TWI672745B

TWI672745B - 熱處理裝置、熱處理方法、雷射退火裝置及雷射退火方法

Info

Publication number: TWI672745B
Application number: TW106107389A
Authority: TW
Inventors: 物種武士; Takeshi MONODANE; 川瀬祐介; Yusuke Kawase; 湊忠玄; Tadaharu Minato; 竹野祥瑞; Shozui Takeno; 永山貴久; Takahisa Nagayama; 南竹春彦; Haruhiko MINAMITAKE; 金田和徳; Kazunori Kanada; 裕章; Hiroaki Tatsumi
Original assignee: 日商三菱電機股份有限公司; Mitsubishi Electric Corporation
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2017-03-07
Publication date: 2019-09-21
Also published as: KR20180110018A; TW201735171A; TWI738035B; WO2017154597A1; EP3428958A1; JPWO2017154597A1; JP6585279B2; CN108701594A; HK1258146A1; US20200105572A1; EP3428958A4; TW201944493A

Abstract

本發明的熱處理裝置係具備：雷射振盪器1，係使雷射振盪；一個以上的光學系統2，係使由雷射振盪器1所振盪出的雷射照射於被處理物5；以及旋轉台3，係搭載被處理物5，其中，當將由雷射之一次的照射所致之被處理物5的活化率達到目標值之被處理物5的到達溫度設為第一溫度時，將比第一溫度低的第二溫度設定成被處理物5之到達溫度的目標值，並從光學系統2對被處理物5反覆進行二次以上雷射的照射。

Description

熱處理裝置、熱處理方法、雷射退火裝置及雷射退火方法

本發明係有關熱處理裝置、熱處理方法、雷射退火裝置及雷射退火方法，特別是有關藉由照射雷射來對於被處理物進行熱處理之熱處理裝置、熱處理方法、雷射退火裝置及雷射退火方法。

於半導體裝置的製程中，會有進行熱處理直到半導體基板之所希望的深度的情形。例如專利文獻1揭示有使用於電力之開關(switching)之絕緣閘雙極電晶體(IGBT)的製造方法。依據該製造方法，係於導電性的矽基板的表面形成基極區域及射極區域等擴散區域、射極電極及閘極電極等電極、以及閘極絕緣體及層間絕緣膜等絕緣膜，而於背面形成場截止層及集極層等擴散區域。於此，於背面的場截止層及集極層，必須藉由離子注入等方式來摻雜雜質原子，並進行將經過摻雜後的區域升溫至一定溫度以上的熱處理。

然而，於基板的表面形成有先前所述的擴散區域、電極、以及絕緣膜，當基板表面被升溫時，就會失去其功能。因此，於背面的熱處理時，當因熱傳導而使該熱處理所造成的溫度上升傳導至表面時，表面的功能就會喪失。因此，背面的熱處理就必須進行局部加熱。於是，例如在專利文獻1及2中提出了利用雷射照射矽表面而僅使表層溫度上升的雷射退火法。但是，在IGBT中，會因背面之擴散區域的厚度而使其特性改變，一般而言，場截止層的厚度愈大則耐壓特性就變得愈大。於是，在專利文獻3係揭示：於雷射退火中，藉由使用兩種波長不同的雷射，而能使半導體基板直到所希望的深度升溫至所希望的溫度。然而，近年來基板的薄板化有所進展，即使是由雷射所造成的局部加熱也會使基板表面升溫，而會產生對電路的熱損傷。為此，變得必須於時間上為短時間的熱輸入，在前述的專利文獻2中，係藉由將工作台高速旋轉而能進行局部且短時間的熱輸入。

(先前技術文獻) (專利文獻)

專利文獻1：日本特開2003-059856號公報

專利文獻2：日本特開2013-074246號公報

專利文獻3：日本特許第4117020號公報

如先前所述，在IGBT中，場截止層的厚度愈大則其特性愈提升。然而，在專利文獻1、2記載的裝置中，當從背面照射雷射時，則僅有表層升溫，因此存在有難以使一定深度以上之深處位置升溫的課題。

再者，如專利文獻3所示，若使用衰減長度較大的波長之雷射，由於能夠使雷射的能量到達內部，所以能升溫直到某程度的深度。但是，在所謂照射面的表面之能量最大的雷射的特性上，表層的溫度會變得最高。當表面達到熔點時，表面的結晶構造或形狀會打亂，所以作為半導體之電氣特性會大幅變化而無法作為半導體製品來使用。因此，縱然是使用衰減長度較大的雷射，也受到表面會達到熔點的條件所限制，而無法進行一定深度以上的升溫。再者，還必須有兩個波長不同的光源而會使裝置變得複雜。又，由於近年來100μm以下等之基板的更薄板化，當對背面照射雷射時，基板的表面側的溫度也會上升，且基板表面側的電路或保護膠帶會損傷，而存在有無法對一定厚度以下的基板進行雷射退火處理的課題。

本發明即是為了解決上述課題而完成的發明，目的在於獲得：能夠降低被處理物之被照射面的熱損傷且活化直到所希望的深處區域之熱處理裝置、熱處理方法、雷射退火裝置及雷射退火方法。

本發明之熱處理裝置，係具備：雷射振盪器，係使雷射振盪；一個以上的光學系統，係使由前述雷射振盪器所振盪出的前述雷射照射於被處理物；以及台座，係搭載前述被處理物，其中，當將由前述雷射之一次的照射所致之前述被處理物的活化率達到目標值之前述被處理物的到達溫度設為第一溫度時，將比前述第一溫度低的第二溫度設定成前述被處理物之到達溫度的目標值，並從前述光學系統對前述被處理物反覆進行二次以上前述雷射的照射。

依據本發明，由於係建構成：當將由雷射之一次的照射所致之被處理物的活化率達到目標值之被處理物的到達溫度設為第一溫度時，將比第一溫度低的第二溫度設定成被處理物之到達溫度的目標值，並對被處理物反覆進行二次以上雷射的照射；所以能夠降低被處理物之被照射面的熱損傷，且能夠一邊防止與被處理物之被照射面成相反側之面的溫度上升，一邊使被處理物活化直到所希望之深處區域。

1‧‧‧雷射振盪器

2、21、22‧‧‧光學系統

2a‧‧‧準直透鏡

2b‧‧‧對物透鏡

3‧‧‧旋轉台

3a‧‧‧主體

3b‧‧‧支軸

4、41、42、91、92、93‧‧‧驅動系統

5‧‧‧被處理物

6‧‧‧控制裝置

7‧‧‧輸出測量器

8‧‧‧射束形狀測量器

9‧‧‧光纖芯

10-1、10-2‧‧‧照射位置

31‧‧‧中心

S1至S8‧‧‧步驟

A‧‧‧箭頭

r1、r2‧‧‧距離

第1A圖係顯示本發明之實施形態1、2之熱處理裝置之構成的側視圖。

第1B圖係顯示本發明之實施形態1、2之熱處理裝置之構成的俯視圖。

第2圖係顯示本發明之實施形態1、2之熱處理裝置之熱處理所致之依被處理物之深度之活化率的說明圖。

第3圖係顯示本發明之實施形態1、2之熱處理裝置之構成之部分放大側視圖。

第4圖係顯示本發明之實施形態1、2之熱處理方法之處理之流程的流程圖。

第5A圖係顯示本發明之實施形態3、4之熱處理裝置之構成的側視圖。

第5B圖係顯示本發明之實施形態3、4之熱處理裝置之構成的俯視圖。

第6圖係顯示本發明之實施形態5、6之熱處理裝置之構成的俯視圖。

第7圖係顯示本發明之實施形態7之熱處理裝置之構成的俯視圖。

以下，一面參照圖式一面針對本發明之各實施形態進行說明。然而，在進行各實施形態的說明之前，首先說明本發明之各實施形態的概念。

本發明之各實施形態係關於不會對被處理物造成損傷，而用以使從被處理物的表面起直到所希望的深度上升至所希望的溫度，而使被處理物充分活化的熱處理裝置及熱處理方法。

本發明之各實施形態中，由於本次發現，即使是以低溫進行加熱，亦可藉由反覆加熱而獲得充分的活化的現象，因此，利用該現象，將比從前以來所進行之雷射退火的設定溫度還低的溫度設為目標值，並以到達該目標值的方式反覆對被處理物照射雷射，藉此活化直到被處理物之深處區域。

本發明之以下的各實施形態中，係假設半導體作為被處理物來進行說明。此外，被處理物的活化，係指使屬於注入有雜質之被處理物的半導體升溫，藉此使雜質以P型接合及N型接合的方式發揮功能的處理。以往，活化的活化率係僅以被處理物之最高到達溫度來決定，惟本次獲得的結果，並非僅依存於最高到達溫度，即使是低溫，被處理物亦會在發生反覆升溫時充分活化。

於第2圖顯示其結果。第2圖中，橫軸顯示從被處理物之表面起的深度，縱軸顯示被處理物的活化率。如第2圖所示，第一次的照射中，活化率為70%左右，若是以往，則會因熱輸入不足而提高雷射輸出。但是，當以與該第一次相同的輸出及照射條件來進行第二次的照射時，則活化率變為90%，且藉由反覆第三次、第四次，而到達了可謂充分的活化率的95%以上。亦即，可得知，可藉由以比一次的溫度上升還低的溫度上升進行反覆照射而獲得充分的活化。

亦即，例如當將以一次就可產生充分的活化的溫度設為100時，則理論上可藉由將70的溫度反覆四次而進行充分的活化。通常，對於矽晶圓的雷射退火，由於是使溫度上升直到熔點附近，所以會產生因融熔或因熱應力所造成的缺陷，然而，若為低溫反覆照射，就不會產生那樣的缺陷。

再者，由於要產生活化直到深處位置就必須增大在深處位置的溫度上升，所以一般而言必須增加投入能量。一旦增加輸入能量，當然會產生最表面的溫度上升，並發生融熔，而熱應力也會變大。再者，近年來，雖然基板的薄板化有進展，但基板變得愈薄則雷射照射之相反側的溫度上升就變得愈大，而因為熱損傷及對於保護膠帶等周邊構件的熱損傷，使得雷射退火處理變難。

然而，本發明之以下所揭示的各實施形態中，由於係藉由以低溫反覆使溫度上升而能夠使被處理物活化，所以即使從被處理物之表面起的深度為深處位置，也不會使照射表面的溫度上升，而能夠進行充分的活化。此一現象顯示於第2圖之圖表的結果。例如，在第2圖之深度P的位置觀看時可得知，若是一次的照射，則在深度P的位置的活化率非常低，但是第二次以後則會大幅改善活化率，而且藉由反覆進行第三次、第四次即能獲得充分的活化率。本發明之以下所揭示的各實施形態中，係依此方式，而能夠抑制照射表面的融熔並減小發生的熱應力，並且使其達到所希望的活化率直到所希望的深度。再者，由於也能抑制與照射面成相反側之面之基板表面的電路的溫度上升，所以對於薄板基板也能適用。

如此，本發明之以下所揭示之各實施形態之熱處理裝置及熱處理方法，係藉由以低溫反覆照射雷射而不會對被處理物造成損傷，且能以簡單的裝置構成活化直到被處理物之深處區域。

實施形態1

第1A圖及第1B圖係顯示本發明之實施形態1之熱處理裝置之構成的構成圖。第1A圖係熱處理裝置的側視圖，第1B圖係熱處理裝置的俯視圖。第2圖係顯示依據實施形態1之熱處理裝置所獲得之活化率的圖表。再者，第3圖係顯示實施形態1之熱處理裝置之構成之部分放大圖。

如第1A圖及第1B圖所示，於本實施形態之熱處理裝置中設置有一個以上的雷射振盪器1。第1A圖及第1B圖中雖然設置有兩個雷射振盪器1，惟並非限定於此，雷射振盪器1也可僅設置一個、或設置三個以上。雷射振盪器1係使用以照射於被處理物的雷射振盪。一個以上的光學系統2透過光纖芯(fiber core)9而連接於雷射振盪器1。雷射振盪器1所振盪出的雷射係透過光纖芯9而傳送至光學系統2。光學系統2將該雷射照射於被處理物5。如第3圖所示，光學系統2係由準直透鏡(collimation lens)2a及對物透鏡2b所構成。於光學系統2中，藉由準直透鏡2a及對物透鏡2b將雷射予以聚光而照射於被處理物5。對物透鏡2b成為光學系統2的照射口。與光學系統2的照射口相對向設置有旋轉台3。在旋轉台3上搭載一個以上的被處理物5。旋轉台3由主體3a及支軸3b構成。如第1B圖的俯視圖所示，旋轉台3的主體3a具有圓板型的形狀。旋轉台3中，主體3a及支軸3b係一體化固定。因此，支軸3b以中心31為中心軸而朝向箭頭A方向旋轉，藉此，主體3a也會與其同步而往圓周方向旋轉。在光學系統2設置有驅動系統4。驅動系統4使光學系統2朝旋轉台3的直徑方向亦即於半徑線上移動。具體而言，驅動系統4使光學系統2自旋轉台3之中心31朝向外側移動，或自外側朝向中心31移動。再者，還設置有用以驅動控制驅動系統4與旋轉台3的控制裝置6。再者，還設置有用以監測雷射振盪器1之輸出的輸出測量器7。再者，如第3圖所示，還設置有監測從光學系統2照射之雷射的射束形狀的射束形狀測量器8。

光學系統2係可僅設置一個，惟為了效率良好地在短時間內使複數個被處理物加熱，可能的話，以設置兩個以上為佳。再者，光學系統2可在旋轉台3之一條直徑線上設置一對，而在本實施形態中，如第1B圖所示，係於垂直交叉的兩條直線上分別各設置一對。亦即，本實施形態如第1B圖所示，係將4個光學系統2依每90°配置。由於驅動系統4依每個光學系統2而設置，因此本實施形態如第1B圖所示，係4個驅動系統4依每90°配置。如此，藉由將驅動系統4依每90°配置，於控制裝置6中之光學系統2的位置演算就會變得容易，且能夠以良好精密度來配置雷射掃描機構。

在本實施形態中，被處理物5係假設為從表面起涵蓋數μm至十數μm經離子注入有雜質後的矽晶圓，惟並非限定此者，對矽晶圓以外的例如TFT等其他的被處理物亦可適用。再者，雖然假設雷射退火處理作為熱處理，惟並不限定於此，本實施形態係可適用於使用雷射的全部的熱處理。此外，所謂雷射退火處理係用以藉由熱來改變被處理物的結晶排列而獲得被處理物之所希望之特性的熱處理。

在本實施形態中，雷射振盪器1係假設為使用光纖傳送型的LD雷射(雷射二極體(laser diode)：LD)。藉由使用光纖傳送型的LD雷射而能將光學系統2簡單化。再者，由於光學系統2與雷射振盪器1係以具有柔軟性的光纖芯9連接著，所以會有光學系統2與雷射振盪器1之相對的位置關係的自由度，而能自由地設定光學系統2的位置，並且也容易進行光學系統2的驅動。如此，本實施形態中係採用以下機構：來自於雷射振盪器1的雷射係藉由光纖芯9而傳送至光學系統2，且藉由構成光學系統2的準直透鏡2a與對物透鏡2b而將該雷射聚光，並照射於被處理物5的機構。

接著，針對本實施形態之熱處理方法進行說明。於本實施形態中，雷射係將每單位時間且每單位體積之熱輸入量、亦即功率密度(W/cm²)除以掃描速度後所獲得之值照射至被處理物5。於此，以將來自於雷射振盪器1之雷射的輸出W除以雷射的照射面積S再除以掃描速度V之後所獲得之值(亦即，W/(S×V))，在被處理物5的全面成為固定的方式進行照射。

此外，於本實施形態中，當將由雷射的一次的照射所致之被處理物的活化率達到作為目標值之90%或95%之被處理物5的到達溫度設為100時，就將比100低的例如70設定為被處理物之到達溫度的目標值，而反覆2次以上對被處理物5的雷射照射。雖然反覆次數係任意地設定，但是若參考第2圖的結果，則可謂以2次以上4次以下為佳。再者，該「70」之值也不過是一例而已，以60至80左右為佳。如此，以將到達溫度的目標值設定為較低的溫度而使被處理物的溫度到達該目標值的方式，設定雷射的功率密度而反覆進行雷射的照射，藉此獲得作為目標的活化率。

於本實施形態中，如第1B圖所示，於在旋轉台3搭載有被處理物5的狀態下，使旋轉台3旋轉而從光學系統2照射雷射。如此，藉由旋轉台3旋轉一次，能夠將被處理物5之被照射面中之以雷射之射束直徑作為寬度之帶狀的區域，沿著旋轉台3的圓周方向予以熱處理。如此，藉由反覆進行一邊照射雷射一邊在旋轉一次之後藉由驅動系統4使光學系統2逐次以射束直徑之寬度朝旋轉台3的直徑方向移動的處理，而能夠將各被處理物5的全面予以熱處理。此外，於此已說明了依每旋轉一次而使光學系統2移動，惟無須限定依每旋轉一次，也能以例如每旋轉兩次的方式，依每旋轉達預先設定的次數而使光學系統2移動。

此時，旋轉台3的旋轉速度若為固定，則被處理物5的圓周速度就會與半徑成正比，因此雷射的照射位置愈接近旋轉中心則圓周速度愈降低，所以必須降低雷射的輸出。再者，雷射的輸出若為固定，則照射位置愈接近中心就必須愈提高旋轉速度。一般而言，由於雷射之輸出的回應性不佳，所以最適當的實施形態係將雷射的輸出設為固定，而依據雷射的照射位置(即依據光學系統2的位置)使旋轉速度變化，藉此，光學系統2與被處理物5之相對移動速度會恆常地變為固定，而能將相對於照射位置的功率密度設成固定。具體而言，光學系統2的位置愈接近中心31，旋轉速度就愈高。

本實施形態中，當控制裝置6從驅動系統4的現在位置讀取光學系統2的照射位置，且圓周速度與旋轉速度的關係在設為圓周速度v、半徑r、以及旋轉速度w時為v=2 π rw的關係，因此，依據該關係並藉由控制裝置6，以成為所希望的圓周速度之目標值的方式控制旋轉台3的旋轉速度。藉此，於被處理物5之全部照射位置可獲得相同的溫度上升。

於此，由於雷射的掃描速度愈為高速則熱影響部分就愈變小，所以於雷射照射之相反面中的上升溫度會變小。再者，若是縮小射束直徑，則即使最高到達溫度相同，也能將總熱輸入量減少，所以如此方式也能將雷射照射之相反面中的上升溫度變小。因此，掃描速度快而射束直徑小者能降低對被處理物5的熱損傷，也能夠適用於較薄的被處理物。要達到掃描速度的高速化，係如本實施形態的方式，將複數個被處理物5搭載於一個旋轉台3並使其旋轉的方式，在提升掃描速度方面係合理的。假設使一片被處理物5旋轉，則在中心31附近的圓周速度會變得非常慢。再者，雖然也可不使被處理物5旋轉而使其相對地直線移動，但是若使其直線移動，當然就必須使其往返而產生往返動作。由於愈高速化則往返時的慣性力就愈大而導致耗費停止時間及加速時間，所以處理的效率會降低。因此，比起使被處理物5直線移動，如本實施形態所示之使其旋轉者更能夠提升處理的效率。然而，本實施形態並非限定於使被處理物5旋轉，當然也可適用於使其直線移動的構成。此外，為了即使於使其直線移動的情形下也能在全部的照射位置獲得相同的功率密度，乃以使在全部的照射位置的射束掃描速度成為固定的方式，進行光學系統2與被處理物5之相對移動速度的控制。

於此，圓周速度為100至800m/min，射束輸出為10W至80W，射束直徑為50μm至300μm左右為適當。再者，雖然被載放於旋轉台3之被處理物5的個數愈多則一次可處理的數量就愈增加，而效率就會變得更好，惟旋轉台3的半徑會變大，且離心力會增加，而會在振動及剛性方面產生問題。因此，為了獲得上述的圓周速度，使之搭載5片至9片左右的被處理物5為適當

如第1A圖及第1B圖所示，對一個旋轉台3安裝複數個雷射振盪器1與複數個光學系統2，使複數的雷射同時照射。此時，如之前所述，必須將每單位時間、每單位體積的熱輸入量(W/cm²)除以圓周速度所獲得之值設為固定。此外，此時的圓周速度成為雷射的掃描速度。因此，係設定成使自複數個光學系統2照射的雷射之輸出全部成為均一，針對來自於複數個光學系統2之照射位置也設成從中心31起的距離全部相等。因此，雷射的輸出係藉由輸出測量器7來監測全部的雷射振盪器1而調整。再者，為了使從光學系統2照射的射束直徑成為固定，乃如第3圖所示，安裝射束形狀測量器8來監測雷射的射束形狀。此雖然亦能夠於處理中使用分束器等來擷取出一部分的射束並予以監測，惟因通常不會急劇地變化，故如第3圖所示，設置於離開被處理物5之處而於處理前確認射束形狀。

關於照射位置，為了將來自於全部的光學系統2之雷射的照射位置的從直徑方向的中心31起的距離設為相等，係如第1B圖所示，將使光學系統2驅動的驅動系統4自中心31起輻射狀地配置，而將全部的光學系統2輻射狀進行定位。亦即，全部的光學系統2係配置於以中心31為中心的同心圓上。然後，藉由控制裝置6，以使全部的光學系統2的照射位置與中心31的距離成為相等的方式，控制驅動系統4而使全部的光學系統2輻射狀地同時移動達相同距離。亦即，例如當4個光學系統2的初始位置位於最外側時，依旋轉台3每旋轉一次，4個光學系統2就會逐次以相同距離慢慢地朝向中心31移動。藉此，能夠對複數個被處理物5的全面照射雷射達均一的量。此外，也可使用機械性地決定初始位置而將移動位置設成固定或從中心31起的距離成為固定的機械式的驅動機構來取代驅動系統4。此情況下，就不需要藉由控制裝置6所進行的控制。

如以上所述，在被處理物5之全部照射位置中的功率密度會成為相同，而於被處理物5之全面可獲得相同的反覆溫度上升。此時，雖然會擔心來自於鄰接的光學系統2之溫度場的影響，然而，由於基本上半導體材料的熱傳導率高，且熱會瞬時地擴散，所以若光學系統2彼此相互隔離射束直徑的10至20倍，則熱會擴散而不會受到鄰接之雷射所造成之溫度場的影響。例如，在此，當設為100μm的射束直徑時，則隔離2mm左右即可，因此於配置複數的雷射時，光學系統2之相互間的距離最短也只要2mm以上即可。藉此，對被處理物5之任意的地方照射之複數條雷射束係相互完全獨立，而在1個周期(cycle)的處理中，能夠以光學系統2的個數份來賦予相同的溫度上升。

此外，以溫度場而言，在此係設為完全獨立之複數雷射的照射，而所謂反覆的溫度上升，係指藉由一個雷射的掃描所產生之峰值溫度暫時下降而再度上升，其暫時下降的下降幅度可為各種幅度。因此，即使讓複數的雷射的照射位置比上述的射束徑10至20倍還接近而或多或少發生相互之溫度場的影響亦無妨。

接著，於第4圖顯示本實施形態之熱處理方法的動作流程。

如第4圖所示，當第4圖的動作流程開始時，首先就藉由控制裝置6的控制而使旋轉台3的旋轉開始(步驟S1)。

在旋轉台3的旋轉速度達到預先設定的目標值的時間點，藉由控制裝置6的控制，驅動系統4會開始光學系統2的驅動動作，而使光學系統2移動至初始位置(步驟S2)，與其同時，以使於光學系統2的照射位置的圓周速度成為固定的方式，藉由控制裝置6的控制，開始旋轉台3之旋轉速度的控制(步驟S3)。

此時，針對旋轉台3之旋轉速度與光學系統2的驅動位置的控制，係以使各照射位置之圓周速度成為固定的方式，相互恆常地一面反饋一面進行。如此，由於亦能夠以成為固定速度的方式進行進給控制，並且已預先決定掃描軌跡，故於該各軌跡的位置之圓周速度成為固定的旋轉速度與驅動位置也是以唯一的方式求取，所以也可以設為前饋控制。

在該速度固定動作開始之後、或與其同時，使來自於雷射振盪器1的雷射被啟動(ON)而對被處理物5進行照射(步驟S4)。此時，一面以相同輸出來照射雷射一面與步驟S2、S3同樣地控制驅動系統4之驅動動作及旋轉台3的旋轉動作(步驟S5、S6)。藉此，各照射位置之圓周速度成為固定，且各照射位置之雷射的功率密度成為固定。於該照射條件下，反覆進行兩次以上的雷射照射。

如此，在光學系統2對被處理物5掃描預先設定之照射面積結束之後，控制裝置6會將雷射予以關閉(OFF)(步驟S7)，且在使驅動裝置4停止之同時也使旋轉台3停止(步驟S8)，而結束第4圖的動作流程的處理。

如以上所述，本實施形態係建構成具備：雷射振盪器1，係使雷射振盪；一個以上的光學系統2，係使由雷射振盪器1所振盪出的雷射照射於被處理物5；以及台3，係搭載被處理物5，其中，當將由雷射之一次的照射所致之被處理物5的活化率達到目標值之被處理物5的到達溫度設為第一溫度時，則將比第一溫度低的第二溫度設定成被處理物之到達溫度的目標值，並從光學系統2對被處理物5反覆進行二次以上雷射的照射。具體而言，係建構成：以將雷射輸出設成固定，並使全部的雷射位於同心圓上的方式，藉由驅動系統4使全部的光學系統2同時從外側朝向旋轉台3之中心31慢慢地移動，或是與其反向地移動，且以使照射位置之圓周速度成為固定的方式，亦即，以使全部的照射位置之射束掃描速度成為固定的方式，一面對應照射位置而控制旋轉台3的旋轉速度，一面對被處理物5反覆賦予相同的溫度分布(temperature profile)。藉此，不會對被處理物5造成損傷，能夠以低溫且高品質、高效率地進行直到被處理物5之深處位置的熱處理。

實施形態2

於上述的實施形態1的構成中，若是雷射振盪器1為眾所周知的雷射，則亦可不是光纖傳送型之LD雷射。亦即，可使用固體雷射、氣體雷射、光纖雷射、半導體雷射之任一者作為雷射振盪器1。然而，若非光纖傳送型時，就分別必須有適當的光學系統2。再者，振盪方式也不限於連續振盪型雷射、脈衝振盪型雷射，而能夠適用任一種雷射。此情形下，由於光路在從雷射振盪器1至照射位置為止的距離內不會改變，所以與實施形態1比較，光學系統2的構成變得簡單。

實施形態3

於上述實施形態1中，驅動系統4係相對於光學系統2而設置，惟亦可以為驅動系統相對於被處理物5而設置。亦即，於本實施形態3中，如第5A圖及第5B圖所示，相對於被處理物5設置有驅動系統41。其中，第5A圖係本實施形態之熱處理裝置的側視圖，第5B圖係熱處理裝置的俯視圖。驅動系統41係以長邊方向沿著旋轉台3的半徑線上的方式設置於直徑方向。驅動系統41使被處理物5於旋轉台3的直徑方向從旋轉台3的中心31朝向外側移動，或從外側朝向中心31移動。此時，光學系統2的位置係固定。如此一來，於本實施形態中，係相對於經固定的光學系統2，藉由驅動系統41使被處理物5的位置移動，藉此於被處理物5的全面可獲得相同的反覆溫度上升。

由於其他的構成及動作係與上述的實施形態1相同，因而在此省略其說明。

如以上所述，於本實施形態係構成將驅動系統41對於被處理物5設置的構成，惟由於光學系統2與被處理物5之相對的位置關係能夠與實施形態1同樣地變化，所以結果為可獲得與實施形態1同樣的效果。亦即，本實施形態亦與實施形態1同樣地，以將雷射輸出設為固定，且全部的雷射位於同心圓上的方式，藉由驅動系統41使被處理物5同時從外側朝向旋轉台3的中心31慢慢地移動，或與其反向地移動，而對被處理物5反覆賦予相同的溫度分布，藉此，能夠以低溫且高品質、高效率地進行直到被處理物5之深處位置的熱處理。

此外，此時由於光學系統2被固定著，故其照射位置也相同，結果，由於照射位置之圓周速度成為固定，所以不需要對應於照射位置之旋轉台3之旋轉速度的控制。

再者，在從光學系統2照射之雷射必須為多數個且被處理物5的個數少的情形下，本實施形態3的構成較為簡單。再者，對於要避免光學系統2的構成複雜且會因光學系統2移動所造成之微小的光學系統2的偏移而使雷射的強度分布亦即光束分布產生變化，本實施形態2的構成也有效。

實施形態4

於上述的實施形態3的構成中，若是雷射振盪器1為眾所周知的雷射，則亦可不是光纖傳送型之LD雷射。亦即，可使用固體雷射、氣體雷射、光纖雷射、半導體雷射之任一者作為雷射振盪器1。然而，若非光纖傳送型時，就分別必須有適當的光學系統2。再者，振盪方式也不限於連續振盪型雷射、脈衝振盪型雷射，而能夠適用任一種雷射。此情形下，由於光路在從雷射振盪器1至照射位置為止的距離內不會改變，所以與實施形態3比較，光學系統2的構成變得簡單。

實施形態5

上述的實施形態1的構成中，光學系統2係移動於半徑直線上之單軸的移動機構，惟本實施形態中如第6圖所示，將能雙軸移動之獨立型的驅動系統91及92分別設置於光學系統21、22。此外，本實施形態中，雖然為了圖式的簡化而僅圖示兩個光學系統，但也可為兩個以上。

由於其他的構成及動作與上述的實施形態1相同，因而在此省略其說明。

光學系統21、22以初始位置而言，係以從旋轉台3之中心31起的距離相等的方式配置，惟在處理中的雷射掃描，係藉由驅動系統91，以雷射的照射位置通過各個光學系統21、22獨立與中心31連結之半徑直線上的方式動作。藉此，變成能將雷射集中於旋轉台3之一部分，而能使熱處理裝置之維護性變得容易，且能縮小裝置面積。

再者，上述的實施形態1中，光學系統2係依每90°配置，惟本實施形態之光學系統2的配置間隔可為任意的角度。又，本實施形態中，驅動系統91、92不僅能夠使朝直徑方向移動，也能夠使其朝圓周方向移動，且亦可在比第4圖之動作流程的步驟S1還早的階段進行光學系統2的圓周方向的移動，而變更光學系統2之圓周方向的初始位置。

實施形態6

於上述的實施形態5的構成中，雷射振盪器1若為眾所周知的雷射，則亦可不是光纖傳送型之LD雷射。亦即，可使用固體雷射、氣體雷射、光纖雷射、半導體雷射之任一者作為雷射振盪器1。然而，若非光纖傳送型時，就分別必須有適當的光學系統2。再者，振盪方式也不限於連續振盪型雷射、脈衝振盪型雷射，而能夠適用任一種雷射。此情形下，由於光路在從雷射振盪器1至照射位置為止的距離內不會改變，所以與實施形態5比較，光學系統2的構成變得簡單。

實施形態7

如第2圖所示，雖藉由反覆照射雷射而提升活化率，惟愈是反覆照射，則活化率的改善率就變得愈小，之後，改善率的上升程度會縮小而呈所謂的飽和(saturate)。再者，活化率可在一定以上的比例，具體而言，例如可在90%以上，因此嚴格來說，也可不必反覆賦予完全相同的溫度上升，可進行即使有若干的溫度上升不均勻也能夠獲得作為目的特性的以退火處理為首要的各種熱處理。

因此，於實施形態1或3的構成中，如第7圖所示，也可為將複數個光學系統2全部總合搭載於一個驅動系統93，並藉由搭載有驅動系統93的驅動系統42使光學系統2移動的構成。驅動系統93係可搭載全部的光學系統2之矩形的板狀的構件，且驅動系統42係由相當於第1A圖及第1B圖所示之驅動系統4之角棒狀之細長的構件所構成。驅動系統93之各光學系統2的配置為自由方式，惟係將各光學系統2配置成照射位置之圓周速度的相對差成為30%以下的位置關係，亦即從旋轉台3之中心31起的距離不論在哪個照射位置都成為30%以下的位置關係。例如於所配置之複數個光學系統2之中，於旋轉台3之中心31側的照射位置10-1的圓周速度與比其更靠外側之照射位置10-2的圓周速度，係在將各自的旋轉半徑(亦即，從中心31起至照射位置之中心為止的距離)設為r1、r2時，會有｜(r1-r2)/r1｜×100%的誤差。其會再往中心側31進展，而在來到最接近中心31側的位置時，使誤差成為最大值。換言之，當將驅動系統42為最內徑之狀態的照射位置設為10-1’、10-2’，並將於該照射位置的旋轉半徑設為r1’、r2’時，則r1-r1’=r2-2’會成立，且｜(r1’-r2’)/r1’｜×100%的誤差為本實施形態之最大速度誤差，並以使其成為30%以下的方式進行配置。

於本實施形態中也與實施形態1同樣地，以將雷射輸出設成固定，並使全部的雷射位於同心圓上的方式，藉由驅動系統4使全部的光學系統2同時從外側朝向旋轉台3之中心31慢慢地移動，或是與其反向地移動，且以使照射位置之周圓速度成為固定的方式，亦即，以使全部的照射位置之射束掃描速度成為固定的方式，一面對應照射位置而控制旋轉台3的旋轉速度，一面對被處理物5反覆賦予相同的溫度分布，藉此，不會對被處理物5造成損傷，能夠以低溫且高品質、高效率地進行直到被處理物5之深處位置的熱處理。

實施形態8

於本實施形態，係在上述的實施形態1至7的構成中，依每個照射位置算出其瞬間的掃描速度，並以使每單位體積之熱輸入量亦即功率密度(W/cm²)除以掃描速度之後所獲得之值成為固定的方式，分別調整雷射振盪器1的輸出。

此外，其他的構成及動作係與上述的實施形態1相同。亦即，包含全部與上述的各實施形態同樣地能使光學系統2與被處理物5相對地移動而以一次的處理反覆賦予溫度上升的構成。

如以上所述，於本實施形態亦可獲得與上述的實施形態1至7同樣的效果。

上述的各實施形態的熱處理裝置，若為藉由雷射照射進行的熱處理，則可適用於被處理物的加熱等全部的熱處理。再者，也可將上述的各實施形態的熱處理裝置使用於雷射退火處理而作為雷射退火裝置使用。

實施形態9

於本實施形態，係在上述的實施形態1至8的構成中，依每個照射位置算出其瞬間的掃描速度，並以使每單位體積之熱輸入量亦即功率密度(W/cm²)除以掃描速度之後所獲得之值成為固定的方式，調整光學系統2、21、22之準直透鏡2a或對物透鏡2b的位置，並分別調整射束徑，亦即雷射的聚光直徑。

Claims

一種熱處理裝置，具備：雷射振盪器，係使雷射振盪；複數個光學系統，係使由前述雷射振盪器所振盪出的前述雷射照射於被處理物；以及台座，係搭載前述被處理物，其中，當將由前述雷射之一次的照射所致之前述被處理物的活化率達到目標值之前述被處理物的到達溫度設為第一溫度時，將比前述第一溫度低的第二溫度設定成前述被處理物之到達溫度的目標值，並從前述光學系統對前述被處理物反覆進行二次以上前述雷射的照射，各前述光學系統係同時進行前述雷射的照射。
如申請專利範圍第1項所述之熱處理裝置，其中，前述台座係由設置成可自由旋轉之旋轉台所構成，該熱處理裝置係在使前述旋轉台搭載前述被處理物的狀態下，使前述旋轉台旋轉，藉此反覆進行來自於前述光學系統之對於前述被處理物之前述雷射的照射，且該熱處理裝置更具有控制裝置，該控制裝置係當前述光學系統之前述雷射的照射位置與前述旋轉台之中心之間的距離變化時，以使於各照射位置之前述旋轉台之圓周速度成為固定的方式，因應前述距離的變化而控制前述旋轉台的旋轉速度。
如申請專利範圍第2項所述之熱處理裝置，其中，更具有使前述光學系統移動的第一驅動系統，前述第一驅動系統係以使由前述光學系統所致之前述雷射的照射位置位於以前述旋轉台之中心為中心之同心圓上的方式，使所有的前述光學系統朝前述旋轉台之直徑方向輻射狀地同時移動達相同距離。
如申請專利範圍第2項所述之熱處理裝置，其中，更具有使前述被處理物移動的第二驅動系統，前述第二驅動系統係使前述旋轉台所搭載的所有的前述被處理物朝前述旋轉台之直徑方向輻射狀地同時移動達相同距離。
一種熱處理方法，包含：雷射振盪步驟，係使雷射振盪；以及雷射照射步驟，係使於前述雷射振盪步驟所振盪出的前述雷射照射於被處理物；且前述雷射照射步驟中，係當將由前述雷射之一次的照射所致之前述被處理物的活化率達到目標值之前述被處理物的到達溫度設為第一溫度時，將比前述第一溫度低的第二溫度設定成前述被處理物之到達溫度的目標值，並對前述被處理物反覆進行二次以上前述雷射的照射，前述照射係同時藉由複數個雷射來進行。
一種雷射退火裝置，係進行藉由以雷射之照射所致之溫度上升而改變被處理物之表面附近之特性的雷射退火處理者，具備：雷射振盪器，係使前述雷射振盪；複數個光學系統，係使由前述雷射振盪器所振盪出的前述雷射照射於被處理物；以及台座，係搭載前述被處理物，其中，當將由前述雷射之一次的照射所致之前述被處理物的活化率達到目標值之前述被處理物的到達溫度設為第一溫度時，將比前述第一溫度低的第二溫度設定成前述被處理物之到達溫度的目標值，並從前述光學系統對前述被處理物反覆進行二次以上前述雷射的照射，各前述光學系統係同時進行前述雷射的照射。
如申請專利範圍第6項所述之雷射退火裝置，其中，反覆進行之前述雷射的前述照射係以相同輸出及相同照射條件來進行。
如申請專利範圍第6項所述之雷射退火裝置，其中，各前述光學系統係以不會受到鄰接的其他光學系統所照射的前述雷射所造成之熱影響的方式，隔著所照射之前述雷射之射束直徑之10倍以上的間隙分別被配置。
如申請專利範圍第6項所述之雷射退火裝置，其更具有控制裝置，該控制裝置係控制成：將從前述光學系統照射之射束輸出設為固定，且使前述光學系統與前述被處理物之相對移動速度成為固定，以使前述光學系統之所有的照射位置之前述雷射的功率密度成為固定。
一種雷射退火方法，係進行藉由以雷射之照射所造成之溫度上升而改變被處理物之表面附近之特性的雷射退火處理者，包含：雷射振盪步驟，係使雷射振盪；以及雷射照射步驟，係使於前述雷射振盪步驟所振盪出的前述雷射照射於被處理物；且前述雷射照射步驟中，係當將由前述雷射之一次的照射所致之前述被處理物的活化率達到目標值之前述被處理物的到達溫度設為第一溫度時，將比前述第一溫度低的第二溫度設定成前述被處理物之到達溫度的目標值，並對前述被處理物反覆進行二次以上前述雷射的照射，前述照射係同時藉由複數個雷射來進行。
如申請專利範圍第10項所述之雷射退火方法，其中，反覆進行之前述雷射的前述照射係以相同輸出及相同照射條件來進行。
如申請專利範圍第10項所述之雷射退火方法，其中，各前述雷射係以不會受到鄰接的其他雷射所造成之熱影響的方式，隔著射束直徑之10倍以上的間隙分別被配置。
如申請專利範圍第10項所述之雷射退火方法，其更具有控制步驟，該控制步驟係控制成：將前述雷射之射束輸出設為固定，且使前述雷射與前述被處理物之相對移動速度成為固定，以使前述雷射之所有的照射位置之前述雷射的功率密度成為固定。
如申請專利範圍第10項所述之雷射退火方法，其更具有控制步驟，該控制步驟係將前述雷射之射束輸出設為固定，且以使前述雷射之所有的照射位置之前述雷射的功率密度成為固定的方式，控制前述雷射的聚光直徑。