JPH07118446B2 - 半導体単結晶層の製造方法 - Google Patents
半導体単結晶層の製造方法Info
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- JPH07118446B2 JPH07118446B2 JP60285432A JP28543285A JPH07118446B2 JP H07118446 B2 JPH07118446 B2 JP H07118446B2 JP 60285432 A JP60285432 A JP 60285432A JP 28543285 A JP28543285 A JP 28543285A JP H07118446 B2 JPH07118446 B2 JP H07118446B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、絶縁体上に薄膜状の半導体単結晶を形成する
半導体単結晶層の製造方法に関する。
半導体単結晶層の製造方法に関する。
近年、電子ビームやレーザビームによるアニールで、絶
縁膜上にシリコン単結晶層を形成する、所謂SOI(絶縁
膜上のシリコン)技術の開発が盛んに行われている。さ
らに、SOI膜を利用して素子を3次元的に形成する、所
謂3次元ICの開発も進められている。
縁膜上にシリコン単結晶層を形成する、所謂SOI(絶縁
膜上のシリコン)技術の開発が盛んに行われている。さ
らに、SOI膜を利用して素子を3次元的に形成する、所
謂3次元ICの開発も進められている。
ところで、電子ビームを用いてSOI膜を形成するには、
アニール面積を大きくするために、該ビームを走査する
方法が採用されている。即ち、第10図に示す如く試料71
上のアニール領域72を複数の行(走査領域)73に分割
し、線状の電子ビーム74をX方向に走査すると共に、1
行毎に走査位置をY方向にずらしてアニール領域72の全
体をアニールするようにしている。なお、走査領域73の
幅は電子ビーム74のビーム幅で決定され、1行毎の電子
ビーム74のY方向移動量はビーム幅と等しいものであ
る。
アニール面積を大きくするために、該ビームを走査する
方法が採用されている。即ち、第10図に示す如く試料71
上のアニール領域72を複数の行(走査領域)73に分割
し、線状の電子ビーム74をX方向に走査すると共に、1
行毎に走査位置をY方向にずらしてアニール領域72の全
体をアニールするようにしている。なお、走査領域73の
幅は電子ビーム74のビーム幅で決定され、1行毎の電子
ビーム74のY方向移動量はビーム幅と等しいものであ
る。
しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題
があった。即ち、n行目を走査する際、n−1行目を走
査したときの残留熱の影響で、n行目のアニール状態は
走査方向と直交する方向に不均一となる。つまり、n行
目のアニールにおける走査領域73nのY方向の温度分布
が不均一なものとなる。このため、良質の単結晶層を得
ることは困難であった。
があった。即ち、n行目を走査する際、n−1行目を走
査したときの残留熱の影響で、n行目のアニール状態は
走査方向と直交する方向に不均一となる。つまり、n行
目のアニールにおける走査領域73nのY方向の温度分布
が不均一なものとなる。このため、良質の単結晶層を得
ることは困難であった。
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、線状ビームを走査してアニールする際
に、各走査領域におけるアニール状態を均一にすること
ができ、絶縁体上に良質の単結晶層を形成することので
きる半導体単結晶の製造方法を提供することにある。
とするところは、線状ビームを走査してアニールする際
に、各走査領域におけるアニール状態を均一にすること
ができ、絶縁体上に良質の単結晶層を形成することので
きる半導体単結晶の製造方法を提供することにある。
本発明の骨子は、絶縁体上に形成された多結晶若しくは
非晶質の半導体薄膜を、Y方向に1行、2行、…n行の
走査領域に分割し、線状の電子ビームを上記1行目より
X方向に走査し、1行毎に走査位置をY方向にずらして
上記半導体薄膜の全領域を順次溶融・固化して単結晶化
する半導体単結晶層の製造方法において、前記電子ビー
ムの走査方向に対して直交する方向の強度分布を非対
称、即ち走査の中心線に対して該走査前のビーム走査領
域に近い方を遠い方よりも弱くするものである。
非晶質の半導体薄膜を、Y方向に1行、2行、…n行の
走査領域に分割し、線状の電子ビームを上記1行目より
X方向に走査し、1行毎に走査位置をY方向にずらして
上記半導体薄膜の全領域を順次溶融・固化して単結晶化
する半導体単結晶層の製造方法において、前記電子ビー
ムの走査方向に対して直交する方向の強度分布を非対
称、即ち走査の中心線に対して該走査前のビーム走査領
域に近い方を遠い方よりも弱くするものである。
そして、本願第1発明によれば上述のように非対称にす
る手段として、スポット状のカソードから放出される電
子ビームを、偏向板を用いて正負非対称な高周波により
高速偏向させるようにしたものである。
る手段として、スポット状のカソードから放出される電
子ビームを、偏向板を用いて正負非対称な高周波により
高速偏向させるようにしたものである。
また、本願第2発明によれば上述のように非対称にする
手段として、線状のカソードから放出される電子ビーム
を用い、且つ線状のカソードとウェネルト電極との位置
関係を変化させ、放出される電子の量をカソード各部で
変化させるようにしたものである。
手段として、線状のカソードから放出される電子ビーム
を用い、且つ線状のカソードとウェネルト電極との位置
関係を変化させ、放出される電子の量をカソード各部で
変化させるようにしたものである。
本発明によれば、電子ビームの強度分布を走査の中心線
に対して該走査の前のビーム走査領域に近い方を遠い方
より弱くしておくことにより、残留熱の影響の大きな部
分でビーム強度を弱く、残留熱の影響が少ない部分でビ
ーム強度を強くすることができ、これにより各走査領域
におけるアニール状態を均一化することができる。
に対して該走査の前のビーム走査領域に近い方を遠い方
より弱くしておくことにより、残留熱の影響の大きな部
分でビーム強度を弱く、残留熱の影響が少ない部分でビ
ーム強度を強くすることができ、これにより各走査領域
におけるアニール状態を均一化することができる。
更に、本願第1乃至第2発明によれば上述のような非対
称な電子ビームの強度分布が極めて簡単に形成でき、し
たがって上述のような非対称の強度分布をもつ電子ビー
ムで各行の走査領域を走査する効果と相まって絶縁体上
に良質の半導体単結晶を簡単に製造することができ、3
次元IC等の製造に極めて有効である。
称な電子ビームの強度分布が極めて簡単に形成でき、し
たがって上述のような非対称の強度分布をもつ電子ビー
ムで各行の走査領域を走査する効果と相まって絶縁体上
に良質の半導体単結晶を簡単に製造することができ、3
次元IC等の製造に極めて有効である。
〔発明の実施例〕 まず、実施例を説明する前に、本発明の基本原理につい
て第1図を参照して説明する。
て第1図を参照して説明する。
第1図(a)に示す如く、ウェハ11上のアニール領域12
は、線状の電子ビーム14のビーム幅で決まる幅の複数の
行(走査領域)13に分割されている。電子ビーム14はX
方向に走査されると共に、1行の走査毎にY方向に移動
され次の行で再びX方向に走査される。ここで、ビーム
14の走査方向(X方向)と直交する方向(Y方向)のビ
ーム強度分布を第1図(b)に示す如く非対称にする。
より詳しくは、n行目の走査に際し、n−1行目の走査
領域に近い方を遠い方よりも弱くする。
は、線状の電子ビーム14のビーム幅で決まる幅の複数の
行(走査領域)13に分割されている。電子ビーム14はX
方向に走査されると共に、1行の走査毎にY方向に移動
され次の行で再びX方向に走査される。ここで、ビーム
14の走査方向(X方向)と直交する方向(Y方向)のビ
ーム強度分布を第1図(b)に示す如く非対称にする。
より詳しくは、n行目の走査に際し、n−1行目の走査
領域に近い方を遠い方よりも弱くする。
上記のビーム強度分布により、残留熱の影響によるアニ
ールの不均一化を防止することができる。即ち、n行目
の走査に関し、n−1行目のビーム走査の影響で、走査
領域13nでは、n−1行目の走査領域13n-1に近い方の温
度が遠い方の温度より高くなる。この温度差を、第1図
(b)に示す非対称のビーム強度分布により補正するこ
とにより、均一な温度分布を得ることができるのであ
る。
ールの不均一化を防止することができる。即ち、n行目
の走査に関し、n−1行目のビーム走査の影響で、走査
領域13nでは、n−1行目の走査領域13n-1に近い方の温
度が遠い方の温度より高くなる。この温度差を、第1図
(b)に示す非対称のビーム強度分布により補正するこ
とにより、均一な温度分布を得ることができるのであ
る。
次に、以上の方法を具体的に実施する方法について本願
発明者らが考察した方法を参考例として示すと、第2図
はこのために使用する電子ビームアニール装置を示す概
略構成図である。図中21は電子銃であり、この電子銃21
から放射された電子ビームは集束レンズ22及び対物レン
ズ23により集束されて試料24上に照射されると共に、走
査コイル25により試料24上で走査される。走査コイル25
は、実際にはビームをX方向(紙面左右方向)に偏向す
るX方向偏向コイルと、ビームをY方向(紙面表裏方
向)に偏向するY方向偏向コイルとから構成されてい
る。また、レンズ22の主面にはアパーチャマスク26が配
置され、電子銃21とレンズ22との間にはビームをON−OF
Fするためのブランキング電極27が配置されている。
発明者らが考察した方法を参考例として示すと、第2図
はこのために使用する電子ビームアニール装置を示す概
略構成図である。図中21は電子銃であり、この電子銃21
から放射された電子ビームは集束レンズ22及び対物レン
ズ23により集束されて試料24上に照射されると共に、走
査コイル25により試料24上で走査される。走査コイル25
は、実際にはビームをX方向(紙面左右方向)に偏向す
るX方向偏向コイルと、ビームをY方向(紙面表裏方
向)に偏向するY方向偏向コイルとから構成されてい
る。また、レンズ22の主面にはアパーチャマスク26が配
置され、電子銃21とレンズ22との間にはビームをON−OF
Fするためのブランキング電極27が配置されている。
ここまでの構成は通常の電子ビームアニール装置と同様
であり、この装置がこれと異なる点は、前記レンズ22と
走査コイル25との間にビームを高速偏向するための偏向
板28を設けたことにある。即ち、偏向板28はY方向に対
向配置され、ビームをY方向に高速偏向するものとなっ
ている。偏向板28には、偏向電圧発生回路29から高周波
電圧(高周波波形)が印加されるる。なお、偏向板28の
配置位置は、必ずしもレンズ22と走査コイル25との間に
限るものではなく、対物レンズ23の下方であってもよ
い。
であり、この装置がこれと異なる点は、前記レンズ22と
走査コイル25との間にビームを高速偏向するための偏向
板28を設けたことにある。即ち、偏向板28はY方向に対
向配置され、ビームをY方向に高速偏向するものとなっ
ている。偏向板28には、偏向電圧発生回路29から高周波
電圧(高周波波形)が印加されるる。なお、偏向板28の
配置位置は、必ずしもレンズ22と走査コイル25との間に
限るものではなく、対物レンズ23の下方であってもよ
い。
偏向電圧発生回路29は、第3図に示す如く任意波形発生
器31及びこの波形発生器31の出力を増幅する増幅器32か
ら構成され、この増幅器32の出力電圧が前記偏向板28に
印加される。任意波形発生器31により高周波を発生させ
ると、ビームはY方向に高速偏向され、これにより疑似
線状ビーム33が形成される。
器31及びこの波形発生器31の出力を増幅する増幅器32か
ら構成され、この増幅器32の出力電圧が前記偏向板28に
印加される。任意波形発生器31により高周波を発生させ
ると、ビームはY方向に高速偏向され、これにより疑似
線状ビーム33が形成される。
ここで、任意波形発生器31の出力波形を正負で非対称と
することにより、ビームのY方向の強度分布を変えるこ
とができる。例えば、第4図(a)〜(b)に示す如く
非対称の波形を用いることにより、Y方向の電子ビーム
の強度分布を、ビーム走査の中心線に対して非対称とす
ることができる。なお、第4図中に示す波形は、例えば
1[MHz]の高周波の1周期を示している。また、第4
図(a)〜(c)に示す如きビーム強度分布が生じる理
由は、Y方向に関してビームの存在確率分布が異なるか
らである。
することにより、ビームのY方向の強度分布を変えるこ
とができる。例えば、第4図(a)〜(b)に示す如く
非対称の波形を用いることにより、Y方向の電子ビーム
の強度分布を、ビーム走査の中心線に対して非対称とす
ることができる。なお、第4図中に示す波形は、例えば
1[MHz]の高周波の1周期を示している。また、第4
図(a)〜(c)に示す如きビーム強度分布が生じる理
由は、Y方向に関してビームの存在確率分布が異なるか
らである。
次に、上記装置を用いたビームアニール方法について説
明する。
明する。
試料としては、第5図に示す如く単結晶Siウェハ51上に
SiO2等の絶縁膜52及び多結晶Si膜53を堆積し、さらにそ
の上にSiO2等の保護膜54を堆積したものを用いた。電子
ビームの加速電圧を10[KV]、高速偏向の振り幅を500
[μm]として、ビーム強度分布が非対称の疑似線状電
子ビームを用いた。このビームをピッチ500[μm]、
速度10[cm/sec]で前記第1図(a)に示す如く走査す
ることにより、1×1[cm□]の領域をアニールしたと
ころ、第4図(a)〜(c)のいずれの波形を用いた場
合でも、各走査領域において、走査方向(X方向)に直
交する方向(Y方向)に均一なアニール面を得ることが
できた。その結果、絶縁膜52上に良質のSi単結晶層を形
成することができた。
SiO2等の絶縁膜52及び多結晶Si膜53を堆積し、さらにそ
の上にSiO2等の保護膜54を堆積したものを用いた。電子
ビームの加速電圧を10[KV]、高速偏向の振り幅を500
[μm]として、ビーム強度分布が非対称の疑似線状電
子ビームを用いた。このビームをピッチ500[μm]、
速度10[cm/sec]で前記第1図(a)に示す如く走査す
ることにより、1×1[cm□]の領域をアニールしたと
ころ、第4図(a)〜(c)のいずれの波形を用いた場
合でも、各走査領域において、走査方向(X方向)に直
交する方向(Y方向)に均一なアニール面を得ることが
できた。その結果、絶縁膜52上に良質のSi単結晶層を形
成することができた。
第6図、第8図、第9図は他の参考例を示すための図で
ある。
ある。
第6図は電子銃を改良した例で、太さを400[μm]か
ら800[μm]まで徐々に変化させた5[mm]のカソー
ド61を用いて、前記第4図(a)に示すような強度分布
を持つ線状電子ビームを形成した。加速電圧10[KV]の
該電子ビームをピッチ5[mm]、速度1[mm/sec]で走
査することにより5×5[cm□]の領域をアニールした
ところ、走査方向に対して垂直な方向に均一に溶融・固
化したアニール面を得ることができる。
ら800[μm]まで徐々に変化させた5[mm]のカソー
ド61を用いて、前記第4図(a)に示すような強度分布
を持つ線状電子ビームを形成した。加速電圧10[KV]の
該電子ビームをピッチ5[mm]、速度1[mm/sec]で走
査することにより5×5[cm□]の領域をアニールした
ところ、走査方向に対して垂直な方向に均一に溶融・固
化したアニール面を得ることができる。
第8図はビームの断面形状を変えた例で、くさび型の開
口部を有するアパーチャマスク66を用いて、長さ5[m
m]の線状カソード65から放出される電子ビームを整形
し、前記第4図(a)に示すような強度分布を持つ線状
電子ビームを形成した。ここで、アパーチャマスク66は
第9図に示す如く2枚の板体66a,66b及びこれらを連結
するピン67から構成され、開口部のくさびの角度を増減
することにより、ビーム強度分布を変化させることがで
きるようになっている。そして、得られた線状電子ビー
ムを用いて、加速電圧10[KV]の該電子ビームをピッチ
5[mm]、速度1[mm/sec]で走査することにより、上
記第6図の例と同様の効果を得ることができる。
口部を有するアパーチャマスク66を用いて、長さ5[m
m]の線状カソード65から放出される電子ビームを整形
し、前記第4図(a)に示すような強度分布を持つ線状
電子ビームを形成した。ここで、アパーチャマスク66は
第9図に示す如く2枚の板体66a,66b及びこれらを連結
するピン67から構成され、開口部のくさびの角度を増減
することにより、ビーム強度分布を変化させることがで
きるようになっている。そして、得られた線状電子ビー
ムを用いて、加速電圧10[KV]の該電子ビームをピッチ
5[mm]、速度1[mm/sec]で走査することにより、上
記第6図の例と同様の効果を得ることができる。
これに対して、本発明は線状のカソードから放出される
電子ビームを用い、且つ線状のカソードをウェネルト電
極に対して傾斜させて配置させ、放出される電子の量を
カソード各部で変化させる手段を用い、前記電子ビーム
の走査方向に対して直交する方向の強度分布を、走査の
中心線に対して該走査前のビーム走査領域に近い方を遠
い方よりも弱くした方法を提案するものである。
電子ビームを用い、且つ線状のカソードをウェネルト電
極に対して傾斜させて配置させ、放出される電子の量を
カソード各部で変化させる手段を用い、前記電子ビーム
の走査方向に対して直交する方向の強度分布を、走査の
中心線に対して該走査前のビーム走査領域に近い方を遠
い方よりも弱くした方法を提案するものである。
第7図はこの実施例を示すものであり、長さ5[mm]の
線状のカソード62をウェネルト電極63に対して傾斜させ
て配置し、カソード62からの電子の放出量を変化させて
前記第4図(a)に示すような強度分布を持つ線状電子
ビームを形成し、加速電圧10[KV]の該電子ビームをピ
ッチ5[mm]、速度1[mm/sec]で走査する。
線状のカソード62をウェネルト電極63に対して傾斜させ
て配置し、カソード62からの電子の放出量を変化させて
前記第4図(a)に示すような強度分布を持つ線状電子
ビームを形成し、加速電圧10[KV]の該電子ビームをピ
ッチ5[mm]、速度1[mm/sec]で走査する。
そして、カソードのうちウェネルト電極からより離れた
箇所から多くの電子が放出される現象を利用するので、
第7図に示す本発明の方法では上記他の方法に比べてカ
ソードから電子が飛び出すのを抑制するウェネルト電極
とカソードとの位置関係を変えるだけの簡単な構成によ
り、電子ビーム量を変化させて電子ビーム形状を所望の
形状に制御して走査領域内で均一な温度分布を容易に得
ることができ、アニール状態を均一にすることが可能と
なり、制御性良く良質の半導体単結晶を製造することが
できる。
箇所から多くの電子が放出される現象を利用するので、
第7図に示す本発明の方法では上記他の方法に比べてカ
ソードから電子が飛び出すのを抑制するウェネルト電極
とカソードとの位置関係を変えるだけの簡単な構成によ
り、電子ビーム量を変化させて電子ビーム形状を所望の
形状に制御して走査領域内で均一な温度分布を容易に得
ることができ、アニール状態を均一にすることが可能と
なり、制御性良く良質の半導体単結晶を製造することが
できる。
また、このようなカソード電極の単純な改良だけで所望
の電子ビーム形状が得られるのである。
の電子ビーム形状が得られるのである。
第1図(a)(b)は本発明の基本原理を説明するため
の模式図、第2図は本発明の一参考例方法に使用した電
子ビームアニール装置を示す概略構成図、第3図は上記
装置の要部構成を示す模式図、第4図(a)〜(c)は
任意波形とビーム強度分布との関係を示す模式図、第5
図は上記参考例方法に用いた試料構造を示す断面図、第
6図、第8図、第9図はそれぞれ他の参考例を説明する
ための図、第7図は本発明の実施例を説明するための
図、第10図は従来方法の問題点を説明するための模式図
である。 11,24……試料、12……アニール領域、13……走査領
域、14,33……疑似線状電子ビーム、21……電子銃、22
……集束レンズ、23……対物レンズ、25……走査コイ
ル、28……偏向板、29……偏向電圧発生回路、51……単
結晶Siウェハ、52……絶縁膜、53……多結晶Si膜(半導
体薄膜)、54……保護膜、61,62……線状カソード、66
……アパーチャマスク。
の模式図、第2図は本発明の一参考例方法に使用した電
子ビームアニール装置を示す概略構成図、第3図は上記
装置の要部構成を示す模式図、第4図(a)〜(c)は
任意波形とビーム強度分布との関係を示す模式図、第5
図は上記参考例方法に用いた試料構造を示す断面図、第
6図、第8図、第9図はそれぞれ他の参考例を説明する
ための図、第7図は本発明の実施例を説明するための
図、第10図は従来方法の問題点を説明するための模式図
である。 11,24……試料、12……アニール領域、13……走査領
域、14,33……疑似線状電子ビーム、21……電子銃、22
……集束レンズ、23……対物レンズ、25……走査コイ
ル、28……偏向板、29……偏向電圧発生回路、51……単
結晶Siウェハ、52……絶縁膜、53……多結晶Si膜(半導
体薄膜)、54……保護膜、61,62……線状カソード、66
……アパーチャマスク。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−128024(JP,A) 特開 昭58−116719(JP,A) 第2回新機能素子技術シンポジウム予稿 集(1983−7−6)P,135−148
Claims (1)
- 【請求項1】絶縁体上に形成された多結晶若しくは非晶
質の半導体薄膜を、Y方向に1行、2行、…n行の走査
領域に分割し、線状の電子ビームを上記1行目よりX方
向に走査し、1行毎に走査位置をY方向にずらして上記
半導体薄膜の全領域を順次溶融・固化して単結晶化する
半導体結晶膜の製造方法において、線状のカソードから
放出される電子ビームを用い、且つ線状のカソードをウ
ェネルト電極に対して傾斜させて配置させ、放出される
電子の量をカソード各部で変化させる手段を用い、前記
電子ビームの走査方法に対して直交する方向の強度分布
を、走査の中心線に対して該走査前のビーム走査領域に
近い方を遠い方よりも弱くしたことを特徴とする半導体
単結晶層の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60285432A JPH07118446B2 (ja) | 1985-12-20 | 1985-12-20 | 半導体単結晶層の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60285432A JPH07118446B2 (ja) | 1985-12-20 | 1985-12-20 | 半導体単結晶層の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62145718A JPS62145718A (ja) | 1987-06-29 |
JPH07118446B2 true JPH07118446B2 (ja) | 1995-12-18 |
Family
ID=17691445
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60285432A Expired - Lifetime JPH07118446B2 (ja) | 1985-12-20 | 1985-12-20 | 半導体単結晶層の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07118446B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0779081B2 (ja) * | 1987-08-21 | 1995-08-23 | 工業技術院長 | 半導体単結晶層の製造方法 |
JP2653033B2 (ja) * | 1987-12-19 | 1997-09-10 | 工業技術院長 | 半導体単結晶層の製造方法 |
JPH031526A (ja) * | 1989-05-29 | 1991-01-08 | Toshiba Corp | 半導体単結晶層の製造方法 |
US7473656B2 (en) | 2003-10-23 | 2009-01-06 | International Business Machines Corporation | Method for fast and local anneal of anti-ferromagnetic (AF) exchange-biased magnetic stacks |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57128024A (en) * | 1981-01-30 | 1982-08-09 | Fujitsu Ltd | Single crystallization for non-single crystalline semiconductor layer |
-
1985
- 1985-12-20 JP JP60285432A patent/JPH07118446B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
Title |
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第2回新機能素子技術シンポジウム予稿集(1983−7−6)P,135−148 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPS62145718A (ja) | 1987-06-29 |
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