JP5460917B1 - Laser heating device - Google Patents
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Abstract
【課題】従来のレーザ加熱装置では、被加熱物の周縁部分からの熱放散があるため、被加熱物の温度分布を均一にするのは難しかった。
【解決手段】本発明のレーザ加熱装置は、気密チャンバ1と、この気密チャンバ1に設けた、レーザ光を透過するレーザ光透過窓4と、上記気密チャンバ1内に設けた被加熱物支持手段3と、上記気密チャンバ1の外部から上記レーザ光透過窓4を通して、上記被加熱物支持手段3により支持した被加熱物2上にレーザ光を照射する、少なくとも2つ以上のレーザ照射手段13、15とよりなり、上記各レーザ照射手段13、15は、上記被加熱物2上に、それぞれ異なる形状のレーザ光を照射し、上記被加熱物を加熱するものであると共に、上記レーザ照射手段の少なくとも一つは、上記被加熱物の周縁部分に、リング状のレーザ光を照射し、上記被加熱物を加熱することを特徴とする。
【選択図】図1In a conventional laser heating apparatus, since heat is dissipated from a peripheral portion of an object to be heated, it is difficult to make the temperature distribution of the object to be heated uniform.
A laser heating apparatus according to the present invention includes an airtight chamber, a laser light transmission window that transmits the laser light provided in the airtight chamber, and a heated object support means provided in the airtight chamber. 3 and at least two or more laser irradiation means 13 for irradiating the object to be heated 2 supported by the object to be heated support 3 through the laser light transmission window 4 from the outside of the hermetic chamber 1, The laser irradiating means 13 and 15 irradiate the object to be heated 2 with laser beams having different shapes to heat the object to be heated. At least one is characterized in that a peripheral portion of the object to be heated is irradiated with a ring-shaped laser beam to heat the object to be heated.
[Selection] Figure 1
Description
本発明はレーザ加熱装置、特に、特定のガス雰囲気中に置かれた半導体基板などの被加熱物上に、所望の大きさに拡大したレーザ光を照射して、上記被加熱物を加熱し、均一の酸化膜などの各種膜を生成するようにしたレーザ加熱装置に関するものである。 The present invention irradiates a laser heating device, in particular, an object to be heated such as a semiconductor substrate placed in a specific gas atmosphere with a laser beam enlarged to a desired size to heat the object to be heated. The present invention relates to a laser heating apparatus that generates various films such as a uniform oxide film.
図11は、従来のレーザ加熱装置を示し、1は、気密チャンバ、2は、半導体基板等の被加熱物、3は、この被加熱物2を載置するため上記気密チャンバ1内に設けた被加熱物支持手段、4は、上記気密チャンバ1の天井に設けたレーザ光入射用のレーザ光透過窓、5は、上記気密チャンバ1内にガスを導入するためのマスフロー、6は、上記気密チャンバ1内の空気を排気するための排気ポンプ、7は、上記気密チャンバ1内の真空度を制御するための圧力制御バルブ、8は、上記気密チャンバ1の上面に設けた光学レンズ装置ホルダ、9は、上記ホルダ8に、レーザ光照射口が下になるように設けた、例えば、凸レンズ及び凹レンズからなる投影レンズなどの光学レンズ装置、10は、例えば、レーザダイオードバーを複数個積み上げて構成される、連続発振で1kW以上の高出力を出す半導体レーザ発振器、10aは、上記レーザ発振器の出口に設けた、上記レーザ発振器10のレーザ光集光手段、11は、上記レーザ光集光手段10aと上記光学レンズ装置9とを接続する、例えば直径1.5mm、長さ5mの光ファイバである。
FIG. 11 shows a conventional laser heating apparatus, wherein 1 is an airtight chamber, 2 is an object to be heated such as a semiconductor substrate, and 3 is provided in the
上記従来のレーザ加熱装置においては、上記レーザ発振器10からのレーザ光を、上記光ファイバ11の一端から入射し、他端から出射させ、上記光学レンズ装置9及び上記レーザ光透過窓4を介して、真空又は特定のガス雰囲気中の気密チャンバ1内に支持された被加熱物2に照射し、この際、上記レーザ光を上記光学レンズ装置9により上記被加熱物2のサイズと略同等の大きさに拡大されるようにして、上記被加熱物2を加熱させる。
In the conventional laser heating apparatus, the laser light from the
このようなレーザ加熱装置としては、例えば、特許文献1がある。
An example of such a laser heating apparatus is
しかしながら、上記従来のレーザ加熱装置では、気密チャンバ1を酸素雰囲気等、特定のガス雰囲気で被加熱物を加熱する場合、上記被加熱物2上に照射されるレーザ光の強度分布が均一であっても、上記被加熱物2の周縁部分から上記雰囲気ガスへの熱放散によって、上記被加熱物2の中央部と周縁部分との温度差が大きくなり、上記被加熱物2を均一の温度分布で加熱することができず、従って、上記被加熱物2上に均一の薄膜を形成することができないという欠点があった。
However, in the conventional laser heating apparatus, when the object to be heated is heated in the gas
また、被加熱物上の温度分布を均一にするために、レーザ光の強度分布を、被加熱物の中央部分より周縁部分を強くするようにした光学レンズ装置を用いることもできるが、一度設定した光学レンズ装置のレーザ光の強度分布は変えることができないため、被加熱物の種類、厚さや、被加熱物の加熱温度、ガス雰囲気、チャンバ内圧力などの条件が異なると、異なる光学レンズ装置を設ける必要があり、装置が複雑化してしまう欠点があった。 In addition, in order to make the temperature distribution on the object to be heated uniform, an optical lens device in which the peripheral part of the intensity distribution of the laser beam is made stronger than the center part of the object to be heated can be used. Since the intensity distribution of the laser light of the optical lens device cannot be changed, the optical lens device differs depending on conditions such as the type and thickness of the object to be heated, the heating temperature of the object to be heated, the gas atmosphere, and the pressure in the chamber. There is a drawback that the apparatus becomes complicated.
また、被加熱物の種類、厚さや、被加熱物の加熱温度、ガス雰囲気、チャンバ内圧力などの条件が少しでも異なると、上記被加熱物2の周縁部分から上記雰囲気ガスへの熱放散量が変わるので、被加熱物の温度を均一にすることが難しかった。 Further, if the conditions such as the type and thickness of the object to be heated, the heating temperature of the object to be heated, the gas atmosphere, and the pressure in the chamber are slightly different, the amount of heat dissipated from the peripheral portion of the object to be heated 2 to the atmosphere gas Therefore, it was difficult to make the temperature of the object to be heated uniform.
本発明は、上記の欠点を除くようにしたものである。 The present invention eliminates the above-mentioned drawbacks.
本発明のレーザ加熱装置は、気密チャンバと、この気密チャンバに設けた、レーザ光を透過するレーザ光透過窓と、上記気密チャンバ内に設けた被加熱物支持手段と、上記気密チャンバの外部から上記レーザ光透過窓を通して、上記被加熱物支持手段により支持した被加熱物上にレーザ光を照射する、少なくとも2つ以上のレーザ照射手段とよりなり、上記各レーザ照射手段は、上記被加熱物上に、それぞれ異なる形状のレーザ光を照射し、上記被加熱物を加熱するものであると共に、上記レーザ照射手段の少なくとも一つは、上記被加熱物の周縁部分に、リング状のレーザ光を照射し、上記被加熱物を加熱することを特徴とする。 The laser heating apparatus of the present invention includes an airtight chamber, a laser light transmitting window provided in the airtight chamber for transmitting laser light, an object support means provided in the airtight chamber, and an outside of the airtight chamber. It comprises at least two or more laser irradiating means for irradiating the object to be heated, which is supported by the object to be heated supporting means, through the laser light transmitting window, and each of the laser irradiating means includes the object to be heated. In addition to irradiating laser beams of different shapes to heat the object to be heated, at least one of the laser irradiation means applies a ring-shaped laser beam to the peripheral portion of the object to be heated. Irradiation is performed to heat the object to be heated.
また、上記レーザ照射手段の一つは、上記被加熱物上の全面にレーザ光を照射するものであることを特徴とする。 One of the laser irradiation means is characterized in that the entire surface of the object to be heated is irradiated with laser light.
また、上記レーザ照射手段の少なくとも2つ以上が、被加熱物上に、リング状のレーザ光を照射するものであることを特徴とする。 Further, at least two of the laser irradiation means irradiate the object to be heated with a ring-shaped laser beam.
また、上記被加熱物は円板状であり、上記リング状とは、円環状であることを特徴とする。 The object to be heated has a disk shape, and the ring shape has an annular shape.
また、上記被加熱物上の複数の箇所の温度をそれぞれ計測する温度計測手段を設け、この計測された温度に基づき、上記各レーザ照射手段のレーザ光の出力をそれぞれ制御することを特徴とする。 In addition, a temperature measuring unit that measures the temperature of each of a plurality of locations on the object to be heated is provided, and the output of the laser beam of each laser irradiation unit is controlled based on the measured temperature. .
また、上記複数のレーザ照射手段により照射されるレーザ光を、重畳手段を用いて、上記被加熱物にそれぞれ垂直照射することを特徴とする。 Further, the object to be heated is vertically irradiated with the laser light emitted from the plurality of laser irradiation means using a superimposing means.
また、上記重畳手段は、上記被加熱物と上記レーザ照射手段との間にバンドパスフィルターを設け、このバンドパスフィルターを介してレーザ光を上記被加熱物にそれぞれ垂直照射するようにしたことを特徴とする。 Further, the superimposing means is provided with a band pass filter between the object to be heated and the laser irradiating means, and laser light is vertically irradiated on the object to be heated through the band pass filter. Features.
本発明の加熱装置によれば、気密チャンバ内がガス雰囲気中であっても、被加熱物を均一の温度分布で加熱できるという大きな利点がある。 According to the heating device of the present invention, there is a great advantage that an object to be heated can be heated with a uniform temperature distribution even in a gas atmosphere in the hermetic chamber.
また、被加熱物の種類、厚さや、被加熱物の加熱温度、ガス雰囲気、チャンバ内圧力などの条件が変わると、特に、被加熱物の中央部の温度に比べて周縁部分の温度差が急激に変わるが、周縁部分にリング状のレーザ光を別途照射することにより、その制御が容易になり、加熱物を均一の温度分布で加熱できるようになる。 In addition, when the conditions such as the type and thickness of the object to be heated, the heating temperature of the object to be heated, the gas atmosphere, and the pressure in the chamber change, the temperature difference in the peripheral portion in particular compared to the temperature at the center of the object to be heated Although it changes abruptly, by separately irradiating the peripheral portion with a ring-shaped laser beam, the control becomes easy and the heated object can be heated with a uniform temperature distribution.
以下図面によって本発明の実施例を説明する。なお、上記従来のレーザ加熱装置と同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as the said conventional laser heating apparatus, and description is abbreviate | omitted.
本発明のレーザ加熱装置においては、図1〜図3に示すように、気密チャンバ1内に配置した、例えば、直径0.5インチの円板状のシリコン基板などの被加熱物2上に、この被加熱物2のサイズと略同形状の大きさの円形状のレーザ光12を照射して上記被加熱物2を加熱する第1のレーザ照射手段13と、上記被加熱物2の周縁部分に、リング状のレーザ光14を照射して上記周縁部分を加熱する第2のレーザ照射手段15とを設ける。
In the laser heating apparatus of the present invention, as shown in FIGS. 1 to 3, on a
また、上記第1のレーザ照射手段13からのレーザ光12と上記第2のレーザ照射手段15からのレーザ光14とを重畳し、上記被加熱物2に同軸で、それぞれ垂直照射するための第1の重畳手段を設ける。
Further, the
この第1の重畳手段は、例えば、上記第1のレーザ照射手段13からのレーザ光(例えば、波長880nm)など特定の波長のレーザ光は反射するが、上記第2のレーザ照射手段15からのレーザ光(例えば、波長940nm)などの特定の波長は透過する、例えば、円板状の第1のバンドパスフィルター16を用いる。なお、このバンドパスフィルター16は、例えば、誘電体多層膜により特定の波長のみを反射又は透過する機能を有する。
The first superimposing means reflects, for example, laser light having a specific wavelength such as laser light (for example, wavelength 880 nm) from the first laser irradiation means 13, but from the second laser irradiation means 15. For example, a disk-shaped
そして、図1に示すように、上記被加熱物2の上方に、上記第2のレーザ照射手段15の第2のレーザ光照射口15aを配置して、上記被加熱物2と上記第2のレーザ光照射口15aとの間に、上記第1のバンドパスフィルター16を45度傾斜させて配置すると共に、上記バンドパスフィルター16の横方向に、上記第1のレーザ照射手段13の第1のレーザ光照射口13aを配置する。
Then, as shown in FIG. 1, the second laser
そして、下方に照射された上記第2のレーザ光照射口15aからのレーザ光14は、上記第1のバンドパスフィルター16を透過して、上記被加熱物2に垂直照射されるようにすると共に、横方向に照射された上記第1のレーザ光照射口13aからのレーザ光12は、上記第1のバンドパスフィルター16に反射して、上記被加熱物2に垂直照射されるようにする。
Then, the
また、上記第1のレーザ照射手段13は、例えば、第1のレーザ発振器17と、第1の光ファイバ18と、第1の光学レンズ装置19とよりなり、上記第1のレーザ発振器17からのレーザ光を、上記第1の光ファイバ18の一端から入射し、他端から出射させ、このレーザ光を上記第1の光学レンズ装置19、上記第1のバンドパスフィルター16及び上記レーザ光透過窓4を介して気密チャンバ1内の被加熱物2に照射する。
The first laser irradiation means 13 includes, for example, a
なお、上記第1の光ファイバ19から出射された上記レーザ光は、上記第1の光学レンズ装置19により、図2に示すように、上記被加熱物2をそのサイズ(例えば、直径12.5mm)と略同形状の大きさ(例えば、直径13mm)の円形状に拡大され、かつ、エネルギー強度分布を均一(トップハット状)で上記被加熱物2の全面に照射されるようにして、上記被加熱物2を加熱させる。
Note that the laser light emitted from the first
なお、上記被加熱物2に照射される円形状のレーザ光の1例は、上記被加熱物2の径よりも若干大きい径であるが、上記被加熱物2の径と同じ、若しくは、若干大きい径であってもよい。 Note that one example of the circular laser beam irradiated to the object to be heated 2 has a diameter slightly larger than the diameter of the object to be heated 2, but is the same as or slightly different from the diameter of the object to be heated 2. It may be a large diameter.
また、上記第2のレーザ照射手段15は、例えば、第2のレーザ発振器20と、第2の光ファイバ21と、第2の光学レンズ装置22とよりなり、上記第2のレーザ発振器20からのレーザ光を、上記第2の光ファイバ21の一端から入射し、他端から出射させ、このレーザ光を上記第2の光学レンズ装置22、上記バンドパスフィルター16及び上記レーザ光透過窓4を介して気密チャンバ1内の被加熱物2に照射する。
The second laser irradiating means 15 includes, for example, a
なお、上記第2の光ファイバ21により出射された上記レーザ光は、上記第2の光学レンズ装置22により、図3に示すように、上記被加熱物2の周縁部分を照射するように、リング状に拡大され(例えば、外径12.5mm、内径9mm)、上記被加熱物2の周縁部分を加熱させる。
The laser beam emitted from the second optical fiber 21 is irradiated with a ring so that the second
なお、上記リング状のレーザ光は、上記被加熱物の外周縁を含んだ周縁部分に照射することが好ましいので、上記リング状のレーザ光の外径は、上記被加熱物2の径と同じ、若しくは、若干大きい径であることが好ましい。
In addition, since it is preferable to irradiate the peripheral part including the outer periphery of the said to-be-heated object with the said ring-shaped laser beam, the outer diameter of the said ring-shaped laser beam is the same as the diameter of the said to-
また、上記第1のレーザ照射手段13と上記被加熱物2との作動距離(ワーキングディスタンス)は、例えば、150mmであり、上記第2のレーザ照射手段15と上記被加熱物2との作動距離(ワーキングディスタンス)も同様に、例えば、150mmである。 The working distance between the first laser irradiation means 13 and the object to be heated 2 is, for example, 150 mm, and the working distance between the second laser irradiation means 15 and the object to be heated 2 is 150 mm. Similarly, the (working distance) is 150 mm, for example.
なお、図4に示すように、上記被加熱物2上において、上記第2のレーザ照射手段15のみにより照射される部分Aの面積を1とすれば、上記第1のレーザ照射手段13により照射されるリング状の部分Bの面積を0.5〜1.5の範囲の面積比率に設定することにより、被加熱物上の温度分布を調整しやすくなる。そして、特に、A:B=1:1とすることが最も被加熱物上の温度分布を調整しやすくなり、好ましい。
As shown in FIG. 4, if the area of the portion A irradiated only by the second laser irradiation means 15 on the
また、上記被加熱物2の上記部分Aと、周縁部分の上記部分Bとの温度をそれぞれ計測する放射温度計などの温度計測手段(図示せず)を設ける。 Moreover, temperature measurement means (not shown), such as a radiation thermometer, which respectively measures the temperature of the part A of the object to be heated 2 and the part B of the peripheral part is provided.
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、例えば、酸素ガス雰囲気内で、上記第1のレーザ照射手段13と上記第2のレーザ照射手段15とにより、上記被加熱物2の温度分布が均一になるように、各レーザ光を上記被加熱物2に照射し、例えば、1200℃で1時間加熱し、酸化膜を形成する。
Since the laser heating apparatus of the present invention is configured as described above, for example, in the oxygen gas atmosphere, the first
なお、図5は、上記被加熱物2上に照射されるレーザ光のエネルギー強度分布を示し、図5中の破線(1)は、上記第1のレーザ照射手段13のレーザ光のみの強度分布を示し、破線(2)は、上記第2のレーザ照射手段15のレーザ光のみの強度分布を示し、実線は、これら第1のレーザ照射手段13と第2のレーザ照射手段15のレーザ光を合成した強度分布を示す。図5のように、周縁部分のレーザ光の強度を中央部分よりも高くすることにより、上記被加熱部2の温度分布を均一にできるようになる。
FIG. 5 shows the energy intensity distribution of the laser beam irradiated onto the
なお、第1のレーザ照射手段13のレーザ光の強度分布は均一(トップハット状)にするのが好ましいが、実際に照射した場合には、中心部が最も強く、周辺部分はやや弱い傾向となる(−10%程度)(図5の破線(1)参照)。 The intensity distribution of the laser beam of the first laser irradiation means 13 is preferably uniform (top hat shape), but when actually irradiated, the central portion is the strongest and the peripheral portion tends to be slightly weak. (About -10%) (see broken line (1) in FIG. 5).
また、上記被加熱物2の部分Aの温度を計測する温度計測手段と、周縁部分の部分Bの温度を計測する温度計測手段を用いて、それぞれ被加熱物2の部分Aと部分Bとの温度を計測し、この温度情報に基づき、上記第1のレーザ照射手段13と上記第2のレーザ照射手段15とのレーザ光の照射強度をそれぞれ制御して、上記被加熱物2の温度分布が均一になるように調整する。 Further, the temperature measuring means for measuring the temperature of the part A of the object to be heated 2 and the temperature measuring means for measuring the temperature of the part B of the peripheral part are respectively used for the parts A and B of the object to be heated 2. Temperature is measured, and based on this temperature information, the irradiation intensity of the laser beam from the first laser irradiation means 13 and the second laser irradiation means 15 is controlled, respectively, and the temperature distribution of the object to be heated 2 is determined. Adjust to be uniform.
本発明のレーザ加熱装置によれば、2つのレーザ照射手段を用いると共に、被加熱物のサイズと略同形状のレーザ光と、被加熱物の周縁部分に照射するリング状のレーザ光とを、それぞれ所望のレーザ出力で照射するようにしたので、気密チャンバ内がガス雰囲気であっても、上記被加熱物2の中央部と周縁部分との温度差を少なくすることができ、これにより、上記被加熱物の温度分布を均一にでき、従って、被膜厚さを均一にできるという大きな利益がある。 According to the laser heating apparatus of the present invention, while using two laser irradiation means, laser light having substantially the same shape as the size of the object to be heated, and ring-shaped laser light that irradiates the peripheral portion of the object to be heated, Since each is irradiated with a desired laser output, even if the inside of the hermetic chamber is a gas atmosphere, the temperature difference between the central portion and the peripheral portion of the object to be heated 2 can be reduced. There is a great advantage that the temperature distribution of the object to be heated can be made uniform, and therefore the film thickness can be made uniform.
また、被加熱物の種類、厚さや、被加熱物の加熱温度、ガス雰囲気、チャンバ内圧力などの条件が異なる場合でも、上記各レーザ照射手段13、15のレーザ光の出力をそれぞれ変えるだけで、光学レンズ装置を変更することなく、容易に、被加熱物を所望の温度で、かつ、温度分布を均一にすることができる。 Even when the conditions such as the type and thickness of the object to be heated, the heating temperature of the object to be heated, the gas atmosphere, and the pressure in the chamber are different, the output of the laser beam of each of the laser irradiation means 13 and 15 is changed. The object to be heated can be easily made to have a desired temperature and the temperature distribution can be made uniform without changing the optical lens device.
特に、上記条件が変わると、被加熱物の中央部の温度に比べて周縁部分の温度差が急激に変化するので、周縁部分にリング状のレーザ光を別途照射することにより、その制御が容易になり、加熱物を均一の温度分布で加熱できるようになる。 In particular, when the above conditions change, the temperature difference at the peripheral portion changes abruptly compared to the temperature at the center of the object to be heated. Therefore, it is easy to control by separately irradiating the peripheral portion with a ring-shaped laser beam. Thus, the heated object can be heated with a uniform temperature distribution.
また、被加熱物の膜厚も、上記各レーザ照射手段13、15のレーザ光の出力をそれぞれ変えられるので、その調整が容易になる。 Further, the film thickness of the object to be heated can be easily adjusted because the output of the laser beam from each of the laser irradiation means 13 and 15 can be changed.
例えば、膜厚を厚くするために、被加熱物に照射されるレーザ強度を強くした場合には、被加熱物の周縁部分からの熱放散量が急激に多くなるが、このように、周縁部分からの熱放散量が変わっても、被加熱物のサイズと略同形状のレーザ光とリング状のレーザ光とを被加熱物にそれぞれ所望のレーザ出力で照射するようにしたので、被加熱物を均一の温度分布にすることができるようになる。 For example, when the laser intensity applied to the object to be heated is increased in order to increase the film thickness, the amount of heat dissipation from the peripheral part of the object to be heated increases rapidly. Even if the amount of heat dissipation from the object changes, the object to be heated is irradiated with laser light and ring-shaped laser light that are approximately the same size as the object to be heated with the desired laser output. Can be made to have a uniform temperature distribution.
また、上記複数の温度計測手段を用いて、リアルタイムで、上記中央部分と周縁部分などの各所の温度を計測し、この温度情報をフィードバックし、上記各レーザ照射手段の出力をそれぞれ制御することにより、上記被加熱物をより均一な温度分布で加熱することができるようなる。 Further, by measuring the temperature of each part such as the central portion and the peripheral portion in real time using the plurality of temperature measuring means, feeding back the temperature information, and controlling the output of each laser irradiation means, respectively. The heated object can be heated with a more uniform temperature distribution.
また、複数のレーザ照射手段を用いることで、小さな出力のレーザ発振器を用いることができ、コストを安くすることができる。 Further, by using a plurality of laser irradiation means, a laser oscillator with a small output can be used, and the cost can be reduced.
また、大出力のレーザ発振器を用いないので、レーザ加熱装置をコンパクトにすることができる。 In addition, since a high-power laser oscillator is not used, the laser heating device can be made compact.
なお、リング状のレーザ光の形状は、被加熱物の形状によって変わり、例えば、被加熱物が円板状である場合には、円環状のレーザ光であり、例えば、被加熱物が矩形状の場合には、矩形環状のレーザ光を照射するようにする。 Note that the shape of the ring-shaped laser light varies depending on the shape of the object to be heated. For example, when the object to be heated is a disk, the shape is an annular laser beam. For example, the object to be heated is rectangular. In this case, a rectangular annular laser beam is irradiated.
なお、被加熱物の径が大きい場合には、3つ以上のレーザ照射手段を設けてもよい。 When the diameter of the object to be heated is large, three or more laser irradiation means may be provided.
図6は、3つのレーザ照射手段を設けた実施例を示し、第3のレーザ照射手段23と、第4のレーザ照射手段24と、第5のレーザ手段25とを用いて、被加熱物2を加熱するようにする。なお、図6は気密チャンバ1などを省略した、本発明の他の実施例の要部の説明図である。
FIG. 6 shows an embodiment in which three laser irradiation means are provided, and an
なお、上記第3のレーザ照射手段23からは、例えば、880nmの波長のレーザ光26を、直径12.5mmの被加熱物2に、図7に示すように、この被加熱物2のサイズと略同形状の大きさの直径13mmの円形状で照射されるようにする。
Note that, from the third laser irradiation means 23, for example, a
また、上記第4のレーザ照射手段24からは、例えば、940nmの波長のレーザ光27を、図8に示すように、外径12.5mm、内径7mmのリング状で照射されるようにする。
Further, from the fourth laser irradiation means 24, for example, a
また、上記第5のレーザ照射手段25からは、例えば、980nmの波長のレーザ光28を、図9に示すように、外径12.5mm、内径10mmのリング状で照射されるようにする。
Further, from the fifth laser irradiation means 25, for example,
なお、上記被加熱物2に照射される、上記第4のレーザ照射手段24によるリング状のレーザ光27の形状と、上記第5のレーザ照射手段25のリング状のレーザ光28の形状とは、異なる形状とするが、リング幅のみ異ならせ、外径は、それぞれ上記被加熱物2の外径と略同形状であることが好ましい。
Note that the shape of the ring-shaped
また、上記第4のレーザ照射手段24と上記第5のレーザ照射手段25のうちいずれか一つを上記被加熱物2の周縁部分を照射するものであれば、他のレーザ照射手段は、上記被加熱物2の中間部分のみを加熱するリング状のレーザ光であってもよい。
In addition, as long as any one of the fourth
また、上記第3のレーザ照射手段23からのレーザ光26と、上記第4のレーザ照射手段24からのレーザ光27と、上記第5のレーザ照射手段25からのレーザ光28を重畳し、上記被加熱物2に同軸で、それぞれ垂直照射するための第2の重畳手段を設ける。
Further, the
この第2の重畳手段は、例えば、レーザ光の波長が980nm、940nmは透過するが、880nmを通さず、反射させる第2のバンドパスフィルター29と、レーザ光の波長が980nmは透過するが、940nmを通さず、反射させる第3のバンドパスフィルター30を設ける。
For example, the second superimposing means transmits the laser light having a wavelength of 980 nm and 940 nm, but does not pass the 880 nm and reflects the
そして、図6に示すように、上記被加熱物2の上方に、上記第5のレーザ照射手段25の第5のレーザ光照射口25aを配置して、上記被加熱物2と上記第5のレーザ光照射口25aとの間に、上記第2のバンドパスフィルター29と上記第3のバンドパスフィルター30をそれぞれ45度傾斜させて配置する。
And as shown in FIG. 6, the 5th laser
また、上記第2のバンドパスフィルター29の横方向に、上記第3のレーザ照射手段23の第3のレーザ光照射口23aを配置すると共に、上記第3のバンドパスフィルター30の横方向に、上記第4のレーザ照射手段24の第4のレーザ光照射口24aを配置する。
In addition, the third laser
そして、下方に照射された上記第5のレーザ光照射口25aからのレーザ光28は、上記第2、第3のバンドパスフィルター29、30を透過して、上記被加熱物2に垂直照射されるようにする。また、上記第2のバンドパスフィルター29に向けて横方向に照射された上記第3のレーザ光照射口23aからのレーザ光26は、上記第2のバンドパスフィルター29に反射して、上記被加熱物2に垂直照射されるようにする。また、上記第3のバンドパスフィルター30に向けて横方向に照射された上記第4のレーザ光照射口24aからのレーザ光27は、上記第3のバンドパスフィルター30に反射し、そして、上記第2のバンドパスフィルター29を透過して、上記被加熱物2に垂直照射されるようにする。以上により、上記各レーザ光26、27、28は、それぞれが重畳されて、上記被加熱物2に同軸で、垂直照射されるようになる。
Then, the
なお、上記第3〜第5のレーザ照射手段23、24、25は、例えば、上記第1、第2のレーザ照射手段と同様、レーザ発振器31a、31b、31cと光ファイバ32a、32b、32cと光学レンズ装置33a、33b、33cとより形成するようにする。
The third to fifth laser irradiation means 23, 24, 25 are, for example,
この3つのレーザ照射手段23、24,25を用いた場合には、2つのレーザ照射手段を用いた場合よりも、細かい調整ができるため、より被加熱物の温度分布を均一にすることができるようになる。 When these three laser irradiation means 23, 24, and 25 are used, fine adjustment can be performed as compared with the case of using two laser irradiation means, so that the temperature distribution of the object to be heated can be made more uniform. It becomes like this.
なお、図10に示すように、上記被加熱物2上において、上記第3のレーザ照射手段23のレーザ26にのみ照射される部分C(内側円)の面積を1とすれば、上記第3のレーザ照射手段13のレーザ光26と上記第4のレーザ照射手段24のレーザ光27との重畳して照射される部分D(中間リング)の面積を0.5〜1.5の範囲の面積比率に設定し、また、上記第5のレーザ照射手段25のレーザ光28により照射されるリング状の部分E(外側リング)の面積を0.5〜1.5の範囲の面積比率に設定することにより、被加熱物上の温度分布を調整しやすくなる。そして、特に、C:D:E=1:1:1とすることが最も被加熱物上の温度分布を調整しやすくなり、好ましい。
As shown in FIG. 10, if the area of the portion C (inner circle) irradiated only on the
また、上記部分C,D、Eの温度をそれぞれ計測するための放射温度計などの温度計測手段(図示せず)を設け、各部分の温度を計測し、この温度情報に基づき、上記第3〜第5のレーザ照射手段23、24、25のレーザ光の強度をそれぞれ制御して、上記被加熱物2の温度分布が均一になるように調整してもよい。 Further, a temperature measuring means (not shown) such as a radiation thermometer for measuring the temperatures of the parts C, D, E is provided, the temperature of each part is measured, and the third information is based on the temperature information. The intensity of the laser beam from each of the fifth to fifth laser irradiation means 23, 24, and 25 may be controlled to adjust the temperature distribution of the object to be heated 2 to be uniform.
なお、バンドパスフィルター以外の重畳手段を用いても良く、また、複数のレーザ照射手段からのレーザ光を被加熱物に同軸で、垂直照射する必要がない場合には、バンドパスフィルターなどの重畳手段を省略してもよい。この場合には、各レーザ照射手段のレーザ光の波長を同じにすることができる。 Note that superimposing means other than the bandpass filter may be used, and when it is not necessary to irradiate the laser light from the plurality of laser irradiation means coaxially with the object to be heated and vertically irradiated, superimposition such as a bandpass filter is performed. Means may be omitted. In this case, the wavelength of the laser beam of each laser irradiation means can be made the same.
また、上記実施例においては、被加熱物を均一に加熱する例を示したが、各領域の温度を変えて加熱するようにしてもよい。 Moreover, in the said Example, although the example which heats a to-be-heated material was shown, you may make it change and change the temperature of each area | region.
1 気密チャンバ
2 被加熱物
3 被加熱物支持手段
4 レーザ光透過窓
5 マスフロー
6 排気ポンプ
7 バルブ
8 ホルダ
9 光学レンズ装置
10 レーザ発振器
10a レーザ光集光手段
11 光ファイバ
12 レーザ光
13 第1のレーザ照射手段
13a レーザ光照射口
14 レーザ光
15 第2のレーザ照射手段
15a レーザ光照射口
16 第1のバンドパスフィルター
17 第1のレーザ発振器
18 第1の光ファイバ
19 第1の光学レンズ装置
20 第2のレーザ発振器
21 第2の光ファイバ
22 第2の光学レンズ装置
23 第3のレーザ照射手段
23a レーザ光照射口
24 第4のレーザ照射手段
24a レーザ光照射口
25 第5のレーザ照射手段
25a レーザ光照射口
26 レーザ光
27 レーザ光
28 レーザ光
29 第2のバンドパスフィルター
30 第3のバンドパスフィルター
31a レーザ発振器
31b レーザ発振器
31c レーザ発振器
32a 光ファイバ
32b 光ファイバ
32c 光ファイバ
33a 光学レンズ装置
33b 光学レンズ装置
33c 光学レンズ装置
DESCRIPTION OF
Claims (7)
上記各レーザ照射手段は、上記被加熱物上に、それぞれ異なる形状のレーザ光を照射し、上記被加熱物を加熱するものであると共に、
上記レーザ照射手段の少なくとも一つは、上記被加熱物の周縁部分に、リング状のレーザ光を照射し、上記被加熱物を加熱することを特徴とするレーザ加熱装置。 An airtight chamber, a laser light transmission window that transmits laser light, provided in the airtight chamber, a heated object support means provided in the airtight chamber, and the laser light transmission window from the outside of the airtight chamber through the laser light transmission window. It comprises at least two or more laser irradiation means for irradiating a laser beam onto the object to be heated supported by the object to be heated support means,
Each of the laser irradiation means irradiates the object to be heated with laser beams having different shapes to heat the object to be heated.
At least one of the laser irradiation means irradiates a peripheral portion of the object to be heated with a ring-shaped laser beam to heat the object to be heated.
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