CN109587863A - 微波加热装置操作方法及使用该方法的微波退火处理过程 - Google Patents

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CN109587863A CN201810263226.9A CN201810263226A CN109587863A CN 109587863 A CN109587863 A CN 109587863A CN 201810263226 A CN201810263226 A CN 201810263226A CN 109587863 A CN109587863 A CN 109587863A
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Abstract

本发明提供一种微波加热装置的操作方法及使用所述方法的微波退火处理过程，所述操作方法包括在加热腔室中设置载台、在加热腔室外设置微波发射机，并提供半波整流电源耦接至微波发射机，半波整流电源包含有电容器；加热腔室与微波发射机之间连接有纵向波导波管与横向波导波管。调整半波整流电源的电容器的电容值，使微波发射机发出的微波波形带宽扩大至产生多个重叠耦合，倍增微波模态数；经由半波整流电源供应电力至微波发射机，使微波藉由纵向波导波管与横向波导波管传递至加热腔室中，并于加热腔室中形成多重微波模态，达到均匀加热的目的。

Description

微波加热装置操作方法及使用该方法的微波退火处理过程
技术领域
本发明是有关于一种微波加热装置操作方法及使用该方法的微波退火处理过程，特别是有关于一种微波加热装置的耦合操作方法，其藉由调整半波整流电源的电容器的电容，使微波发射机发出的微波波形带宽产生重叠耦合，从而倍增微波模态数，达到高均匀度且省时节能的微波加热效果。
背景技术
微波加热技术除了应用于如木材、酒曲等的干燥，橡胶硫化处理、肉品解冻等，亦具有应用于半导体硅晶圆退火处理过程的潜力。半导体处理过程多达数百项程序，每一项皆影响硅晶圆的产能与良率。其中晶圆退火乃是在离子布植(ion implantation)后的必要程序。因四价半导体布植三价或五价元素时，容易产生晶格缺陷，导致半导体性质剧变，故须以退火程序恢复晶体的结构和消除缺陷，并使间隙式位置的杂质原子藉由退火进入置换式位置，达到电性活化的目的。在半导体处理过程中，由于掺杂物质于高温下(高于800℃)容易发生扩散，再加上当涉及硅锗材料的使用，退火温度必须低于450℃以避免锗元素的扩散，因此采用低温的微波退火处理过程，是半导体处理过程可预见的趋势；此外，其他退火方式如红外线退火或远紫外线激光退火技术，在面对半导体元件界面厚度与线宽不断缩小的要求下，已出现瓶颈，但微波退火方法则不受上述限制。
然而，微波退火的技术门槛在于均匀度的要求须达到高良率的严格标准。现有商用微波退火设备普遍采用5.8GHz微波频率取代较为通用的工业微波加热频率2.45GHz，藉由缩短微波波长进而压抑驻波效应，达到均匀退火的目的。只是5.8GHz磁控管相较于2.45GHz磁控管，成本高而效率低。因此，本发明对于半导体(硅晶、III-V或II-VI半导体)微波退火程序以及其他的被加热物件提出一种多重模态微波加热装置的操作方法，其可采用2.45GHz通用工业加热频率，并藉由倍增微波加热模态的数量，提升微波加热效率与均匀度，进而提高被加热物的产能与良率。
发明内容
本发明提供一种微波加热装置的操作方法，可采用2.45GHz通用工业加热频率进行加热(但本发明并不限定于采用2.45GHz微波频率)，藉由倍增微波模态数，进而提升微波加热的均匀度并且省时节能。
本发明的微波加热装置的操作方法，包括在加热腔室中设置容置空间；容置空间中的一载台具有平面用以承载微波受热物件；于加热腔室外设置微波发射机用以发射微波；设置半波整流电源分别耦接至各个微波发射机，各个半波整流电源包含有一电容器；于加热腔室与微波发射机之间连接纵向波导波管与横向波导波管，纵向波导波管中的电场极化方向垂直于载台的该平面，横向波导波管中的电场极化方向平行于载台的该平面。调整各个半波整流电源的电容器的电容值，使微波发射机发出的微波波形带宽产生重叠耦合，并经由半波整流电源供应电力至微波发射机，使微波藉由纵向波导波管与横向波导波管传递至加热腔室中，并于加热腔室中形成多重微波模态(multiple microwave modes)。
本发明并提供一种半导体掺杂物质的微波退火处理过程与一种多重模态微波加热装置的处理过程，使用本发明的微波加热装置的操作方法，可采用2.45GHz通用工业加热频率进行加热(但不限定于采用2.45GHz微波频率)，藉由倍增微波模态数，进而提升如半导体掺杂物质的微波退火处理过程的效率与均匀度，进而提高产能与良率。
本发明的半导体掺杂物质的微波退火处理过程，包括对一具有掺杂物质的半导体元件，提供一个微波加热装置，调整微波加热装置的半波整流电源的电容器的电容值，经由半波整流电源供应电力至微波发射机，使微波藉由纵向波导波管与横向波导波管传递至微波加热装置的加热腔室中，并于加热腔室中形成多重微波模态，进而对具有掺杂物质的半导体元件进行退火处理过程。
本发明的多重模态微波加热装置的处理过程，包括提供一个微波加热装置，调整微波加热装置的半波整流电源的电容值，使微波发射机发出的微波波形带宽扩大至产生复数重叠耦合，倍增微波模态数。经由半波整流电源供应电力至微波发射机，使微波藉由纵向波导波管与横向波导波管传递至微波加热装置的加热腔室中，并于加热腔室中形成多重微波模态。
根据上述，本发明藉由调整半波整流电源的电容器的电容值，使微波发射机发出的微波波形带宽扩大至产生多个重叠耦合，倍增微波模态数，再藉由半波整流电源以及纵向波导波管与横向波导波管传递微波至加热腔室中并于加热腔室中形成多重微波模态，进而达到均匀加热的目的。
为让本发明的上述特征能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1A-1、图1A-2是依照本发明第一实施例的多重模态微波加热装置的示意图。
图1B-1、图1B-2、图1B-3、图1B-4、图1B-5、图1B-6是依照本发明的第一实施例的多重模态微波加热装置的电源电路配置图。
图2A是依照本发明的第一实施例的多重纵向奇模态的激发方式的示意图。
图2B是依照本发明的第一实施例的多重纵向偶模态的激发方式的示意图。
图2C是依照本发明的第一实施例的多重横向奇模态的激发方式的示意图。
图2D是依照本发明的第一实施例的多重横向偶模态的激发方式的示意图。
图2E是依照本发明的第一实施例的合并多重纵向奇模态与多重纵向偶模态的激发方式的示意图。
图2F是依照本发明的第一实施例的合并多重横向奇模态与多重横向偶模态的激发方式的示意图。
图2G是依照本发明的第一实施例合并多重纵向奇模态、多重纵向偶模态、多重横向奇模态以及多重横向偶模态的激发方式的示意图。
图2H是依照本发明的第二实施例的多重模态微波加热装置的立体透视图。
图3A是依照本发明的第三实施例的多重模态微波加热装置的示意图。
图3B是图3A的纵向电场强度分布的模拟结果的示意图。
图3C是依照本发明的第三实施例的另一实施方式的示意图。
图4是依照本发明的第四实施例的多重模态微波加热装置的示意图。
图5是依照本发明的第五实施例的微波加热装置的操作方法的步骤图。
图6是依照本发明的第六实施例的半导体掺杂物质的微波退火处理过程步骤图。
具体实施方式
请参考以下实施例及附图，以便更充分地了解本发明，但是本发明仍可以藉由多种不同形式来实践，且不应将其解释为限于本文所述的实施例。而在附图中，为求明确起见对于各构件以及其相对尺寸可能未按实际比例绘制。
图1A-1是依照本发明第一实施例的多重模态微波加热装置的示意图。请参考图1A-1，多重模态微波加热装置100具有六个纵向波导波管151～156与六个横向波导波管161～166，其分别连接于加热腔室110与十二个微波发射机131～142之间，用以传输微波发射机131～142所产生的微波至加热腔室110中，并于加热腔室110中形成多重固有模态(或称本征模态)。此外，多重模态微波加热装置100具有载台125，其配置于加热腔室110中，以承载被加热物件50。在本实施例中，载台125藉由载台旋转及升降机构120上下移动并旋转。纵向波导波管151～156中的传波模式为TE10模式，其电场方向与载台125的平面(xy平面)垂直。横向波导波管161～166中的传波模式亦为TE10模式，但其电场方向与载台125的平面平行。由于前述两者的电场方向互相垂直，因此，六个纵向波导波管151～156所激发的多重固有模态与六个横向波导波管161～166所激发的多重固有模态彼此是正交的。此外，由于六个纵向波导波管151～156与加热腔室110的连接位置各不相同，因此，六个纵向波导波管151～156垂直加热腔室110的底面的高度h1、h3、h5、h7、h9、h11皆相异。也就是h1≠h3≠h5≠h7≠h9≠h11。故，在本实施例中，只要加热腔室110够大,则加热腔室110中即可具有足够的多重固有模态数目，使得该六个纵向波导波管151～156所激发的多重固有模态可为不同。
同理，由于六个横向波导波管161～166与加热腔室110的连接位置各不相同，因此，六个横向波导波管161～166垂直于加热腔室110的高度h2、h4、h6、h8、h10、h12皆相异。也就是，h2≠h4≠h6≠h8≠h10≠h12。因此，只要加热腔室110中的多重固有模态数够多，即可使得六个横向波导波管161～166所激发的多重固有模态为不同。因此，本实施例的实施方式可达到均匀加热的目的。在本实施例中，阻抗匹配器(未绘示)并非是必要元件，但可在下列情况发生时使用：(1).当微波发射机131～142承受的反射功率甚大时，可藉由阻抗匹配器调降之。(2).当某些导波管151～156、161～166所激发的多重模态为同一模态时，可藉由调整阻抗匹配器，使其激发不同模态。
图1A-2是依照本发明第一实施例的多重模态微波加热装置的另一示意图。请参考图1A-2，多重模态微波加热装置100具有六个纵向波导波管151～156与六个横向波导波管161～166，其分别连接于加热腔室110与十二个微波发射机131～142之间，用以传输微波发射机131～142所产生的微波至加热腔室110中，并于加热腔室110中形成多重固有模态(或称本征模态)。此外，多重模态微波加热装置100具有载台125，其配置于加热腔室110中，以承载被加热物件50。在本实施例中，载台125藉由载台旋转及升降机构120上下移动并旋转。纵向波导波管151～156中的传波模式为TE10模式，其电场方向与载台125的平面(xy平面)垂直。横向波导波管161～166中的传波模式亦为TE10模式，但其电场方向与载台125的平面平行。由于前述两者的电场方向互相垂直，因此，六个纵向波导波管151～156所激发的多重固有模态与六个横向波导波管161～166所激发的多重固有模态彼此是正交且相异的。此外，六个纵向波导波管151～156的长度L31、L33、L35、L37、L39、L41皆相异。也就是L31≠L33≠L35≠L37≠L39≠L41。故，在本实施例中，只要加热腔室110够大,则加热腔室110中即可具有足够的多重固有模态数目，使得该六个纵向波导波管151～156所激发的多重固有模态可为不同。
同理，六个横向波导波管161～166的长度L32、L34、L36、L38、L40、L42皆相异。也就是，L32≠L34≠L36≠L38≠L40≠L42。因此，只要加热腔室110中的多重固有模态数够多，即可使得六个横向波导波管161～166所激发的多重固有模态为不同。因此，本实施例的实施方式可达到均匀加热的目的。在本实施例中，阻抗匹配器(未绘示)并非是必要元件，但可在下列情况发生时使用：(1).当微波发射机131～142承受的反射功率甚大时，可藉由阻抗匹配器调降之。(2).当某些导波管151～156、161～166所激发的多重模态为同一模态时，可藉由调整阻抗匹配器，使其激发不同模态。
图1B-1、图1B-2、图1B-3、图1B-4、图1B-5以及图1B-6是依照本发明第一实施例的多重模态微波加热装置的电源电路配置图。其中，在一实施例中，图1B-1、图1B-2以及图1B-3的电源电路配置的目的是为了使图1A-1、图1A-2的微波发射机131～142得以依时间顺序(时序控制、或称时序操作方法，Serial mode)发射微波，彼此互不干涉。此外，本实施例的电源电路的实施方法乃是使用如图1B-1所示的工业用的三相交流电源170，其以图1B-2的Δ接电源172并联图1B-3所示的Y接电源174分别供电于半波整流电源190。然后，藉由半波整流电源190供电至各个微波发射机131～142。详细而言，工业用的三相交流电源170的三个接点分别以R、S、T表示，故可提供R-S、S-T、T-R三重相位的电力，并且彼此时域相位相差120度。此外，经由半波整流，可以产生R-S、S-T、T-R、S-R、T-S、R-T六重相位的电力，并且彼此时域相位相差60度，以形成Δ接电源172。
此外，如图1B-1的图式所示，三相交流电源170上可以选取一共接点C，从而产生R-C、S-C、T-C三重相位的电力，并且彼此时域相位相差120度。此外，经由半波整流，可以产生R-C、S-C、T-C、C-R、C-S、C-T六重相位的电力，并且彼此时域相位相差60度，以形成Y接电源174。因此，Δ接电源172并联Y接电源174，再经由半波整流，共可产生R-S、R-C、S-T、S-C、T-R、T-C、S-R、C-R、T-S、C-S、R-T、C-T十二重相位的电力，并且彼此时域相位相差30度。前述十二重相位的电力可分别为图1B-2与图1B-3,其中共有十二个半波整流电源190。图1B-2与图1B-3中的每个半波整流电源190如图1B-4所示，其中包含有电容器191，例如一可变电容器。藉由调整每个半波整流电源190的电容器191的电容值，能使所连接的微波发射机131～142发出的微波波形带宽扩大到产生多个重叠耦合(coupling)，即可达成微波模态的倍增。请参照图1B-5，其显示时序控制配合耦合控制(Coupling mode)的操作方法。
具体而言，当调整过电容值的十二个半波整流电源190分别供应电力至十二个微波发射机131～142，使得十二个微波发射机131～142得以依时间顺序(时序控制)发射微波，十二个导波管可产生二十四个模态，也就是如图1B-5所示的二十四重相位；也就是说，微波模态倍增了24个，因此从12个模态增加成为36个模态，故，二十四个导波管总计产生七十二个模态。藉由倍增微波模态数量，耦合控制的操作方法较时序控制倍增了加热效率以及均匀度。
此外，由于十二个微波发射机131～142是以依时间顺序(时序控制)发射微波，并且在同一时间内，仅有一个微波发射机发射微波。因此，在未装置隔离器的情形之下，各微波发射机131～142之间并无互相干涉而锁模(mode lock)的可能。故，微波发射机131～142的效率不会降低。同时，只要每个微波发射机131～142所对应的导波管151～156、161～166皆激发加热腔室110的多重固有模态，即使在不装置隔离器的情形下，各微波发射机131～142承受的反射功率也不至过大。因此，微波发射机131～142效率不会降低。此外，由于本实施例的配置方式不需另外装置隔离器，因此可排除干涉功率耗损的情形，进而提升多重模态微波加热装置100的加热效率。
又一实施例中，当半波整流电源的电容值持续调整使得微波发射机发出的微波功率波形带宽扩大到产生更多多个重叠耦合，例如倍增达48个，如图1B-6所示，则从12个模态便增加成为60个模态，故，二十四个导波管总计可产生一百二十个模态。
图2A是依照本发明的第一实施例的多重纵向奇模态的激发方式的示意图。第一微波发射机131可经由同相位等功率分配器180及两个纵向波导波管151a输入微波至加热腔室110中。纵向波导波管151a与加热腔室110的连接处定义为微波输入端口(port)，如图2A所示，以细箭头符号标注，并且分别以输入端口111a与输入端口111b标示之。在输入端口111b与同相位等功率分配器180之间可装置180度相位移转器185。但是，输入端口111a与同相位等功率分配器180之间则未装置180度相位移转器185。因此，抵达输入端口111a的纵向电场相位与抵达端口111b的纵向电场相位相差180度(其纵向电场极化方向分别以⊙与符号标示之，以表示电场极化方向垂直xy平面，并且相位相差180度)。因此，在加热腔室110的中央线(x轴)上将形成破坏性干涉，称之为多重纵向奇模态。多重纵向奇模态的纵向电场强度分布经由仿真器仿真的结果如图2A中的右方图式所示。在本实施例中，阻抗匹配器(未绘示)并非是必要元件，但可在下述情况发生时使用：当微波发射机131承受的反射功率较大时，可在微波发射机131与同相位等功率分配器180之间装置阻抗匹配器，从而调降反射功率。
图2B是依照本发明的第一实施例的多重纵向偶模态的激发方式的示意图。在本实施例中，第三微波发射机133可经由同相位等功率分配器180及两个纵向波导波管152a输入微波至加热腔室110中。纵向波导波管152a与加热腔室110的连接处定义为微波输入端口，以细箭头号标注，并且分别以输入端口112a与输入端口112b标示之。在本实施例中，只要两个纵向波导波管152a同长，则抵达输入端口112a的纵向电场相位与抵达输入端口112b的纵向电场电位相同(其纵向电场极化方向皆以⊙符号标示之)。因此，在加热腔室110的中央线(y轴)上将形成建设性干涉，称之为多重纵向偶模态。纵向电场强度分布经由仿真器仿真的结果如图2B中的右方图式所示。当然，阻抗匹配器(未绘示)并非是本实施例的必要元件，但可在下述情况发生时使用：当微波发射机133承受的反射功率甚大时，可在微波发射机133与同相位等功率分配器180之间装置阻抗匹配器，从而调降反射功率。
图2C是依照本发明的第一实施例的多重横向奇模态的激发方式的示意图。在本实施例中，第二微波发射机132可经由同相位等功率分配器180及两个横向波导波管161a输入微波至加热腔室110中。横向波导波管161a与加热腔室110连接处定义为微波输入端口，以细箭头符号标注，并分别以输入端口113a与输入端口113b标示之。输入端口113b与同相位等功率分配器180之间可装置180度相位移转器185，但输入端口113a与同相位等功率分配器180之间则未装置180度相位移转器185。因此，抵达输入端口113a的横向电场相位与抵达输入端口113b的横向电场相位之间相差180度(图2C中，横向电场以粗箭头符号标示之，箭头方向相反表示相位相差180度，并且方向皆与x’y’平面平行)。因此，在加热腔室110的中央线(z轴)上将形成破坏性干涉，称之为多重横向奇模态。横向电场强度分布经由仿真器仿真的结果如图2C中的右方图式所示。在本实施例中，阻抗匹配器并非必要元件，但可在下述情况发生时可使用：当微波发射机132承受的反射功率较大时，可在微波发射机132与同相位等功率分配器180之间装置阻抗匹配器，从而调降反射功率。
图2D是依照本发明的第一实施例的多重横向偶模态的激发方式的示意图。第四微波发射机134可经由同相位等功率分配器180及两个横向波导波管162a输入微波至加热腔室110中。横向波导波管162a与加热腔室110的连接处定义为微波输入端口，以细箭头符号标注之，并且分别以输入端口114a及输入端口114b标示之。在本实施例中，只要两个横向波导波管162a同长，则抵达输入端口114a的横向电场与抵达输入端口114b的横向电场的相位相同(在图2D中，横向电场皆以粗箭头符号标示之)。因此，加热腔室110的中央线(z轴)上将形成建设性干涉，其可被称为多重横向偶模态。横向电场强度分布经由仿真器仿真的结果如图2D中的右方图式所示。当然，在本实施例中，阻抗匹配器并非必要元件，但可在下列情况发生时使用：当微波发射机134承受的反射功率甚大时，可在微波发射机134与同相位等功率分配器180之间装置阻抗匹配器，从而调降反射功率。
图2E是依照本发明的第一实施例的合并多重纵向奇模态与多重纵向偶模态的激发方式的示意图。如图2E所示，本实施例是合并图2A的多重纵向奇模态与图2B的多重纵向偶模态。举例而言，在图2E中，多重纵向奇模态的两个输入端口111a与111b在y轴上。此外，多重纵向偶模态的两个输入端口112a与112b在x轴上。多重纵向奇模态与多重纵向偶模态两者正交，故保有x方向与y方向上的对称性。
图2F是依照本发明的第一实施例的合并多重横向奇模态与多重横向偶模态的激发方式的示意图。如图2F所示，本实施例是合并图2C的多重横向奇模态及图2D的多重横向偶模态。举例而言，在图2F中，多重横向奇模态的两个输入端口113a与113b在y’轴上。此外，多重横向偶模态的两个输入端口114a与114b在x’轴上。多重横向偶模态与多重横向奇模态两者正交，故保有x’方向与y’方向上的对称性。再者，多重横向模态与多重纵向模态彼此正交，故保有x方向与y方向的对称性。在本实施例中，x'y’坐标为xy坐标绕z轴旋转45度的新坐标。
图2G是依照本发明的第一实施例的合并多重纵向奇模态、多重纵向偶模态、多重横向奇模态以及多重横向偶模态的激发方式的示意图。在本实施中，第一组多重纵向奇模态、多重纵向偶模态、多重横向奇模态以及多重横向偶模态的输入端口分别为：输入端口111a、输入端口111b、输入端口112a、输入端口112b、输入端口113a、输入端口113b、输入端口114a以及输入端口114b。为求简明起见，图2G仅标示上述八个输入端口及电场极化方向，上述的八个输入端口所对应的四个微波发射机则未绘出。
图2H是依照本发明的第二实施例的多重模态微波加热装置的立体透视图。在图2H中，细箭头表示微波输入方向，而以粗箭头表示电场极化方向。本实施例的多重模态微波加热装置200合并了三组多重纵向奇模态、多重纵向偶模态、多重横向奇模态以及多重横向偶模态的激发方式。第一组的多重纵向奇模态、多重纵向偶模态、多重横向奇模态以及多重横向偶模态的输入端口分别为：输入端口201a、输入端口201b、输入端口202a、输入端口202b、输入端口203a、输入端口203b、输入端口204a以及输入端口204b。前述的输入端口分别由加热腔室210的中段输入微波。第二组的多重纵向奇模态、多重纵向偶模态、多重横向奇模态以及多重横向偶模态的输入端口分别为：输入端口205a、输入端口205b、输入端口206a、输入端口206b、输入端口207a、输入端口207b、输入端口208a、输入端口208b。前述的输入端口分别由加热腔室210的上段输入微波。第三组多重纵向奇模态、多重纵向偶模态、多重横向奇模态以及多重横向偶模态的输入端口分别为：输入端口209a、输入端口209b、输入端口210a、输入端口210b、输入端口211a、输入端口211b、输入端口212a以及输入端口212b。前述的输入端口分别由加热腔室210下段输入微波。为求简明起见，图2H仅标示上述二十四个输入端口以及电场极化方向，而上述输入端口所对应的十二个微波发射机则未绘出。
本实施例的电源电路配置与图1B-1的第一实施例相同。因此，本实施例的十二个微波发射机得以依时间顺序(时序控制)发射微波。在同一时段内，仅有一个微波发射机发射微波。因此，在无需装置隔离器的情形下，各微波发射机之间并无相互干涉而锁模的可能。因此，微波发射机的效率不会降低。同时，只要每个微波发射机所对应的导波管皆激发加热腔室210的多重固有模态，则在无需装置隔离器的情形下，即可使微波发射机所承受的反射功率不致过大。此外，由于本实施例的配置方式，无需另外配置隔离器，从而排除来自于其他微波发射机的功率耗损，进而提升加热效率。
图3A是依照本发明的第三实施例的多重模态微波加热装置的示意图。六个微波发射机331～336分别与六个纵向波导波管351～356，以间隔60度角的方式连结至加热腔室310，六个纵向波导波管351～356的长度L1、L2、L3、L4、L5、L6各不相同，并且满足L6-L5＝L5-L4＝L4-L3＝L3-L2＝L2-L1＝λg/12。也就是，相邻的纵向波导波管351～356之间的长度差为导波管波长λg的十二分之一，使得各微波发射机331～336与其相连接的纵向波导波管351～356的接面处(定义为本实施例的输入端口)的输入阻抗Zin1、Zin2、Zin3、Zin4、Zin5、Zin6各不相同。也就是，Zin1≠Zin2≠Zin3≠Zin4≠Zin5≠Zin6，从而造成各发射机的频率牵引程度各不相同。在本实施例中，只要加热腔室310够大，则其多重固有模态数就够多，使得各个被牵引频率略不相同的微波发射机331～336连通相对应的导波管351～356，其所激发的多重固有模态各不相同，进而达到多重模态均匀加热的目的。
图3B是图3A的纵向电场强度分布的模拟结果的示意图。由于六个微波发射机331～336中当某一个微波发射机输入微波的同时，其他五个微波发射机是休止的，故每次仅设定一个输入端口输入微波，其余五个输入端口则设为短路面。举例而言，如图3B中左上方的图式所示，微波可经由输入端口311输入微波，而其余五个输入端口312～316则设为短路面。图3B仿真结果显示，图3A中各个频率略不相同的微波发射机331～336连通相对应的纵向波导波管351～356，其所激发的多重固有模态各不相同。
在本实施例中，电源电力的配置可依照图1B-1的第一实施例，以工业用的三相交流电源170选择Δ接电源172或Y接电源174供电于六个半波整流电源190，再由六个半波整流电源190供电至六个微波发射机331～336。
图3C是依照本发明的第三实施例的另一实施方式的示意图。在本实施例中，12个微波发射机431～442分别与六个纵向波导波管451～456及六个横向波导波管461～466，以间隔30度角的方式连结至加热腔室410。纵向波导波管451～456的长度L12、L14、L16、L18、L20、L22各不相同，但满足L22-L20＝L20-L18＝L18-L16＝L16-L14＝L14-L12＝λg/12。也就是，相邻的纵向波导波管451～456的长度差为导波管波长λg的十二分之一，使得各微波发射机432、434、436、438、440、442与其相连结的纵向波导波管451～456的接面处(定义为本实施例的输入端口)的输入阻抗Zin12、Zin14、Zin16、Zin18、Zin20、Zin22各不相同，亦即Zin12≠Zin14≠Zin16≠Zin18≠Zin20≠Zin22，从而造成各微波发射机432、434、436、438、440、442的频率牵引程度各不相同。
同理，本实施方式的横向波导波管461～466的长度L13、L15、L17、L19、L21也各不相同,其满足L21-L19＝L19-L17＝L17-L15＝L15-L13＝L13-L11＝λg/12。也就是，相邻的横波向导波管461～466的长度差为导波管波长λg的十二分之一，使得各微波发射机431、433、435、437、439、441与其相连结的横向波导波管461～466接面处(定义为此实施例的输入端口)的输入阻抗Zin11、Zin13、Zin15、Zin17、Zin19、Zin21各不相同，亦即Zin11≠Zin13≠Zin15≠Zin17≠Zin19≠Zin21，从而造成各微波发射机431、433、435、437、439、441的频率牵引程度各不相同。因此，在本实施方式中，只要加热腔室410够大，则其多重固有模态数就够多，可使得各个被牵引频率的程度略不相同的微波发射机431～442连通相对应的导波管451～456、461～466，其所激发的多重固有模态各不相同，进而达到多重模态均匀加热的目的。
本实施方式的电源电力配置可完全依照图1B-1的第一实施例，以工业用的三相交流电源170以Δ接电源172并联Y接电源174供电于十二个半波整流电源(未绘示)，再由该十二个半波整流电源供电至该十二个微波发射机431～442。
图4是依照本发明的第四实施例的多重模态微波加热装置的示意图。本实施例概述多重模态微波加热装置500以卷轴570对卷轴(roll to roll)连续式地带动输送带575以输送被加热物件50沿图4中的箭头方向前进的加热实施方法。多重模态微波加热装置500可具有多个(图4仅举例绘示三个)加热腔室511、512、513以及多组(图4仅举例绘示三组)十二重微波发射机531、532、533，其分别具有十二个微波发射机1～12、1’～12’、1”～12”，并且每一组微波发射机分别搭配六个纵向波导波管以及六个横向波导波管(未绘示)。在本实施例中，每一组的导波管与加热腔室511、512、513的连接方式可参考上述的多个实施例并且择一而实施之。此外，加热腔室511、512、513的出入口以及其之间可配置多个低通滤波器580，以遏止高频微波泄漏至外界或干涉相邻的腔室中的多重固有模态。
在本实施例中，电源电力配置的方式可依照图1B-1中的第一实施例，以工业用的三相交流电源170选择Δ接电源172或Y接电源174供电于每组十二个半波整流电源，再由十二个半波整流电源供电至每一组十二重微波发射机。由于每个加热腔室511、512、513之间藉由低通滤波器580阻隔微波干涉，故每组的发射机之间并无干涉而导致磁控管锁模(modelock)的可能，以确保每个微波发射机的效率以及多重固有模态的多样性。
图5说明依照本发明的第五实施例的微波加热装置的操作方法的步骤图。
于步骤S101中，在加热腔室中的容置空间提供一载台，载台的一平面用以承载一微波受热物件。
于步骤S102中，于加热腔室外设置多个微波发射机用以发射微波。
于步骤S103中，设置多个半波整流电源，耦接至所述多个微波发射机，所述半波整流电源分别包含有电容器，所述电容器例如为一可变电容器。至于半波整流电源的个数与操作可参照以上实施例，故不再赘述。
于步骤S104中，于加热腔室与相应的微波发射机之间，分别连接纵向波导波管与横向波导波管，其中各纵向波导波管中的电场极化方向垂直于载台的上述平面，各横向波导波管中的电场极化方向平行于载台的上述平面。至于纵向波导波管与横向波导波管的设置可参照以上实施例，故不再赘述。
于步骤S105中，调整所述多个半波整流电源各个电容器的电容值，使所连接的微波发射机发出的微波波形带宽扩大到产生多个重叠耦合，达成微波模态的倍增。
于步骤S106中，经由半波整流电源供应电力至微波发射机，使微波藉由纵向波导波管与横向波导波管传递至加热腔室中，并于加热腔室中形成多重微波模态，加热所述微波受热物件。
图6说明依照本发明的第六实施例的半导体掺杂物质的微波退火处理过程步骤。
于步骤S201中，对一具有掺杂物质的半导体元件，提供一个微波加热装置，如以上实施例所述的微波加热装置。
于步骤S202中，调整微波加热装置的半波整流电源的电容器的电容值，使所连接的微波发射机发出的微波波形带宽扩大到产生多个重叠耦合，达成微波模态的倍增。
于步骤S203中，经由半波整流电源供应电力至微波发射机，使微波藉由纵向波导波管与横向波导波管传递至微波加热装置的加热腔室中，并于加热腔室中形成多重微波模态，对一具有掺杂物质的半导体元件进行退火处理过程。
以下列举实验来验证本发明的功效，但本发明并不局限于以下的内容。
实验例：微波退火处理过程的微波波形无耦合与有耦合的操作方法结果比较。
在此实验例中，使用12英寸晶圆进行砷(As)的掺杂(退火处理过程)，采用频率2.45GHz微波频率；分别对操作方法(1)时序控制模式(依时间顺序发射微波，Serial mode)以及操作方法(2)时序配合耦合控制模式(使微波发射机发出的微波波形带宽扩大到产生多个重叠耦合，达成微波模态的倍增，Coupling mode)，进行各项处理过程质量的比较，结果显示于下表一。
表一
由表一可知，在(2)的耦合操作方法下，较(1)的时序操作方法，微波退火时间减少约20％、片电阻值降低约达2.5％，且加热均匀性提升(不均匀性降低约80％)。
综上所述，在本发明中，微波发射机藉由纵向波导波管与横向波导波管连接于加热腔室，用以输入微波至加热腔室内，并于加热腔室中形成多重固有模态，进而达到均匀加热的目的。三相交流电源可供应电力至半波整流电源，半波整流电源再分别供应电力至所述微波发射机。藉由加大半波整流电源的电容值，微波波形输出带宽加大，使前后波形有所重叠形成耦合，较原先倍增模态数；微波模态数越多，对加热工件的均匀性就越佳，亦即可增加晶圆掺杂退火处理过程或工件的微波加热的效率与均匀性。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。
【符号说明】
50：被加热物件
100、200、500：多重模态微波加热装置
110、210、310、410：加热腔室
111a～114a、111b～114b、201a～212a、201b～212b、311～316：输入端口
120：旋转及升降机构
125、325：载台
1～12、1’～12’、1”～12”、131～142、331～336、431～442：微波发射机
151～156、151a、152a：纵向波导波管
161～166、161a、162a：横向波导波管
170：三相交流电源
172：Δ接电源
174：Y接电源
180：同相位等功率分配器
185：180度相位移转器
190：半波整流电源
191：电容器
351～356、451～456：纵向波导波管
461～466：横向波导波管
570：卷轴
575：输送带
580：低通滤波器
h1～h12：高度
L1～L6、L11～L22、L31～L42：长度
S101～S106、S201～S203：流程
Zin1～Zin6、Zin11～Zin22：输入阻抗
λg：导波管波长

Claims (20)

1.一种微波加热装置的操作方法，其特征在于包括：
在一加热腔室中设置一容置空间；
提供一载台于所述容置空间中，所述载台具有一平面，用以承载至少一微波受热物件；
于所述加热腔室外设置多个微波发射机，用以发射微波；
设置多个半波整流电源，分别耦接至所述微波发射机，所述半波整流电源中的每一个包含有一电容器；
于所述加热腔室与相应的所述微波发射机之间，分别连接多个纵向波导波管与多个横向波导波管，各所述纵向波导波管中的电场极化方向垂直于所述载台的所述平面，各所述横向波导波管中的电场极化方向平行于所述载台的所述平面；
调整所述半波整流电源中所述电容器的电容值，使所述微波发射机发出的微波波形带宽扩大至产生多个重叠耦合；以及
经由所述半波整流电源供应电力至所述微波发射机，使所述微波藉由所述纵向波导波管与所述横向波导波管传递至所述加热腔室中，并于所述加热腔室中形成多重微波模态。
2.如权利要求1所述的操作方法，其特征在于，所述纵向波导波管以等功率的形式，分成两组纵向波导波管，并且彼此相向且对称地连接于所述加热腔室，以传递具有相反的电场相位的所述微波至所述加热腔室的内部，用以于所述加热腔室形成多重纵向奇模态。
3.如权利要求1所述的操作方法，其特征在于，所述纵向波导波管以等功率的形式，分成两组纵向波导波管，并且彼此相向且对称地连接于所述加热腔室，以传递具有相同的电场相位的所述微波至所述加热腔室的内部，用以于所述加热腔室中形成多重纵向偶模态。
4.如权利要求1所述的操作方法，其特征在于，所述横向波导波管以等功率的形式，分成两组横向波导波管，并且彼此相向且对称地连接于所述加热腔室，以传递具有相反的电场相位的所述微波至所述加热腔室的内部，用以于所述加热腔室中形成多重横向奇模态。
5.如权利要求1所述的操作方法，其特征在于，所述横向波导波管以等功率的形式，分成两组横向波导波管，并且彼此相向且对称地连接于所述加热腔室，以传递具有相同的电场相位的所述微波至所述加热腔室的内部，用以于所述加热腔室中形成多重横向偶模态。
6.如权利要求1所述的操作方法，其特征在于，所述纵向波导波管以彼此间隔一固定角度连接于所述加热腔室与相应的所述微波发射机之间，以传递所述微波至所述加热腔室的内部，用以于所述加热腔室中形成多重横向偶模态，其中彼此相邻的所述导波管的长度差为导波管波长的二分之一再除以所述纵向波导波管个数。
7.如权利要求1所述的操作方法，其特征在于，所述横向波导波管以彼此间隔一固定角度连接于所述加热腔室与相应的所述微波发射机之间，以传递所述微波至所述加热腔室的内部，用以于所述加热腔室中形成多重纵向偶模态，其中彼此相邻的所述导波管的长度差为导波管波长的二分之一再除以所述横向波导波管个数。
8.如权利要求1所述的操作方法，其特征在于，所述半波整流电源为十二个，且调整所述电容值之前还包括使用工业用三相电源的三个接点R、S、T以Δ接电源的形式，分别形成R-S、S-T、T-R、S-R、T-S、R-T六相电力提供给所述十二个半波整流电源中的六个。
9.如权利要求8所述的操作方法，其特征在于，调整所述电容值之前还包括使用所述工业用三相电源的三个接点R、S、T以Y接电源的形式共接于一C接点，以分别形成为R-C、S-C、T-C、C-R、C-S、C-T六相电力提供给所述十二个半波整流电源中的另外六个。
10.如权利要求1所述的操作方法，其特征在于，所述半波整流电源为十二个，且调整所述电容值之前还包括使用工业用三相电源的三个接点R、S、T以Δ接电源并联Y接电源的形式，分别形成R-S、R-C、S-T、S-C、T-C、T-R、C-R、S-R、C-S、T-S、R-T、C-T十二相电力提供给所述十二个半波整流电源。
11.如权利要求1所述的操作方法，其特征在于，所述电容器为一可变电容器。
12.一种半导体掺杂物质的微波退火处理过程，其特征在于包括：
提供一个微波加热装置，其包含有：
一加热腔室，具有一容置空间；
一载台，设置于所述容置空间中，所述载台具有一平面，用以承载至少一被加热物件，所述被加热物件为一具有掺杂物质的半导体元件；
多个微波发射机，设置于所述加热腔室外，用以发射微波；
多个半波整流电源，分别耦接至所述微波发射机，所述半波整流电源中的每一个包含有一电容器；以及
多个纵向波导波管与多个横向波导波管，分别耦接于所述加热腔室与相应的所述微波发射机之间，各所述纵向波导波管中的电场极化方向垂直于所述载台的所述平面，各所述横向波导波管中的电场极化方向平行于所述载台的所述平面；
调整所述半波整流电源中的所述电容器的电容值，使所述微波发射机发出的微波波形带宽扩大至产生多个重叠耦合，倍增微波模态数；以及
经由所述半波整流电源供应电力至所述微波发射机，使所述微波藉由所述纵向波导波管与所述横向波导波管传递至所述加热腔室中，并于所述加热腔室中形成多重微波模态，对所述具有掺杂物质的半导体元件进行退火处理过程。
13.一种多重模态微波加热装置的处理过程，其特征在于包括：
提供一个微波加热装置，其包含有：
一加热腔室，具有一容置空间；
一载台，设置于所述容置空间中，所述载台具有一平面，用以承载至少一被加热物件；
多个微波发射机，设置于所述加热腔室外，用以发射微波；
多个半波整流电源，分别耦接至所述微波发射机，所述半波整流电源中的每一个包含有一电容器；以及
多个纵向波导波管与多个横向波导波管，分别连接于所述加热腔室与相应的所述微波发射机之间，各所述纵向波导波管中的电场极化方向垂直于所述载台的所述平面，各所述横向波导波管中的电场极化方向平行于所述载台的所述平面；
调整所述半波整流电源中所述电容器的电容值，使所述微波发射机发出的微波波形带宽扩大至产生多个重叠耦合，倍增微波模态数；以及
经由所述半波整流电源供应电力至所述微波发射机，使所述微波藉由所述纵向波导波管与所述横向波导波管传递至所述加热腔室中，并于所述加热腔室中形成多重微波模态。
14.如权利要求12或13所述的处理过程，其特征在于，所述纵向波导波管以等功率的形式，分成两组纵向波导波管，并且彼此相向且对称地连接于所述加热腔室，以传递具有相反的电场相位的所述微波至所述加热腔室的内部，用以于所述加热腔室中形成多重纵向奇模态。
15.如权利要求12或13所述的处理过程，其特征在于，所述纵向波导波管以等功率的形式，分成两组纵向波导波管，并且彼此相向且对称地连接于所述加热腔室，以传递具有相同的电场相位的所述微波至所述加热腔室的内部，用以于所述加热腔室中形成多重纵向偶模态。
16.如权利要求12或13所述的处理过程，其特征在于，所述横向波导波管以等功率的形式，分成两组横向波导波管，并且彼此相向且对称地连接于所述加热腔室，以传递具有相反的电场相位的所述微波至所述加热腔室的内部，用以于所述加热腔室中形成多重横向奇模态。
17.如权利要求12或13所述的处理过程，其特征在于，所述横向波导波管以等功率的形式，分成两组横向波导波管，并且彼此相向且对称地连接于所述加热腔室，以传递具有相同的电场相位的所述微波至所述加热腔室的内部，用以于所述加热腔室中形成多重横向偶模态。
18.如权利要求12或13所述的处理过程，其特征在于，所述纵向波导波管以彼此间隔一固定角度连接于所述加热腔室与相应的所述微波发射机之间，以传递所述微波至所述加热腔室的内部，用以于所述加热腔室中形成多重横向偶模态，其中彼此相邻的所述导波管的长度差为导波管波长的二分之一再除以所述纵向波导波管个数；
其中所述横向波导波管以彼此间隔一固定角度连接于所述加热腔室与相应的所述微波发射机之间，以传递所述微波至所述加热腔室的内部，用以于所述加热腔室中形成多重纵向偶模态，其中彼此相邻的所述导波管的长度差为导波管波长的二分之一再除以所述横向波导波管个数；
其中所述半波整流电源为十二个，且调整所述电容器值之前还包括：
使用工业用三相电源的三个接点R、S、T以Δ接电源的形式，分别形成R-S、S-T、T-R、S-R、T-S、R-T六相电力提供给所述十二个半波整流电源中的六个；以及
使用所述工业用三相电源的三个接点R、S、T以Y接电源的形式共接于一C接点，以分别形成为R-C、S-C、T-C、C-R、C-S、C-T六相电力提供给所述十二个半波整流电源中的另外六个。
19.如权利要求12或13所述的处理过程，其特征在于，所述半波整流电源为十二个，且调整所述电容值之前还包括使用工业用三相电源的三个接点R、S、T以Δ接电源并联Y接电源的形式，分别形成R-S、R-C、S-T、S-C、T-C、T-R、C-R、S-R、C-S、T-S、R-T、C-T十二相电力提供给所述十二个半波整流电源。
20.如权利要求12或13所述的处理过程，其特征在于，所述电容器为一可变电容器。
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Citations (5)

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