[发明专利]用于受控宽带微波加热的方法和装置

说明书

一种材料处理系统包括热处理腔室和宽带微波电源。所述电源包括恒温箱型小信号RF电路、高功率微波放大器、以及彼此由隔离器来分开的正向和反射功率检波器。所述功率检波器也优选地是恒温箱型(ovenized)。控制系统提供控制信号给小信号电路中的热稳定的VOC和VCA，从而基于所检出的正向功率而非基于所需正向功率来控制输出功率。所述系统可在开环或闭环模式下运行。

发明背景

发明领域

本发明涉及了使用微波能量处理材料领域。更具体地，本发明涉及了用于在宽频范围上生成精确水平的微波功率的装置和方法。

相关技术的描述

已将将微波功率用于大范围地沿用并实践于工业工艺(包括加热)，对于受作用的原料是水的应用(如干燥)而言尤其如此。最近还应用于热固性聚合物以及粘合剂的固化。众所周知，在多模空腔中使用单频微波源会引起与空腔内的驻波建立有关的不均匀性。为了解决这个问题，已开发了变频微波(VFM)系统，如在例如美国专利号5,521,360、5,721,286和5,961,871中所教示。

一般来说，VFM系统具有多模施加器空腔以及能够进行宽带操作的微波电源；在此，宽带被限定为在围绕所选中心频率的一定有用范围上扫描所施加的频率的能力。美国专利号5,961,871中教示的模型计算针对空腔18中的微波能量的总空间均匀性展示出了带宽、空腔大小以及中心频率之间关系。图1的方框图示出用于包括通常具有微波频率源的微波电源的控制系统的现有技术，所述控制系统包括电压可调的YIG振荡器以及电压受控的衰减器，由此施加来自控制系统的信号来产生给定频率、带宽、波形或其他选定特性的小信号微波输出。随后，这个微波信号被传送至高功率微波放大器(通常为TWT)，以便产生具前述选定特性的高功率信号。控制系统对正向和反向微波输出功率进行监测。第二控制环路使用温度(如图所示)或另一合适工艺参数对工艺进行监测，并且提供闭环反馈以便自动调整微波功率水平。

如图1所示：

小信号部件10包括：YIG振荡器11，YIG振荡器是在低功率下生成微波频率；以及电压受控的衰减器12，电压受控的衰减器调整小信号RF功率水平。固定衰减器(未示出)将最大信号强度限制为安全水平，并且RF带通滤波器13确保RF信号是在高功率放大器带内。

高功率部件包括：高功率放大器14，高功率放大器从小信号输入生成高功率输出；以及隔离器15，隔离器会防止来自固化空腔中的反射功率到达高功率放大器。

测量部件包括：定向耦合器16，定向耦合器提供用于RF功率测量的高度衰减RF信号；晶体检波器19，晶体检波器将来自定向耦合器的低水平RF信号转换成有用DC控制电压20a、20b。

另外，现有技术控制系统包含基于软件的自校准程序，以便考虑到多种系统性非线性，例如，在工作带宽上的TWT增益的变化(图2)。利用前述校准例程获得的微波均匀性结合闭环工艺控制产生已被证明适于如在各种应用中、尤其在电子器件制造中的那些应用中固化粘合剂、固化聚合物、处理陶瓷的应用的微波功率输出水平。

然而，在针对高价值产品的工艺(如半导体晶片热处理(包括在晶片上进行涂布))发展中，已经发现，现有技术的变频或扫频控制系统无法产生所需要的精确水平控制，并且此外，校准和设定程序是繁琐且耗时的。

目标以及优点

本发明的目标包括：提供改进宽带微波源以用于加热以及其他目的；提供受控微波加热方法；提供能够进行开环操作的宽带微波处理的方法；提供用于处理半导体晶片的改进方法；提供在变化环境条件下更稳健且更稳定的VFM控制系统；以及提供更容易地设定和校准的VFM控制系统。

结合附图阅读以下说明，本发明的这些和其他目标及优点将会从以下说明显而易见。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种宽带微波加热装置包括：