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JP3481215B2 - Laser heating apparatus and laser heating method - Google Patents
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JP3481215B2 - Laser heating apparatus and laser heating method - Google Patents

Laser heating apparatus and laser heating method

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JP3481215B2
JP3481215B2 JP2001101263A JP2001101263A JP3481215B2 JP 3481215 B2 JP3481215 B2 JP 3481215B2 JP 2001101263 A JP2001101263 A JP 2001101263A JP 2001101263 A JP2001101263 A JP 2001101263A JP 3481215 B2 JP3481215 B2 JP 3481215B2
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heated
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03Observing, e.g. monitoring, the workpiece

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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、物体の加熱状態を
把握するため、加熱状態により生じる磁場変化をスクイ
ドで測定することができるレーザー加熱装置及びレーザ
ー加熱方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser heating apparatus and a laser heating method capable of measuring a magnetic field change caused by a heating state with a SQUID in order to grasp the heating state of an object.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、レーザー加熱処理は、予め設定し
た出力でレーザー光を照射するのがほとんどであり、加
熱後に加熱対象物の状態を随時チェックしながらレーザ
ー光の出力を制御することは行なわれていないのが現状
である。
2. Description of the Related Art Conventionally, most laser heating treatments are performed by irradiating a laser beam with a preset output. It is possible to control the output of the laser beam while checking the condition of the object to be heated after heating. The current situation is that it is not available.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のレー
ザー加熱装置によれば、一定の照射出力にて加熱を行な
うため、加熱の加減は、照射頻度によってしか行なうこ
とができないという問題があった。従って、例えば、レ
ーザー溶接を行なう場合には、溶接対象物同士の接触性
の良否によって、熱抵抗がバラつくので、出力値が最適
でない場合には溶接箇所の温度が上がりすぎて穴が開い
たり、あるいは反対に溶接温度が低いと溶接が不十分と
なり十分な溶接強度が得られないといった問題が発生し
ていた。また、加熱対象物の表面形状や表面粗さの変化
により、レーザー光の反射率が異なるので、温度上昇が
場所によってバラつき、安定した溶接処理をすることが
できないといった問題もあった。
In the conventional laser heating apparatus, since heating is performed with a constant irradiation output, there is a problem that heating can be adjusted only by the irradiation frequency. Therefore, for example, when laser welding is performed, the thermal resistance varies depending on the quality of contact between the objects to be welded.If the output value is not optimal, the temperature of the welded part rises too much and holes are opened. On the other hand, if the welding temperature is low, welding is insufficient and sufficient welding strength cannot be obtained. Further, since the reflectance of the laser beam varies depending on the surface shape and the surface roughness of the object to be heated, there is a problem that the temperature rise varies depending on the place and stable welding processing cannot be performed.

【0004】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、加熱処理中にレーザー光の出力を調整する
ことができるレーザー加熱装置及びレーザー加熱方法を
提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a laser heating apparatus and a laser heating method capable of adjusting the output of laser light during heat treatment.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るための本発明の技術的手段は、レーザー光を出力して
加熱対象物の加熱を行なう加熱手段を備えたレーザー加
熱装置において、上記レーザー光を照射可能に上記加熱
対象物を支持するステージと、上記ステージに支持した
加熱対象物に対して磁場を発生する磁場発生手段と、上
記加熱手段により上記加熱対象物が加熱されているとき
生じる加熱磁場変化をスクイドで検出するスクイド磁場
検出手段と、上記スクイド磁場検出手段が検出した加熱
磁場変化に係る磁気信号から上記加熱対象物が加熱によ
り構造変化または相変化することにより生じた対象物磁
場変化を抽出する対象物磁場変化抽出手段と、上記抽出
した対象物磁場変化に基づいて上記加熱手段のレーザー
光の出力制御を行なう出力制御手段とを備えた構成とし
た。加熱対象物の加熱による構造変化をスクイドを用い
て高精度に測定するとともに、スクイドで検出した磁気
信号に基づいて加熱対象物の加熱状態を把握しながらレ
ーザー光の出力制御を行なう。また、上記磁場発生手段
を、コイルを備えて構成した。コイルに所定の周波数の
交流電流を流すことにより容易に磁場が発生する。更
に、上記磁場発生手段を、上記コイルにより生じる磁場
を打ち消す磁場を生じるキャンセルコイルを備えて構成
した。測定感度を高めるためにスクイドで測定不能な高
い磁場を発生しても、微小な磁場変化のみをスクイドで
検知する。
The technical means of the present invention for solving the above problems is a laser heating apparatus provided with a heating means for outputting a laser beam to heat an object to be heated. When a stage that supports the heating target capable of irradiating laser light, a magnetic field generating unit that generates a magnetic field for the heating target supported by the stage, and the heating target is being heated by the heating unit A SQUID magnetic field detection means for detecting a heating magnetic field change that occurs with a SQUID, and an object generated by the structural change or phase change of the heating target object by heating from a magnetic signal related to the heating magnetic field change detected by the SQUID magnetic field detection unit. An object magnetic field change extraction means for extracting a magnetic field change, and an output control of laser light of the heating means are performed based on the extracted object magnetic field change. And a configuration in which an earthenware pots output control means. The structural change due to the heating of the heated object is measured with high accuracy using the SQUID, and the output of the laser light is controlled while grasping the heating state of the heated object based on the magnetic signal detected by the SQUID. Also, the upper Symbol magnetic field generating means, constituted by a coil. A magnetic field is easily generated by passing an alternating current of a predetermined frequency through the coil. Change
In the upper Symbol magnetic field generating means is constituted by a cancel coil to produce a magnetic field that cancels the magnetic field generated by the coil. Even if a high magnetic field that cannot be measured is generated by the SQUID in order to increase the measurement sensitivity, only the minute magnetic field change is detected by the SQUID.

【0006】 更にまた、上記加熱対象物が、半導体で
構成される際、上記磁場発生手段を、上記半導体表面に
磁場を励起する磁場励起用レーザーを備えて構成した。
加熱対象物が半導体である場合には、外部から磁場を与
えても磁場の変化を検知することが難しい。そこで、半
導体表面にレーザーを照射すると半導体表面から磁場が
生じる特性を利用して半導体における磁場の変化を検知
する。また、上記出力制御手段は、上記抽出した対象物
磁場変化に基づいて、最適なアニール温度に制御する機
能を備えて構成した。金属表面の凹凸や半導体にイオン
注入した際に半導体表面に生じた凹凸をなくすためにア
ニール処理を行なう際に、半導体表面を最適なアニール
温度に制御する。更に、必要に応じ、上記対象物磁場変
化抽出手段を、上記磁気信号の振幅を抽出する振幅抽出
部を備えて構成した。レーザー光出力の調整を磁気信号
の振幅の変化に基づいて行なう。更にまた、必要に応
じ、上記対象物磁場変化抽出手段を、上記磁気信号の位
相変化を抽出する位相変化抽出部を備えて構成した。レ
ーザー光出力の調整を磁気信号の位相の変化に基づいて
行なう。また、必要に応じ、上記スクイド磁場検出手段
を、差動型スクイドを備えて構成した。磁気信号に地磁
気によるノイズを加えないようにする。更に、必要に応
じ、少なくとも上記加熱対象物と上記スクイド磁場検出
手段とを外部磁場からシールドする磁気シールドを備え
て構成した。磁気信号に装置の付近に存在する物による
ノイズを加えないようにする。
[0006] was even or upper Symbol heating object, when it is a semiconductor, the magnetic field generating means, and configured to include a magnetic field excitation laser for exciting a magnetic field on the semiconductor surface.
When the object to be heated is a semiconductor, it is difficult to detect changes in the magnetic field even if a magnetic field is externally applied. Therefore, the change in the magnetic field in the semiconductor is detected by utilizing the characteristic that a magnetic field is generated from the semiconductor surface when the semiconductor surface is irradiated with a laser. Also, the upper SL output control means, based on the object field change in the extracted and configured with a function of controlling the optimum annealing temperature. When the annealing treatment is performed to eliminate the unevenness on the metal surface or the unevenness generated on the semiconductor surface when ions are implanted into the semiconductor, the semiconductor surface is controlled to an optimum annealing temperature. Furthermore, if necessary, the object magnetic field change extraction means is configured to include an amplitude extraction unit that extracts the amplitude of the magnetic signal. The laser light output is adjusted based on the change in the amplitude of the magnetic signal. Furthermore, if necessary, the object magnetic field change extraction means is configured to include a phase change extraction unit that extracts a phase change of the magnetic signal. The laser light output is adjusted based on the change in the phase of the magnetic signal. In addition, the SQUID magnetic field detecting means includes a differential SQUID, if necessary. Avoid adding noise due to geomagnetism to magnetic signals. Further, a magnetic shield for shielding at least the object to be heated and the SQUID magnetic field detecting means from an external magnetic field is provided as necessary. Avoid adding noise to the magnetic signal due to objects in the vicinity of the device.

【0007】 他の本発明の技術的手段は、加熱対象物
をレーザー光で加熱させるレーザー加熱方法において、
上記レーザー加熱装置を用い、上記加熱対象物をレーザ
ー光を照射可能に支持し、該加熱対象物に磁場を与え、
上記レーザー光を上記加熱対象物に照射し、上記加熱対
象物が加熱したときに生じる磁場変化をスクイドで検出
した構成とした。加熱対象物の加熱による構造変化をス
クイドで高精度で検出する。また、上記レーザー光を上
記加熱対象物に照射しているとき、スクイドで検出した
磁場変化に基づいてレーザー光の出力調整した構成とし
た。スクイドで検出した磁気信号に基づいてレーザー光
の出力を調整し、加熱の加減を可能にする。
Another technical means of the present invention is a laser heating method for heating an object to be heated with laser light,
Using the laser heating device, the object to be heated is supported so that it can be irradiated with laser light, and a magnetic field is applied to the object to be heated,
The object to be heated is irradiated with the laser light, and the change in the magnetic field generated when the object to be heated is heated is detected by the SQUID. The structural change due to the heating of the object to be heated is detected with high accuracy by SQUID. Also, when the upper Symbol laser beam is irradiated to the object to be heated, and a configuration in which adjustment of the output of laser light based on the magnetic field variation detected in the SQUID. The output of the laser light is adjusted based on the magnetic signal detected by the SQUID, and heating can be adjusted.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
の実施の形態に係るレーザー加熱装置及びレーザー加熱
方法を説明する。尚、実施の形態に係るレーザー加熱方
法は、実施の形態に係るレーザー加熱装置によって実現
されるので、本装置の作用の説明において説明する。図
1に示すように、レーザー加熱装置Sは、加熱手段1
と、レーザー光を照射可能に加熱対象物Tを支持するス
テージ2と、ステージ2に支持した加熱対象物Tに対し
て磁場を発生する磁場発生手段10と、加熱手段1によ
り加熱対象物Tが加熱されているとき生じる加熱磁場変
化をスクイドで検出するスクイド磁場検出手段20と、
スクイド磁場検出手段20が検出した加熱磁場変化に係
る磁気信号から加熱対象物Tが加熱により構造変化また
は相変化することにより生じた対象物磁場変化を抽出す
る対象物磁場変化抽出手段30と、抽出した対象物磁場
変化に基づいて加熱手段1のレーザー光の出力制御を行
なう出力制御手段40とを備えて構成した。加熱手段1
は、加熱対象物Tを加熱するための高エネルギーレーザ
ー光を照射可能な光源を備えている。ステージ2は、加
熱対象物Tを固定するとともに3次元変移可能な機構を
備え、加熱対象物Tを任意に移動可能にしている。磁場
発生手段10は、詳しくは図2に示すようにコイルcと
コイルcにより生じる磁場を打ち消す磁場を生じるキャ
ンセルコイルc’とを備えて構成した。コイルc及びキ
ャンセルコイルc’には、発信源11から所定の周波数
の交流信号を供給している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A laser heating apparatus and a laser heating method according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Since the laser heating method according to the embodiment is realized by the laser heating device according to the embodiment, it will be described in the description of the operation of this device. As shown in FIG. 1, the laser heating device S includes a heating unit 1
A stage 2 for supporting the heating target T capable of irradiating laser light; a magnetic field generating means 10 for generating a magnetic field for the heating target T supported on the stage 2; Squid magnetic field detection means 20 for detecting a heating magnetic field change generated while being heated with a SQUID,
An object magnetic field change extraction means 30 for extracting an object magnetic field change caused by a structural change or a phase change of the heating object T by heating from a magnetic signal related to the heating magnetic field change detected by the SQUID magnetic field detection means 20, and And the output control means 40 for controlling the output of the laser light of the heating means 1 based on the change of the magnetic field of the object. Heating means 1
Is equipped with a light source capable of emitting high-energy laser light for heating the heating target T. The stage 2 is provided with a mechanism for fixing the heating target T and allowing three-dimensional displacement, and allows the heating target T to be moved arbitrarily. Specifically, the magnetic field generating means 10 is configured to include a coil c and a canceling coil c ′ that generates a magnetic field that cancels the magnetic field generated by the coil c, as shown in FIG. An AC signal having a predetermined frequency is supplied from the transmission source 11 to the coil c and the cancel coil c ′.

【0009】スクイド磁場検出手段20は、一定の電流
でバイアスされているスクイドリングと磁束を感知しス
クイドリングに伝達するピックアップコイルとスクイド
リングに一定の電流が流れるように磁束をフィードバッ
クするフィードバックコイル(図示せず)とこれらを低
温に保持するデュアとを備えたスクイド部21と、磁束
のフィードバック量を制御して磁気信号として出力する
磁束ロック部22とを備えている。また、図示しないが
加熱対象物Tとスクイド磁場検出手段20とを外部磁場
から保護するシールドが設けられている。スクイドを用
いた磁場変化の測定精度は現存する磁気センサーの中で
最も感度が高く、10fT程度の微弱な磁場を検出する
ことが可能である。ピックアップコイルが差動型(差動
型スクイド)になっているグラジオメータを使用すると
地磁気等のノイズをキャンセルできるので、高価な磁気
シールドルームが無くても加熱対象物Tによる磁場変化
を抽出し易い。また、最近の高温超電導材料でつくられ
たスクイドを使用すると、液体窒素による冷却が可能と
なり、冷却コストが安く手軽である。
The SQUID magnetic field detecting means 20 senses a SQUID ring biased with a constant current and a pickup coil for sensing and transmitting the magnetic flux to the SQUID ring and a feedback coil for feeding back the magnetic flux so that a constant current flows through the SQUID ring. (Not shown) and a dude portion 21 having a dual for holding them at a low temperature, and a magnetic flux lock portion 22 for controlling the feedback amount of the magnetic flux and outputting it as a magnetic signal. Further, although not shown, a shield for protecting the heating target T and the SQUID magnetic field detecting means 20 from an external magnetic field is provided. The measurement accuracy of the magnetic field change using the SQUID has the highest sensitivity among existing magnetic sensors, and it is possible to detect a weak magnetic field of about 10 fT. Since noise such as geomagnetism can be canceled by using a gradiometer whose pickup coil is a differential type (differential type SQUID), it is easy to extract a magnetic field change due to the heating target T without an expensive magnetic shield room. . Further, when a SQUID made of a recent high-temperature superconducting material is used, cooling with liquid nitrogen becomes possible, and the cooling cost is low and easy.

【0010】対象物磁場変化抽出手段30は、磁気信号
の振幅を抽出する振幅抽出部31aを備える。振幅抽出
部31aは、コイルに供給された交流信号が磁場に変換
されて加熱対象物Tを通過することによりその交流信号
の振幅の変化を抽出する。振幅抽出部31aは、磁気信
号と発信源11の交流信号との積を行なう第1の乗算器
32aと、発信源11の交流信号の位相をπ/2シフト
するシフタ33と、磁気信号とシフタ33の出力信号と
の積を行なう第2の乗算器32bと、第1の乗算器32
aの出力の低域を通過させる第1の低域通過フィルタ3
4aと、第2の乗算器32bの出力の低域を通過させる
第2の低域通過フィルタ34bと、第1の低域通過フィ
ルタ34aの出力を二乗する第1の二乗器35aと、第
2の低域通過フィルタ34bの出力を二乗する第2の二
乗器35bと、第1の二乗器35a及び第2の二乗器3
5bの出力を加算する加算器36と、加算器36の出力
の平方根を採る平方根器37とから構成される。振幅抽
出部31aは、スクイド磁場検出手段20から出力され
る磁気信号(加熱磁場変化)と、発信源11の交流信号
とを加工することにより磁気信号の振幅(対象物磁場変
化)を抽出する。出力制御手段40は、供給される振幅
抽出部31aが抽出した磁気信号の振幅値に基づいて加
熱手段の出力制御を行なう。出力制御は、予め取得した
加熱対象物Tの加熱状態における磁気信号の特性に基づ
いて行なう。
The object magnetic field change extraction means 30 comprises an amplitude extraction section 31a for extracting the amplitude of the magnetic signal. The amplitude extraction unit 31a extracts a change in the amplitude of the AC signal by converting the AC signal supplied to the coil into a magnetic field and passing through the heating target T. The amplitude extraction unit 31a includes a first multiplier 32a that performs a product of a magnetic signal and an AC signal of the transmission source 11, a shifter 33 that shifts the phase of the AC signal of the transmission source 11 by π / 2, and a magnetic signal and a shifter. A second multiplier 32b that performs the product of the output signal of 33 and the first multiplier 32.
a first low-pass filter 3 for passing the low-pass of the output of a
4a, a second low pass filter 34b that passes the low band of the output of the second multiplier 32b, a first squarer 35a that squares the output of the first low pass filter 34a, and a second Second squarer 35b that squares the output of the low-pass filter 34b, and the first squarer 35a and the second squarer 3
It is composed of an adder 36 for adding the outputs of 5b and a square root 37 for taking the square root of the output of the adder 36. The amplitude extraction unit 31a extracts the amplitude of the magnetic signal (change in the magnetic field of the object) by processing the magnetic signal (change in the heating magnetic field) output from the SQUID magnetic field detection unit 20 and the AC signal of the transmission source 11. The output control unit 40 controls the output of the heating unit based on the amplitude value of the magnetic signal extracted by the supplied amplitude extraction unit 31a. The output control is performed based on the characteristic of the magnetic signal in the heating state of the heating target T that is acquired in advance.

【0011】従って、この実施の形態に係るレーザー加
熱装置Sを用いて加熱対象物Tを加熱するには、図3に
示す流れに従って行なわれる。予め加熱対象物Tの加熱
特性を調べておく。加熱特性は、加熱対象物Tの加熱状
態に応じた磁場の変化に関する情報であり、溶融状態に
おける磁場に対する影響が含まれている。加熱箇所にレ
ーザー光が照射されるように加熱対象物Tをステージ2
に設置し、加熱対象物Tに磁場を与える。加熱対象物T
に所望の出力のレーザー光を照射する。レーザー光の照
射は、連続的に又は断続的に行なうことができる。レー
ザー光は、光源からミラーm,対物レンズo,保護ガラ
スgを介して加熱対象物Tに照射される。レーザー光を
照射した際の磁気信号をサンプリングして磁場の変化を
調べる。サンプリングした磁気信号と加熱対象物Tの加
熱特性とから、加熱対象物Tの加熱状態を把握すること
ができる。加熱状態が所望の状態の場合には加熱処理を
停止する。加熱状態が所望の状態ではない場合にはレー
ザー光の出力制御を行ない所望の状態になるまで加熱処
理を行なう。
Therefore, the heating of the object T to be heated by using the laser heating apparatus S according to this embodiment is performed according to the flow shown in FIG. The heating characteristics of the heating target T are investigated in advance. The heating characteristic is information about the change of the magnetic field according to the heating state of the heating target T, and includes the influence on the magnetic field in the molten state. The heating target T is placed on the stage 2 so that the heating spot is irradiated with laser light.
The magnetic field is applied to the heating target T. Heating target T
A laser beam having a desired output is applied to the. Irradiation with laser light can be performed continuously or intermittently. The laser light is emitted from the light source to the heating target T through the mirror m, the objective lens o, and the protective glass g. The magnetic signal at the time of laser light irradiation is sampled to examine the change in the magnetic field. The heating state of the heating target T can be grasped from the sampled magnetic signal and the heating characteristic of the heating target T. When the heating state is the desired state, the heat treatment is stopped. When the heating state is not the desired state, the laser light output control is performed and the heating process is performed until the desired state is reached.

【0012】尚、実施の形態で用いた図2に示すコイル
c及びキャンセルコイルc’は、図4に示すように、コ
イルc及びキャンセルコイルc’を同一コイルCxとし
て形成することができる。
As for the coil c and the cancel coil c'shown in FIG. 2 used in the embodiment, the coil c and the cancel coil c'can be formed as the same coil Cx as shown in FIG.

【0013】図5には、本発明の他の実施の形態に係る
レーザー加熱装置Sが示される。レーザー加熱装置S
は、対象物磁場変化抽出手段30に、更に磁気信号の位
相変化を抽出する位相変化抽出部31bを設けたこと以
外は、実施の形態に係るレーザー加熱装置Sと同様に構
成している。位相変化抽出部31bは、第1の二乗器3
5aの出力を第2の二乗器35bの出力で割る除算器3
8と除算器38の出力の逆正接を出力する逆正接器39
とから構成される。位相変化抽出部31bは、振幅抽出
部31a中の出力を加工して発信源11の交流信号と磁
気信号との位相を抽出する。出力制御手段40は、供給
される振幅抽出部31aが抽出した磁気信号の振幅値と
位相変化抽出部31bが抽出した位相差値(対象物磁場
変化)に基づいて加熱手段1の出力制御を行なう。出力
制御は、予め取得した加熱対象物Tの加熱状態における
磁気信号の特性に基づいて行なう。
FIG. 5 shows a laser heating apparatus S according to another embodiment of the present invention. Laser heating device S
Is configured in the same manner as the laser heating apparatus S according to the embodiment, except that the object magnetic field change extraction means 30 is further provided with a phase change extraction section 31b for extracting the phase change of the magnetic signal. The phase change extraction unit 31b uses the first squarer 3
Divider 3 that divides the output of 5a by the output of the second squarer 35b
8 and the arctangent unit 39 for outputting the arctangent of the output of the divider 38
Composed of and. The phase change extraction unit 31b processes the output in the amplitude extraction unit 31a and extracts the phases of the AC signal and the magnetic signal of the transmission source 11. The output control unit 40 controls the output of the heating unit 1 based on the amplitude value of the magnetic signal extracted by the supplied amplitude extraction unit 31a and the phase difference value (change in the magnetic field of the object) extracted by the phase change extraction unit 31b. . The output control is performed based on the characteristic of the magnetic signal in the heating state of the heating target T that is acquired in advance.

【0014】図6には、本発明のその他の実施の形態に
係るレーザー加熱装置Sが示される。ここに示すレーザ
ー加熱装置Sは、加熱対象物Tを半導体に限定してお
り、磁場発生手段10に半導体表面に磁場を励起する磁
場励起用レーザー12を用いたこと以外は、実施の形態
に係るレーザー加熱装置Sと同様に構成している。磁場
励起用レーザー12は、半導体のバンドギャップ以上の
光子エネルギーを有するレーザー光源を備える。磁場励
起用レーザー12をミラーmを介して半導体表面に照射
することによって、半導体中でレーザー光が電流に変換
され、変換された電流が発生する磁場を測定して磁場の
変化を検知する。磁場励起用レーザー12を用いれば、
半導体表面のアニール処理をより有効に行なうことがで
きる。例えば、加熱特性として最適なアニール温度がわ
かれば、アニール処理を加熱温度をゆるやかに上昇させ
ながら行なうようにすることができる。
FIG. 6 shows a laser heating apparatus S according to another embodiment of the present invention. The laser heating apparatus S shown here is limited to the semiconductor T as the object to be heated, and is related to the embodiment except that the magnetic field excitation means 12 uses a magnetic field excitation laser 12 for exciting a magnetic field on the semiconductor surface. It has the same structure as the laser heating device S. The magnetic field excitation laser 12 is provided with a laser light source having a photon energy larger than the band gap of the semiconductor. By irradiating the semiconductor surface with the magnetic field excitation laser 12 through the mirror m, the laser light is converted into a current in the semiconductor, and the magnetic field generated by the converted current is measured to detect the change in the magnetic field. With the magnetic field excitation laser 12,
The semiconductor surface can be annealed more effectively. For example, if the optimum annealing temperature as the heating characteristic is known, the annealing process can be performed while gradually raising the heating temperature.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザー
加熱装置によれば、レーザー光を照射可能に加熱対象物
を支持するステージと、ステージに支持した加熱対象物
に対して磁場を発生する磁場発生手段と、加熱手段によ
り加熱対象物が加熱されているとき生じる加熱磁場変化
をスクイドで検出するスクイド磁場検出手段と、スクイ
ド磁場検出手段が検出した加熱磁場変化に係る磁気信号
から加熱対象物が加熱により構造変化または相変化する
ことにより生じた対象物磁場変化を抽出する対象物磁場
変化抽出手段と、抽出した対象物磁場変化に基づいて加
熱手段のレーザー光の出力制御を行なう出力制御手段と
を備えて構成したので、加熱処理中に加熱対象物の加熱
状態を把握しながらレーザー光の出力を調整することが
できる。また、磁場発生手段を、コイルを備えて構成し
たので、磁場の発生を容易に行なうことができる。加熱
箇所の透磁率の変化を計測するためのプローブ信号とな
る磁場を発生することができる。更に、磁場発生手段
を、コイルにより生じる磁場を打ち消す磁場を生じるキ
ャンセルコイルを備えて構成したので、スクイドの磁気
飽和を回避し、動作ダイナミックレンジを大幅に高める
ことができる。更にまた、加熱対象物が、半導体で構成
される際、磁場発生手段を、半導体表面に磁場を励起す
る磁場励起用レーザーを備えて構成したので、半導体上
の温度上昇を光電流の磁場変化によって測定することが
でき、電源供給配線を要する磁場発生用のコイルを不要
にすることができる。また、出力制御手段は、抽出した
対象物磁場変化に基づいて、最適なアニール温度に制御
する機能を備えて構成したので、加熱対象物表面の光学
的状態や近傍の熱伝導性の不均一性に影響されずに均一
なアニールを施すことができる。更に、対象物磁場変化
抽出手段を、磁気信号の振幅を抽出する振幅抽出部を備
えて構成した場合には、磁気信号の振幅の変化から温度
を計測し、均一な温度で熱加工をすることができる。
As described above, according to the laser heating apparatus of the present invention, a stage for supporting a heating target capable of irradiating laser light and a magnetic field for the heating target supported on the stage are generated. A magnetic field generation means, a SQUID magnetic field detection means for detecting a heating magnetic field change generated when the heating object is being heated by the heating means with a SQUID, and a heating object from a magnetic signal relating to the heating magnetic field change detected by the SQUID magnetic field detection means Object magnetic field change extraction means for extracting an object magnetic field change caused by structural change or phase change due to heating, and output control means for controlling laser light output of the heating means based on the extracted object magnetic field change Since it is configured by including, the output of the laser light can be adjusted while grasping the heating state of the heating target during the heat treatment. In addition, the magnetic field generating means is configured with a coil.
Therefore, the magnetic field can be easily generated. It is possible to generate a magnetic field that serves as a probe signal for measuring the change in magnetic permeability of the heated portion. Furthermore, since the magnetic field generating means is configured by including the cancel coil that generates the magnetic field that cancels the magnetic field generated by the coil, magnetic saturation of the SQUID can be avoided and the operating dynamic range can be greatly increased. Furthermore, the heating object, when it is a semiconductor, a magnetic field generating means, since it is configured provided with a magnetic field excitation laser for exciting a magnetic field on the semiconductor surface, the magnetic field change of the photocurrent of the temperature rise of the semiconductor Therefore, it is possible to eliminate the need for a coil for generating a magnetic field that requires a power supply wiring. Further, since the output control means is configured to have a function of controlling the optimum annealing temperature based on the extracted change in the magnetic field of the object, the optical state of the object to be heated and the nonuniform thermal conductivity in the vicinity thereof are obtained. Uniform annealing can be performed without being affected by the property. Furthermore, when the object magnetic field change extraction means is configured with an amplitude extraction unit that extracts the amplitude of the magnetic signal, the temperature is measured from the change in the amplitude of the magnetic signal, and thermal processing is performed at a uniform temperature. You can

【0016】 更にまた、対象物磁場変化抽出手段を、
磁気信号の位相変化を抽出する位相変化抽出部を備えて
構成した場合には、対象物の形状効果を補正し、磁気信
号の振幅だけでは捕らえにくい温度変化率を計測可能と
し、より感度の高い制御を行なうことができる。また、
スクイド磁場検出手段を、差動型スクイドを備えて構成
した場合には、地磁気の影響のない磁気信号を得ること
ができる。更に、少なくとも加熱対象物とスクイド磁場
検出手段とを外部磁場からシールドする磁気シールドを
備えて構成した場合には、周辺物質が発する磁気の影響
のない磁気信号を得ることができる。本発明のレーザー
加熱方法によれば、加熱対象物をレーザー光を照射可能
に支持し、加熱対象物に磁場を与え、レーザー光を加熱
対象物に照射し、加熱対象物が加熱したときに生じる磁
場変化をスクイドで検出したので、加熱処理中に加熱対
象物の加熱状態を磁気的に把握することができる。ま
た、レーザー光を加熱対象物に照射しているとき、スク
イドで検出した磁場変化に基づいてレーザー光の出力調
整をしたので、加熱対象物の加熱状態を磁気的に把握し
て加熱の調整を行なうことができる。
Furthermore, the object magnetic field change extraction means is
When configured with a phase change extraction unit that extracts the phase change of the magnetic signal, the shape effect of the object is corrected, and it is possible to measure the temperature change rate that is difficult to capture only with the amplitude of the magnetic signal, and the sensitivity is higher. Control can be performed. Also,
When the SQUID magnetic field detection unit is configured to include a differential SQUID, it is possible to obtain a magnetic signal that is not affected by the geomagnetism. Further, when at least the object to be heated and the SQUID magnetic field detecting means are provided with a magnetic shield for shielding from an external magnetic field, a magnetic signal without the influence of magnetism generated by the peripheral substance can be obtained. According to the laser heating method of the present invention, the object to be heated is supported so that it can be irradiated with laser light, a magnetic field is applied to the object to be heated, the object to be heated is irradiated with laser light, and the object to be heated is heated. Since the change in the magnetic field is detected by the SQUID, it is possible to magnetically grasp the heating state of the object to be heated during the heat treatment. In addition, because the laser light output is adjusted based on the change in the magnetic field detected by the SQUID while the laser light is being applied to the object to be heated, the heating state of the object to be heated can be grasped magnetically to adjust the heating. Can be done.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態に係るレーザー加熱装置を
示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a laser heating device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態に係るレーザー加熱装置に
用いたキャンセルコイルの説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a cancel coil used in the laser heating device according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態に係るレーザー加熱方法の
処理工程を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing processing steps of a laser heating method according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態に係るレーザー加熱装置に
用いることができる他のキャンセルコイルの説明図であ
り、(1)は形態を示し、(2)は配置例を示す。
FIG. 4 is an explanatory view of another cancel coil that can be used in the laser heating apparatus according to the embodiment of the present invention, where (1) shows a form and (2) shows an arrangement example.

【図5】本発明の他の実施の形態に係るレーザー加熱装
置を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a laser heating device according to another embodiment of the present invention.

【図6】本発明のその他の実施の形態に係るレーザー加
熱装置を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a laser heating device according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

S レーザー加熱装置 T 加熱対象物 c コイル c’ キャンセルコイル 1 加熱手段 2 ステージ 10 磁場発生手段 11 発信源 12 磁場励起用レーザー 20 スクイド磁場検出手段 21 スクイド部 22 磁束ロック部 30 対象物磁場変化抽出手段 31a 振幅抽出部 31b 位相変化抽出部 32a 第1の乗算器 32b 第2の乗算器 33 シフタ 34a 第1の低域通過フィルタ 34b 第2の低域通過フィルタ 35a 第1の二乗器 35b 第2の二乗器 36 加算器 37 平方根器 38 除算器 39 逆正接器 40 出力制御手段 S laser heating device T heating target c coil c'cancel coil 1 heating means 2 stages 10 Magnetic field generating means 11 Source 12 Laser for magnetic field excitation 20 Squid magnetic field detection means 21 Squid part 22 Magnetic flux lock 30 Object Magnetic Field Change Extraction Means 31a Amplitude extraction unit 31b Phase change extraction unit 32a First multiplier 32b Second multiplier 33 shifter 34a First low-pass filter 34b Second low-pass filter 35a First squarer 35b Second squarer 36 adder 37 Square root device 38 Divider 39 Inverse tangent device 40 Output control means

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 レーザー光を出力して加熱対象物の加熱
を行なう加熱手段を備えたレーザー加熱装置において、 上記レーザー光を照射可能に上記加熱対象物を支持する
ステージと、 上記ステージに支持した加熱対象物に対して磁場を発生
する磁場発生手段と、 上記加熱手段により上記加熱対象物が加熱されていると
き生じる加熱磁場変化をスクイドで検出するスクイド磁
場検出手段と、 上記スクイド磁場検出手段が検出した加熱磁場変化に係
る磁気信号から上記加熱対象物が加熱により構造変化ま
たは相変化することにより生じた対象物磁場変化を抽出
する対象物磁場変化抽出手段と、 上記抽出した対象物磁場変化に基づいて上記レーザー光
を上記加熱対象物に照射しているとき、上記加熱手段の
レーザー光の出力制御を行なう出力制御手段とを備えて
構成し、 上記磁場発生手段を、コイルを備えて構成するととも
に、上記コイルにより生じる磁場を打ち消す磁場を生じ
るキャンセルコイルを備えて構成し、 上記出力制御手段は、上記抽出した対象物磁場変化に基
づいて、最適なアニール温度に制御する機能を備えた
とを特徴とするレーザー加熱装置。
1. A laser heating apparatus comprising a heating means for outputting a laser beam to heat an object to be heated, the stage supporting the object to be heated so that the laser beam can be irradiated, and the stage supported on the stage. A magnetic field generating means for generating a magnetic field with respect to the heating object, a SQUID magnetic field detecting means for detecting a heating magnetic field change occurring when the heating object is being heated by the heating means with a SQUID, and the SQUID magnetic field detecting means are An object magnetic field change extraction means for extracting an object magnetic field change caused by a structural change or a phase change of the object to be heated from a magnetic signal related to the detected heating magnetic field change, and the extracted object magnetic field change Based on the above laser light
And an output control means for controlling the output of the laser light of the heating means when irradiating the object to be heated , and the magnetic field generating means is configured to include a coil.
A magnetic field that cancels the magnetic field generated by the coil
And a cancel coil, wherein the output control means is based on the extracted object magnetic field change.
Then , a laser heating device having a function of controlling the annealing temperature to be optimum .
【請求項2】 レーザー光を出力して加熱対象物の加熱
を行なう加熱手段を備えたレーザー加熱装置において、 上記レーザー光を照射可能に上記加熱対象物を支持する
ステージと、 上記ステージに支持した加熱対象物に対して磁場を発生
する磁場発生手段と、 上記加熱手段により上記加熱対象物が加熱されていると
き生じる加熱磁場変化をスクイドで検出するスクイド磁
場検出手段と、 上記スクイド磁場検出手段が検出した加熱磁場変化に係
る磁気信号から上記加熱対象物が加熱により構造変化ま
たは相変化することにより生じた対象物磁場変化を抽出
する対象物磁場変化抽出手段と、 上記抽出した対象物磁場変化に基づいて上記レーザー光
を上記加熱対象物に照射しているとき、上記加熱手段の
レーザー光の出力制御を行なう出力制御手段とを備えて
構成し、 上記加熱対象物が、半導体で構成される際、 上記磁場発生手段を、上記半導体表面に磁場を励起する
磁場励起用レーザーを備えて構成し、 上記出力制御手段は、上記抽出した対象物磁場変化に基
づいて、最適なアニール温度に制御する機能を備えた
とを特徴とするレーザー加熱装置。
2. A heating object is heated by outputting a laser beam.
In a laser heating device having a heating means for performing the above , the above-mentioned object to be heated is supported so that it can be irradiated with the above-mentioned laser light.
Generates a magnetic field for the stage and the heating target supported on the stage
When the heating target is heated by the magnetic field generating means and the heating means,
Squid magnet for detecting changes in heating magnetic field caused by SQUID
Field detecting means and the heating magnetic field change detected by the SQUID magnetic field detecting means.
The magnetic signal from the
The magnetic field change of the object caused by phase change or phase change
Object magnetic field change extraction means for performing the laser light based on the extracted object magnetic field change
When irradiating the object to be heated,
With an output control means for controlling the output of the laser light
When the object to be heated is made of a semiconductor, the magnetic field generating means excites a magnetic field on the semiconductor surface.
A magnetic field excitation laser is provided, and the output control means is based on the extracted magnetic field change of the object.
Then , a laser heating device having a function of controlling the annealing temperature to be optimum .
【請求項3】 上記対象物磁場変化抽出手段を、上記磁
気信号の振幅を抽出する振幅抽出部を備えて構成したこ
とを特徴とする請求項1または2記載のレーザー加熱装
置。
3. The laser heating apparatus according to claim 1, wherein the object magnetic field change extraction means is configured to include an amplitude extraction section for extracting the amplitude of the magnetic signal.
【請求項4】 上記対象物磁場変化抽出手段を、上記磁
気信号の位相変化を抽出する位相変化抽出部を備えて構
成したことを特徴とする請求項1,2または3記載のレ
ーザー加熱装置。
4. The laser heating apparatus according to claim 1, wherein the object magnetic field change extraction means comprises a phase change extraction section for extracting a phase change of the magnetic signal.
【請求項5】 上記スクイド磁場検出手段を、差動型ス
クイドを備えて構成したことを特徴とする請求項1,
2,3または4記載のレーザー加熱装置。
5. The SQUID magnetic field detecting means comprises a differential SQUID .
The laser heating device according to 2, 3, or 4 .
【請求項6】 少なくとも上記加熱対象物と上記スクイ
ド磁場検出手段とを外部磁場からシールドする磁気シー
ルドを備えたことを特徴とする請求項1,2,3,4ま
たは5記載のレーザー加熱装置。
6. The at least claim 1, 2, 3, 4, characterized in that a magnetic shield for shielding the above heating object and the SQUID magnetic field detection means from external magnetic fields or
Or the laser heating device according to item 5 .
【請求項7】 加熱対象物をレーザー光で加熱させるレ
ーザー加熱方法において、上記請求項1乃至6のいずれ
か記載のレーザー加熱装置を用い、 上記加熱対象物をレーザー光を照射可能に支持し、該加
熱対象物に磁場を与え、上記レーザー光を上記加熱対象
物に照射し、上記加熱対象物が加熱したときに生じる磁
場変化をスクイドで検出し、上記レーザー光を上記加熱
対象物に照射しているとき、スクイドで検出した磁場変
化に基づいてレーザー光の出力調整をしたことを特徴と
するレーザー加熱方法。
7. A laser heating method for heating an object to be heated with laser light, according to any one of claims 1 to 6.
Using the laser heating device described above, the heating object is supported so that it can be irradiated with laser light, a magnetic field is applied to the heating object, and the laser light is irradiated to the heating object, and the heating object is heated. The change in the magnetic field that occurs when the SQUID is detected, and the laser light is heated
When irradiating an object, the magnetic field change detected by the SQUID
A laser heating method characterized in that the output of laser light is adjusted based on the conversion .
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