CN115346891A - 整合雷射与微波的退火系统及退火方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种整合雷射与微波的退火系统及退火方法，整合雷射与微波的退火系统包含微波功率源系统、雷射加热源系统及测控系统。微波功率源系统系提供微波能量予待退火物之第一区域，借以退火待退火物之第一区域。雷射加热源系统系以雷射提供雷射能量予于待退火物之第二区域，借以退火待退火物之第二区域。测控系统则系监测及控制微波和/或雷射之功率。本发明可减少整体退火所需时间，还能避免应力差异大而产生裂缝或缺陷。

Description

整合雷射与微波的退火系统及退火方法
技术领域
本发明是有关于一种退火系统及退火方法，特别是有关于一种整合雷射与微波的退火系统及退火方法。
背景技术
微波退火虽然能够提供较快速加热及冷却速度，然而微波共振腔之加热速度之极限为摄氏200度/分，且不适合用来退火较大尺寸之晶圆，更不适合用于匹量式加工。目前虽然有技术采用雷射退火，然而雷射退火能量过度集中于雷射光点，容易产生注入离子过度扩散的问题，且受限于雷射光点面积，无法均匀加热待退火物，导致其聚焦点与非聚焦点间的温度差过大，容易产生应力以及产生裂缝或缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明之一目的就是在提供一种整合雷射与微波的退火系统与退火方法，以解决上述习知技艺之问题。
为达前述目的，本发明提出一种整合雷射与微波的退火系统，包含：一微波功率源系统，该微波功率源系统系提供一微波能量予一待退火物之一第一区域，借以退火该待退火物之该第一区域；一雷射加热源系统，该雷射加热源系统系提供一雷射能量予该待退火物之一第二区域，借以退火该待退火物之该第二区域；以及一测控系统，该测控系统系包含一测温装置、一功率量测装置及一控制装置，该测温装置系监测该待退火物之一温度值，该功率量测装置系量测该微波功率源系统提供该微波能量及该雷射加热源系统提供该雷射能量之至少一者之一功率变化，其中该控制装置系依据该温度值及该功率变化对应地调整该微波功率源系统提供该微波能量之一第一功率和/或调整该雷射加热源系统提供该雷射能量之一第二功率。
其中，该第一区域系包含该第二区域。
其中，该微波功率源系统系整体式提供该微波能量予该待退火物之该第一区域，该雷射加热源系统系扫描式提供该雷射能量予该待退火物之该第二区域。
其中，该微波功率源系统提供该微波能量予该第一区域之一第一时间区间系涵盖该雷射加热源系统提供该雷射能量予该第二区域之一第二时间区间。
其中，该雷射加热源系统提供该雷射能量予该第二区域之一第二时间区间系涵盖该微波功率源系统提供该微波能量予该第一区域之一第一时间区间。
其中，该微波功率源系统所提供之该微波能量系沿着一第一轴向提供予该第一区域，该雷射加热源系统所提供之该雷射能量系沿着一第二轴向提供予该第二区域，该第一轴向与该第二轴向之夹角之范围为0度至180度。
其中，该雷射加热源系统包含一雷射产生器及一透镜组，该雷射产生器系产生一雷射，该透镜组系将该雷射导引至该待退火物之该第二区域上。
其中，该微波功率源系统包含至少一微波产生器及一共振腔，该微波产生器系产生一微波，且该共振腔系将该微波导引至该待退火物之该第一区域上。
其中，该微波功率源系统与该雷射加热源系统系从该待退火物之相对侧分别提供该微波能量与该雷射能量。
其中，该微波功率源系统与该雷射加热源系统系由该待退火物之同一侧分别提供该微波能量与该雷射能量。
其中，该雷射加热源系统之该透镜组系同轴式设于该微波功率源系统之该共振腔上，借以将该雷射导引至该待退火物之该第二区域上。
其中，该微波功率源系统与该雷射加热源系统系从该待退火物之垂直侧分别提供该微波能量与该雷射能量予该待退火物。
其中，该微波功率源系统包含两微波产生器及一共振腔，该两微波产生器系产生两微波，该共振腔系从该第一轴向之两相对方向分别将该两微波导引至该待退火物之该第一区域上。
其中，还包含一微波吸收元件，该微波吸收元件与该微波功率源系统系位于该待退火物之相对侧。
其中，该微波功率源系统之该共振腔贯穿有一开口，该待退火物系借由该开口于该共振腔中移动位置以接收该微波能量。
其中，该功率量测装置系量测该微波功率源系统以一微波提供该微波能量及该雷射加热源系统以一雷射提供该雷射能量之该至少一者之一前进讯号和/或一反射讯号，借以获得该功率变化。
其中，该功率量测装置包含量测该微波功率源系统以一微波提供该微波能量之一前进讯号及一反射讯号之至少一者以及该雷射加热源系统以一雷射提供该雷射能量之一前进讯号及一反射讯号之至少一者。
其中，该微波功率源系统还包含一隔离器及一匹配器设于该微波产生器及该共振腔之间。
其中，该第一区域或该第二区域系位于该待退火物之一深度中或一表面上。
为达前述目的，本发明提出一种整合雷射与微波的退火方法，包含：进行一微波退火程序，借以利用一微波功率源系统以一微波能量退火一待退火物之一第一区域；进行一雷射退火程序，借以利用一雷射加热源系统提供一雷射能量予于该待退火物之一第二区域；以及进行一测控程序，其系量测并依据该待退火物之一温度值、该微波功率源系统提供该微波能量及该雷射加热源系统提供该雷射能量之至少一者之一功率变化，借以对应地调整该微波功率源系统提供该微波能量之一第一功率和/或该雷射加热源系统提供该雷射能量之一第二功率。
其中，该第一区域系包含该第二区域。
其中，该微波功率源系统系整体式提供该微波能量予该待退火物之该第一区域，该雷射加热源系统系扫描式提供该雷射能量予该待退火物之该第二区域。
其中，该微波功率源系统提供该微波能量予该第一区域之一第一时间区间系涵盖该雷射加热源系统提供该雷射能量予该第二区域之一第二时间区间。
其中，该雷射加热源系统提供该雷射能量予该第二区域之一第二时间区间系涵盖该微波功率源系统提供该微波能量予该第一区域之一第一时间区间。
其中，该微波功率源系统系沿着一第一轴向提供该微波能量予该第一区域，该雷射加热源系统系沿着一第二轴向提供该雷射能量予该第二区域，该第一轴向与该第二轴向之夹角之范围为0度至180度。
其中，该微波功率源系统系从该第一轴向之两相对方向提供该微波能量予该第一区域。
承上所述，本发明之整合雷射与微波的退火系统及退火方法，具有以下优点：
(1)本发明以微波能量及雷射能量进行协同式退火程序，有助于结合微波退火及雷射退火之优点。
(2)借由微波能量升高退火物之温度，有助于增加待退火物的雷射能量吸收率，故可降低进行雷射退火程序所需提供之雷射能量，或是可以减少整体退火所需时间。
(3)借由微波能量升高待退火物之第二区域与其他区域(非第二区域)之温度，可降低此两区域的温度差(Thermal Shock)，以避免应力差异大而产生裂缝或缺陷。
(4)本发明以微波能量对待退火物整体作退火，可避免温度梯度大而产生缺陷，还能解决注入离子过度扩散的问题。
(5)本发明以微波能量对待退火物整体作退火，并选择特定的雷射波长对应退火目标，可选择性对特定深度的区域做雷射退火。
兹为使钧审对本发明的技术特征及所能达到的技术功效有更进一步的了解与认识，谨佐以较佳的实施例及配合详细的说明如后。
附图说明
图1为本发明之整合雷射与微波的退火方法之运作示意图。
图2为本发明之整合雷射与微波的退火系统之运作流程图。
图3为本发明之整合雷射与微波的退火系统之系统示意图。
图4为本发明之第一实施例之退火系统之结构示意图。
图5为本发明之第二实施例之退火系统之结构示意图。
图6为本发明之第三实施例之退火系统之结构示意图。
图7为本发明之第四实施例之退火系统之结构示意图。
图8为由图7另一视角所得之示意图。
图9为本发明之退火装置于热源中进行退火之示意图。
附图标记说明：
10：退火系统
30：微波功率源系统
31：金属杆
32：微波产生器
33：微波
34：共振腔
35：开口
36：隔离器
38：匹配器
38a：同轴管
38b：金属板
38c：金属杆
50：雷射加热源系统
52：雷射产生器
54：雷射
56：透镜组
70：微波吸收元件
80：测控系统
82：测温装置
84：功率量测装置
84a：方向耦合器
84b：功率计
86：控制装置
90：加热液体槽
92：液体
100：待退火物
110：第一区域
120：第二区域
150：载台
160：承载基座
L1：横向双箭头
L2：纵向双箭头
C1：横向双箭头
C2：纵向双箭头
S10：进行微波退火程序
S20：进行雷射退火程序
S30：进行测控程序
D1：第一轴向
D2：第二轴向
具体实施方式
为利了解本发明之技术特征、内容与优点及其所能达成之功效，兹将本发明配合图式，并以实施例之表达形式详细说明如下，而其中所使用之图式，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本发明实施后之真实比例与精准配置，故不应就所附之图式的比例与配置关系解读、局限本发明于实际实施上的权利范围。此外，为使便于理解，下述实施例中的相同组件系以相同的符号标示来说明。
另外，在全篇说明书与权利要求书所使用的用词，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此揭露的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本发明的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本发明的描述上额外的引导。
关于本文中如使用“第一”、“第二”、“第三”等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已。
其次，在本文中如使用用词“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等，其均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
请参阅图1至图3，图1系绘示本发明之整合雷射与微波的退火系统之运作示意图，图2为本发明之整合雷射与微波的退火方法之运作流程图，图3为本发明之整合雷射与微波的退火系统之系统示意图。本发明提出一种整合雷射与微波的退火系统与退火方法，其系利用微波功率源系统30提供微波能量予一待退火物100之第一区域，以及利用雷射加热源系统50提供雷射能量予待退火物之第二区域，借此可达到退火效果，还可控制所需提供之微波能量及雷射能量，并且例如可减少整体退火所需时间。此外，本发明还可借由测控系统80监测与控制微波功率源系统30及雷射加热源系统50之运作。此外，依据实际制程需求而定，上述之第一区域与第二区域可定义于待退火物100之任何适合的位置，可具有任何适合的面积或体积，也可具有任何适合的位置关系。微波功率源系统30可于任何适合的第一时间区间提供微波能量，雷射加热源系统50也可于任何适合的第二时间区间提供雷射能量。
举例而言，本发明之第一区域不限于部份重叠、完全重叠或未重叠于第二区域，本发明之第一区域之面积或体积不限于大于、等于或小于第二区域。举例而言，第一区域可包含第二区域，或第二区域可包含第一区域，或者是第一区域也可为邻接第二区域，甚至第一区域与第二区域也可为分别独立定义于待退火物100上。而且，微波功率源系统30提供微波能量的第一时间区间可部份重叠、完全重叠或未重叠于雷射加热源系统50提供雷射能量的第二时间区间。举例而言，第一时间区间可包含第二时间区间，或第二时间区间可包含第一时间区间，或者是第一时间区间及第二时间区间系彼此紧邻，或者是第一时间区间及第二时间区间可为分别独立。第一时间区间之长度也可例如为大于、小于或等于第二时间区间。
续言之，举例而言，本发明提出一种整合雷射与微波的退火系统与退火方法，借由微波之微波能量对待退火物之第一区域进行微波退火程序以提升温度，并且搭配雷射之雷射能量对此第一区域中之第二区域作雷射退火程序。本发明借由微波能量升高待退火物之温度，因此有助于增加待退火物(如硅或碳化硅等半导体材料)的雷射能量吸收率，故本发明可降低进行雷射退火程序所需提供之雷射能量，或是可以减少整体退火所需时间。反之，本发明也可借由雷射能量升高待退火物之温度，有助于待退火物吸收微波能量。而且，本发明针对非第二区域与第二区域整体式提供微波能量，可降低非第二区域(即非雷射退火区)与第二区域(即雷射退火区)的温度差(Thermal Shock)，以避免应力差异大而产生裂缝或缺陷。
上述之第一区域系定义于部份或全部之待退火物上，上述之第二区域则系例如定义于部份或全部之第一区域上。上述之第一区域及第二区域均不限于位于待退火物之一深度或一表面上。而且，本发明之第一区域与第二区域之面积、体积及位置关系并不局限于后述之范例，只要能够减少整体退火所需时间、降低应力差异或是降低进行雷射退火程序所需提供之雷射能量，均属于本发明请求保护之范围。上述之待退火物可例如为任何适合进行退火处理之材料，例如经过改质处理、分离处理、离子布植处理或其他半导体制程处理的基材，此基材可例如为晶圆或晶锭等半导体制程材料，例如，但不限于，Si、SiC、SiGe、Ge、GaAs、GaN或InP等基板材料。举例而言，待退火物100例如为完成离子布植的硅基材，对于第一区域(表面的源极、闸极)使用微波退火，对于第二区域(较深的井(deep P或N well))使用雷射退火。或者，也可以是基材因改质或外力剥离后，改质区或剥离面(第一区域/第二区域)的退火，同时以微波及雷射做退火达到缺陷修补、晶格重置的效果。此外，本发明之微波功率源系统并不局限于使待退火物之温度提升至特定温度，任何提升之温度值只要可增加待退火物的雷射能量吸收率或降低应力差异，就可适用于本发明。
请参阅图1，图2及图3，本发明之退火系统10系包含至少一微波功率源系统30、一雷射加热源系统50及一测控系统80。如步骤S10所示，首先进行微波退火程序，其中微波功率源系统30系产生微波33，并使此微波33照射在待退火物100之第一区域上，借以利用微波33之微波能量提升此第一区域之温度，可达到进行微波退火程序之效果。待退火物100系例如承载于载台上，此载台例如为移动式载台，但不限于此，此载台亦可例如为固定式载台。微波功率源系统30系以第一功率提供微波能量，且微波能量系沿着第一轴向提供予第一区域。如步骤S20所示，本发明之雷射加热源系统50系产生雷射54，并使此雷射照射在待退火物100之第二区域上。微波功率源系统30系以第一功率提供微波能量。雷射加热源系统50系以第二功率提供雷射能量，且雷射能量系沿着第二轴向提供予第二区域。上述第一轴向与第二轴向之夹角之范围为约0度至180度。举例而言，第一轴向可例如为平行(如同方向或反方向)或垂直于第二轴向。微波功率源系统30之输出模式可为连续式的微波源或脉冲宽度介于约1μs至约1ms之范围的间歇性的微波源。微波功率源系统30提供微波能量予第一区域之第一时间区间可为涵盖雷射加热源系统50提供雷射能量予第二区域之第二时间区间，即第二时间区间较佳完全重叠于第一时间区间。或者是，雷射加热源系统50提供雷射能量予第二区域之第二时间区间可为涵盖微波功率源系统30提供微波能量予第一区域之第一时间区间。惟，此仅为举例并非用以限定本发明，亦即第二时间区间亦可例如为仅部分重叠于第一时间区间，或者甚至未完全重叠于第一时间区间。微波功率源系统30提供微波能量与雷射加热源系统50提供雷射能量之任何时间对应关系，只要能够达到减少整体退火所需时间、降低应力差异或是降低进行雷射退火程序所需提供之雷射能量，均属于本发明请求保护之范围。
在本发明之微波功率源系统30中，微波之波长范围为约1mm至约1m，微波之频率范围为约300GHz至约0.3GHz。微波之功率范围为约200瓦至约5,000瓦。本发明属于工业应用，其可用之频率属于ISM频段(Industrial Scientific Medical Band)。依据国际电联无线电规则规定属于微波频率范围有：433.05-434.79MHz、902-928MHz、2400-2483.5MHz…等等。本发明可使用约2400-2483.5MHz的微波频率，甚至使用不属于国际电联无线电规则规定之频率，例如需要申请使用许可之500MHz或其他频率。在本发明之雷射加热源系统50中，雷射波长例如为约150nm至约1600nm、移动速率之范围为约10毫米/秒至约1000毫米/秒、功率范围为约10mW至约100kW、焦点直径(spot size)之范围为约1μm至约50μm；雷射可为脉冲雷射，其频率之范围可为约1Hz至约1MHz、脉冲宽度之范围可为约100fs至约100ns。
本发明之退火系统10之测控系统80系包含一测温装置82、一功率量测装置84及一控制装置86。如步骤S30，本发明更包含进行测控程序，其中测温装置82系监测待退火物100之一温度值，功率量测装置84系量测微波功率源系统30及雷射加热源系统50之至少一者之一功率变化，其中控制装置86则系依据上述之温度值及功率变化对应地调整微波功率源系统30提供微波能量之第一功率以和/或者调整雷射加热源系统50提供雷射能量之第二功率。例如，本发明可依据监测得到之待退火物100之温度值及微波功率源系统30和/或雷射加热源系统50之功率变化，提升微波功率源系统30之第一功率，或者是降低雷射加热源系统50之第二功率。由此可知，本发明可以减少整体退火所需时间，或是可降低进行雷射退火程序所需提供之雷射能量。
测温装置82系例如为光学测温装置(Optical Pyrometer)，如红外线高温计，用以较佳为实时监测待退火物100之温度值。控制装置86系例如为计算机，控制装置86系接收测温装置82之监测讯号及功率量测装置84量测之功率变化，借以控制微波功率源系统30及雷射加热源系统50，例如提升微波功率源系统30之第一功率，或者是降低雷射加热源系统50之第二功率。功率量测装置84更例如包含方向耦合器(Directional Coupler)84a及功率计(Power Meter)84b，方向耦合器84a系用于检测输入和反射的微波/雷射讯号，检测到的讯号再送到功率计84b，用于监测微波/雷射与待退火物100的耦合。亦即，方向耦合器84a可用以检测微波功率源系统30所提供之微波之前进讯号及来自待退火物100之反射讯号，以和/或者检测雷射加热源系统50所提供之雷射之前进讯号及来自待退火物100之反射讯号。然后，方向耦合器84a再将这些检测到的讯号再送到功率计84b，用于实时监测微波和/或雷射与待退火物100的耦合变化(如功率变化)。借此控制装置86可接收此功率变化数据并依据上述之功率变化而实时对应地产生一调整指令，以便控制微波功率源系统30及雷射加热源系统50之至少一者之运作。此外，本发明之测控系统80可选择性更例如包含一监视器电性连接控制装置86，借以实时显示测控系统80之各个元件之监测结果，例如所有微波、雷射和温度数据可输入计算机记录及处理并立即显示在监视器上。
请参阅图1至图4所示，图4为本发明之第一实施例之退火系统中微波能量与雷射能量从相对侧提供至待退火物之结构示意图。在第一实施例中，微波功率源系统30系整体式提供微波能量予第一区域110中之待退火物100，雷射加热源系统50系扫描式提供雷射能量予第二区域120中之待退火物150。在第一实施例中，第一区域110系包含第二区域120，即第一区域110之面积及体积大于第二区域120。而且在第一实施例中，微波功率源系统30提供微波能量予第一区域110之第一时间区间可为涵盖雷射加热源系统50提供雷射能量予第二区域120之第二时间区间，即第二时间区间完全重叠于第一时间区间。其中，微波能量系由第一轴向D1(如图4所示之由下往上)提供至待退火物之第一区域110上，雷射能量系由第二轴向D2(如图4所示之由上往下)提供至待退火物之第二区域120上，且第一轴向D1系重叠于第二轴向D2。本发明之退火系统10包含一微波功率源系统30、一雷射加热源系统50及一测控系统80。微波功率源系统30系包含至少一微波产生器32及一共振腔34，微波产生器32系例如为用以产生上述之微波33之磁控管。共振腔34例如为同轴共振腔。举例来说，共振腔34系例如为TE10模式共振腔，且其内部可为中空或实心之波导元件，端视实际使用而调整，只要能导引微波并使微波在其中产生共振，即可适用于本发明中。微波产生器32所产生之微波例如经由金属杆31之导引而传输至共振腔34，共振腔34再将微波产生器32所产生之微波导引至待退火物100之第一区域110上，借以整体式加热待退火物100之第一区域110，使其温度提升。微波功率源系统30还选择性例如包含一隔离器(Isolator)36及一匹配器38设于微波产生器32及共振腔34之间。微波功率源系统30系借由微波产生器32(如磁控管)产生微波33，且经由共振腔(Coaxial Resonator)34之导引而传递至待退火物100之第一区域110上，借以进行微波退火程序。其中，微波的传输路径(如共振腔34)上较佳还设有匹配器38，其可降低微波反射量，使得微波能够有效进入共振腔34中，借以沿着共振腔34中之腔室(如环柱状腔室)传递至待退火物100上。其中，共振腔34之轴心不限于中空或为实心结构，只要可导引微波均适合用于本发明。匹配器38系例如由同轴管38a、金属板38b及金属杆38c组成。隔离器36较佳为设于微波产生器32与共振腔34之间，其可提供单向传输微波的效果，且隔离器36较佳为设于微波产生器32与匹配器38之间。惟，上述之微波功率源系统30之构件与其配置仅为一举例，并非用以限定本发明，微波功率源系统30可为任何形式之微波源，只要能提供微波，即属于本发明请求保护之范围。
在第一实施例之退火系统中，雷射加热源系统50系借由雷射产生器52产生一雷射54，此雷射54系一种脉冲光，且此雷射54系经由透镜组56传递至待退火物100之一第二区域120上。本发明可利用移动式载台水平式移动待退火物100(如图4的横向双箭头C1所示)或者是雷射产生器52水平式移动脉冲光(如图4的横向双箭头L1所示)，借以使得脉冲光水平式扫描照射待退火物100之第二区域120。此外，本发明还可例如利用移动式载台垂直式移动待退火物100(即，雷射产生器52纵向固定，而载台纵向可移动，如图4右侧的纵向双箭头C2所示)或者是雷射产生器52垂直式移动脉冲光(即，雷射产生器52纵向可移动，而载台纵向固定，如图4的纵向双箭头L2所示)，借以使得脉冲光垂直式扫描照射待退火物100之第二区域120。换言之，本发明可选择性在退火程序中依据待退火物100之形态(例如外型)对应地上下调整雷射产生器52所产生之脉冲光之聚焦点照射待退火物100之深度，以达较佳退火效果。
承上所述，第二区域120可选择性位于部份或全部之第一区域110上，端视实际需求而定。雷射产生器52所产生之雷射54可例如沿着径向截面(Radial Section)或轴向截面(Axial Section)之方向扫描以提供能量予待退火物100之第二区域120，其中雷射54也可例如为沿着径向截面或轴向截面之方向扫描，且其扫描路径并无特别限定，只要能够提供雷射能量予待退火物100之第二区域120，即可适用于本发明。而且，由于第二区域120位于第一区域110中，且本发明已借由微波功率源系统30所提供之微波能量升高第一区域110(包含第二区域120)之温度，因此有助于增加第二区域120中的待退火物100的雷射能量吸收率，故本发明可降低进行雷射退火程序所需提供之雷射能量，或是可以减少整体退火所需时间。而且，本发明针对第一区域110与第二区域120整体式提供微波能量，可降低第二区域120(即雷射退火区)与非第二区域(即非雷射退火区)之间的温度差，以避免应力差异大而产生裂缝或缺陷。
此外，本发明之退火系统10可选择性设有微波吸收(Microwave Absorbing)元件70，微波吸收元件70与微波功率源系统30(如微波产生器32)系位于待退火物100之相对侧，其目的在于减少微波从另一侧反射回来，避免不必要的散射，以提升微波吸收的均匀度。若微波吸收元件70系位于雷射加热源系统50与待退火物100之间，则微波吸收元件70可依据实际状况，设置有穿孔，以供透镜组56或雷射穿透。微波吸收元件70可为由任何微波吸收材料组成之微波吸收元件层，只要能够提供吸收微波的效果，均属于本发明请求保护之范围。
请参阅图1、图2及图5，图5为本发明之第二实施例之退火系统中微波能量与雷射能量从同一侧提供至待退火物之结构示意图。第二实施例与第一实施例之差异在于第二实施例之微波能量与雷射能量系由第一轴向之同一方向提供至待退火物100上，且雷射加热源系统50所产生之雷射54系同轴于微波功率源系统30所提供之微波33。例如，微波33系沿着第一轴向D1(如图5所示之由上而下)穿过共振腔34并传输至待退火物100之第一区域110上，而雷射54系沿着第二轴向D2(如图5所示之由上而下，同第一轴向D1)穿过共振腔34并传输至待退火物100之第二区域120上。举例而言，雷射加热源系统50之透镜组56系同轴式设于微波功率源系统30之共振腔34上，透镜组56较佳为位于共振腔34之轴心上，且不限于位于共振腔34之外部或穿透至其内部(如图5所示)，因此共振腔34不限于为透明或不透明材质，只要可允许雷射照射至待退火物100之第二区域120，均属于本发明请求保护之范围。
请参阅图1、图2及图6，图6为本发明之第三实施例之退火系统中微波能量与雷射能量从垂直侧提供至待退火物之结构示意图。第三实施例与其他实施例之差异在于微波功率源系统30之设计不同，且其中微波能量系由第一轴向D1(如图6所示之由右往左)提供至待退火物之第一区域110上，雷射能量系由第二轴向D2(如图6所示之由上往下)提供至待退火物之第二区域120上，且第一轴向D1系垂直于第二轴向D2。第三实施例之微波功率源系统30系包含同轴设置之至少一微波产生器32及共振腔34。微波功率源系统30还选择性包含上述之隔离器36设于微波产生器32及共振腔34之间，其可提供单向传输微波以及吸收反射微波的效果。此外，微波功率源系统30还可选择性包含上述之匹配器(未绘示)位于微波产生器32及共振腔34之间，且较佳为设于隔离器36及共振腔34之间，其可降低微波反射量，使得微波能够有效进入共振腔34中，借以传递至待退火物100上。第三实施例之共振腔34更选择性具有开口35，借以使得载台150可利用此开口35将待退火物100上欲处理之第一区域110送入共振腔34中，或在共振腔34中移动位置。借此，共振腔34亦可同时作为微波反应腔，借以在共振腔34中进行微波退火。雷射加热源系统50之透镜组56系设于微波功率源系统30之共振腔34上，透镜组56可位于共振腔34上，且不限于位于共振腔34之外部或穿透至其内部，因此共振腔34可为透明或不透明材质，或者共振腔34也可以具有孔洞以让雷射通过，只要可允许雷射由第二轴向D2照射至待退火物100之第二区域120，均属于本发明请求保护之范围。
请参阅图1、图2、图7及图8，图7为本发明之第四实施例之退火系统中微波能量与雷射能量从垂直侧提供至待退火物之结构示意图。图8为由图7另一视角所得之示意图。本发明之第四实施例与第三实施例之差异在于第四实施例之微波功率源系统30系具有双微波产生器(即两个微波产生器32)，其中双微波产生器系产生双微波且从共振腔34之两相对方向分别导入共振腔34中，借以将双微波导引至待退火物100之第一区域110上，使得待退火物100之第一区域110受热均匀。
在上述之各实施例中，本发明之载台150例如具有承载基座160，用以承载待退火物100。承载基座160并不局限于特定材质，其可由任何合适之材质组成，且承载基座160之外型也无特别限定，其可为板状、槽状或盒状，只要能够承载待退火物100，均可适用于本发明。举例而言，承载基座160可由微波吸收材料构成，且可允许超过50％的微波穿透以加热待退火物100。孔隙率为20％至30％的多孔性、烧结而成的碳化硅是一种合适的承载基座160之材料，对于烧结制造的多孔性碳化硅穿透深度更大，可以达到上述承载基座160的功能，同时它可以多次加热和冷却而不会破裂，使用寿命长。另外亦可使用石墨做为承载基座160的材料。以待退火物100为碳化硅晶圆为例，由于碳化硅晶圆的厚度很薄，如果直接暴露在微波中，其边缘很容易产生高电场强度的分布，会造成过热甚至尖端放电。因此承载基座160可为包覆待退火之碳化硅晶圆之边缘，借以防止碳化硅晶圆边缘过热的现象。举例而言，承载基座160例如为包含底座及上盖，其中上盖系例如可拆卸式覆盖于底座上，借以围绕出容室，待退火物100系可卸式定位于底座及上盖所围绕出之容室中。上述虽举例承载基座160作说明，惟其并非用以限定本发明，只要承载基座160可供放置待退火物100，即属于本发明请求保护之范围。
此外，在上述之各较佳实施例中，如图9所示，本发明之退火装置更可例如包含一热源，用以在进行上述之退火程序时加热待退火物100。其中，热源例如为雷射加热源系统50、微波功率源系统30、加热液体槽90、另一雷射加热源系统和/或一红外光源。以热源为加热液体槽90为例，加热液体槽90中系具有一液体92，以使待退火物100浸泡于液体92中。加热液体槽90可例如为热油槽且系具有一油，较佳为一热油，更佳为耐高温油，例如氟素油，且在上述之退火程序之全部步骤或部分步骤中，待退火物100可浸泡于油中，借此可减少热冲击产生不必要的裂缝或裂缝扩大，并能增加热均匀性，另，加热液体槽90中也可不限于上述之油，也可视需求选择可加热之液体放于槽中作为热源。
综上所述，本发明之整合雷射与微波的退火系统及退火方法，具有以下优点：
(1)本发明以微波能量及雷射能量进行协同式退火程序，有助于结合微波退火及雷射退火之优点。
(2)借由微波能量升高退火物之温度，有助于增加待退火物的雷射能量吸收率，故可降低进行雷射退火程序所需提供之雷射能量，或是可以减少整体退火所需时间。
(3)借由微波能量升高待退火物之第二区域与其他区域(非第二区域)之温度，可降低此两区域的温度差(Thermal Shock)，以避免应力差异大而产生裂缝或缺陷。
(4)本发明以微波能量对待退火物整体作退火，可避免温度梯度大而产生缺陷，还能解决注入离子过度扩散的问题。
(5)本发明以微波能量对待退火物整体作退火，并选择特定的雷射波长对应退火目标，可选择性对特定深度的区域做雷射退火。
以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明之精神与范畴，而对其进行之等效修改或变更，均应包含于后附之权利要求书中。

Claims (26)

1.一种整合雷射与微波的退火系统，其特征在于，包含：
一微波功率源系统，该微波功率源系统系提供一微波能量予一待退火物之一第一区域，借以退火该待退火物之该第一区域；
一雷射加热源系统，该雷射加热源系统系提供一雷射能量予该待退火物之一第二区域，借以退火该待退火物之该第二区域；以及
一测控系统，该测控系统系包含一测温装置、一功率量测装置及一控制装置，该测温装置系监测该待退火物之一温度值，该功率量测装置系量测该微波功率源系统提供该微波能量及该雷射加热源系统提供该雷射能量之至少一者之一功率变化，其中该控制装置系依据该温度值及该功率变化对应地调整该微波功率源系统提供该微波能量之一第一功率和/或调整该雷射加热源系统提供该雷射能量之一第二功率。
2.如权利要求1所述之整合雷射与微波的退火系统，其特征在于，其中该第一区域系包含该第二区域。
3.如权利要求1所述之整合雷射与微波的退火系统，其特征在于，其中该微波功率源系统系整体式提供该微波能量予该待退火物之该第一区域，该雷射加热源系统系扫描式提供该雷射能量予该待退火物之该第二区域。
4.如权利要求1、2或3所述之整合雷射与微波的退火系统，其特征在于，其中该微波功率源系统提供该微波能量予该第一区域之一第一时间区间系涵盖该雷射加热源系统提供该雷射能量予该第二区域之一第二时间区间。
5.如权利要求1、2或3所述之整合雷射与微波的退火系统，其特征在于，其中该雷射加热源系统提供该雷射能量予该第二区域之一第二时间区间系涵盖该微波功率源系统提供该微波能量予该第一区域之一第一时间区间。
6.如权利要求1所述之整合雷射与微波的退火系统，其特征在于，其中该微波功率源系统所提供之该微波能量系沿着一第一轴向提供予该第一区域，该雷射加热源系统所提供之该雷射能量系沿着一第二轴向提供予该第二区域，该第一轴向与该第二轴向之夹角之范围为0度至180度。
7.如权利要求1所述之整合雷射与微波的退火系统，其特征在于，其中该雷射加热源系统包含一雷射产生器及一透镜组，该雷射产生器系产生一雷射，该透镜组系将该雷射导引至该待退火物之该第二区域上。
8.如权利要求7所述之整合雷射与微波的退火系统，其特征在于，其中该微波功率源系统包含至少一微波产生器及一共振腔，该微波产生器系产生一微波，且该共振腔系将该微波导引至该待退火物之该第一区域上。
9.如权利要求6所述之整合雷射与微波的退火系统，其特征在于，其中该微波功率源系统与该雷射加热源系统系从该待退火物之相对侧分别提供该微波能量与该雷射能量。
10.如权利要求6所述之整合雷射与微波的退火系统，其特征在于，其中该微波功率源系统与该雷射加热源系统系由该待退火物之同一侧分别提供该微波能量与该雷射能量。
11.如权利要求8所述之整合雷射与微波的退火系统，其特征在于，其中该雷射加热源系统之该透镜组系同轴式设于该微波功率源系统之该共振腔上，借以将该雷射导引至该待退火物之该第二区域上。
12.如权利要求6所述之整合雷射与微波的退火系统，其特征在于，其中该微波功率源系统与该雷射加热源系统系从该待退火物之垂直侧分别提供该微波能量与该雷射能量予该待退火物。
13.如权利要求6所述之整合雷射与微波的退火系统，其特征在于，其中该微波功率源系统包含两微波产生器及一共振腔，该两微波产生器系产生两微波，该共振腔系从该第一轴向之两相对方向分别将该两微波导引至该待退火物之该第一区域上。
14.如权利要求6、9、10、12或13所述之整合雷射与微波的退火系统，其特征在于，还包含一微波吸收元件，该微波吸收元件与该微波功率源系统系位于该待退火物之相对侧。
15.如权利要求8或13所述之整合雷射与微波的退火系统，其特征在于，其中该微波功率源系统之该共振腔贯穿有一开口，该待退火物系借由该开口于该共振腔中移动位置以接收该微波能量。
16.如权利要求1所述之整合雷射与微波的退火系统，其特征在于，其中该功率量测装置系量测该微波功率源系统以一微波提供该微波能量及该雷射加热源系统以一雷射提供该雷射能量之该至少一者之一前进讯号和/或一反射讯号，借以获得该功率变化。
17.如权利要求1所述之整合雷射与微波的退火系统，其特征在于，其中该功率量测装置包含量测该微波功率源系统以一微波提供该微波能量之一前进讯号及一反射讯号之至少一者以及该雷射加热源系统以一雷射提供该雷射能量之一前进讯号及一反射讯号之至少一者。
18.如权利要求8或13所述之整合雷射与微波的退火系统，其特征在于，其中该微波功率源系统还包含一隔离器及一匹配器设于该微波产生器及该共振腔之间。
19.如权利要求1所述之整合雷射与微波的退火系统，其特征在于，其中该第一区域或该第二区域系位于该待退火物之一深度中或一表面上。
20.一种整合雷射与微波的退火方法，其特征在于，包含：
进行一微波退火程序，借以利用一微波功率源系统以一微波能量退火一待退火物之一第一区域；
进行一雷射退火程序，借以利用一雷射加热源系统提供一雷射能量予于该待退火物之一第二区域；以及
进行一测控程序，其系量测并依据该待退火物之一温度值、该微波功率源系统提供该微波能量及该雷射加热源系统提供该雷射能量之至少一者之一功率变化，借以对应地调整该微波功率源系统提供该微波能量之一第一功率和/或该雷射加热源系统提供该雷射能量之一第二功率。
21.如权利要求20所述之整合雷射与微波的退火方法，其特征在于，其中该第一区域系包含该第二区域。
22.如权利要求20所述之整合雷射与微波的退火方法，其特征在于，其中该微波功率源系统系整体式提供该微波能量予该待退火物之该第一区域，该雷射加热源系统系扫描式提供该雷射能量予该待退火物之该第二区域。
23.如权利要求20、21或22所述之整合雷射与微波的退火方法，其特征在于，其中该微波功率源系统提供该微波能量予该第一区域之一第一时间区间系涵盖该雷射加热源系统提供该雷射能量予该第二区域之一第二时间区间。
24.如权利要求20、21或22所述之整合雷射与微波的退火方法，其特征在于，其中该雷射加热源系统提供该雷射能量予该第二区域之一第二时间区间系涵盖该微波功率源系统提供该微波能量予该第一区域之一第一时间区间。
25.如权利要求20所述之整合雷射与微波的退火方法，其特征在于，其中该微波功率源系统系沿着一第一轴向提供该微波能量予该第一区域，该雷射加热源系统系沿着一第二轴向提供该雷射能量予该第二区域，该第一轴向与该第二轴向之夹角之范围为0度至180度。
26.如权利要求25所述之整合雷射与微波的退火方法，其特征在于，其中该微波功率源系统系从该第一轴向之两相对方向提供该微波能量予该第一区域。
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