 이미지를 자동 선별하는 과정을 반복함으로서, 학습을 통하여 특정 영역의 이미지에 대한 인식률을 더욱 높일 수 있다. 예를 들어, 특징값을 기반으로 합성곱 신경망(Convolutional Neural Network, CNN) 기법을 적용하여 더욱 선명한 이미지를 선별할 수 있다.By repeating the process of automatically selecting a clear image in the classification/storing unit 183, the recognition rate for an image in a specific area may be further increased through learning. For example, a sharper image can be selected by applying a convolutional neural network (CNN) technique based on feature values.

물론, 분류/저장부(183)에서 반복하여 이미지를 분류하는 과정을 통하여 이후에 산출하게 될 멜트 갭에 대한 신뢰도를 높일 수 있다.Of course, it is possible to increase the reliability of the melt gap to be calculated later through the process of repetitively classifying the image in the classification/storing unit 183.

신뢰도 보정부(184)는 분류/저장부(183)에서 선별된 선명한 이미지에 대해서 신뢰도 보정을 추가로 진행할 수 있다. 예를 들어, 현재 잉곳 성장 공정에서 획득된 이미지의 입력값을 이전의 잉곳 성장 공정에서 획득된 이미지의 입력값을 반영하여 최적의 값으로 보정할 수 있다. The reliability correction unit 184 may additionally perform reliability correction on the clear image selected by the classification/storing unit 183. For example, the input value of the image obtained in the current ingot growth process may be corrected to an optimal value by reflecting the input value of the image obtained in the previous ingot growth process.

멜트 갭 산출부(185)는 신뢰도 보정부(183)에서 최적의 값으로 보정된 이미지의 입력값을 통하여 멜트 갭을 정확하게 산출할 수 있다. The melt gap calculation unit 185 may accurately calculate the melt gap through an input value of an image corrected to an optimum value by the reliability correction unit 183.

도 5는 본 발명의 단결정 잉곳 성장 장치에 적용된 경사 카메라가 촬영한 이미지들 중 제어부가 자동 선별한 이미지가 도시된 도면이다.5 is a view showing an image automatically selected by a control unit among images captured by an inclined camera applied to the single crystal ingot growing apparatus of the present invention.

본 발명에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이 선명도가 높은 이미지를 획득할 수 있고, 고선명도의 이미지로부터 측정봉(160) 하부과 그 반사상(160') 하부 사이의 간격을 통하여 멜트 갭을 정확하게 측정할 수 있다.According to the present invention, an image with high definition can be obtained as shown in FIG. 5, and the melt gap is accurately measured through the gap between the lower part of the measuring rod 160 and the lower part of the reflective image 160 ′ from the high-definition image. can do.

따라서, 정확하게 측정된 멜트 갭을 기준으로 멜트 갭을 타겟 멜트 갭으로 정밀하게 제어할 수 있고, 잉곳 성장 공정의 열 이력을 정밀하게 관리하여 잉곳의 결정 품질을 향상시킬 수 있으며, 공정 별로 균일한 결정 품질을 제공할 수 있다.Therefore, based on the accurately measured melt gap, the melt gap can be precisely controlled as the target melt gap, and the thermal history of the ingot growth process can be precisely managed to improve the crystal quality of the ingot, and uniform determination for each process. Can provide quality.

110 : 챔버 120 : 도가니
130 : 히터 140 : 단열부재
150 : 열차폐부재 160 : 측정봉
170 : 경사 카메라 171 : 렌즈
172 : 광학 센서 173 : 회전 구동부
180 : 제어부110: chamber 120: crucible
130: heater 140: heat insulation member
150: heat shielding member 160: measuring rod
170: inclined camera 171: lens
172: optical sensor 173: rotation driving unit
180: control unit

Claims (8)

투명창이 구비된 챔버;
상기 챔버 내부에 설치되고, 실리콘 융액으로부터 단결정 잉곳이 성장되는 도가니;
상기 투명창 외부에 설치되고, 멜트 갭을 촬영하는 경사 카메라; 및
상기 경사 카메라에서 촬영된 이미지들 중 선명한 이미지를 선택하고, 상기 선택된 이미지로부터 멜트 갭을 추출하는 제어부;를 포함하는 잉곳 성장 제어장치. A chamber equipped with a transparent window;
A crucible installed inside the chamber and in which a single crystal ingot is grown from a silicon melt;
An inclination camera installed outside the transparent window and photographing a melt gap; And
Ingot growth control device comprising; a control unit for selecting a clear image from the images photographed by the inclined camera and extracting a melt gap from the selected image. 제1항에 있어서,
상기 경사 카메라는,
빛이 굴절되어 입사되는 렌즈와,
상기 렌즈의 중심면에 대해 경사지도록 상기 렌즈의 일측에 위치되고, 상기 렌즈를 통해 입사 및 굴절된 상을 획득하여 처리하는 광학 센서와,
상기 렌즈의 광축을 중심으로 상기 광학 센서를 회전시키는 회전 구동부를 포함하는 잉곳 성장 제어장치.The method of claim 1,
The tilt camera,
A lens in which light is refracted and incident,
An optical sensor positioned at one side of the lens so as to be inclined with respect to the central plane of the lens, and obtaining and processing an image incident and refracted through the lens;
Ingot growth control device comprising a rotation driving unit for rotating the optical sensor about the optical axis of the lens. 제2항에 있어서,
상기 렌즈는,
볼록 렌즈 또는 단면 렌즈 중 적어도 하나로 구성되는 잉곳 성장 제어장치.The method of claim 2,
The lens,
Ingot growth control device consisting of at least one of a convex lens or a single-sided lens. 제2항에 있어서,
상기 경사 카메라는,
상기 광학 센서를 1°회전시킬 때 마다 이미지를 촬영하는 잉곳 성장 제어장치. The method of claim 2,
The tilt camera,
An ingot growth control device that takes an image every time the optical sensor is rotated by 1°. 제2항에 있어서,
상기 경사 카메라는,
상기 도가니 상측에 매달린 측정봉(scale rod)의 하부와 상기 측정봉의 하부가 실리콘 융액에 비춰지는 반사상을 포함하도록 이미지를 촬영하는 잉곳 성장 제어장치. The method of claim 2,
The tilt camera,
An ingot growth control device for photographing an image such that a lower portion of a scale rod suspended above the crucible and a lower portion of the measuring rod include a reflective image projected on a silicon melt. 제5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 경사 카메라에서 촬영된 이미지에서 단결정 잉곳으로부터 가장 먼 측정봉의 하부 한 지점을 특징값으로 추출하는 잉곳 성장 제어장치.The method of claim 5,
The control unit,
An ingot growth control device for extracting a lower point of the measuring rod furthest from the single crystal ingot from the image photographed by the tilt camera as a feature value. 제6항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 특징값을 기반으로 합성곱 신경망(Convolutional Neural Network, CNN) 기법으로 상기 경사 카메라에서 촬영된 이미지들 중 선명한 이미지를 자동 선별하는 잉곳 성장 제어장치.The method of claim 6,
The control unit,
An ingot growth control device that automatically selects a clear image from among images captured by the inclined camera using a convolutional neural network (CNN) technique based on the feature value. 제7항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 선별된 이미지를 기준으로 신뢰도 보정하고, 상기 보정된 이미지를 기준으로 멜트 갭을 추출하는 잉곳 성장 제어장치.The method of claim 7,
The control unit,
An ingot growth control device for correcting reliability based on the selected image and extracting a melt gap based on the corrected image.
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