DE102005020850B4

DE102005020850B4 - Dichtring für eine elektrochemische Zelle

Info

Publication number: DE102005020850B4
Application number: DE200510020850
Authority: DE
Inventors: Thomas Wolff
Original assignee: Wolff Thomas Dipl-Phys
Current assignee: Wolff Thomas Dipl-Phys
Priority date: 2005-05-02
Filing date: 2005-05-02
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2025-05-03
Also published as: DE102005020850A1

Abstract

Dichtring (10) für eine Einrichtung (1) zum photoelektrochemischen Nassätzen und/oder Ausmessen der Ladungsträger-Konzentration einer Halbleiterprobe (12) mittels einer im Betrieb mit einer Elektrolyt-Flüssigkeit (6) gefüllten photoelektrochemischen Zelle (2),
• der an einer Durchbrechung (8) der elektrochemischen Zelle (2) anbringbar ist,
• der aus einem gegen Elektrolyte resistenten Material besteht,
• der ein Dichtungsende (13) aufweist, an dem die zu ätzende und/oder auszumessende Halbleiterprobe (12) anlegbar ist,
• der eine zum Licht-Durchtritt bestimmte innere Licht-Durchtrittsöffnung (11) besitzt, die – entlang ihrer Zentralachse (10a) gesehen – auf das Dichtungsende (13) nach innen konisch sich verengend zuläuft,
dadurch gekennzeichnet,
• dass er einen Grundkörper (22) und eine an dessen Vorderseite befindliche vorspringende spitzwinklige Dichtlippe (24) aufweist, deren Ende als das Dichtungsende (13) vorgesehen ist und die eine – in Richtung der Zentralachse (10a) gemessene – Höhe (h) von maximal 1,0 mm und einen Winkel (γ) im Bereich...

Description

Die Erfindung betrifft einen Dichtring für eine Einrichtung zum photoelektrochemischen Nassätzen und/oder Ausmessen der Ladungsträger-Konzentration einer Halbleiterprobe mittels einer im Betrieb mit einer Elektrolyt-Flüssigkeit gefüllten photoelektrochemischen Zelle,

• der an einer Durchbrechung der elektrochemischen Zelle anbringbar ist,
• der aus einem gegen Elektrolyte resistenten Material besteht,
• der ein Dichtungsende aufweist, an dem die zu ätzende und/oder auszumessende Halbleiterprobe anlegbar ist, und
• der eine zum Licht-Durchtritt bestimmte innere Licht-Durchtrittsöffnung besitzt, die – entlang ihrer Zentralachse gesehen – auf das Dichtungsende nach innen konisch sich verengend zuläuft.

Ein solcher Dichtungsring ist aus der WO2004/008523 A2 bekannt.
Auf dem Gebiet des photoelektrochemischen Nassätzens und/oder des Ausmessens der Ladungsträger-Konzentration einer Halbleiterprobe mit elektrochemischem CV-Profiling werden Dichtungsringe benötigt, die vielfältigen Anforderungen genügen müssen. Sie müssen zunächst einmal präzise gearbeitet sein, damit die von ihnen definierte Messfläche nach Möglichkeit keinen Schwankungen unterliegt. Sie sollen bei Anpressen an eine Halbleiterprobe eng anliegen, damit die Elektrolytflüssigkeit nicht seitwärts austreten kann. Bei diesem Anpressvorgang müssen sie möglichst formstabil bleiben, so dass der Rand des Dichtrings die Halbleiterprobe möglichst gleichmäßig abdeckt und dass die Messfläche eindeutig definiert ist. Sie müssen darüber hinaus eine innere Licht-Durchtrittsöffnung besitzen, so das mittels einer Lichtquelle die Messfläche möglichst gleichmäßig und vollständig ausgeleuchtet werden kann. Bei dieser Lichtquelle kann es sich um eine solche handeln, die für den photoelektrochemischen Ätzvorgang oder zum Beobachten der Messfläche mittels eines Spiegels, eines Strahlteilers und/oder einer Kamera eingerichtet ist.
Aus der WO200400641 A2 ist ein Gerät zur Verbesserung der Genauigkeit und Wiederholbarkeit von elektrochemischen ECV-Messungen bekannt. Dieses Gerät arbeitet mit einer Beleuchtungseinrichtung wählbarer Wellenlänge zur Bestrahlung der Messfläche und mit einer elektronischen Kamera zwecks Empfang des reflektierten Lichts, wobei diese Kamera an einen PC angeschlossen ist. Hier wird an der Messzelle ein Dichtring mit konisch verlaufender Außenfläche eingesetzt. Über die Kontour der Licht-Durchlassöffnung des Dichtrings ist keine Aussage gemacht. Aus 3 dieser Veröffentlichung wird deutlich, das sich der während der Ätzung entstehende Gasblasen primär am Außenbereich der Messfläche ansammeln.
Aus der DE 31 03 611 A1 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung des Tiefenprofils der Ladungsträger-Konzentration in Halbleiterkristallen bekannt, die mit einem Dichtungsring in Form eines O-Rings an einer elektrochemischen Zelle arbeitet. Dieser O-Ring wird bei der Messung an den Halbleiterkristall angedrückt. Eine solche Konstruktion birgt die Möglichkeit in sich, dass Elektrolytflüssigkeit in diejenige Fläche eindringen kann, die zwischen dem zusammengedrückten O-Ring und der Halbleiterprobe entsteht. Diese Fläche ist unkontrolliert, so dass die benetzte Fläche von Messung zu Messung unterschiedlich sein kann. Die Messfläche ist aber ein sehr entscheidender Parameter zur Bestimmung der Ladungsträgerkonzentration, so dass dieser Wert mit einem Fehler behaftet wird. Darüber hinaus entsteht beim Ätzvorgang ein Ätzkrater, der aufgrund des schlecht definierten Messflächenrands keinen scharfen Rand aufweist. Ein möglichst scharfer Rand des Ätzkraters ist aber oftmals sehr wichtig.
Aus der DE 102 56 821 B4 ist eine Einrichtung zum photoelektrochemischen Ätzen einer Halbleiterprobe, vorzugsweise einer Gallium-Nitrid-Probe, bekannt, die mit einem Gefäß zur Aufnahme von Elektrolyt-Flüssigkeit, mit einer UV-Lichtquelle zum Bestrahlen der Halbleiterprobe mit UV-Licht durch die Elektrolyt-Flüssigkeit hindurch, mit einer Messeinrichtung des bei der UV-Licht-Bestrahlung an der Kontaktfläche entstehenden Photostroms, und mit einer auf die eingesetzte Halbleiterprobe gerichteten Zuleitung für frische Elektrolyt-Flüssigkeit ausgerüstet ist. Das Gefäß ist an einer Seitenwand mit einer runden Durchbrechung versehen, an die von außen ein runder Dichtring aus elastischem Kunststoff angesetzt ist.
Dieser Dichtring begrenzt mit seiner Außenfläche eine Kontaktfläche auf der Halbleiterprobe. Der Dichtring kann mit einem Schieber auswechselbar montiert sein. Bei dieser Einrichtung ist der Dichtring mit einer inneren zylindrischen Licht-Durchtrittsöffnung versehen. Er besitzt eine Außenfläche, die in Richtung auf die Halbleiterprobe konisch verengt ist.
Bei einer zylindrischen Licht-Durchtrittsöffnung in einem Dichtring lassen sich einige Nachteile konstatieren:

1. Der Halbleiterbereich am Rand der vom Dichtring begrenzten Messfläche lässt sich schwer oder gar nicht beobachten. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich das außen zulaufende Ende des Dichtrings beim Anpressen geringfügig verformen kann. Außerdem ist zu beobachten, dass bei einer vergrößernden Betrachtung der Messfläche, z. B. mittels einer Kamera, eine Einschränkung des Gesichtsfeldes am Rande der Messfläche auftritt.
2. Eine Abschattung des Randes der Messfläche ergibt sich bei einer Beleuchtung der Messfläche mit fokussiertem Licht, sobald dieses durch die Lichtdurchtrittsöffnung im Dichtring hindurchtritt. Diese Beleuchtung ist aber viele Mess- und/oder Ätzprozesse erforderlich und sollte über die gesamte Messfläche möglichst bis zum Rand gleichmäßig sein.
3. Bei manchen Ätzprozessen entstehen Gasblasen, die sich bevorzugt am Rand der Ätzfläche ansammeln. Im Fall einer zylindrischen Licht-Durchtrittsöffnung liegen sie damit vollständig im Bereich des Lichtwegs zur Ätzfläche. Sie stören damit den Ätzvorgang. Es sollte nach einer Möglichkeit gesucht werden, diese Störung gering zu halten.
4. Überdies hat sich erwiesen, dass Elektrolytflüssigkeit in mögliche Abstände zwischen einem Dichtring mit stumpfer Endfläche einerseits und der Halbleiteroberfläche andererseits eindringen kann. Dies führt erfahrungsgemäß dazu, dass die benetzte Messfläche mit der Endfläche der Licht-Durchtrittsöffnung nicht übereinstimmt. Bereits oben wurde dargelegt, dass die dadurch undefinierte Messfläche stark in das Messergebnis eingeht und das hieraus starke Messfehler entstehen können.

Aus der WO 2004/008523 A2 ist der eingangs genannte Dichtring bekannt. Dieser Dichtring besitzt eine konisch nach vorne zulaufende Außenfläche sowie eine in zwei Stufen konisch nach vorne in Richtung auf die Halbleiterprobe verlaufende Licht-Durchtrittsöffnung. Der Dichtring besteht aus einem Kunststoff und ist in der Aufnahmeöffnung eines Ring-Halters gehalten. Der Ring-Halter wiederum ist selbst in einem Schieber untergebracht, welcher in eine elektrochemische Zelle einschiebbar ist. Nach dem Einbringen wird die zu messende Halbleiterprobe an die Dichtöffnung angedrückt. Der Ringhalter kann außen ein Element besitzen, mit dem er ergriffen und in die elektrochemische Zelle hineingeführt und von dieser entfernt werden kann. Der anfangs stark konische Verlauf der inneren Licht-Durchgangsöffnung geht ab einem Absatz in eine sehr wenig konisch verlaufenden, praktisch zylindrischen Endbereich in Richtung zur Dichtfläche über. Angaben über den Winkel der Konizität sind für beide Teilbereiche nicht gemacht.
Es ist darauf hinzuweisen, dass bei diesem Dichtring gemäß 3 die Dichtfläche zum Halbleiter stumpf ausgebildet ist. Im Text ist ausdrücklich darauf hingewiesen, „dass in der einfachsten Ausführungsform die Außenkante des Dichtrings (Dichtfläche) und die Halbleiterprobe genügend parallel sind, so dass ein Leck zwischen beiden nicht entsteht". Allerdings wird auch darauf hingewiesen, „dass es vernünftig ist, bei dieser Anordnung eine gewisse Selbstjustierung zu gewährleisten, um Ausrichtungsfehler in der Maschine und mögliche Probleme mit der Probe zu kompensieren." Hierfür wird eine Kombination mit einem weitern Dichtring vorgeschlagen, so dass der erste Dichtring dann schwimmend gelagert ist.
Eine solch schwimmende Lagerung ist eine sehr aufwendige und schwer kontrollierbare Lösung, insbesondere auch wenn man die kleinen Dimensionen üblicher Dichtringe in Betracht zieht. Die oben unter Punkt 3 angesprochene Problematik bezüglich der Gasblasen ist mittels dem hier verwendeten Absatz und dem praktisch zylindrischen Endbereich der Licht-Durchtrittsöffnung in Richtung Dichtfläche allein nicht lösbar. Daher wird von einer deutlichen Spülung mittels komplizierter Strukturen (Düsen und Ableitungen) Gebrauch gemacht, weshalb die Konstruktion von der einfachheitshalber zu erwartenden Rotationssymmetrie deutlich abweicht. Da hier mit stumpfer Endfläche des Dichtrings gearbeitet wird, wird die oben unter Punkt 4 angesprochene Problematik nicht gelöst.
Auf dem Markt sind von der Firma AOTI Operating Company Inc., Bend, Oregon 97701 (USA) Dichtringe käuflich erhältlich, die ebenfalls mit einer zweistufigen Lichtdurchlassöffnung versehen sind, wobei der vordere Teil der Licht-Durchtrittsöffnung wiederum eine praktisch zylindrische Kontur besitzt. Diese Dichtringe sind an der Dichtfläche zur Halbleiterprobe mit einer hervortretenden Dichtlippe von etwa 0,2 mm versehen. Mittels dieser Dichtlippe lässt sich die unter obigem Punkt 4 angesprochene Problematik erheblich verringern. Allerdings sind die oben unter Punkt 1 bis 3 angesprochenen Probleme noch vorhanden.
Die DD 141 661 beschreibt eine Vakuumspanneinrichtung zum Transport von Halbleiterscheiben. Hierbei wird ein hochelastischer, mittig von einer Hülse gestützter Dichtungsring verwendet, der endseitig eine nach außen trichterförmig ausgebildete Dichtungslippe aufweist. Die auf einem Aufnahmekörper befindliche Aufnahmefläche für die Halbleiterscheiben besitzt an einer Ansaugöffnung stufenförmige Einsenkungen. In den unteren Teil dieser Einsenkungen ist der Dichtungsring eingesetzt, und zwar so, dass die Dichtungslippe um einen definierten Betrag über die Auflagefläche hinausragt. Der untere Teil der Hülse sitzt dabei in einer Bohrung im Aufnahmekörper. Bei Aufliegen einer Halbleiterscheibe auf der Dichtungslippe und gleichzeitigem Saugzug über die Hülse wird der obere Teil der Dichtungslippe in den oberen Teil der Einsenkungen nach außen hin berührungsfrei hineingezogen. Mit anderen Worten: Der obere Teil der Dichtungslippe wird an der Halbleiterscheibe umgebogen. Dadurch ergibt sich ein Festhalten der betreffenden Halbleiterscheibe auf der Auflagefläche des Aufnahmekörpers.
Es ist anzumerken, dass diesem Stand der Technik ein anderer Anwendungsfall zugrunde liegt als der vorliegenden Erfindung. Der Dichtungsring besitzt eine innere Öffnung, die am einen Ende zur Aufnahme der Hülse bestimmt und zylindrisch ausgebildet sowie am anderen Ende zum Umknicken in Richtung auf die Einsenkungen bestimmt und nur dort konisch ausgebildet ist. Der konische Teil öffnet sich nach außen. Ein solcher Dichtungsring mit zweistufiger innerer Öffnung und nach außen sich verbreiternder Öffnung sollte bei einer elektrolytischen Zelle nicht angewendet werden.
Aus der DE 197 28 962 A1 ist eine Vorrichtung zum Ätzen einer Halbleiterscheibe (Wafer) bekannt, die nach Art einer Ätzdose aufgebaut ist und einen Grundkörper besitzt. An der Oberseite des Grundkörpers kann die Halbleiterscheibe – mit ihrer einen Seite im Randbereich mittels einer umlaufenden Dichtung nach außen abgedichtet – angebracht werden. Die Dichtung besteht hier aus zwei von einander beabstandeten, umlaufenden Dichtungslippen, und in den Bereich zwischen den Dichtungslippen mündet eine Unterdruckleitung. Diese Dichtung ist somit zur Abdichtung eines ganzen Wafers, nicht jedoch zur Abdichtung einer definierten, genau umgrenzten Fläche auf dem Wafer vorgesehen. Über einen Dichtring, der zum Lichtdurchtritt bei der Bestrahlung einer definierten Fläche auf dem Wafer vorgesehen sei, ist in dieser Literaturstelle nichts ausgesagt.
Auch aus der DE 199 11 084 A1 ist eine ringförmige Dichtung bekannt, mit der der mit einer Elektrolyt-Flüssigkeit gefüllte Innenraum eines Prozessbehälters gegenüber der Außenwand eines Halbleiter-Wafers, der mit einem Metall zu plattieren ist, abgedichtet wird. Dieser Dichtring ist endseitig in die Öffnung in einer Seitenwand des Prozessbehälters eingeschweißt. Er weist eine nach innen gekrümmte Oberfläche und nahe der Wafer-Oberfläche eine endseitig ebene Dichtlippe auf. Beim Anlegen an den Wafer wird durch das ebene Ende der Dichtlippe eine – hier erwünscht – relativ große Berührungsfläche gebildet. Eine große Berührungsfläche wird aber gemäß der vorliegenden Erfindung als nachteilig angesehen. Der in dieser Druckschrift beschriebene Dichtring wird zum Abdichten eines kompletten Wafers im Randbereich verwendet. Über einen Dichtring, der zum Lichtdurchtritt bei der Bestrahlung einer definierten Fläche auf dem Wafer vorgesehen ist, ist in dieser Literaturstele nichts ausgesagt. Der Dichtring hat keine speziell ausgeformte Dichtlippe, und trifft den Halbleiterwafer in ca. rechtem Winkel. Würde ein solcher Dichtring für die hier erfoderliche Begrenzung einer kleinen Fläche auf dem Wafer verwendet, so würden sich an dem Übergang zwischen Dichtring und Halbleiter Blasen fangen können, die eine kleinere Messfläche unzulässig stören würden.
Die JP 04-171961 A betrifft eine elektrochemische Zelle zum Messen der Ladungsträgerkonzentration einer Halbleiterscheibe. Die Zelle wird mittels eines Dichtrings, der im Betrieb von UV-Licht durchstrahlt wird, an die Halbleiterscheibe angelegt. Der Dichtring besitzt dabei eine Lichtdurchtritts-Öffnung, die nach vorne hin sich verjüngend konisch ausgebildet ist. Es ist hier festzustellen, dass dieser Dichtring an seiner Auflagefläche an der Halbleiterscheibe keine ausgebildete spitzwinklige Dichtlippe besitzt. Er liegt somit mit relativ großer Auflagefläche an der Halbleiterprobe an. Diese relativ große Auflagefläche kann sich bei der Messung ganz oder teilweise mit Elektrolyt-Flüssigkeit füllen. Dies führt zu Meßungenauigkeiten, wenn die Halbleiterscheibe direkt kontaktiert wird. Daher wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, die Halbleiteroberfläche vor der Messung mit einer elektrisch isolierenden Schicht, z. B. einer Lackschicht, zu schützen. Das hat jedoch den Nachteil, dass vor der Messung der Halbleiter prozessiert werden muss, was einen erheblichen Zusatzaufwand bedeutet. Außerdem müssen die Eigenschaften der isolierenden Schicht auf das Halbleitermaterial und auf die verwendete Elektrolytflüssigkeit abgestimmt werden. Dies bedeutet ebenfalls einen erheblichen Zusatzaufwand und kann zu unerwünschten Einschränkungen bei der Auswahl des Halbermaterials und/oder der Elektrolytflüssigkeit führen.
Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, dass sich durch geeignete Dimensionierung und Geometrie die oben unter Punkt 1 bis 4 angesprochenen Probleme zumindestens weitgehend beseitigen lassen.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, einen Dichtring der eingangs genannten Art auszugestalten, so

1. dass bei vergrößernder Betrachtung der Messfläche, z. B. mittels einer Kamera, keine Einschränkung des Gesichtsfeldes am Rande der Messfläche auftritt,
2. dass bei einer Beleuchtung der Messfläche mit fokussiertem Licht sich keine Abschattung des Randes der Messfläche ergibt,
3. dass die bei manchen Ätzprozessen entstehenden Gasblasen weniger stören, und
4. dass die Messfläche reproduzierbar einstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Dichtring gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist,

• dass er einen Grundkörper und ein an dessen Vorderseite befindliche vorspringende spitzwinklige Dichtlippe aufweist, deren Ende als das Dichtungsende vorgesehen ist und die eine – in Richtung der Zentralachse gemessene – Höhe von maximal 1,0 mm und einen Winkel im Bereich von 10° bis 40° besitzt,
• dass der Öffnungswinkel des konischen Verlaufs der inneren Licht-Durchtrittsöffnung im Bereich von 10–40° liegt, und
• dass sich der konische Verlauf der inneren Licht-Durchtrittsöffnung vom Grundkörper ausgehend durchgehend bis an das Ende der Dichtlippe geradlinig und ohne Absatz fortsetzt.

Es ist also festzuhalten, dass dieser Dichtring sehr einfach aufgebaut ist, ohne Absatz im Verlauf der Licht-Durchtrittsöffnung auskommt und dennoch überraschenderweise die in den Punkten 1 bis 4 angesprochene Problematik weitestgehend beseitigt. Er benutzt dazu die an sich bekannte spitzwinklige Dichtlippe, die hier allerdings in ihrem Innenbereich relativ stark konisch verläuft. Der Öffnungswinkel des konischen Verlaufs ist so gewählt, dass die besagten Gasblasen nicht mehr in dem inneren Bereich des Randes der Messfläche, wo sie stören, festgehalten werden, sondern dass sie nach außen abdriften können.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Dichtrings zeichnet sich dadurch aus, dass er vollständig rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Das Ende der Dichtlippe sollte, wie erwähnt, gegen die Zentralachse gemessen einen Winkel im Bereich von 10° bis 40° aufweisen. Dieser Winkel sollte vorzugsweise etwa 20° betragen.
Die Außenfläche des Dichtrings kann zumindest einen, aber auch mehrere, konische Bereiche aufweisen.
Von Vorteil ist es, wenn an seiner Außenfläche eine Vertiefung oder Nut zum Greifen mit einem Werkzeug aufweist, die insbesondere in seinem mittleren Bereich angeordnet ist. Durch das sichere Greifen mit einem Werkzeug wird die Gefahr verringert, dass die Dichtlippe bei der Handhabung des Dichtrings beschädigt wird.
Für die übliche Vorgehensweise bei der Messung ist es zweckmäßig, einen Wert zwischen 0,5 und 20 mm², vorzugsweise einen Wert bei 1,0 oder 10 mm², besitzt.
Der Grundkörper des Dichtrings sollte zum Einfassen in einer Fassung an der Durchbrechung der elektrochemischen Zelle ausgebildet sein. Wichtig ist dabei, dass man den Dichtring von vorne, dass heißt von der vorderen Außenseite der elektrochemischen Zelle aus, leicht auswechseln kann. Demgemäss ist gemäss einer Weiterbildung vorgesehen, dass die Fassung einen Schieber, insbesondere den Schieber einer Schwalbenschwanz-Führung, umfasst, der für eine auswechselbare Montage des Grundkörpers samt Dichtlippe vorgesehen ist.
In einer besonders vorteilhaften konstruktiven Ausführungsform ist der Dichtring in eine runde Schalbenschwanz-Halterung einschiebbar und dort mittels eines keilförmigen Schiebers und eines an diesem angreifenden Excenters feststellbar.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von 5 Figuren näher erläutert. Es zeigen
1 eine elektrochemische Zelle mit erfindungsgemäßem Dichtring im Querschnitt,
2 eine vergrößerte Darstellung des in 1 verwendeten Dichtrings im Querschnitt,
3 eine weiter vergrößerte Darstellung der verwendeten Dichtlippe,
4 eine elektrochemische Zelle mit Verschiebeeinrichtung zum Halten des Dichtrings in Vorderansicht und
5 einen Schnitt durch 4 in Blickrichtung A-A.
In 1 ist ein Ausschnitt einer Einrichtung 1 zum photoelektrochemischen Nassätzen und/oder Ausmessen der Ladungsträger-Konzentration einer Halbleiterprobe dargestellt. Sie zeigt, dass in einem im wesentlichen quaderförmigen Körper oder Gefäß 2 aus Kunststoff, z. B. aus Teflon (PTFE), ein zylindrischer Elektrolyt-Raum 4 zentral angeordnet ist. Der Körper 2 stellt die elektrochemische Zelle dar. Der Elektrolyt-Raum 4 nimmt im Betrieb Elektrolyt-Flüssigkeit 6 auf.
Er ist in 1 zur rechten Seite des Gefäßes 2 hin kegelförmig verengt und endet an der rechten vertikalen Seitenwand in einer runden Durchbrechung 8, an die von außen ein runder Dichtring 10 mit Zentralachse 10a und mit zentraler Licht-Durchtrittsöffnung 11 aus Kunststoff angesetzt ist. Wenn der Dichtring 10 an eine zu ätzende und/oder zu messende, auf einer Halteplatte 9 festgehaltene, Halbleiterprobe 12 angesetzt ist, die vertikal ausgerichtet ist, so ist der Elektrolyt-Raum 4 nach rechts flüssigkeitsdicht abgeschlossen. Die Licht-Durchtrittsöffnung 11 besitzt einen sich nach rechts konisch verengenden Verlauf. Der Dichtring 10 begrenzt eine Kontakt- oder Messfläche 14 auf der Halbleiterprobe 12. Der Dichtring 10 ist mit einem später in 3 und 4 gezeigten Schieber auswechselbar montiert. Es kann je nach Messaufgabe ein Dichtring 10 verwendet werden mit einer Kontaktfläche 14 von 10 mm² oder 1 mm².
Von links wird der Elektrolyt-Raum 4 durch ein Fenster 16 aus Saphir, das für UV-Licht durchlässig ist, abgeschlossen. Für die Ätzung der Halbleiterprobe 12 kann durch dieses vertikal angeordnete Fenster 16 und den Elektrolyt-Raum 4 hindurch aus einer (nicht gezeigten) UV-Lichtquelle möglichst paralleles oder leicht fokussiertes UV-Licht 18 auf die Kontaktfläche 14 gestrahlt werden. Als UV-Lichtquelle kann z. B. eine Quecksilberdampf-Lampe oder eine Halogen-Lampe verwendet werden, je nach Bandlücke des Halbleiters. Zur Beobachtung kann durch das Fenster 16 hindurch das Licht einer (nicht gezeigten) Beobachtungs-Lichtquelle eingestrahlt werden. In diesem Fall ist zum Empfang des reflektierten Lichtes zweckmäßigerweise über einen (nicht gezeigten) Lichtteiler eine (nicht gezeigte) elektronische Kamera vorgesehen, die mit einem (nicht gezeigten) elektronischen Datenverabeitungssystem, insbesondere einem PC, verbunden ist. Damit lässt sich die Kontaktfläche 14 in Bezug auf verschiedene Parameter beobachten.
Unter einem Winkel α von ca. 30° gegen die Flächennormale der Kontaktfläche 14 ist in der oben gezeigten Wand des Gefäßes 2 eine Zuleitung 20 für frische Elektrolyt-Flüssigkeit 6 so in Richtung der Kontaktfläche 14 eingelassen, dass die frische Elektrolyt-Flüssigkeit 6 gegen die Kontaktfläche 14 mit einer (nicht gezeigten) Pumpe aus einem (nicht gezeigten) Flüssigkeitsbehälter gepumpt werden kann.
Einzelheiten des Dichtrings 10 sind in den 2 und 3 gezeigt. Er besteht danach aus einem Grundkörper 22 und einer an dessen Vorderseite befindlichen vorspringenden spitzwinkligen, vergleichsweise kleinen Dichtlippe 24. Das Ende der Dichtlippe 24 dient als Dichtungsende 13. In Richtung der Zentralachse 10a gemessen besitzt die Dichtlippe 24 eine Höhe h von etwa 0,2 mm. Wichtig ist, dass sich der konische Verlauf der inneren Lichtdurchtrittsöffnung 11 vom breiteren Ende des Grundkörpers 22 bis an das äußere Dichtungsende 13 der Dichtlippe 24 geradlinig und ohne Absatz fortsetzt. Im Gebrauch kann sich die Höhe h der Dichtlippe 24 allerdings mit der Zeit etwas verringern, und es kann sich eine leichte Verbiegung des äußeren Randes der Dichtlippe 24 nach innen in Richtung auf die Licht-Durchtrittsöffnung 11 ergeben. Wie dargestellt, kann der Öffnungswinkel β des konischen Verlaufs der Licht-Durchtrittsöffnung 11 gegen die Zentralachse 10a im Bereich von 10° bis 40° liegen. Von besonderem Vorteil wurde eine Öffnungswinkel β gefunden, der bei etwa 20° ± 5° liegt.
Der Dichtring 10 ist gemäß 2 bezüglich der Zentralachse 10a vollkommen rotationssymmetrisch ausgebildet. Er besteht bevorzugt aus Kunststoff. Aus 2 wird auch deutlich, dass die Außenfläche 26 im wesentlichen konisch ausgebildet ist. Sie weist eine rotationssymmetrisch umlaufende Vertiefung oder eine Nut 28 auf, so dass ein oberer und ein unterer Flächenbereich 27 bzw. 30 entsteht. Diese Vertiefung 28 ist vorgesehen, um den Dichtring 10 mit einem (nicht gezeigten Werkzeug), z. B. einer Pinzette, möglichst sicher zu greifen und zu handhaben. Nach 3 besitzt das Ende der Dichtlippe 24 einen spitz zulaufenden Winkel γ, der im Bereich von 10° bis 40° liegt. Hier hat sich ein Winkel γ von etwa 20° ± 5° als besonders vorteilhaft erwiesen.
Die untere Außenfläche 30 des Grundkörpers 22 ist konisch ausgebildet, damit der Grundkörper 22 in einer Fassung an der Durchbrechung 8 der elektrochemischen Zelle auswechselbar festgehalten werden kann. Wie anhand der 4 und 5 deutlich wird, ist diese Fassung im geschlossenen Zustand rotationssymmetrisch ausgebildet, damit der Dichtring 10, insbesondere am Dichtungsende 13, beim Fassen nicht verzogen wird.
Gemäß 4 und 5 ist die Fassung weiterhin so ausgebildet, dass man den Dichtring 10 von vorne, dass heißt von der Vorderseite 3 des Körpers 2 der elektrochemischen Zelle, leicht ausgewechseln kann. Dazu ist auf der Vorderseite 3 der elektrochemischen Zelle 2 eine halbrunde Schwalbenschwanz-Halterung 32 angebracht. In diese kann von unten in Richtung des Pfeils 34 der Grundkörper 22 zur Hälfte eingebracht werden. Die Außenkante der halbrunden Schwalbenschwanz-Halterung 32 ist mit 36 bezeichnet. Zum Fixieren in der Endstellung dient ein keilförmiger Schlitten 38, der in einer keilförmigen Schwalbenschwanzführung 50 läuft und der mittels eines Excenters 40 nach oben gedrückt werden kann. Die Schwalbenschwanz-Halterung 32 und die Schwalbenschwanzführung 50 sind sehr flach gearbeitet, mit einer Höhe von nur etwa 1 mm. Der Excenter 40 ist um eine Excenter-Achse 42 in Pfeilrichtung 44 dreh- und spannbar. Zum Verstellen dient ein Schlitz 46 im Excenter 40, in den ein (nicht dargestellter) Schraubendreher eingeführt werden kann. Der Excenter 40 ist aus Metall, der keilförmige Schlitten 38 aus Kunststoff. In gespanntem Zustand steht die dem Excenter 40 zugewandte Kante des dünnen Schlittens 38 unter einer leichten Spannung, so dass dies die Spannstellung des Excenters 40 fixiert. In der Endstellung befindet sich der obere Teil der konischen Außenfläche 30 in der Schwalbenschwanz-Halterung 36, während sich der untere Teil der konischen Außenfläche 30 in einer halbrunden Schwalbenschwanz-Halterung 48 am oberen Ende des Schlittens 38 befindet. Die konische Außenfläche 30 ist somit insgesamt von den Schwalbenschwanz-Halterungen 32, 48 umschlossen. Hierdurch wird eine symmetrische Fassung gebildet.
Es soll noch darauf hingewiesen werden, dass der Dichtring 10 insbesondere für eine Einrichtung 1 vorgesehen sein kann, die mit einer (nicht gezeigten) Beleuchtungseinrichtung und einer (nicht gezeigten) Kamera zur Beobachtung der Qualität der Messfläche 14, der Qualität der Dichtlippe 24 und/oder des Vorhandenseins von Gasblasen an der Messfläche 14 ausgerüstet sein kann, wobei die Kamera an einer (nicht gezeigten) Datenverarbeitungsanlage, wie einem PC, angeschlossen ist. Insbesondere sollte die Datenverarbeitungsanlage eine Einrichtung oder ein Programm zur Messung der Größe der Messfläche 14 und/oder zum Erkennen von Blasen an der Messfläche 14 besitzen.

1: Einrichtung
2: Gefäß, Körper, elektrochemische Zelle
3: Vorderseite des Körpers 2
4: Elektrolyt-Raum
6: Elektrolyt-Flüssigkeit
8: Durchbrechung
9: Halteplatte
10: Dichtring
10a: Zentralachse
11: Licht-Durchtrittsöffnung
12: Halbleiterprobe
13: Dichtungsende
14: Kontaktfläche
16: Fenster
18: UV-Licht
20: Zuleitung
22: Grundkörper
24: Dichtlippe
26: Außenfläche
27: Obere konische Außenfläche
28: Vertiefung oder Nut
30: Untere konische Außenfläche
32: Schwalbenschwanz-Halterung
34: Pfeil
36: Unterkante der halbrunden Schwalbenschwanz-Halterung 32
38: Keilförmiger Schlitten oder Schieber
40: Excenter
42: Excenter-Achse
44: Pfeilrichtung
46: Schlitz
48: Halbrunde Schwalbenschwanz-Halterung
50: Keilförmige Schwalbenschwanz-Führung
α, β, γ: Winkel
h: Höhe der Dichtlippe 24

Claims

Dichtring (10) für eine Einrichtung (1) zum photoelektrochemischen Nassätzen und/oder Ausmessen der Ladungsträger-Konzentration einer Halbleiterprobe (12) mittels einer im Betrieb mit einer Elektrolyt-Flüssigkeit (6) gefüllten photoelektrochemischen Zelle (2), • der an einer Durchbrechung (8) der elektrochemischen Zelle (2) anbringbar ist, • der aus einem gegen Elektrolyte resistenten Material besteht, • der ein Dichtungsende (13) aufweist, an dem die zu ätzende und/oder auszumessende Halbleiterprobe (12) anlegbar ist, • der eine zum Licht-Durchtritt bestimmte innere Licht-Durchtrittsöffnung (11) besitzt, die – entlang ihrer Zentralachse (10a) gesehen – auf das Dichtungsende (13) nach innen konisch sich verengend zuläuft, dadurch gekennzeichnet, • dass er einen Grundkörper (22) und eine an dessen Vorderseite befindliche vorspringende spitzwinklige Dichtlippe (24) aufweist, deren Ende als das Dichtungsende (13) vorgesehen ist und die eine – in Richtung der Zentralachse (10a) gemessene – Höhe (h) von maximal 1,0 mm und einen Winkel (γ) im Bereich von 10° bis 40° besitzt, • dass der Öffnungswinkel (β) des konischen Verlaufs der inneren Licht-Durchtrittsöffnung (11) im Bereich von 10–40° liegt, und • dass sich der konische Verlauf der inneren Licht-Durchtrittsöffnung (11) vom Grundkörper (22) ausgehend durchgehend bis an das Ende der Dichtlippe (24) geradlinig und ohne Absatz fortsetzt.
Dichtring (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er vollständig rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Dichtring (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sein Material ein Kunststoff ist.
Dichtring (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass seine Außenfläche (26) zumindest einen konischen Bereich aufweist.
Dichtring (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er an seiner Außenfläche (26) eine Vertiefung (28) zum Greifen mit einem Werkzeug aufweist, die insbesondere in seinem mittleren Bereich gelegen ist.
Dichtring (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Endes der Dichtlippe (24) einen Wert zwischen 0,5 und 20 mm², vorzugsweise einen Wert bei 1,0 oder 10 mm² besitzt.
Dichtring (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sein Grundkörper (22) zum Einfassen in einer Fassung (32) an der Durchbrechung (8) der elektrochemischen Zelle (2) ausgebildet ist.
Dichtring (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fassung (32) einen Schieber (38), insbesondere den Schieber (38) einer Schwalbenschwanz-Führung (50) aufweist, der für eine auswechselbare Montage des Grundkörpers (22) samt Dichtlippe (24) vorgesehen ist.
Dichtring (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass er in eine runde Schalbenschwanz-Halterung (32) einschiebbar und dort mittels eines keilförmigen Schiebers (38) und eines an diesen angreifenden Excenters (40) feststellbar ist.
Dichtring (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er für eine Einrichtung (1) vorgesehen ist, die mit einer Beleuchtungseinrichtung und einer Kamera zur Beobachtung der Qualität der Messfläche (14), der Qualität der Dichtlippe (24) und/oder des Vorhandenseins von Gasblasen an der Messfläche (14) ausgerüstet ist, wobei die Kamera an eine Datenverarbeitungsanlage, wie einen PC, angeschlossen ist.
Dichtring (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungsanlage eine Einrichtung zur Messung der Größe der Messfläche und/oder zum Erkennen von Blasen an der Messfläche besitzt.
Dichtring (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h) der Dichtlippe (24) im bereich von 0,1 bis 0,5 mm liegt.
Dichtring (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe bei etwa 0,2 mm liegt.
Dichtring (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel (β) des konischen Verlaufs der Dichtlippe (24) bei 20° liegt.
Dichtring (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (γ) der Dichtlippe (24) bei etwa 20° liegt.