[发明专利]具有固态发生器功率源的微波施加器

说明书

微波系统具有固态发生器，该固态发生器产生微波能量并包括用于接收用于电气地改变微波能量的参数的控制信号的至少一个控制输入端。微波负载接收微波能量并响应于微波能量而产生效果。微波传导元件将微波能量耦合到微波负载。阻抗匹配调节装置耦合到微波传导元件，以改变微波能量的参数中的至少一个。响应于微波能量而产生的效果通过以下两者而被改变：控制信号对微波能量的参数的电气变化、和用于改变微波能量的参数的对阻抗匹配调节装置的调节。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年3月16日提交的名称为“具有固态发生器功率源的微波施加器(Microwave Applicator with Solid-State Generator Power Source)”的美国专利申请号15/460,611的优先权，其全部内容通过引用并入本文以用于所有目的。

背景技术

1.技术领域

本公开涉及微波施加器，并且特别涉及利用固态发生器作为其微波能量源的微波施加器。

2.相关技术的讨论

在半导体处理中，通常在处理室的上游使用等离子体发生器。在等离子体发生器中，能量通常耦合到流过等离子体放电管的气体，该等离子体放电管位于微波腔中，并且通过微波能量在气体中激发等离子体。等离子体产物向下游流过等离子体放电管，进入处理室，并撞击在诸如半导体晶片的工件上。

微波能量对于多种应用的材料加工、加热和产生等离子体非常有用。在半导体和其他等离子体处理应用中，强烈的微波放电在许多应用(诸如沉积、蚀刻、清洁、灰化和离子束产生)中是重要的。许多商业系统服从于微波处理。然而，大多数现有的微波处理技术受到限制，这是因为它依赖于真空管技术来产生微波能量。结果，对工艺施加了限制。此外，由于管技术的固有限制，大多数等离子体和材料加工供应是基于商购家用烤箱和在2.45GHz下操作的工业型磁控管的，并因此在可以使用它们的应用中受到限制。

作为制造加工技术，微波材料加工变得越来越重要。这些过程包括加热、固化、烧结、退火，或者通常是将微波能量直接耦合到固体、液体或气体材料中以改变该材料的化学或物理结构的任何过程。

微波处理系统是商业上可获得的。这些系统具有明显的缺点，由于它们使用了烤箱磁控管，因此限制了它们在某些应用中的使用。尽管这些系统中的一些使用谐振施加器或开槽波导，但这些系统中的大多数是多模微波烤箱。在这些系统中，对于低电磁场的区域，固化比在高电磁场的区域中更慢。现有管型微波系统的另一个重要缺点是缺乏过程控制。在典型的烤箱型系统中，很难确定过程何时完成和纠正过程中的问题，诸如过热。

绝大多数商业上可获得的微波管是以固定频率操作的振荡器。没有有效的电气装置来实时控制这些微波管的频率。

发明内容

根据一个方面，提供了一种具有固态发生器的微波系统。固态发生器产生由一个或多个参数表征的微波能量，并包括至少一个控制输入端，其用于接收用于电气地改变微波能量的所述一个或多个参数的控制信号。微波负载接收微波能量并响应于微波能量而产生效果。微波传导元件将微波能量耦合到微波负载。阻抗匹配调节装置耦合到微波传导元件，以改变微波能量的一个或多个参数中的至少一个。控制器产生控制信号以改变微波能量的一个或多个参数。响应于微波能量而产生的效果通过以下两者而被改变：控制信号对微波能量的一个或多个参数的电气变化、和用于改变微波能量的一个或多个参数中的至少一个参数的对阻抗匹配调节装置的调节。

在一些示例性实施例中，微波传导元件包括波导。在一些示例性实施例中，阻抗匹配调节装置包括机械短截线调谐器(stub tuner)。在一些示例性实施例中，微波短截线调谐器包括多个短截线。在一些示例性实施例中，该系统还包括用于将固态发生器耦合到波导的同轴波导转换器(coax-to-waveguide transition)。

在一些示例性实施例中，控制输入端是电控制输入端，其用于接收用于电气地改变微波能量的一个或多个参数的控制信号。