JPH0666256B2 - 線状電子ビ−ムアニ−ル装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一度に大面積の領域を制御性よく加熱処理する
線状電子ビームアニール装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、J.A.Knopp、Journal of Applied Physics、Vol58
1985、pp.2584〜2592に記載されている様に、線状の電
子ビームを線状のカソードから取り出す場合、線状電子
ビームの短辺方向の分布は、ほぼガウス分布に近い形状
となっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この様な従来の技術では線状電子ビーム
をその短辺方向に走査するか、あるいは、試料を線状電
子ビームの短辺方向に移動させることにより試料を加熱
処理する場合、線状電子ビームが照射された領域の温度
の上昇あるいは冷却特性は、線状電子ビームの照射時間
及び試料構造によってのみ決定されているという欠点が
あった。

本発明の目的は、このような従来の欠点を解決し、試料
の加熱あるいは冷却特性を制御する手段として、線状電
子ビームの短辺方向の分布を制御する電子銃を備えた線
状電子ビームアニール装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、２本並列に配置した矩形状のカソードと、２
本のカソードにそれぞれ独立にバイアスを印加するバイ
アス電源と、該２本並列に配置されたカソード全体を囲
む矩形状の穴を有するウエネルト電極を含む電子銃とを
備えたことを特徴とする線状電子ビームアニール装置で
ある。

〔作用〕

矩形状のカソードを２本並列に配置することによりその
短辺方向に２本のビームが形成できることが実験的に確
認できた。しかし、この場合、２本のカソード表面の高
さは同じであるため、このままでは２本のビームの強度
は同一になってしまう。この２つのビームの強度を制御
する手段として２つの方法が知られている。まず第１の
手段は、カソード表面を同じ高さに設定した状態で、そ
れぞれのバイアスを独立に制御する方法である。一般に
カソード面からの電子放出の割合は、カソード表面温度
で決定されるため、上記の手段での制御は可能である。
第２の手段は、カソード表面の高さを変える方法であ
る。ウエネルト面に対し、カソードの一方を他方に比べ
て低く配置することにより低く配置されたカソード近傍
は、ウエネルトに印加された電位により、より電子の放
出が抑制されるために電流は減少する。従って、並列に
配置された２本のカソードのうち、一方を他方に比べ低
く設定することで、短辺方向にビーム強度の異なる２つ
のビームを１つの光学系で同時に発生できる。従って、
これら２つの手段を組み合せることにより、任意のビー
ム強度を有する２つのビームを制御性良く取り出せるこ
とができる。

〔実施例〕

第１図(a)は本発明の実施例に用いた電子銃の主要部の
断面図、(b)は平面図を示す。１及び２はそれぞれシー
ト状に加工したLaBbのカソードであり、幅0.7mm（短辺
方向）で長さ5mm（長辺方向）のものを用いた。カソー
ド1,2をそれぞれ0.5mm厚のカーボン板３の間に配置して
金属押え板４にてはさみ、これを絶縁ガイシホルダー５
に固定した。また、カソード１及びカソード２の端縁の
ウエネルト８の電子放射面に対する距離l₁,l₂はそれぞ
れ５／100及び15／100mmとした。また、カソード1,2は
それぞれ矩形状のビーム通過孔９に対し、平行に配置し
た。また、カソード１及びカソード２はそれぞれ独立に
電圧を印加するバイアス電源６及びバイアス電源７に接
続されている。前記のカソードに、バイアス電圧をそれ
ぞれ独立に調整して印加することにより２つのビームの
強度は相対的に15％変化させることができた。

第２図は前記の電子銃を用いた線状電子ビームアニール
装置の構成図である。カソード10は、第１図に示した構
成の２つのカソードから成り、ウエネルト11の電位によ
り、ビーム電流を制御している。カソード10から放出さ
れた電子ビームは、アノード13により加速され、レンズ
コイル14により、試料16上に集束される。また、電子ビ
ームは、偏向コイル15により、試料16の面内に走査する
ことができる。さらに、試料16は試料加熱装置17にて加
熱することもできる。今回実験に用いた試料としてはSO
I構造のものを用いた。また、電子ビームアニールの条
件としては加速電圧15kV、ビーム電場118mA、走査速度8
6cm／sec、基板温度300℃とした。この様な条件でSOI膜
を溶融し、再結晶化した結果、基板温度が300℃と低く
ても、SOI膜の形成には特に問題がなかった。この理由
としては、次のように考えられる。すなわち、線状電子
ビームがその短辺方向に２つ形成でき、ビーム強度の低
いビームがまず試料に照射されることにより、試料が加
熱されるが、この時、ビーム強度はそれ程強くなく、SO
I膜は溶融されず、試料温度が上昇するだけの効果であ
る。次にビーム温度の強いビームが引き続き照射され、
試料はまずビーム強度の低いビームにより実効的に高温
に加熱される。第２のビーム強度の強いビームにより溶
融されると、溶融時の温度上昇の割合が通常の１つのビ
ームに比べて緩和され、基板加熱の温度が300℃と低く
ても、良好にSOI膜の溶融ができたものと考えられる。

さらに、カソードを２つ使用しても、電子光学系の口径
を大きくすることなどにより、収差の影響を極力小さく
することにより、電子光学系に関しては、それ以外、特
別のことは必要なかった。

また、カソード１及びカソード２のウエネルト８の電子
放射面に対する距離l₁及びl₂を相対的に変化させること
により、ビーム強度を相対的に20％以上変化させること
ができることが分かった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、線状電子ビームの短辺方向に２つのビ
ームを形成し、かつ２つのビームの強度を変えることに
より、例えば、まず、ビーム強度の小さいビームが試料
に照射され、引き続き、ビーム強度の大きいビームが試
料に照射される様に、２つの電子ビームをその短辺方向
に走査した場合、１つのビームを用いて加熱する場合に
比べて、試料の温度の上がり方はゆるやかになり、か
つ、基板温度は実効的に高くした場合と同等の効果にな
る。従って、基板温度としては、十分低温に出来る。さ
らに、基板温度は実効的に高くなるが、、その加熱され
ている時間はビームが照射されている時間だけであり、
通常数10msec以下であるため、不純物等の拡散などにも
特に問題はない。さらにまた、この様なビームの走査方
向を変えることにより、試料加熱における温度上昇ある
いは冷却時における温度勾配を２つのビーム強度を変え
ることにより制御でき、加熱状態の制御には極めて有効
である。

さらにまた、本装置においては、２つのビームの強度を
変化させる手段として、カソードのバイアス電圧及びカ
ソード表面のウエネルトからの距離の２つの手段を用い
ているために、その制御できる範囲が広くかつ、一度カ
ソードを装置内部に固定した後でも、カソードのバイア
ス電圧を変えるといった電気的な制御も行なえるため、
その操作は容易であるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図(a)は、本装置に用いた電子銃の主要部の断面
図、(b)は平面図、第２図は、本実施例に用いた線状電
子ビームアニール装置の構成図を示す図である。 1,2……カソード、３……カーボン、４……金属押え
板、５……ガイシホルダー、6,7……バイアス電源、８
……ウエネルト、９……ビーム通過孔、10……カソー
ド、11……ウエネルト、12……線状電子ビーム、13……
アノード、14……レンズコイル、15……偏向コイル、16
……試料、17……試料加熱装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河瀬 豊 東京都港区芝５丁目33番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 中村 強 東京都港区芝５丁目33番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 小林 英樹 東京都港区芝５丁目33番１号 日本電気株 式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−112323（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−178719（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２本並列に配置した矩形状のカソードと、
   ２本のカソードにそれぞれ独立にバイアスを印加するバ
   イアス電源と、さらに、該２本並列に配置されたカソー
   ド全体を囲む矩形状の穴を有するウエネルト電極を含む
   電子銃とを備えたことを特徴とする線状電子ビームアニ
   ール装置。