DE69905605T2

DE69905605T2 - Verfahren zur messung der grösse von polykristallinenbruchstückeund ihrer verteilung beim zufuhr in einem czochralski verfahren

Info

Publication number: DE69905605T2
Application number: DE69905605T
Authority: DE
Inventors: D. Holder; M. Joslin; John Lhamon; Hariprasad Sreedharamurthy
Original assignee: SunEdison Inc
Current assignee: SunEdison Inc
Priority date: 1998-11-03
Filing date: 1999-10-22
Publication date: 2003-11-27
Anticipated expiration: 2019-10-23
Also published as: WO2000026446A1; KR20010080295A; DE69905605D1; US6589332B1; CN1324414A; JP2002529349A; EP1131477B1; TW585939B; EP1131477A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft allgemein Verbesserungen in Siliziumkristallwachstumsprozessen und insbesondere ein Bilderkennungssystem und -verfahren für die Messung der Größe und Größenverteilung von polykristallinen Stücken für die Zuführung zu einem Czochralski-Siliziumkristallwachstumsverfahren.
Einkristallines oder monokristallines Silizium ist das Ausgangsmaterial in den meisten Verfähren für die Herstellung von elektronischen Halbleiterkomponenten. Kristallziehvorrichtungen, die das Czochralski-Verfahren einsetzen, erzeugen den Hauptanteil an einkristallinern Silizium. Kurz zusammengefasst, beinhaltet das Czochralski-Verfahren das Schmelzen einer Zuführung von hochreinem Polysilizium oder polykristallinem Silizium in einem Quarztiegel, der in einem spezifisch gestalteten Ofen angebracht ist. Üblicherweise umfasst die Zuführung unregelmäßig geformte Stücke von polykristallinem Silizium, beispielsweise hergestellt durch das Siemens-Verfahren. Die Herstellung und Eigenschaften von Polysiliziumstücken werden weiterhin ausführlich beschrieben in F. Shimura, Semiconductor Silicon Crystal Technology, Seiten 116-121, Academic Press (San Diego CA, 1989), und den darin zitierten Literaturstellen. Nach dem Schmelzen der Polysiliziumzuführung im Tiegel wird ein Keimkristall durch einen Kristallbewegungsmechanismus abgesenkt, um ihn in Kontakt mit dem geschmolzenen Silizium zu bringen. Der Mechanismus entfernt dann den Keim, um einen wachsenden Kristall aus der Siliziumschmelze zu ziehen.
Wesentliche Bedenken bei der Herstellung von Einkristallblöcken durch das Czochralski- Verfahren bestehen in der Notwendigkeit, die Bildung von Versetzungen, Fehlstellen oder anderen Defekten in der Einkristallgitterstruktur zu verhindern. Allgemein formuliert, sind Versetzungen unerwünschte Fehler in der Kristallgeometrie und resultieren aus thermischem Schock, Vibration oder mechanischem Schock, innerer Spannung auf Grund regionaler Unterschiede hinsichtlich der Abkühlungsgeschwindigkeit, Feststoffteilchen in der Schmelze an der Kristallwachstumsgrenzfläche, in der Schmelze gefangenen Gasbläschen, Oberflächenspannungseffekten oder Ähnlichem. Einmal erzeugt, verschlechtern die Versetzungen die Einheitlichkeit der elektrischen Eigenschaften des Kristalls und ermöglichen die Anlagerung von Verunreinigungen an den Einkristallen. Weiter verstärkt wird das Problem dadurch, dass sich jeder lokalisierte Defekt oder jede Versetzung im Einkristall üblicherweise verteilt und häufig einen Großteil eines Blocks unbrauchbar macht. Daher ist es erwünscht, Einkristallblöcke zu züchten bzw. zu ziehen, die die größtmögliche Länge ohne Versetzung bzw. die größtmögliche versetzungsfreie Länge aufweisen. Idealerweise würde der gesamte verwendbare Teil eines Blocks keine Versetzungen aufweisen.
Obwohl gegenwärtig verfügbare Czochralski-Wachstumsverfahren bzw. -Züchtungsverfahren zufrieden stellend sind für das Züchten von einkristallinem Silizium, das in einer breiten Vielzahl von Anwendungen verwendbar ist, sind weitere Verbesserungen nach wie vor erwünscht. Insbesondere haben die Polysiliziumstücke, die für die Zuführung zum Tiegel verwendet werden, unterschiedliche Formen und Größen, da sie üblicherweise durch manuelles Brechen von U-förmigen Stäben aus polykristallinem Silizium, erhalten aus einem Verfahren der chemischen Dampfabscheidung, erhalten werden. Auf Grund der brüchigen Natur von polykristallinem Silizium und des manuellen Bruchverfahrens weisen die Stücke keine fixierte bzw. festgelegte Form auf. Vielmehr bestehen die Stücke aus kleinen und großen Stücken mit einer Kombination von scharfen, stumpfen und runden Kanten. Die Form und Größe der Stücke sowie die Größenverteilung der Stücke kann in Abhängigkeit vom Hersteller des polykristallinen Siliziums in weitem Umfang variieren. Die Größe der Polysiliziumstücke kann selbst innerhalb von Chargen variieren, die vom gleichen Hersteller erzeugt wurden.
Die Größenverteilung der Stücke spielt eine bedeutende Rolle beim Schmelzverhalten der Zuführung und hinsichtlich der Wahrscheinlichkeit, dass Versetzungen oder andere Defekte im abschließenden Block bzw. Endblock auftreten können. Beispielsweise beeinflusst die Größenverteilung von Stücken aus polykristallinem Silizium die beim Verlust der Struktur während des Züchtungsverfahrens bzw. Wachstumsverfahrens mitwirkenden Elemente, wie z. B. herumspritzendes Randoxid, abblätternde Stücke, verbrückende Stücke und Quarzstücke. Gegenwärtig messen die Hersteller von polykristallinem Silizium nicht in regulärer Weise die Größe der Stücke oder deren Größenverteilung. Die Hersteller von Polysilizium verwenden höchstens ein Lineal, um die Länge und Breite der Stücke zu messen. Unglücklicherweise ist dieses Verfahren zur Bestimmung der Größe der Stücke zeitaufwändig, arbeitsaufwändig und ungenau. Die Kenntnis der Größendaten würde eine Bestimmung der optimalen Stückgrößen und Größenverteilungen erleichtern und folglich die Effizienz und den Durchsatz verbessern.
DE-A-4113093 zeigt an, dass die Größe der polykristallinen Stücke, die als eine Zuführung für das Czochralski-Kristallzüchtungsverfahren verwendet werden, ein wichtiger Parameter ist.
GB-A-2246230 offenbart eine Vorrichtung zur Formensortierung, insbesondere für Rohdiamanten, in der Videokameras verwendet werden, um Bilder von den Objekten zu erzeugen.
Auf Grund der oben angegebenen Gründe sind ein verbessertes System und ein verbessertes Verfahren zur Messung der mittleren Größe und der Größenverteilung von polykristallinen Siliziumstücken zur Verwendung in dem Czochralski-Verfahren erwünscht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung erfüllt die obigen Anforderungen und überwindet die Nachteile des Standes der Technik durch Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens für die Analyse der mittleren Größe und der Größenverteilung von polykristallinen Siliziumstücken. Dies wird erreicht durch ein Bildverarbeitungssystem oder Bilderkennungssystem, das effizienter und weniger zeitaufwändig ist als diejenigen im Stand der Technik. Vorteilhafterweise liefert die vorliegende Erfindung Messungen eines Bereichs an Parametern, einschließlich mittlerer Durchmesser, Perimetergröße bzw. Umfangsgröße, Oberfläche, Aspektverhältnis bzw. Größe-Breite-Verhältnis und Größenverteilung der Stücke. Außerdem ist das System wirtschaftlich durchführbar und kommerziell praktisch und das Verfahren kann in effizienter und wirtschaftlicher Weise durchgeführt werden.
Kurz beschrieben, ermöglicht ein Verfahren, das erfindungsgemäße Aspekte umfasst, eine Bestimmung der Größe von polykristallinen Siliziumstücken zur Verwendung in einem Czochralski-Siliziumzüchtungsverfahren. Das Verfahren beinhaltet die Anordnung von einem oder mehreren polykristallinen Siliziumstücken auf einem Messhintergrund, wodurch ein Bildkontrast zwischen den polykristallinen Siliziumstücken und dem Messhintergrund bereitgestellt wird. Ein Bild der polykristallinen Siliziumstücke auf dem Messhintergrund wird mit einer Kamera erzeugt. Das Bild hat eine Vielzahl von Pixeln und jeder Pixel hat einen Wert, der eine optische Eigenschaft des erzeugten Bildes repräsentiert. Das Bild wird als eine Funktion der Pixelwerte verarbeitet, um Kanten im Bild zu detektieren. Gemäß dem Verfahren werden die detektierten Kanten gruppiert, um ein oder mehrere Objekte in dem Bild zu definieren, das/die den polykristallinen Siliziumstücken entsprechen. Das Verfahren beinhaltet weiterhin die Bestimmung einer Dimension bzw. Abmessung jedes definierten Objekts. Ein Größenparameter, der mit den polykristallinen Siliziumstücken auf dem Messhintergrund verknüpft ist, wird dann als eine Funktion der bestimmten Abmessungen der definierten Objekte bestimmt.
Ebenso offenbart wird hierin ein System für die Bestimmung der Größe von polykristallinen Siliziumstücken zur Verwendung in einem Czochralski-Siliziumzüchtungsverfahren. Das System beinhaltet einen Messhintergrund, der angebracht ist, um ein oder mehrere polykristalline Siliziumstücke zu tragen bzw. zu stützen. Der Messhintergrund ist derart, dass er einen Bildkontrast zwischen den polykristallinen Siliziumstücken und dem Messhintergrund liefert. Das System beinhaltet auch eine Kamera für die Erzeugung eines Bildes der polykristallinen Siliziumstücke auf dem Messhintergrund. Das durch die Kamera erzeugte Bild hat eine Vielzahl von Pixeln und jeder Pixel hat einen Wert, der für eine optische Eigenschaft des erzeugten Bildes repräsentativ ist. Ein Bildprozessor verarbeitet das erzeugte Bild als eine Funktion der Pixelwerte, um Kanten in dem Bild zu detektieren. Der Bildprozessor gruppiert die detektierten Kanten, um ein oder mehrere Objekte in dem Bild zu definieren, das/die den polykristallinen Siliziumstücken entsprechen, und bestimmt dann eine Abmessung jedes definierten Objekts. Der Bildprozessor bestimmt auch einen Größenparameter, der mit den polykristallinen Siliziumstücken auf dem Messhintergrund verknüpft ist, als eine Funktion der bestimmten Abmessungen der definierten Objekte.
Weitere Gegenstände und Merkmale sind zum Teil offensichtlich und werden zum Teil nachfolgend hervorgehoben.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Abb. 1 ist eine schematische Darstellung einer Frontansicht eines Systems für die Messung der Größe von polykristallinen Siliziumstücken gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Abb. 2 ist eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eines Systems für die Messung der Größe von polykristallinen Siliziumstücken gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Abb. 3 ist eine exemplarische Darstellung eines digitalen Bildes von Siliziumstücken vom Typ 1.
Abb. 4 ist eine exemplarische Darstellung eines digitalen Bildes von Siliziumstücken vom Typ 2.
Abb. 5 ist eine exemplarische Darstellung eines digitalen Bildes von Siliziumstücken vom Typ 3.
Abb. 6 ist eine exemplarische Darstellung eines digitalen Bildes von Siliziumstücken, die einer Analyse durch das System der Abb. 1 und 2 unterzogen werden.
Abb. 7 ist ein beispielhafter Graph der Größenverteilung von Siliziumstücken in Abhängigkeit von der silhouettierten Fläche der Stücke, bestimmt durch das System der Abb. 1 und 2.
Abb. 8 ist ein beispielhafter Graph des Anteils an einkristallinem Silizium ohne Versetzungen in Abhängigkeit der polykristallinen Stückcharge.
Abb. 9 ist ein Fließdiagramm, das ein Verfahren für die Bestimmung bezüglich der Größeninformation von polykristallinen Siliziumstücken gemäß der Erfindung veranschaulicht.
Entsprechende Bezugszahlen zeigen entsprechende Teile in den Zeichnungen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Bezugnehmend auf die Zeichnungen zeigen die Abb. 1 und 2 ein System für die Messung der Größe von polykristallinen Siliziumstücken zur Verwendung in einem Czochralski- Einkristallzüchtungsverfahren. Gemäß einem typischen Züchtungsverfahren bzw. Wachstumsverfahren wird eine Menge an polykristallinen Siliziumstücken oder Polysiliziumstücken einem Tiegel zugeführt. Eine den Tiegel umgebende Heizvorrichtung bringt die Zuführung zum Schmelzen, um eine Siliziumschmelze zu bilden, aus der ein Einkristall gezogen wird. Die US-Patente Nrn. 5,588,993 und 5,814,148 beschreiben geeignete Verfahren für die Herstellung einer polykristallinen Siliziumzuführung. Nach der Beladung wird der Tiegel in einer Kristallzüchtungsvorrichtung angebracht, deren Heizvorrichtung das Polysilizium zum Schmelzen bringt, um die Siliziumschmelze zu bilden. Ein Sekundärzylinder, angebracht auf einer bewegbaren Unterlage, verknüpft mit der Tiegelantriebseinheit, trägt den Tiegel. Die Unterlage wird so positioniert, dass sich der Boden des Tiegels nahe des oberen Bereichs der Heizvorrichtung befindet, und wird allmählich in den Raum innerhalb der Heizvorrichtung abgesenkt. Die Geschwindigkeit, mit der die Tiegelantriebseinheit den Tiegel in die Heizvorrichtung absenkt, sowie andere Faktoren (z. B. Heizvorrichtungsleistung, Tiegelrotation und Systemdruck) beeinflussen das Schmelzen der Polysiliziumzuführung.
Wie oben beschrieben, spielt die Größenverteilung der Polysiliziumstücke eine bedeutende Rolle im Schmelzverhalten der Zuführung, was wiederum die Wahrscheinlichkeit von Versetzungen oder anderen Defekten beeinflusst, die in dem abschließenden Block auftreten. Die Größenverteilung beeinflusst herumspritzendes Randoxid, abblätternde Stücke, verbrückende Stücke, Quarzstücke und andere Faktoren, die zu einem Verlust der Struktur während des Züchtungsverfahrens beitragen. Gemäß der vorliegenden Erfindung erleichtert das System der Abb. 1 und 2 ein neues Verfahren für die Bestimmung einer mittleren Größe und einer Größenverteilung der polykristallinen Stücke. Dieses Verfahren ist gegenüber herkömmlichen Techniken weniger zeitaufwändig und ist einer ausführlicheren Datenanalyse zugänglich. Weiterhin kann diese Größeninformation verwendet werden, um die Wahl an polykristallinem Silizium für die Verwendung bei der Zuführung zu einem Czochralski-Züchtungsverfahren zu optimieren.
Das System der vorliegende Erfindung beinhaltet einen tragbaren Lichttisch bzw. Belichtungstisch 10 mit einem einstellbaren Arm 12, eine Digitalkamera 14 und einen Videomonitor 16. Die Digitalkamera 14 ist an dem einstellbaren Arm 12 des Lichttisches bzw. Belichtungstisches 10 in einer horizontalen Position X und einer vertikalen Position Y angebracht. Da der Arm 12 einstellbar ist, kann eine Bedienungsperson die X- und/oder Y-Positionen der Kamera 14 variieren. Wie schematisch in Abb. 2 gezeigt wird, umfasst der Lichttisch 10 eine obere Oberfläche 20, die durch eine Lichtquelle 22, auch als Beleuchtungsquelle bezeichnet beleuchtet wird. Obwohl Ab. 2 die Lichtquelle 22 als ein Licht darstellt, das aufwärts in Richtung der oberen Oberfläche 20 scheint, können andere Belichtungskonfigurationen mit dem erfindungsgemäßen System und dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Eine Polyethylenschicht 24 hoher Reinheit wird auf der oberen Oberfläche 20 angebracht. Die Polyethylenschicht 24 und die obere Oberfläche 20 bilden einen Messhintergrund 26. Die Bedienungsperson, die Handschuhe hoher Reinheit trägt, bringt dann polykristalline Siliziumstücke 30 Stück für Stück auf der Polyethylenschicht 24 auf. Bevorzugt wählt die Bedienungsperson die Stücke 30 aus einer einzigen Charge aus, üblicherweise in einer Tasche, und ordnet die Stücke 30 in einer einzigen Schicht an, so dass benachbarte Stücke sich gegenseitig nicht berühren. Mit dem beleuchteten Lichttisch 10 macht die Digitalkamera 14 ein Bild der Stücke 30, die auf dem Messhintergrund 26 angebracht sind.
Wie in Abb. 2 gezeigt wird, übermittelt in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform die Kamera 14 die digitalen Bilder der Stücke 30, die sie gemacht hat, an einen Bildprozessor 32 zur Analyse. Der Bildprozessor 32 umfasst bevorzugt einen Computer 34 mit Bildverarbeitungssoftware wie z. B. IMAGE-PRO®-Software von Media Cybernetics. Die gemachten Bilder der Stücke können auch an einen separaten Videomonitor übermittelt werden, der gegebenenfalls mit dem Bildprozessor verbunden sein kann. Die in Abb. 2 gezeigte Ausführungsform zeigt den Videomonitor 16 einzeln und sich unterscheidend von dem Bildprozessor 32, aber es versteht sich, dass der Bildprozessor 32 außerdem den Videomonitor 16 umfassen kann (das heißt, Bilder können auf einem mit dem Computer 34 verknüpften Monitor gezeigt werden). In Abb. 2 ist der Videomonitor 16 auch mit einem Videokassettenrekorder (VCR) 18 für die Aufnahme der von der Kamera 14 gemachten Bilder verbunden.
Die Abb. 3-5 zeigen beispielhafte digitale Bilder von Stücken, die von verschiedenen Herstellern von polykristallinem Silizium geliefert wurden. Wie in den Abb. 3-5 gezeigt wird, werden die polykristallinen Siliziumstücke auf dem Messhintergrund 26 so angeordnet, dass keines der Stücke 30 ein benachbartes Stück berührt. Die Lichtquelle 22 (vgl. Abb. 2) beleuchtet dann den Beleuchtungshintergrund 26. Der dadurch erzeugte Rückscheineffekt bewirkt, dass die polykristallinen Siliziumstücke 30 gegenüber dem Messhintergrund 26 als Silhouetten bzw. Schattenbilder 40 erscheinen.
Vorteilhafterweise und wie in den Abb. 3-5 ersichtlich ist, liefert die Querschnittsfläche jeder Stücksilhouette 40 eine Näherung der Stückgröße. Weiterhin ermöglicht es der scharfe Kontrast, erzeugt durch den Unterschied zwischen den Stücksilhouetten 40 und dem Messhintergrund 26, dass der Bildprozessor 32 ohne weiteres Kanten der Stücke detektiert und die Querschnittsfläche jeder Stücksilhouette 40 errechnet. In einer Ausführungsform definiert der Bildprozessor 32 eine Grenzbox bzw. einen Grenzkasten um jede Stücksilhouette 40. Die Abmessungen des Kastens geben näherungsweise die Fläche des Stücks 30 an. Wenn der Bildprozessor 32 die Querschnittsfläche jeder Stücksilhouette 40 errechnet hat, kann der Bildprozessor 32 (oder ein anderer Prozessor oder ein anderes Softwarepaket) andere Größenparameter bestimmen, beispielsweise die mittlere Stückgröße, die Standardabweichung der Größe der Stücke, die Verteilung der Stücke als Funktion der Stückgröße und andere Größen- oder Formparameter, die bei der Bestimmung nützlich sind, welche Stücke bei der Zuführung zu einem Czochralski- Siliziumzüchtungsverfahren zu verwenden sind.
Es versteht sich, dass das Verfahren und das System der vorliegenden Erfindung mit anderen Techniken zur Bestimmung oder Abschätzung der Stückgröße verwendet werden können. Beispielsweise können aus mehreren Winkeln aufgenommene Bilder verwendet werden, um das Volumen der Stücke anstelle der Querschnittsfläche der Stücke zu bestimmen. Es ist auch möglich, ein einziges Bild und einen Bildprozessor zu verwenden, der die Konturdaten oder andere Informationen interpretiert, die aus dem Bild erhalten werden, um das Volumen der Stücke oder die Oberfläche zusätzlich zu (oder anstelle der) Querschnittsfläche zu bestimmen. Es ist weiterhin möglich, ein Bild mit einer (nicht digitalen) Standardkamera zu machen und nachfolgend das gemachte Bild zu digitalisieren und zu verarbeiten.
Abb. 6 veranschaulicht ein beispielhaftes digitales Bild, wie es vom Bildprozessor 32 analysiert wird. Jedes Stück wird analysiert und nummeriert. Wie oben beschrieben, bestimmt der Bildprozessor 32 die Querschnittsfläche jedes nummerierten Stücks sowie kollektive Daten, die sich auf alle Stücke auf dem Messhintergrund 26 beziehen.
Tabelle I fasst die mittlere Fläche, die Standardabweichung und die Größenverteilung für jeden der drei Typen an polykristallinen Siliziumstücken, die in den Abb. 3-5 gezeigt werden, zusammen. In dem in Tabelle I gezeigten Beispiel wird die Größenverteilung als Standardabweichung, dividiert durch die mittlere Fläche, definiert. Es ist jedoch anzumerken, dass die Größenverteilung in Form anderer Größendaten definiert werden kann. Die in Abb. 3 gezeigten Stücke werden als polykristalline Siliziumstücke vom Typ 1 bezeichnet. Die in Abb. 4 gezeigten Stücke sind polykristalline Siliziumstücke vom Typ 2. Schließlich sind die in Abb. 5 gezeigten Stücke polykristalline Siliziumstücke vom Typ 3. TABELLE I
In diesem Beispiel bestimmte ein erfindungsgemäßes Messsystem bezüglich der Stücke die mittlere Größe der Stücke, die Standardabweichung der Stücke und die Größenverteilung der Stücke. Wie in Tabelle I gezeigt und in Abb. 3 veranschaulicht wird, haben Stücke vom Typ 1 eine viel größere mittlere Größe als Stücke vom Typ 2 oder Typ 3. Wie in den Abb. 4 und 5 veranschaulicht und in Tabelle I gezeigt wird, ist weiterhin die Größenverteilung für Stücke vom Typ 2 enger als diejenige für Stücke vom Typ 3, obwohl Stücke von Typ 2 und Typ 3 im Allgemeinen vergleichbare Größen aufweisen.
Bezugnehmend auf die Abb. 7 und 8 und wie oben erklärt wurde, ist die Kenntnis der mittleren Stückgröße im Allgemeinen und der Größenverteilung der Stücke im Besonderen nützlich bei der Wahl der Stücke für die Zuführung zu einem Czochralski-Siliziumzüchtungsverfahren. Wie in Abb 7 gezeigt wird, wird die Größenverteilung der polykristallinen Siliziumstücke von drei Lieferanten als Funktion der Querschnittsfläche der Stücke wiedergegeben. Die Größenverteilungskurve 72 der Stücke vom Lieferanten 1- A ist im Vergleich zu den Größenverteilungskurven 74, 76 der Stücke von den Lieferanten 1-B und 2 relativ flach. Folglich sind die vom Lieferanten 1-A erhaltenen Stücke ähnlich den Stücken vom Typ 1, die in Abb. 3 und Tabelle I gezeigt werden. Andererseits haben die Stücke von Lieferant 1-B, obwohl im Mittelwert kleiner als die von Lieferant 1-A erhaltenen Stücke, nach wie vor eine ziemlich weite Größenverteilung im Vergleich zu den Stücken, die von Lieferant 2 erhalten wurden. Die von Lieferant 1-B erhaltenen Stücke sind den Stücken vom Typ 3, die in der Abb. 5 und Tabelle I gezeigt werden, ähnlich.
Die horizontale Achse des in Abb. 7 gezeigten Graphen spiegelt die Anzahl von polykristallinen Siliziumstücken wider, die in ungeradzahlige Größenkategorien mit ±1 Inch² [6,45 cm²] passen, auch als Bins oder Größenbins bezeichnet. Beispielsweise werden alle Stücke mit silhouettierten Flächen zwischen 0 und 2 Inch² [12,90 cm²] in dem Bin mit 1 Inch² [6,45 cm²] gezählt. In ähnlicher Weise werden alle Stücke mit silhouettierten Flächen zwischen 2 und 4 Inch² [12,90 und 25,80 cm²] in dem Bin mit 3 Inch² [19,35 cm²] gezählt. Dieses Verfahren wird fortgesetzt, bis die Fläche aller Stücke gezählt ist.
Die Anzahl von Stücken, die in jeden ungeradzahligen Größenbin fallen, wird dann durch die Gesamtanzahl an Stücken dividiert, um den in jedem Bin angebrachten Gesamtanteil zu bestimmen. Die Anteilsdaten werden für jeden ungeradzahligen Bin aufgetragen und dann wird eine Kurve den Daten angepasst, wie in Abb. 7 gezeigt wird. Beispielsweise reflektiert die Verteilungskurwe 74 die Größenverteilung von polykristallinen Siliziumstücken vom Lieferanten 1-B. Wie durch Kurve 74 gezeigt wird, wurden etwas weniger als 20% (0,20) aller Stücke von Lieferant I-B in dem Bin mit 5 Inch² [32,26 cm²] gezählt. Anders formuliert, hatten 20% aller Stücke von Lieferant 1-B eine gemessene silhouettierte Fläche zwischen 4 und 6 Inch² [12,90 und 25,80 cm²].
Abb. 8 veranschaulicht einen statistischen Vorteil der Verwendung der vorliegenden Erfindung, um die Größendaten der Stücke zu bestimmen. Wie oben erklärt wurde, ist es normalerweise wünschenswert, einkristallines Silizium zu züchten, das die größtmögliche Länge ohne Versetzungen bzw. die größtmögliche versetzungsfreie Länge aufweist. Abb. 8 zeigt das vorhergesagte Kristallzüchtungsverhalten bzw. Kristallwachstumsverhalten hinsichtlich der Länge ohne Versetzung als Funktion der polykristallinen Siliziumstückcharge. Bezugnehmend auf die horizontale Achse der Abb. 8 repräsentieren H-1 bis H-4 vier verschiedene Chargen an polykristallinem Silizium vom Zulieferer 2. M- A ist eine Charge von Lieferant 1-A und M-B ist eine Charge von Lieferant 1-B. Die vertikale Achse zeigt das vorhergesagte Kristallzüchtungsverhalten mit Fehlerbalken von 95%. Beispielsweise würden etwa grob 90% (die Mitte des Fehlerbalkens) der Einkristallblöcke, gezüchtet aus polykristallinen Siliziumstücken aus Chargen mit den gleichen Eigenschaften wie Charge H-1, ohne Versetzungen gezüchtet werden. Die Fehlerbalken mit 95% geben die statistische Sicherheit der Vorhersagen des Verhaltens wieder.
Eine wesentliche Überlappung der Fehlerbalken mit 95% zwischen Lieferanten zeigt an, dass aus statistischer Sicht die Unterschiede zwischen den Chargen hinsichtlich der Länge ohne Versetzung der abschließenden erzeugten Einkristallblöcke nicht beobachtet werden können. Daten aus mehreren Chargen und von mehreren Lieferanten können gesammelt werden, so dass die optimale Information bezüglich der polykristallinen Siliziumstückgröße bestimmt werden kann. Diese Information ist nützlich bei der Eliminierung von zumindest zwei Fehlertypen. Zuerst reduziert sie die Wahrscheinlichkeit, dass eine verwendbare Charge von polykristallinem Silizium aussortiert wird. Zweitens und genauso wichtig ermöglicht sie es den Anwendern, Chargen von polykristallinem Silizium auszusondern, die wahrscheinlich einkristallines Silizium schlechter Qualität erzeugen.
Dieses Verfahren zur Bestimmung der Größe und der Größenverteilung von polykristallinen Siliziumstücken hat verschiedene Vorteile gegenüber existierenden Messtechniken. Das Verfahren ermöglicht die Verwendung aller analytischen Mittel, die mit Bildverarbeitungssoftware (z. B. IMAGE-PRO®-Software) für die Datenanalyse zugänglich sind. Vorteilhafterweise liefert die vorliegende Erfindung Messungen eines Bereichs von Parametern einschließlich mittlerer Durchmesser, Umfangsgröße, Oberfläche, Höhe-Breite-Verhältnis und Größenverteilung der Stücke.
Bezugnehmend auf Abb. 9 in Verbindung mit den Abb. 1 und 2 umfasst die Erfindung ein Verfahren für die Bestimmung der polykristallinen Stückgroße für die Zuführung zu einem Czochralski-Kristallzüchtungsverfahren. Ein oder mehrere polykristalline Stücke 30 werden auf dem Messhintergrund so angeordnet, dass ein Bildkontrast zwischen den polykristallinen Stücken 30 und dem Messhintergrund 26 erzeugt wird. Die Kamera 14 erzeugt ein Bild der polykristallinen Stücke 30. Das erzeugte Bild umfasst eine Vielzahl von Pixeln, wobei jeder Pixel einen Wert aufweist, der für eine optische Eigenschaft des erzeugten Bildes repräsentativ ist. Beispielsweise kann die optische Eigenschaft ein Graustufenwert sein. Der Bildprozessor 32 verarbeitet das erzeugte Bild als Funktion der Pixelwerte, um Kanten in dem Bild zu detektieren. Der Bildprozessor gruppiert die detektierten Kanten, um ein oder mehrere Objekte in dem Bild zu definieren, das/die den polykristallinen Stücken 30 entsprechen. Der Bildprozessor 32 bestimmt dann eine Abmessung jedes definierten Objekts. Schließlich bestimmt der Bildprozessor 32 einen mit den polykristallinen Stücken 30 verknüpften Größenparameter als eine Funktion der bestimmten Abmessungen der definierten Objekte.
Der Größenparameter kann eine Größeninformation widerspiegeln, die sich auf individuelle polykristalline Stücke 30 bezieht und/oder auf alle polykristallinen Stücke 30, die auf dem Messhintergrund 26 angeordnet sind. Beispielsweise kann der Größenparameter eine Messung sein, die die Querschnittsfläche, die Umfangsgröße, das Höhe-Breite-Verhältnis oder die Oberfläche jedes polykristallinen Stücks 30 angibt. Wahlweise kann der Größenparameter eine Messung sein, die den mittleren Durchmesser oder die Größenverteilung aller zu analysierenden polykristallinen Stücke 30 angibt.
Die vorliegende Erfindung kann zum Vorteil der Lieferanten von polykristallinem Silizium wie auch zum Vorteil von Herstellen von Einkristallblöcken verwendet werden. Die Lieferanten von polykristallinem Silizium können die vorliegende Erfindung verwenden, um Einheiten an polykristallinen Siliziumstücken zu erzeugen, die für einen bestimmten Kunden die meisten gewünschten Größeneigenschaften aufweisen. Die Hersteller von Einkristallblöcken können die vorliegende Erfindung verwenden, um das Kristallzüchtungsverfahren zu optimieren, indem dem Czochralski-Siliziumzüchtungsverfahren polykristalline Stücke mit idealen oder nahezu idealen Größeneigenschaften zugeführt werden.
Angesichts der obigen Offenbarung ist ersichtlich, dass die verschiedenen erfindungsgemäßen Aufgaben gelöst und weitere vorteilhafte Ergebnisse erhalten wurden.
Da verschiedene Änderungen bezüglich der obigen Konstruktionen und Verfahren vorgenommen werden können, ohne vom erfindungsgemäßen Bereich abzuweichen, ist beabsichtigt, dass die in der obigen Beschreibung oder in den beigefügten Zeichnungen gezeigten Offenbarungen als veranschaulichend und nicht in limitierender Weise zu interpretieren sind.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Stückgröße von polykristallinem Silicium für die Verwendung in einem Czozhralski-Wachstumsverfahren für Silicium, das Verfahren umfassend die Schritte:

Anordnen von einem oder mehreren Stücken (30) aus polykristallinem Silicium auf einem Messhintergrund. (26), wobei der Messhindergrund (26) einen Bildkontrast zwischen dem polykristallinem Silicium (30) und dem Messhintergrund (26) bereitstellt;

Erzeugen einer Abbildung der polykristallinen Siliciumstücke (30) auf dem Messhintergrund (26) mit einer Kamera (14), wobei das Bild eine Vielzahl von Pixeln aufweist und jeder Pixel einen Wert hat, der für eine optische Eigenschaft des erzeugten Bildes repräsentativ ist;

Verarbeiten des Bildes als eine Funktion der Pixelwerte, um Kanten in dem Bild zu detektieren;

Gruppieren der detektierten Kanten zum Definieren eines oder mehrerer Objekte in dem Bild, entsprechend den polykristallinen Siliciumstücken (30);

Bestimmen einer Dimension jedes definierten Objekts; und

Bestimmen eines Größenparameters, verknüpft mit den polykristallinen Siliciumstücken (30) auf dem Messhintergrund (26) als Funktion der ermittelten Dimensionen der definierten Objekte.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin der Größenparameter eine Messung darstellt, die mindestens eines der folgenden anzeigt:

einen mittleren Durchmesser der polykristallinen Siliciumstücke (30);

eine Perimetergröße jedes polykristallinen Siliciumstücks (30);

eine Oberfläche jedes polykristallinen Siliciumstücks (30);

ein Aspektverhältnis jedes polykristallinen Siliciumstücks (30);

eine Querschnittsfläche jedes polykristallinen Siliciumstücks (30); oder

eine Größenverteilung (72, 74, 76) der polykristallinen Siliciumstücke (30).

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der Messhintergrund (26) durchscheinend ist und zusätzlich umfassend den Schritt des Beleuchtens des Messhintergrundes (26), um einen erhöhten Bildkontrast zwischen den polykristallinen Siliciumstücken (30) und dem Messhintergrund (26) bereitzustellen.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Anordnungsschritt zusätzlich das derartige Platzieren jedes polykristallinen Siliciumstücks (30) auf dem Messhintergrund (26) umfasst, dass keines der Stücke (30) ein benachbartes Stück (30) kontaktiert.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Kamera (14) eine Digitalkamera ist und das erzeugte Bild ein digitales Bild ist.