CN105379416A - 用于受控宽带微波加热的方法和装置 - Google Patents

用于受控宽带微波加热的方法和装置 Download PDF

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Abstract

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。

Description

用于受控宽带微波加热的方法和装置
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：
施加器空腔，所述施加器空腔用于将工件暴露于微波能量；
微波电源，所述微波电源连接至所述空腔，所述电源包括：
小信号RF源，所述小信号RF源至少包括电压受控的微波振荡器和电压受控的衰减器，两者在高于环境的选定温度下是热稳定的；
高功率微波放大器，所述高功率微波放大器将所述小信号放大至有用功率水平以进行加热；
正向和反射功率检波器，所述检波器热稳定，并且彼此由微波隔离器分开；以及
使用功率调节器的控制系统，所述控制系统使用所检出的正向功率而非所需正向功率来调整输出功率。
根据本发明的另一方面，一种宽带微波电源包括：
小信号RF源，所述小信号RF源至少包括电压受控的微波振荡器和电压受控的衰减器，两者在高于环境的选定温度下是热稳定的；
高功率微波放大器，所述高功率微波放大器将所述小信号放大至有用功率水平以进行加热；
正向和反射功率检波器，所述检波器热稳定，并且彼此由微波隔离器分开；以及
包括功率调节器的控制系统，所述控制系统使用所检出的正向功率而非所需正向功率来调整输出功率。
根据本发明的另一方面，一种集成、低功率微波源包括：
电压受控的振荡器(VCO)；
电压受控的衰减器(VCA)；
加热器和温度控制电路；以及
封装，封装包含所述VCO、VCA、加热器、以及温度控制电路并且具有用于DC功率、DC频率控制电压、DC振幅控制电压以及RF信号输出的外部连接。
根据本发明的另一方面，一种用于使用宽带微波功率来加热材料的方法包括以下步骤：
将选定工件置于多模微波施加器空腔中；
提供与所述空腔连通的微波电源，所述电源包括小信号RF生成电路、高功率微波放大器、以及正向和反射功率检波器，所述检波器热稳定并且彼此由隔离器分开；
将所述小信号RF电路的部件中的至少一些加热至高于环境的选定温度；以及
提供控制系统，以便执行以下功能：
运行自动功率校平例程，以便自动生成自动校平表格并且将所述自动校平表格下载至所述控制系统；
提供自动功率控制系统，以便限制功率调节速率。
附图说明
包括随附本说明书并形成为说明书一部分的附图来描绘本发明的某些方面。参考附图中示出的示例性且因此非限制性实施方式，将更容易清楚本发明的以及随本发明提供的系统的部件和操作的更清楚的概念，其中相似标号(如果它们出现在多于一个附图中)指示相同元件。附图中的特征不一定按比例绘制。
图1示出现有技术微波加热系统的系统架构。
图2示意性地示出基于卖主数据、针对若干高功率放大器的增益与频率关系。
图3示出当器件表面温度改变时YIG振荡器随时间的变化。
图4示出针对若干器件的晶体检波器输出与温度的变化关系。
图5示出根据本方面的一方面的微波加热系统的系统架构。
图6示出发明系统中的功率输出的稳定性和再现性。
图7示出根据本发明的一方面的热稳定的小信号RF电路。
图8示出根据本发明的一方面的集成热稳定的小信号RF电路。
图9使用现有技术配置来将正向功率测量结果(9B、9D)分别放入虚设负载(9A)和短路(9C)中进行比较。
图10使用本发明的配置来将正向功率测量结果(10B、10D)分别放入虚设负载(10A)和短路(10C)中进行比较。
图11示出使用11B中示出的配置、具有或不具有衰减和放大的晶体检波器输出11A。
图12示出现有技术自动校平过程。
图13示出根据本发明的一方面的自动校平过程。
图14比较使用本发明(14B)以及使用现有技术(14A)下频带上的功率输出。
图15示出宽带微波加热系统中所使用类型的高功率放大器的典型增益漂移。
图16示出根据本方面的一方面的自动正向功率调整架构。
具体实施方式
本发明提供了用于需要均匀性和高度工艺稳定性的高价值或关键材料(如半导体晶片)的处理的新颖且改进的微波处理技术。
快速处理方法涉及使用变频微波(VFM)加热，为至少在以下美国专利中教示的众所周知工艺：5,321,222、5,721,286、5,961,871、5,521,360和5,738,915，这些专利以引用的方式以全文并入本文。例如，法西(Fathi)等人的美国专利号5,738,915教示用于聚合物膜在半导体晶片上的快速固化的VFM的使用。应当注意，虽然可以将单个或固定频率用于半导体的微波加热，但是它们大体产生不均匀的加热，并且当涉及到金属膜时，这些膜产生的电弧放电变为严重问题。然而，与VFM一起使用的带宽上的连续扫频(如前述引用所教示)降低电弧放电以及后续损坏的可能性。具有集成电路的许多种类的晶片已暴露于VFM，并且已经证明，不对电路以及它们的功能造成损坏。与其他退火炉相比，使用VFM提供更快速的处理。另外工艺监测技术是由法西等人在美国专利5,648,038中教示，该专利的整个公开内容以引用的方式并入本文。
在开发用于半导体处理的VFM系统中，综合调查表明，出于若干原因，现有控制策略无法维持所需水平的精确度。申请人已发现，小信号部件的、具体来说是YIG振荡器11和电压受控的衰减器12的显著的增益灵敏度(输出变化)随环境操作温度而变化。另外，在通电后来自自加热的YIG振荡器输出的稳定性具有可测量的影响。图3示出典型YIG振荡器功率输出随时间的变化，该图示出通过器件的自加热而减少功率，并且接着示出次级热源被施加至基板时的显著改变。申请人还发现，如TWTA的高功率部件的增益将会漂移，或者说是随时间和温度发生不可预测到的变化，如图15所示。此外，这些部件的极高增益、实体大小和功耗使这些部件无法使用传统技术进行稳定。除了较大部件之外，其他高功率部件(包括隔离器和许多小信号传输线部件)的增益漂移难以定量。
申请人已发现测量部件的振幅输出的相对于局部操作环境温度的显著退化。图4示出随局部操作环境温度增加对用于测量在定向耦合器上的RF输出的晶体检波器19所造成的影响。申请人还发现，该晶体检波器输出随测量到的功率水平增加而饱和(增益浮动)，如图11所述。这继而会提供更差的信号分辨率并且失去控制准确度。另外，该晶体检波器提供低电平DC信号，通常小于参照局部接地的1VDC。晶体检波器位置与控制系统位置之间的接地电位的变化引起测量结果以及因此功率控制的准确性发生显著误差。
申请人已发现，通常用来测量波导功率的高功率测量器件(如定向耦合器16)的正向功率端口对于反射功率是高度敏感的。在发射到闭合腔室18中时，无法消除反射功率。此外，反射功率是发射频率以及工艺腔室装载的函数。这意味着，正向功率信号在发射频率上缺乏了保真度。
申请人已确定，用于生成随频率变化的均匀微波输出功率的现有技术校准技术不足够精确或不同执行之间一致。使用现有技术对校准准确性来做出的进一步的提高被确定要花费成指数增长的更长时间来完成。
如以下实例将示出，申请人将发现，硬件和软件特征的新颖组合不仅大大提供工艺的均匀性，还提供了预期外的协同效应，这会允许系统在除了传统闭环工艺控制模式外还在所需开环工艺控制模式下操作。
申请人已发现并证明了以下三个主要类别的新颖性：
第一：振幅稳定性，包括：1.小信号增益随温度的稳定性，以及2.相对于通过唯一自动功率调节算法而进行的漂移的总体大信号稳定性。
第二：测量完整性，包括：3.与反射功率的定向耦合器分离，4.随温度的晶体检波器稳定性，5.用于改进晶体检波器的敏感性范围的晶体检波器输出的固定衰减偏移，6.用于移除微波功率测量控制系统中的DC偏移的接地隔离，以及7.用于进一步地增加晶体检波器敏感性的放大以获得准确测量结果。
第三：频率均匀性，包括：8.提供精确的功率分辨率、自行识别出高功率饱和驱动水平并提供有用诊断历史文件的高级自动校平例程。一个意料外的益处在于发现了提供既更快速且又准确多的自行校准(自动校平)操作的算法。
申请人已发现，所有的三个类别的属性是互连的并且当前必须存在，以便获得对宽带微波电源的高质量的控制。已经清楚的是，对功率的精确控制无法在无稳定源和高保真度测量的情况下完成。此外，对扫频宽带系统的振幅对频率的精确控制无法在无这些相同控制的情况下完成。改进装置在图5中示出，并且将在以下实例中进一步解释。
该高级控制的令人惊讶且出乎意料的结果：1.提高准确性，以及2.高批次控制重复性，如图6所示。这些能力是开环工艺控制所需的。此外，这些能力使宽带微波适应性扩展至由于可接近性、噪声或工艺测量的其他限制而使得反馈信号并不可靠的应用。
实例
小信号链：小信号RF电路10的各种部件在图1中示出。选定微波频率是由电压受控的YIG振荡器(VCO)11(例如，Teledyne1062MNAS1062C-DA)生成；应当理解，可以使用任何合适VCO，包括固态器件(例如，RFMD型RFVC1802)。
初始功率水平控制利用电压受控的衰减器(VCA)12(例如，Pulsar微波型AAT-24-479/5SL或AnarenPIN二极管衰减器型61527)完成。任选部件可以包括固定衰减器(例如，因梅特公司(InmetCorporation)零件编号12A-30)和RF带通滤波器13(例如，Lark滤波器零件编号4B6250-H800-6AA)。前述部件中的每个将会具有如图3中的YIG振荡器案例所示的某些特征温度系数。这可通过两种方法的任一种进行处理：1.每个部件的热行为可作为变量而映射且并入控制系统中；或者2.特定部件可预期加热至高于任何期望环境温度但低于该部件的操作上限(通常30°至50°)的温度。选项2有时称为“火炉加热(ovenizing)”，并且偶尔用于精确测量设备，例如以便消除在晶体振荡器(例如，参见1998年6月23日授予俄塔莫(Uurtamo)的美国专利5,770,977)中的频率漂移，但是就申请人所了解的，所述方法从未用于微波功率系统来解决振幅稳定性或其他类型的温度相关的物理或电学现象。
如图7所示，申请人已发现，通过使得整个小信号RF链安装在公共平台70上，整个链可通过背侧加热器75来“火炉加热”至单个温度、使用温度传感器72和安全性恒温器73控制，从而引起小信号RF电路的显著的振幅输出稳定性。结果即为稳定了小信号RF电路10'。
应当理解，如果控制部件(如VCA)中的一个位于TWTA内，如可能需要的，那么单独火炉加热部件在本发明的范围内。然而，消除单独部件中单独热相关的变动的协同效应出人意料地使整个系统控制过程简化。由于这些部件大多数通常是密切地耦合的，因此火炉加热整个小信号链尤其方便而且有效。
实例
小信号链：改进小信号RF电路10'的各种部件可进一步结合到混合模块(10”)中。在图8中示出这样一个实例，其中VCO(11')、任选固定衰减器71'、VCA12'、以及任选RF带通滤波器13'作为部件集成到PCB或混合模块上。这个模块可进一步结合独立、自控制加热器以及控制电路模块80。这种集成、稳定RF电路适于使用常规互连方法结合到各种设备中，所述设备包括测试设备、通信设备和类似设备。
功率测量：改进功率控制仅无异于改进功率测量的准确性。用于微波系统中功率测量的现有技术是使用耦合器形成低电平RF信号并使用晶体检波器将RF信号转换成DC控制电压。
如Apollo微波p/n16160-3或LiederDevelopmentp/nL137CG-50SF-CF-5.85-7.0的耦合器包括主要波导中策略性地定位的采样端口。从此端口泄漏到交叉波导中提供衰减RF功率样本。通过调查以及实验，申请人已发现，典型的定向耦合器对来自工艺腔室的反射功率具有显著的敏感性。反射功率比率对正向功率测量的影响被称为指向性。通常，将交叉波导耦合器限于-15dB至-25dB的指向性。
图9A示出现有技术配置。RF功率通过适配器81(例如，莫里微波公司(MauryMicrowaveCorp)C211D)递送至传输线，并且通过定向耦合器16被引导至虚设负载82。虚设负载吸收所有功率，并且不存在反射功率。图9C示出其中功率被递送至短路83中的相同配置。短路反射所有功率。根据图9B和图9D的S21频率响应曲线之间的差异，显而易见的是，测量到的正向功率信号20a被反射功率信号破坏。
耦合器的替代设计可以提供改进的指向性，但缺点是增加了大小和成本。这些使得替代设计对用于生产微波系统而言是不实际的。
实例
申请人已发现结合拆分正向和反射功率测量耦合器并将正向功率耦合器重分配至现有的隔离器的源极侧的新颖解决方案。图10A和图10C示出通过隔离器53分开的正向功率耦合器51和反射功率耦合器52。图10A和图10C所示出的隔离器53可为与图1所示出的隔离器15相同的设计。这种唯一解决方法会为正向功率信号提供高保真度并维持功率测量设计的所有当前能力，但在大小方面存在很小改变且在成本方面存在标称增加。
如图10B和图10D中的S21测量曲线图所示，虚设负载82与短路83之间的反射功率的影响减轻。然而，为了确保正向功率测量相对于工艺腔室的、在振幅和频率方面的准确性，申请人已另外指明需要解决用于定向耦合器的校准例程中的隔离器53的插入损耗。
申请人已发现，当用于高保真度控制系统时，用于将低水平RF功率转换成DC控制电压的晶体检波器(例如，高级控制部件p/nACSP-2551)具有三个明显问题。第一问题是输出电压随温度而产生的显著变化，如图4所示。第二问题是最终使检波器无法用于在高功率水平下的精确控制的输出波动，如图11所示(标准检波器输出)。第三问题是晶体检波器在该耦合器处相对于本地接地电位而生成它们输出电压，并且在测量控制电路处、在接地电位中通常存在显著DC偏移。
实例
通过火炉加热晶体检波器19'并使用精确温度控制器维持该检波器处于高于环境的稳定温度下，申请人已发现针对温度敏感性的具有成本效益且稳定的解决方案。
申请人还发现，通过添加固定衰减器110或等效物衰减从耦合器51至晶体检波器19'的RF信号改进了操作区域，从而导致更大DC输出敏感性(被测量为VDC/瓦特)。
申请人还提供呈DC至DC隔离放大器54形式的接地隔离，以便确保消除晶体检波器与控制系统之间的接地环路或DC电平偏置。这确保了高保真的功率信号。
另外改进通过放大DC信号以确保DC信号处于RF控制系统21所使用的模拟至数字转换器的较高/中间范围(60％至80％)来获得。典型5倍的DC-DC放大器增益用于针对在范围上端处的HPA功率的每一个百分数获得10位或更多位的分辨率。在无RF信号衰减以及后续放大的情况下，每百分比HPA功率可能存在小于1位的数字分辨率，这不足以用于实现精确控制。对于可能需要现场升级以使用现有校准文件的旧式应用，隔离放大器54可配备有1X放大器件。
TWT增益：VFM控制中的现有技术被设计成消除行进波放大器(参见2)和传输线的非线性的频率响应。这是通过称为“自动校平”的自行校准例程实现的。
现有自动校平过程涉及图12所示出的步骤。这些步骤包括：1201手动标识出高功率放大器的饱和水平；1202手动确定功率搜索例程的起始值；1203选择功率水平；以及1204开始自动例程以针对选定离散功率水平而产生自动校平。对于扫描带中每个频率，例程调整电压受控的衰减器，以便获得正向功率耦合器处测量到的输出功率水平(在选定离散功率水平的+/-10％内)。在该特定频率下的电压受控的衰减器设置随后存储在使用于运行时间操作的表格中。下一频率是由自动校平例程选择，并且过程重复，直到覆盖全带。1205在完成自动例程后，操作人员必须手动查看结果，并接受(保存文件)或重复过程。1206随后，操作人员选择另一离散功率水平，并且例程重复。一直进行这个操作，直到所有功率水平都已自动校平。1207在所有功率水平完成后，操作人员随后必须将自动校平文件下载至控制系统。
通过这个过程而生成的校平功率通常足够用于其中工艺控制输入(例如，温度测量结果)用于调用更多或更少的功率以实现目标温度的闭环工艺。
然而，这个水平的功率准确性并不足以用于可重复的精确工艺或其中需要开环工艺控制的工艺。开环工艺通常被定义为其中不存在由控制系统完成的自动调节的工艺。
如以下实例中所述，发明了用于自动校平工艺的新的技术用于提高该功率响应对频率的保真度。
实例
在这种新颖自动校平工艺中：1301操作人员开始完全自动校平例程；1302自动校平例程自动选择起始频率(当前，频率从低到高，但不是必需如此)，并且1303将电压受控的衰减器调节至设定点值。1304系统记录在该设定下的功率输出。电压受控的衰减器被设定为下一设定点值，并且记录该设定的功率水平。1305这个过程重复进行，直到例程检测到了饱和。饱和被定义为输入驱动中的增加导致来自高功率放大器的输出功率不增加(或减少)的点。1306例程会将饱和功率水平存储在诊断文件中。自动校平例程自动选择下一样本频率并且重复上述过程。下一频率可主要与较大测量分开。
申请人已发现，令人惊讶的是，在65离散频率间隔(64子带)下的衰减器测量结果可能足以改进需要在现有技术校准中使用的每个标称4096频率下的功率测量和衰减器调节的现有技术。新的技术已经在典型800MHz至1GHz扫频频带上得到证实。应当理解，在多倍频程TWT以及无源部件在更宽操作带宽上具有更大的可变性的情况下，可能需要更离散的频率水平。本发明的优点在于，策略采样将是更有效的校准方法。
1307一旦例程完成对频率扫描的必需采样，它将自动生成自动校平表格。1308这个表格随后被自动下载至控制系统。所有上述操作是自动的，并且无需操作人员干涉。
新的自动校平工艺的独特且新颖的能力是：1.改进的功率对频率的保真度，如图14A和图14B所示；2.完全自动操作；3.针对维护历史而自动生成诊断文件；4.通过对频率/功率分布图的策略采样更快速地完成而非逐点完成；以及5.与先前自动校平的文件格式的兼容性。
实例
通过策略采样生成自动校平表格的新颖方法包括使用基于样条的表面拟合例程。1307表面拟合例程接受表示作为衰减设定(行)和驱动频率(列)函数的观察到的正向功率的数据的二维阵列。曲线拟合例程将C样条拟合至输入数据，并且提取具有在恒定功率下作为频率的函数的衰减设定的自动校平文件。
在当前配置中，C样条曲线拟合用于生成3D自动校平数据表面。还可使用替代曲线拟合例程。应当了解，在当前配置中，算法可被集成或作为子例程单独运行。
系统控制：自动功率调节。申请人已发现，具有热敏感性的微波控制系统内存有另外部件，这些部件由于它们的大小和功率要求而实际上无法在受控环境中隔离。此外，这些部件(如高功率放大器)中一些具有并非根据环境的基于时间的漂移，如图15所示。
实例
为了确保稳定且可重复的功率，申请人开发出新颖控制例程，如图16所示。这种控制例程提供自动功率调节以便提供校正驱动水平。如果出于任何原因，所测量的正向功率信号20a'为高或低，那么功率调节器161输出将添加至当当前功率命令，以便生成改进功率设定值点。
功率控制算法是依赖于正向功率测量的准确性。这意味着，上文所提及的隔离正向功率测量51、火炉加热的晶体检波器19'、PAD偏移、放大/接地隔离装置54与算法的成功实施有关。
功率控制算法包含两个重要功能。第一个是对功率调节速率的限制，以便避免响应过快。第二个是防止调节超过预设量的传感器“约束”。警报被设定来通知主控制台：系统无法维持准确功率控制。

Claims (16)

1.一种宽带微波加热装置，所述宽带微波加热装置包括：
施加器空腔，所述施加器空腔用于将工件暴露于微波能量；
微波电源，所述微波电源连接至所述空腔，所述电源包括：
小信号RF源，所述小信号RF源至少包括电压受控的微波振荡器和电压受控的衰减器，两者在高于环境的选定温度下是热稳定的；
高功率微波放大器，所述高功率微波放大器将所述小信号放大至有用功率水平以进行加热；
正向和反射功率检波器，所述检波器通过微波隔离器彼此分开；以及
使用功率调节器的控制系统，所述控制系统使用所检出的正向功率而非使用所需正向功率来调整输出功率。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述小信号RF源进一步包括固定衰减器和带通滤波器。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述小信号RF源中的所有部件安装在公共热平台上，使得所述所有部件全部维持于高于环境的公共温度。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述正向和反射功率检波器是在高于环境的选定温度下是热稳定的。
5.一种宽带微波电源，所述宽带微波电源包括：
小信号RF源，所述小信号RF源至少包括电压受控的微波振荡器和电压受控的衰减器，两者在高于环境的选定温度下是热稳定的；
高功率微波放大器，所述高功率微波放大器将所述小信号放大至有用功率水平以进行加热；
正向和反射功率检波器，所述检波器通过微波隔离器彼此分开；以及
包括功率调节器的控制系统，所述控制系统使用所检出的正向功率而非使用所需正向功率来调整输出功率。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述小信号RF源进一步包括固定衰减器和带通滤波器。
7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述小信号RF源中的所有部件安装在公共热学平台上，使得所述所有部件全部维持于高于环境的公共温度。
8.根据权利要求5所述的装置，其中，所述正向和反射功率检波器在高于环境的选定温度下是热稳定的。
9.一种集成、低功率微波源，所述集成、低功率微波源包括：
电压受控的振荡器(VCO)；
电压受控的衰减器(VCA)；
加热器和温度控制电路；以及
封装，所述封装包含所述VCO、VCA、加热器以及温度控制电路并且具有用于DC功率、DC频率控制电压、DC振幅控制电压以及RF信号输出的外部连接。
10.根据权利要求9所述的微波源，其中，所述封装包括印刷电路板。
11.根据权利要求9所述的微波源，其中，所述封装包括混合电路模块。
12.一种使用宽带微波功率来加热材料的方法，所述方法包括以下步骤：
将选定工件置于多模微波施加器空腔中；
提供与所述空腔连通的微波电源，所述电源包括小信号RF生成电路、高功率微波放大器、以及正向和反射功率检波器，所述检波器通过隔离器彼此分开；
将所述小信号RF电路的部件中的至少一些部件加热至高于环境的选定温度；以及
提供控制系统，以便执行以下功能：
运行自动校平例程，以便自动生成自动校平表格并且将所述自动校平表格下载至所述控制系统；
提供自动功率控制系统，以便限制功率调节速率；以及
在所述控制系统控制下，将微波功率施加至所述施加器空腔以加热所述工件。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述自动校平例程包括基于样条的表面拟合例程。
14.根据权利要求12所述的方法，所述方法进一步包括以下步骤：加热所述正向和反射功率检波器至高于环境的选定温度。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述自动功率控制系统进一步包括限制器，所述限制器防止超过预设量的调整。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述自动功率控制系统包括警报功能，用以在所述系统无法维持准确功率控制情况下，通知主控制台。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109496005A (zh) * 2018-11-23 2019-03-19 电子科技大学 一种基于多频多模天线加载的微波加热装置
CN110602816A (zh) * 2018-09-14 2019-12-20 恩智浦美国有限公司 利用低损耗装料检测的解冻设备及其操作方法
CN113894022A (zh) * 2021-09-29 2022-01-07 赛赫智能设备（上海）股份有限公司 变频微波在干燥固化电子产品的胶合材料涂层中的应用

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017131698A1 (en) 2016-01-28 2017-08-03 Whirlpool Corporation Method and apparatus for delivering radio frequency electromagnetic energy to cook foodstuff
US10438849B2 (en) * 2016-04-25 2019-10-08 Applied Materials, Inc. Microwave anneal to improve CVD metal gap-fill and throughput
WO2018056977A1 (en) 2016-09-22 2018-03-29 Whirlpool Corporation Method and system for radio frequency electromagnetic energy delivery
US10993294B2 (en) 2016-10-19 2021-04-27 Whirlpool Corporation Food load cooking time modulation
WO2018075026A1 (en) 2016-10-19 2018-04-26 Whirlpool Corporation Method and device for electromagnetic cooking using closed loop control
US11041629B2 (en) 2016-10-19 2021-06-22 Whirlpool Corporation System and method for food preparation utilizing a multi-layer model
WO2018118065A1 (en) 2016-12-22 2018-06-28 Whirlpool Corporation Method and device for electromagnetic cooking using non-centered loads
WO2018118066A1 (en) 2016-12-22 2018-06-28 Whirlpool Corporation Method and device for electromagnetic cooking using non-centered loads management through spectromodal axis rotation
US11483906B2 (en) 2016-12-29 2022-10-25 Whirlpool Corporation System and method for detecting cooking level of food load
JP6853876B2 (ja) 2016-12-29 2021-03-31 パナソニック株式会社 電磁調理装置及び電磁調理装置における調理を制御する方法
US11412585B2 (en) 2016-12-29 2022-08-09 Whirlpool Corporation Electromagnetic cooking device with automatic anti-splatter operation
EP3563632B1 (en) 2016-12-29 2023-01-18 Whirlpool Corporation Electromagnetic cooking device with automatic popcorn popping feature and method of controlling cooking in the electromagnetic device
WO2018125137A1 (en) 2016-12-29 2018-07-05 Whirlpool Corporation System and method for analyzing a frequency response of an electromagnetic cooking device
US11184960B2 (en) 2016-12-29 2021-11-23 Whirlpool Corporation System and method for controlling power for a cooking device
US11432379B2 (en) 2016-12-29 2022-08-30 Whirlpool Corporation Electromagnetic cooking device with automatic liquid heating and method of controlling cooking in the electromagnetic cooking device
CN109792809B (zh) 2016-12-29 2021-03-26 松下电器产业株式会社 电磁烹饪装置和控制电磁烹饪装置中的烹饪的方法
WO2018125149A1 (en) 2016-12-29 2018-07-05 Whirlpool Corporation Electromagnetic cooking device with automatic melt operation and method of controlling cooking in the electromagnetic cooking device
US11102854B2 (en) 2016-12-29 2021-08-24 Whirlpool Corporation System and method for controlling a heating distribution in an electromagnetic cooking device
US11343883B2 (en) 2016-12-29 2022-05-24 Whirlpool Corporation Detecting changes in food load characteristics using Q-factor
US11013357B2 (en) * 2017-03-06 2021-05-25 Illinois Tool Works Inc. Modified S-parameter measurement and usage in solid state RF oven electronics
US11484048B2 (en) 2018-09-14 2022-11-01 Nxp Usa, Inc. Defrosting apparatus with defrosting operation monitoring and methods of operation thereof
NL2022064B1 (en) * 2018-11-23 2020-06-05 Ampleon Netherlands Bv Solid state cooking apparatus
CN110502049B (zh) * 2019-08-30 2021-05-07 北京北方华创微电子装备有限公司 卡盘温度控制方法、卡盘温度控制系统及半导体设备
TWI810772B (zh) * 2021-12-30 2023-08-01 日揚科技股份有限公司 一種快速退火設備

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2751518A (en) * 1953-10-01 1956-06-19 Bell Telephone Labor Inc Frequency stabilized oscillator
CN1167562A (zh) * 1994-03-31 1997-12-10 马丁·马零塔能源系统有限公司 变频微波加热装置
US20100115785A1 (en) * 2006-02-21 2010-05-13 Bora Appliances Limited Drying apparatus and methods and accessories for use therewith
US20110290790A1 (en) * 2010-05-26 2011-12-01 Lg Electronics Inc. Cooking apparatus and operating method thereof

Family Cites Families (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB797739A (en) * 1955-01-29 1958-07-09 Daimler Benz Ag Improvements relating to electric-bridge measuring arrangements utilising carrier-frequency modulation
US3409827A (en) * 1965-07-22 1968-11-05 Air Force Usa Feedback-stabilized microwave radiometer
US3927291A (en) * 1973-06-29 1975-12-16 Raytheon Co Reduced speed compensator for microwave heating applicator
US4210795A (en) * 1978-11-30 1980-07-01 Litton Systems, Inc. System and method for regulating power output in a microwave oven
JPS5662406A (en) * 1979-10-26 1981-05-28 Hitachi Ltd Microwave oscillator
JPS5871735A (ja) * 1981-10-26 1983-04-28 Hitachi Ltd テレビジヨン受信機のチユ−ナ
US4517430A (en) * 1983-05-10 1985-05-14 Gca Corporation Microwave heating device with constant temperature control of the magnetron
US4812778A (en) * 1988-01-25 1989-03-14 Electro-Mechanics, Inc. Isolation amplifier
US5132632A (en) * 1991-07-01 1992-07-21 Raytheon Company Frequency multiplier
US5521360A (en) 1994-09-14 1996-05-28 Martin Marietta Energy Systems, Inc. Apparatus and method for microwave processing of materials
US5321222A (en) 1991-11-14 1994-06-14 Martin Marietta Energy Systems, Inc. Variable frequency microwave furnace system
US5721286A (en) * 1991-11-14 1998-02-24 Lockheed Martin Energy Systems, Inc. Method for curing polymers using variable-frequency microwave heating
US5961871A (en) 1991-11-14 1999-10-05 Lockheed Martin Energy Research Corporation Variable frequency microwave heating apparatus
US5275597A (en) * 1992-05-18 1994-01-04 Baxter International Inc. Percutaneous transluminal catheter and transmitter therefor
SE500823C2 (sv) * 1993-01-29 1994-09-12 Whirlpool Europ Mikrovågsugn med vägningsanordning
GB9313981D0 (en) * 1993-07-06 1993-08-18 Plessey Semiconductors Ltd Wide-band microwave modulator arrangements
US5648038A (en) * 1995-09-20 1997-07-15 Lambda Technologies Systems and methods for monitoring material properties using microwave energy
US5738915A (en) 1996-09-19 1998-04-14 Lambda Technologies, Inc. Curing polymer layers on semiconductor substrates using variable frequency microwave energy
US5770977A (en) 1996-09-25 1998-06-23 Texas Instruments Incorporated Microwave frequency synthesizer with ultra-fast frequency settling and very high frequency resolution
US6760230B2 (en) * 2001-02-28 2004-07-06 Andrew Corporation Compact, high efficiency, high isolation power amplifier
US7076201B2 (en) * 2002-09-05 2006-07-11 Xytrans, Inc. Low cost VSAT MMIC transceiver with automatic power control
JP4469723B2 (ja) * 2002-11-27 2010-05-26 メディカル・デバイス・イノベーションズ・リミテッド 組織焼勺装置および組織を焼勺する方法
JP4871522B2 (ja) * 2005-04-04 2012-02-08 パナソニック株式会社 高周波誘電加熱用電力制御方法及びその装置
CN103384421B (zh) * 2006-02-21 2016-09-28 高知有限公司 电磁加热
JP4757664B2 (ja) * 2006-03-07 2011-08-24 スタンレー電気株式会社 マイクロ波供給源装置
US20070215607A1 (en) 2006-03-20 2007-09-20 Wander Joseph M Apparatus and method for heating semiconductor wafers via microwares
US20080115967A1 (en) 2006-11-22 2008-05-22 Giboney Kirk S Shield For A Microwave Circuit Module
US7834573B2 (en) * 2007-07-31 2010-11-16 Caterpillar Inc Winding fault detection system
US20090038369A1 (en) * 2007-08-06 2009-02-12 Petroleum Analyzer Company, Lp Microwave system generator and controller for gas and liquid chromatography and methods for making and using same
EP2599506B1 (en) * 2007-11-06 2018-07-11 Creo Medical Limited Applicator for microwave plasma sterilisation
US8848824B2 (en) * 2008-03-07 2014-09-30 Andrew M. Teetzel High efficiency RF system linearizer using controlled complex nonlinear distortion generators
US8294526B2 (en) * 2008-10-03 2012-10-23 Cts Corporation Ovenized crystal oscillator assembly
US8699009B2 (en) * 2008-11-27 2014-04-15 Neubrex Co., Ltd. Distributed optical fiber sensor
US7939456B2 (en) 2009-09-25 2011-05-10 Lambda Technologies, Inc. Method and apparatus for uniform microwave treatment of semiconductor wafers
JP2013519122A (ja) 2010-02-02 2013-05-23 ピクストロニックス・インコーポレーテッド ディスプレイ装置を制御するための回路
US9179506B2 (en) * 2010-05-26 2015-11-03 Lg Electronics Inc. Door choke and cooking apparatus including the same
EP2469974B1 (en) * 2010-12-21 2017-01-25 Whirlpool Corporation Methods of controlling cooling in a microwave heating apparatus and apparatus thereof
KR101176497B1 (ko) * 2011-12-26 2012-08-28 주식회사 우진산전 철도 전력시스템에서의 전력 품질 모니터링 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2751518A (en) * 1953-10-01 1956-06-19 Bell Telephone Labor Inc Frequency stabilized oscillator
CN1167562A (zh) * 1994-03-31 1997-12-10 马丁·马零塔能源系统有限公司 变频微波加热装置
US20100115785A1 (en) * 2006-02-21 2010-05-13 Bora Appliances Limited Drying apparatus and methods and accessories for use therewith
US20110290790A1 (en) * 2010-05-26 2011-12-01 Lg Electronics Inc. Cooking apparatus and operating method thereof

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110602816A (zh) * 2018-09-14 2019-12-20 恩智浦美国有限公司 利用低损耗装料检测的解冻设备及其操作方法
CN110602816B (zh) * 2018-09-14 2022-04-26 恩智浦美国有限公司 利用低损耗装料检测的解冻设备及其操作方法
CN109496005A (zh) * 2018-11-23 2019-03-19 电子科技大学 一种基于多频多模天线加载的微波加热装置
CN109496005B (zh) * 2018-11-23 2022-07-08 电子科技大学 一种基于多频多模天线加载的微波加热装置
CN113894022A (zh) * 2021-09-29 2022-01-07 赛赫智能设备（上海）股份有限公司 变频微波在干燥固化电子产品的胶合材料涂层中的应用

Also Published As

Publication number Publication date
KR102346107B1 (ko) 2021-12-30
SG10201708396RA (en) 2017-11-29
JP6336574B2 (ja) 2018-06-06
KR20150143795A (ko) 2015-12-23
JP2016524269A (ja) 2016-08-12
WO2014172104A1 (en) 2014-10-23
SG11201508553UA (en) 2015-11-27
US10470256B2 (en) 2019-11-05
CN105379416B (zh) 2019-08-16
US20140305934A1 (en) 2014-10-16

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