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JPS635514A - Beam annealing device - Google Patents

Beam annealing device

Info

Publication number
JPS635514A
JPS635514A JP14922786A JP14922786A JPS635514A JP S635514 A JPS635514 A JP S635514A JP 14922786 A JP14922786 A JP 14922786A JP 14922786 A JP14922786 A JP 14922786A JP S635514 A JPS635514 A JP S635514A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
scanning
rotary table
energy ray
energy
Prior art date
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Application number
JP14922786A
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Japanese (ja)
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JPH0797554B2 (en
Inventor
Hiromi Kumagai
熊谷 浩洋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
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Publication of JPS635514A publication Critical patent/JPS635514A/en
Publication of JPH0797554B2 publication Critical patent/JPH0797554B2/en
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Abstract

PURPOSE:To anneal a plurality of samples continuously by a method wherein a plurality of wafers are concentrically placed on a sample placing table, and energy ray beam is made to irradiate scanningly while the beam scanning regulator, provided opposing to the sample placing table, is being rotated. CONSTITUTION:The title beam annealing device is equipped with the sample placing table 7 whereon a plurality of sample placing stands are concentrically arranged, the rotating table 8 arranged opposing to the sample stands on the sample table, a beam output device, the beam scanning regulator, arranged on the surface opposing to the sample stand of the rotating table, with which an energy ray beam 2 is scanningly projected on the surface of the sample by shifting the scanning line of the energy ray beam 2 in axial direction when the rotating table 8 is rotated, and the beam scanning controller with which the direction of projection of the energy ray beam to the sample is controlled. As a result, a uniform annealing can be performed for the sample heving a large area, a plurality of wafers 6 can be annealed continuously, and the productivity of the title beam annealing device can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的コ (産業上の利用分野) 本発明はエネルギー線ビームでウェハ等の非単結晶半導
体層を照射加熱(アニール)することでこの非単結晶半
導体層の単結晶化や導入不純物の熱拡散、活性化をはか
ることも可能なビームアニール装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Purpose of the Invention (Industrial Field of Application) The present invention is directed to heating (annealing) a non-single-crystal semiconductor layer such as a wafer by irradiating and heating the non-single-crystal semiconductor layer with an energy beam. The present invention relates to a beam annealing device that can achieve single crystallization, thermal diffusion of introduced impurities, and activation.

(技術的背景) 近年、3次元回路素子への関心が高まるにつれて、基体
表面に形成された絶縁膜上にさらにシリコン単結晶を形
成し、このシリコン単結晶上に素子を形成スルイわゆる
3Q T、 (Silicon On In5ulat
or)技術が注目されている。
(Technical background) In recent years, as interest in three-dimensional circuit elements has increased, silicon single crystals are further formed on the insulating film formed on the surface of the substrate, and elements are formed on this silicon single crystal. , (Silicon On In5ulat
or) technology is attracting attention.

このSOI技術において絶縁膜上に単結晶を形成する方
法の一つとしてビームアニール技術が重要な技術として
期待されている。
In this SOI technology, beam annealing technology is expected to be an important technology as one of the methods for forming a single crystal on an insulating film.

このビームアニール技術は化学気相成長法(CVD:C
hemical Vapor Deposition 
)等により絶縁膜上に形成された非単結晶シリコン層に
レーザ等のエネルギー線ビームを照射することでアニー
ルし、非単結晶シリコン層を単結晶化する技術である。
This beam annealing technique is a chemical vapor deposition method (CVD:C
chemical vapor deposition
) is a technique in which a non-single-crystal silicon layer formed on an insulating film is annealed by irradiating an energy beam such as a laser beam, thereby converting the non-single-crystal silicon layer into a single crystal.

このビームアニール技術に使用するビームアニール装置
として、試料テーブルに試料を載置したXYテーブルを
使用し、このXYテーブルによって試料を走査するもの
が知られているが、このような装置ではXYテーブルの
機械的な精度に限界があり、ビームの照射ムラが生じる
という問題があった。
As a beam annealing device used in this beam annealing technique, one is known that uses an XY table with a sample placed on the sample table and scans the sample with this XY table. There was a problem in that there was a limit to mechanical accuracy and uneven beam irradiation occurred.

また試料テーブルを固定式のものにして照射ビームをウ
ェハ上で走査照射するものもあるが、このような装置で
は、回転反射鏡等を用いてビームの試料への照射角を調
整していたため、試料表面の周辺部と中心部にあけるビ
ームの入射角の違いや、ビームの焦点部と試料表面との
ズレ等によりビーム照射パワー密度が一定とならず、特
に試料の表面積が大きい場合には均一なアニールを行う
ことが困難であった。
There are also devices that use a fixed sample table to scan and irradiate the irradiation beam onto the wafer, but these devices use a rotating reflector or the like to adjust the irradiation angle of the beam onto the sample. The beam irradiation power density is not constant due to differences in the incident angle of the beam between the periphery and the center of the sample surface, the deviation between the beam focal point and the sample surface, etc. It was difficult to perform proper annealing.

そこでこのような問題を解決するために入射ビームの焦
点部が試料表面またはその延長面と一致するようにした
ビーム照射系を用いてビーム照射パワー密度が試料表面
のどの場所でも一定となるようにした技術が開発されて
いる(特開昭60−176221@公報参照)。
Therefore, in order to solve this problem, we used a beam irradiation system in which the focal point of the incident beam coincides with the sample surface or its extension, so that the beam irradiation power density is constant at any location on the sample surface. A technology has been developed (see JP-A-60-176221@publication).

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら上述したような従来の技術では、複数の試
料を連続的にアニールすることができないため生産性の
向上がはかれないという問題があった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, the conventional techniques described above have a problem in that productivity cannot be improved because a plurality of samples cannot be continuously annealed.

本発明はこのような欠点を除去するためのもので、特に
試料面積の大きな試料でも試料表面に均一にアニールが
でき、しかも複数の試料を連続的にアニールできるビー
ムアニール装置を提供することを目的とする。
The purpose of the present invention is to eliminate such drawbacks, and in particular to provide a beam annealing device that can uniformly anneal the surface of a sample even if the sample area is large, and that can anneal multiple samples continuously. shall be.

[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本発明は上記目的を達成するために、試料を載置する複
数の試料台を同心円状に配置した試料テーブルと、この
試料テーブルの試料台に対向して配置された回転テーブ
ルと、試料にエネルギー線ビームを照射するためのビー
ム出力装置と、回転テーブルの記試料台に対向する面に
配置され回転テーブルの回転時に径方向へエネルギー線
ビームの走査線を移動させ試料表面をこのエネルギー線
ビームにより走査照射するビーム走査調整装置と、エネ
ルギー線ビームの走査線が試料表面において直線状とな
るようにエネルギー線ビームの試料への照射方向を制御
するビーム走査制御装置とを有することを特徴とするビ
ームアニール装置を用いる。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention provides a sample table in which a plurality of sample stands on which samples are placed are arranged concentrically, and a sample table on the sample table. A rotary table placed opposite to the table, a beam output device for irradiating the sample with an energy beam beam, and a beam output device for irradiating the sample with an energy beam beam arranged on the surface facing the sample table. A beam scanning adjustment device moves the scanning line of the beam to scan and irradiate the sample surface with the energy ray beam, and the irradiation direction of the energy ray beam onto the sample is adjusted so that the scanning line of the energy ray beam becomes a straight line on the sample surface. A beam annealing apparatus is used, which is characterized by having a beam scanning control device for controlling the beam.

(作 用) 本発明では、試料テーブル上に同心円状に複数のウェハ
を載置し、この試料テーブルに対向して設けられたビー
ム走査調整装置を回転させながらエネルギー線ビームを
走査照射することで複数のウェハを連続的にアニールで
きる。
(Function) In the present invention, a plurality of wafers are placed concentrically on a sample table, and an energy beam is scanned and irradiated while rotating a beam scanning adjustment device provided opposite to the sample table. Multiple wafers can be annealed sequentially.

ざらにウェハ上のビームスポットの軌跡が直線的に形成
されるようにエネルギー線ビームのウェハへの照射方向
を制御して試料表面の均一なアニールができる。
Uniform annealing of the sample surface can be achieved by controlling the direction of irradiation of the energy beam onto the wafer so that the locus of the beam spot on the wafer is formed roughly in a straight line.

(実施例) 以下、本発明の一実施例について図を参照して説明する
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

エネルギー線ビーム例えばCW−Arガスレーザビーム
を出力するビーム出力部100からのビームを調整する
ビーム走査部110を配置した回転テーブル220の駆
動系は、回転テーブル駆動部210と、この回転テーブ
ル駆動部例えばモータを制御する回転テーブル制御部2
00.回転テーブル220の回転速度を検出する回転速
度検出部230とから構成されている。回転速度検出部
230からの情報は回転テーブル制御部200へと入力
される。
The drive system of the rotary table 220 in which the beam scanning section 110 that adjusts the beam from the beam output section 100 that outputs an energy beam, for example, a CW-Ar gas laser beam, is arranged includes a rotary table drive section 210, and this rotary table drive section, for example. Rotary table control unit 2 that controls the motor
00. The rotational speed detection section 230 detects the rotational speed of the rotary table 220. Information from rotational speed detection section 230 is input to rotary table control section 200.

回転テーブル制御部200から出力される情報の一部は
ビーム走査制御部300へ入力され、走査速度の均一化
または場所に応じた照射ビーム量を均一化するための走
査速度の制御が行なわれる。
A part of the information output from the rotary table control section 200 is input to the beam scanning control section 300, and the scanning speed is controlled to equalize the scanning speed or the amount of irradiation beam depending on the location.

−力先学系は、エネルギー線ビーム例えばCW−Arガ
スレーザビームを出力するビーム出力部100と、ウェ
ハ130に対してビームの照射角度の調整や回転テーブ
ルの径方向への移動量を調整する回転テーブルに固定さ
れたビーム走査部110、同じく回転テーブルに固定さ
れてビームのスポット形状を線形や双峰形等の任意の形
状に変換するビームスポット成形部1201試料テーブ
ル上のウェハの位置を検出するウェハ位置検出部140
とから構成されている。
- The power steering system includes a beam output unit 100 that outputs an energy beam beam, such as a CW-Ar gas laser beam, and a rotation unit that adjusts the irradiation angle of the beam with respect to the wafer 130 and the amount of movement of the rotary table in the radial direction. A beam scanning unit 110 fixed to the table, a beam spot forming unit 1201 which is also fixed to the rotary table and converts the beam spot shape into an arbitrary shape such as linear or bimodal shape, detects the position of the wafer on the sample table. Wafer position detection section 140
It is composed of.

ウェハ位置検出部140からの情報はビーム走査制御部
300へと入力される。
Information from the wafer position detection section 140 is input to the beam scanning control section 300.

ビーム走査制御部300は前述したようにウェハ位置検
出部140と回転速度検出部230とからの情報を入力
し、これら情報をもとにビーム走査部110を制御する
As described above, the beam scanning control section 300 receives information from the wafer position detection section 140 and the rotational speed detection section 230, and controls the beam scanning section 110 based on this information.

以上のような構成のビームアニール装置についてその動
作を説明する。
The operation of the beam annealing apparatus having the above configuration will be explained.

なお実施例では照射ビームとしてCW−Arし一ザを使
用しているが、これは電子ビーム等のエネルギー線ビー
ムでおっても使用できる。
In the embodiment, a CW-Ar laser is used as the irradiation beam, but an energy beam such as an electron beam can also be used.

第2図において符号1はCW−Arレーザ出力装置を示
しており、このCW−Arレーザ出力装置1から出力さ
れたレーザ光ビーム2はX軸ミラー3とY軸ミラー4か
らなるビーム走査部で反射された後集光レンズ5を透過
してウェハ6上に導かれる。これらX軸ミラー3やY軸
ミラー4の光学系は回転テーブル9に吊設されており、
回転テーブル9と一体となって回転する。
In FIG. 2, reference numeral 1 indicates a CW-Ar laser output device, and a laser beam 2 output from this CW-Ar laser output device 1 is sent to a beam scanning section consisting of an X-axis mirror 3 and a Y-axis mirror 4. After being reflected, the light passes through the condenser lens 5 and is guided onto the wafer 6 . The optical system of these X-axis mirror 3 and Y-axis mirror 4 is suspended from a rotary table 9.
It rotates together with the rotary table 9.

ウェハ6は第3図に示すように試料テーブル7上に同心
円状に一列に複数載置されている。勿論複列設けてもよ
い。
As shown in FIG. 3, a plurality of wafers 6 are placed on a sample table 7 in a concentric row. Of course, double rows may be provided.

X軸ミラー3は矢印A方向へ、Y軸ミラー4は矢印B方
向へそれぞれ回転可能で、ざらにY軸ミラー4は矢印Y
方向すなわち回転テーブルの径方向への移動が可能とな
っている。この2つのミラーによりレーザ光ビーム2の
照射位置調整を行なう。
The X-axis mirror 3 can be rotated in the direction of arrow A, and the Y-axis mirror 4 can be rotated in the direction of arrow B. Roughly speaking, the Y-axis mirror 4 can be rotated in the direction of arrow Y.
It is possible to move in the direction, that is, in the radial direction of the rotary table. These two mirrors adjust the irradiation position of the laser beam 2.

本発明では回転テーブルを回転させながらビーム照射を
行なうので、第4図に示すようにレーザ光ビームのビー
ムスポット8はY軸方向のみの移動が可能であればよい
。6aはウェハ表面のアニールされた部分を示している
In the present invention, beam irradiation is performed while rotating the rotary table, so it is sufficient that the beam spot 8 of the laser beam can be moved only in the Y-axis direction, as shown in FIG. 6a shows the annealed portion of the wafer surface.

さて、1つのウェハについてビームスポットの1列分の
アニールが終了すると作業は次のウェハへと移行するわ
けであるが、このようにして回転テーブル9が1周した
時点でビームスポット8の位置をY軸方向へずらし、次
列のアニール作業に移る。以上の動作から明らかなよう
に全作業終了時には回転テーブル9上の全てのウェハの
アニールが完了していることになる。なおレーザ出力装
置は、ウェハ間においてはレーザビームの照射を停止す
る層化を有している。
Now, when the annealing for one row of beam spots on one wafer is completed, the work moves on to the next wafer, and in this way, when the rotary table 9 has made one revolution, the position of the beam spot 8 is determined. Shift it in the Y-axis direction and move on to the annealing process for the next row. As is clear from the above operations, all the wafers on the rotary table 9 will have been annealed when all the work is completed. Note that the laser output device has layering that stops irradiation of the laser beam between the wafers.

しかしながら上述したような手段では、ビームスポット
8が試料テーブル7の同心円上に沿って移動するためウ
ェハ6上のビームスポット8の軌跡即ち走査線は第5図
(a)に示すように円弧状になってしまう。このためウ
ェハ上で走査線間にビームが照射されない隙間ができて
しまいレーザビームの照射ムラが発生しやすくなる。
However, in the above-described method, since the beam spot 8 moves along the concentric circles of the sample table 7, the locus of the beam spot 8 on the wafer 6, that is, the scanning line, is shaped like an arc as shown in FIG. 5(a). turn into. For this reason, a gap is created between the scanning lines on the wafer where the beam is not irradiated, and uneven irradiation of the laser beam is likely to occur.

本実施例では回転テーブル9の回転速度やウェハの大き
ざ等からビームスポット8のY軸方向の移動量を制御す
るビーム走査制御部を設けることで第5図(b)に示す
ようにビームスポットの軌跡を直線状にし、前述した問
題を解決する。
In this embodiment, a beam scanning controller is provided to control the amount of movement of the beam spot 8 in the Y-axis direction based on the rotational speed of the rotary table 9, the size of the wafer, etc., so that the beam spot can be adjusted as shown in FIG. 5(b). The above problem is solved by making the trajectory linear.

本実施例では回転速度検出部で回転テーブル9の回転速
度を検出し、またウェハ位置検出部で試料テーブル7上
のウェハの位置検出をし、これら双方の情報をビーム走
査制御部に入力してビームスポット8のY軸方向への移
動量を制御している。
In this embodiment, the rotation speed detection section detects the rotation speed of the rotary table 9, and the wafer position detection section detects the position of the wafer on the sample table 7, and both of these pieces of information are input to the beam scanning control section. The amount of movement of the beam spot 8 in the Y-axis direction is controlled.

ところで本実施例ではY軸方向のビームスポットの移動
量は例えば第6図に示す如く定義すれば以下の式で決定
される。
By the way, in this embodiment, the amount of movement of the beam spot in the Y-axis direction is determined by the following equation if defined as shown in FIG. 6, for example.

Y=R(1−cosθo/CO3θ) ただしRは Ro−r≦R≦Ro+r 上式においてrはウェハの半径を、Rはビーム走査半径
、Roはウェハ中心のピッチ半径、θは回転角度、θ0
はY軸制御の角度範囲をそれぞれ示している。
Y=R (1-cosθo/CO3θ) where R is Ro-r≦R≦Ro+r In the above formula, r is the radius of the wafer, R is the beam scanning radius, Ro is the pitch radius at the wafer center, θ is the rotation angle, θ0
indicate the angular range of Y-axis control.

なお回転テーブルの線速度はレーザビームの照射パワー
密度にもよるが、250mm/sec 〜500mm/
sec程度が好ましい。
Note that the linear velocity of the rotary table is 250 mm/sec to 500 mm/sec, depending on the irradiation power density of the laser beam.
About sec is preferable.

レーザビームのビームスポット形状としては第7図(a
)に示す如く双峰形または第7図(b)に示す如く線形
のものが均一なアニールを行なうのに都合がよい。ビー
ムの走査線は隣接走査線間で一部重なるように走査する
ことが望ましい。
The beam spot shape of the laser beam is shown in Figure 7 (a
A bimodal shape as shown in ) or a linear shape as shown in FIG. 7(b) is convenient for uniform annealing. It is desirable that the scanning lines of the beam be scanned so that adjacent scanning lines partially overlap.

また実施例ではエネルギー線ビームとしてCW−Arレ
ーザを使用したが、QスイッチをかけたYAGレーザ等
のパルス発掘レーザや電子ビームを使用した場合でも本
発明が適用可能なことは熱論である。
Further, in the embodiment, a CW-Ar laser was used as the energy beam, but it is a matter of course that the present invention is applicable even when a pulse excavation laser such as a Q-switched YAG laser or an electron beam is used.

上述したような構成のビームアニール装置を用いること
により30分で10枚程度のウェハのアニールを行うこ
とができ、しかも広い面積のウェハに対しても均一なア
ニールが可能である。
By using the beam annealing apparatus configured as described above, approximately 10 wafers can be annealed in 30 minutes, and even wafers with a wide area can be uniformly annealed.

[発明の効果コ 以上説明したように本発明のビームアニール装置を使用
すれば、広い面積の試料に対しても均一なアニールがで
き、さらには複数のウェハを連続的にアニールすること
が可能なので生産性が向上するという効果もある。
[Effects of the Invention] As explained above, by using the beam annealing apparatus of the present invention, it is possible to uniformly anneal even a wide sample area, and furthermore, it is possible to anneal multiple wafers continuously. It also has the effect of improving productivity.

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

第1図は本発明に係るビームアニール装置の構成を示す
ブロック図、第2図は実施例のレーザアニール装置の構
成を示す図、第3図は試料テーブル上に載置されたウェ
ハを示す図、第4図はウェハ上のビームスポットの走査
状態を示す図、第5図はビームスポットの軌跡を示す図
、第6図は試料テーブル上のウェハの位置関係を示す図
、第7図はビームスポットの形状を示す図である。 1・・・・・・CW−Arレーザ出力装置、3・・・・
・・X軸ミラー、4・・・・・・Y軸ミラー、6・・・
・・・ウェハ、7・・・・・・試料テーブル、8・・・
・・・ビームスポット、回転テーブル、110・・・・
・・ビーム走査部、140・・・・・・ウェハ位置検出
部、200・・・・・・回転テーブル制御部、220・
・・・・・回転テーブル、230・・・・・・回転速度
検出部、300・・・・・・ビーム走査制御部。 第2図 。第・3図 第4図 第5こ
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a beam annealing apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a laser annealing apparatus according to an embodiment, and FIG. 3 is a diagram showing a wafer placed on a sample table. , Fig. 4 shows the scanning state of the beam spot on the wafer, Fig. 5 shows the trajectory of the beam spot, Fig. 6 shows the positional relationship of the wafer on the sample table, and Fig. 7 shows the beam spot scanning state. It is a figure showing the shape of a spot. 1...CW-Ar laser output device, 3...
...X-axis mirror, 4...Y-axis mirror, 6...
...Wafer, 7...Sample table, 8...
...beam spot, rotary table, 110...
...beam scanning unit, 140...wafer position detection unit, 200...rotary table control unit, 220...
... Rotating table, 230 ... Rotation speed detection section, 300 ... Beam scanning control section. Figure 2. Figure 3 Figure 4 Figure 5

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)試料を載置する複数の試料台を同心円状に配置し
た試料テーブルと、前記試料テーブルの試料台に対向し
て配置された回転テーブルと、前記試料にエネルギー線
ビームを照射するためのビーム出力装置と、前記回転テ
ーブルの前記試料台に対向する面に配置され前記回転テ
ーブルの回転時に径方向へエネルギー線ビームの走査線
を移動させ前記試料表面をこのエネルギー線ビームによ
り走査照射するビーム走査調整装置と、前記エネルギー
線ビームの走査線が前記試料表面において直線状となる
ように前記エネルギー線ビームの試料への照射方向を制
御するビーム走査制御装置とを有することを特徴とする
ビームアニール装置。
(1) A sample table on which a plurality of sample stands on which samples are placed are arranged concentrically, a rotary table placed opposite to the sample stand of the sample table, and a rotary table for irradiating the sample with an energy beam. a beam output device; and a beam disposed on a surface of the rotary table facing the sample stage, which moves a scanning line of the energy beam in a radial direction when the rotary table rotates, and scans and irradiates the sample surface with the energy beam. Beam annealing comprising: a scanning adjustment device; and a beam scanning control device that controls the direction of irradiation of the energy ray beam onto the sample so that the scanning line of the energy ray beam is linear on the surface of the sample. Device.
(2)エネルギー線ビームが連続発振レーザまたはパル
ス発振レーザであることを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載のビームアニール装置。
(2) The beam annealing apparatus according to claim 1, wherein the energy beam is a continuous wave laser or a pulsed laser.
(3)ビーム出力装置が試料台間ではエネルギー線ビー
ムの発射を停止させる機構を有することを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載のビームアニール装置。
(3) The beam annealing apparatus according to claim 1, wherein the beam output device has a mechanism for stopping emission of the energy ray beam between the sample stands.
JP61149227A 1986-06-25 1986-06-25 Beam annealing device Expired - Lifetime JPH0797554B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61149227A JPH0797554B2 (en) 1986-06-25 1986-06-25 Beam annealing device

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JP61149227A JPH0797554B2 (en) 1986-06-25 1986-06-25 Beam annealing device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS635514A true JPS635514A (en) 1988-01-11
JPH0797554B2 JPH0797554B2 (en) 1995-10-18

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ID=15470644

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61149227A Expired - Lifetime JPH0797554B2 (en) 1986-06-25 1986-06-25 Beam annealing device

Country Status (1)

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JP (1) JPH0797554B2 (en)

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US7589032B2 (en) 2001-09-10 2009-09-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser apparatus, laser irradiation method, semiconductor manufacturing method, semiconductor device, and electronic equipment

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JPH0797554B2 (en) 1995-10-18

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