一种负载的微波处理设备制造技术

本发明专利技术涉及一种负载微波处理设备，包括至少一个应用装置（30）;至少一个固态类型的在微波范围内的发生器（4），该发生器通过用于引导电磁波的装置（5）连接到至少一个应用装置（30）;至少一个频率调整系统（40），该频率调整系统设计用于调整所述对应的发生器（4）产生的电磁波的频率;所述或每个应用装置（30）的测量系统（31），该测量系统设计用于测量由该应用装置（30）发射的反射功率PR（i）;自动控制装置（6），该自动控制装置连接至所述或每个频率调整系统（40）和每个测量系统（31），从而根据该发射的功率控制对电磁波频率f（i）的调整,进而调整反射功率PR（i）和/或调整发射功率PT（i）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种负载的微波处理设备
本专利技术涉及一种负载的微波处理设备以及相关的微波处理方法。本专利技术的内容属于微波处理领域，其包括处理吸收应用在负载上的微波范围内的电磁波的微波的负载；此负载可以由液态，固态或气态产物组成，其具有的介电特性允许它吸收全部或部分的波，例如某种水悬浮液，某种农产食品或化学产品，某种等离子体形式的气体等，该负载可以容纳在处理室中。第一种应用涉及到在处理室中通过微波辐射激发产生用于多种应用的等离子体的微波处理设备，例如且非限制性的是，表面处理应用，如蚀刻或材料层的沉积，特别是金刚石，化学制品或热化学处理，喷涂，去污，消毒，清洁，渗氮，离子注入，杀菌等。第二种应用涉及到加热负载来吸收微波辐射的微波处理设备，尤其是在化工，医疗以及农业食品领域。本专利技术更具体地涉及到负载的微波处理的设备，包括:-至少一个应用在微波范围内的电磁波的应用装置；-至少一个在微波范围内的电磁波发生器，其使用弓丨导装置连接到至少一个应用电磁波的应用装置。本专利技术的第一种应用能够监测反射到所述或每个应用装置上的功率，从而通过取消或者最小化反射到一个或每个应用装置上的功率来更好地确保匹配到一个或每个应用装置上阻抗。本专利技术的第二种应用是允许监测所述或每个应用装置的发射功率，从而在各种应用装置间更好地平均分配发送功率，以便在一个给定的处理区域里得到大致均匀的功率密度，例如，与处理室的墙壁有一定距离的区域。在微波处理设备通过产生等离子体来运行的情况下，值得关注的事是获得具有大致均匀功率密度的大致均匀的等离子体。在使用产生电子回旋共振(ECR)等离子体的微波处理设备的情况下，本专利技术的第三种应用是，尤其是在等离子体的情况下，能够监测所述或每个相关应用装置附近的共振表面，并因此监视该应用装置附近等离子体的创建表面。
技术介绍
图1和图2示出了传统的产生等离子体的微波处理设备，特别是从文献TOO 1/207IOAl所已知的，它包括:-具有处理室90(或等离子体室)的反应器99，在该反应器99的体积中产生等离子体；-若干基本的等离子源91，每一等离子源都容纳在处理室90内部的应用装置92中，用于应用在微波范围内的电磁波；并且-在微波范围内的电磁波发生器93，其通过用于引导电磁波的引导装置94连接到应用装置92。在操作过程中，传统的磁控管类型的发生器93产生在微波范围内的固定频率的电磁波。例如，磁控管93使得能够提供一种固定频率为2.45GHz的从O到2kW的可变的微波功率。由磁控管93输出的电磁波发送到功率分配器95，其由k个数目的应用装置92分配微波功率，一般是2、4、8、10、12个等。在图2的例子中，应用装置92的数量k等于12。功率分配器95 —般是由矩形波导构成，其中安装有k个天线，每一天线提取由磁控管93分配的总输出功率的Ι/k。在此结构的功率分配器95中，天线定位在导向中，其中在电磁场的波腹中创建了驻波。因为每个基本等离子体源91的行为就像一个匹配的阻抗，该技术是有效的。换言之，在每一应用装置92上反射的功率基本上为零，从而每一个基本源91通过对应的天线无损失地发送所有提取的功率。由每个天线的提取功率继续通过配备有位于功率分配器95的输出端的合适的水负载的环行器96、由通常是同轴电缆类型的独立的导向装置94发送至应用装置92中的一个。该环行器96使得由每一天线提取的功率从功率分配器输送至应用装置92，但它可以通过将该反射的功率重定向到负载上来防止其从应用装置92传输到天线中，在这种情况下为水体负载。同轴电缆94通过位于相应的应用器92之前的阻抗匹配装置97或者调谐器将功率传递到通常被称为应用器的应用装置92。在处理室90中限制等离子体和每个基本等离子体源91之间的阻抗调整是通过手动操纵每一相关线路的阻抗匹配装置97来完成的，从而使得能够最小化反射在每一应用器92上的反射功率。图3示出了等离子产生设备的反应器99a的第一示例，其使用同轴应用器类型的应用装置92和每一同轴应用器92的阻抗匹配装置97。该同轴应用器92从位于反应器99a的圆柱形壁的处理室90伸出。第一反应器99a是沉积/低压蚀刻反应器，其中每一基本的等离子体源91还包括用于创建磁场的磁结构98，该磁场耦合至具有给定频率的电磁波，使得能够产生电子回旋共振(ECR)等离子体。在这种情况下，基本的等离子体源91被称为具有ECR耦合或者偶极源的基本源。该磁结构传统上是以永磁体98的形式制成的，例如由位于同轴应用器92的端部上的圆柱形磁铁(磁偶极子)形成。这种类型的实施激发电子回旋共振等离子体(通常被称为ECR)技术的反应器99a特别适合于应用在物理气相沉积(PVD)或等离子体蚀刻中，其通过使用可极化的基底保持器PS和可极化的目标保持器PC，其定位在反应器99a的处理室90的两个另外的相对且平行的壁上。这种反应器99a还适用于等离子体辅助的化学汽相沉积(PACVD)、结合PVD和PACVD的混合方法以及反应性溅射。这种类型的反应器99a通常在较于一帕斯卡(Pa)的压力下运行，但可以根据应用达到几千帕。图4示出了等离子产生设备的反应器99a的第二示例，其使用同轴应用器类型的应用装置92和每一同轴应用器92的阻抗匹配装置97。该同轴应用器92从位于反应器99b的处理室90的同一壁上伸出。在该第二反应器99b中，每一基本的等离子体源91不包括任何磁结构。这种类型的反应器99b特别适合于应用于沉积/中压蚀刻中，例如通过使用可极化的基底保持器PS进行的PACVD (等离子体辅助化学气相沉积)或等离子体蚀刻，该基底保持器PS定位在位于同轴应用器92对面的反应器99a的处理室90的壁上。应用该种反应器99b，化学沉积法在中间压力范围内(100帕斯卡(Pa)的附近)运行得很好，因此使得能够获得高沉积速率，但是能够根据应用在从几个帕斯卡至几万帕斯卡下更准确地运行。然而，这些用于产生微波激发等离子体的传统的设备存在着许多缺点，其在应用至反应器类型的化学处理室以及农产品加热腔类型的处理室的微波处理设备中也经常遇到。关于阻抗匹配装置97所固有的限制的第一个缺陷是在每一应用装置上匹配独立性，这种阻抗匹配装置进一步用于应用在化学、医药(例如，通过微波辐射治疗的身体的一部分，如肿瘤)或农产品(如通过微波辐射加热或杀菌)的微波处理设备中。众所周知，阻抗匹配是一种能够优化功率或者电磁能量传输的技术，在例子中是微波功率或能量，在该例中为在发射器(在这种情况下为电磁波发生器)和称为负载的电接收机(即限于处理室中的等离子体)之间的传输。因此，如上所述，在微波处理设备中，通常使用一个或多个位于应用装置和电磁波发生器之间的阻抗匹配装置，用于优化性能。当由等离子体反射的功率为零或者尽可能低时，阻抗匹配被认为是最优的。然而，任何负载，如等离子气体、化学或气体反应性混合物，固体产物等具有随着时间的推移而变化的阻抗，其根据所实施的操作条件，例如在处理室中的压力，在处理室中的温度，引入到处理室中以创建等离子体的气体的性质、这些气体的比例，发射到负载的功率，发射到负载的电磁能量的性质，不同的气体的种类等，以及根据处理室的特点，例如处理室壁使用的材料，其壁的大小、形状、表面状态等。因此，安装的应用装置越多，该阻抗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负载微波处理设备（1），包括：?至少一个应用在微波范围内的电磁波的应用装置（30）;?至少一个固态类型的在微波范围内的电磁波发生器（4），通过用于引导电磁波的装置（5）连接到至少一个应用装置（30）;其特征在于，该设备进一步包括：?所述或每个发生器（4）的频率调整系统（40），该频率调整系统设计用于调整所述对应的发生器（4）产生的电磁波的频率f（i）;?所述或每个应用装置（30）的测量系统（31），该测量系统设计用于测量所述对应的应用装置（30）的反射功率PR（i）;以及?自动控制装置（6），该自动控制装置连接至所述或每个频率调整系统（40），并且设计用于控制通过所述或每个频率调整系统（40）对电磁波频率f（i）的调整,另一方面，该自动控制装置连接至所述或每个测量系统（31），用来：e1)作为输入并且实时接收来自所述或每个测量系统（31）的反射功率测量值PR（i）；并且e2)控制所述或每个频率调整系统（40）以改变所述或每个发生器（4）产生的电磁波频率f（i），直至符合以下至少一个条件：a)由所述或每个测量系统（31）测得的所述反射功率PR（i）基本上达到第一参考值VR(i);或者b)所述或每个应用装置（30）的发射功率PT(i)基本上达到第二参考值VT(i)，所述发射功率PT(i)对应于发射至所述对应的应用装置(30)的入射功率PIN(i)与在同一应用装置(30)测得的所述反射功率PR（i）的差值，或下面的关系式：PT(i)=PIN(i)?PR（i）。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.27 FR 11/535871.一种负载微波处理设备(I),包括: -至少一个应用在微波范围内的电磁波的应用装置(30); -至少一个固态类型的在微波范围内的电磁波发生器(4)，通过用于引导电磁波的装置(5)连接到至少一个应用装置(30); 其特征在于，该设备进一步包括: -所述或每个发生器(4)的频率调整系统(40)，该频率调整系统设计用于调整所述对应的发生器(4)产生的电磁波的频率f (i); -所述或每个应用装置(30)的测量系统(31)，该测量系统设计用于测量所述对应的应用装置(30)的反射功率Pk⑴；以及 -自动控制装置(6 )，该自动控制装置连接至所述或每个频率调整系统(40 )，并且设计用于控制通过所述或每个频率调整系统(40)对电磁波频率f⑴的调整，另一方面，该自动控制装置连接至所述或每个测量系统(31)，用来: el)作为输入并且实时接收来自所述或每个测量系统(31)的反射功率测量值Pk⑴;并且 e2)控制所述或每个频率调整系统(40)以改变所述或每个发生器(4)产生的电磁波频率f⑴，直至符合以下至少一个条件: a)由所述或每个测量系统 (31)测得的所述反射功率Pk⑴基本上达到第一参考值VK(i);或者 b)所述或每个应用装置(30)的发射功率Ρτω基本上达到第二参考值VT(i)，所述发射功率Ρτω对应于发射至所述对应的应用装置(30)的入射功率PIN(i)与在同一应用装置(30)测得的所述反射功率Pk (O的差值，或下面的关系式:PT(i)=PIN(i)-PK⑴。2.根据权利要求1所述设备(1)，其特征在于，所述或每个频率调整系统(40)设计用于调整电磁波频率，其频率范围在微波范围内选择，例如频率范围在大约2400-2500MHZ间，或例如在大约5725-5875MHZ间，或者甚至在另一个属于微波范围的预定频率范围内。3.根据前述权利要求中任一项所述设备(I)，其特征在于，包括至少两个各自与所述频率调整系统(40)相关联的发生器(4)和至少两个应用装置(30)，每个发生器(4)与至少一个应用装置(30)相连。4.根据前述权利要求中任一项所述设备(I)，其特征在于，包括N个各自与所述频率调整系统(40)相关联的发生器(4)和N个应用装置(30)，其中N是大于2的整数，每个发生器(4)与至少单个应用装置(30)相连。5.根据前述权利要求中任一项所述设备(I)，其特征在于，对于所述或每个应用装置(30)，其中所述第一参考量VK(i)对应于经测量的反射功率Pk⑴的最小值，可以等于或接近于零，并且特别是对应于预定的阈值反射功率，从而执行对所述或每个应用装置(30)的阻抗匹配。6.根据前述权利要求中任一项所述设备(I)，其特征在于，所述设备(I)包括多个应用装置(30)，对于每个应用装置(30)，其中第二参考值VT(i)对应于某个预先设定值VCt，每个应用装置(30)的该预先设定值是相同的。7.根据前述权利要求中任一项所述设备(I)，其特征在于，所述设备(I)包括多个应用装置(30)，它们的第二参考值VT(i)不是全部相同的。8.根据前述权利要求中任一项所述设备(I)，其特征在于，所述设备(I)包括多个应用装置(30)，其中所述控制装置(6)连接至所述或每个发生器(4)，用来接收作为输入的与每个应用装置(30)相关联的所述入射功率PIN(i)的值，并且在监测步骤e2)期间所述控制装置(6)设计为通过执行以下的子步骤来满足条件b): e3)对于每个应用装置(30)，计算与应用装置(30)的发射功率Pt⑴对应的反射功率Pk(O的设定值VCK(i)，该发射功率Pt⑴等于第二参考值VT(i)，即， VCrG厂PlN(i)_VT(i); e4)对于所述每个应用装置(30)，监测频率调整系统(40)，使得所述相关发生器(4)产生的电磁波频率f⑴变化，从而将反射功率Pk (O限制至所述设定值VCk⑴。9.根据前述权利要求中任一项所述设备(1)，其特征在于，其中所述控制装置(6)依据功率控制所述或每个发生器(4)从而使所述或每个发生器(4)提供给定的入射功率PIN(i)，并且所述控制装置(6)设计用于执行步骤e2)，并且通过监测所述或每个频率调整系统(31)以改变相关联频率和所述或每个发生器(4)以改变相关联入射功率PIN(i)来满足条件a)和/或b)。10.该权利要求8和9所述设备，其特征在于，在子步骤e4)期间，对于所述或每个应用装置(30)，所述控制装置(6)设计用来监测以下两个方面: -所述相关发生器(4)，从而所述相关发生器(4)提供给定的设定值VCin⑴的入射功率Pin⑴，可选地该设定值是变量；并且` -所述相关频率调整系统(40)用来改变由所述相关发生器(4)产生的电磁波的频率f(i)，从而将所述反射功率Pk⑴限制为所述设定值VCk⑴，其满足下面关系式:^CE(j) -VCIN(i) -Vt (j)。11.根据前述权利要求中任一项所述设备(1)，其特征在于，所述设备(I)包括多个应用装置(30)，所述控制装置(6)连接至所述或每个发生器(4)，用来接收作为输入的与每个应用装置(30)相关联的所述入射功率PIN(i)的值，并且依据功率控制所述或每个发生器(4)从而使所述或每个发生器(4)提供给定的入射功率PIN(i)，并且在监测步骤e2)期间，控制装置(6)设计用于执行以下几个子步骤来满足两个条件a)和b): e5)监测所述每个频率调整系统(40)用于改变由所述相关发生器(4)产生的电磁波的频率f(i)，直至满足条件a)，这样每个反射功率Ρκω等于第一对应参考值VK(i)； e6)对于每个应用装置(30)，计算与所述应用装置(30)的发射功率Pt⑴的入射功率Pin(O的设定值VCIN(i)，该发射功率Pt⑴等于第二参考值VT(i)，即， VCin ⑴-Vr ⑴+Vt ⑴； e7)控制所述或每个发生器(4)从而使该发生器提供设定值VCIN(i)的入射功率PIN(i)，以满足条件b)。12.根据权利要求11所述设备(1)，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿德里安·格朗德芒格，让玛丽·雅各米诺，玛丽莱娜·拉多尤，路易斯·拉特拉斯，
申请(专利权)人：塞勒姆电子与微波工业应用研究公司，
类型：
国别省市：