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Gebiet der Erfindung
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Im Allgemeinen betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung von Verunreinigungen in Silizium mittels Infrarot-(IR-)Spektroskopie. Im Speziellen betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung des Gehaltes von Verunreinigungen in Silizium durch IR-Spektroskopie an Proben mit rauen Oberflächen.
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Hintergrund der Erfindung
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Insbesondere in der Halbleitertechnik, beispielsweise zur Herstellung von Solarzellen, wird Silizium benötigt. Die entsprechenden Wafer werden dabei aus Ingots, d. h. mono- oder polykristallinen Siliziumsäulen gefertigt. Ein mögliches Verfahren, mittels dessen polykristalline Ingots hergestellt werden können, ist das VGF-Verfahren (VGF = Vertical Gradient Freeze) Hierzu wird Siliziumrohstoff in einem Tiegel aufgeschmolzen. Im Laufe des Zuchtprozesses kommt es dann zu einer gerichteten Erstarrung. Aus dem so erhaltenen Ingot können durch Sägen, im Folgenden auch als Squaren bezeichnet, Blöcke mit definierten Geometrien hergestellt werden. Dabei fallen an den Außenseiten Reststücke, beispielsweise Seitenteile an, die dem Schlechtbereich des Materials zuzuordnen sind.
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Während des Herstellungsprozesses kann es zu einer Verunreinigung des Siliziums insbesondere mit Kohlenstoff und Sauerstoff kommen. Während der Kohlenstoff teilweise das Silizium im Gitter substituiert, wird der Sauerstoff in den Zwischenräumen des Gitters, d. h. interstitiell eingebaut.
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Die Verunreinigungen beeinflussen die elektronischen und physikalischen Eigenschaften des Siliziums. So können Übergangsmetalle durch interstitiellen Sauerstoff ausgefällt werden. Dieses sogenannte Gettern führt dabei zu einer höheren Reinheit des Siliziums. Ebenfalls kann der interstitielle Sauerstoff zu einer Immobilisierung von Delokalisationsstellen im Gitter und damit zu einer Erhöhung der mechanischen Stabilität führen. Andererseits kann der interstitielle Sauerstoff mit Bor, das als Dopant verwendet wird, unter Lichteinwirkung elektronisch aktive Komplexe bilden. Dies führt insbesondere bei Solarzellen zu einer Verringerung der Zelleffizienz.
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Es besteht daher die Notwendigkeit, den Gehalt an Verunreinigungen durch Sauerstoff und Kohlenstoff zu bestimmen. Dies kann beispielsweise mittels IR-Spektroskopie an einer Probe erfolgen. So weist interstitieller Sauerstoff eine IR-aktive Bande bei 1107 cm–1 auf, der substitutionelle Kohlenstoff zeigt eine IR-aktive Bande bei 605 cm–1. Über die Vermessung der Intensitäten der entsprechenden Banden im IR-Spektrum kann der Gehalt der jeweiligen Verunreinigung in der Probe bestimmt werden. Hierzu wird ein Absorptionsspektrum der zu untersuchenden Probe wie auch einer Referenz mit bekanntem Verunreinigungsgehalt aufgenommen und die Intensität der entsprechenden Bande ermittelt.
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Ein entsprechendes Messverfahren zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes an einer as-grown Siliziumprobe wird im Dokument
US 5 066 599 A beschrieben. Hierbei wird die IR-Absorption der Siliziumprobe sowie einer Referenzprobe mit bekanntem Sauerstoffgehalt bei einer Wellenzahl von 1107 cm
–1 bei Raumtemperatur und bei einer Temperatur kleiner als 10 K ermittelt und der Sauerstoffgehalt an Hand der erhaltenen experimentellen Daten bestimmt. Weiterhin beschreibt das Dokument
US 2010/224968 A1 eine Methode zur Bestimmung des Sauerstoff- und Kohlenstoffgehaltes einer Siliziumprobe mittels IR-Spektroskopie. Dieses Messverfahren beschränkt sich dabei jedoch auf monokristalline Siliziumproben, wie sie beispielsweise durch einen Czochralski-Prozess, nicht jedoch mittels VGF erhalten werden können.
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Zur Bestimmung des interstitiellen Sauerstoffs, im Folgenden auch lediglich als Sauerstoff bezeichnet, in einer Siliziumprobe findet aktuell die Norm SEMI MF 1188–1107 ”test method for interstitial oxygen content of silicon by infrared absorption with short baseline” Anwendung. Es wird stets eine Referenzprobe der gleichen Dicke und der gleichen Oberflächenbearbeitung benötigt. Mit dieser Testmethode können unter Berücksichtigung der entsprechenden Referenz Proben mit einer Dicke von 0,4 bis 4 mm vermessen werden. Hierbei ist es vorgesehen, dass die jeweiligen Proben eine doppelseitig, zumindest jedoch einseitig polierte Oberfläche aufweisen.
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Der Gehalt an substitutionellem Kohlenstoff, im Folgenden auch lediglich als Kohlenstoff bezeichnet, einer Siliziumprobe mittels IR-Spektroskopie wird bisher gemäß der Norm SEMI MF 1391–1107 ”test method for substitutional atomic carbon content of silicon by infrared absorption” gegen eine entsprechende Referenzprobe bestimmt. Hierzu werden Probenkörper verwendet, bei denen die Oberfläche beidseitig poliert ist.
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Die oben beschriebenen Meßmethoden werden im Folgenden auch als konventionelle Meßmethoden bezeichnet.
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Die mittlere Rauheit Ra gibt den mittleren Abstand eines Messpunktes auf der Oberfläche zur Mittellinie an. Dabei schneidet die Mittellinie innerhalb des Bezugsfeldes das wirkliche Profil so, dass eine möglichst kleine Summe der Profilabweichungen bezogen auf die Mittellinie erreicht wird. Es gilt:
mit dem Mittelwert
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Es besteht folgender Zusammenhang zwischen Oberflächenrauheit und der durch die winkelabhängige Streufunktion ARS (θ
s) dargestellten Oberflächenstreuverlusten,:
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Dabei bezeichnen λ die Lichtwellenlänge, Q den Polarisationskoeffizienten, θs und γi den polaren und azimutalen Streuwinkel, γi den Einfallswinkel des Lichts, und PSD(f) das Ortsfrequenzspektrum der Oberflächenrauheit. So ist der winkelaufgelöste Streulichtanteil ARS abhängig von der Oberflächenrauheit. Die Power Spectral Density (PSD) beschreibt die Oberflächenrauheit über verschiedene Ortsfrequenzen.
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Es bestehen demnach folgende Abhängigkeiten:
- 1) Die winkelabhängige Streuintensität ist proportional zu 1/λ4.
- 2) Die winkelabhängige Streuintensität ist proportional zum Ortsfrequenzspektrum der Oberflächenrauheit.
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Mit steigender Wellenlänge nimmt demzufolge der Streulichtanteil ab. Dagegen ist der Streulichtanteil proportional zur Oberflächenrauheit.
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Sowohl die Norm SEMI MF 1391–1107 als auch die Norm SEMI MF 1188–1107 beschreiben Verfahren zur Bestimmung des Gehaltes an Kohlen- bzw. Sauerstoff an Proben mit polierten Oberflächen, da mit zunehmender Rauheit der Oberfläche die Streuverluste zunehmen, was die Messung entsprechend negativ beeinflusst.
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Es ist bekannt, dass die Konzentrationen an Sauerstoff- bzw. Kohlenstoffverunreinigungen eines Ingots, der nach dem VGF-Verfahren hergestellt wurde, mit dessen Höhe korrelieren. Somit besteht die Notwendigkeit einer ortsaufgelösten Bestimmung der entsprechenden Konzentrationen.
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Zur Bestimmung des Verunreinigungsgehaltes eines Siliziumingots, im Folgenden auch als Ingot bezeichnet, werden durch Sägen in unterschiedlichen Höhen Proben entnommen, die anschließend poliert und gemäß den oben erwähnten Normen vermessen werden. Zu einer ortsaufgelösten Bestimmung des Verunreinigungsgrades über die Höhe des Ingots ist es daher notwendig, eine Vielzahl von Proben zu entnehmen und entsprechend vorzubereiten. Dies stellt einen nicht unerheblichen Arbeits- und Zeitaufwand dar, welcher den Meßdurchsatz begrenzt. Dies wird umso aufwändiger, je genauer die Ortsauflösung sein soll, da die Anzahl der zu entnehmenden und vorzubereitenden Proben steigt. Zudem limitiert die Probengröße die Ortsauflösung des nachzuweisenden Verunreinigungsgehaltes über die Ingothöhe. Insbesondere ist auf Grund des hohen Arbeitsaufwandes keine kontinuierliche Bestimmung des Gehaltes an Sauer- bzw. Kohlenstoff über die gesamte Höhe des Ingots möglich. Zudem ist die Ortsauflösung auf Grund der definierten Probenentnahme limitiert.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Messverfahren bereit zu stellen, welches die Bestimmung von Verunreinigungen in Silizium ermöglicht, ohne dass die Oberflächen der zu vermessenden Proben zuvor behandelt werden müssen und ohne dass dadurch Gutmaterial für die Probenpräparation verloren geht. Das erfindungsgemäße Verfahren soll den zeitlichen Aufwand bei der Probenvorbereitung und somit auch die Kosten verringern und einen erhöhten Meßdurchsatz aufweisen. Ebenfalls soll die erfindungsgemäße Messmethode in den laufenden Herstellungsprozess der Wafer, insbesondere zur Qualitätskontrolle, eingesetzt werden können. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein entsprechendes Messverfahren bereit zu stellen, bei welchem eine kontinuierliche Bestimmung des Verunreinigungsgehaltes über die gesamte Höhe des Ingots mit einer verbesserten Ortsauflösung möglich ist.
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Allgemeine Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird in überraschend einfacher Art und Weise bereits durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Verunreinigungsgehaltes an Siliziumproben mittels IR-Spektroskopie sieht dabei zumindest die im Folgenden beschriebenen Verfahrensschritte a) bis e) vor.
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In Schritt a) wird eine sägeraue Siliziumprobe mit einer Dicke kleiner als 6 mm bereitgestellt. Unter einer sägerauen Probe im Sinne der Erfindung wird dabei eine geschnittene oder gesägte Probe, auch als as-cut Probe bezeichnet, verstanden, deren Oberfläche auf Grund der Probenpräparation, insbesondere durch das Heraustrennen aus einem größeren Siliziumingot, eine mittlere Rauheit Ra typischerweise größer 1 Mikrometer gemessen mit dem Weißlichtverfahren gemäß den Meßnormen DIN EN ISO 4287 bzw. ASME B46.1 aufweist Die Probe wird bevorzugt aus den Seitenteilen bzw. aus dem Schlechtmaterial des Ingots erhalten. Hierdurch wird vorteilhafterweise kein Gutmaterial des Ingots für die Messung benötigt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei vorteilhafterweise an Siliziumproben unabhängig von deren Herstellungsmethode angewandt werden.
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Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer Probe mit einer sägerauen Oberfläche besteht keine Notwendigkeit, die Oberfläche der Probe vor dem Vermessen zusätzlich gesondert zu behandeln. Dadurch verringert sich vorteilhafter Weise der zeitliche und finanzielle Aufwand bei der Probenbereitstellung.
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Im nachfolgenden Schritt b) erfolgt die Einstrahlung von elektromagnetischer (EM-)Strahlung im Infrarot-(IR-)Bereich auf die Siliziumprobe. Insbesondere der Teil der Siliziumprobe, welcher im Strahlengang vermessen wird, ist dabei sägerau. Abhängig davon, von welcher Verunreinigung der Gehalt quantifiziert werden soll, wird eine entsprechende Wellenzahl vordefiniert, bei welcher die zu bestimmende Verunreinigung einen IR-aktiven Übergang zeigt. Da diese Wellenzahl für jede Verunreinigung spezifisch ist, können auch bei mehreren Verunreinigungen in der Probe die jeweiligen Verunreinigungsgehalte unabhängig voneinander bestimmt werden. Dies geschieht in der Regel durch das Messgerät automatisch, in dem pro Messpunkt in einer vorher definierten Auflösung für unterschiedliche Wellenzahlen die Absorption des Materials bestimmt wird.
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In Schritt c) wird die Absorption bei der festgelegten Wellenzahl durch die Probe bzw. die bei diesen Wellenzahlen IR-aktiven Verunreinigungen im Silizium bestimmt. Die Schritte b) und c) werden dabei bevorzugt mit einem FT-IR-Spektrometer durchgeführt.
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Die Schritte b) und c) werden mit einer Referenzprobe als Schritt d) durchgeführt, wobei der Gehalt der zu bestimmenden Verunreinigung in der Referenzprobe bekannt ist.
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Im Schritt e) erfolgt unter Einbeziehung der in den Schritten b) bis d) erhaltenen Messwerte die Ermittlung des Verunreinigungsgehaltes anhand der Extinktionskoeffizienten.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Einstrahlung von IR-Strahlung in eine Probe mit sägerauer Oberfläche, wobei die bereitgestellte Probe im zu vermessenden Bereich nicht poliert ist.
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Entgegen dem Stand der Technik benötigt das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Verunreinigungsgrades überraschender Weise keine behandelten, insbesondere polierten Probenoberflächen. Vielmehr können die erfindungsgemäß bereit gestellten sägerauen Proben vermessen werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Einstrahlung von IR-Strahlung, d. h. von EM-Wellen mit einer großen Wellenlänge ist der winkelaufgelöste Streulichtanteil entsprechend klein. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht somit vor, Proben mit einer gröberen Rauheit einzusetzen. Die erfindungsgemäß verwendeten Proben zeigen eine Oberflächenrauheit Ra von typischerweise 1 μm gemessen mit einem Weißlichtinterferometer, Typ MicroProf FRT. Insbesondere zeigen die verwendeten Proben eine Oberflächenrauheit Ra von 0,5 bis 2,5 Mikrometern. Somit ist die Rauheit um deutlich kleiner als die verwendete Wellenlänge, so dass der winkelabhängige Streulichtanteil weitgehend von der eingestrahlten Wellenlänge abhängt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Oberflächenrauheit Ra 20 μm bis 0,1 μm, bevorzugt 10 μm bis 0,1 μm und besonders bevorzugt 2,0 μm bis 0,1 μm.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird als Probe multikristallines Silizium verwendet. Insbesondere wird solches multikristallines Silizium verwendet, welches mittels VGF-Verfahren hergestellt wurde. Hierbei kann der in den Verfahrensschritten b) und c) vermessene Probenkörper beispielsweise durch Sägen der im VGF-Verfahren hergestellten Siliziumingots, insbesondere durch sogenannten Squaren mit einer Drahtsäge, gewonnen werden. Dabei kann die zu untersuchende Probe aus den dabei anfallenden Seitenteilen erhalten werden. Dies bietet neben der einfachen Probengewinnung zudem den Vorteil, dass die Messung an Proben aus dem Schlechtbereich des Ingots erfolgen kann. Hierdurch wird kein zusätzliches Probenmaterial benötigt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die in Schritt a) bereit gestellte Probe mit sägerauer Oberfläche zumindest in dem Bereich, in welchem die Absorptionsmessung durchgeführt wird, nicht poliert oder einer anderweitigen Behandlung zur Glättung der Oberfläche unterzogen wurde. Dies ist besonders vorteilhaft, da auf Grund des, verglichen mit einer Messung gemäß der üblichen Messnormen, erheblich geringeren Arbeitsaufwandes Proben auch großflächig vermessen werden können. Während nach den üblichen Messnormen meist polierte Proben mit Kantenlängen im Bereich von 15 mm vermessen werden, ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch möglich, beispielsweise zur Qualitätskontrolle im laufenden Prozess, Wafer zerstörungsfrei und ohne weitere Vorbereitung zu vermessen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, eine Messung an Riegeln durchzuführen. Die Riegel weisen dabei eine Dicke von 2 bis 8 mm, bevorzugt 2 bis 4 mm auf und sind planparallel. Die Riegel werden über die Höhe des Ingots gefertigt und liefern so Informationen über den Konzentrationsverlauf der Verunreinigungen in Abhängigkeit von der Ingothöhe. Dies ist vorteilhaft, da so ein kontinuierlicher Verlauf sowie der exakte Maximalgehalt der Verunreinigung ermittelt werden kann. Im Gegensatz zu konventionellen Messverfahren, bei denen punktuelle Messungen erfolgen, kann eine hohe Ortsauflösung bei gleichzeitigem hohen Meßdurchsatz erreicht werden. Bevorzugt werden die Riegel aus den Seitenteilen des Ingots, die dem Schlechtmaterial zuzuordnen sind, gefertigt.
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In einer weiteren Ausführungsform werden die Schritte b) bis d) bei einer Temperatur größer als 10 K durchgeführt. Bevorzugt werden diese Schritte bei Raumtemperatur durchgeführt. Verglichen damit sind Messungen der Absorption im Tieftemperaturbereich zeit- und kostenaufwändig.
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Zur Bestimmung des Verunreinigungsgehaltes wird in Schritt e) zunächst der Absorptionskoeffizient der Probe, beispielsweise nach der Formel α = [(EP/dP) – (ER/dR)]·23,03 bestimmt. Die Parameter EP und ER bezeichnen dabei die Bandenhöhen der Probe bzw. der Referenz, bei dP und dR handelt es sich um die Dicke der Probe bzw. Referenz. Anschließend kann die Konzentration durch Multiplikation mit dem entsprechenden Kalibrierungsfaktor K ermittelt werden: Konzentration = K·α
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, in Schritt b) die Absorption bei Wellenzahlen im Bereich von 1250 bis 1050 cm–1 um zu bestimmen, um so den Gehalt an interstitiellem Sauerstoff in der Probe zu ermitteln. Insbesondere wird die Absorption bei 1107 cm–1 bestimmt. Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn die Dicke der zu vermessenden Probe zwischen 1 und 8 mm, bevorzugt 2 und 4 mm liegt. Proben, die eine Dicke im oben aufgeführten Bereich aufweisen, sind dabei zum einen auf Grund ihrer Dicke leicht herstellbar, beispielsweise durch Sägen, zum anderen aber noch dünn genug, um genügend hohe Transmissionswerte und damit eine ausreichende Intensität des Meßsignals zu gewährleisten.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in Schritt b) die Absorption im Bereich von 650 bis 550 cm–1 bestimmt. Insbesondere wird die Absorption bei einer Wellenzahl von 605 cm–1 bestimmt. Hierdurch kann der Gehalt an substitutionellem Kohlenstoff in der Probe ermittelt werden. Vorteilhafterweise beträgt zur Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes die Dicke der zu vermessenden Probe 1 bis 6 mm. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt werden, wenn die Dicke der zu vermessenden Probe eine Dicke von 4 mm nicht überschreitet, um die entsprechende Kohlenstoffbande bei einer Wellenzahl von 605 cm–1 hinreichend genau bestimmen zu können. Besonders vorteilhaft sind Probendicken im Bereich von 2 bis 4 mm.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Absorptionsmessung an Proben mit sägerauer Oberfläche sieht einen nach unten offenen Probenraum vor. Hierdurch können Proben beliebiger Länge in den Strahlengang eingebracht und in einem scannenden Verfahren vermessen werden. Die Probe wird hierzu mittels einer Probenpositionierung in den Strahlengang eingeführt. Die Probenpositionierung kann dabei manuell oder automatisch erfolgen. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Probenpositionierung automatisch.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben.
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Dabei zeigen:
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1 eine bevorzugte Probenpräparation,
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2 die konventionelle Probenpräparation,
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3 das Absorptionsspektrum einer erfindungsgemäßen Probe sowie einer polierten Probe im Vergleich,
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4 den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Gehalt an interstitiellem Sauerstoff und substitutionellem Kohlenstoff in Abhängigkeit von der Ingothöhe,
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5 das Meßprinzip der Riegelmessung,
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6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Bestimmung des Gehaltes an Verunreinigungen mittels eines scannenden Meßverfahrens,
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7 die Konzentration an interstitiellem Sauerstoff einer Standardprobe ermittelt durch punktuelle Messungen an polierten Proben sowie nach dem scannenden Verfahren, und
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8 eine schematische Darstellung der Messung am Wafer
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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1 zeigt schematisch die Präparation einer riegelförmigen Probe 3 aus einem quaderförmigen Ingot 1, wie er beispielsweise durch das VGF-Verfahren herstellbar ist. Aus dem Ingot 1 werden durch Drahtsägen Blöcke 2 mit definierter Geometrie hergestellt. Dabei fallen an den Außenseiten Reststücke 3 an, die dem Schlechtbereich des Materials zuzuordnen sind. Bevorzugt wird aus dem so erhaltenen Reststück bzw. Seitenteil 3 des Ingots anschließend ein Riegel 4 mit der Dicke d herausgeschnitten.
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In einem ersten Ausführungsbeispiel wird dabei der Riegel 4 durch Heraustrennen aus dem Seitenteil 3 mit einem Sägeblatt Diagrit U mit den Abmessungen 8910 mm·100 mm·0,9 mm hergestellt. Die Banddicke des verwendeten Sägeblatts beträgt 0,9 +/– 0,0025 mm, gemessen mittels Tastschnittverfahren. Durch das Sägen beträgt die Oberflächenrauheit typischerweise Ra 1 Mikrometer, Rz 9 Mikrometer und Rmax 14 Mikrometer.
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2 zeigt die sich bei der konventionellen Meßmethode anschließende Weiterverarbeitung des Riegels 4 zum Probenkörper 7. Hierbei werden in definierten Höhen 5 des Riegels 4 rechteckige Probenstücke 6 herausgetrennt. Die Probenstücke 6 weisen dabei typischerweise eine Dicke von 2 mm und Kantenlängen h von ca. 15 mm auf. In einem nächsten Verfahrensschritt wird der Probenkörper 6 ein- oder beidseitig poliert. Die Oberflächenrauheit Ra der polierten Probenfläche beträgt 0,02 Mikrometer, Rz 0,3 Mikrometer und Rmax 1,0 Mikrometer. Der so oberflächenbehandelte Probenkörper 7 wird in einem FT-IR-Spektrometer vermessen.
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Im ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird zunächst ein Riegel 4 wie in 1 gezeigt erhalten. An diesem Riegel 4 kann nun ohne weitere Bearbeitung der Probenoberfläche die Messung am FT-IR-Spektrometer durchgeführt werden. Dazu werden analog zu 2 entsprechende Probenkörper 6 aus dem Riegel 4 gesägt. Diese werden jedoch ohne weitere Oberflächenbehandlung in einem FT-IR-Spektrometer vermessen. Zur Bestimmung des Gehaltes an interstitiellem Sauerstoff wird die Absorption bei einer Wellenzahl von 1107 cm–1, zur Bestimmung des substitutionellen Kohlenstoffgehaltes bei einer Wellenzahl von 605 cm–1 ermittelt. Hierzu wird die Höhe der Banden relativ zur Grundlinie von der Referenzprobe Er und der zu prüfenden Probe Ep bestimmt. Anschließend wird der Absorptionskoeffizient der zu bestimmenden Verunreinigung wie folgt berechnet: α = [(EP/dR) – (ER/dR)]·23,03 wobei dR und dP die Dicken einer polierten Probe 7 bzw. der as-cut Probe 6 angeben. Bei dem Faktor 23,03 handelt es sich um einen Umrechnungsfaktor.
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Der so erhaltene Absorptionskoeffizient α wird mit einem für die zu bestimmende Verunreinigung spezifischen Kalibrierungsfaktor K multipliziert und somit die Konzentration der Verunreinigung erhalten.
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Für interstitiellen Sauerstoff Oi gilt: K = 3,14·1017/cm–2
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Für die Bestimmung des substitutionellen Kohlenstoffes Cs ist K = 0,82·1017/cm–2
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3 zeigt die Absorption in Abhängigkeit von der eingestrahlten Wellenzahl gemessen nach dem erfindungsgemäßen Messverfahren an einer sägerauen Probe im Vergleich zum konventionellen Messverfahren an Proben mit polierter Oberfläche. Beide Proben wurden dabei aus demselben Riegel 4 (1) entnommen. Überraschenderweise konnte festgestellt werden, dass die Messung an der erfindungsgemäßen Probe mit sägerauer Oberfläche sich nicht signifikant von der Messung an einer polierten Probe unterscheidet, obwohl die Rauheit der gesägten Probe um zwei Größenordnungen größer ist als die Rauheit der polierten Probe.
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In einem zweiten Ausführungsbeispiel wurden gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens dem Riegel 4 (2) in vier unterschiedlichen Höhen Proben entnommen und diese vermessen. Anschließend wurden die Konzentrationen an interstitiellem Sauerstoff und substitutionellem Kohlenstoff bestimmt. 4 zeigt die Abhängigkeit der jeweiligen Konzentrationen von der Ingothöhe. Die Konzentration an substitutionellem Kohlenstoff steigt mit der Ingothöhe an, die Konzentration des interstitiellen Sauerstoffs nimmt dagegen mit der Ingothöhe ab.
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Insbesondere für die Konzentrationsbestimmung des interstitiellen Sauerstoffs in Abhängigkeit von der Ingothöhe ist daher eine möglichst ortsgetreue Bestimmung der Sauerstoffkonzentration wünschenswert. Auf Grund des hohen Zeit- und Arbeitsaufwandes ist die praktisch zu erreichende Ortsauflösung des konventionellen Messverfahrens jedoch begrenzt.
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Ein drittes Ausführungsbeispiel löst die Aufgabe einer ortsgetreuen Konzentrationsmessung durch eine kontinuierliche Vermessung des Riegels 4. Hierzu wird der Probenriegel 4 mit einem Messgerät vermessen, welches in der Lage ist, Proben beliebiger Länge in einem scannenden Verfahren, wie schematisch in 5 dargestellt, zu vermessen. 6 zeigt den schematischen Aufbau der Riegelvermessung. Das Messgerät ist dabei nach unten offen und ermöglicht so, den Riegel 4 in den Strahlengang zu bringen. Der Riegel 4 kann dabei sowohl mittels einer manuellen wie auch automatischen Probenpositionierung 11 in den Strahlengang 10 eingebracht werden. Bei Verwendung des oben beschriebenen scannenden Verfahrens ist es somit möglich, die Probe mit einer Ortsauflösung in der Größenordnung des Strahlquerschnitts abzuscannen. 7 zeigt die Sauerstoffkonzentration Oi in Abhängigkeit von der Ingothöhe einer Standardprobe durch die Vermessung von vier Einzelproben im Vergleich mit der Konzentrationsbestimmung gemäß des dritten Ausführungsbeispiels. Hier wurde die Konzentration bei insgesamt 12 unterschiedlichen Ingothöhen h bestimmt. Dabei können die Abstände der unterschiedlichen Ingothöhen mit Hilfe der Probenführung 11 individuell angepasst werden. Somit ist es beispielsweise möglich, einzelne Bereiche mit unterschiedlichen Ortsauflösungen zu vermessen. Dadurch kann insbesondere der Messdurchsatz erhöht werden, da die Ortsauflösung in weniger relevanten Bereichen entsprechend geringer gewählt werden kann. 7 zeigt deutlich, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren für die Konzentration des interstitiellen Sauerstoffs über die Riegelmessung ein sehr guter Verlauf über die Ingothöhe mit einer hohen Ortsauflösung erhalten werden kann. Damit ist auch die indirekte Überprüfung der Sauerstoffkonzentration Oi in Siliziumsäulen rückwirkend für das Gutmaterial möglich.
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In einem vierten Ausführungsbeispiel erfolgt die Konzentrationsbestimmung von Verunreinigungen an einem fertig gestellten Wafer. 8 zeigt schematisch das Meßprinzip. Da mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens Proben ohne weitere Bearbeitung der Probenoberfläche vermessen werden können, kann dieses Verfahren zur Qualitätskontrolle in das laufende Herstellungsverfahren der Wafer eingebunden werden. Somit ist eine kontinuierliche Konzentrationsbestimmung möglich, ohne den Prozessablauf zu unterbrechen.
