JP4630827B2 - レーザ加熱装置 - Google Patents

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Description

本発明はレーザ加熱装置、特に大面積半導体基板等を高温で均一に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、大面積半導体基板等を加熱するためにＮｄ・ＹＡＧレーザや炭酸ガスレーザ加熱装置を用いてスポット移動方式、線状ビーム照射方式、スキャニング方式で加熱したり、ストライプ幅の広い高出力半導体レーザ加熱装置を用いて加熱していた（特許文献１）。
特開平１０−９４８９２号
然しながら、上記スポット移動方式及びスキャニング方式はいずれも加熱すべき部分をレーザ光で走査する方式であるから加熱すべき部分の全体にレーザ光を一度に照射することができず、処理効率が落ちるという問題があった。また、線状ビーム照射方式やストライプ幅の広い高出力半導体レーザ加熱装置においては、線状又は帯状でしか加熱することができず一度に大きな面積を所望の高温の温度分布で加熱することができないという欠点があった。
また、半導体基板等の被加熱物にレーザ光を垂直に照射した場合に、被加熱物からの反射光で半導体レーザ素子が破損するおそれがあった。
また、従来の半導体レーザの直接加熱装置の温度分布は、速軸、遅軸とも中央のレーザ強度が、最も高く、端部に向かうほど、低くなるガウス分布であり、しかも速軸方向と、遅軸方向の強度分布の形状が異なり、そのため、被加熱物全体を高温且つ均一に加熱することが難しかった。
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、被加熱物に対向して配置せしめる、レーザダイオードバーを複数積層せしめて形成した半導体レーザ発振器と、上記半導体レーザ発振器と被加熱物との間に介挿した光学レンズ系とより成り、この光学レンズ系は、上記半導体レーザ発振器の速軸方向の上記各レーザダイオードバーのレーザ出口に設けた、上記レーザ出口からの光を平行光とするコリメートレンズと、このコリメートレンズと上記被加熱物間に、上記被加熱物側に向かって順次に配置せしめた、上記コリメートレンズからの光をトップハット型に均一化せしめるための２枚のフライアイレンズと、このフライアイレンズより出た光を所望のサイズとした後に上記被加熱物上に結像せしめるフィールドレンズとを有し、上記半導体レーザ発振器の遅軸方向の上記各レーザダイオードバーのレーザ出口と上記被加熱物間に、上記被加熱物側に向かって順次に配置せしめた、上記レーザ出口からの拡散光を平行光とするコリメートレンズと、このコリメートレンズからの光をトップハット型に均一化せしめるための２枚のフライアイレンズと、このフライアイレンズより出た光を所望のサイズとした後に上記被加熱物上に結像せしめるフィールドレンズとを有し、上記被加熱物全体を一度に高温且つ均一に加熱できることを特徴とする。
本発明のレーザ加熱装置においては、レーザダイオードバーの速軸方向、遅軸方向共、レーザダイオードバーより出た光をコリメートレンズでほぼ平行光とし、２枚のフライアイレンズを通過させて光を均一化し、この２枚のフライアイレンズを通過したレーザ光をフィールドレンズを通過させて所望のサイズとし、被加熱物上で結像させ、被加熱物を加熱したので被加熱物の全面を１ショットで高温且つ均一に加熱できるようになる。
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、例えば厚さ０．１ｍｍ、出力６０Ｗの連続発振（ＣＷ）のレーザダイオードバー１を、例えば厚さ１ｍｍの銅板からなるヒートシンク板２により挟み込んだものを、例えば２０枚重ねて構成せしめた１２００Ｗのレーザスタックからなるレーザ発振器３と、このレーザ発振器３と被加熱物４間に介挿した光学レンズ系５とにより構成する。
上記光学レンズ系５にはレーザ発振器３のレーザダイオードバー１の速軸方向のレーザ出口に設けた、光を平行光とするコリメートレンズ６と、このコリメートレンズ６からの光を均一化する２枚のフライアイレンズ７と、このフライアイレンズ７を通過した光を所望のサイズとし、被加熱物４上で結像させるフィールドレンズ８と、上記レーザダイオードバー１の遅軸方向のレーザ出口から出射された光を平行光とする２枚のコリメートレンズ９と、このコリメートレンズ９を通過した平行光を均一化する２枚のフライアイレンズ１０と、この２枚のフライアイレンズ１０を通過した光を所望のサイズとし、被加熱物４上で結像させるフィールドレンズ１１とを有せしめる。
本発明のレーザ加熱装置によれば、例えばレーザを直径２インチのシリコンウエハに照射し、温度分布を評価したところ、１０００℃±１０℃以内であることが明らかとなった。
上記のように本発明のレーザ加熱装置においては、速軸方向、遅軸方向とも、コリメートレンズでほぼ平行光としてから、フライアイレンズ２枚を通過させているので、半導体レーザ発振器から出たガウス分布のレーザ光の強度分布を、トップハット型に均質化でき、その後、フィールドレンズで所定のサイズにして結像させているので、被加熱物全体を一度に高温且つ均一に加熱することができるようになる。
本発明のレーザ加熱装置のレーザ発振器の斜視図である。 本発明のレーザ加熱装置の光学レンズ系の説明図である。
符号の説明
１ レーザダイオードバー
２ ヒートシンク板
３ レーザ発振器
４ 被加熱物
５ 光学レンズ系
６ コリメートレンズ
７ フライアイレンズ
８ フィールドレンズ
９ コリメートレンズ
１０ フライアイレンズ
１１ フィールドレンズ

Claims (1)

  1. 被加熱物に対向して配置せしめる、レーザダイオードバーを複数積層せしめて形成した半導体レーザ発振器と、上記半導体レーザ発振器と被加熱物との間に介挿した光学レンズ系とより成り、この光学レンズ系は、上記半導体レーザ発振器の速軸方向の上記各レーザダイオードバーのレーザ出口に設けた、上記レーザ出口からの光を平行光とするコリメートレンズと、このコリメートレンズと上記被加熱物間に、上記被加熱物側に向かって順次に配置せしめた、上記コリメートレンズからの光をトップハット型に均一化せしめるための２枚のフライアイレンズと、このフライアイレンズより出た光を所望のサイズとした後に上記被加熱物上に結像せしめるフィールドレンズとを有し、上記半導体レーザ発振器の遅軸方向の上記各レーザダイオードバーのレーザ出口と上記被加熱物間に、上記被加熱物側に向かって順次に配置せしめた、上記レーザ出口からの拡散光を平行光とするコリメートレンズと、このコリメートレンズからの光をトップハット型に均一化せしめるための２枚のフライアイレンズと、このフライアイレンズより出た光を所望のサイズとした後に上記被加熱物上に結像せしめるフィールドレンズとを有し、上記被加熱物全体を一度に高温且つ均一に加熱できることを特徴とするレーザ加熱装置。
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