JP6030451B2 - レーザ処理装置およびレーザ処理方法 - Google Patents

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Description

本発明は、被処理体にレーザ光を照射して所定の処理を行うレーザ処理装置およびレーザ処理方法に関するものである。
半導体装置の製造プロセスでは、イオン注入などにより不純物が導入された半導体ウエハーに対して、不純物の活性化や結晶のダメージ回復を目的とする熱処理などが行われている。この熱処理の方法としては、加熱炉内で半導体ウエハーを加熱する炉アニールのほか、レーザ光を半導体ウエハーに照射して加熱するレーザアニールが知られている。
レーザアニールとしては、例えば、波長の異なる２つのレーザ光を半導体ウエハーなどの基板に照射する方法が提案されている（特許文献１および特許文献２参照）。
特許文献１には、いずれも連続発振レーザ光である第１のレーザ光と、第１のレーザ光とは異なる波長を有する第２のレーザ光とを、半導体ウエハーの同じ面に同時に照射して半導体ウエハー中に注入された不純物の活性化を行う半導体装置の製造方法が記載されている。特許文献１には、第１のレーザ光および第２のレーザ光の半導体ウエハー上での移動速度は同一であり、第１のレーザ光および第２のレーザ光の移動方向のビームスポットサイズを制御することにより両レーザ光の照射時間を制御して、半導体ウエハーの深さ方向の温度分布を制御することが記載されている。また、特許文献１には、ステージを駆動して半導体ウエハーを一定速度で移動させることにより、第１のレーザ光および第２のレーザ光の半導体ウエハー上の照射位置を一定速度で移動させることが記載されている。
また、特許文献２には、基本波光パルスと高調波光パルスとを被照射試料に集光照射する二波長レーザ表面処理装置において、基本波光パルスあるいは高調波光パルスのいずれかを遅延させて、両パルスの間に、少なくとも光パルスのパルス時間幅以上の遅延を与えることが記載されている。
特許４１１７０２０号公報 特開昭５６−２９３２３号公報
しかしながら、特許文献１に記載されるように連続発振レーザ光を使用する場合には、以下に述べる問題が存在する。
まず、連続発振レーザ光を使用する場合に、ステージを移動させることによりレーザ光の半導体ウエハー上の照射位置を移動させたのでは、１μ秒以下のような短時間の照射時間を実現することが困難である。例えば、１μ秒以下の照射時間を実現するためには、半導体ウエハー上に集光するレーザ光のビーム幅が１０μｍの場合、１０ｍ／秒もの高速度でステージを移動させる必要がある。このように高速度でステージを移動させると、レーザ光の照射位置周辺に乱気流などが発生し、その結果、半導体ウエハーを安定して所定の温度に加熱することが困難になると考えられる。
また、連続発振するレーザ光を使用する場合、波長の異なる２つのレーザ光の照射時間を互いに独立して制御することが困難である。例えば、可視レーザ光と近赤外レーザ光とを半導体ウエハーに照射する場合、半導体ウエハーへの吸収が良好な可視レーザ光については、短時間の照射時間で照射して半導体ウエハーを溶融することが好ましい。これに対して、近赤外レーザ光については、半導体ウエハー全体の温度を上昇させるために可視レーザ光と比較して長時間の照射時間で照射することが好ましい。具体的には、可視レーザ光の照射時間は１μ秒程度であることが好ましいのに対して、近赤外レーザ光の照射時間は１００μ秒程度であることが好ましいと考えられる。連続発振するレーザ光を使用する場合には、このようにレーザ光の波長に応じて異なる照射時間でレーザ光を照射することが困難である。
さらに、可視レーザ光を連続発振するレーザ発振器が高価であるという難点もある。例えば、緑色レーザ光を連続発振するレーザ発振器は、出力１０Ｗのものが数百万円ほどの価格で販売されている。これに対して、緑色レーザ光をパルス発振するレーザ発振器は、出力１００Ｗのものが１千万円ほどの価格で販売されている。このように、緑色レーザ光を発振するレーザ発振器の場合、出力当たりの価格でみると、連続発振するレーザ発振器は、パルス発振するレーザ発振器より約５倍も高価になっている。
また、特許文献１に記載されるようにステージを移動させてレーザ光の半導体ウエハーへの照射位置を移動させる場合、連続発振するレーザ光に対する温度モニタの相対的な位置関係が一定に固定される。このため、半導体ウエハーにおける照射位置での温度履歴を測定することが困難である。この結果、半導体ウエハーに導入した不純物を活性化する活性化アニールを行う場合には、このプロセスに重要なアニール後の冷却時間を見積もることが困難である。
また、特許文献２には、レーザ光の走査に関し、被照射試料が移動微動載物台上に取り付けられており、表面処理すべき位置、部位を任意に選択することができることが記載されている。しかしながら、この場合も、上記のようにアニール後の冷却時間を見積もることが困難である。
ところで、レーザ光のビーム形状については、例えばライン状に整形することが考えられる。しかしながら、ライン状にビーム形状を整形した２波長のレーザ光を照射する場合、これらライン状のレーザ光をビーム長全体にわたって同一条件で合波されるように光学系などを調整することは容易ではない。
また、ステージを移動させてレーザ光を走査する構成では、半導体ウエハー全面にレーザ光を照射するためにステージの移動を折り返す必要がある。この場合、ライン状に整形したレーザ光のビーム長が数ｍｍであると、半導体ウエハーの大きさと比較してビーム長が小さいため、ステージの移動を折り返す回数が多くなる。ステージは重量があるため、移動の折り返しのための加減速には１秒程度の時間を要する。このため、例えば、ビーム長２ｍｍ程度のレーザ光を２００ｍｍ半導体ウエハーの全面に照射する場合には、半導体ウエハー１枚当たり、１００回×１秒＝１００秒の折り返しに要する時間が照射時間以外に必要となり、生産性が低いものとなる。
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、可視レーザ光および近赤外レーザ光を、安価な装置構成で高い制御性をもって照射することができ、高い生産性で被処理体をレーザ処理することができるレーザ処理装置およびレーザ処理方法を提供することにある。
すなわち、本発明のレーザ処理装置のうち、第１の本発明は、可視レーザ光を出力する可視レーザ光源と、
近赤外レーザ光を出力する近赤外レーザ光源と、
前記可視レーザ光と前記近赤外レーザ光とを合波部によって同一光路上に合波して被処理体に導波する合波光学系と、
前記可視レーザ光を導波して平行光束に整形する可視光学系と、
前記近赤外レーザ光を導波して平行光束に整形する近赤外光学系と、を備え、
前記合波光学系は、前記可視光学系により導波された前記可視レーザ光と、前記近赤外光学系により導波された前記近赤外レーザ光とを合波し偏向しつつ前記被処理体に導波することを特徴とする。
第２の本発明のレーザ処理装置は、前記第１の本発明において、前記合波光学系で導波される前記可視レーザ光がパルス波であり、前記合波光学系で導波される近赤外レーザ光が連続波であることを特徴とする。
第３の本発明のレーザ処理装置は、前記第１または第２の本発明において、可視レーザ光を出力する可視レーザ光源と、
近赤外レーザ光を出力する近赤外レーザ光源と、
前記可視レーザ光と前記近赤外レーザ光とを合波して被処理体に導波する合波光学系と、を有し、
前記合波光学系で導波される前記可視レーザ光がパルス波であり、前記合波光学系で導波される近赤外レーザ光が連続波であり、
前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光が照射された前記被処理体上の照射面から反射される前記近赤外レーザ光を受光する反射光検出部と、
前記反射光検出部の検出結果を受けて、前記被処理体上の照射面の状態を計測する照射面計測部と、を備えることを特徴とする。
第４の本発明のレーザ処理装置は、前記第３の本発明において、前記被処理体上の照射面から前記反射光検出部に至る光路に光路の開閉を行うシャッターが備えられており、前記シャッターは、間欠的に開くように動作制御されることを特徴とする。
第５の本発明のレーザ処理装置は、前記第４の本発明において、前記シャッターは、前記パルス波の周期に合わせてパルス毎に前記被処理体に照射されている時間内でのみ開くように動作制御されることを特徴とする。
第６の本発明のレーザ処理装置は、前記第３〜第５の本発明のいずれかにおいて、前記可視レーザ光を導波する可視光学系と、
前記近赤外レーザ光を導波する近赤外光学系と、を備え、
前記合波光学系は、前記可視光学系により導波された前記可視レーザ光と、前記近赤外光学系により導波された前記近赤外レーザ光とを合波して前記被処理体に導波することを特徴とする。
第７の本発明のレーザ処理装置は、前記第１〜第６の本発明のいずれかにおいて、前記合波光学系は、前記被処理体に対する前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の照射方向を連続的または間欠的に変えて前記被処理体上で前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の照射位置を移動させる走査部を有することを特徴とする。
第８の本発明のレーザ処理装置は、前記第７の本発明において、前記走査部は、ガルバノミラーとｆθレンズとを有することを特徴とする。
第９の本発明のレーザ処理装置は、前記第１〜第８の本発明のいずれかにおいて、前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の照射に際し、前記被処理体を保持する保持部を移動させる保持部移動装置を備えることを特徴とする。
第１０の本発明のレーザ処理装置は、前記第１〜第９の本発明のいずれかにおいて、前記合波部は、前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の一方を透過し、他方を前記透過の方向と同一の方向に反射して、両者を合波するダイクロイックミラーからなることを特徴とする。
第１１の本発明のレーザ処理装置は、前記第１〜第１０の本発明のいずれかにおいて、前記合波光学系で導波される前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の一部を検査光として合波光学系から取り出す検査光取出し部と、前記検査光によって、前記被処理体への照射を想定した前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の照射位置を検出する検査光検出部と、を備えることを特徴とする。
第１２の本発明のレーザ処理装置は、前記第１１の本発明において、前記可視レーザ光を導波する可視光学系と、前記近赤外レーザ光を導波する近赤外光学系と、前記可視光学系および前記近赤外光学系の位置または／および導波方向をそれぞれ調整する調整機構と、該調整機構を制御する照射位置制御部とを有し、
前記照射位置制御部は、前記検査光検出部の検出結果を受けて前記被処理体上における前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の照射位置が所定の位置になるように前記調整機構を調整する制御を行うことを特徴とする。
第１３の本発明のレーザ処理装置は、前記第１、２、６または第１２の本発明のいずれかにおいて、前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光が照射された前記被処理体上の照射面から発生する放射光の強度を検出する放射光検出部と、
前記放射光検出部の検出結果を受けて、放射光強度と照射面温度との相関関係に基づいて、前記照射面が所定の温度を有するように、前記合波前の前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光のエネルギー密度を調整する温度制御部と、
前記可視レーザ光源および近赤外レーザ光源の出力をそれぞれ調整する出力調整部と、前記可視光学系の可視レーザ光の透過率および近赤外光学系の近赤外レーザ光の透過率をそれぞれ調整する減衰器とを備え、
前記温度制御部は、前記出力調整部および減衰器の一方または両方を制御して照射面上の前記エネルギー密度の調整を行うことを特徴とする。
第１４の本発明のレーザ処理方法は、可視レーザ光源から出力された可視レーザ光と、近赤外レーザ光源から出力された近赤外レーザ光とを合波して共通する光学系で導波して被処理体に照射するレーザ処理方法であって、
可視レーザ光源から出力された可視レーザ光と、近赤外レーザ光源から出力された近赤外レーザ光とをそれぞれ異なる光学系によって導波しつつ平行光束に整形し、前記導波がされた平行光束の前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光を同一光路上に合波して共通する光学系で偏向しつつ導波して被処理体に照射することを特徴とする。
第１５の本発明のレーザ処理方法は、可視レーザ光源から出力された可視レーザ光と、近赤外レーザ光源から出力された近赤外レーザ光とを合波して共通する光学系で導波して被処理体に照射する方法であって、
前記共通する光学系で導波される前記可視レーザ光がパルス波であり、前記共通する光学系で導波される近赤外レーザ光が連続波であり、
前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光が照射された前記被処理体上の照射面から反射される前記近赤外レーザ光を検出し、
検出結果に基づいて、前記被処理体上の照射面の状態を判定することを特徴とする。
第１６の本発明のレーザ処理方法は、前記第１５の本発明において、前記被処理体上の照射面から、反射した前記近赤外レーザ光の検出に至る間で、光路を間欠的に開閉して反射光を間欠的に検出することを特徴とする。
第１７の本発明のレーザ処理方法は、前記第１５の本発明において、前記被処理体上の照射面から前記検出に至る反射光を、前記パルス波の周期に合わせてパルス毎に前記被処理体に照射されている時間内の全部または一部で検出することを特徴とする。
第１８の本発明のレーザ処理方法は、前記第１５〜第１７の本発明のいずれかにおいて、可視レーザ光源から出力された可視レーザ光と、近赤外レーザ光源から出力された近赤外レーザ光とをそれぞれ異なる光学系によって導波し、前記導波がされた前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光を合波して共通する光学系で導波して被処理体に照射することを特徴とする。
第１９の本発明のレーザ処理方法は、前記第１８の本発明において、前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光を異なる前記光学系で導波する際に、前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の一方または両方のビーム形状を整形することを特徴とする。
第２０の本発明のレーザ処理方法は、前記第１４〜第１９の本発明のいずれかにおいて、合波された前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の照射方向を連続的または間欠的に変えて前記被処理体上で前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の照射位置を移動させるとともに、前記被処理体を移動させることによって、前記被処理体に対し、前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光を走査しつつ照射することを特徴とする。
第２１の本発明のレーザ処理方法は、前記第１４〜第２０の本発明のいずれかにおいて、合波された前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の一部を検査光として取り出し、前記検査光によって、前記被処理体への照射を想定した前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の相対的な照射位置を検出し、検出結果に基づいて前記被処理体上における前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の照射位置が所定の位置になるように、前記可視レーザ光を導波する光学系と前記近赤外レーザ光を導波する光学系の一方または両方を調整することを特徴とする。
第２２の本発明のレーザ処理方法は、前記第１４〜第２１の本発明のいずれかにおいて、前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光が照射された前記被処理体の照射面から発生する放射光の強度を検出し、前記放射光の強度と前記照射面の温度との相関関係に基づいて、前記照射面が所定の温度となるように、合波前の前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の一方または両方のエネルギー密度を調整することを特徴とする。
第２１の本発明のレーザ処理方法は、前記第１５〜第２０の本発明のいずれかにおいて、前記共通する光学系で導波される前記可視レーザ光がパルス波であり、前記共通する光学系で導波される近赤外レーザ光が連続波であり、
前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光が照射された前記被処理体上の照射面から反射される前記近赤外レーザ光を検出し、
前記検出結果に基づいて、前記被処理体照射面の状態を判定することを特徴とする。
第２２の本発明のレーザ処理方法は、前記第２１の本発明において、前記被処理体上の照射面から前記反射光の検出に至る間で、光路を間欠的に開閉して反射光を間欠的に検出することを特徴とする。
第２３の本発明のレーザ処理方法は、前記第２１の本発明において、前記被処理体上の照射面から前記検出に至る反射光を、前記パルス波の周期に合わせて前記パルス毎に前記被処理体に照射されている時間内の全部または一部で検出することを特徴とする。
本発明によれば、可視レーザ光源から出力された可視レーザ光と、近赤外レーザ光源から出力された近赤外レーザ光とを合波して共通する光学系で導波して被処理体に照射する。したがって、可視レーザ光および近赤外レーザ光を、安価な装置構成で高い制御性をもって照射することができ、高い生産性で基板を熱処理することができる。
なお、可視レーザ光および近赤外レーザ光は、それぞれ異なる光学系によって導波し、合波光学系で合波して導波することができる。
本発明におけるレーザ処理は、可視レーザ光および近赤外レーザ光を被処理体に照射して被処理体を例えば熱処理するものである。本発明としては処理の内容が特に限定されるものではない。レーザ処理の対象となる被処理体は特に限定されるものではないが、被処理体としては、例えば、半導体ウエハー、ガラス基板などの基板上に形成された半導体層などを挙げることができる。例えば、被処理体として、イオン注入などにより不純物が導入されたＳｉウエハー、ＳｉＣウエハーその他の半導体ウエハーを挙げることができ、この場合のレーザ処理は、半導体ウエハーにレーザ光を照射することにより熱処理して、半導体ウエハーに導入された不純物を活性化するものである。
本発明のレーザ処理装置は、被処理体に照射するレーザ光の光源として、可視レーザ光源と近赤外レーザ光源とを有している。可視レーザ光源としては、ＹＡＧレーザの２倍波を出力する緑色レーザ発振器を例示することができる。また、近赤外レーザ光源としては、半導体レーザを例示することができる。これらの、一般的に高出力とされるレーザ発振器により出力されるレーザ光は、可干渉性が低く、例えば光ファイバで導波しても著しい干渉縞が発生することがないため、光ファイバ出射端での強度分布は均一なトップフラットになる。
なお、後述の合波光学系で導波される可視レーザ光は、パルス波であることが好ましく、合波光学系で導波される近赤外レーザ光は、連続波であることが好ましい。被処理体に対して短時間照射することが好ましい可視レーザ光をパルス波とする一方で、可視レーザ光よりも長時間照射することが好ましい近赤外レーザ光を連続波とすることにより、複数のパルス発振レーザのみを用いる場合と比較して高価な連続発振レーザを使用する数を低減するとともに、レーザ照射による被処理体の熱処理を高いエネルギー効率で行うことができる。
可視光学系は、可視レーザ光源から出力された可視レーザ光を導波することができるものであればよいが、例えば、可視レーザ光のビーム形状を、方形状、円形状、楕円形状その他の所定の形状に整形するビーム形状整形部を有するものであってもよい。可視光学系におけるビーム形状整形部としては、所定の断面形状を有する光ファイバや、カライドスコープなどを用いることができる。
また、可視光学系は、ビーム形状整形部によりビーム形状が整形された可視レーザ光を平行光とするコリメートレンズやホモジナイザなどを有するものであってもよい。
近赤外光学系は、近赤外レーザ光源から出力された近赤外レーザ光を導波することができるものであればよいが、例えば、近赤外レーザ光のビーム形状を、方形状、円形状、楕円形状その他の所定の形状に整形するビーム形状整形部を有するものであってもよい。近赤外光学系におけるビーム形状整形部としても、所定の断面形状を有する光ファイバや、カライドスコープなどを用いることができる。
また、近赤外光学系は、ビーム形状整形部によりビーム形状が整形された近赤外レーザ光を平行光とするコリメートレンズやホモジナイザなどを有するものであってもよい。
なお、上記ビーム形状整形部によるビーム形状の整形は、可視レーザ光および近赤外レーザ光のいずれか一方に対して行ってもよいし、両方に対して行ってもよい。例えば、レーザ光源において所定のビーム形状で出力できるものでは、光学系でビーム整形を行わないものとしてもよい。
合波光学系は、可視光学系により導波された可視レーザ光と、近赤外光学系により導波された近赤外レーザ光とを合波して被処理体に導波するものである。合波光学系に合波されたレーザ光のビーム形状を、方形状、円形状、楕円形状その他の所定の形状に整形するビーム形状整形部を有するものであってもよい。
合波光学系に合波部を有する場合、合波部は、例えば、ダイクロイックミラーからなるものとすることができる。ダイクロイックミラーは、可視レーザ光および近赤外レーザ光の一方を透過し、他方を前記透過の方向と同一の方向に反射して、両者を合波する。
また、合波光学系に走査部を備えることができる。走査部は、被処理体に対する可視レーザ光および近赤外レーザ光の照射位置を連続的または間欠的に移動させるものである。走査部では、例えば可視レーザ光および近赤外レーザ光の光路を連続的または間欠的に移動させたり、反射方向を連続的または間欠的に変えることで被処理体上の照射位置を移動させることができる。
合波光学系が有する走査部により可視レーザ光および近赤外レーザ光の照射位置を移動させることにより、被処理体を保持するステージを頻繁に折り返し移動させる必要をなくすか、その頻度を大幅に小さくすることができる。これにより、高い生産性で被処理体に対してレーザ処理を行うことができる。
なお、走査部は、例えば、可視レーザ光および近赤外レーザ光の照射方向を連続的または間欠的に変化させるガルバノミラーと、ガルバノミラーにより照射方向が変えられた可視レーザ光および近赤外レーザ光を被処理体上で集光しつつ等速度で移動させるｆθレンズとを有するもので構成することができる。
また、被処理体を保持する保持部を移動させる保持部移動装置を設けることができる。この場合、合波光学系に備える走査部による可視レーザ光および近赤外レーザ光の照射位置の移動と、保持部移動装置による被処理体の移動とにより、被処理体上で可視レーザ光および近赤外レーザ光が走査されるようにすることができる。
例えば、保持部移動装置により保持部を一定方向に移動させることにより、被処理体を一定方向に移動させつつ、被処理体が移動する方向と交差する方向に、走査部により可視レーザ光および近赤外レーザ光の照射位置を繰り返し往復して移動させる。これにより、被処理体の処理領域全面にわたって可視レーザ光および近赤外レーザ光を効率よく照射することができる。
また、本発明のレーザ処理装置は、合波光学系で導波される可視レーザ光および近赤外レーザ光の一部を検査光として合波光学系から取り出す検査光取出し部と、検査光によって、被処理体への照射を想定した可視レーザ光および近赤外レーザ光の相対的な照射位置を検出する検査光検出部とを備えていてもよい。この場合、検査光検出部による検査光の検出結果に基づき、被処理体上における可視レーザ光および近赤外レーザ光の照射位置が所定の位置になるように可視光学系および近赤外光学系の位置および／または導波方向を調整することが可能となる。したがって、可視レーザ光および近赤外レーザ光を常に被処理体に対し適正な位置関係で照射することができる。
検査光取出し部としては、例えば、上記合波部を構成するダイクロイックミラーを兼用することができる。ダイクロイックミラーでは、上記のように可視レーザ光と近赤外レーザ光とが合波されるとともに、可視レーザ光および近赤外レーザ光の一方の一部が反射され、他方の一部が前記反射の方向と同一の方向に透過されて、可視レーザ光および近赤外レーザ光の一部が検査光として取り出される。
なお、本発明としては検査光の取り出し位置が特に限定されるものではなく、合波光学系の光学部材や、合波光学系の領域にある光路の任意の位置で取り出すことができる。
また、検査光検出部としては、例えば、ＣＣＤカメラを用いることができるが、本発明としては特に限定されるものではなく、適宜の光学センサを用いるものであってもよい。
また、検査光取出し部と検査光検出部との間には、上記走査部におけるｆθレンズの焦点距離と同一の焦点距離を有する集光レンズを配置し、この集光レンズにより、検査光を検査光検出部に集光するようにしてもよい。この場合、実際に被処理体上に可視レーザ光および近赤外レーザ光を集光するｆθレンズの焦点距離と同一の焦点距離を有する集光レンズにより検査光検出部に検査光を集光するため、被処理体上における可視レーザ光および近赤外レーザ光の相対的な照射位置をより正確に把握して管理することができる。
上記検査光検出部による検出結果に基づく可視光学系および近赤外光学系の位置および／または導波方向の調整は、作業者による手動で行うこともできるが、自動的に行うように構成することもできる。この場合、本発明のレーザ処理装置には、可視光学系および近赤外光学系の位置および／または導波方向を調整可能な調整機構と、該調整機構を制御する照射位置制御部とを設けることができる。調整機構は、可視光学系および近赤外光学系の一方を単独で調整できるものが望ましく、両方をそれぞれ調整できるものが望ましい。ただし、本発明としては、可視光学系および近赤外光学系の一方のみを調整できるものであってもよい。調整内容としては、可視光学系、近赤外光学系の位置と導波方向の一方または両方が挙げられる。調整される光学系の位置としては、導波方向と交差する方向における縦横の位置や導波方向における位置が挙げられる。また、導波方向は、所定の基準線に対する傾きなどが挙げられる。基準線は任意に設定することができる。
上記調整では、光学系全体の位置や導波方向を調整してもよく、光学系の一部、例えば光ファイバやミラー、レンズの位置や配置方向、傾斜方向を変えることで調整してもよい。光ファイバは、配置位置や配置方向の変更によってレーザ光の照射位置を容易に変更することができる。
可視レーザ光と近赤外レーザ光とを異なる光学系で導波し、それぞれの光学系の調整を可能にすれば、照射面における各レーザ光の位置を容易に調整することができる。
上記調整機構による調整を自動的に行う場合、照射位置制御部によって制御することができる。照射位置制御部は、検査光検出部の検出結果を受けて被処理体上における可視レーザ光および近赤外レーザ光の照射位置が所定の位置になるように調整機構を調整する制御を行う。照射位置の制御では、可視レーザ光および近赤外レーザ光の照射位置の調整とともに、両レーザ光の照射位置が相対的に適正な位置にあるように調整するのが望ましい。ただし、各レーザ光の照射位置の調整を行うのみであってもよく、また、相対的な位置を調整するのみであってもよい。照射位置制御部は、ＣＰＵとこれを動作させるプログラムなどによって構成でき、また、照射位置と調整機構による調整量を関連付けたデータを保持し、前記検出結果から必要な調整量を算出して調整機構に備える駆動部などを制御することができる。駆動部はモータや油圧装置などによって構成することができ、本発明としては特定のものに限定されない。
なお、被処理体に対するレーザ処理では、可視レーザ光および近赤外レーザ光が照射された被処理体の照射面の温度が所定の温度となるように管理することが好ましい。
そこで、本発明のレーザ処理装置には、可視レーザ光および近赤外レーザ光が照射された被処理体上の照射面から発生する放射光の強度を検出する放射光検出部と、放射光検出部の検出結果を受けて、放射光強度と照射面温度との相関関係に基づいて、照射面が所定の温度を有するように、合波前の可視レーザ光および近赤外レーザ光のエネルギー密度を調整する温度制御部とを設けることができる。放射光強度と照射面温度との相関関係を予め取得しておき、この相関関係に基づき、検出された放射光強度から照射面の温度を判定することができる。この温度の判定結果に基づき、合波前の可視レーザ光および近赤外レーザ光のエネルギー密度を調整することにより、照射面の温度を所定の温度とすることができる。放射光検出部は、固定された位置に配置したり、保持部と連動して移動するように配置したりすることができる。これにより、可視レーザ光および近赤外レーザ光が合波光学系の走査部で走査される際に、また照射位置が移動する際に、レーザ光が照射された照射面の温度変動を検知することができる。従来装置のように、レーザ光と放射光検出部とが固定された位置関係にあると、現に照射されている位置のみ、温度の測定を行うことができ、照射時以降の温度の経時変化を検知することができない。
上記レーザ光が被処理体に照射されるエネルギー密度やパワー密度の調整は、レーザ光源の出力を調整することにより行うことができる。この場合、可視レーザ光源および近赤外レーザ光源の出力をそれぞれ調整する出力調整部を温度制御部により制御することで、可視レーザ光および近赤外レーザ光のエネルギー密度を調整することができる。また、可視光学系の可視レーザ光の透過率および近赤外光学系の近赤外レーザ光の透過率をそれぞれ調整する減衰器を温度制御部により制御することで、可視レーザ光および近赤外レーザ光のエネルギー密度を調整することができる。温度制御部は、出力調整部および減衰器の一方を制御してもよいし、両方を制御してもよい。
また、被処理体に対するレーザ処理では、可視レーザ光および近赤外レーザ光が照射された被処理体の照射面の状態（溶融、非溶融、固化など）を把握することが好ましい。
そこで、被処理体に照射された連続波である近赤外レーザ光の反射光を検出し、その検出結果を利用して被処理体の照射面状態を測定することができる。該測定は、検出結果をデータ化したり、視認化したりすることにより行うことができ、照射面状態の判定は、観察者が行ったり、コンピュータにより自動的に行ったりすることができる。
なお、上記反射光の検出では、出力が安定した連続波を用いることでより的確な判定を行うことができるが、連続波を間欠的に受光することで測定効果を上げることができる。さらに、パルス波の周期に合わせてパルス毎に照射時間内で反射光を間欠的に受光することで、より的確な照射面状態の判定を行うことができる。照射時間内で受光時期や受光時間を設定することで多様な判定を行うことができる。間欠的な受光は、反射光を検出するカメラなどのシャッターで行うこともできるが、反射光の光路にシャッターを配置し、このシャッターによって受光を調整することもできる。
また、この反射光が合波光学系に戻らないように、被処理体の照射面に対し、可視レーザ光および近赤外レーザ光を斜め方向から照射することができる。また、可視レーザ光および近赤外レーザ光が照射される光路にハーフミラーなどを配置し、照射方向ではレーザ光が透過し、反射光の進行方向ではレーザ光が反射されるようにしてもよい。
以上のとおり、本発明によれば、可視レーザ光源から出力された可視レーザ光と、近赤外レーザ光源から出力された近赤外レーザ光とをそれぞれ異なる光学系によって導波し、導波がされた可視レーザ光および近赤外レーザ光を合波して共通する光学系で導波して被処理体に照射するので、可視レーザ光および近赤外レーザ光を、安価な装置構成で高い制御性をもって照射することができ、高い生産性で被処理体をレーザ処理することができる。
本発明の一実施形態のレーザ処理装置の全体構成を示す概略図である。 同じく、走査部およびステージを含む構成部分をレーザ光源配置側からみた概略図である。 同じく、一実施形態のレーザ処理装置における可視レーザ光および近赤外レーザ光の被処理体上での走査の軌跡を示す平面図である。 同じく、他の実施形態のレーザ処理装置を示す概略図である。 同じく、可視レーザ光および近赤外レーザ光の照射位置を調整する制御手順を示すフローチャートである。 同じく、被処理体に照射された近赤外レーザ光の反射光を受光して照射面状態を検出する装置の概略を示す図である。 同じく、照射面状態を検出する装置に、反射光の光路においてシャッターを配置した概略を示す図である。 同じく、パルス波とシャッターの開閉タイミングとを示すグラフである。
（実施形態１）
本発明の一実施形態のレーザ処理装置を図１、図２に基づいて説明する。
本実施形態のレーザ処理装置は、パルス波である可視レーザ光ＧＬ１を出力する可視レーザ光源Ｇ１と、連続波である近赤外レーザ光ＲＬ１を出力する近赤外レーザ光源Ｒ１とを有している。
可視レーザ光源Ｇ１は、例えば、出力５０Ｗ、発振周波数１０ｋＨｚ、パルスエネルギー５ｍＪでパルス発振して、ＹＡＧレーザの２倍波である波長５３２ｎｍの緑色レーザ光を発生するレーザ発振器である。なお、本発明としては可視レーザ光の波長は特定のものに限定されないが、例えば３５５〜５７７ｎｍのものを例示することができる。
また、近赤外レーザ光源Ｒ１は、例えば、出力３５０Ｗで連続発振して、波長８０８ｎｍの近赤外レーザ光を発生する半導体レーザである。なお、本発明としては近赤外レーザ光の波長は特定のものに限定されないが、例えば７９５〜９８０ｎｍのものを例示することができる。
可視レーザ光源Ｇ１のレーザ光出射側には、可視レーザ光ＧＬ１を導波する光ファイバＧ２が配置されている。光ファイバＧ２は、可視レーザ光源Ｇ１の光出射口に接続してもよく、また、可視レーザ光源Ｇ１から出射された可視レーザ光を導入するものであってもよい。光ファイバＧ２は、例えば１００μｍ×１００μｍの方形状の導波断面形状を有しており、光ファイバＧ２内を導波される可視レーザ光ＧＬ１は、光ファイバＧ２の導波断面形状に従ってビーム形状が当該形状に整形される。また、光ファイバＧ２の開口数は、例えば０．１である。
光ファイバＧ２のレーザ光出射端以降の光路上には、コリメートレンズＧ３が配置され、さらにコリメートレンズＧ３を透過したレーザ光の照射方向に反射面が傾斜して対向するようにダイクロイックミラーＭ１が配置されている。コリメートレンズＧ３の焦点距離は、例えば５０ｍｍである。
光ファイバＧ２、コリメートレンズＧ３は、本発明の可視光学系ＧＳの構成要素である。なお、可視光学系ＧＳには、その他の光学部材を含むものであってもよい。
また、近赤外レーザ光源Ｒ１のレーザ光出射側には、近赤外レーザ光ＲＬ１を導波する光ファイバＲ２が配置されている。光ファイバＲ２は、近赤外レーザ光源Ｒ１の光出射口に接続してもよく、また、近赤外レーザ光源Ｒ１から出射された後の近赤外レーザ光ＲＬ１を導入するものであってもよい。光ファイバＲ２は、例えば４００μｍ×４００μｍの方形状の導波断面形状を有しており、光ファイバＲ２内を導波される近赤外レーザ光ＲＬ１は、光ファイバＲ２の導波断面形状に従ってビーム形状が当該形状に整形される。また、光ファイバＲ２の開口数は、例えば０．２２である。
光ファイバＲ２のレーザ光出射端以降の光路上には、近赤外レーザ光ＲＬ２を集光する集光レンズＲ３、光ファイバＲ４がレーザ光進行方向に沿って順次配置されている。集光レンズＲ３の焦点距離は、例えば１００ｍｍである。光ファイバＲ４は、例えば２００μｍ×２００μｍの方形状の断面形状を有しており、集光レンズＲ３により集光されて光ファイバＲ４内を導波される近赤外レーザ光ＲＬ３は、光ファイバＲ４の導波断面形状に従ってビーム形状が当該形状に整形される。また、光ファイバＲ４の開口数は、例えば０．１である。
光ファイバＲ４のレーザ光出射端以降の光路上には、コリメートレンズＲ５が配置され、コリメートレンズＲ５を透過したレーザ光の進行方向に、前記したダイクロイックミラーＭ１が配置されており、ダイクロイックミラーＭ１は、近赤外レーザ光の進行方向に対し、透過面が傾斜して対向するように位置している。コリメートレンズＲ５の焦点距離は、例えば５０ｍｍである。ダイクロイックミラーＭ１では、可視レーザ光ＧＬ３が主に反射する方向と、近赤外レーザ光ＲＬ５が主に透過する方向とが一致するように配置されている。
光ファイバＲ２、集光レンズＲ３、光ファイバＲ４、コリメートレンズＲ５は、本発明の近赤外光学系ＲＳの構成要素である。なお、近赤外光学系ＲＳには、その他の光学部材を含むものであってもよい。
ダイクロイックミラーＭ１で主となる反射方向および主となる透過方向の光路上には、ガルバノミラーＭ２が配置されており、ガルバノミラーＭ２による反射方向にｆθレンズＭ３が配置されている。ｆθレンズＭ３の透過方向に、半導体ウエハーなどの被処理体１を保持するステージ２が配置されている。ｆθレンズＭ３の焦点距離は、例えば１００ｍｍである。ガルバノミラーＭ１は、反射面を所定の角度範囲で揺動させることができ、これによりガルバノミラーＭ１に入射するレーザ光の反射方向を変えることができる。ガルバノミラーＭ１によって被処理体１上で移動するレーザ光の移動速度は、本発明としては特に限定されないが、例えば、０．０１〜２ｍ／秒の範囲を例示することができる。
ダイクロイックミラーＭ１、ガルバノミラーＭ２、ｆθレンズＭ３は、本発明の合波光学系ＭＳの構成要素である。合波光学系ＭＳには、その他の光学部材を含むものであってもよい。
ダイクロイックミラーＭ１は、本発明の合波部に相当し、ガルバノミラーＭ２およびｆθレンズＭ３は、本発明の走査部を構成する。また、ステージ２は、本発明の保持部に相当する。
ステージ２は、ステージ２をＸ、Ｙ方向に移動可能なステージ移動装置３上に設けられている。ステージ移動装置３は、本発明の保持部移動装置に相当する。
ステージ移動装置３による移動速度は、本発明としては特に限定されるものではないが、例えば、０．０１〜１ｍｍ／秒の範囲を好適例として例示することができる。
また、上記ダイクロイックミラーＭ１では、可視レーザ光ＧＬ３の一部が透過する方向および近赤外レーザ光ＲＬ５の一部が反射する方向が一致しており、この光路上にｆθレンズＭ３と同一の焦点距離を有する集光レンズＣ１を有し、集光レンズＣ１による結像位置にＣＣＤカメラＣ２が配置されている。集光レンズＣ１の焦点距離は、上記ｆθレンズＭ３の焦点距離と同一で、例えば１００ｍｍである。
集光レンズＣ１およびＣＣＤカメラＣ２は、本発明の検査光検出部に相当する。ダイクロイックミラーＭ１は、可視レーザ光の一部と近赤外レーザ光ＲＬ５の一部を検査光として取り出すものであり、本発明の検査光取出し部に相当する。
なお、この実施形態では、ダイクロイックミラーＭ１によって検査光を取り出すものとして説明したが、取り出し位置や取り出し方法はこれに限定されるものではなく、例えば取り出し位置は、合波光学系が含まれる領域のどの地点においても取り出しが可能である。取り出しは、例えばハーフミラーなどを用いて取り出すことができる。
ステージ２に保持された被処理体１の照射面近傍上方には、可視レーザ光ＧＬ４および近赤外レーザ光ＲＬ６が照射された被処理体１の照射面から発生する放射光の強度を検出する放射光検出部Ｔ１が配置されている。放射光検出部Ｔ１は、合波光学系ＭＳに対し固定された位置にある。
制御部５は、本実施形態のレーザ処理装置全体を制御するものであり、ＣＰＵとこれを動作させるプログラムとを主にして構成される。
制御部５では、ステージ移動装置３の移動を制御し、さらにガルバノミラーＭ２の揺動を制御する。さらに、制御部５では、可視レーザ光源Ｇ１、近赤外レーザ光源Ｒ１の出力を制御する。また、制御部５では、可視光学系、近赤外光学系に図示していない調整可能な減衰器を備える場合、該減衰器の減衰率を調整する制御を行うことができる。
さらに、制御部５では、放射光検出部Ｔ１の検出結果に応じて、可視レーザ光源Ｇ１、近赤外レーザ光源Ｒ１の出力や、可視光学系、近赤外光学系に備えられる減衰器の減衰率を調整する制御を行うことができる。すなわち、放出光検出部Ｔ１によって検出される温度が所定の範囲になるように、レーザ光源の出力や減衰器の調整を行う。この場合、制御部５は、本発明の温度制御部としての機能を果たす。なお、上記放射光検出部Ｔ１では、被処理体１の照射面における最高温度を検知することができ、さらにレーザ光が走査されて検知位置から移動することで照射面における経時的な温度変化を検知することもできる。
また、制御部５では、ＣＣＤカメラＣ２の撮像データを受けて、合波光学系で導波される可視レーザ光と近赤外レーザ光の、前記被処理体１上での照射位置を判定することができる。したがって、集光レンズＣ１、ＣＣＤカメラ２は、本発明の検査光検出部を構成する。
次に、図１に示すレーザ処理装置の動作について説明する。
ステージ２上には、レーザ処理を行うべき半導体ウエハーなどの被処理体１が載置されて保持される。
可視レーザ光源Ｇ１では、可視レーザ光ＧＬ１が出力される。これとともに、近赤外レーザ光源Ｒ１では、近赤外レーザ光ＲＬ１が出力される。
可視レーザ光源Ｇ１から出力された可視レーザ光ＧＬ１は、光ファイバＧ２の長尺方向一端に入射される。光ファイバＧ１に入射された可視レーザ光ＧＬ１は、光ファイバＧ１内を導波し、方形状の導波断面形状を有する光ファイバＧ２によってビーム形状が方形状に整形され、光ファイバＧ２の長尺方向他端から可視レーザ光ＧＬ２として出射される。
光ファイバＧ２のレーザ光出射端から出射された可視レーザ光ＧＬ２は、コリメートレンズＧ３により平行光の可視レーザ光ＧＬ３とされた後、ダイクロイックミラーＭ１の一反射面側に入射され、可視レーザ光ＧＬ３は主にこの反射面で反射され、一部はダイクロイックミラーＭ１を透過する。
近赤外レーザ光源Ｒ１から出力された近赤外レーザ光ＲＬ１は、光ファイバＲ２の長尺方向一端に入射される。光ファイバＲ２に入射された近赤外レーザ光ＲＬ１は、光ファイバＲ２内で導波され、方形状の断面形状を有する光ファイバＲ２によりビーム形状が方形状に整形されて光ファイバＲ２の長尺方向他端から近赤外レーザ光ＲＬ２として出射される。
光ファイバＲ２から出射された近赤外レーザ光ＲＬ２は、集光レンズＲ３により集光されて近赤外レーザ光ＲＬ３とされる。近赤外レーザ光ＲＬ３は光ファイバＲ４の長尺方向一端に入射される。光ファイバＲ４に入射された近赤外レーザ光ＲＬ３は、光ファイバＲ４内で導波され、方形状の断面形状を有する光ファイバＲ４によりのビーム形状が方形状に整形されて光ファイバＲ４の長尺方向他端から近赤外レーザ光ＲＬ４として出射される。
光ファイバＲ４から出射された近赤外レーザ光ＲＬ４は、コリメートレンズＲ５により平行光の近赤外レーザ光ＲＬ５とされた後、ダイクロイックミラーＭ１の透過面側に入射される。近赤外レーザ光ＲＬ５は主にダイクロイックミラーＭ１を透過し、一部は反射面側で反射する。
ダイクロイックミラーＭ１で、可視レーザ光ＧＬ３の反射により得られる可視レーザ光ＧＬ４と近赤外レーザ光ＲＬ５の透過により得られる近赤外レーザ光ＲＬ６とが処理光ＰＬとして合波される。
また、ダイクロイックミラーＭ１では、可視レーザ光ＧＬ３の一部が透過して得られる可視レーザ光ＧＬ５と近赤外レーザ光ＲＬ５の一部が反射して得られる近赤外レーザ光ＲＬ７とが検査光ＣＬとして取り出される。
検査光ＣＬは、集光レンズＣ１により集光されてＣＣＤカメラ２上に結像される。ＣＣＤカメラＣ２では、検査光ＣＬを構成する可視レーザ光ＧＬ５および近赤外レーザ光ＲＬ７の撮像がなされる。ＣＣＤカメラＣ２による撮像データは、前記したように制御部５に送信され、被処理体１上における可視レーザ光ＧＬ４および近赤外レーザ光ＲＬ６の照射位置を検出することが可能になる。制御部５に送信された撮像データは適宜のディスプレイに表示して可視レーザ光ＧＬ４および近赤外レーザ光ＲＬ６の照射位置を確認するようにしてもよく、また、撮像データの画像分析を行って、可視レーザ光ＧＬ４および近赤外レーザ光ＲＬ６の照射位置を算出して、適正位置との関係を判定するようにしてもよい。
ダイクロイックミラーＭ１で処理光ＰＬとして合波された可視レーザ光ＧＬ４および近赤外レーザ光ＲＬ６は、揺動するガルバノミラーＭ２により反射方向を変えつつ反射される。ガルバノミラーＭ２で反射された可視レーザ光ＧＬ４および近赤外レーザ光ＲＬ６は、ｆθレンズＭ３により被処理体１上に集光されるとともに被処理体１上を等速度で移動する。ガルバノミラーＭ２の揺動は、連続的または間欠的のいずれであってもよい。
また、上記ガルバノミラーＭ２の揺動に加えて、ステージ移動装置３によってステージ２を移動させることで、被処理体１上での可視レーザ光ＧＬ４および近赤外レーザ光ＲＬ６の照射位置を広範囲に移動させることが可能になり、被処理体１の被処理領域全面にわたって可視レーザ光ＧＬ４および近赤外レーザ光ＲＬ６を照射することができる。ステージ移動装置３によるステージ２の移動は、連続的、間欠的のいずれであってもよい。
なお、ガルバノミラーＭ２によって可視レーザ光ＧＬ４および近赤外レーザ光ＲＬ６を被処理体１上で比較的高速に走査し、ステージ移動装置３によってステージ２を比較的低速で移動させることで、ステージ移動装置３の負担を軽減でき、また、ステージ移動装置３の動作による振動の発生などを極力小さくすることができる。
上記のように被処理体１上での照射位置が移動されて走査される可視レーザ光ＧＬ４および近赤外レーザ光ＲＬ６の軌跡の一例を図３に示す。
被処理体１は、ステージ移動装置３によってＸ方向に速度Ｕｘで移動されるものとする。ステージ移動装置３によるステージ２の移動は、連続的に行うもの、間欠的に行うもののいずれであってもよい。この実施形態では、ステージ２の移動は連続的に行われるものとする。
Ｘ方向に速度Ｕｘで移動する被処理体１上では、可視レーザ光ＧＬ４および近赤外レーザ光ＲＬ６の照射位置は、ガルバノミラーＭ２によりＹ方向に速度Ｖｙで移動し、被処理体１の移動に伴って相対的にＸ方向に速度−Ｖｘ（＝−Ｕｘ）で移動する。なお、可視レーザ光ＧＬ４および近赤外レーザ光ＲＬ６の照射位置は、実際には、Ｙ方向速度Ｖｙ、Ｘ方向速度−Ｖｘが合成された方向および速度で移動することになり、Ｘ方向およびＹ方向で可視レーザ光ＧＬ４および近赤外レーザ光ＲＬ６が被処理体１上にオーバラップ照射されることになる。図３では、速度の合成は示さず、照射位置を簡略に示している。
可視レーザ光ＧＬ４および近赤外レーザ光ＲＬ６は、Ｙ方向にガルバノミラーＭ２の揺動によるスキャン長だけ移動し、その後、Ｙ方向の向きを反転してＹ方向に速度−Ｖｙ、Ｘ方向に速度−Ｖｘで移動する。この照射位置のＹ方向での往復移動とＸ方向の移動を繰り返すことにより、被処理体１の広範囲面に亘って可視レーザ光ＧＬ４および近赤外レーザ光ＲＬ６を照射することができる。上記Ｙ方向の往復移動およびＸ方向の移動によって処理した領域以外を処理する際には、被処理体１をステージ移動装置３によって必要なだけＹ方向に移動させ、上記と同様の動作を繰り返すことで、被処理体１の必要な領域全面に対しレーザ光照射による処理を行うことができる。
なお、照射位置を往復移動させるスキャン長は、被処理体１上に形成される各デバイス幅よりも大きいことが好ましい。これは、照射位置を移動させる向きを反転する際にレーザ光の照射条件が変わるため、このような移動方向を変える領域はデバイス領域に使わない方がプロセス管理が容易である。
また、スキャン長は短い方が好ましい。これは、スキャン長が短いほど、放射光検出部Ｔ１による温度測定点を被処理体１上により多く確保することができ、また、より小さいｆθレンズＭ３を用いることができ、装置コストを低減することができるからである。
ここで、被処理体１としてシリコンウエハーに可視光レーザ光である緑色レーザ光および近赤外レーザ光を照射する場合の具体例について説明する。
可視レーザ光源Ｇ１として、出力５０Ｗ、発振周波数１０ｋＨｚ、パルスエネルギー５ｍＪでパルス発振して波長５３２ｎｍの緑色レーザ光を発生するレーザ発振器を使用し、光ファイバＧ２として、１００μｍ×１００μｍの方形状の断面形状を有し、開口数が０．１のものを使用する。
光ファイバＧ２から出射された可視レーザ光ＧＬ２は、ｆ５０ｍｍのコリメートレンズＧ３によって平行光束の可視レーザ光ＧＬ３としてダイクロイックミラーＭ１で反射され、さらに揺動するガルバノミラーＭ２で反射されてｆ１００ｍｍのｆθレンズＭ３で集光され、ステージ２上で２００μｍ×２００μｍのビーム形状でトップフラット強度、波長５３２ｎｍの可視レーザ光ＧＬ４がシリコンウエハーに照射される。可視レーザ光ＧＬ４は、シリコンウエハーの照射面上で１０Ｊ／ｃｍ２の最大エネルギー密度を有し、シリコンウエハーを溶融するのに十分なエネルギー密度を有している。
一方、近赤外レーザ光源Ｒ１として、出力３５０Ｗで連続発振によって波長８０８ｎｍの近赤外レーザ光を発生する半導体レーザ光源を使用し、光ファイバＲ２として、４００μｍ×４００μｍの方形状の断面形状を有し、開口数が０．２２の光ファイバを使用し、光ファイバＲ４として、２００μｍ×２００μｍの方形状の断面形状を有し、開口数が０．１の光ファイバを使用する。光ファイバＲ４から出射された近赤外レーザ光ＲＬ４は、ｆ５０ｍｍのコリメートレンズＲ５で平行光束にして近赤外レーザ光ＲＬ５とし、ダイクロイックミラーＭ１を通過後、揺動するガルバノミラーＭ２で反射させ、ｆ１００ｍｍのｆθレンズＭ３で集光され、４００μｍ×４００μｍのビーム形状でトップフラット強度、波長８０８ｎｍの可視レーザ光ＧＬ４がシリコンウエハー上で可視レーザ光ＧＬ４と同じ位置に照射される。近赤外レーザ光ＲＬ５は、シリコンウエハーの照射面上で１７５ｋＷ／ｃｍ２の最大パワー密度を有し、シリコンウエハーを溶融するのに十分なパワー密度を有している。
また、Ｘ方向に速度Ｕｘで移動するシリコンウエハー上で、２００μｍ×２００μｍの照射領域で照射される波長５３２ｎｍの可視光レーザ光ＧＬ４と、４００μｍ×４００μｍの照射領域で照射される波長８０８ｎｍの近赤外レーザ光ＲＬ６は、Ｘ方向にＶｘ（＝−Ｕｘ）、Ｙ方向にＶｙの速度で相対的に移動する。
ここで、速度ＶｙおよびＶｘは、下記式によりそれぞれ算出される。
Ｖｙ＝ビーム幅Ｗ×（１−Ｓｙ）×発振周波数Ｒ
Ｖｘ＝ビーム長Ｌ×（１−Ｓｘ）×Ｖｙ／スキャン長Ｄ
ただし、Ｓｙは、Ｙ方向におけるオーバーラップ率、Ｓｘは、Ｘ方向におけるオーバーラップ率である。
トップフラットビームのため、Ｓｘ＝Ｓｙ＝０、Ｌ＝Ｗ＝２００μｍ、Ｒ＝１０ｋＨｚとし、Ｄがシリコンウエハー上に製作するデバイスの大きさより長くしてＤ＝２０ｍｍのとき、Ｖｙ＝２ｍ／秒、Ｖｘ＝２０ｍｍ／秒となる。
このとき、２００ｍｍウエハー一枚あたりの照射時間は１００秒、近赤外レーザ光の１箇所あたりの照射時間は０．４ｍｍ÷２ｍ／秒＝２００μ秒、最大エネルギー密度１７５ｋＷ／ｃｍ２×２００μ秒＝３５Ｊ／ｃｍ２である。
（実施形態２）
次に、本発明の他の実施形態のレーザ処理装置を図４に基づいて説明する。なお、上記実施形態１と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。
被処理体１上での可視レーザ光ＧＬ４および近赤外レーザ光ＲＬ６の照射位置は、適正位置に揃う場合のみならず、互いにずれる場合がある。両レーザ光の照射位置がずれた場合には、処理が適正に行われなくなるおそれがある。この実施形態は、可視レーザ光ＧＬ４および近赤外レーザ光ＲＬ６の照射位置のずれを調整する機構を有するものである。
この実施形態では、可視光学系ＧＳを構成する光ファイバＧ２、コリメートレンズＧ３に対して、これらの位置および導波方向を調整する調整機構４ａが設けられている。
また、近赤外光学系ＲＳを構成する光ファイバＲ２、集光レンズＲ３、光ファイバＲ４、コリメートレンズＲ５に対して、これらの位置および導波方向を調整する調整機構４ｂが設けられている。
ＣＣＤカメラＣ２には、制御部５が接続されており、ＣＣＤカメラＣ２で撮像された撮像データが制御部５に送信される。制御部５には、上記調整機構４ａ、４ｂが制御可能に接続されている。この実施形態の制御部５は、本発明の照射位置制御部として機能する。
次に、上記図４に示すレーザ処理装置の動作について図５のフローチャートを参照しつつ説明する。
本実施形態のレーザ処理装置においても、上記実施形態１のレーザ処理装置と同様にして、被処理体１に対して可視レーザ光ＧＬ４および近赤外レーザ光ＲＬ６が照射される。その間に、ＣＣＤカメラＣ２では、集光レンズＣ１で集光された検査光ＣＬにおける可視レーザ光ＧＬ５および近赤外レーザ光ＲＬ７が撮像され、両レーザ光の撮像データが制御部５に送信される。ＣＣＤカメラＣ２は、両レーザ光の照射位置を検出することになる（ステップｓ１）。したがって、集光レンズＣ１およびＣＣＤカメラＣ２は、協働して検査光検出部として機能する。
制御部５では、ＣＣＤカメラＣ２から送信される撮像データを取得し、画像分析によって可視レーザ光ＧＬ５および近赤外レーザ光ＲＬ７の照射位置を判定する（ステップｓ２）。なお、この実施形態では、可視レーザ光ＧＬ５および近赤外レーザ光ＲＬ７が同一のＣＣＤカメラＣ２で撮像されるものとしたが、可視レーザ光ＧＬ５および近赤外レーザ光ＲＬ７を波長の相違などを利用して分離してそれぞれの照射位置の検出を可能にするものであってもよい。
制御部５は、判定した照射位置に基づき、想定される被処理体１上における可視レーザ光ＧＬ４および近赤外レーザ光ＲＬ６の照射位置に適正位置からのずれがあるか否かの判定を行う（ステップｓ３）。適正位置のデータは予め確保しておき、適正位置からのずれ量の閾値を定めておき、所定位置のずれが閾値以上の場合にずれ有り、閾値未満の場合にずれなしと判定することができる（ステップｓ３）。閾値は、適正位置のデータとともに制御部５に備える不揮発の記憶部に格納しておき、必要に応じて読み出すように構成することができる。
照射位置のずれ判定においてずれなしと判定される場合（ステップｓ３、ＮＯ）、検査光による照射位置のずれ判定処理を終了する。
照射位置のずれ判定においてずれ有りと判定される場合（ステップｓ３、ＹＥＳ）、可視レーザ光の位置ずれがあるか否かの判定が行われる（ステップｓ４）。可視レーザ光の位置ずれがある場合（ステップｓ４、ＹＥＳ）、その位置ずれが解消されるように調整機構４ａを制御して可視光学系の位置、導波方向の調整を行う（ステップｓ５）。その後、近赤外レーザ光の位置ずれあるか否かの判定を行う（ステップｓ６）。また、ステップｓ４で可視レーザ光の位置ずれがない場合、ステップｓ６に移行して近赤外レーザ光の位置ずれがあるか否かの判定が行われる。近赤外レーザ光の位置ずれがある場合（ステップｓ６、ＹＥＳ）、その位置ずれが解消されるように調整機構４ｂを制御して近赤外光学系の位置、導波方向の調整を行う（ステップｓ７）。その後、可視レーザ光と近赤外レーザ光の相対的な位置にずれがないか否かの判定が行われる（ステップｓ８）。また、ステップｓ６で近赤外レーザ光の位置ずれがない場合もステップｓ８に移行する。ステップｓ８で、相対的な位置ずれがなければ処理を終了する。相対的な位置ずれがあれば、ステップｓ４に戻って可視レーザ光、近赤外レーザ光の位置ずれの判定を繰り返す。相対的な位置ずれがある場合、ステップｓ３で照射位置のズレの判定を行う閾値により厳しいものを用いて、相対的な照射位置のズレを解消できるようにしてもよい。
上記手順によって、検査光に基づいて可視レーザ光と近赤外レーザ光の被処理体上における照射位置を適正に維持することが可能になる。
なお、上記実施形態では、可視レーザ光および近赤外レーザ光それぞれの位置ずれと、両者の相対的な位置のずれについて判定を行ったが、可視レーザ光および近赤外レーザ光それぞれの位置ずれのみの判定を行って、その位置ずれを修正するようにしてもよく、また、両レーザ光の相対的な位置ずれのみの判定を行って、その位置ずれを修正するようにしてもよい。
（実施形態３）
次に、他の実施形態を図６に基づいて説明する。なお、前記各実施形態と同様の構成については同一の符号を付してその説明を簡略にする。
本実施形態のレーザ処理装置は、パルス波である可視レーザ光ＧＬ１０を出力する可視レーザ光源Ｇ１と、連続波である近赤外レーザ光ＲＬ１０を出力する近赤外レーザ光源Ｒ１とを有している。
この形態で、可視レーザ光源Ｇ１は、例えば、出力５０Ｗ、発振周波数１０ｋＨｚ、パルスエネルギー５ｍＪでパルス発振して、ＹＡＧレーザの２倍波である波長５３２ｎｍ、パルス幅１００ｎｓの緑色レーザ光を発生する。可視レーザ光源Ｇ１における可視レーザ光の波長は特定のものに限定されないが、例えば３５５〜５７７ｎｍのものを例示することができる。
また、この形態で近赤外レーザ光源Ｒ１は、例えば、出力３５０Ｗで連続発振して、波長８０８ｎｍの近赤外レーザ光を発生する。なお、近赤外レーザ光源Ｒ１における近赤外レーザ光ＲＬ１０の波長は特定のものに限定されないが、例えば７９５〜９８０ｎｍのものを例示することができる。
可視レーザ光源Ｇ１のレーザ光出射側には、可視レーザ光ＧＬ１０を導波する光ファイバＧ２が配置されている。光ファイバＧ２は、例えば１００μｍ×１００μｍの方形状の導波断面形状を有しており、光ファイバＧ２内を導波される可視レーザ光ＧＬ１０は、光ファイバＧ２の導波断面形状に従ってビーム形状が当該形状に整形される。
光ファイバＧ２のレーザ光出射端以降の光路上には、コリメートレンズＧ３が配置され、さらにコリメートレンズＧ３を透過したレーザ光の照射方向に、該照射方向に対し一反射面が傾斜して位置するようにしてダイクロイックミラーＭ１が配置されている。コリメートレンズＧ３の焦点距離は、例えば５０ｍｍである。
光ファイバＧ２、コリメートレンズＧ３は、可視光学系ＧＳ１の構成要素である。なお、可視光学系ＧＳ１には、その他の光学部材を含むものであってもよい。
また、近赤外レーザ光源Ｒ１のレーザ光出射側には、近赤外レーザ光ＲＬ１０を導波する光ファイバＲ２が配置されている。光ファイバＲ２は、例えば４００μｍ×４００μｍの方形状の導波断面形状を有しており、光ファイバＲ２内を導波される近赤外レーザ光ＲＬ１０は、光ファイバＲ２の導波断面形状に従ってビーム形状が当該形状に整形され、近赤外レーザ光ＲＬ１１が出射される。
光ファイバＲ２のレーザ光出射端以降の光路上には、コリメートレンズＲ５が配置され、コリメートレンズＲ５を透過したレーザ光の進行方向に、ダイクロイックミラーＭ６が配置されている。ダイクロイックミラーＭ６は、近赤外レーザ光ＲＬ１２の進行方向に対し、透過面が傾斜して位置している。コリメートレンズＲ５の焦点距離は、例えば５０ｍｍである。ダイクロイックミラーＭ１では、８０８ｎｍの光が透過し、５３２ｎｍの光が反射し、可視レーザ光ＧＬ１２が反射面で反射する方向と、近赤外レーザ光ＲＬ１２が透過面を通して透過する方向とが一致する。
光ファイバＲ２、コリメートレンズＲ５は、近赤外光学系ＲＳ１の構成要素である。なお、近赤外光学系ＲＳ１には、その他の光学部材を含むものであってもよい。
ダイクロイックミラーＭ１で可視レーザ光ＧＬ１２が反射面で反射する方向および近赤外レーザ光ＲＬ１２が透過面を通して透過する方向の光路上に、光ファイバＭ４が配置されている。光ファイバＭ４は、例えば４００μｍ×２００μｍの方形状の導波断面形状を有しており、光ファイバＭ４内を導波される可視レーザ光ＧＬ１２と近赤外レーザ光ＲＬ１２とは、光ファイバＲ２の導波断面形状に従ってビーム形状が当該形状に整形される。
光ファイバＭ４のレーザ光出射端以降の光路上には、コリメートレンズＭ５が配置され、コリメートレンズＭ５を透過したレーザ光の進行方向に、ミラーＭ６が配置されている。ミラーＭ６は、レーザ光の進行方向と交差する方向にレーザ光を往復しつつ走査することができ、ガルバノミラーなどで構成することができる。コリメートレンズＭ５の焦点距離は、例えば１００ｍｍである。
ミラーＭ６による反射方向に投影レンズＭ７が配置されている。投影レンズＭ７の透過方向に、半導体ウエハーなどの被処理体１を保持するステージ２が配置されている。投影レンズＭ７は、ｆθレンズなどにより構成することができる。投影レンズＭ７を透過するレーザ光の照射光路は、被処理体１の表面に対し傾斜しており、被処理体１表面で反射した光がレーザ光の照射光路に戻らないように構成されている。なお、斜めに照射しない場合でも、照射光路にハーフミラーなどを配置し、照射されるレーザ光は透過して被処理体１に到達し、被処理体１から反射される光はハーフミラーで反射されるように構成することで、照射光路に反射した光が戻らないようにすることもできる。
ダイクロイックミラーＭ１、光ファイバＭ４、コリメートレンズＭ５、ミラーＭ６、投影レンズＭ７は、合波光学系ＭＳ１の構成要素である。合波光学系ＭＳ１には、その他の光学部材を含むものであってもよい。
さらに、ステージ２に保持された被処理体１の照射面近傍上方には、可視レーザ光および近赤外レーザ光からなる処理光ＰＬ３が照射された被処理体１の照射面から反射する反射光Ｆ１を受光して検出する反射光検出部Ｔ２が配置されている。
反射光検出部Ｔ２は、合波光学系ＭＳ１に対し固定された位置にある。反射光検出部Ｔ２は、連続波である近赤外レーザ光を受光して検出するものであるが、反射光の光路や反射光検出部Ｔ２に波長フィルタなどを配置して近赤外レーザ光のみが透過して反射光検出部Ｔ２で受光、検出されるようにしてもよく、また、可視光レーザ光および近赤外レーザ光を受光し、その後、近赤外レーザ光を分離検出するようにしてもよい。反射光検出部Ｔ２の検出結果は、反射光測定部Ｔ３に送信される。
次に、図６に示すレーザ処理装置の動作について説明する。
ステージ２上には、半導体ウエハーなどの被処理体１が載置、保持される。可視レーザ光源Ｇ１では、可視レーザ光ＧＬ１０が出力さ、近赤外レーザ光源Ｒ１では、近赤外レーザ光ＲＬ１０が出力される。
可視レーザ光源Ｇ１から出力された可視レーザ光ＧＬ１０は、光ファイバＧ２に入射され、光ファイバＧ１内を導波して、方形状の導波断面形状を有する光ファイバＧ２によってビーム形状が方形状に整形され、光ファイバＧ２のレーザ光出射端から可視レーザ光ＧＬ１１として出射される。
可視レーザ光ＧＬ１１は、コリメートレンズＧ３により平行光の可視レーザ光ＧＬ１２に整形され、ダイクロイックミラーＭ１の一反射面側に入射され、可視レーザ光ＧＬ１２は主に反射面で反射され、一部はダイクロイックミラーＭ１を透過する。
近赤外レーザ光源Ｒ１から出力された近赤外レーザ光ＲＬ１０は、光ファイバＲ２に入射され、光ファイバＲ２内で導波されて、方形状の断面形状を有する光ファイバＲ２によりビーム形状が方形状に整形されて光ファイバＲ２のレーザ光出射端から近赤外レーザ光ＲＬ１１として出射される。
近赤外レーザ光ＲＬ１１は、コリメートレンズＲ５により平行光の近赤外レーザ光ＲＬ１２に整形され、ダイクロイックミラーＭ１の一透過面側に入射され、近赤外レーザ光ＲＬ１２は主に透過面を透過し、一部はダイクロイックミラーＭ１で反射する。
ダイクロイックミラーＭ１を透過した可視レーザ光ＧＬ１２とダイクロイックミラーＭ１で反射した近赤外レーザ光ＲＬ１２とは、前記した実施形態と同様に検査光として取り出して利用することができる。
ダイクロイックミラーＭ１で反射した可視レーザ光ＧＬ１２とダイクロイックミラーＭ１を透過した近赤外レーザ光ＲＬ１２とは、処理光ＰＬ１として合波される。
処理光ＰＬ１は、光ファイバＭ４の長手方向一端に入射され、光ファイバＭ４内で導波され、方形状の断面形状を有する光ファイバＭ４によりのビーム形状が方形状に整形され、光ファイバＭ４の長手方向他端から処理光ＰＬ２として出射される。
処理光ＰＬ２は、コリメートレンズＭ５に入射され、コリメートレンズＭ５により平行光の処理光ＰＬ３とされた後、ミラーＭ６に入射され、ミラーＭ６で反射した処理光ＰＬ３は、投影レンズＭ７を通して被処理体１に斜め方向からＹ方向で往復して走査されつつ照射され、一方、レーザ光の照射中にステージ２上の被処理体１はステージ移動装置３でＸ方向に移動されて所定の処理がなされる。この照射により一部の処理光ＰＬ３が反射し、反射光Ｆ１は照射光路と異なる光路を通り、ミラーＴＭ１で反射された後、反射光検出部Ｔ２で近赤外レーザ光が受光、検出される。この際に前記したように波長フィルタで近赤外レーザ光のみを透過させるようにしてもよい。
反射光検出部Ｔ２の検出結果は、反射光測定部Ｔ３に送信され、反射光測定部Ｔ３で画像化したり、画像分析をしたり、数値化したりして照射面の状態の評価を行えるようにする。反射光測定部Ｔ３では、操作者が測定結果を観察して照射面の状態の評価をするものであってもよく、また、反射光測定部Ｔ３で評価を自動的に行うものであってもよい。反射光測定部Ｔ３は、受光した連続波を測定できるものであればよく、その構成は特に限定されない。
この実施形態によれば、複雑な装置構成を要することなく、処理に使用する連続波をモニタ用に利用して、照射面上の反射率の状態変化により被処理体の状態（溶融、固化など）を計測することができる。これは、連続波が連続発振によって一定の強度を有するため、反射光の強度変化を照射面の状態変化として捉えることができるためである。
なお、連続波を処理に使用しない場合でも、連続波をモニタ専用に使用することができる。
（実施形態３−１）
上記実施形態３では、連続波を連続して受光、検出することで照射面の状態把握を行っている。ただし、反射光受光部としてカメラなどを用いる場合、カメラの撮影速度の性能によっては、パルス照射による照射面の状態変化を的確に検出することが難しくなる。このため、反射光検出部で極短時間ごとに光を検出するようにして状態変化の把握をより的確にすることができる。この形態を図７、８に基づいて説明する。
図７において、図６と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略または簡略にすることができる。
この実施形態では、被処理体の照射面からレーザ光が反射する反射光路であって、反射光受光部Ｔ２に至る前側に、反射光路の開閉を行うシャッターＴＭ２が配置されている。シャッターＴＭ２は、反射光路上において、ミラーＴＭ１の前側、後側のいずれであってもよい。この実施形態では、ミラーＴＭ１の後側に配置されている。
シャッターＴＭ２は、例えば、レーザ処理装置全体を制御する制御部によって開閉が制御され、可視レーザ光のパルス毎に、照射時間内でのみ開くように制御される。図８は、パルス波とシャッターＴＭ２の開閉タイミングとの関係を示すグラフである。反射光受光部Ｔ２では、シャッターＴＭ２が開いている極短い時間内で連続波を受光することで、被処理体１の照射面の状態を残像効果を利用してより的確に把握することができる。なお、シャッターＴＭ２が開いている時間は、パルス毎の照射時間内であれば適宜選定することができる。また、シャッターＴＭ２の開はパルス波の周期に合わせて行うのが望ましいが、開の時期、すなわちパルス波に対するシャッターＴＭ２開動作の位相差は適宜選定することができる。例えば、溶融が最も進む時間帯に合わせてシャッターＴＭ２が開くように制御することもできる。
以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明としては、上記説明の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。
本発明のレーザ処理装置は、被処理体に可視レーザ光と近赤外レーザ光を照射して被処理体の処理を行うものであり、被処理体および処理の内容は特定のものに限定されないが、半導体を被処理体としてアニール処理するものに好適である。半導体としては半導体ウエハー、基板に半導体薄膜を形成したものが挙げられる。処理内容としては、アモルファスの結晶化や半導体の改質などを好適なものとして例示することができる。
１ 被処理体
２ ステージ
３ ステージ移動装置
４ａ 調整機構
４ｂ 調整機構
５ 制御部
Ｇ１ 可視レーザ光源
Ｇ２ 光ファイバ
Ｇ３ コリメートレンズ
Ｒ１ 近赤外レーザ光源
Ｒ２ 光ファイバ
Ｒ３ 集光レンズ
Ｒ４ 光ファイバ
Ｒ５ コリメートレンズ
Ｍ１ ダイクロイックミラー
Ｍ２ ガルバノミラー
Ｍ３ ｆθレンズ
Ｃ１ 集光レンズ
Ｃ２ ＣＣＤカメラ
Ｔ１ 放射光検出部
Ｔ２ 反射光受光部
Ｔ３ 反射光測定部
ＴＭ２ シャッター
ＧＬ１〜ＧＬ５ 可視レーザ光
ＲＬ１〜ＲＬ７ 近赤外レーザ光
ＧＬ１０〜ＧＬ１２ 可視レーザ光
ＲＬ１０〜ＲＬ１２ 近赤外レーザ光
ＰＬ 処理光
ＰＬ１ 処理光
ＰＬ２ 処理光
ＰＬ３ 処理光
ＣＬ 検査光

Claims (22)

  1. 可視レーザ光を出力する可視レーザ光源と、
    近赤外レーザ光を出力する近赤外レーザ光源と、
    前記可視レーザ光と前記近赤外レーザ光とを合波部によって同一光路上に合波して被処理体に導波する合波光学系と、
    前記可視レーザ光を導波して平行光束に整形する可視光学系と、
    前記近赤外レーザ光を導波して平行光束に整形する近赤外光学系と、を備え、
    前記合波光学系は、前記可視光学系により導波された前記可視レーザ光と、前記近赤外光学系により導波された前記近赤外レーザ光とを合波し偏向しつつ前記被処理体に導波することを特徴とするレーザ処理装置。
  2. 前記合波光学系で導波される前記可視レーザ光がパルス波であり、前記合波光学系で導波される近赤外レーザ光が連続波であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ処理装置。
  3. 可視レーザ光を出力する可視レーザ光源と、
    近赤外レーザ光を出力する近赤外レーザ光源と、
    前記可視レーザ光と前記近赤外レーザ光とを合波して被処理体に導波する合波光学系と、を有し、
    前記合波光学系で導波される前記可視レーザ光がパルス波であり、前記合波光学系で導波される近赤外レーザ光が連続波であり、
    前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光が照射された前記被処理体上の照射面から反射される前記近赤外レーザ光を受光する反射光検出部と、
    前記反射光検出部の検出結果を受けて、前記被処理体上の照射面の状態を計測する照射面計測部と、を備えることを特徴とするレーザ処理装置。
  4. 前記被処理体上の照射面から前記反射光検出部に至る光路に光路の開閉を行うシャッターが備えられており、前記シャッターは、間欠的に開くように動作制御されることを特徴とする請求項３に記載のレーザ処理装置。
  5. 前記シャッターは、前記パルス波の周期に合わせてパルス毎に前記被処理体に照射されている時間内でのみ開くように動作制御されることを特徴とする請求項４に記載のレーザ処理装置。
  6. 前記可視レーザ光を導波する可視光学系と、
    前記近赤外レーザ光を導波する近赤外光学系と、を備え、
    前記合波光学系は、前記可視光学系により導波された前記可視レーザ光と、前記近赤外光学系により導波された前記近赤外レーザ光とを合波して前記被処理体に導波することを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載のレーザ処理装置。
  7. 前記合波光学系は、前記被処理体に対する前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の照射方向を連続的または間欠的に変えて前記被処理体上で前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の照射位置を移動させる走査部を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のレーザ処理装置。
  8. 前記走査部は、ガルバノミラーとｆθレンズとを有することを特徴とする請求項７記載のレーザ処理装置。
  9. 前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の照射に際し、前記被処理体を保持する保持部を移動させる保持部移動装置を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のレーザ処理装置。
  10. 前記合波部は、前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の一方を透過し、他方を前記透過の方向と同一の方向に反射して、両者を合波するダイクロイックミラーからなることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のレーザ処理装置。
  11. 前記合波光学系で導波される前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の一部を検査光として合波光学系から取り出す検査光取出し部と、前記検査光によって、前記被処理体への照射を想定した前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の照射位置を検出する検査光検出部と、を備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のレーザ処理装置。
  12. 前記可視レーザ光を導波する可視光学系と、前記近赤外レーザ光を導波する近赤外光学系と、前記可視光学系および前記近赤外光学系の位置または／および導波方向をそれぞれ調整する調整機構と、該調整機構を制御する照射位置制御部とを有し、
    前記照射位置制御部は、前記検査光検出部の検出結果を受けて前記被処理体上における前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の照射位置が所定の位置になるように前記調整機構を調整する制御を行うことを特徴とする請求項１１に記載のレーザ処理装置。
  13. 前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光が照射された前記被処理体上の照射面から発生する放射光の強度を検出する放射光検出部と、
    前記放射光検出部の検出結果を受けて、放射光強度と照射面温度との相関関係に基づいて、前記照射面が所定の温度を有するように、前記合波前の前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光のエネルギー密度を調整する温度制御部と、
    前記可視レーザ光源および近赤外レーザ光源の出力をそれぞれ調整する出力調整部と、前記可視光学系の可視レーザ光の透過率および近赤外光学系の近赤外レーザ光の透過率をそれぞれ調整する減衰器とを備え、
    前記温度制御部は、前記出力調整部および減衰器の一方または両方を制御して照射面上の前記エネルギー密度の調整を行うことを特徴とする請求項１、２、６または１２のいずれか１項に記載のレーザ処理装置。
  14. 可視レーザ光源から出力された可視レーザ光と、近赤外レーザ光源から出力された近赤外レーザ光とを合波して共通する光学系で導波して被処理体に照射するレーザ処理方法であって、
    可視レーザ光源から出力された可視レーザ光と、近赤外レーザ光源から出力された近赤外レーザ光とをそれぞれ異なる光学系によって導波しつつ平行光束に整形し、前記導波がされた平行光束の前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光を同一光路上に合波して共通する光学系で偏向しつつ導波して被処理体に照射することを特徴とするレーザ処理方法。
  15. 可視レーザ光源から出力された可視レーザ光と、近赤外レーザ光源から出力された近赤外レーザ光とを合波して共通する光学系で導波して被処理体に照射する方法であって、
    前記共通する光学系で導波される前記可視レーザ光がパルス波であり、前記共通する光学系で導波される近赤外レーザ光が連続波であり、
    前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光が照射された前記被処理体上の照射面から反射される前記近赤外レーザ光を検出し、
    検出結果に基づいて、前記被処理体上の照射面の状態を判定することを特徴とするレーザ処理方法。
  16. 前記被処理体上の照射面から、反射した前記近赤外レーザ光の検出に至る間で、光路を間欠的に開閉して反射光を間欠的に検出することを特徴とする請求項１５に記載のレーザ処理方法。
  17. 前記被処理体上の照射面から前記検出に至る反射光を、前記パルス波の周期に合わせてパルス毎に前記被処理体に照射されている時間内の全部または一部で検出することを特徴とする請求項１５に記載のレーザ処理方法。
  18. 可視レーザ光源から出力された可視レーザ光と、近赤外レーザ光源から出力された近赤外レーザ光とをそれぞれ異なる光学系によって導波し、前記導波がされた前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光を合波して共通する光学系で導波して被処理体に照射することを特徴とする請求項１５〜１７のいずれかに記載のレーザ処理方法。
  19. 前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光を異なる前記光学系で導波する際に、前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の一方または両方のビーム形状を整形することを特徴とする請求項１８に記載のレーザ処理方法。
  20. 合波された前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の照射方向を連続的または間欠的に変えて前記被処理体上で前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の照射位置を移動させるとともに、前記被処理体を移動させることによって、前記被処理体に対し、前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光を走査しつつ照射することを特徴とする請求項１４〜１９のいずれか１項に記載のレーザ処理方法。
  21. 合波された前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の一部を検査光として取り出し、前記検査光によって、前記被処理体への照射を想定した前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の相対的な照射位置を検出し、検出結果に基づいて前記被処理体上における前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の照射位置が所定の位置になるように、前記可視レーザ光を導波する光学系と前記近赤外レーザ光を導波する光学系の一方または両方の調整を行うことを特徴とする請求項１４〜２０のいずれか１項に記載のレーザ処理方法。
  22. 前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光が照射された前記被処理体の照射面から発生する放射光の強度を検出し、前記放射光の強度と前記照射面の温度との相関関係に基づいて、前記照射面が所定の温度となるように、合波前の前記可視レーザ光および前記近赤外レーザ光の一方または両方のエネルギー密度を調整することを特徴とする請求項１４〜２１のいずれか１項に記載のレーザ処理方法。
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