Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Oberflächentemperatur von mindestens einem Siliciumstab in einem chemischen Gasphasenabscheidungsreaktor während eines Abscheidungsprozesses. Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Bestimmung einer Oberflächentemperatur sowie einen Reaktor, der eine solche Anordnung umfasst.

Polykristallines Silicium (Polysilicium) dient als Ausgangs material bei der Herstellung von einkristallinem Silicium, beispielsweise mittels Tiegelziehen (Czochralski-Verfahren) oder mittels Zonenschmelzen (Floatzone-Verfahren) . Das

einkristalline Silicium kann in Scheiben (Wafer) zersägt und nach einer Vielzahl weiterer Bearbeitungsschritte in der

Halbleiterindustrie zur Fertigung von elektronischen Bau elementen (Chips) verwendet werden.

Ferner wird Polysilicium zur Herstellung von multikristallinem Silicium, beispielsweise mittels Blockgussverfahren, benötigt. Das in Form eines Blocks erhaltene multikristalline Silicium kann zur Fertigung von Solarzellen eingesetzt werden. Dazu werden die Siliciumblöcke in der Regel zu rechteckigen Wafern zersägt .

Polysilicium wird meist mittels des Siemens-Prozesses - ein chemischer Gasphasenabscheidungsprozess - hergestellt. Dabei werden in einem glockenförmigen Reaktor (Siemens-Reaktor) dünne Filamentstäbe (Dünnstäbe) aus Silicium durch direkten Stromdurchgang erhitzt und ein Reaktionsgas enthaltend eine siliciumhaltige Komponente und Wasserstoff eingeleitet. Die siliciumhaltige Komponente ist in der Regel Monosilan (SiH ₄₎ oder ein Halogensilan der allgemeinen Zusammensetzung SiH _n X _4-n (n = 0, 1, 2, 3; X = Ci, Br, I) . Üblicherweise handelt es sich um ein Chlorsilan oder Chlorsilangemisch, meist um

Trichlorsilan (SiHCl3, TCS) . Überwiegend wird SiH ₄ oder SiHCl3 im Gemisch mit Wasserstoff eingesetzt. Der Aufbau eines typischen Siemens-Reaktors ist beispielsweise in der EP 2 077 252 A2 beschrieben.

Der Reaktorboden ist generell mit Elektroden versehen, welche die Dünnstäbe aufnehmen. Üblicherweise werden jeweils zwei Dünnstäbe mit einer Brücke zu einem Dünnstabpaar verbunden, das über die Elektroden einen Stromkreis bildet (ein Dünnstab paar hat die Form eines umgedrehten U) . Die Oberflächen temperatur der Filamentstäbe beträgt üblicherweise mehr als 1000°C. Bei diesen Temperaturen zersetzt sich die silicium haltige Komponente des Reaktionsgases und elementares Silicium scheidet sich aus der Gasphase als Polysilicium auf der Stab oberfläche ab (chemische Gasphasenabscheidung CVD; engl.:

Chemical vapour deposition) . Dadurch nimmt der Durchmesser der Dünnstäbe zu. Nach dem Erreichen eines vorgegebenen

Durchmessers wird die Abscheidung üblicherweise gestoppt und die erhaltenen U-förmigen Siliciumstäbe ausgebaut. Nach dem Entfernen der Brücke werden annähernd zylinderförmige

Siliciumstäbe erhalten.

Die Oberflächentemperatur der Siliciumstäbe ist eine wichtige Einflussgröße, die während der Abscheidung typischerweise kontrolliert und durch Variation des Stromdurchgangs angepasst werden kann. Grundsätzlich nimmt der Wärmefluss, der die

Siliciumstäbe verlässt, mit der Abscheidezeit zu, da der

Durchmesser und damit die Oberfläche der Stäbe wächst. Während der Abscheidung ist also üblicherweise eine Anpassung der Stromstärke erforderlich. Zu hohe Oberflächentemperaturen führen grundsätzlich zu einer übermäßigen Bildung von

Siliciumstaub, während zu niedrige Oberflächentemperaturen zu einer verlangsamten Abscheidung oder gar keiner Abscheidung mehr führen. Daneben bestimmt die Oberflächentemperatur die Oberflächenbeschaffenheit und damit die Qualität der Silicium stäbe. Höhere Temperaturen führen zwar generell zu einem schnelleren Anwachsen der Siliciumstäbe, allerdings nimmt die Ausprägung einer unebenen Oberfläche mit steigender Temperatur zu .

Eine bekannte Methode zur Messung der Oberflächentemperatur eines Siliciumstabes ist die Verwendung von Pyrometern, beispielsweise Strahlungspyrometern. Generell messen Pyrometer die Temperatur eines Messpunkts auf einer Oberfläche anhand der Strahlungsintensität, die bei einer bestimmten Wellenlänge oder einem bestimmten Wellenlängenbereich emittiert wird.

Aufgrund der Hitze im Inneren des Reaktors erfolgt die Messung grundsätzlich von außerhalb des Reaktors, wobei die Strahlung durch ein in der Reaktorwand angebrachtes Sichtfenster

detektiert wird. Um einen ungestörten Strahlungsdurchgang zu gewährleisten, ist das Sichtfenster in der Regel mit

speziellen Optiken ausgestattet.

Problematisch bei der Bestimmung der Temperatur nur eines Messpunkts ist generell die Oberflächenbeschaffenheit des Polysiliciumstabes. Optimale Messergebnisse können nur auf einer ebenen Oberfläche erzielt werden. In der Realität kann die Oberfläche eines Siliciumstabes allerdings Furchen und Erhebungen aufweisen, die sich hinsichtlich ihrer Ober

flächentemperatur stark unterscheiden können.

Aus der EP 2 391 581 Bl ist ein Verfahren zur Messung des Durchmessers und der Oberflächentemperatur eines Silicium stabes bekannt. Dabei wird mittels eines Pyrometers, das horizontal um eine Drehachse, die parallel zur Längsachse des Siliciumstabes verläuft, schwenkbar ist, eine Temperatur messung über die Zeit und gleichzeitig eine Messung des

Dickenwachstums durch horizontales schwenken durchgeführt.

Es werden also mehrere Temperaturmessungen auf einer

horizontalen Linie vorgenommen.

Bei schwenkbaren Pyrometern können gegebenenfalls weitere Siliciumstäbe innerhalb des Reaktors in den optischen Weg zwischen Pyrometer und zu vermessenden Siliciumstab gelangen. Ferner kann es zu einer Detektion der inneren Reaktorwand temperatur kommen. Um derartige Störsignale auszublenden sind Prozeduren erforderlich, die von vorbestimmten Temperatur schwellwerten abhängen und darüber entscheiden, ob die

Temperatur auf dem zu vermessenden Siliciumstab oder neben diesem detektiert wird. Solche Schwellwertverfahren sind anfällig gegenüber Störungen. Beispielsweise können

Fluktuationen der Gasströme zu Fehlmessungen führen. Ferner ist es in der Regel schwierig Temperaturen zu unterscheiden, die von zwei übereinander gelagerten Stäben stammen, über die geschwenkt wird. Der ermittelte Durchmesser kann so verfälscht werden. Erschwerend kommt hinzu, dass während der Abscheidung der Durchmesser der Polysiliciumstäbe zunimmt und sich damit die für die Temperaturmessung charakteristische Fläche ver ändert. Außerdem verkürzt sich der Abstand zwischen dem

Pyrometer und der Staboberfläche, was mit einer Veränderung des Fokus einhergeht. Eine weitere Herausforderung bei der Oberflächentemperaturmessung sind die Seitenbereiche des Siliciumstabes. In diesen Bereichen ist üblicherweise eine zuverlässige Temperaturerfassung unmöglich, da die emittierte Strahlung in diesen Bereichen nur zu einem kleinen Teil auf den Detektor eines Pyrometers trifft. Aus der EP 2 732 067 Bl ist ein Verfahren zur Überwachung der Oberflächentemperatur eines Siliciumstabes in einem CVD- Reaktor bekannt, bei welchem mit einem Bilderfassungsgerät (Digitalkamera oder CCD Sensor) ein Bild des Reaktorinnenraums durch ein Sichtfenster aufgenommen wird. Die Temperatur wird durch eine Pixelanalyse in einer konstant großen Zielfläche des Bildes bestimmt. Gegebenenfalls wird die Strahlungs intensität und damit die Temperatur des Siliciumstabes durch Vergleichen des Bildes mit einer Strahlungsintensität eines Referenzbildes ermittelt. Ferner lassen sich anhand der Pixel analyse (Übergang von hellen zu dunklen Pixeln) die Außen kanten eines Siliciumstabes bestimmen. Daraus kann der Durch messer berechnet und die Position der Zielfläche festgelegt werden .

Bei der Bestimmung der Oberflächentemperatur und des Stab durchmessers mit nur einem Bilderfassungsgerät kann es

insbesondere dann zu Problemen kommen, wenn sich zwei

Siliciumstäbe überlagern. Da die Stäbe üblicherweise in etwa dieselbe Temperatur aufweisen, können diese unter Umständen als ein Stab erfasst werden, wodurch sich ein zu großer Durch messer errechnet. Wird nun der Bereich, in welchem die

Temperatur analysiert wird, in Abhängigkeit des Durchmessers positioniert, können gegebenenfalls die gekrümmten Stabkanten im Bereich der Überlagerung erfasst werden, wodurch die

Temperaturanalyse verfälscht wird. Daneben berücksichtigt ein flächenmäßig konstant großer Messbereich nicht die mit

steigendem Siliciumstabdurchmesser kleiner werdende Krümmung der Stäbe.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, während des Betriebs eines Abscheidungsreaktors ein Verfahren zur Messung der Oberflächentemperatur von Siliciumstäben bereitzustellen, das die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Oberflächentemperatur von mindestens einem Siliciumstab in einem chemischen Gasphasenabscheidungsreaktor während eines Abscheidungsprozesses, bei dem eine Messvorrichtung A in einer auf dem Siliciumstab angeordneten Messfläche die Oberflächen temperatur bestimmt und eine Messvorrichtung B kontinuierlich oder diskontinuierlich mindestens einen Durchmesser des

Siliciumstabes und/oder mindestens einen Durchmesser zumindest eines anderen in dem Reaktor angeordneten Siliciumstabes ermittelt. Die Größe und/oder die Position der Messfläche auf dem Siliciumstab wird dabei in Abhängigkeit des oder der ermittelten Durchmesser angepasst bzw. definiert.

Das Verfahren umfasst vorzugsweise die folgenden Schritte:

a) Ermitteln von mindestens einem Durchmesser von zumindest einem Siliciumstab mit der Messvorrichtung B;

b) Definieren der Größe und/oder der Position der auf dem

Siliciumstab angeordneten Messfläche in Abhängigkeit des in Schritt a) ermittelten Durchmessers;

c) Bestimmen der Oberflächentemperatur innerhalb der Messfläche mit der Messvorrichtung A;

d) Kontinuierliches oder diskontinuierliches Wiederholen der Schritte a) , b) und c) , wobei eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Anpassung der Größe und/oder der Position der Messfläche an den Durchmesser des Siliciumstabes erfolgt .

Die Verwendung von zwei separaten Messvorrichtungen A und B ermöglicht eine besonders störungsfreie Bestimmung des

Siliciumstabdurchmessers und seiner Oberflächentemperatur. Vorteilhafterweise kann die Anordnung der Messvorrichtungen derart erfolgen, dass die Problematik einer Überlagerung des jeweiligen Messbereichs durch andere Siliciumstäbe ausge schlossen werden kann. Die dynamische Anpassung der Größe der Messfläche an den unmittelbar ermittelten Stabdurchmesser trägt der sich mit steigendem Durchmesser veränderten Krümmung des Stabes Rechnung. Ferner kann die Messfläche auf diese Weise besonders groß gehalten werden. Dadurch können durch die Oberflächenstruktur bedingte Temperaturunterschiede auf der Staboberfläche besser kompensiert werden, so dass es zu keiner Verfälschung des Messergebnisses kommt. Durch die dynamische Anpassung der Position der Messfläche auf dem Siliciumstab kann sichergestellt werden, dass die Messfläche einen

konstanten Abstand zu einer oder beiden Kanten des Silicium stabes einhält. Insbesondere kann die Messfläche mittig zwischen den Stabkanten positioniert werden, so dass die für gewöhnlich zu ungenauen Messergebnissen führenden Seiten bereiche ausgespart bleiben.

Bei dem Gasphasenabscheidungsreaktor handelt es sich insbe sondere um einen Siemens-reaktor . Die Anzahl der im Reaktor angeordneten Siliciumstäbe bzw. Siliciumstabpaare ist für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens generell uner heblich. Typische Beispiele für die Anzahl von Siliciumstäben in einem Reaktor sind 36 (18 Stabpaare), 48 (24 Stabpaare) oder 54 (27 Stabpaare) . Die Siliciumstäbe können in guter

Näherung als zylinderförmig angesehen werden. Die Dünnstäbe können ebenfalls zylindrisch ausgebildet sein, möglich sind allerdings auch andere Geometrien. Ferner kann davon aus gegangen werden, dass sowohl die Oberflächentemperatur als auch der Durchmesser aller Siliciumstäbe im Reaktor im

Wesentlichen gleich ist, insbesondere dann, wenn die ent sprechenden Messwerte bei gleicher Stabhöhe, beispielsweise der Stabmitte, verglichen werden. Diese Näherung ist gerecht fertigt, da moderne Siemens-Reaktoren dafür ausgelegt sind, eine möglichst homogene Abscheidung zu gewährleisten, d.h. Siliciumstäbe gleicher Qualität und Form zu generieren. Dies wird durch einen homogenen Gasfluss innerhalb des Reaktors erreicht und insbesondere durch eine im Wesentlichen

symmetrische Anordnung der Stäbe. An welchem Stab oder Stäben die Temperatur- und Durchmesserbestimmung durchgeführt wird ist daher von der Anzahl in einem Reaktor angeordneter

Siliciumstäbe generell unabhängig. Zudem hat eine dynamisch an das Wachstum der Siliciumstäbe angepasste Temperaturmessfläche den Vorteil, gegebenenfalls auftretende Temperaturunterschiede herauszumitteln .

Die Bestimmung der Oberflächentemperatur und/oder des Durch messers erfolgt vorzugsweise von außerhalb des Reaktors durch ein Sichtfenster . Die Messvorrichtungen A und B sind dabei insbesondere an verschiedenen Positionen jeweils vor einem Sichtfenster angeordnet. Bevorzugt befinden sich die Messvor richtungen allerdings auf gleicher Höhe, wobei es unwesentlich ist, ob sich die Messvorrichtungen beispielsweise auf Höhe der Stabmitte oder auf Höhe des oberen oder unteren Stabdrittels befinden. Beispielsweise kann die Messvorrichtung A auf einer der Messvorrichtung B gegenüberliegenden Seite des üblicher weise glockenförmigen Reaktors angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Messvorrichtungen nebeneinander (in Umfangsrichtung des Reaktors) vor jeweils einem Sichtfenster positioniert. Sie können auch nebeneinander oder übereinander vor einem ge meinsamen Sichtfenster positioniert sein.

Unter einem kontinuierlichen Wiederholen soll insbesondere verstanden werden, dass die Erfassung des Durchmessers und damit die dynamische Anpassung der Messfläche und/oder deren Position in Echtzeit während der gesamten Abscheidung erfolgt. Bei einem diskontinuierlichen Wiederholen erfolgt die Er fassung in festgelegten Intervallen, beispielsweise minuten- oder stundenweise.

Die Messvorrichtung B umfasst vorzugsweise eine Kamera, insbe sondere Digitalkamera oder CCD-Kamera. Bevorzugt handelt es sich bei der Messvorrichtung B um eine solche Kamera. Der Durchmesser wird durch eine (insbesondere digitale) Bildbe arbeitung eines mittels der Messvorrichtung B erzeugten Bildes oder Bildausschnitts vom Reaktorinneren bestimmt. Es kann auch vorgesehen sein, ein Video zu erzeugen, wobei dann vorzugs weise Einzelbilder des Videos einer Bildbearbeitung unterzogen werden .

Die Bildbearbeitung kann durch eine analoge oder digitale Bildbearbeitungseinheit erfolgen, die vorzugsweise von der Messvorrichtung B umfasst ist. Insbesondere kann es sich um eine Computersoftware handeln. Bei der Bildbearbeitungseinheit kann es sich auch um ein separates Gerät handeln, das mit der Messvorrichtung B verbunden ist.

Die Bestimmung des Durchmessers kann erfolgen, indem der Fokus der Kamera so gewählt wird, dass zumindest ein Siliciumstab in seiner Breite vor der inneren Reaktorwand sichtbar ist. In der Regel erscheint auf dem so erhaltenen Bild der Siliciumstab hell vor der im Hintergrund dunkler erscheinenden Reaktor innenwand. Mittels Pixelanalyse durch die Bildbearbeitungs einheit kann dann eine linke Kontur (Kante) und eine rechte Kontur (Kante) des Siliciumstabes identifiziert und die da zwischenliegende Strecke bestimmt werden. Die Kamera ist üblicherweise derart kalibriert, dass das mit ihr aufgenommene Bild in seiner Breite einer bestimmten Strecke in Umfangs- richtung auf der Reaktorinnenwand entspricht. Die Reaktorgeo metrie, insbesondere der Reaktorumfang auf Höhe der Kamera, ist grundsätzlich bekannt. Die Position des Siliciumstabes und damit dessen Abstand zur Reaktorinnenwand sowie zur Kamera ist üblicherweise ebenfalls bekannt. Durch Korrelation der aus der Reaktorkonfiguration bekannten Strecken bzw. Abständen kann dann anhand der zwischen linker und rechter Kontur des

Siliciumstabes liegenden Strecke der Stabdurchmesser errechnet werden. Der Fokus der Kamera kann auch so ausgewählt werden, dass mehrere, insbesondere zwei oder drei, Siliciumstäbe in ihrer vollen Breite vor der inneren Reaktorwand sichtbar sind. Das Messprinzip bleibt das gleiche.

Grundsätzlich ist es auch möglich anhand des erhaltenen

Bildes, den Abstand zwischen zwei benachbarten Stäben vor der Reaktorwand zu messen und daraus deren Durchmesser, insbe sondere mittels Triangulation, zu berechnen. Bei dieser

Variante müssen die beiden benachbarten Stäbe nicht not wendigerweise jeweils in ihrer vollen Breite auf dem Bild erkennbar sein. Grundsätzlich müssen die rechte Kante des linken Stabes und die linke Kante des rechten Stabes erkennbar sein. Durch Korrelation der aus der Reaktorkonfiguration be kannten Strecken bzw. Abständen kann dann anhand des Abstands der Stäbe zueinander der Durchmesser berechnet werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Messvor richtung B eine Recheneinheit, wobei der Durchmesser aus mittels der Recheneinheit erfassten Parametern des Ab

scheidungsprozesses bestimmt wird.

Bei den Parametern kann es sich um einen oder mehrere

Parameter aus der Gruppe mit Volumenstrom des Reaktionsgases, Abscheidetemperatur, Stabstromstärke, Stabspannung, elektrischer Stabwiderstand und Prozesszeit handeln.

Der Volumenstrom kann beispielsweise durch einen Durchfluss messer (z.B. Schwebekörper-Durchflussmesser) in einer

Reaktionsgaszuleitung zum Reaktor bestimmt werden.

Gegebenenfalls erfolgt die Bestimmung bevor sich die Zuleitung zu mehreren Düsen verzweigt.

Bei der Stabstromstärke handelt es sich um die Stromstärke, mit welcher die Siliciumstabpaare erhitzt werden (Joule- Erwärmung) . Bei der Stabspannung handelt es sich um die

Spannung, die zur Erzeugung des Stabstroms zwischen einem Stabpaar anliegt. Die Messung der Spannung und Stromstärke kann mittels handelsüblicher Messgeräte erfolgen. Bei dem elektrischen Stabwiderstand handelt es sich um den Heizwider stand der Siliciumstäbe. Dieser wird aus der Stabspannung und der Stromstärke berechnet. Bei der Prozesszeit handelt es sich um die Zeit, die seit Beginn der Gasphasenabscheidung bereits vergangen ist.

Der oder die gemessenen Parameter werden insbesondere an die Recheneinheit weitergeleitet und von dieser erfasst, wobei mittels einer Software der Stabdurchmesser berechnet werden kann. Dazu wird üblicherweise mittels einer Kamera der Mess vorrichtung B der Durchmesser zu einer bestimmten Abscheide zeit, insbesondere zu Beginn der Abscheidung, bestimmt.

Mittels der oben genannten Parameter kann dann unter Ver wendung von Vergleichsdaten aus vorherigen Abscheidungs prozessen mittels der Software eine Berechnung des Stabdurch messers in Abhängigkeit der Abscheidezeit erfolgen. Bevorzugt kann die Messvorrichtung B sowohl eine Kamera als auch eine Recheneinheit umfassen. Die Bestimmung des Stab durchmessers kann dann anhand beider Methoden erfolgen und die erhaltenen Werte miteinander verglichen werden. Das Risiko von Messfehlern kann so minimiert werden.

Vorzugsweise wird der Durchmesser von mindestens zwei, insbesondere drei oder vier, Siliciumstäben bestimmt. Die verschiedenen Durchmesser können dabei von einer Kamera be stimmt werden, beispielsweise indem der Fokus der Kamera derart eingestellt wird, dass zwei oder mehr Siliciumstäbe in dem erzeugten Bild zu sehen sind (siehe Beschreibung oben) .

Es können allerdings auch zwei oder mehr Kameras, die unter schiedlich um den Reaktor positioniert sind, gemäß der obigen Beschreibung den Durchmesser verschiedener Stäbe bestimmen. Vorzugsweise befinden sich dabei die Kameras auf unter

schiedlicher Höhe. So ist es auch denkbar, dass zwei über einander angeordnete Kameras den Durchmesser des oder der selben Stabs/Stäbe, allerdings in unterschiedlicher Höhe be stimmen. Aus den ermittelten Werten für den Durchmesser kann dann ein Mittelwert gebildet werden, wodurch sich die Mess genauigkeit zusätzlich erhöhen lässt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Messvor richtung A ein Thermographiesystem, insbesondere Pyrometer oder Wärmebildkamera. Vorzugsweise handelt es sich bei der Messvorrichtung A um zumindest ein solches Thermographie system.

Die Messvorrichtung A wird vorzugsweise derart positioniert, dass die vertikal verlaufenden Kanten des Siliciumstabes, dessen Oberflächentemperatur bestimmt werden soll, am Ende des Abscheidungsprozesses nicht außerhalb des Fokusbereichs liegen. Der Fokus der Messvorrichtung A ist vorzugsweise auf den Siliciumstab gerichtet, welcher der Messvorrichtung A am nächsten ist. Üblicherweise handelt es sich dabei um den

Siliciumstab, welcher dem Sichtfenster, vor dem die Mess vorrichtung A positioniert ist, am nächsten ist. Generell spielt die Position des Sichtfensters bzw. die Position des Stabes im Reaktor für die Ausführung der Erfindung wie oben bereits beschrieben keine Rolle.

Üblicherweise ist zu Beginn des Abscheidungsprozesses, die Messvorrichtung A derart kalibriert, dass ihre Messfläche in ihrer Breite an den Durchmesser der verwendeten Filamentstäbe angepasst ist. Vorzugsweise ist die Messfläche zu Beginn im Bereich der Stabmitte positioniert.

Die Messvorrichtung A kann auch eine Bildbearbeitungseinheit zur digitalen oder analogen Bildbearbeitung umfassen. Die Position der Messfläche kann so beispielsweise durch eine Pixelanalyse und Erkennung der linken Kontur (Kante) und rechten Kontur (Kante) des Siliciumstabes kontrolliert werden. Diesbezüglich kann auf die Ausführungen zur Messvorrichtung B verwiesen werden.

Die Anpassung der Messfläche an die mit fortschreitender

Prozessdauer im Durchmesser wachsenden Stäbe erfolgt auf Basis des mittels der Messvorrichtung B bestimmten Stabdurchmessers entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich. Bevorzugt geschieht dies durch eine Rückkopplung, bei der vor jeder Bestimmung der Oberflächentemperatur in der Messfläche der Durchmesser von der Messvorrichtung B abgefragt werden kann. Vorzugsweise sind die Messvorrichtungen A und B dazu

miteinander gekoppelt, insbesondere über einen Controller. Über den Controller können beispielsweise bei einer dis kontinuierlichen Anpassung der Messfläche die Zeitintervalle eingestellt werden. Ferner kann die Geometrie der Messfläche und/oder der Grad der Ausdehnung der Messfläche in Ab

hängigkeit des Durchmessers eingestellt werden.

Die Messfläche weist vorzugsweise eine senkrecht zu einer Siliciumstabachse verlaufende Breite auf, wobei die Messfläche derart in Abhängigkeit des Stabdurchmessers definiert wird, dass die Breite zwischen 2 und 98%, bevorzugt 5 und 95%, be sonders bevorzugt 10 und 90%, des Durchmessers beträgt. Durch die bevorzugt mittige (zwischen den vertikal verlaufenden Kanten des Siliciumstabes) Positionierung der Messfläche werden auf diese Weise die Randbereiche des Siliciumstabes bei der Temperaturerfassung ausgespart. Dies erhöht die

Genauigkeit der Messung, da die Wärmestrahlung in diesen

Bereichen grundsätzlich nur zu einem kleinen Teil von einem Detektor des Thermographiesystems erfasst werden kann.

Bevorzugt weist die Messfläche eine parallel zur Silicium stabachse verlaufende Höhe auf, wobei die Messfläche derart angepasst wird, dass die Höhe zwischen 2 und 300%, bevorzugt 5 und 200%, besonders bevorzugt 10 und 150%, des Durchmessers beträgt. Die Höhe der Messfläche kann auch konstant gehalten werden. Vorzugsweise nimmt die Höhe der Messfläche in

demselben Maß zu wie ihre Breite.

Vorzugsweise ist die Messfläche rechteckig ausgebildet. Die Messfläche kann auch eine andere Form aufweisen. Beispiels weise kann es sich um einen Kreis handeln. Dieser kann dann mit zunehmendem Stabdurchmesser größer werden oder es bildet sich mit fortschreitender Dauer der Abscheidung eine ovale Messfläche, beispielsweise dann, wenn die Höhe konstant ge halten wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgen die Be stimmung der Oberflächentemperatur und die Bestimmung des Durchmessers an demselben Siliciumstab.

Bevorzugt können auch zwei oder mehr Messvorrichtungen A die Oberflächentemperatur an verschieden Siliciumstäben messen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Abscheide temperatur anhand der bestimmten Oberflächentemperatur in der Messfläche gesteuert. Bei der Abscheidetemperatur handelt es sich um einen Sollwert der Oberflächentemperatur, der zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Abscheidungsprozesses

idealerweise erreicht sein soll. Die Abscheidetemperatur liegt in der Regel zwischen 900 und 1200°C und kann während des Ab scheideprozesses variiert werden, beispielsweise um die Ober flächenbeschaffenheit der Siliciumstäbe zu beeinflussen. Vor diesem Hintergrund ist es wichtig, über eine Methode zur Ober flächentemperaturmessung zu verfügen, bei der oberflächen bedingte Extremwerte das Messergebnis nicht verfälschen. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt eine solche Methode dar.

Alternativ oder zusätzlich können auch weitere Parameter in Abhängigkeit von der gemessenen Oberflächentemperatur ge steuert werden, beispielsweise Volumenstrom des Reaktions gases, Stabstromstärke, Stabspannung, elektrischer Stab widerstand

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Abscheideprozess nach dem Erreichen eines vorgegebenen Stabdurchmessers be endet . Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung einer Oberflächentemperatur von mindestens einem Siliciumstab in einem chemischen Gasphasenabscheidungsreaktor während eines Abscheidungsprozesses, umfassend eine Messvor richtung B zur Bestimmung von zumindest einem Durchmesser von mindestens einem Siliciumstab und eine mit der Messvor

richtung B gekoppelte Messvorrichtung A zur Bestimmung der Oberflächentemperatur innerhalb einer, vorzugsweise mittig, auf dem Siliciumstab angeordneten Messfläche, wobei die Größe und/oder die Position der Messfläche in Abhängigkeit des oder der ermittelten Durchmesser angepasst wird, und wobei die Messvorrichtungen A und B zusammen oder unabhängig voneinander vor einem Sichtfenster außerhalb des Reaktors angeordnet sind.

Insbesondere eignet sich die Anordnung zur Durchführung des zuvor beschrieben Verfahrens. Hinsichtlich der Ausgestaltung der Anordnung kann daher auch auf die obigen Ausführungen verwiesen werden.

Die Messvorrichtungen A und B können jeweils schwenkbar, insbesondere senkrecht zur vertikal verlaufenden Silicium stabachse, gelagert sein.

Vorzugsweise sind die Messvorrichtungen A und B über einen Controller miteinander gekoppelt. Bei dem Controller kann es sich beispielsweise um eine computergestützte Software

handeln. Der Controller ist vorzugsweise von der Anordnung umfasst .

Ferner kann die Anordnung zumindest eine analoge oder digitale Bildbearbeitungseinheit umfassen. Die Bildbearbeitungseinheit kann sowohl mit der Messvorrichtung A als auch mit der Mess- _V orrichtung B verbunden sein oder jede der Messvorrichtungen A und B ist jeweils mit einer solchen Bildbearbeitungseinheit verbunden .

Vorzugsweise können der Controller zur dynamischen Anpassung der Messfläche und die Bildbearbeitungseinheit in einem

System, beispielsweise Software, zusammengefasst sein.

Besonders bevorzugt kann ein solches System ferner die Rechen einheit zur parametergestützten Durchmesserbestimmung um fassen .

Für eine möglichst fehlerfreie und reproduzierbare Temperatur messung in der Messfläche ist ein homogener und störungsfreier optischer Weg wichtig. Es ist vorteilhaft, wenn das Sicht fenster und gegebenenfalls sämtliche darin verbauten optischen Elemente eine konstante optische Transmission aufweisen.

Ferner sollte verhindert werden, dass sich Ablagerungen an den Flächen des Sichtfensters und seiner Komponenten nieder- schlagen, insbesondere an der Reaktorinnenseite zugewandten Flächen. Durch die hohen Temperaturen, die eingeleiteten Gase und Flüssigkeiten während der Abscheidung können sich ferner die optischen Eigenschaften des Sichtfensters und seiner

Komponenten verändern (Änderung der optischen Transmission) .

Vorzugsweise umfasst das Sichtfenster ein erstes und ein zweites optisches Element, wobei die optischen Elemente durch einen mit einem Kühlmedium gefüllten Raum voneinander

beabstandet sind. Das erste optische Element ist vorzugsweise der Messvorrichtung zugewandt, während das zweite optische Element dem Reaktorinneren zugewandt ist. Die Temperaturdrifts lassen sich durch die Kühlung minimieren. Bei den optischen Elementen handelt es sich vorzugsweise um Scheiben aus Glas oder Quarzglas. Bevorzugt bestehen beide optischen Elemente aus demselben Material.

Bei dem Kühlmedium kann es sich um eine Flüssigkeit, insbe sondere Wasser, oder um ein Gas (z.B. H ₂ oder N ₂₎ handeln.

Vorzugsweise hat der Raum einen Einlass und einen Auslass für das Kühlmedium, damit die Temperatur der optischen Elemente durch einen vorzugsweise kontinuierlichen Kühlmediumstrom konstant gehalten werden kann.

Vorzugsweise wird eine ins Reaktorinnere gerichtete Oberfläche des zweiten optischen Elements derart mit einem Gas, vorzugs weise Wasserstoff, beaufschlagt, dass ein Kontakt mit sich im Reaktorinneren befindlichen Gasen unterbunden ist. Hierzu können eine oder mehrere Düsen auf die ins Reaktorinnere ge richtete Oberfläche gerichtet sein, die unter einem bestimmten Druck die Oberfläche kontinuierlich oder in bestimmten Zeit abständen abblasen. Die Düse (n) kann/können auch parallel zur Oberfläche ausgerichtet sein, so dass sich bei einem

kontinuierlichen Gasstrom eine Art Schutzschicht vor der ins Reaktorinnere gerichteten Oberfläche des zweiten optischen Elements ausbildet. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest eine Düse vorgesehen sein, die der Oberfläche entgegengesetzt ausgerichtet ist und durch einen kontinuierlichen Gasstrom das aus dem Reaktorinnenraum herantretende Gas verdrängt.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Gasphasen abscheidungsreaktor zur Abscheidung von polykristallinem

Silicium, umfassend eine metallische Grundplatte, einen lösbaren auf der Grundplatte angeordneten glockenförmigen und kühlbaren Reaktormantel, Düsen zur Gaszufuhr und Öffnungen zur Abfuhr von Reaktionsgas, Elektrodenhalterungen für Filament stäbe sowie die zuvor beschriebene Anordnung. Der Reaktor eignet sich insbesondere zur Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 2 zeigt die auf einem Siliciumstab angeordnete

dynamische Messfläche.

Fig. 3 zeigt den Bereich des Sichtfensters der Anordnung zur

Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Siemens-Reaktors 1, der eine Anordnung 10 zur Bestimmung der Oberflächentemperatur eines Siliciumstabes 3 umfasst. Der Reaktor 1 umfasst einen Mantel 2, der einen Reaktorinnenraum 4 einschließt. Auf die Darstellung eines Kühlsystems des

Reaktormantels 2 wurde verzichtet. In dem Mantel 2 sind auf gleicher Höhe zwei Sichtfenster 6, 8 angeordnet. Vor dem

Sichtfenster 6 befindet sich eine Messvorrichtung A, bei der sich um ein Pyrometer handelt. Vor dem Sichtfenster 8 befindet sich eine Messvorrichtung B, bei der es sich um eine Digital kamera handelt. Beide Messvorrichtungen A und B sind ferner mit einem System 9 gekoppelt, das eine Bildbearbeitungs einheit, einen Controller zur dynamischen Anpassung einer Temperaturmessfläche 7 und eine Recheneinheit zur prozess parametergestützten Durchmesserbestimmung enthält. Bei dem System 9 handelt es sich um einen softwaregestützten Prozess leitstand. Die Messvorrichtungen A und B, die Sichtfenster 6,

8 sowie das System 9 bilden die Anordnung 10.

Zur Bestimmung der Oberflächentemperatur in der Messfläche 7 auf einem Siliciumstab 3 mittels der Messvorrichtung A wird zunächst mittels der Messvorrichtung B der Durchmesser zweier Siliciumstäbe 3, 5 ermittelt. Dazu nimmt die Messvorrichtung B ein Bild des Reaktorinnenraumes 4 auf, wobei der Fokus der Kamera so eingestellt ist, dass beide Siliciumstäbe 3, 5 er kennbar sind. Die Messvorrichtung B kann gegebenenfalls auch schwenkbar angeordnet sein und je ein Bild der Silicium stäbe 3, 5 aufnehmen. Das oder die erhaltenen Bilder werden an das System 9 übermittelt und mittels der integrierten Bildbe arbeitungseinheit die Konturen (linke und rechte Kanten, ange deutet durch vier gestrichelte Linien) der Siliciumstäbe 3, 5 ermittelt. Anhand der zwischen der linken und der rechten Kante liegenden Strecke auf dem Bild lassen sich wie oben be schrieben die Durchmesser dl und d2 der Siliciumstäbe 3, 5 be rechnen. Alternativ oder zusätzlich können die Durchmesser dl und d2 auch über den Abstand a der Siliciumstäbe 3, 5 zuein ander berechnet werden (siehe Beschreibung oben) . Gegebenen falls erfolgt die Bestimmung weiterer Stabdurchmesser an anderen Siliciumstäben. Aus den erhaltenen Werten wird ein Mittelwert gebildet, der an den Controller weitergereicht wird. Der Controller bewirkt dann eine Anpassung der Mess fläche 7 des Pyrometers an den erhalten Wert, indem er die Breite der Messfläche (angedeutet durch zwei gestrichelte Linien) vergrößert wie aus Fig. 2 ersichtlich ist.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus zwei thermographischen

Aufnahmen 21, 22 eines Abschnitts eines Siliciumstabes 3, die übereinandergelegt und mit der Messvorrichtung A (Pyrometer) aufgenommen wurden. Die Aufnahme 21 ist in etwa zur Hälfte der gesamten Abscheidezeit entstanden. Die Aufnahme 22 ist kurz vor Beendigung der der Abscheidung entstanden. Die helleren Bereiche 23 entsprechen dem Zuwachs an Polysilicium der zwischen beiden Aufnahmen 21, 22 stattgefunden hat. Die Fläche Al entspricht der zu Beginn der Abscheidung definierten Mess fläche 7 zur Bestimmung der Oberflächentemperatur des

Siliciumstabes 3. Die im Wesentlichen senkrecht zu einer Stabachse S verlaufende Breite bl der Messfläche 7 betrug zu diesem Zeitpunkt etwa 90% der Breite (Durchmesser) des

Siliciumstabes 3. Die Fläche A2 entspricht der Messfläche 7 zum Zeitpunkt der Aufnahme 21. Dessen Breite b2 betrug zu diesem Zeitpunkt etwa 80% der Breite (Durchmesser) des

Siliciumstabes 3. Die mit c gekennzeichneten gestrichelten Pfeile deuten die kontinuierliche Anpassung der Messflächen breite über die Abscheidezeit in Abhängigkeit des Stabdurch messers an. Diese Anpassung erfolgt durch die kontinuierliche Bestimmung eines oder mehrerer Stabdurchmesser mittels der Messvorrichtung B (vgl. Fig. 1) . Die Position der Messfläche 7 wurde derart angepasst, dass sie in der Mitte des ermittelten Stabdurchmessers liegt. Die Höhe der Messfläche 7 war

konstant .

Es ist gut erkennbar, dass die Breite b2 der Messfläche 7 nur etwa 80% des Stabdurchmessers beträgt. Ferner ist die Mess fläche 7 mittig angeordnet, sodass die Bereiche in Nähe der Stabkanten 24 von der Temperaturmessung ausgespart bleiben.

Die von der Staboberfläche emittierte Wärmestrahlung in diesen Randbereichen kann nicht mehr ausreichend durch den Detektor eines Pyrometers erfasst werden und würde das Messergebnis verfälschen .

Fig. 3 zeigt eine detailliertere Darstellung des Sicht

fensters 6 aus der Fig. 1. Das Sichtfenster 6 umfasst ein erstes optisches Element 32 und ein zweites optisches

Element 34, die in einem Tubus 30 angeordnet sind. Der

Tubus 30 ist mit dem Reaktormantel 2 verbunden und besteht vorzugsweise aus demselben Material wie dieser. Die optischen Elemente 32, 34 sind aus Quarzglas. Zwischen ihnen befindet sich ein Raum 36, der mit einer Zugasleitung 35 und einer Abgasleitung 37 versehen ist. Zur Kühlung der optischen Elemente 32, 34 wird der Raum 36 kontinuierlich mit N2 oder H2 durchströmt. Das optische Element 34 hat eine dem Reaktor inneren 4 zugewandte Seite 38. Parallel zu dieser Seite 38 sind einander gegenüberliegend zwei Düsen 40 angeordnet, welche in einen Bereich 39 vor der Seite 38 Wasserstoffgas einblasen. Auf diese Weise wird zum einen die Seite 38 gekühlt und zum anderen eine Kontaktierung durch siliciumhaltige

Reaktionsgase oder Partikel aus dem Reaktorinneren 4 unter bunden. Gegebenenfalls vorhandene Ablagerungen können eben falls abgeblasen werden, wozu die Düsen 40 auch drehbar an geordnet sein können. Ferner sind weitere Düsen 42 vorgesehen, die schräg in Richtung Reaktorinnenraum 4 ausgerichtet sind und ebenfalls Wasserstoffgas in den Bereich 39 einblasen. Auf diese Weise wird ein Kontakt der Seite 38 mit Komponenten aus dem Reaktorinnenraum 4 zusätzlich erschwert.