TWI872501B

TWI872501B - 複合式快速退火裝置與方法

Info

Publication number: TWI872501B
Application number: TW112112357A
Authority: TW
Inventors: 寇崇善
Original assignee: 明遠精密科技股份有限公司
Priority date: 2023-03-30
Filing date: 2023-03-30
Publication date: 2025-02-11
Also published as: JP7604564B2; TW202439455A; JP2024143963A

Abstract

一種複合式快速退火裝置，包含兩電極、一加熱腔、一感應加熱裝置以及一介電加熱裝置，其中至少一待加工物係放置於兩電極之間，且位於加熱腔之腔室中。在複合式快速退火方法中，複合式快速退火裝置之感應加熱裝置係對待加工物進行感應加熱步驟。當待加工物之導電率因溫度升高而降低時，兩電極可加熱待加工物，且介電加熱裝置也可對待加工物進行介電加熱步驟，藉此可使得待加工物維持一定的加熱速率。

Description

複合式快速退火裝置與方法

本發明是有關於一種退火裝置與方法，特別是有關於一種複合式快速退火裝置與方法。

碳化矽(SiC)具有寬帶隙、高擊穿電場、高熱導率和出色的化學惰性使成為製造高溫、高功率和高頻器件的重要半導體材料。而離子注入是製造 SiC半導體元件不可少的技術。同時退火(Annealing)是離子注入後去除晶格損傷和活化注入離子的必要步驟。對於碳化矽而言，需要在大於1,500 °C 的溫度下進行離子注入後退火，才達到製程效果。

傳統退火通常在電阻加熱或低頻感應加熱的陶瓷爐中進行。然而陶瓷爐的加熱/冷卻速率慢(20 °C/min)，這使得在超過1,500 °C以上的溫度下進行碳化矽退火變得困難。因為如果碳化矽在超過1,400 °C的溫度下長時間暴露時，基板表面上組成物質會昇華和再沉積(通常稱為階梯群聚(Step Bunching))，造成碳化矽晶圓(Wafer)表面粗糙度增加，這限制了最大退火溫度。這種對退火溫度的限制可能導致無法充分活化注入離子，從而造成較高的接觸和溝道區電阻。

因此為避免傳統退火技術因加熱速度過慢而導致碳化矽晶圓的表面劣化的問題，快速退火技術的發展成為關鍵。雖然鹵素燈和激光的技術可以達到快速熱處理，但仍存在一些問題，例如最高可達到的退火溫度、表面熔化、殘留缺陷密度大以及植入物的重新分佈。

另一方面，碳化矽能有效的吸收微波能量，運用適當設計的退火系統，微波可以提供碳化矽晶圓非常快的加熱和冷卻速率以及對退火時間的良好控制。微波具有選擇性加熱的特點，因為微波僅被半導體晶圓吸收，而不會被周圍環境吸收，退火加熱速率非常快。同時在退火過程中，碳化矽晶圓周圍的環境的溫度的提升有限，當微波源關閉後碳化矽晶圓冷卻速率可以很高。在與傳統退火技術比較，利用微波進行碳化矽退火，小面積的碳化矽晶圓的加熱結果顯示加熱速率可以超過600 °C/s，溫度可高達 2,000 °C。

然而微波的波長較短，在加熱反應腔中能量分佈不均，進而造成碳化矽晶圓受熱不均的問題，尤其當碳化矽晶圓面積增大時，加熱反應腔體積擴大，退火加熱時的加熱不均勻的問題將更為嚴重。同時所需的微波能量也大幅提高，致使設備更為昂貴。

有鑑於此，本發明之一目的就是在提供一種複合式快速退火裝置與方法，以解決上述傳統技術之諸多問題。

由於以產生交變磁場(Alternating Magnetic Field)之電磁波加熱碳化矽晶圓時，雖可造成渦電流(Eddy Current)以提供感應加熱(Induction Heating，或稱感應式加熱)效果。然而，當溫度超過500度K時，碳化矽晶圓的導電率會快速下降，致使其電阻率上升。而且，由於具有交變電場(Alternating Electric Field)的電磁波亦可藉由產生介電加熱(Dielectric Heating)機制(或稱介質加熱機制)以加熱碳化矽晶圓，其中碳化矽晶圓的介電損耗角正切(Loss tangent)會隨著溫度上升而增加，當溫度上升至超過攝氏約1,000度左右，則介電損耗角正切會快速大幅增加。因此，本發明提出一種複合式的加熱機制，其結合感應加熱機制與介電加熱機制，用以加熱待加工物(Workpiece)，例如碳化矽晶圓等物體。

為達前述目的，本發明提出一種複合式快速退火裝置，包含：兩電極，其中至少一待加工物係放置於該兩電極之間；一加熱腔，具有一腔室，用以至少容置該待加工物；一感應加熱裝置，用以對該加熱腔中之該待加工物進行一感應加熱步驟，其中該感應加熱裝置係經由產生一感應磁場以生成一渦電流於該待加工物中，藉以加熱該待加工物；以及一介電加熱裝置，用以對該加熱腔中之該待加工物進行一介電加熱步驟，其中該介電加熱裝置係經由產生一電場於該兩電極上，藉以加熱位於該兩電極之間之該待加工物。

其中，該感應加熱裝置係對該加熱腔中之該待加工物及該兩電極進行該感應加熱步驟，藉以加熱該待加工物及該兩電極。

其中，該感應加熱裝置及該介電加熱裝置係同時、依序、間歇或交替式分別進行該感應加熱步驟及該介電加熱步驟。

其中，更包含一法拉第遮蔽層設於該加熱腔上，該感應加熱裝置係穿透過該法拉第遮蔽層形成該感應磁場於該加熱腔之該腔室中。

其中，該法拉第遮蔽層係具有複數個開孔之一金屬筒。

其中，該金屬筒係具有一反射面，用以降低該加熱腔之輻射散熱損失。

其中，該金屬筒之該反射面更覆蓋有一反射層。

其中，該兩電極與該待加工物之間具有至少一阻隔層。

其中，該待加工物之數量為複數個，且該些待加工物之間還設有至少一阻隔層。

其中，該阻隔層與該待加工物中之一者為多晶結構，該阻隔層與該待加工物中之另一者為單晶結構。

其中，該感應加熱裝置及該介電加熱裝置係對該待加工物與該阻隔層進行該感應加熱步驟及該介電加熱步驟，藉以加熱該待加工物及該阻隔層。

其中，該待加工物為晶圓。

其中，該待加工物係選自於一導電物及一不導電物所組成之族群。

其中，該兩電極之材質為石墨。

其中，該感應加熱裝置包含一電感線圈纏繞該加熱腔，其中該感應加熱裝置係施加具有一第一預定頻率之一第一交流電磁訊號於該電感線圈上，藉以產生該感應磁場於該待加工物及該兩電極上。

其中，該第一預定頻率之範圍從50 kHz至200 kHz。

其中，該介電加熱裝置係施加具有一第二預定頻率之一第二交流電磁訊號，藉以產生該電場於位於該待加工物之兩側之該兩電極上。

其中，該第二預定頻率之範圍從10MHz至900MHz。

其中，該介電加熱裝置包含一射頻電源及一匹配器，該射頻電源係提供具有該第二預定頻率之該第二交流電磁訊號，該匹配器係電性連接於該射頻電源與該兩電極之間，用以減少該第二交流電磁訊號之反射。

其中，更包含一氣體輸入單元及一抽氣單元分別連通至該加熱腔之該腔室，用以使得該加熱腔之該腔室保持於一預定壓力。

其中，該加熱腔之該預定壓力之範圍從0.1 atm至10 atm。

其中，更包含一測量及控制系統，包含一壓力檢測單元及一控制器，該壓力檢測單元係用以量測該加熱腔之該腔室之一氣壓，該控制器依據該氣壓之數值對應地控制該氣體輸入單元及/或該抽氣單元之運作。

其中，該測量及控制系統還包含一高溫計用以量測該加熱腔之該腔室之溫度。

其中，該加熱腔包含一腔體、一上蓋與一下蓋，該腔體連接於該上蓋與該下蓋之間，藉以於該腔體、該上蓋與該下蓋之間形成該腔室。

其中，該加熱腔之材質為石英管或陶磁管。

為達前述目的，本發明另提出一種複合式快速退火方法，包含：以一感應加熱裝置對至少一待加工物進行一感應加熱步驟，其中該感應加熱裝置係經由產生一感應磁場以生成一渦電流於該待加工物中，藉以加熱該待加工物；以及以一介電加熱裝置對該待加工物進行一介電加熱步驟，其中該介電加熱裝置係經由產生一電場以加熱該待加工物。

其中，該待加工物係承載於兩電極之間，該感應加熱裝置係對該待加工物及該兩電極進行該感應加熱步驟，藉以加熱該待加工物及該兩電極，該介電加熱裝置係產生該電場於該兩電極上，藉以加熱該待加工物。

承上所述，本發明之複合式快速退火裝置與方法，具有以下功效及優點：

(1)結合感應加熱機制及介電加熱機制，故可用於同時加熱導電及不導電之物體，例如可以感應加熱機制使碳化矽晶圓升高溫度，且可於碳化矽晶圓因升高溫度而降低導電率時，以介電加熱機制使碳化矽晶圓升高溫度，藉以使得晶圓維持一定的加熱速率。

(2)感應加熱機制亦可使電極升高溫度，藉以於碳化矽晶圓因升高溫度而降低導電率時，可經由加熱電極以持續加熱碳化矽晶圓，使得碳化矽晶圓維持一定的加熱速率。

(3)電極可作為承載基座及加熱基座使用。

(4)加熱腔具有金屬筒可作為反射層，還可作為法拉第遮蔽層，不僅可降低加熱腔之輻射散熱損失，還可使得交流磁場進入加熱腔中使得晶圓產生渦電流。

(5)具有阻隔層位於電極與晶圓之間或者是位於晶圓與晶圓之間，可防止產生擴散汙染現象，阻隔層亦可作為承載基座及加熱基座使用。

茲為使鈞審對本發明的技術特徵及所能達到的技術功效有更進一步的瞭解與認識，謹佐以較佳的實施例及配合詳細的說明如後。

為利瞭解本創作之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本創作配合圖式，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本創作實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本創作於實際實施上的權利範圍。此外，為使便於理解，下述實施例中的相同元件係以相同的符號標示來說明。

另外，在全篇說明書與申請專利範圍所使用的用詞，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露的內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本創作的用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本創作的描述上額外的引導。

關於本文中如使用“第一”、“第二”、“第三”等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本創作，其僅僅是為了區別以相同技術用語描述的組件或操作而已。

其次，在本文中如使用用詞“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等，其均為開放性的用語，即意指包含但不限於。

本發明為一種複合式快速退火裝置及方法，以待加工物為晶圓(如，碳化矽晶圓)為例，碳化矽的物理特性為在加熱過程等加工程序中，導電率在高溫時快速下降，但電磁波介電吸收率則快速上升。又，其他晶圓材質也有類似或相似特性。因此，本發明採用複合式的加熱機制，包括使用中頻感應加熱(Induction Heating)機制，使晶圓溫度快速升高。對於有摻雜之晶圓而言，當其溫度快速升高至一數值時，則其導電率快速下降，且其導電率會因摻雜濃度或種類之不同而隨著晶圓之溫度變化有不同之改變。因此，本發明採用複合式的加熱機制，還包括使用射頻功率源對導電率快速下降的晶圓進行介電加熱(Dielectric Heating)機制，達到快速晶圓退火的效應。

請參閱圖1至圖5，圖1為本發明之複合式快速退火裝置之一實施態樣之剖面結構示意圖。圖2為本發明之複合式快速退火裝置之法拉第遮蔽層之立體結構示意圖。圖3為本發明之複合式快速退火裝置之介電加熱機制之運作示意圖。圖4為本發明之複合式快速退火裝置之感應加熱機制之運作示意圖。圖5為本發明之複合式快速退火方法之複合式加熱程序之流程示意圖。本發明之複合式快速退火裝置10包含兩電極20、加熱腔30、感應加熱裝置40以及介電加熱裝置50，如圖1所示。待加工物係例如放置於兩電極20之間。舉例而言，電極20係用以承載待加工物，待加工物例如為導電率會隨著溫度升高而下降之材質，或導電率會隨溫度變化而改變之材質，例如晶圓22。待加工物可例如為碳化矽晶圓22或其他材質(如，Si、SiGe、Ge、GaAs、GaN或InP)之晶圓22，且可為處於任何半導體製造過程中任意階段之晶圓，而且無論此待加工物有無摻雜物質或摻雜何種物質均屬於本發明請求保護之範圍。惟，本發明不侷限於此，待加工物亦可例如為其他材質或物體，如晶錠或任何其他需要被加熱之物體。電極20之材質例如為石墨，藉此當晶圓22放置於兩電極20之間時，電極20可做為晶圓22之承載基座，又同時作為可加熱之電極(或稱，加熱基座)使用。因此，電極20亦可選用其他具有類似或相同效果之材質之物體。本發明雖以導電率會隨著溫度升高而下降或導電率會隨溫度變化而改變之待加工物作為說明範例，但非用以侷限本發明之權利範圍。意即，任何物體不論其導電率(或稱，導電性)是否會隨著溫度變化而改變，只要可使用本發明之複合式快速退火裝置10進行加熱，即屬於本發明請求保護之範圍。

本發明之複合式快速退火裝置10係於加熱腔30中對晶圓22進行複合式加熱程序，此複合式加熱程序包含運用感應加熱機制(如圖4所示)及介電加熱機制(如圖3所示)。加熱腔30具有腔室32，用以容置兩電極20及晶圓22。在複合式加熱程序中，本發明之複合式快速退火裝置之感應加熱裝置40係對加熱腔30中之晶圓22及兩電極20進行感應加熱步驟(如圖5之步驟S10所示)。其中，感應加熱裝置40係藉由第一交流電磁訊號(AC)產生交變磁場(Magnetic Field)，且藉由產生具有磁通量(Magnetic Flux，Φ)變化之感應磁場(Induced Magnetic Field)，以生成渦電流(Eddy Current，I _EC)於晶圓22及兩電極20中(如圖4所示)，藉以加熱晶圓22及兩電極20。

在感應加熱機制中，對於待加工物而言，每單位體積產生的加熱能量可以下列方程式表示：p = 。其中，是待加工物之物質的導電率(Conductivity)，𝜔 = 2𝜋𝑓，𝑓 =電磁波頻率，B是交變磁場的強度。對於待加工物為有摻雜(doped)之碳化矽晶圓而言，導電率(即，1/電阻率)會隨著加熱溫度上升而升高，但溫度例如超過500 度K時，導電率則快速下降(即，電阻率上升)。

在本發明之複合式快速退火裝置10之複合式加熱程序中，介電加熱裝置50係對加熱腔30中之晶圓22進行介電加熱步驟(如圖5之步驟S20所示)。介電加熱裝置50係經由產生一電場於兩電極20上，藉以加熱位於兩電極20之間之晶圓22。晶圓22之數量可為一個(如圖3(B)與(C)所示)或複數個(如圖3(A)所示)。此外，兩電極20與晶圓22之間以及兩相鄰的晶圓22之間可依據實際需求而選擇性設置至少一阻隔層24(如圖3(A)與(B)所示)，或省略阻隔層24之設置(如圖3(C)所示)，且兩相鄰之晶圓22之間亦可選擇性具有阻隔層24。其中，阻隔層24之目的在於防止晶圓22之間或晶圓22與電極20之間，因為溫度升高而導致摻雜成分產生越界擴散等汙染現象。其中，阻隔層24之設置亦可作為晶圓22之承載基座及加熱基座使用。其中，阻隔層24亦可選擇性選用可被感應加熱裝置40及介電加熱裝置50加熱之材質。藉此，感應加熱裝置40及介電加熱裝置50可例如同時對晶圓22與阻隔層24進行感應加熱步驟(S10)及介電加熱步驟(S20)，藉以加熱晶圓22及阻隔層24。舉例而言，假使晶圓22之材質為單晶結構(如，單晶碳化矽)，則阻隔物24之成份則例如為多晶結構(如，多晶碳化矽)，反之亦然。即，晶圓22與阻隔物24例如為不同材質。然而，本發明不限於此，只要阻隔層24可發揮阻隔效果，如擴散阻隔效果，無論其為何種材質或是否可被加熱均應屬於本發明請求保護之範圍。為了方便說明本發明之技術手段及技術功效，本發明係以待加工物為晶圓22(例如碳化矽晶圓)，電極20為石墨電極舉例說明，然而任何物質、物體或結構只要可藉由本發明之複合式快速退火裝置進行加熱，均屬於本發明請求保護之範圍。在複合式加熱程序中，感應加熱裝置40及介電加熱裝置50不限於同時、依序、間歇或交替式分別進行感應加熱步驟(步驟S10)及介電加熱步驟(步驟S20)。

本發明之複合式快速退火裝置的加熱機制係採用中頻感應加熱 (induction heating)機制，其原因在於，使用高低頻電磁場的加熱電源的考量因素有兩個方面，第一方面是介質加熱的效率在高頻電磁波的效果比較有效，第二方面是考量電磁波的穿透深度。石墨(graphite)電極20除了做為碳化矽晶圓22的基座同時是加熱電極，主要是利用其對於電磁波的穿透深度在大於10 MHz 時小於400 𝜇𝑚，可做為電極材料，使得在上下電極20間產生交流電場，不致衰減太多。而對低頻電磁波而言，其穿透深度則大於整個由石墨電極20和碳化矽晶圓22構成的加熱基座。換言之，中頻的第一交流電磁訊號可進行有效的整體加熱。尤其石墨可耐高溫且其感應加熱機制的效能高，如此由石墨電極20和碳化矽晶圓22構成的加熱基座的溫度可以快速提升。惟，本發明雖以中頻電磁場舉例，然而本發明之權利範圍並不侷限於此，任何頻率之電磁場只要可應用至本發明中以使石墨電極20和碳化矽晶圓22產生感應式加熱，均屬於本發明請求保護之範圍。

舉例而言，在加熱反應中初期，本發明藉由感應加熱機制可迅速提升石墨電極20及碳化矽晶圓22的溫度，當碳化矽晶圓22的溫度例如高於500度K時，碳化矽的導電率下降，加熱效果變差，但石墨材質之電極20仍受感應式加熱，其溫度仍可維持一定的加熱速率。而在溫度的上升過程中，碳化矽的介電損耗角正切(Loss tangent)持續增加，提升介電加熱的效率。當溫度上升至約攝氏1,000 度左右，則介電損耗角正切大幅上升，故可加速介電加熱之效果。

詳言之，感應加熱裝置40係例如包含電感線圈(Inductance Coil )42纏繞加熱腔30。感應加熱裝置40係藉由施加第一預定頻率之第一交流電磁訊號於電感線圈42上，藉以產生感應磁場於晶圓22及兩電極20上。電感線圈42係由中頻AC電源驅動，第一預定頻率之範圍約從50 kHz至200 kHz，但不限於此。在此實施態樣中，加熱腔30可例如包含腔體34、上蓋36與下蓋38，腔體34連接於上蓋36與下蓋38之間，藉以於腔體34、上蓋36與下蓋38之間形成腔室32。電感線圈42纏繞加熱腔30之腔體34。為能進行感應加熱機制，加熱腔30之腔體34例如為石英或陶磁等材質。介電加熱裝置50之射頻電源52則係經由上蓋36與下蓋38施加第二預定頻率之第二交流電磁訊號於兩電極20上，上蓋36與下蓋38例如由金屬層35及絕熱材料層37組成。然而，本發明不限於此，在其他可行態樣中，本發明之加熱腔30亦可例如全部由石英、陶磁或其他材質組成。

本發明可選擇性在加熱腔30上增設反射設計，藉以提高紅外光的反射率以實現輻射損失的最小化。舉例而言，本發明可例如在加熱腔30之腔體34之外側設置金屬筒60，如圖1及圖2所示，金屬筒60例如為光學拋光金屬圓桶，其可作為反射面且可選擇性塗覆反射層(如，金)62以提高紅外光的反射率，藉此可降低石墨電極20與碳化矽晶圓22組成的加熱基座在極高溫度狀態下所產生的輻射散熱損失。除此之外，本發明還可選擇性在金屬筒60上增設多個開孔64，開孔64例如為縱向開口(如，長條狀)，且環繞著金屬筒60分布，藉此金屬筒60可作為法拉第遮蔽(Farady shield)層66以利感應加熱裝置40所產生之交流磁場穿過法拉第遮蔽層66進入加熱腔30之腔室32中，使得電極20與晶圓22產生渦電流I _EC，如圖4所示。

介電加熱裝置50係一種射頻介質加熱裝置(或稱，射頻加熱裝置)，如圖1及圖3所示，其係施加具有第二預定頻率之第二交流電磁訊號，使得位在晶圓22兩側之兩電極20之間產生電場，藉以對加熱腔30中之晶圓22進行介電加熱步驟，藉此可使得晶圓22維持一定的加熱速率。舉例而言，介電加熱裝置50係包含射頻電源52，且選擇性更包含匹配器54，射頻電源52係提供上述之第二預定頻率之第二交流電磁訊號。射頻電源52係例如直接電性連接兩電極20或經由導線(未繪示)電性連接兩電極20。匹配器54則係電性連接於射頻電源52與兩電極20之間，用以減少第二交流電磁訊號之反射。意即，匹配器54之匹配電路係專門設計用於調節加熱腔30之阻抗以與射頻電源52(如，RF/微波電源)達成匹配以減少電磁波(如RF或微波)的反射。射頻電源52選用頻率為大於10 MHz，考慮電磁場分佈的均勻性，使用頻率小於900 MHz。意即，第二預定頻率之範圍從10MHz至900MHz，但不限於此，例如從10MHz至400MHz，輸出功率1千瓦及以上範圍內調節，其可為上述頻率範圍與功率範圍當中任意數值區間或上、下限端點值。其中匹配器54之匹配電路中的電感L和電容C參數可以隨操作條件改變而變化，以維持良好耦合條件。匹配器54之匹配電路中的現有L及C組件可以進行電子調諧，因此調諧響應時間沒有延遲，並且可以實現更高的加熱速率。阻抗匹配對於實現快速加熱至關重要。匹配網絡的優化設計則因應用而異。由於本發明所屬技術領域中具有通常知識者依據本發明揭示內容，應當可明瞭如何實施介電加熱裝置50並如何採用對應的匹配器54之匹配電路以及射頻電源52，故此處不另贅述。

本發明因同時具有感應加熱(induction heating)機制及介電加熱(dielectric heating)機制，故可對選自於導電物(如，導電晶圓)及不導電物(如，不導電晶圓)所組成之族群之晶圓進行快速退火處理，其中本發明雖以不導電及導電碳化矽晶圓作為範例，但不限於此。而且，同時因為本發明之電磁場分佈容易控制及調整，故可應用於多片晶圓的退火處理。對於大尺寸的碳化矽晶圓(例如，大於8吋)亦可依本發明之複合式快速退火裝置之運作原理及結構進行對應修改退火系統的設計。此外，需特別聲明的是，本發明雖以電極20可承載晶圓22及可被感應磁場加熱作為範例說明，但本發明之權利範圍不限於此。舉例而言，本發明之電極20亦可例如為非用以承載晶圓22，例如分別位於晶圓22之兩側，例如加熱腔30之上蓋36與下蓋38上(如圖6所示之可行態樣)，其中此修改設計雖然無法藉由電極20之加熱以加熱碳化矽晶圓22，但仍屬於本發明之可行態樣，因此仍屬於本發明請求保護之範圍。意即，只要電極20可於介電加熱裝置50施加交變電場時發揮作用，即可適用於本發明中，並且落入本發明請求保護之範圍中。

本發明之複合式快速退火裝置10可選擇性包含氣體輸入單元72及抽氣單元74分別經由進氣管件73及排氣管件75連通加熱腔30之腔室32，用以使得加熱腔30之腔室32保持於預定壓力。同理，本發明之複合式快速退火裝置10更選擇性包含測量及控制系統70，其為氣壓與氣流控制系統，包含壓力檢測單元76及控制器78，壓力檢測單元76係用以量測加熱腔30之腔室32之氣壓，控制器78則係依據上述氣壓之數值對應地控制氣體輸入單元72及/或抽氣單元74之運作。

舉例而言，上述氣壓與氣流控制系統之操作範圍例如從 0.1個大氣壓到10個大氣壓。氣體的壓力由壓力檢測單元76監測。此外，氣體輸入單元72依據氣體流量設定，將氣體經由進氣管件73注入加熱腔30之腔室32中，並利用抽氣單元74經由排氣管件75將氣體從加熱腔30之腔室32中排出，其中抽氣單元74例如為真空泵。詳言之，本發明在將氣體輸入加熱腔30之腔室32中之前，可先以抽氣單元74將加熱腔30之腔室32抽真空，在加熱腔30之腔室32處於真空狀態後，再以氣體輸入單元72將氣體導入加熱腔30之腔室32中，直到加熱腔30之腔室32中達到預定壓力。加熱腔30之腔室32之預定壓力之範圍從0.1 atm至10 atm，且可為此預定壓力範圍當中任意數值區間或上、下限端點值。上述之氣體可例如為選用氮或氬氣等純氣體，惟任何能夠使加熱腔30之腔室32達到所設定的氣體及其預定壓力之範圍均屬於本發明請求保護之範圍。此外，本發明可經由控制器78控制與設定氣體輸入單元72輸入氣體的流量，並且搭配抽氣單元74之運作以使得加熱腔30之腔室32保持於上述之預定壓力。

除此之外，上述之測量及控制系統還選擇性包含高溫計79用以量測加熱腔30之腔室32之溫度。高溫計79係例如為紅外高溫計，但不限於此。其中，本發明使用黑體輻射源測得的晶圓(如碳化矽材料)發射率(Emissivity)為0.74，並且將此發射率值輸入到高溫計79中，可用於本發明所揭示技術中的所有溫度測量。

綜上所述，本發明之複合式快速退火裝置與方法，具有以下功效及優點：

(1)結合感應加熱機制及介電加熱機制，故可用於同時加熱導電及不導電之物體，例如可以感應加熱機制使碳化矽晶圓升高溫度，且可於碳化矽晶圓因升高溫度而降低導電性時，以介電加熱機制使碳化矽晶圓升高溫度。

(2)感應加熱機制亦可使電極升高溫度，藉以於碳化矽晶圓因升高溫度而降低導電性時，可經由加熱電極以持續加熱碳化矽晶圓，使得碳化矽晶圓維持一定的加熱速率。

(3)電極可作為承載基座及加熱基座使用。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

10：複合式快速退火裝置 20：電極 22：晶圓 24：阻隔層 30：加熱腔 32：腔室 34：腔體 35：金屬層 36：上蓋 37：絕熱材料層 38：下蓋 40：感應加熱裝置 42：電感線圈 50：介電加熱裝置 52：射頻電源 54：匹配器 60：金屬筒 62：反射層 64：開孔 66：法拉第遮蔽層 70：測量及控制系統 72：氣體輸入單元 73：進氣管件 74：抽氣單元 75：排氣管件 76：壓力檢測單元 78：控制器 79：高溫計 AC：交流電磁訊號 Φ：磁通量 I _EC：渦電流 S10、S20：步驟

圖1為本發明之複合式快速退火裝置之一實施態樣之剖面結構示意圖。

圖2為本發明之複合式快速退火裝置之法拉第遮蔽層之立體結構示意圖。

圖3為本發明之複合式快速退火裝置之介電加熱機制之運作示意圖，其中圖3(A)、(B)及(C)圖分別顯示多片晶圓、單片晶圓及未使用阻隔層之態樣。

圖4為本發明之複合式快速退火裝置之感應加熱機制之運作示意圖。

圖5為本發明之複合式快速退火方法之複合式加熱程序之流程示意圖。

圖6為本發明之複合式快速退火裝置之另一實施態樣之剖面結構示意圖。

10：複合式快速退火裝置 20：電極 22：晶圓 24：阻隔層 30：加熱腔 32：腔室 34：腔體 35：金屬層 36：上蓋 37：絕熱材料層 38：下蓋 40：感應加熱裝置 42：電感線圈 50：介電加熱裝置 52：射頻電源 54：匹配器 60：金屬筒 62：反射層 66：法拉第遮蔽層 70：測量及控制系統 72：氣體輸入單元 73：進氣管件 74：抽氣單元 75：排氣管件 76：壓力檢測單元 78：控制器 79：高溫計

Claims

一種複合式快速退火裝置，包含：兩電極，其中至少一待加工物係放置於該兩電極之間；一加熱腔，具有一腔室，用以至少容置該待加工物；一感應加熱裝置，用以對該加熱腔中之該待加工物進行一感應加熱步驟，其中該感應加熱裝置係經由產生一感應磁場以生成一渦電流於該待加工物中，藉以加熱該待加工物；以及一介電加熱裝置，用以對該加熱腔中之該待加工物進行一介電加熱步驟，其中該介電加熱裝置係經由產生一電場於該兩電極上，藉以加熱位於該兩電極之間之該待加工物。
如請求項1所述之複合式快速退火裝置，其中該感應加熱裝置係對該加熱腔中之該待加工物及該兩電極進行該感應加熱步驟，藉以加熱該待加工物及該兩電極。
如請求項1所述之複合式快速退火裝置，其中該感應加熱裝置及該介電加熱裝置係同時、依序、間歇或交替式分別進行該感應加熱步驟及該介電加熱步驟。
如請求項1所述之複合式快速退火裝置，更包含一法拉第遮蔽層設於該加熱腔上，該感應加熱裝置係穿透過該法拉第遮蔽層形成該感應磁場於該加熱腔之該腔室中。
如請求項4所述之複合式快速退火裝置，其中該法拉第遮蔽層係具有複數個開孔之一金屬筒。
如請求項5所述之複合式快速退火裝置，其中該金屬筒係具有一反射面，用以降低該加熱腔之輻射散熱損失。
如請求項6所述之複合式快速退火裝置，其中該金屬筒之該反射面更覆蓋有一反射層。
如請求項1所述之複合式快速退火裝置，其中該兩電極與該待加工物之間具有至少一阻隔層。
如請求項1所述之複合式快速退火裝置，其中該待加工物之數量為複數個，且該些待加工物之間還設有至少一阻隔層。
如請求項8或9所述之複合式快速退火裝置，其中該阻隔層與該待加工物中之一者為多晶結構，該阻隔層與該待加工物中之另一者為單晶結構。
如請求項8或9所述之複合式快速退火裝置，其中該感應加熱裝置及該介電加熱裝置係對該待加工物與該阻隔層進行該感應加熱步驟及該介電加熱步驟，藉以加熱該待加工物及該阻隔層。
如請求項1所述之複合式快速退火裝置，其中該待加工物係選自於一導電物及一不導電物所組成之族群。
如請求項1所述之複合式快速退火裝置，其中該待加工物為晶圓。
如請求項1所述之複合式快速退火裝置，其中該兩電極之材質為石墨。
如請求項1所述之複合式快速退火裝置，其中該感應加熱裝置包含一電感線圈纏繞該加熱腔，其中該感應加熱裝置係施加具有一第一預定頻率之一第一交流電磁訊號於該電感線圈上，藉以產生該感應磁場於該待加工物及該兩電極上。
如請求項15所述之複合式快速退火裝置，其中該第一預定頻率之範圍從50 kHz至200 kHz。
如請求項1所述之複合式快速退火裝置，其中該介電加熱裝置係施加具有一第二預定頻率之一第二交流電磁訊號，藉以產生該電場於位於該待加工物之兩側之該兩電極上。
如請求項17所述之複合式快速退火裝置，其中該第二預定頻率之範圍從10MHz至900MHz。
如請求項17所述之複合式快速退火裝置，其中該介電加熱裝置包含一射頻電源及一匹配器，該射頻電源係提供具有該第二預定頻率之該第二交流電磁訊號，該匹配器係電性連接於該射頻電源與該兩電極之間，用以減少該第二交流電磁訊號之反射。
如請求項1所述之複合式快速退火裝置，更包含一氣體輸入單元及一抽氣單元分別連通至該加熱腔之該腔室，用以使得該加熱腔之該腔室保持於一預定壓力。
如請求項20所述之複合式快速退火裝置，其中該加熱腔之該腔室之該預定壓力之範圍從0.1 atm至10 atm。
如請求項20所述之複合式快速退火裝置，更包含一測量及控制系統，包含一壓力檢測單元及一控制器，該壓力檢測單元係用以量測該加熱腔之該腔室之一氣壓，該控制器依據該氣壓之數值對應地控制該氣體輸入單元及/或該抽氣單元之運作。
如請求項22所述之複合式快速退火裝置，其中該測量及控制系統還包含一高溫計用以量測該加熱腔之該腔室之溫度。
如請求項1所述之複合式快速退火裝置，其中該加熱腔包含一腔體、一上蓋與一下蓋，該腔體連接於該上蓋與該下蓋之間，藉以於該腔體、該上蓋與該下蓋之間形成該腔室。
如請求項24所述之複合式快速退火裝置，其中該加熱腔之材質為石英管或陶磁管。
一種複合式快速退火方法，包含：以一感應加熱裝置對至少一待加工物進行一感應加熱步驟，其中該感應加熱裝置係經由產生一感應磁場以生成一渦電流於該待加工物中，藉以加熱該待加工物；以及以一介電加熱裝置對該待加工物進行一介電加熱步驟，其中該介電加熱裝置係經由產生一電場以加熱該待加工物。
如請求項26所述之複合式快速退火方法，其中該待加工物係承載於兩電極之間，該感應加熱裝置係對該待加工物及該兩電極進行該感應加熱步驟，藉以加熱該待加工物及該兩電極，該介電加熱裝置係產生該電場於該兩電極上，藉以加熱該待加工物。