JPS62194614A - Linear electron beam annealing device - Google Patents

Linear electron beam annealing device

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JPS62194614A
JPS62194614A JP61037020A JP3702086A JPS62194614A JP S62194614 A JPS62194614 A JP S62194614A JP 61037020 A JP61037020 A JP 61037020A JP 3702086 A JP3702086 A JP 3702086A JP S62194614 A JPS62194614 A JP S62194614A
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cathodes
sample
beams
electron beam
linear electron
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Shuichi Saito
修一 齋藤
Hidekazu Okabayashi
岡林 秀和
Hiromitsu Namita
博光 波田
Yutaka Kawase
河瀬 豊
Tsuyoshi Nakamura
強 中村
Hideki Kobayashi
英樹 小林
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Abstract

PURPOSE:To enable heating or cooling characteristics of a sample to be controlled, by providing an electron gun for controlling a distribution in a shorter side direction of linear electron beams. CONSTITUTION:An electron gun is provided with two rectangular cathodes 1 and 2 arranged in parallel, biased sources 6 and 7 which impress independent biased voltages on the respective cathodes, and a Wehnelt electrode 8 having a rectangular hole surrounding the whole of the two cathodes arranged in parallel. Heating or cooling characteristics of a sample can be controlled by forming two beams in the shorter side direction of linear electron beams and changing the intensity of the beams and the beam-scanning directions.

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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a linear electron beam annealing apparatus that heat-processes a large area at once with good controllability.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、J、A、Knopp 、 Journal of
 AppliedPhysics 、 Vo15819
85、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、はぼガウス分布
に近い形状となっている。
Previously, J. A. Knopp, Journal of
Applied Physics, Vo15819
85, pp. 2584-2592, when a linear electron beam is extracted from a linear cathode, the distribution in the short side direction of the linear electron beam has a shape close to a Gaussian distribution. ing.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

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。
However, in such conventional techniques, when heating a sample by scanning a linear electron beam in the short side direction or moving the sample in the short side direction of the linear electron beam, the linear electron beam is heated. There is a drawback that the temperature increase or cooling characteristics of the region irradiated with the beam is determined only by the irradiation time of the linear electron beam and the sample structure.

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。
An object of the present invention is to solve such conventional drawbacks and to provide a linear electron beam equipped with an electron gun that controls the distribution in the short side direction of the linear electron beam as a means for controlling the heating or cooling characteristics of a sample. An object of the present invention is to provide an annealing device.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

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木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。
The present invention includes two rectangular cathodes arranged in parallel, and two rectangular cathodes arranged in parallel.
A linear electron gun characterized by comprising a bias power source that applies a bias independently to each cathode of the book, and an electron gun including a Wehnelt electrode having a rectangular hole surrounding the entire cathode arranged in parallel with each other. This is an electron beam annealing device.

〔作 用〕[For production]

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。
It was experimentally confirmed that by arranging two rectangular cathodes in parallel, two beams could be formed in the short side direction. However, in this case, since the heights of the two cathode surfaces are the same, the intensities of the two beams will be the same if left as is. Two methods are known as means for controlling the intensities of these two beams. The first method is to control each bias independently with the cathode surfaces set at the same height. Since the rate of electron emission from the cathode surface is generally determined by the cathode surface temperature, control using the above means is possible.

第2の手段は、カソード表面の高さを変える方法である
。ウェネルト面に対し、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
、ウェ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。
The second method is to change the height of the cathode surface. By arranging one of the cathodes lower than the other with respect to the Wehnelt plane, the electric current decreases in the vicinity of the cathode, which is arranged low, because electron emission is further suppressed by the potential applied to the Wehnelt surface. Therefore, by setting one of the two cathodes arranged in parallel to be lower than the other, two beams having different beam intensities in the short side direction can be generated simultaneously by one optical system. Therefore, by combining these two means, two beams having arbitrary beam intensities can be extracted with good controllability.

〔実施例〕〔Example〕

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Lambのカソードであり、幅0.
7m(短辺方向)で長さ5鶴(長辺方向)のものを用い
た。カソード1.2をそれぞれ0.5 m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の端縁のウェネルト8の電子放射面に対する
距離1.、l、はそれぞれ5/100及び15/100
m歳とした。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。
FIG. 1(a) shows a sectional view of the main part of an electron gun used in an embodiment of the present invention, and FIG. 1(b) shows a plan view. 1 and 2 are Lamb cathodes processed into sheet shapes, each having a width of 0.
A piece with a length of 7 m (in the short side direction) and 5 cranes (in the long side direction) was used. The cathodes 1.2 were placed between carbon plates 3 each having a thickness of 0.5 m, sandwiched between metal holding plates 4, and fixed to an insulating insulator holder 5. Furthermore, the distance between the edges of the cathodes 1 and 2 and the electron emitting surface of the Wehnelt 8 is 1. , l, are 5/100 and 15/100, respectively.
I was set as m years old. Further, the cathodes 1.2 were arranged parallel to the rectangular beam passage holes 9, respectively. Further, the cathode 1 and the cathode 2 are connected to a bias power source 6 and a bias power source 7, respectively, which apply voltages independently.

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。
By independently adjusting and applying bias voltages to the cathodes, the relative intensities of the two beams could be varied by 15%.

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1oは、第1図に示した
構成の2つのカソードから成り、ウニネルH1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SOI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86cm/sec、基
板温度300℃とした。この様な条件でSO2膜を溶融
し、再結晶化した結果、基板温度が3oo℃と低くても
、SO2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
!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Sol膜の溶融ができたものと考えられ
る。
FIG. 2 is a block diagram of a linear electron beam annealing apparatus using the above-mentioned electron gun. The cathode 1o consists of two cathodes having the configuration shown in FIG. 1, and the beam current is controlled by the potential of the uninel H1. The electron beam emitted from the cathode 10 is accelerated by the anode 13,
The lens coil 14 focuses the light onto the sample 16 . Further, the electron beam can be scanned within the plane of the sample 16 by the deflection coil 15. Furthermore, the sample 16 can also be heated with a sample heating device 17. The sample used in this experiment had an SOI structure. The conditions for electron beam annealing were an accelerating voltage of 15 kV, a beam electric field of 118 mA, a scanning speed of 86 cm/sec, and a substrate temperature of 300°C. As a result of melting and recrystallizing the SO2 film under these conditions, there were no particular problems in forming the SO2 film even when the substrate temperature was as low as 30°C. The reason for this is thought to be as follows. That is, two linear electron beams can be formed in the direction of the short side, and the sample is heated by first irradiating the beam with low beam intensity, but at this time, the beam intensity is not so strong and the SO
! The film is not melted, the effect is only to increase the sample temperature. Next, a beam with a strong beam temperature is continuously irradiated,
The sample is first effectively heated to a high temperature by a beam with low beam intensity. When the second beam is melted by a high-intensity beam, the rate of temperature rise during melting is reduced compared to normal single beam, and even if the substrate heating temperature is as low as 300°C, the Sol film can be formed well. It is thought that melting occurred.

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。
Furthermore, even if two cathodes were used, the influence of aberrations was minimized by increasing the aperture of the electron optical system, so that nothing special was required for the electron optical system.

また、カソード1及びカソード2のウェネルト8の電子
放射面に対する距離11及び12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。
Furthermore, it has been found that by relatively changing the distances 11 and 12 of the cathodes 1 and 2 with respect to the electron emitting surface of the Wehnelt 8, the beam intensity can be relatively changed by 20% or more.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

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10+m5ec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。
According to the present invention, by forming two beams in the short side direction of a linear electron beam and changing the intensities of the two beams, for example, a beam with a small beam intensity is first irradiated onto the sample, and then, If two electron beams are scanned in the direction of the short side so that the sample is irradiated with a beam with high beam intensity, the temperature of the sample will rise more slowly than when heating with one beam. In addition, the effect is equivalent to that obtained when the substrate temperature is effectively raised. Therefore, the substrate temperature can be kept sufficiently low. Further, although the effective temperature of the substrate becomes high, the heating time is only the time when the beam is irradiated, and it is usually several tens of m5 ec or less, so there is no particular problem with the diffusion of impurities, etc. Furthermore, by changing the scanning direction of the beam, the temperature rise during sample heating or the temperature gradient during cooling can be controlled by changing the intensities of the two beams, which is extremely effective in controlling the heating state.

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
ソード表面のウェ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。
Furthermore, since this device uses two means to change the intensity of the two beams: the bias voltage of the cathode and the distance from the Wehnelt surface of the cathode, the controllable range is wide and Even after the cathode is fixed inside the device, electrical control such as changing the cathode bias voltage can be performed.
Another advantage is that the operation is easy.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

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・・・ウェネルト、9・・・ビーム通過孔
、10・・・カソード、11・・・ウェネルト、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・・・試料加熱装置カンード ウニ卆ルト 線j犬電子ピーム アノード レンス゛コイル 偏向コイル 試 料 お℃料力口費&装置
Figure 1 (a) is a sectional view of the main parts of the electron gun used in this device, (b) is a plan view, and Figure 2 is a configuration diagram of the linear electron beam annealing device used in this example. FIG. 1.2... Cathode, 3... Carbon, 4... Metal holding plate, 5... Insulator holder, 6.7... Bias power supply, 8... Wehnelt, 9... Beam passage Hole, 10... Cathode, 11... Wehnelt, 12.
... Linear electron beam, 13... Anode, 14...
Lens coil, 15...Deflection coil, 16...Sample, 17...Sample heating device Candle coil Deflection coil Sample temperature Fees & equipment

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (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。
(1) Two rectangular cathodes arranged in parallel, a bias power supply that applies bias independently to each of the two cathodes, and a rectangular hole that surrounds the entire two cathodes arranged in parallel. 1. A linear electron beam annealing device comprising: an electron gun including a Wehnelt electrode;
JP61037020A 1986-02-20 1986-02-20 Linear electron beam annealing device Expired - Lifetime JPH0666256B2 (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018131109A1 (en) * 2017-01-12 2018-07-19 株式会社アドバンテスト Electron beam column for three-dimensional printing device, three-dimensional printing device, and three-dimensional printing method
CN111769029A (en) * 2020-07-31 2020-10-13 江苏亚威艾欧斯激光科技有限公司 Electron beam annealing equipment and manufacturing method of polycrystalline silicon thin film

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