TW201916173A - 微波加熱裝置的操作方法及使用該方法之微波退火製程 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種微波加熱裝置的操作方法，包括在加熱腔室中設置載台、在加熱腔室外設置微波發射機，並提供半波整流電源供應器耦接至微波發射機，半波整流電源供應器包含有電容器；加熱腔室與微波發射機之間連接有縱向波導波管與橫向波導波管。調整半波整流電源供應器之電容器的電容值，使微波發射機發出的微波波形頻寬擴大至產生複數重疊耦合，倍增微波模態數；經由半波整流電源供應器供應電力至微波發射機，使微波藉由縱向波導波管與橫向波導波管傳遞至加熱腔室中，並於加熱腔室中形成多重微波模態，達到均勻加熱的目的。

Description

微波加熱裝置的操作方法及使用該方法之微波退火製程

本發明是有關於一種微波加熱裝置的操作方法及使用該方法之微波退火製程，特別是有關於一種微波加熱裝置的耦合操作方法，其藉由調整半波整流電源供應器之電容器的電容，使微波發射機發出的微波波形頻寬產生重疊耦合，從而倍增微波模態數，達到高均勻度且省時節能的微波加熱效果。

微波加熱技術除了應用於如木材、 酒麴等之乾燥，橡膠硫化處理，肉品解凍等，亦具有應用於半導體矽晶圓退火製程之潛力。半導體製程多達數百項程序，每一項皆影響矽晶圓的產能與良率。其中晶圓退火乃是在離子佈植（ion implantation）後的必要程序。因四價半導體佈植三價或五價元素時，容易產生晶格缺陷，導致半導體性質劇變，故須以退火程序恢復晶體的結構和消除缺陷，並使間隙式位置的雜質原子藉由退火進入置換式位置，達到電性活化的目的。在半導體製程中，由於摻雜物質於高溫下(高於800℃)容易發生擴散，再加上當涉及矽鍺材料的使用，退火溫度必須低於450℃以避免鍺元素的擴散，因此採用低溫之微波退火製程，是半導體製程可預見的趨勢；此外，其他退火方式如紅外線退火或遠紫外線雷射退火技術，在面對半導體元件介面厚度與線寬不斷縮小的要求下，已出現瓶頸，但微波退火方法則不受上述限制。

然而，微波退火的技術門檻在於均勻度的要求須達到高良率的嚴格標準。現有商用微波退火設備普遍採用5.8GHz微波頻率取代較為通用之工業微波加熱頻率2.45GHz，藉由縮短微波波長進而壓抑駐波效應，達到均勻退火之目的。惟5.8GHz磁控管相較於2.45GHz磁控管，成本高而效率低。因此，本發明對於半導體(矽晶、III-V或II-VI半導體)微波退火程序以及其他的被加熱物件提出一種多重模態微波加熱裝置的操作方法，其可採用2.45GHz通用工業加熱頻率，並藉由倍增微波加熱模態之數量，提升微波加熱效率與均勻度，進而提高被加熱物的產能與良率。

本發明提供一種微波加熱裝置的操作方法，可採用2.45GHz通用工業加熱頻率進行加熱(但本發明並不限定於採用2.45GHz微波頻率)，藉由倍增微波模態數，進而提升微波加熱的均勻度並且省時節能。

本發明的微波加熱裝置的操作方法，包括在加熱腔室中設置容置空間；容置空間中之一載台具有平面用以承載微波受熱物件；於加熱腔室外設置微波發射機用以發射微波；設置半波整流電源供應器分別耦接至各個微波發射機，各個半波整流電源供應器包含有一電容器；於加熱腔室與微波發射機之間連接縱向波導波管與橫向波導波管，縱向波導波管中的電場極化方向垂直於載台的該平面，橫向波導波管中的電場極化方向平行於載台的該平面。調整各個半波整流電源供應器之電容器的電容值，使微波發射機發出的微波波形頻寬產生重疊耦合，並經由半波整流電源供應器供應電力至微波發射機，使微波藉由縱向波導波管與橫向波導波管傳遞至加熱腔室中，並於加熱腔室中形成多重微波模態。

本發明並提供一種半導體摻雜物質之微波退火製程與一種多重模態微波加熱裝置的製程，使用本發明之微波加熱裝置的操作方法，可採用2.45GHz通用工業加熱頻率進行加熱(但不限定於採用2.45GHz微波頻率)，藉由倍增微波模態數，進而提升如半導體摻雜物質之微波退火製程的效率與均勻度，進而提高產能與良率。

本發明的半導體摻雜物質之微波退火製程，包括對一具有摻雜物質之半導體元件，提供一個微波加熱裝置，調整微波加熱裝置之半波整流電源供應器的電容器之電容值，經由半波整流電源供應器供應電力至微波發射機，使微波藉由縱向波導波管與橫向波導波管傳遞至微波加熱裝置的加熱腔室中，並於加熱腔室中形成多重微波模態，進而對具有摻雜物質之半導體元件進行退火製程。

本發明的多重模態微波加熱裝置的製程，包括提供一個微波加熱裝置，調整微波加熱裝置之半波整流電源供應器的電容值，使微波發射機發出的微波波形頻寬擴大至產生複數重疊耦合，倍增微波模態數。經由半波整流電源供應器供應電力至微波發射機，使微波藉由縱向波導波管與橫向波導波管傳遞至微波加熱裝置的加熱腔室中，並於加熱腔室中形成多重微波模態。

根據上述，本發明藉由調整半波整流電源供應器之電容器的電容值，使微波發射機發出的微波波形頻寬擴大至產生複數重疊耦合，倍增微波模態數，再藉由半波整流電源供應器以及縱向波導波管與橫向波導波管傳遞微波至加熱腔室中並於加熱腔室中形成多重微波模態，進而達到均勻加熱的目的。

為讓本發明的上述特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

請參考以下實施例及隨附圖式，以便更充分地了解本發明，但是本發明仍可以藉由多種不同形式來實踐，且不應將其解釋為限於本文所述之實施例。而在圖式中，為求明確起見對於各構件以及其相對尺寸可能未按實際比例繪製。

圖1A-1是依照本發明第一實施例的多重模態微波加熱裝置的示意圖。請參考圖1A-1，多重模態微波加熱裝置100具有六個縱向波導波管151~156與六個橫向波導波管161~166，其分別連接於加熱腔室110與十二個微波發射機131~142之間，用以傳輸微波發射機131~142所產生的微波至加熱腔室110中，並於加熱腔室110中形成多重固有模態 (或稱本徵模態)。此外，多重模態微波加熱裝置100具有載台125，其配置於加熱腔室110中，以承載被加熱物件50。在本實施例中，載台125藉由載台旋轉及升降機構120上下移動並旋轉。縱向波導波管151~156中的傳波模式為TE₁₀ 模式，其電場方向與載台125的平面(xy平面)垂直。橫向波導波管161~166中的傳波模式亦為TE₁₀ 模式，但其電場方向與載台125的平面平行。由於前述兩者的電場方向互相垂直，因此，六個縱向波導波管151~156所激發的多重固有模態與六個橫向波導波管161~166所激發的多重固有模態彼此是正交的。此外，由於六個縱向波導波管151~156與加熱腔室110的連接位置各不相同，因此，六個縱向波導波管151~156垂直加熱腔室110的底面的高度h₁ 、h₃ 、h₅ 、h₇ 、h₉ 、h₁₁ 皆相異。也就是h₁ ≠h₃ ≠h₅ ≠h₇ ≠h₉ ≠h₁₁ 。故，在本實施例中，只要加熱腔室110夠大, 則加熱腔室110中即可具有足夠的多重固有模態數目，使得該六個縱向波導波管151~156所激發的多重固有模態可為不同。

同理，由於六個橫向波導波管161~166與加熱腔室110的連接位置各不相同，因此，六個縱向橫向波導波管161~166垂直於加熱腔室110的高度h₂ 、h₄ 、h₆ 、h₈ 、h₁₀ 、h₁₂ 皆相異。也就是，h₂ ≠h₄ ≠h₆ ≠h₈ ≠h₁₀ ≠h₁₂ 。因此，只要加熱腔室110中的多重固有模態數夠多，即可使得六個橫向波導波管161~166所激發的多重固有模態為不同。因此，本實施例的實施方式可達到均勻加熱的目的。在本實施例中，阻抗匹配器(未繪示)並非是必要元件，但可在下列情況發生時使用：(1).當微波發射機131~142承受的反射功率甚大時，可藉由阻抗匹配器調降之。(2).當某些導波管151~156、161~166所激發的多重模態為同一模態時，可藉由調整阻抗匹配器，使其激發不同模態。

圖1A-2是依照本發明第一實施例的多重模態微波加熱裝置的另一示意圖。請參考圖1A-2，多重模態微波加熱裝置100具有六個縱向波導波管151~156與六個橫向波導波管161~166，其分別連接於加熱腔室110與十二個微波發射機131~142之間，用以傳輸微波發射機131~142所產生的微波至加熱腔室110中，並於加熱腔室110中形成多重固有模態 (或稱本徵模態)。此外，多重模態微波加熱裝置100具有載台125，其配置於加熱腔室110中，以承載被加熱物件50。在本實施例中，載台125藉由載台旋轉及升降機構120上下移動並旋轉。縱向波導波管151~156中的傳波模式為TE₁₀ 模式，其電場方向與載台125的平面(xy平面)垂直。橫向波導波管161~166中的傳波模式亦為TE₁₀ 模式，但其電場方向與載台125的平面平行。由於前述兩者的電場方向互相垂直，因此，六個縱向波導波管151~156所激發的多重固有模態與六個橫向波導波管161~166所激發的多重固有模態彼此是正交且相異的。此外，六個縱向波導波管151~156的長度L₃₁ 、L₃₃ 、L₃₅ 、L₃₇ 、L₃₉ 、L₄₁ 皆相異。也就是L₃₁ ≠L₃₃ ≠L₃₅ ≠L₃₇ ≠L₃₉ ≠L₄₁ 。故，在本實施例中，只要加熱腔室110夠大, 則加熱腔室110中即可具有足夠的多重固有模態數目，使得該六個縱向波導波管151~156所激發的多重固有模態可為不同。

同理，六個橫向波導波管161~166的長度L₃₂ 、L₃₄ 、L₃₆ 、L₃₈ 、L₄₀ 、L₄₂ 皆相異。也就是，L₃₂ ≠L₃₄ ≠L₃₆ ≠L₃₈ ≠L₄₀ ≠L₄₂ 。因此，只要加熱腔室110中的多重固有模態數夠多，即可使得六個橫向波導波管161~166所激發的多重固有模態為不同。因此，本實施例的實施方式可達到均勻加熱的目的。在本實施例中，阻抗匹配器(未繪示)並非是必要元件，但可在下列情況發生時使用：(1).當微波發射機131~142承受的反射功率甚大時，可藉由阻抗匹配器調降之。(2).當某些導波管151~156、161~166所激發的多重模態為同一模態時，可藉由調整阻抗匹配器，使其激發不同模態。

圖1B-1、圖1B-2、圖1B-3、圖1B-4、圖1B-5以及圖1B-6是依照本發明第一實施例的多重模態微波加熱裝置的電源電路配置圖。其中，在一實施例中，圖1B-1、圖1B-2以及圖1B-3的電源電路配置的目的是為了使圖1A-1、圖1A-2的微波發射機131~142得以依時間順序(時序控制、或稱時序操作方法，Serial mode)發射微波，彼此互不干涉。此外，本實施例的電源電路的實施方法乃是使用如圖1B-1所示的工業用的三相交流電源170，其以圖1B-2的△接電源172並聯圖1B-3所示的Y接電源174分別供電於半波整流電源供應器190。然後，藉由半波整流電源供應器190供電至各個微波發射機131~142。詳細而言，工業用的三相交流電源170的三個接點分別以R、S、T表示，故可提供R-S、S-T、T-R三重相位之電力，並且彼此時域相位相差120度。此外，經由半波整流，可以產生R-S、S-T、T-R、S-R、T-S、R-T六重相位之電力，並且彼此時域相位相差60度，以形成△接電源172。

此外，如圖1B-1的圖式所示，三相交流電源170上可以選取一共接點C，從而產生R-C、S-C、T-C三重相位之電力，並且彼此時域相位相差120度。此外，經由半波整流，可以產生R-C、S-C、T-C、C-R、C-S、C-T六重相位之電力，並且彼此時域相位相差60度，以形成Y接電源174。因此，△接電源172並聯Y接電源174，再經由半波整流，共可產生R-S、R-C、S-T、S-C、T-R、T-C、S-R、C-R、T-S、C-S、R-T、C-T十二重相位的電力，並且彼此時域相位相差30度。前述十二重相位的電力可分別為圖1B-2與圖1B-3, 其中共有十二個半波整流電源供應器190。圖1B-2與圖1B-3中的每個半波整流電源供應器190如圖1B-4所示，其中包含有電容器191，例如一可變電容器。藉由調整每個半波整流電源供應器190的電容器191之電容值，能使所連接的微波發射機131~142發出的微波波形頻寬擴大到產生複數重疊耦合(coupling)，即可達成微波模態的倍增。請參照圖1B-5，其顯示時序控制配合耦合控制(Coupling mode)的操作方法。

具體而言，當調整過電容值的十二個半波整流電源供應器190分別供應電力至十二個微波發射機131~142，使得十二個微波發射機131~142得以依時間順序(時序控制)發射微波，十二個導波管可產生二十四個模態，也就是如圖1B-5所示的二十四重相位；也就是說，微波模態倍增了24個，因此從12個模態增加成為36個模態，故，二十四個導波管總計產生七十二個模態。藉由倍增微波模態數量，耦合控制的操作方法較時序控制倍增了加熱效率以及均勻度。

此外，由於十二個微波發射機131~142是以依時間順序(時序控制)發射微波，並且在同一時間內，僅有一個微波發射機發射微波。因此，在未裝置隔離器的情形之下，各微波發射機131~142之間並無互相干涉而鎖模(mode lock)的可能。故，微波發射機131~142的效率不會降低。同時，只要每個微波發射機131~142所對應的導波管151~156、161~166皆激發加熱腔室110的多重固有模態，既使在不裝置隔離器的情形下，各微波發射機131~142承受的反射功率也不至過大。因此，微波發射機131~142效率不會降低。此外，由於本實施例的配置方式不需另外裝置隔離器，因此可排除干涉功率耗損的情形，進而提升多重模態微波加熱裝置100的加熱效率。

又一實施例中，當半波整流電源供應器的電容值持續調整使得微波發射機發出的微波功率波形頻寬擴大到產生更多複數重疊耦合，例如倍增達48個，如圖1B-6所示，則從12個模態便增加成為60個模態，故，二十四個導波管總計可產生一百二十個模態。

圖2A是依照本發明的第一實施例的多重縱向奇模態的激發方式的示意圖。第一微波發射機131可經由同相位等功率分配器180及兩個縱向波導波管151a輸入微波至加熱腔室110中。縱向波導波管151a與加熱腔室110的連接處定義為微波輸入埠(port)，如圖2A所示，以細箭頭符號標註，並且分別以輸入埠111a與輸入埠111b標示之。在輸入埠111b與同相位等功率分配器180之間可裝置180度相位移轉器185。但是，輸入埠111a與同相位等功率分配器180之間則未裝置180度相位移轉器185。因此，抵達輸入埠111a的縱向電場相位與抵達埠111b的縱向電場相位相差180度(其縱向電場極化方向分別以⊙與.. 符號標示之，以表示電場極化方向垂直xy平面，並且相位相差180度)。因此，在加熱腔室110的中央線(x軸)上將形成破壞性干涉，稱之為多重縱向奇模態。多重縱向奇模態的縱向電場強度分布經由模擬器模擬的結果如圖2A中的右方圖式所示。在本實施例中，阻抗匹配器(未繪示)並非是必要元件，但可在下述情況發生時使用：當微波發射機131承受的反射功率較大時，可在微波發射機131與同相位等功率分配器180之間裝置阻抗匹配器，從而調降反射功率。

圖2B是依照本發明的第一實施例的多重縱向偶模態的激發方式的示意圖。在本實施例中，第三微波發射機133可經由同相位等功率分配器180及兩個縱向波導波管152a輸入微波至加熱腔室110中。縱向波導波管152a與加熱腔室110的連接處定義為微波輸入埠，以細箭頭號標註，並且分別以輸入埠112a與輸入埠112b標示之。在本實施例中，只要兩個縱向波導波管152a同長，則抵達輸入埠112a的縱向電場相位與抵達輸入埠112b的縱向電場電位相同(其縱向電場極化方向皆以⊙符號標示之)。因此，在加熱腔室110的中央線(y軸)上將形成建設性干涉，稱之為多重縱向偶模態。縱向電場強度分布經由模擬器模擬的結果如圖2B中的右方圖式所示。 當然，阻抗匹配器(未繪示)並非是本實施例的必要元件，但可在下述情況發生時使用︰當微波發射機133承受的反射功率甚大時，可在微波發射機133與同相位等功率分配器180之間裝置阻抗匹配器，從而調降反射功率。

圖2C是依照本發明的第一實施例的多重橫向奇模態的激發方式的示意圖。在本實施例中，第二微波發射機132可經由同相位等功率分配器180及兩個橫向波導波管161a輸入微波至加熱腔室110中。 橫向波導波管161a與加熱腔室110連接處定義為微波輸入埠，以細箭頭符號標註，並分別以輸入埠113a與輸入埠113b標示之。輸入埠113b與同相位等功率分配器180之間可裝置180度相位移轉器185，但輸入埠113a與同相位等功率分配器180之間則未裝置180度相位移轉器185。因此，抵達輸入埠113a的橫向電場相位與抵達輸入埠113b的橫向電場相位之間相差180度(圖2C中，橫向電場以粗箭頭符號標示之，箭頭方向相反表示相位相差180度，並且方向皆與x’y’平面平行)。因此，在加熱腔室110的中央線(z軸)上將形成破壞性干涉，稱之為多重橫向奇模態。橫向電場強度分布經由模擬器模擬的結果如圖2C中的右方圖式所示。在本實施例中，阻抗匹配器並非必要元件，但可在下述情況發生時可使用：當微波發射機132承受的反射功率較大時，可在微波發射機132與同相位等功率分配器180之間裝置阻抗匹配器，從而調降反射功率。

圖2D是依照本發明的第一實施例的多重橫向偶模態的激發方式的示意圖。第四微波發射機134可經由同相位等功率分配器180及兩個橫向波導波管162a輸入微波至加熱腔室110中。橫向波導波管162a與加熱腔室110的連接處定義為微波輸入埠，以細箭頭符號標註之，並且分別以輸入埠114a及輸入埠114b標示之。在本實施例中，只要兩個橫向波導波管162a同長，則抵達輸入埠114a的橫向電場與抵達輸入埠114b的橫向電場的相位相同(在圖2D中，橫向電場皆以粗箭頭符號標示之)。因此，加熱腔室110的中央線(z軸)上將形成建設性干涉，其可被稱為多重橫向偶模態。橫向電場強度分布經由模擬器模擬之結果如圖2D中的右方圖式所示。當然，在本實施例中，阻抗匹配器並非必要元件，但可在下列情況發生時使用：當微波發射機134承受的反射功率甚大時，可在微波發射機134與同相位等功率分配器180之間裝置阻抗匹配器，從而調降反射功率。

圖2E是依照本發明的第一實施例的合併多重縱向奇模態與多重縱向偶模態的激發方式的示意圖。如圖2E所示，本實施例是合併圖2A的多重縱向奇模態與圖2B的多重縱向偶模態。舉例而言，在圖2E中，多重縱向奇模態的兩個輸入埠111a與111b在y軸上。此外，多重縱向偶模態的兩個輸入埠112a與112b在x軸上。多重縱向奇模態與多重縱向偶模態兩者正交，故保有x方向與y方向上之對稱性。

圖2F是依照本發明的第一實施例的合併多重橫向奇模態與多重橫向偶模態的激發方式的示意圖。如圖2F所示，本實施例是合併圖2C的多重橫向奇模態及圖2D的多重橫向偶模態。舉例而言，在圖2F中，多重橫向奇模態的兩個輸入埠113a與113b在y’軸上。此外，多重橫向偶模態的兩個輸入埠114a與114b在x’軸上。多重橫向偶模態與多重橫向奇模態兩者正交，故保有x’方向與y’方向上的對稱性。再者，多重橫向模態與多重縱向模態彼此正交，故保有x方向與y方向之對稱性。在本實施例中，x'y’座標為xy座標繞z軸旋轉45度的新座標。

圖2G是依照本發明的第一實施例的合併多重縱向奇模態、多重縱向偶模態、多重橫向奇模態以及多重橫向偶模態的激發方式的示意圖。在本實施中，第一組多重縱向奇模態、多重縱向偶模態、多重橫向奇模態以及多重橫向偶模態之輸入埠分別為：輸入埠111a、輸入埠111b、輸入埠112a、輸入埠112b、輸入埠113a, 輸入埠113b、輸入埠114a以及輸入埠114b。為求簡明起見，圖2G僅標示上述八個輸入埠及電場極化方向，上述的八個輸入埠所對應的四個微波發射機則未繪出。

圖2H是依照本發明的第二實施例的多重模態微波加熱裝置的立體透視圖。在圖2H中，細箭頭表示微波輸入方向，而以粗箭頭表示電場極化方向。本實施例的多重模態微波加熱裝置200合併了三組多重縱向奇模態、多重縱向偶模態、多重橫向奇模態以及多重橫向偶模態的激發方式。第一組的多重縱向奇模態、多重縱向偶模態、多重橫向奇模態以及多重橫向偶模態的輸入埠分別為：輸入埠201a、輸入埠201b、輸入埠202a、輸入埠202b、輸入埠203a、輸入埠203b、輸入埠204a以及輸入埠204b。前述的輸入埠分別由加熱腔室210的中段輸入微波。第二組的多重縱向奇模態、多重縱向偶模態、多重橫向奇模態以及多重橫向偶模態的輸入埠分別為：輸入埠205a、輸入埠205b、輸入埠206a、輸入埠206b、輸入埠207a、輸入埠207b、輸入埠208a、輸入埠208b。前述的輸入埠分別由加熱腔室210的上段輸入微波。第三組多重縱向奇模態、多重縱向偶模態、多重橫向奇模態以及多重橫向偶模態的輸入埠分別為：輸入埠209a、輸入埠209b、輸入埠210a、輸入埠210b、輸入埠211a、輸入埠211b、輸入埠212a以及輸入埠212b.。前述的輸入埠分別由加熱腔室210下段輸入微波。為求簡明起見，圖2H僅標示上述二十四個輸入埠以及電場極化方向，而上述輸入埠所對應的十二個微波發射機則未繪出。

本實施例的電源電路配置與圖1B-1的第一實施例相同。因此，本實施例的十二個微波發射機得以依時間順序(時序控制)發射微波。在同一時段內，僅有一個微波發射機發射微波。因此，在無需裝置隔離器的情形下，各微波發射機之間並無相互干涉而鎖模的可能。因此，微波發射機的效率不會降低。同時，只要每個微波發射機所對應的導波管皆激發加熱腔室210的多重固有模態，則在無需裝置隔離器的情形下，即可使微波發射機所承受的反射功率不致過大。此外，由於本實施例的配置方式，無需另外配置隔離器，從而排除來自於其他微波發射機的功率耗損，進而提升加熱效率。

圖3A是依照本發明的第三實施例的多重模態微波加熱裝置的示意圖。六個微波發射機331~336分別與六個縱向導波管351~356，以間隔60度角的方式連結至加熱腔室310，六個縱向導波管351~356的長度L₁ 、 L₂ 、 L₃ 、 L₄ 、L₅ 、L₆ 各不相同，並且滿足L₆ -L₅ = L₅ -L₄ = L₄ -L₃ = L₃ -L₂ = L₂ -L₁ = λ_g /12。也就是，相鄰的縱向導波管351~356之間的長度差為導波管波長λ_g 的十二分之一，使得各微波發射機331~336與其相連接的縱向導波管351~356的接面處(定義為本實施例的輸入埠)的輸入阻抗Z_in1 、Z_in2 、Z_in3 、Z_in4 、Z_in5 、Z_in6 各不相同。也就是，Z_in1 ≠Z_in2 ≠Z_in3 ≠Z_in4 ≠Z_in5 ≠Z_in6 ，從而造成各發射機的頻率牽引程度各不相同。在本實施例中，只要加熱腔室310夠大，則其多重固有模態數就夠多，使得各個被牽引頻率略不相同的微波發射機331~336連通相對應的導波管351~356，其所激發的多重固有模態各不相同，進而達到多重模態均勻加熱的目的。

圖3B是圖3A的縱向電場強度分布的模擬結果的示意圖。由於六個微波發射機331~336中當某一個微波發射機輸入微波的同時，其他五個微波發射機是休止的，故每次僅設定一個輸入埠輸入微波，其餘五個輸入埠則設為短路面。舉例而言，如圖3B中左上方的圖式所示，微波可經由輸入埠311輸入微波，而其餘五個輸入埠312~316則設為短路面。圖3B模擬結果顯示，圖3A中各個頻率略不相同的微波發射機331~336連通相對應的縱向導波管351~356，其所激發的多重固有模態各不相同。

在本實施例中，電源電力的配置可依照圖1B-1的第一實施例，以工業用的三相交流電源170選擇△接電源172或Y接電源174供電於六個半波整流電源供應器190，再由六個半波整流電源供應器190供電至六個微波發射機331~336。

圖3C是依照本發明的第三實施例的另一實施方式的示意圖。在本實施例中，12個微波發射機431~442分別以六個縱向導波管451~456及六個橫向導波管461~466，並以間隔30度角的方式連結至加熱腔室410。縱向導波管451~456的長度L₁₂ 、L₁₄ 、L₁₆ 、L₁₈ 、L₂₀ 、L₂₂ 各不相同，但滿足L₂₂ -L₂₀ = L₂₀ -L₁₈ = L₁₈ -L₁₆ = L₁₆ -L₁₄ = L₁₄ -L₁₂ = λ_g /12。也就是，相鄰的縱向導波管451~456的長度差為導波管波長λ_g 的十二分之一，使得各微波發射機432、434、436、438、440、442與其相連結的縱向導波管451~456的接面處(定義為本實施例的輸入埠)的輸入阻抗Z_in12 、Z_in14 、Z_in16 、Z_in18 、Z_in20 、Z_in22 各不相同，亦即Z_in12 ≠Z_in14 ≠Z_in16 ≠Z_in18 ≠Z_in20 ≠Z_in22 ，從而造成各微波發射機432、434、436、438、440、442的頻率牽引程度各不相同。

同理，本實施方式的橫向導波管461~466的長度L₁₃ 、L₁₅ 、L₁₇ 、L₁₉ 、L₂₁ 也各不相同, 其滿足L₂₁ -L₁₉ = L₁₉ -L₁₇ = L₁₇ -L₁₅ = L₁₅ -L₁₃ = L₁₃ -L₁₁ = λ_g /12。也就是，相鄰的橫向導波管461~466的長度差為導波管波長λ_g 的十二分之一，使得各微波發射機431、433、435、437、439、441與其相連結的橫向導波管461~466接面處(定義為此實施例的輸入埠)的輸入阻抗Z_in11 、Z_in13 、Z_in15 、Z_in17 、Z_in19 、Z_in21 各不相同，亦即Z_in11 ≠Z_in13 ≠Z_in15 ≠Z_in17 ≠Z_in19 ≠Z_in21 ，從而造成各微波發射機431、433、435、437、439、441的頻率牽引程度各不相同。因此，在本實施方式中，只要加熱腔室410夠大，則其多重固有模態數就夠多，可使得各個被牽引頻率之程度略不相同的微波發射機431~442連通相對應的導波管451~456、461~466，其所激發的多重固有模態各不相同，進而達到多重模態均勻加熱的目的。

本實施方式的電源電力配置可完全依照圖1B-1的第一實施例，以工業用的三相交流電源170以△接電源172並聯Y接電源174供電於至十二個半波整流電源供應器(未繪示)，再由該十二個半波整流電源供應器供電至該十二個微波發射機431~442。

圖4是依照本發明的第四實施例的多重模態微波加熱裝置的示意圖。本實施例概述多重模態微波加熱裝置500以捲軸570對捲軸(roll to roll)連續式地帶動輸送帶575以輸送被加熱物件50沿圖4中的箭頭方向前進的加熱實施方法。多重模態微波加熱裝置500可具有多個(圖4僅舉例繪示三個)加熱腔室511、512、513以及多組(圖4僅舉例繪示三組)十二重微波發射機531、532、533，其分別具有十二個微波發射機1~12、1’~12’、1’’~12’’，並且每一組微波發射機分別搭配六個縱向導波管以及六個橫向導波管(未繪示)。在本實施例中，每一組的導波管與加熱腔室511、512、513的連結接方式可參考上述的多個實施例並且擇一而實施之。此外，加熱腔室511、512、513與的出入口以及其之間可配置多個低通濾波器580，以遏止高頻微波洩漏至外界或干涉相鄰的腔室中的多重固有模態。

在本實施例中，電源電力配置的方式可依照圖1B-1中的第一實施例，以工業用的三相交流電源170選擇△接電源172或Y接電源174供電於每組十二個半波整流電源供應器，再由十二個半波整流電源供應器供電至每一組十二重微波發射機。由於每個加熱腔室511、512、513之間藉由低通濾波器580阻隔微波干涉，故每組的發射機之間並無干涉而導致磁控管鎖模(mode lock)的可能，以確保每個微波發射機的效率以及多重固有模態的多樣性。

圖5說明依照本發明的第五實施例的微波加熱裝置的操作方法之步驟圖。

於步驟S101中，在加熱腔室中的容置空間提供一載台，載台的一平面用以承載一微波受熱物件。

於步驟S102中，於加熱腔室外設置多個微波發射機用以發射微波。

於步驟S103中，設置多個半波整流電源供應器，耦接至所述多個微波發射機，所述半波整流電源供應器各別包含有電容器，所述電容器例如為一可變電容器。至於半波整流電源供應器的個數與操作可參照以上實施例，故不再贅述。

於步驟S104中，於加熱腔室與相應的微波發射機之間，分別連接縱向波導波管與橫向波導波管，其中各縱向波導波管中的電場極化方向垂直於載台的上述平面，各橫向波導波管中的電場極化方向平行於載台的上述平面。至於縱向波導波管與橫向波導波管的設置可參照以上實施例，故不再贅述。

於步驟S105中，調整所述多個半波整流電源供應器各別電容器的電容值，使所連接的微波發射機發出的微波波形頻寬擴大到產生複數重疊耦合，達成微波模態的倍增。

於步驟S106中，經由半波整流電源供應器供應電力至微波發射機，使微波藉由縱向波導波管與橫向波導波管傳遞至加熱腔室中，並於加熱腔室中形成多重微波模態，加熱所述微波受熱物件。

圖6說明依照本發明的第六實施例的半導體摻雜物質之微波退火製程步驟。

於步驟S201中，對一具有摻雜物質之半導體元件，提供一個微波加熱裝置，如以上實施例所述的微波加熱裝置。

於步驟S202中，調整微波加熱裝置之半波整流電源供應器的電容器之電容值，使所連接的微波發射機發出的微波波形頻寬擴大到產生複數重疊耦合，達成微波模態的倍增。

於步驟S203中，經由半波整流電源供應器供應電力至微波發射機，使微波藉由縱向波導波管與橫向波導波管傳遞至微波加熱裝置之加熱腔室中，並於加熱腔室中形成多重微波模態，對一具有摻雜物質之半導體元件進行退火製程。

以下列舉實驗來驗證本發明的功效，但本發明並不侷限於以下的內容。

實驗例：微波退火製程之微波波形無耦合與有耦合的操作方法結果比較。

在此實驗例中，使用12吋晶圓進行砷(As)之摻雜(退火製程)，採用頻率2.45GHz微波頻率；分別對操作方法(1)時序控制模式(依時間順序發射微波，Serial mode)以及操作方法(2)時序配合耦合控制模式(使微波發射機發出的微波波形頻寬擴大到產生複數重疊耦合，達成微波模態的倍增，Coupling mode)，進行各項製程品質的比較，結果顯示於下表一。

表一

由表一可知，在(2)之耦合操作方法下，較(1)之時序操作方法，微波退火時間減少約20%、片電阻值降低約達2.5%，且加熱均勻性提升(不均勻性降低約80%)。

綜上所述，在本發明中，微波發射機藉由縱向波導波管與橫向波導波管連接於加熱腔室，用以輸入微波至加熱腔室內，並於加熱腔室中形成多重固有模態，進而達到均勻加熱的目的。三相交流電源可供應電力至半波整流電源供應器，半波整流電源供應器再分別供應電力至該些微波發射機。藉由加大半波整流電源供應器之電容值，微波波形輸出頻寬加大，使前後波形有所重疊形成耦合，較原先倍增模態數；微波模態數越多，對加熱工件的均勻性就越佳，亦即可增加晶圓摻雜退火製程或工件之微波加熱之效率與均勻性。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

50‧‧‧被加熱物件

100、200、500‧‧‧多重模態微波加熱裝置

110、210、310、410‧‧‧加熱腔室

111a~114a、111b~114b、201a~212a、201b~212b、311~316‧‧‧輸入埠

120‧‧‧旋轉及升降機構

125、325‧‧‧載台

1~12、1’~12’、1’’~12’’、131~142、331~336、431~442‧‧‧微波發射機

151~156、151a、152a‧‧‧縱向波導波管

161~166、161a、162a‧‧‧橫向波導波管

170‧‧‧三相交流電源

172‧‧‧△接電源

174‧‧‧Y接電源

180‧‧‧同相位等功率分配器

185‧‧‧180度相位移轉器

190‧‧‧半波整流電源供應器

191‧‧‧電容器

351~356、451~456‧‧‧縱向導波管

461~466‧‧‧橫向導波管

570‧‧‧捲軸

575‧‧‧輸送帶

580‧‧‧低通濾波器

h₁~ h₁₂‧‧‧高度

L₁~ L₆、L₁₁~ L₂₂、L₃₁~ L₄₂‧‧‧長度

S101~S106、S201~S203‧‧‧流程

Z_in1~Z_in6、Z_in11~ Z_in22‧‧‧輸入阻抗

λ_g‧‧‧導波管波長

圖1A-1、圖1A-2是依照本發明第一實施例的多重模態微波加熱裝置的示意圖。 圖1B-1、圖1B-2、圖1B-3、圖1B-4、圖1B-5、圖1B-6是依照本發明的第一實施例的多重模態微波加熱裝置的電源電路配置圖。 圖2A是依照本發明的第一實施例的多重縱向奇模態的激發方式的示意圖。 圖2B是依照本發明的第一實施例的多重縱向偶模態的激發方式的示意圖。 圖2C是依照本發明的第一實施例的多重橫向奇模態的激發方式的示意圖。 圖2D是依照本發明的第一實施例的多重橫向偶模態的激發方式的示意圖。 圖2E是依照本發明的第一實施例的合併多重縱向奇模態與多重縱向偶模態的激發方式的示意圖。 圖2F是依照本發明的第一實施例的合併多重橫向奇模態與多重橫向偶模態的激發方式的示意圖。 圖2G是依照本發明的第一實施例合併多重縱向奇模態、多重縱向偶模態、多重橫向奇模態以及多重橫向偶模態的激發方式的示意圖。 圖2H是依照本發明的第二實施例的多重模態微波加熱裝置的之立體透視圖。 圖3A是依照本發明的第三實施例的多重模態微波加熱裝置的示意圖。 圖3B是圖3A的縱向電場強度分布的模擬結果的示意圖。 圖3C是依照本發明的第三實施例的另一實施方式的示意圖。 圖4是依照本發明的第四實施例的多重模態微波加熱裝置的示意圖。 圖5是依照本發明的第五實施例的微波加熱裝置的操作方法之步驟圖。 圖6是依照本發明的第六實施例的半導體摻雜物質之微波退火製程步驟圖。

Claims (20)

1. 一種微波加熱裝置的操作方法，包括： 在一加熱腔室中設置一容置空間； 提供一載台於該容置空間中，該載台具有一平面，用以承載至少一微波受熱物件； 於該加熱腔室外設置多個微波發射機，用以發射微波； 設置多個半波整流電源供應器，分別耦接至該些微波發射機，該些半波整流電源供應器中的每一個包含有一電容器； 於該加熱腔室與相應的該些微波發射機之間，分別連接多個縱向波導波管與多個橫向波導波管，各該縱向波導波管中的電場極化方向垂直於該載台的該平面，各該橫向波導波管中的電場極化方向平行於該載台的該平面； 調整該些半波整流電源供應器中該電容器的電容值，使該些微波發射機發出的微波波形頻寬擴大至產生複數重疊耦合；以及 經由該些半波整流電源供應器供應電力至該些微波發射機，使所述微波藉由該些縱向波導波管與該些橫向波導波管傳遞至該加熱腔室中，並於該加熱腔室中形成多重微波模態。
2. 如申請專利範圍第1項所述的操作方法，其中該些縱向波導波管分別以等功率的形式，分成兩個縱向波導波管，並且彼此相向且對稱地連接於該加熱腔室，以傳遞具有相反的電場相位的所述微波至該加熱腔室的內部，用以於該加熱腔室形成多重縱向奇模態。
3. 如申請專利範圍第1項所述的操作方法，其中該些縱向波導波管分別以等功率的形式，分成兩個縱向波導波管，並且彼此相向且對稱地連接於該加熱腔室，以傳遞具有相同的電場相位的所述微波至該加熱腔室的內部，用以於該加熱腔室中形成多重縱向偶模態。
4. 如申請專利範圍第1項所述的操作方法，其中該些橫向波導波管分別以等功率的形式，分成兩個橫向波導波管，並且彼此相向且對稱地連接於該加熱腔室，以傳遞具有相反的電場相位的所述微波至該加熱腔室的內部，用以於該加熱腔室中形成多重橫向奇模態。
5. 如申請專利範圍第1項所述的操作方法，其中該些橫向波導波管分別以等功率的形式，分成兩個橫向波導波管，並且彼此相向且對稱地連接於該加熱腔室，以傳遞具有相同的電場相位的所述微波至該加熱腔室的內部，用以於該加熱腔室中形成多重橫向偶模態。
6. 如申請專利範圍第1項所述的操作方法，其中該些縱向波導波管以彼此間隔一固定角度連接於該加熱腔室與相應的該些微波發射機之間，以傳遞所述微波至該加熱腔室的內部，用以於該加熱腔室中形成多重橫向偶模態，其中彼此相鄰的該些導波管的長度差為導波管波長的二分之一再除以該些縱向波導波管個數。
7. 如申請專利範圍第1項所述的操作方法，其中該些橫向波導波管以彼此間隔一固定角度連接於該加熱腔室與相應的該些微波發射機之間，以傳遞所述微波至該加熱腔室的內部，用以於該加熱腔室中形成多重縱向偶模態，其中彼此相鄰的該些導波管的長度差為導波管波長的二分之一再除以該些橫向波導波管個數。
8. 如申請專利範圍第1項所述的操作方法，其中該些半波整流電源供應器係為十二個，且調整該電容值之前更包括使用工業用三相電源的三個接點R、S、T以△接電源的形式，分別形成R-S、S-T、T-R、S-R、T-S、R-T六相電力提供給該十二個半波整流電源供應器中的六個。
9. 如申請專利範圍第8項所述的操作方法，其中調整該電容值之前更包括使用該工業用三相電源的三個接點R、S、T以Y接電源的形式共接於一C接點，以分別形成為R-C、S-C、T-C、C-R、C-S、C-T六相電力提供給該十二個半波整流電源供應器中的另外六個。
10. 如申請專利範圍第1項所述的操作方法，其中該些半波整流電源供應器係為十二個，且調整該電容值之前更包括使用工業用三相電源的三個接點R、S、T以△接電源並聯Y接電源的形式，分別形成R-S、R-C、S-T、S-C、T-C、T-R、C-R、S-R、C-S、T-S、R-T、C-T十二相電力提供給該十二個半波整流電源供應器。
11. 如申請專利範圍第1項所述的操作方法，其中該電容器為一可變電容器。
12. 一種半導體摻雜物質之微波退火製程，包括： 提供一個微波加熱裝置，其包含有： 一加熱腔室，具有一容置空間； 一載台，設置於該容置空間中，該載台具有一平面，用以承載至少一被加熱物件，該被加熱物件係為一具有摻雜物質之半導體元件； 多個微波發射機，設置於該加熱腔室外，用以發射微波； 多個半波整流電源供應器，分別耦接至該些微波發射機，該些半波整流電源供應器中的每一個包含有一電容器；以及 多個縱向波導波管與多個橫向波導波管，分別連接於該加熱腔室與相應的該些微波發射機之間，各該縱向波導波管中的電場極化方向垂直於該載台的該平面，各該橫向波導波管中的電場極化方向平行於該載台的該平面； 調整該些半波整流電源供應器中的該電容器的電容值，使該些微波發射機發出的微波波形頻寬擴大至產生複數重疊耦合，倍增微波模態數；以及 經由該些半波整流電源供應器供應電力至該些微波發射機，使所述微波藉由該些縱向波導波管與該些橫向波導波管傳遞至該加熱腔室中，並於該加熱腔室中形成多重微波模態，對該具有摻雜物質之半導體元件進行退火製程。
13. 一種多重模態微波加熱裝置的製程，包括： 提供一個微波加熱裝置，其包含有： 一加熱腔室，具有一容置空間； 一載台，設置於該容置空間中，該載台具有一平面，用以承載至少一被加熱物件； 多個微波發射機，設置於該加熱腔室外，用以發射微波； 多個半波整流電源供應器，分別耦接至該些微波發射機，該些半波整流電源供應器中的每一個包含有一電容器； 以及 多個縱向波導波管與多個橫向波導波管，分別連接於該加熱腔室與相應的該些微波發射機之間，各該縱向波導波管中的電場極化方向垂直於該載台的該平面，各該橫向波導波管中的電場極化方向平行於該載台的該平面； 調整該些半波整流電源供應器中該電容器的電容值，使該些微波發射機發出的微波波形頻寬擴大至產生複數重疊耦合，倍增微波模態數；以及 經由該些半波整流電源供應器供應電力至該些微波發射機，使所述微波藉由該些縱向波導波管與該些橫向波導波管傳遞至該加熱腔室中，並於該加熱腔室中形成多重微波模態。
14. 如申請專利範圍第12或13項所述的製程，其中該些縱向波導波管分別以等功率的形式，分成兩個縱向波導波管，並且彼此相向且對稱地連接於該加熱腔室，以傳遞具有相反的電場相位的所述微波至該加熱腔室的內部，用以於該加熱腔室中形成多重縱向奇模態。
15. 如申請專利範圍第12或13項所述的製程，其中該些縱向波導波管分別以等功率的形式，分成兩個縱向波導波管，並且彼此相向且對稱地連接於該加熱腔室，以傳遞具有相同的電場相位的所述微波至該加熱腔室的內部，用以於該加熱腔室中形成多重縱向偶模態。
16. 如申請專利範圍第12或13項所述的製程，其中該些橫向波導波管分別以等功率的形式，分成兩個橫向波導波管，並且彼此相向且對稱地連接於該加熱腔室，以傳遞具有相反的電場相位的所述微波至該加熱腔室的內部，用以於該加熱腔室中形成多重橫向奇模態。
17. 如申請專利範圍第12或13項所述的製程，其中該些橫向波導波管分別以等功率的形式，分成兩個橫向波導波管，並且彼此相向且對稱地連接於該加熱腔室，以傳遞具有相同的電場相位的所述微波至該加熱腔室的內部，用以於該加熱腔室中形成多重橫向偶模態。
18. 如申請專利範圍第12或13項所述的製程，其中該些縱向波導波管以彼此間隔一固定角度連接於該加熱腔室與相應的該些微波發射機之間，以傳遞所述微波至該加熱腔室的內部，用以於該加熱腔室中形成多重橫向偶模態，其中彼此相鄰的該些導波管的長度差為導波管波長的二分之一再除以該些縱向波導波管個數； 其中該些橫向波導波管以彼此間隔一固定角度連接於該加熱腔室與相應的該些微波發射機之間，以傳遞所述微波至該加熱腔室的內部，用以於該加熱腔室中形成多重縱向偶模態，其中彼此相鄰的該些導波管的長度差為導波管波長的二分之一再除以該些橫向導波管個數； 其中該些半波整流電源供應器係為十二個，且調整該電容器值之前更包括： 使用工業用三相電源的三個接點R、S、T以△接電源的形式，分別形成R-S、S-T、T-R、S-R、T-S、R-T六相電力提供給該十二個半波整流電源供應器中的六個；以及 使用該工業用三相電源的三個接點R、S、T以Y接電源的形式共接於一C接點，以分別形成為R-C、S-C、T-C、C-R、C-S、C-T六相電力提供給該十二個半波整流電源供應器中的另外六個。
19. 如申請專利範圍第12或13項所述的製程，其中該些半波整流電源供應器係為十二個，且調整該電容值之前更包括使用工業用三相電源的三個接點R、S、T以△接電源並聯Y接電源的形式，分別形成R-S、R-C、S-T、S-C、T-C、T-R、C-R、S-R、C-S、T-S、R-T、C-T十二相電力提供給該十二個半波整流電源供應器。
20. 如申請專利範圍第12或13項所述的製程，其中該電容器為一可變電容器。