2.3.3 Система сканирования
Рассмотрим заряженную частицу массой т и зарядом q, проходящую между пластинами конденсатора рисунок 2.15.
Предположим, что протяженность краевых полей с обеих сторон конденсатора много меньше области однородного поля внутри его.
В этом случае уравнения движения иона в плоскости YZ будут иметь следующий вид:
;
(2.33)
где Е — напряженность электрического поля внутри конденсатора.
При симметричной подаче напряжения на пластины конденсатора потенциал в области между пластинами можно принять равным следующей линейной функции переменной у:
= Ey+Uуск, (2.34)
где Uуск— потенциал ускорения пучка ионов.
Поэтому ионы, входящие в область отклоняющего поля на различных расстояниях от оси, будут иметь в плоскости z=0 различную энергию. Отсюда:
(2.35)
Решая уравнения (2.33) и исключая время с помощью (2.34), получаем следующие выражения для у и у’ на выходе из системы сканирования:
(2.36)
(2.37)
Эти соотношения можно написать в матричном виде:
F, м
U,
B
Рисунок 2.13 Зависимость фокусного расстояния ионного луча от приложенного напряжения при различных энергиях ионов.
U, B
R, м
Рисунок 2.14 Зависимость диаметра пучка от напряжения, при различных концентрациях частиц
(2.38)
= EL/2Uуск = UскL/2Uускd —угол отклонения центрального луча;
L—длина отклоняющей системы;
Uск — разность потенциалов, приложенных к пластинам;
d— расстояние между пластинами.
Обычно для исключения возникновения пятна нейтральных частиц в центре мишени на одну пару пластин сканирования или на дополнительную пару пластин подается постоянная, зависящая только от энергии ионов, разность потенциалов, обеспечивающая отклонение пучка на угол около 7—10°. Качество эпитаксии в основном зависит от следующих факторов: наклона пластины по отношению к оптической оси системы; несимметричности подачи напряжения на пластины сканирования; рассовмещения (несоосности) пластин сканирования относительно оптической оси системы.
Электростатические системы сканирования .просты, надежны и имеют малые габариты. Все эти особенности определяют область их применения в основном в среднеточных установках ионной имплантации с индивидуальной обработкой пластин. Современные электростатические системы сканирования обеспечивают неоднородность менее 1%, а лучшие образцы созданные на основе кварцевых генераторов с тщательно подобранными частотами сканирования и смещением фаз, позволяют получать неоднородность менее 0,75% для 2. Это достигается компенсацией факторов, ограничивающих равномерность, таких, как несоосность центра пучка в зазоре между отклоняющими пластинами, наклон мишени, флуктуации размера пучка и его интенсивности, углы сканирования, нелинейность формы управляющего сигнала и др.
Нашим целям удовлетворяет хорошо изученная электростатическая отклоняющая система /81/. Она достаточно проста в обслуживании, обладает малым энергопотреблением и очень хороша в вакуумных условиях. Схема с обозначениями сканирующей системы представлена на рисунке 2.16.
Рисунок 2.15 Отклонение заряженной частицы полем конденсатора
Рисунок 2.16 Принцип работы сканирующей системы
Наиболее полно сканирующую систему характеризует угол между векторами Vz и V , который показывает возможности этой системы. Представим зависимость угла отклонения от разности потенциалов. Зафиксируем некоторые величины такие как: длина (высота) пластины l=3 см, расстояние между пластинами d=2 см.
Из рисунка 2.17 видно, что в сканирующей системе можно использовать напряжения порядка 100 В, при этом угол отклонения для большинства элементов будет равным порядка 300 что для нас вполне достаточно /83/.
Далее рассмотрим зависимость расстояния проходимого между отклоняющими электродами ионом от приложенного напряжения.
На рисунке 2.18 покажем обобщенную функциональную схему системы управления ионным лучом и ионный источник. На рисунке 2.19 показаны фотографии системы управления ионным лучом.