(57)【要約】【課題】基板において不純物が拡散する領域のばらつきを抑えることができるレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供する。【解決手段】レーザ加工装置は、被加工物６００に照射されるレーザ光Ｂを発振するレーザ発振器４００と、レーザ加工装置の動作を全体的に制御する制御システム１００を含む。制御システム１００は、被加工物６００表面がレーザ光Ｂのフォーカス位置に位置するように、被加工物６００の表面の位置を調整する。また、制御システム１００は、必要とされる拡散深さまたは拡散幅に応じて、レーザ発振器４００が発振するレーザ光Ｂの強度を制御する。【選択図】図１
2012064697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器と当該レーザ発振器が発振したレーザ光を被加工物に照射するための光学系とを備え、被加工物に不純物をドーピングするレーザ加工装置が実行するレーザ加工方法であって、
前記レーザ加工装置が、
前記被加工物が前記光学系のフォーカス位置に位置するように前記被加工物と前記光学系の距離を調整するステップと、
前記レーザ発振器が発振するレーザ光の一部の強度を計測するステップと、
前記強度を計測するステップにおいて計測した強度に基づいて、前記レーザ発振器がレーザ光を発振する強度を制御するステップとを備える、レーザ加工方法。
【請求項２】
前記距離を調整するステップは、
前記レーザ発振器が発振するレーザ光の光軸方向での前記被加工物の位置を計測するステップと、
前記位置を計測するステップにおいて計測した位置に基づいて、前記被加工物と前記光学系の距離を調整するステップとを含む、請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記レーザ加工装置に、
前記被加工物上における不純物が拡散する深さの指定を受け付けるステップと、
前記被加工物上における不純物が拡散する深さと前記レーザ発振器がレーザ光を発振する強度とを関連付けて記憶する記憶媒体を参照することにより、前記指定に基づく深さに対応する強度を取得するステップとをさらに実行させ、
前記強度を制御するステップは、前記レーザ発振器を、前記取得するステップにおいて取得された強度でレーザ光を発振するように制御する、請求項１または請求項２に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記レーザ加工装置に、
前記被加工物上における不純物が拡散する幅の指定を受け付けるステップと、
前記被加工物上における不純物が拡散する幅と前記レーザ発振器がレーザ光を発振する強度とを関連付けて記憶する記憶媒体を参照することにより、前記指定に基づく幅に対応する強度を取得するステップとをさらに実行させ、
前記強度を制御するステップは、前記レーザ発振器を、前記取得するステップにおいて取得された強度でレーザ光を発振するように制御する、請求項１または請求項２に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器が発振したレーザ光を被加工物に照射するための光学系と、
前記被加工物が前記光学系のフォーカス位置に位置するように前記被加工物と前記光学系の距離を調整する調整手段と、
前記レーザ発振器が発振するレーザ光の一部の強度を計測する強度計測手段と、
前記強度計測手段が計測した強度に基づいて、前記レーザ発振器がレーザ光を発振する強度を制御する制御手段とを備える、レーザ加工装置。
【請求項６】
前記調整手段は、
前記レーザ発振器が発振するレーザ光の光軸方向での前記被加工物の位置を計測し、
計測した前記被加工物の位置に基づいて、前記被加工物と前記光学系の距離を調整する、請求項５に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記被加工物上における不純物が拡散する深さの指定を受け付ける受付部をさらに備え、
前記制御手段は、
前記被加工物上における不純物が拡散する深さと前記レーザ発振器がレーザ光を発振する強度とを関連付けて記憶する記憶媒体を参照することにより、前記指定に基づく深さに対応する強度を取得し、
前記レーザ発振器を、取得した前記強度でレーザ光を発振するように制御する、請求項５または請求項６に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記被加工物上における不純物が拡散する幅の指定を受け付ける受付部をさらに備え、
前記制御手段は、
前記被加工物上における不純物が拡散する幅と前記レーザ発振器がレーザ光を発振する強度とを関連付けて記憶する記憶媒体を参照することにより、前記指定に基づく幅に対応する強度を取得し、
前記レーザ発振器を、取得した前記強度でレーザ光を発振するように制御する、請求項５または請求項６に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工方法およびレーザ加工装置に関し、特に、レーザ光を利用して基板に不純物をドーピングするためのレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体製造の際等に行なわれるレーザ光を用いた基板への不純物のドーピングに関し、種々の技術が開示されている。
【０００３】
たとえば、特許文献１（特開２００４−１５８５６４号公報）には、基板上に拡散剤を塗布し、元素濃度や拡散剤濃度の高い部分をエッチングや化学的機械研磨などによって除去することにより、ゲッタリング法を使用することなくゲッタリングを完了し、これにより、作業工程の短縮を図りつつドーピング深さを容易に制御するドーピングの方法が開示されている。また、特許文献２（特開平５−３２６４３０号公報）には、気相のドーパントを用いるドーピング方法において、ドーピング効率を高める等の理由から温度制御を行なう技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１５８５６４号公報
【特許文献２】特開平５−３２６４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のレーザ加工方法では、上記のように作業時間の短縮やドーピング効率の向上については検討がなされていたものの、基板において不純物が拡散される領域のばらつきの抑制については、あまり検討がなされていなかった。
【０００６】
本発明は、かかる実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、基板において不純物を拡散させる領域のばらつきを抑えることができるレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に従ったレーザ加工方法は、レーザ発振器と当該レーザ発振器が発振したレーザ光を被加工物に照射するための光学系とを備え、被加工物に不純物をドーピングするレーザ加工装置が実行するレーザ加工方法であって、レーザ加工装置が、被加工物が光学系のフォーカス位置に位置するように被加工物と光学系の距離を調整するステップと、レーザ発振器が発振するレーザ光の一部の強度を計測するステップと、強度を計測するステップにおいて計測した強度に基づいて、レーザ発振器がレーザ光を発振する強度を制御するステップとを備える。
【０００８】
また、本発明のレーザ加工方法では、距離を調整するステップは、レーザ発振器が発振するレーザ光の光軸方向での被加工物の位置を計測するステップと、位置を計測するステップにおいて計測した位置に基づいて、被加工物と光学系の距離を調整するステップとを含むことが好ましい。
【０００９】
また、本発明のレーザ加工方法は、レーザ加工装置に、被加工物上における不純物が拡散する深さの指定を受け付けるステップと、被加工物上における不純物が拡散する深さとレーザ発振器がレーザ光を発振する強度とを関連付けて記憶する記憶媒体を参照することにより、指定に基づく深さに対応する強度を取得するステップとをさらに実行させ、強度を制御するステップは、レーザ発振器を、取得するステップにおいて取得された強度でレーザ光を発振するように制御することが好ましい。
【００１０】
また、本発明のレーザ加工方法は、レーザ加工装置に、被加工物上における不純物が拡散する幅の指定を受け付けるステップと、被加工物上における不純物が拡散する幅とレーザ発振器がレーザ光を発振する強度とを関連付けて記憶する記憶媒体を参照することにより、指定に基づく幅に対応する強度を取得するステップとをさらに実行させ、強度を制御するステップは、レーザ発振器を、取得するステップにおいて取得された強度でレーザ光を発振するように制御することが好ましい。
【００１１】
本発明に従ったレーザ加工装置は、レーザ発振器と、レーザ発振器が発振したレーザ光を被加工物に照射するための光学系と、被加工物が光学系のフォーカス位置に位置するように被加工物と光学系の距離を調整する調整手段と、レーザ発振器が発振するレーザ光の一部の強度を計測する強度計測手段と、強度計測手段が計測した強度に基づいて、レーザ発振器がレーザ光を発振する強度を制御する制御手段とを備える。
【００１２】
また、本発明のレーザ加工装置では、調整手段は、レーザ発振器が発振するレーザ光の光軸方向での被加工物の位置を計測し、計測した被加工物の位置に基づいて、被加工物と光学系の距離を調整することが好ましい。
【００１３】
また、本発明のレーザ加工装置は、被加工物上における不純物が拡散する深さの指定を受け付ける受付部をさらに備え、制御手段は、被加工物上における不純物が拡散する深さとレーザ発振器がレーザ光を発振する強度とを関連付けて記憶する記憶媒体を参照することにより、指定に基づく深さに対応する強度を取得し、レーザ発振器を、取得した強度でレーザ光を発振するように制御することが好ましい。
【００１４】
また、本発明のレーザ加工装置は、被加工物上における不純物が拡散する幅の指定を受け付ける受付部をさらに備え、制御手段は、被加工物上における不純物が拡散する幅とレーザ発振器がレーザ光を発振する強度とを関連付けて記憶する記憶媒体を参照することにより、指定に基づく幅に対応する強度を取得し、レーザ発振器を、取得した強度でレーザ光を発振するように制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
上記構成によれば、レーザ加工装置において、被加工物がレーザ発振器の光学系のフォーカス位置に配置されることにより、レーザ光により確実に被加工物表面に不純物を拡散させることができる。
【００１６】
また、レーザ発振器が発振するレーザ光の一部についての強度の測定結果に基づいてレーザ発振器が発振するレーザ光の強度が制御される。これにより、レーザ発振器が発振するレーザ光の強度を、正確に制御できる。
【００１７】
そして、上記のように被加工物をフォーカス位置に配置し、かつ、レーザ発振器が発振するレーザ光の強度を正確に制御できることにより、被加工物における不純物の拡散の深さや幅のばらつきを抑え、これにより、被加工物において不純物が拡散する領域の大きさのばらつきを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のレーザ加工装置の構成の一実施の形態を模式的に示す図である。
【図２】図１の被加工物拡大図である。
【図３】図２の被加工物の拡散層近傍の端面の拡大図である。
【図４】図１の制御システムのハードウェア構成を模式的に示す図である。
【図５】本実施の形態のレーザ加工装置における集光レンズと被加工物の位置関係を模式的に示す図である。
【図６】本実施の形態のレーザ加工装置における、被加工物表面のレーザ光の光軸上の位置と被加工物において不純物が拡散する深さの関係を示す図である。
【図７】被加工物がフォーカス位置にあるときの、レーザ発振器が発振するレーザ光の強度と拡散の深さの関係を示す図である。
【図８】本実施の形態のレーザ加工装置における、被加工物表面のレーザ光の光軸上の位置と被加工物において不純物が拡散する幅の関係を示す図である。
【図９】被加工物がフォーカス位置にあるときの、レーザ発振器が発振するレーザ光の強度と拡散の深さの関係を示す図である。
【図１０】レーザ加工装置において、フォーカス位置を求める場合の処理内容を説明するための図である。
【図１１】レーザ加工装置において、被加工物にレーザ光を照射することにより基板内に不純物を拡散させる際に実行される処理のフローチャートである。
【図１２】図１のレーザ加工装置の変形例の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に従った情報処理装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において、同一の機能を発揮する構成要素については、同一の符号を付し、詳細な説明は繰返さない。
【００２０】
［１．レーザ加工装置の概略構成］
図１は、本発明のレーザ加工装置の構成の一実施の形態を模式的に示す図である。
【００２１】
図１を参照して、レーザ加工装置は、被加工物６００に照射するレーザ光Ｂを発振するためのレーザ発振器４００を含む。
【００２２】
レーザ発振器４００は、いかなるタイプのレーザ発振装置でも良い。つまり、ルビーレーザやＹＡＧレーザ等の固体レーザであっても良いし、色素レーザ等の液体レーザであっても良いし、炭酸ガスレーザやエキシマレーザ等のガスレーザであって良いし、半導体レーザであっても良いし、自由電子レーザであっても良いし、また、金属蒸気レーザや化学レーザであっても良い。
【００２３】
また、レーザ加工装置は、レーザ光Ｂの一部の光路を分岐する光学素子３１０と、レーザ光Ｂを被加工物６００に向けて集光する集光レンズ３２０とを含む。光学素子３１０は、たとえばビームスプリッタによって実現される。また、レーザ加工装置は、当該レーザ加工装置の動作を全体的に制御する制御システム１００と、光学素子３１０によって分岐されたレーザ光Ｂ１を入力される計測装置３１１と、集光レンズ３２０のレーザ光Ｂの光軸上での集光位置を調整するレンズ駆動部３２１と、距離計測装置２０１と、被加工物６００が載置されるテーブル２００とを含む。
【００２４】
本実施の形態では、集光レンズ３２０により、レーザ発振器４００が発振したレーザ光を被加工物６００に照射するための光学系が構成される。
【００２５】
テーブル２００は、当該テーブルを図１に示すＸ軸およびＺ軸方向ならびに図２に示すＹ軸方向に移動させるためのモータ等の機構を含む。
【００２６】
光学素子３１０は、入力されるレーザ光Ｂを一定の割合で計測装置３１１へ導入する。計測装置３１１は、たとえば光パワーメータからなり、入力されたレーザ光の強度を計測し、計測結果を制御システム１００に出力する。これにより、制御システム１００は、計測装置３１１から出力されるレーザ光の強度に基づいて、レーザ発振器４００が出力するレーザ光の強度を決定する。そして、決定した強度に基づいて、レーザ発振器４００が出力するレーザ光の強度を制御する。
【００２７】
レーザ発振器４００は、所定のビーム強度のレーザ光を連続して出力するタイプと、一定の時間間隔で一定のビーム強度のレーザ光を断続的に出力するタイプがある。いずれのタイプであっても、その出力を時間平均すると、特定のビーム強度が出力されることとなる。制御システム１００は、レーザ発振器４００が発振するレーザ光の、時間平均された出力強度を制御することにより、レーザ発振器４００が出力するレーザ光の強度を制御する。つまり、制御システム１００は、レーザ発振器４００の、出力するレーザ光の強度を制御しても良いし、単位時間当たりのレーザ光を発振する時間を制御しても良いし、これらの双方を制御しても良い。レーザ光の強度を制御する場合、制御システム１００は、たとえば、レーザ加工装置がアッテネータ（減衰器）をさらに備え、当該減衰器によってレーザ発振器４００が出力したレーザ光を集光レンズ３２０に入射する前に減衰させる度合いを制御する。
【００２８】
制御システム１００は、レンズ駆動部３２１による集光レンズ３２０の位置の調整態様を制御する。
【００２９】
距離計測装置２０１は、たとえば光学的手法によって、当該距離計測装置２０１と被加工物６００表面の、レーザ光Ｂの光軸方向の距離を計測する。そして、計測した当該距離を、制御システム１００へ出力する。距離計測装置２０１は、レーザ加工装置において固定されている。制御システム１００は、集光レンズ３２０の上記光軸上での位置を制御できる。したがって、制御システム１００は、集光レンズ３２０の上記光軸上の位置と距離計測装置２０１が出力する被加工物６００表面までの距離とに基づいて、集光レンズ３２０の主点と被加工物６００の、レーザ光Ｂの光軸上の距離を決定できる。
【００３０】
レーザ加工装置には、レーザ発振器４００が発振したレーザ光のビーム径を変換するビームエキスパンダや、当該レーザ光を平行光に変換するコリメータレンズ等がさらに備えられても良い。
【００３１】
図２は、図１の被加工物６００の拡大図である。
図２をさらに参照して、被加工物６００は、基板６０１と、当該基板６０１表面に設けられた拡散剤層６０２とを含む。拡散剤層６０２は、当該拡散剤層６０２を構成する液体の材料（基板６０１内に拡散させたい元素を含む）が、スピンコートやスプレー等によって基板６０１表面に付着させられ、１００℃程度の温度で乾燥されることによって、形成される。
【００３２】
なお、本実施の形態のレーザ加工装置の加工対象は、上記のような基板上に拡散層が形成されたものに限定されない。拡散剤を含んだ雰囲気中に設置された基板に対してレーザ光を照射することにより、当該基板内に当該拡散剤を拡散させる場合にも、本実施の形態のレーザ加工装置を利用することができる。
【００３３】
本実施の形態のレーザ加工装置は、被加工物の表面をレーザ光により溶融することにより、被加工物の基板内に拡散剤（不純物）を拡散させる。被加工物６００表面では、図２に示されるように、レーザ光Ｂが照射されると、当該レーザ光Ｂが照射された部分が溶融し、基板６０１内に拡散剤層６０２を構成する材料が拡散する。図２では、基板６０１の厚みがＴ１で示され、拡散剤層６０２の厚みがＴ２で示されている。また、図２では、基板６０１内の、当該材料が拡散した部分が、拡散層６０１Ａとして示されている。
【００３４】
図２には、Ｘ軸およびＹ軸が示されている。被加工物６００表面のレーザ光Ｂの照射位置は、図２のＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させることができる。照射位置の移動は、テーブル２００を移動させることにより実現されても良いし、レーザ発振器４００および集光レンズ３２０を移動させることにより実現されても良い。
【００３５】
図２に示された例では、レーザ光Ｂの照射位置がＹ軸方向（矢印Ａ１方向）に走査される状態が示されている。本実施の形態では、Ｘ軸方向の複数の位置においてレーザ光ＢをＹ軸方向に走査させることにより、被加工物６００表面において、複数のライン状の拡散層が形成される。
【００３６】
図３は、図２の被加工物６００の拡散層６０１Ａ近傍の端面の拡大図である。
図３では、被加工物６００における拡散層６０１Ａの深さＤ１と幅Ｗ１が示されている。なお、深さとは、被加工物６００表面に照射されるレーザ光の光軸方向の拡散層６０１Ａの寸法である。幅とは、当該レーザ光の光軸方向に交わる方向の拡散層６０１Ａの寸法である。
【００３７】
［２．制御システムのハードウェア構成］
図４は、制御システムのハードウェア構成を模式的に示す図である。
【００３８】
図４を参照して、制御システム１００を構成するコンピュータは、処理装置１０２、記憶装置１０３、ＲＯＭ（Reed Only Memory）１０４、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０５、表示装置１０６、操作パネル１０７、および、ネットワークインターフェース（Ｉ／Ｆ）１０８を備えている。これらの各要素は、バス１０１によって互いに接続されている。
【００３９】
記憶装置１０３は、被加工物６００上に形成される拡散層の深さに関する情報を記憶する拡散深さプロファイル記憶部１３１と、当該拡散層の幅に関する情報を記憶する拡散幅プロファイル記憶部１３２と、プログラム記憶部１３３と、種々のデータを記憶するデータ記憶部１３４とを含む。
【００４０】
処理装置１０２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサを含む。当該プロセッサ（処理装置１０２）がプログラム記憶部１３３に記憶されたプログラムを実行することにより、処理装置１０２は、本明細書に記載された、レーザ発振器４００やテーブル２００の動作の制御を実行する。なお、処理装置１０２が実行するプログラムは、必ずしも記憶装置１０３に記憶されていなくてもよく、処理装置１０２を含むコンピュータに着脱可能に構成された記録媒体に記録されていても良く、レーザ加工装置がネットワークに介して通信可能な記憶装置に記憶されていても良い。また、プログラム記憶部１３３は、レーザ加工装置の出荷時から上記プログラムを記憶していても良いし、ネットワークＩ／Ｆ１０８を介してネットワーク上の記憶装置からダウンロードされることによって上記プログラムを記憶しても良い。
【００４１】
ＲＡＭ１０５は、処理装置１０２のワークエリアとなる。操作パネル１０７は、キーボードやマウス、タッチパネル等の、情報を入力するための周知の装置である。
【００４２】
制御システム１００は、ネットワークＩ／Ｆ１０８を介して、テーブル２００（の駆動部）、レーザ発振器４００、および、レンズ駆動部３２１に制御信号を送信する。これにより、テーブル２００は、制御システム１００から指示されたパターンで、当該テーブル２００に載置された被加工物を移動させる。また、レーザ発振器４００は、制御システム１００から指示されたタイミングで、指示された強度のレーザビームを発振する。また、レンズ駆動部３２１は、制御システム１００から指示されたタイミングで、指示された方向に指示された距離だけ集光レンズ３２０を移動させる。
【００４３】
図５は、本実施の形態のレーザ加工装置における集光レンズ３２０と被加工物６００の位置関係を模式的に示す図である。
【００４４】
図５では、レーザ光Ｂのフォーカス位置が位置Ｆで示されている。なお、本明細書において、フォーカス位置とは、集光レンズ３２０を通過したレーザ光Ｂの焦点位置を言う。
【００４５】
そして、被加工物６００の表面が、レーザ光Ｂのフォーカス位置から、レーザ光Ｂの光軸方向ＢＰにおいて距離Ｌ２だけずれた状態が示されている。ここで、距離計測装置２０１から位置Ｆまでの光軸方向ＢＰの距離はＬ１であるとする。そして、図５の状態において距離計測装置２０１が計測する距離はＬ３である。Ｌ３は、Ｌ１とＬ２の和である。
【００４６】
制御システム１００は、距離計測装置２０１の計測距離がＬ１となるように、つまり、被加工物６００表面がレーザ光Ｂのフォーカス位置に位置するように、被加工物６００の表面の位置を調整できる。なお、このような被加工物６００の表面の位置の調整は、テーブル２００をレーザ光Ｂの光軸ＢＰ方向（図１のＺ軸方向）に移動させること、および／または、集光レンズ３２０を当該光軸方向に移動させることによって、実現される。
【００４７】
また、本実施の形態のレーザ加工装置では、後述するように、必要とされる拡散深さまたは拡散幅に応じて、レーザ発振器４００が発振するレーザ光Ｂの強度が制御される。
【００４８】
［３．レーザ光の照射位置と拡散深さの関係］
図６は、本実施の形態のレーザ加工装置における、被加工物６００表面のレーザ光の光軸上の位置（集光レンズ３２０と被加工物６００の光軸方向の距離）と被加工物６００において不純物が拡散する深さの関係を示す図である。
【００４９】
図６から理解されるように、拡散する深さは、被加工物６００の位置に対して、ある点を境にして左右対称に変化している。本実施の形態では、このような点に対応する被加工物６００表面の位置をフォーカス位置とする。なお、拡散する深さは、フォーカス位置から離れると、或る程度一定の値（図６中の「安定領域」）を示した後、値が低下する。そして、フォーカス位置から所定の距離以上離れると、レーザ光が照射されても、被加工物６００上に不純物の拡散に必要なエネルギが与えられなくなるため、拡散層は形成されず、拡散する深さが計測できなくなる。
【００５０】
上記のように、本実施の形態のレーザ加工装置では、被加工物６００の加工が行なわれる前に、被加工物６００の試験片を用いて、フォーカス位置が決定される。フォーカス位置の決定は、たとえば、試験片に対して、Ｚ軸方向（図１または図５参照）の位置を変更させながら、光軸上の複数の位置で、レーザ光を照射する。光軸上の複数の位置でレーザ光を照射されることにより、図１０に示されるように、試験片６００Ａ上に、拡散層Ｔ１１〜ＴＮが形成される。そして、拡散層Ｔ１１〜ＴＮについて、図６に示したような被加工物６００表面の光軸方向の位置と拡散の深さとの関係をプロットし、これらの関係から、フォーカス位置が決定される。
【００５１】
フォーカス位置を決定するために、制御システム１００は、被加工物６００のＺ軸方向の位置を制御しながら、被加工物６００の複数のラインに、レーザ光を照射する。その後、被加工物６００の複数ラインのそれぞれについて、拡散深さとＺ軸方向の位置との入力を受け付ける。拡散深さは、ユーザによる測定結果が入力される。Ｚ軸方向の位置は、たとえば、ユーザが、制御システム１００に対してレーザ光の照射の際に指定した位置を記憶しておき、再度入力する。なお、Ｚ軸方向の位置については、制御システム１００に記憶されていても良い。この場合、ユーザは、各位置に対応する拡散深さの測定結果を入力する。そして、制御システム１００は、入力された測定結果に基づいて、図６に示すようなプロットを作成し、フォーカス位置を決定する。
【００５２】
なお、拡散深さは、簡易的には、拡散させた元素を選択的にエッチングする溶剤を用いてエッチングされた深さを測定することによって、計測される。また、詳細に計測する場合には、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ：２次イオン質量分析計）が利用される。ＳＩＭＳを利用すれば、拡散深さと、拡散層における不純物元素濃度分布の両方を、精度よく計測することができる。
【００５３】
なお、レーザ加工装置において、被加工物６００の照射面（レーザ光を照射される面）が理想的な平面、もしくは理想的な平面とみなしてよい場合は、その面上の３点の距離計測装置２０１との距離を計測することにより、照射面上の座標（Ｘ座標およびＹ座標）が一義的に決まる。一方、照射面が理想的な平面として扱えない場合は、必要に応じて４点以上の点についての上記距離を計測し、照射面の形状を求める。被照射物の板厚分布を測定する場合、照射面を測定する測定手段（例えばレーザ変位計など）の位置はレーザのジャストフォーカス位置Ｆとの位置関係が明確である必要がある。そうすることによって、レーザのジャストフォーカス位置Ｆと被照射物上の照射位置の高さ（集光レンズ３２０との光軸方向の距離）が一義的に決まる。
【００５４】
［４．レーザ光の強度と拡散深さの関係］
被加工物６００における不純物の拡散の深さは、上記したように、被加工物６００表面の光軸方向に位置によって変化する。なお、当該拡散の深さは、レーザ発振器４００が発振するレーザ光の強度に応じても変化する。図７は、被加工物６００がフォーカス位置にあるときの、レーザ発振器４００が発振するレーザ光の強度と拡散の深さの関係を示す図である。
【００５５】
図７を参照して、レーザ光の強度が一定の値以下である場合には、レーザ光が照射されても被加工物が溶融されず、拡散深さは０である。そして、当該一定の値を超えると、上記強度の上昇に従って、拡散の深さが深くなる。
【００５６】
レーザ加工装置では、レーザ光の強度を調整することにより、被加工物６００内の不純物の拡散の深さを調整できる。
【００５７】
なお、図７に示された関係は、拡散深さプロファイル記憶部１３１に記憶されている。
［５．レーザ光の照射位置と拡散幅の関係］
図８は、本実施の形態のレーザ加工装置における、被加工物６００表面のレーザ光の光軸上の位置（集光レンズ３２０と被加工物６００の光軸方向の距離）と被加工物６００において不純物が拡散する幅の関係を示す図である。
【００５８】
図８から理解されるように、拡散する幅は、被加工物６００の位置に対して、ある点を境にして左右対称に変化している。本実施の形態では、このような点に対応する被加工物６００表面の位置をフォーカス位置とする。
【００５９】
図８から理解されるように、フォーカス位置Ｆ近傍では、フォーカス位置Ｆに近づくほど拡散の幅は狭く、オフフォーカスするにしたがって徐々に拡散の幅が広くなる。さらにオフフォーカスすると、広がった拡散の幅は再度狭くなる。そして、ある程度以上フォーカス位置Ｆから離れると、レーザ光を照射されても被加工物６００表面は溶融されず、不純物の拡散がなくなる。
【００６０】
各フォーカス位置における拡散の幅は、照射されるビーム径とエネルギ密度とによって決まる。ジャストフォーカス位置Ｆでは、照射ビーム径は小さく照射エネルギ密度は大きい。したがって、狭い領域にエネルギが集中されるため、そのビーム径に応じた表面が溶融され、不純物元素が拡散される。被加工物６００表面の位置が、ジャストフォーカス位置Ｆから外れていくと、ビーム径は大きくなりエネルギ密度はその面積の増加率に応じて低下する。さらに外れていくと、エネルギ密度が被加工物６００表面を溶融できない程度にまで低下し、拡散の幅が測定できなくなる。
【００６１】
さらに詳細に考えると、ガウス分布のビームプロファイルのレーザ光を、ある照射エネルギＥをある面積Ｓに照射したとする。一方、距離計測装置２０１と被加工物６００との距離が、図５のＬ３に示すような状態でも、レーザ光を照射したとする。フォーカス位置Ｆでの照射エネルギ密度のピーク値を１としたときに、Ｌ３での照射のエネルギ密度が仮にその半分であるとすると、Ｌ３での照射エネルギは、オフフォーカスしていることにより１よりは小さくなる。しかしながら、Ｌ３での照射では、フォーカス位置Ｆでの照射に比べて、ビーム径は大きくなる。そして、さらにオフフォーカスしていくと、拡散の幅は極大値をとった後、低下する。さらにオフフォーカスし、照射エネルギ密度が低下すると、レーザ光が照射されても被加工物６００表面は溶融せず、不純物元素が拡散しなくなる。
【００６２】
本実施の形態のレーザ加工装置では、被加工物６００の加工が行なわれる前に、被加工物６００の試験片を用いて、フォーカス位置が決定される。フォーカス位置の決定は、図１０を参照して説明したように、試験片６００Ａ上に、光軸上の複数の位置でレーザ光を照射された際に形成された拡散層Ｔ１１〜ＴＮを形成し、そして、拡散層Ｔ１１〜ＴＮについて、図８に示したような被加工物６００表面の光軸方向の位置と拡散の幅との関係をプロットする。そして、これらの関係から、フォーカス位置が決定される。
【００６３】
フォーカス位置を決定するために、制御システム１００は、被加工物６００のＺ軸方向の位置を制御しながら、被加工物６００の複数のラインに、レーザ光を照射する。その後、被加工物６００の複数ラインのそれぞれについて、拡散の幅とＺ軸方向の位置との入力を受け付ける。拡散の幅は、ユーザによる測定結果が入力される。Ｚ軸方向の位置は、たとえば、ユーザが、制御システム１００に対してレーザ光の照射の際に指定した位置を記憶しておき、再度入力する。なお、Ｚ軸方向の位置については、制御システム１００に記憶されていても良い。この場合、ユーザは、各位置に対応する拡散深さの測定結果を入力する。そして、制御システム１００は、入力された測定結果に基づいて、図８に示すようなプロットを作成し、フォーカス位置を決定する。
【００６４】
なお、制御システム１００は、上記したような拡散深さのプロファイル（図６）からフォーカス位置を求めても良いし、拡散幅のプロファイル（図８）からフォーカス位置を求めて良い。また、このような２種類のフォーカス位置を求め、これらの平均値等、２種類のフォーカス位置を用いて、最終的なフォーカス位置を求めても良い。また、上記２種類のプロファイルを用い、これらの双方について適切な値が得られるようなフォーカス位置が求められても良い。具体的には、たとえば、拡散深さが図６中の安定領域内にあり、かつ、拡散幅が図８のオフフォーカス位置の左右の極大値の中にあるような場合の位置が、フォーカス位置として決定される。
【００６５】
［６．レーザ光の強度と拡散幅の関係］
被加工物６００における不純物の拡散の幅は、上記したように、被加工物６００表面の光軸方向に位置によって変化する。なお、当該拡散の幅は、レーザ発振器４００が発振するレーザ光の強度に応じても変化する。図９は、被加工物６００がフォーカス位置にあるときの、レーザ発振器４００が発振するレーザ光の強度と拡散の深さの関係を示す図である。
【００６６】
図９を参照して、レーザ光の強度が一定の値以下である場合には、レーザ光が照射されても被加工物が溶融されず、拡散幅は０である。そして、当該一定の値を超えると、上記強度の上昇に従って、拡散の幅が広くなる。
【００６７】
レーザ加工装置では、レーザ光の強度を調整することにより、被加工物６００内の不純物の拡散の幅を調整できる。
【００６８】
なお、図９に示された関係は、拡散幅プロファイル記憶部１３２に記憶されている。
［７．レーザ光照射処理］
図６および図８〜図１０を参照して説明されたように求められたフォーカス位置は、データ記憶部１３４に記憶される。そして、本実施の形態では、このように求められたフォーカス位置（または、予め定められたフォーカス位置）を用いて、レーザ光照射のための制御が実行される。
【００６９】
図１１は、レーザ加工装置において、被加工物６００にレーザ光を照射することにより基板６０１内に拡散剤層６０２（不純物）を拡散させる際に実行される処理（レーザ光照射処理）のフローチャートである。処理装置１０２は、たとえば操作パネル１０７に対してレーザ光の照射を開始する指示が入力されると、レーザ光照射処理を実行する。
【００７０】
図１１を参照して、レーザ光照射処理では、処理装置１０２は、まずステップＳ１０で、距離計測装置２０１に被加工物６００の光軸方向の位置を計測させて、ステップＳ２０へ処理を進める。
【００７１】
ステップＳ２０では、処理装置１０２は、ステップＳ１０において計測された位置に基づいて、被加工物６００と集光レンズ３２０の距離を調整して、ステップＳ３０へ処理を進める。なお、ステップＳ２０では、被加工物６００表面がフォーカス位置に位置するように、調整がなされる。
【００７２】
ステップＳ３０では、処理装置１０２は、被加工物６００に対する拡散条件に基づいてレーザ発振器４００が出力するレーザ光の強度を調整して、ステップＳ４０へ処理を進める。拡散条件において拡散深さが指定されている場合には、当該拡散深さに対応した強度が取得される。対応した強度は、拡散深さプロファイル記憶部１３１に記憶された情報、つまり、図６に示される情報に基づいて、取得される。また、拡散条件において拡散幅が指定されている場合には、当該拡散幅に対応した強度が取得される。対応した強度は、拡散幅プロファイル記憶部１３２に記憶された情報、つまり、図８に示される情報に基づいて、取得される。
【００７３】
そして、ステップＳ４０では、ステップＳ３０で調整された強度でレーザ発振器４００にレーザ光を発振させて、被加工物６００に対してレーザ光を照射する。なお、被加工物６００は、集光レンズ３２０等に対して、被加工物６００上のレーザ光の照射パターンに応じて、Ｘ軸方向およびＹ軸方向（図２参照）に移動される。
【００７４】
［８．変形例等］
以上説明した本実施の形態では、被加工物６００表面がフォーカス位置に移動され（ステップＳ２０）、そして、レーザ光の照射強度が指定された拡散深さまたは拡散幅に応じて調整されて（ステップＳ３０）、被加工物６００にレーザ光が照射される。これにより、図６を参照して説明したデフォーカスによる拡散深さの変動や、図８を参照して説明したデフォーカスによる拡散幅の変動を抑えることができる。
【００７５】
したがって、被加工物６００において、拡散深さおよび拡散幅のばらつきを抑えたレーザドーピングを実現できる。
【００７６】
また、拡散の深さまたは幅に応じたレーザ光を照射できるため、レーザドーピングにおいて拡散の深さまたは幅を所望のものに制御することができる。
【００７７】
なお、以上説明した本実施の形態では、レーザ発振器４００のビームプロファイルがガウス分布を有する場合について説明がなされたが、トップハットなど、ガウス分布のビームプロファイル以外のビームプロファイルを有する場合についても、本発明は適用することができる。
【００７８】
また、本実施の形態では、制御システム１００が、計測装置３１１および距離計測装置２０１の計測結果を入力され、また、レーザ発振器４００、レンズ駆動部３２１、および、テーブル２００を制御したが、複数の制御装置によって制御が分担されても良い。
【００７９】
図１２は、図１のレーザ加工装置の変形例の構成を模式的に示す図である。
図１２を参照して、制御システム１００は、その機能を、制御装置１００Ａと、制御装置１００Ｂに分担されても良い。制御装置１００Ａは、計測装置３１１の計測結果を入力され、また、レーザ発振器４００を制御する。制御装置１００Ｂは、距離計測装置２０１の計測結果を入力され、また、レンズ駆動部３２１、および、テーブル２００を制御する。
【００８０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８１】
１００  制御システム、１００Ａ，１００Ｂ  制御装置、１０２  処理装置、１３１  拡散深さプロファイル記憶部、１３２  拡散幅プロファイル記憶部、１３３  プログラム記憶部、１３４  データ記憶部、２００  テーブル、２０１  距離計測装置、３１０  光学素子、３１１  計測装置、３２１  レンズ駆動部、４００  レーザ発振器、６００  被加工物、６００Ａ  試験片、６０１  基板、６０１Ａ，Ｔ１１〜ＴＮ  拡散層、６０２  拡散剤層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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