JP2006229075A - レーザ加熱装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 従来のレーザ加熱装置は半導体基板等の被加熱物を所望の加熱分布で加熱することができないという欠点があった。
【解決手段】 本発明のレーザ加熱装置は、レーザ光源と、このレーザ光源から出るレーザー光をリング状に集光せしめる曲面レンズとよりなる。上記曲面レンズは半径方向断面が凸レンズ状のリング体より成る円板状レンズである。上記リング体が同心円状に半径方向に複数隣接されている。上記各リング体の断面形状が互いに異なる。
【選択図】 図１

Description

本発明はレーザ加熱装置、特に大きな面積を有する半導体基板等を一度の照射で所望の加熱分布で加熱することができるレーザ加熱装置に関するものである。
従来、レーザ加熱装置のレーザ光を直接半導体基板等の被加熱物に照射する場合は、被加熱物からの反射光が半導体レーザ加熱装置に戻り半導体レーザ素子が破損することがあり、これを防止するため、レーザ光を斜めから被加熱物に照射して、被加熱物を加熱していた（引用文献１）。
特開２００１−２５２７７６号公報
然しながら、上記従来のレーザ加熱装置はレーザ光を斜めから被加熱物に照射していたので、被加熱物上に所望の温度分布を得ることが難しかった。
なお、レーザによる被加熱物１の加熱は、小さい面積であれば図１３に示すようにレンズ３で集光したレーザ光照射で可能であるが、大面積の場合はミラーによるスキャニングレーザ照射のような大掛かりの装置が必要であった。
また、レーザ光をレンズでデフォーカスしたレーザ光照射では、被加熱物の熱分布は均一ではなく、被加熱物の中心の方が外周に比べて温度が高くなってしまうという欠点があった。
本発明は上記の欠点を除くようにしたものである。
本発明のレーザ加熱装置は、レーザ光源と、このレーザ光源から出るレーザー光をリング状に集光せしめる曲面レンズとよりなることを特徴とする。
上記曲面レンズは半径方向断面が凸レンズ状のリング体より成る円板状レンズであることを特徴とする。
また、上記リング体が同心円状に半径方向に複数隣接されていることを特徴とする。
また、上記各リング体の断面形状が互いに異なることを特徴とする。
本発明のレーザ加熱装置によれば、被加熱物にリング状にレーザ光を照射できるので、被加熱物の表面の加熱温度分布の制御が容易となる。
以下図面によって本発明の実施例を説明する。
本発明のレーザ加熱装置は図１及び図２に示すように、高出力半導体レーザ等のレーザ光源（図示せず）と、上記レーザ光源から出たレーザ光２を円板状の半導体基板等の被加熱物４の表面に円板状の曲面レンズ５を介して照射せしめる。上記曲面レンズ５は例えば図２に示すように半径方向断面が凸レンズ状のリング体５ａにより形成せしめる。
本発明のレーザ加熱装置は上記のような構成であるから、上記レーザ光源から出たレーザ光２は上記曲面レンズ５を通過して図３に示すようにリング状に集光され、上記レーザ光２の焦点位置に設置した被加熱物４の表面をリング状に照射し、上記被加熱物４を加熱する。
上記のように本発明のレーザ加熱装置によれば、被加熱物４の外縁付近にリング状にレーザ光２を照射せしめることができるので、被加熱物４の中心が高温となるという問題を解決できる。
また、上記曲面レンズ５と上記被加熱物４との位置を変え、上記被加熱物４に照射されるレーザ光２のリングの幅や、上記被加熱物４のレーザ光を照射せしめる場所を調整することにより基板を更に均一に加熱できるようになる。
図４及び図５は本発明のレーザ加熱装置の第２の実施例を示し、この第２の実施例においては、第１の実施例の半径方向断面が凸レンズ状のリング体を同心円状に、半径方向に２個隣接して形成した曲面レンズ６を用いる。
本発明の第２の実施例のレーザ加熱装置においては、上記レーザ光源から出たレーザ光２を上記曲面レンズ６を通過せしめて図６に示すように同心円状の２重のリング状に集光せしめ、上記レーザ光の焦点位置に設置した被加熱物４を２重のリング状に照射し、上記被加熱物４を加熱せしめる。
この第２の実施例においては、被加熱物４が大きい場合であっても、被加熱物に同心円状の２重のリング状のレーザ光２を照射せしめるので、被加熱物４の表面の加熱温度分布の制御が容易となり、また、上記曲面レンズ６と上記被加熱物４との位置を変え、上記被加熱物４に照射したレーザ光２のリングの幅や、上記被加熱物４のレーザ光を照射せしめる場所を調整することにより基板を均一に加熱できるようになる。
なお、図７及び図８に示すように、上記曲面レンズ６の内側のリング体６ａの厚さを、外側のリング体６ｂの厚さに比べて小さくし、上記曲面レンズ６の外側のリング体６ｂを通過したレーザ光２の焦点位置に被加熱物４を配置し、図９に示すように、上記外側のリング体６ｂを通過したレーザ光２による外側リング７と、上記内側のリング体６ａを通過したレーザ光２がデフォーカスして形成された内側リング８とによる２重のリング状のレーザ光を用いて、被加熱物４の表面の加熱温度分布を制御せしめてもよい。
また、同心円状の上記リング体を３個以上用いれば更に大きい被加熱物の表面の加熱温度分布を制御せしめることができる。
この場合、上記曲面レンズの複数のリング体の厚さなどの断面形状を夫々異ならしめて被加熱物の表面の加熱温度分布を制御せしめてもよい。
また、上記各リング体の半径方向の幅を異ならしめて被加熱物に照射される各リングの直径を調整せしめ、被加熱物の表面の加熱温度分布を制御せしめてもよい。
また、上記被加熱物に照射される各リングの直径は他のレンズを組み合わせることにより調整せしめてもよい。
また、上記曲面レンズは球面レンズ、非球面レンズ、円柱を軸方向に２つに割った形をしているシリンドリカルレンズであってもよく、またこれらを組み合わせたレンズであってもよい。
本発明の第３の実施例においては図１０及び図１１に示すように、レーザ光源と被加熱物４との間に、上記レーザ光源から出たレーザ光２をリング状に集光せしめる、半径方向断面が凸レンズ状の曲面レンズ９と、上記曲面レンズ９を通過し上記リング状に集光されたレーザ光２をコリメート（平行光に）するリング状のシリンドリカルレンズ１０と、上記シリンドリカルレンズ１０を通過したリング状の上記レーザ光２のリング径を拡大せしめる凹レンズ１１を設ける。
本発明の第３の実施例においては、上記レーザ光源１から出たレーザ光２を上記曲面レンズ９を通過せしめてリング状に集光せしめ、この集光したリング状のレーザ光２を上記シリンドリカルレンズ１０により再びコリメートし、上記凹レンズ１１により上記リング状のレーザ光２のリング径を拡大せしめて、図１２に示すように、上記被加熱物４にリング状に照射し、被加熱物４を加熱せしめる。
この第３の実施例によっても被加熱物４の表面の加熱温度分布の制御が容易となる。
なお、上記シリンドリカルレンズ１０を通過したレーザ光２のリングの直径が上記被加熱物よりも小さいような場合には、上記凹レンズ１１を省略せしめてもよい。
また、上記凹レンズ１１を通過したレーザ光を更にコリメートするためのレンズ（図示せず）を設けてもよい。
本発明のレーザ加熱装置の縦断側面図である。 本発明のレーザ加熱装置の曲面レンズの一部を切除した斜視図である。 図１に示すレーザ加熱装置を用いて加熱した被加熱物の正面図である。 本発明の他の実施例のレーザ加熱装置の縦断側面図である。 図４に示すレーザ加熱装置の曲面レンズの一部を切除した斜視図である。 図４に示すレーザ加熱装置を用いて加熱した被加熱物の正面図である。 本発明の更に他の実施例のレーザ加熱装置の縦断側面図である。 図７に示すレーザ加熱装置の曲面レンズの一部を切除した斜視図である。 図７に示すレーザ加熱装置を用いて加熱した被加熱物の正面図である。 本発明の更に他の実施例のレーザ加熱装置の縦断側面図である。 図１０に示すレーザ加熱装置のシリンドリカルレンズの一部を切除した斜視図である。 図１０に示すレーザ加熱装置を用いて加熱した被加熱物の正面図である。 従来のレーザ加熱装置の説明図である。
符号の説明
１ 被加熱物
２ レーザ光
３ レンズ
４ 被加熱物
５ 曲面レンズ
５ａ 凸レンズ状のリング体
６ 曲面レンズ
６ａ 内側のリング体
６ｂ 外側のリング体
７ 外側リング
８ 内側リング
９ 曲面レンズ
１０ シリンドリカルレンズ
１１ 凹レンズ

Claims (4)

  1. レーザ光源と、このレーザ光源から出るレーザー光をリング状に集光せしめる曲面レンズとよりなることを特徴とするレーザ加熱装置。
  2. 上記曲面レンズは半径方向断面が凸レンズ状のリング体より成る円板状レンズであることを特徴とする請求項１記載のレーザ加熱装置。
  3. 上記リング体が同心円状に半径方向に複数隣接されていることを特徴とする請求項２記載のレーザ加熱装置。
  4. 上記各リング体の断面形状が互いに異なることを特徴とする請求項２または３記載のレーザ加熱装置。
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