DE10059469A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen von Kristallbaufehlern in Siliciumeinkristallen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen von Kristallbaufehlern in Siliciumeinkristallen

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Erkennen von Kristallbaufehlern in Siliciumeinkristallen, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Einkristallmantels beleuchtet wird und aus dem gestreuten Licht die Anordnung der auf der Oberfläche haftenden Silicium-Nichtmetallverbindungs-Kristalle und daraus die Kristallbaufehler aufweisenden Stellen der Siliciumeinkristalle erkannt werden. DOLLAR A Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Erkennen von Kristallbaufehlern in Siliciumeinkristallen, gekennzeichnet durch eine Auflichtbeleuchtung, eine optische Vergrößerungseinrichtung und eine Aufnahmevorrichtung für den Siliciumeinkristall.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Kristallbaufehlern in Siliciumeinkristallen und eine Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.
Siliziumeinkristalle werden vor ihrer Zertrennung in Siliziumwafer im Hinblick auf Kristallbaufehler kontrolliert, da insbesondere langreichweitige Kristallfehler wie Versetzungen und Gleitungen die Funktionalität eines späteren Bauelements beeinträchtigen (zur Nomenklatur von Kristallbaufehlern s. DIN-Normvorschrift 50434 und ASTM-Norm F 1241-95).
Üblicherweise werden an den zu beurteilenden Stellen Testscheiben aus dem Kristall herauspräpariert und z. B. nach einer Methode auf Kristallbaufehler beurteilt, wie sie in der DIN-Normvorschrift 50434 beschrieben ist. Dazu ist erst eine chemische Behandlung der Testscheiben notwendig, die anschließende Beurteilung der Probe erfolgt beispielsweise unter einem optischen Auflichtmikroskop. Eine Versetzung, die die Probenoberfläche schneidet, wird im Mikroskop als Ätzgrube sichtbar, Gleitungen erscheinen als streng gerade Linien erhöhter Ätzgrubendichte.
Eine entsprechende Vorrichtung zur Entdeckung und Beurteilung der Versetzungen und Gleitungen ist beispielsweise in US-A- 5581346 beschrieben. Dort ist zur Beurteilung der Probe ein vorheriger Präparationsschritt notwendig, ebenso enthält die dort beschriebene Vorrichtung ein aufwendiges optisches Belichtungs- und Detektorsystem, welches aus je 2 Arten von Lichtquellen und Detektoren besteht.
Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den zerstörungsfreien Nachweis von Kristallbaufehlern in Siliziumeinkristallen zu ermöglichen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Erkennen von Kristallbaufehlern in Siliciumeinkristallen, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Einkristallmantels beleuchtet wird und aus dem gestreuten Licht die Anordnung der auf der Oberfläche haftenden Silicium-Nichtmetallverbindungs- Kristalle und daraus die Kristallbaufehler aufweisenden Stellen der Siliciumeinkristalle erkannt werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Bearbeitung von Siliciumeinkristallen wesentlich vereinfacht und damit wirtschaftlicher. Auf den bei der Kristallpräparation notwendigen Bearbeitungsschritt zum Heraustrennen von Testscheiben und den nachfolgenden Schritt zur Präparation von Testscheiben wird verzichtet. Das Heraustrennen von Siliciumwafern kann schnell und präzise erfolgen. Durch die entfallende chemische Behandlung von Testscheiben können auch Sicherheitsauflagen entfallen.
Siliciumeinkristalle, können beliebig hergestellt werden, beispielsweise Zonenschmelzverfahren oder Tiegelziehverfahren.
Die Siliciumeinkristalle, die beispielsweise nach dem Czochralski-Verfahren in sauerstoffhaltiger Atmosphäre bei Verwendung eines Quarztiegels zur Aufnahme der Siliciumschmelze hergestellt werden, sind von einer Oxidschicht bedeckt.
An den Stellen des Kristallmantels, an denen Kristallbaufehler, wie Versetzungen, Korngrenzen und Gleitungen aus dem Kristall austreten, findet eine heterogene Keimbildung der Silicium- Nichtmetallverbindung Oxids an diesen Kristallbaufehlern statt. In Fig. 1 ist ein Mikrofoto einer statistischen Nukleation von SiO2-Teilchen am Kristallmantel eines fehlerfreien Siliciumeinkristalls abgebildet. In Fig. 2 ist ein Mikrofoto einer linienartigen Nukleation von SiO2 am Kristallmantel eines Siliciumeinkristalls, der mit Gleitungen behaftet ist, abgebildet.
Die Beleuchtung des zu prüfenden Siliciumeinkristalls erfolgt bevorzugt mit Lichtquellen, welche in einem Wellenlängenbereich von 390-780 nm emittieren, insbesondere in einem Wellenlängenbereich von 577-597 nm.
Das Licht kann in einem Winkel von 0° bis 90° zur Oberfläche des Siliciumeinkristalls eingestrahlt werden. Auch die Detektion des Streulichtbilds erfolgt in einem Winkel von 0° bis 90° zur Oberfläche. Bevorzugt sind jeweils Winkel von 45 bis 90°.
Eine Automatisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels eines Bilderkennungsystems ist möglich.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Erkennen von Kristallbaufehlern in Siliciumeinkristallen, gekennzeichnet durch eine Auflichtbeleuchtung, eine optische Vergrößerungseinrichtung und eine Aufnahmevorrichtung für den Siliziumeinkristall.
Vorzugsweise besitzt die Vorrichtung eine drehbare Aufnahmeeinrichtung für den Siliciumeinkristall. Vorzugsweise besitzt die Vorrichtung ein lineares Verfahrsystem, an welchem die Auflichtbeleuchtung angebracht ist. Vorzugsweise ist die optische Vergrößerungseinrichtung an der Auflichtbeleuchtung angebracht. Vorzugsweise kennzeichnet eine Markierungseinheit ferngesteuert fehlerbehaftete Bereiche des Siliciumeinkristallmantels.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung mit einer Steuerungseinheit verbunden, welche die Bewegung der optischen Vergrößerungseinrichtung, gegebenenfalls der Auflichtbeleuchtung, der Aufnahmeeinrichtung und der Markierungseinheit regelt. Eine Einheit zur Datenaufbereitung und Visualisierung kann angeschlossen sein.
Für die Detektion des Streulichts kann eine übliche CCD-Kamera mit Objektivvorsatz oder eine Stereolupe mit Kameraaufsatz eingesetzt werden.
Die gesamte Vorrichtung, mit Ausnahme von Steuerungseinheit und Einheit zur Datenaufbereitung und Visualisierung ist vorzugsweise auf eine mechanische Halteeinrichtung montiert, die als Adapter zum optionalen Aufsetzen der gesamten Vorrichtung auf ein Einkristalltransportsystem dienen kann.
Die Vorrichtung kann auch mit einer Trennvorrichtung, beispielsweise einer üblichen Säge kombiniert werden.
Fig. 3 skizziert eine mögliche Vorrichtung zum Erkennen von Kristallbaufehlern in Siliciumeinkristallen, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Gleichwirkende Verfahrensmerkmale sind mit denselben Bezugs­ zahlen versehen.
Der Siliciumeinkristall (1) ist auf einer drehbaren Aufnahmeeinrichtung (6) gelagert. An einem linearen Verfahrsystem (5) ist eine optische Vergrößerungseinrichtung (2) mit Auflichtbeleuchtung (3) angebracht. Ein Markierungsstift (9) kennzeichnet ferngesteuert fehlerbehaftete Bereiche des Siliciumeinkristalls. Eine Steuerungseinheit (4) regelt die Bewegung der optischen Vergrößerungseinrichtung (2) mit Auflichtbeleuchtung (3) der Aufnahmeeinrichtung (6) und des Markierungsstifts (9). Eine Einheit zur Datenaufbereitung und Visualisierung (10) ist angeschlossen. Die gesamte Vorrichtung, mit Ausnahme von Steuerungseinheit (4) und Einheit zur Datenaufbereitung und Visualisierung (10) ist auf eine mechanische Halteeinrichtung (7), (8) montiert.

Claims (6)

1. Verfahren zum Erkennen von Kristallbaufehlern in Siliciumeinkristallen, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Einkristallmantels beleuchtet wird und aus dem gestreuten Licht die Anordnung der auf der Oberfläche haftenden Silicium-Nichtmetallverbindungs-Kristalle und daraus die Kristallbaufehler aufweisenden Stellen der Siliciumeinkristalle erkannt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Siliciumeinkristalle eingesetzt werden, die nach dem Zonenschmelzverfahren oder Tiegelziehverfahren hergestellt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung des zu prüfenden Siliciumeinkristalls mit Lichtquellen erfolgt, welche in einem Wellenlängenbereich von 390-780 nm emittieren.
4. Vorrichtung zum Erkennen von Kristallbaufehlern in Siliciumeinkristallen, gekennzeichnet durch eine Auflichtbeleuchtung, eine optische Vergrößerungseinrichtung und eine Aufnahmevorrichtung für den Siliziumeinkristall.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine drehbare Aufnahmeeinrichtung für den Siliciumeinkristall.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch ein lineares Verfahrsystem, an welchem die Auflichtbeleuchtung angebracht ist.
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