(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記観察ポートは、前記第1の開口部と前記第2の開口部との間に延在する前記プラズマトーチの一部の側面からの観察を可能にするように、前記空洞の一部のみにわたり、前記終端セクションは、実質的にC字型の断面輪郭を有する、請求項4に記載のマイクロ波チャンバ。
容量性負荷セクションは、第1の大壁及び第2の大壁と第1の小壁及び第2の小壁とを備える実質的矩形セクションを含み、前記壁構造体の前記少なくとも1つの隆起部は、前記第1の大壁及び前記第2の大壁のうちの少なくとも一方に沿って配置され、前記チャンバの前記第1の小壁及び前記第2の小壁は、それぞれ、対向する前記第1の壁及び前記第2の壁を含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載のマイクロ波チャンバ。
前記少なくとも1つの隆起部は、前記容量性負荷セクションの長さに沿って延在する容量性負荷セクション部分を備え、前記少なくとも1つの隆起部は、前記インピーダンス整合セクションの長さに沿って延在しかつ前記発射構造体に向かってテーパー状になっているテーパー状部分を備える、請求項1〜5のいずれか一項に記載のマイクロ波チャンバ。
前記インピーダンス整合セクションは、前記マイクロ波チャンバの前記第1の端部において受け取られるマイクロ波エネルギーが前記容量性負荷セクション内に伝播するのを促進するように、該容量性負荷セクションに向かってテーパー状になっている、請求項1〜5のいずれか一項に記載のマイクロ波チャンバ。
前記インピーダンス整合セクションは、該インピーダンス整合セクション内の前記空洞のインピーダンスが選択的に調整されるのを可能にする、該空洞内に配置されたスタブ又はポストのうちの少なくとも一方を備える、請求項1〜5のいずれか一項に記載のマイクロ波チャンバ。
前記少なくとも1つの隆起部は、前記空洞内に突出しかつ前記容量性負荷セクションの長さに沿って延在する第1の容量性負荷セクション部分を含む第1の隆起部と、前記空洞内に突出しかつ前記容量性負荷セクションの長さに沿って延在する第2の容量性負荷セクション部分を含む第2の隆起部とを備え、前記第1の容量性負荷セクション部分は、前記第2の容量性負荷セクション部分と対向し、前記第1の容量性負荷セクション部分は第1の凹部を画定し、前記第2の容量性負荷セクション部分は第2の凹部を画定し、該第1の凹部及び該第2の凹部は、前記第1の開口部及び前記第2の開口部と協働して前記プラズマトーチを受け入れる、請求項1〜5のいずれか一項に記載のマイクロ波チャンバ。
前記第1の凹部及び前記第2の凹部は、互いに協働して、円、多角形、弓、鈍い三角形、及び半円形又は矩形の組合せのうちの任意の1つの形態の形状を画定する、請求項14に記載のマイクロ波チャンバ。
前記容量性負荷セクションは、第1の大壁及び第2の大壁と第1の小壁及び第2の小壁とを備える実質的矩形セクションを含み、前記壁構造体の前記少なくとも1つの隆起部は、前記第1の大壁及び前記第2の大壁のうちの少なくとも一方に沿って配置され、前記第1の小壁及び前記第2の小壁は、それぞれ、対向する前記第1の壁及び前記第2の壁を含む、請求項12に記載のマイクロ波チャンバ。
前記容量的セクションに前記プラズマトーチを配置することは、前記容量性負荷セクションにおける前記1つ以上の隆起部と該容量的に負荷がかけられたセクションの壁との間に前記プラズマトーチの少なくとも一部を配置することを含む、請求項18に記載の方法。
前記容量的セクションに前記プラズマトーチを配置することは、前記1つ以上の隆起部によって画定される凹部内に前記プラズマトーチの少なくとも一部を配置することを含む、請求項19に記載の方法。
前記容量的に負荷がかけられたセクションに前記プラズマトーチを配置することは、該プラズマトーチの内側チューブの端部が、前記容量性負荷セクションの壁と前記壁に最も近い前記1つ以上の隆起部との間に実質的に位置するように、前記容量性負荷セクション内に前記プラズマトーチを配置することを含む、請求項19に記載の方法。
【発明を実施するための形態】
【0004】
本開示は、包括的には、マイクロ波チャンバと、こうしたマイクロ波チャンバを含むマイクロ波プラズマシステムと、こうしたマイクロ波チャンバ及びマイクロ波プラズマシステムにおいてマイクロ波エネルギーを用いてプラズマを生成しかつ維持する方法とに関する。幾つかの実施形態は、こうしたマイクロ波チャンバ、システム、及び分光法での使用方法に関する。
【0005】
プラズマは、化学的試料を、その試料が、試料に存在する各元素に特徴的な光を放出し、この元素のイオンを生成するように、霧化、イオン化及び/又は励起される程度まで、加熱するのに好都合である。そして、この光を分光計によって分析して、存在する各元素の濃度を求めることができ、又は、質量分光計においてイオンを分析して、存在する各元素の濃度を求めることができる。これは、分光化学分析としても知られ、プラズマは、分光化学分析用の原子分光分析器(atomic emission spectrometers)、発光分光分析器(optical emission spectrometers)及び原子質量分光計(atomic mass spectrometers)等の分光システムで使用することができる。
【0006】
幾つかの実施形態は、プラズマ生成用のマイクロ波チャンバであって、
マイクロ波エネルギーを生成するマイクロ波源を収容する、前記マイクロ波チャンバの第1の端部における発射構造体と、
前記マイクロ波チャンバの前記第1の端部と反対側の第2の端部における終端セクションであって、前記チャンバの前記第2の端部からの前記マイクロ波エネルギーの伝播を実質的に阻止するように構成された終端セクションと、
前記第1の端部において前記マイクロ波チャンバ内に受け取られる前記マイクロ波エネルギーを前記第2の端部に向かって誘導する内壁構造体であって、空洞を画定し、
前記第1の端部及び前記第2の端部の中間のインピーダンス整合セクションと、
前記インピーダンス整合セクション及び前記第2の端部の中間の容量性負荷セクションであって、前記チャンバの縦軸に沿って延在する少なくとも1つの隆起部を備える容量性負荷セクションと、
を備える内壁構造体と、
を備え、
該マイクロ波チャンバは、前記容量性負荷セクションの第1の壁を通って延在する第1の開口部と、該容量性負荷セクションの第2の壁を通って延在する第2の開口部とを画定し、該第2の壁は該第1の壁と対向し、
前記第1の開口部及び前記第2の開口部は、互いに協働して、第1の開口部及び第2の開口部を通って延在しかつ該チャンバの前記縦軸に対して実質的に垂直な軸に沿って、前記容量性負荷セクション内にプラズマトーチを受け入れるように構成され、
容量性負荷セクションは、第1の大壁及び第2の大壁と第1の小壁及び第2の小壁とを備える実質的矩形セクションを含み、前記壁構造体の前記少なくとも1つの隆起部は、前記第1の大壁及び前記第2の大壁のうちの少なくとも一方に沿って配置され、前記第1の小壁及び前記第2の小壁は、それぞれ、対向する前記第1の壁及び前記第2の壁を含む、マイクロ波チャンバに関する。
【0007】
前記少なくとも1つの隆起部は、前記チャンバの中心線に沿って配置することができる。前記少なくとも1つの隆起部は、前記空洞内に突出する第1の隆起部と、該空洞内に突出する第2の隆起部とを備えることができ、該第2の隆起部は該第1の隆起部と対向する。
【0008】
前記少なくとも1つの隆起部は、前記容量性負荷セクションに沿って、かつ前記インピーダンス整合セクションの少なくとも一部に沿って延在することができる。例えば、前記少なくとも1つの隆起部は、前記容量性負荷セクションの長さに沿って延在する容量性負荷セクション部分を備えることができる。前記少なくとも1つの隆起部は、前記インピーダンス整合セクションの長さに沿って延在しかつ前記発射構造体に向かってテーパー状になっているテーパー状部分を備えることができる。前記隆起部の前記テーパー状部分は、その長さに沿って高さ及び幅のうちの少なくとも一方がテーパー状になっていることができる。
【0009】
幾つかの実施形態では、前記インピーダンス整合セクションは、前記マイクロ波チャンバの前記第1の端部において受け取られるマイクロ波エネルギーが前記容量性負荷セクション内に伝播するのを促進するように、該容量性負荷セクションに向かってテーパー状になっていることができる。幾つかの実施形態では、前記インピーダンス整合セクションは、該インピーダンス整合セクション内の前記空洞のインピーダンスが選択的に調整されるのを可能にする、該空洞内に配置されたスタブ又はポストのうちの少なくとも一方を備えることができる。
【0010】
前記少なくとも1つの隆起部は、容量性負荷セクション部分を備えることができ、該隆起部の該容量性負荷セクション部分は、前記プラズマトーチの少なくとも一部を受け入れる凹部を画定することができ、前記第1の開口部及び前記第2の開口部は、前記凹部と協働して前記プラズマトーチを収容する。前記凹部は、該凹部を横切る非対称の電界強度を補償するような形状とすることができる。例えば、前記凹部は、前記第1の開口部及び前記第2の開口部を通って延在する前記軸を中心に回転非対称性を有するような形状とすることができる。前記凹部は、前記第1の開口部及び前記第2の開口部を通って延在する前記軸と実質的に平行でありかつ該軸からずれている中心軸を有する、丸い形状の少なくとも一部を画定することができる。
【0011】
幾つかの実施形態では、前記少なくとも1つの隆起部は、前記空洞内に突出しかつ前記容量性負荷セクションの長さに沿って延在する第1の容量性負荷セクション部分を含む第1の隆起部と、前記空洞内に突出しかつ前記容量性負荷セクションの長さに沿って延在する第2の容量性負荷セクション部分を含む第2の隆起部とを備えることができ、前記第1の容量性負荷セクション部分は、前記第2の容量性負荷セクション部分と対向し、前記第1の容量性負荷セクション部分は第1の凹部を画定し、前記第2の容量性負荷セクション部分は第2の凹部を画定し、該第1の凹部及び該第2の凹部は、前記第1の開口部及び前記第2の開口部と協働して前記プラズマトーチを受け入れる。例えば、前記第1の凹部及び前記第2の凹部は、互いに協働して、円、多角形、弓、鈍い三角形、及び半円形又は矩形の組合せの形態の形状を画定することができる。
【0012】
マイクロ波チャンバは、前記終端セクションに配置された観察ポートを更に備えることができ、該終端セクションは、該観察ポートを通して可視光及び紫外光の通過を可能にするように更に構成することができる。幾つかの実施形態では、前記観察ポートは、前記第1の開口部と前記第2の開口部との間に延在する前記プラズマトーチの一部の側面からの観察を可能にするように、前記空洞の一部のみにわたることができ、前記終端セクションは、実質的にC字型の断面輪郭を有する。
【0013】
マイクロ波チャンバは、前記第1の開口部と前記第2の開口部との間に延在するプラズマトーチを更に備えることができる。
【0014】
幾つかの実施形態は、プラズマ生成用のマイクロ波チャンバであって、
マイクロ波エネルギーを生成するマイクロ波源を収容する、前記マイクロ波チャンバの第1の端部における発射構造体と、
前記マイクロ波チャンバの前記第1の端部と反対側の第2の端部における終端セクションであって、前記チャンバの前記第2の端部からの前記マイクロ波エネルギーの伝播を実質的に阻止するように構成された終端セクションと、
前記第1の端部において前記マイクロ波チャンバ内に受け取られる前記マイクロ波エネルギーを前記第2の端部に向かって誘導する内壁構造体であって、空洞を画定し、
前記第1の端部及び前記第2の端部の中間のインピーダンス整合セクションと、
前記インピーダンス整合セクション及び前記第2の端部の中間の容量性負荷セクションであって、前記チャンバの縦軸に沿って延在する少なくとも1つの隆起部を備える容量性負荷セクションと、
を備える内壁構造体と、
を備え、
該マイクロ波チャンバは、前記容量性負荷セクションの第1の壁を通って延在する第1の開口部と、該容量性負荷セクションの第2の壁を通って延在する第2の開口部とを画定し、該第2の壁は該第1の壁と対向し、
前記第1の開口部及び前記第2の開口部は、互いに協働して、該第1の開口部及び該第2の開口部を通って延在しかつ該チャンバの前記縦軸に対して実質的に垂直な軸に沿って、前記容量性負荷セクション内にプラズマトーチを受け入れるように構成され、
前記インピーダンス整合セクションは、該マイクロ波チャンバの前記第1の端部において受け取られるマイクロ波エネルギーの前記容量性負荷セクション内への伝播を促進するように、該容量性負荷セクションに向かってテーパー状になっている、
マイクロ波チャンバに関する。
【0015】
幾つかの実施形態では、前記容量性負荷セクションは、第1の大壁及び第2の大壁と第1の小壁及び第2の小壁とを備える実質的矩形セクションを含み、前記壁構造体の前記少なくとも1つの隆起部は、前記第1の大壁及び前記第2の大壁のうちの少なくとも一方に沿って配置され、前記第1の小壁及び前記第2の小壁は、それぞれ、対向する前記第1の壁及び前記第2の壁を含む。
【0016】
幾つかの実施形態は、マイクロ波チャンバにおけるマイクロ波刺激プラズマ生成方法であって、
マイクロ波チャンバの実質的に矩形の容量的に負荷がかけられたセクションに、プラズマ形成ガスを含むプラズマトーチを配置することであって、その際、該プラズマトーチは、前記チャンバの空洞の幅を横切って延在し、前記チャンバの縦軸に対して実質的に垂直な軸に沿って、前記実質的矩形の容量的に負荷がかけられたセクションの対向する第1の小壁及び第2の小壁にそれぞれ配置された、協働する第1の開口部及び第2の開口部によって受け入れられ、前記容量的に負荷がかけられたセクションは、前記縦軸に沿って延在する1つ以上の隆起部を備えることと、
前記チャンバの第1の端部にマイクロ波エネルギーを供給することと、
前記マイクロ波チャンバ内のマイクロ波エネルギーを前記第1の端部から前記容量性負荷セクション及び前記プラズマトーチに伝播させて、該プラズマトーチ内でプラズマを生成しかつ維持することと、
を含む、方法に関する。
【0017】
方法は、前記マイクロ波チャンバの第2の端部を通るマイクロ波エネルギーの伝播を実質的に防止する一方で、該第2の端部に配置された端部アパーチャを通る可視光及び紫外光の通過を可能にすることを更に含むことができる。
【0018】
幾つかの実施形態では、前記容量的に負荷がかけられたセクションに前記プラズマトーチを配置することは、前記容量性負荷セクションにおける前記1つ以上の隆起部と該容量性負荷セクションの壁との間に前記プラズマトーチの少なくとも一部を配置することを含む。幾つかの実施形態では、前記容量的に負荷がかけられたセクションに前記プラズマトーチを配置することは、前記1つ以上の隆起部によって画定される凹部内に前記プラズマトーチの少なくとも一部を配置することを含む。幾つかの実施形態では、前記容量的に負荷がかけられたセクションに前記プラズマトーチを配置することは、該プラズマトーチの内側チューブの端部が、前記容量性負荷セクションの壁と前記1つ以上の隆起部との間に実質的に位置するように、前記容量性負荷セクション内に前記プラズマトーチを配置することを含む。
【0019】
幾つかの実施形態は、上記のマイクロ波チャンバにおけるマイクロ波刺激プラズマ生成方法であって、
前記マイクロ波チャンバの容量的に負荷がかけられたセクションに、プラズマ形成ガスを含むプラズマトーチを配置することであって、その際、該プラズマトーチは、前記チャンバの空洞の幅を横切って、前記チャンバの縦軸に対して実質的に垂直な軸に沿って延在することと、
前記チャンバの第1の端部にマイクロ波エネルギーを供給することと、
前記マイクロ波チャンバ内のマイクロ波エネルギーを前記第1の端部から前記容量性負荷セクション及び前記プラズマトーチに伝播させて、該プラズマトーチ内にプラズマを生成しかつ維持することと、
を含む、方法に関する。
【0020】
ここで
図1を参照すると、全体として10で示すプラズマ生成システムを含む分光システム1000のブロック図が示されており、分光システム1000は、分光法において、マイクロ波エネルギーを吸収するプラズマ形成ガス(窒素等)からプラズマを生成するために使用することができる。プラズマ生成システム10は、電磁導波路等のマイクロ波チャンバ200に結合されたマイクロ波源100(マグネトロン等)を含む。マイクロ波チャンバ200は、マイクロ波チャンバ200の第1の端部220においてマイクロ波源100から受け取ったマイクロ波が、第1の端部220とは反対側のマイクロ波チャンバ200の第2の端部230に向かって伝播するのを促進する。
【0021】
マイクロ波チャンバ200は、第1の端部220と第2の端部230との間の位置でプラズマトーチ300を受け入れるように構成されている。プラズマトーチ300は、(プラズマトーチの上流端にある)受端部310と、受端部310と反対側の下流端部320とを備える。プラズマトーチ300は、細長く、マイクロ波チャンバ200を通って延在しかつマイクロ波チャンバ200の幅にわたることができ、プラズマトーチ300の下流端部320の少なくとも一部は、マイクロ波チャンバ200から突出することができる。プラズマトーチ300の受端部310は、ガス源400からプラズマ形成ガスを受け取り、試料源500から試料を含有するキャリアガスを受け取るように配置されている。マイクロ波チャンバ200内でマイクロ波からのプラズマを維持するために、プラズマトーチ内のプラズマ形成ガス内にエネルギーが結合される。
【0022】
プラズマトーチ300の下流端部320に又はその近くに分光計600を結合することができる。プラズマ生成システム10が、原子分光分析器又は発光分光分析器の一部を形成する場合、プラズマトーチ300は、光学分光計がプラズマトーチ300内の霧化した試料の試料成分から放出される光を受け取るように、光学分光計に結合される。プラズマ生成システム10が質量分光計に使用される場合、プラズマトーチ300は、質量分光計に結合され、それにより、質量分光計は、プラズマトーチからの霧化した試料のイオン化成分を分析することができる。
【0023】
システム10の使用時、プラズマ形成ガス、キャリアガス及び試料は、プラズマトーチ300の受端部310から下流端部320に向かって移動する。マイクロ波チャンバ200によってマイクロ波源100からプラズマトーチ300に誘導されるマイクロ波は、プラズマトーチ300内のプラズマ形成ガスと相互作用し、それにより、マイクロ波エネルギーがプラズマ形成ガスによって吸収されてプラズマを生成することができるようにする。プラズマは、マイクロ波からのエネルギーの大部分がプラズマ形成ガスによって吸収されてプラズマを生成するプラズマトーチ内の開始部分315(
図4b及び
図5eを参照)においてプラズマ形成ガスから形成される。プラズマは、したがって試料を加熱し励起する。
【0024】
ここで
図2を参照すると、幾つかの実施形態による、プラズマを生成しかつ維持するのに好適な周波数で所望のマイクロ波伝播モードを支持するように構成されたマイクロ波チャンバ200を含む、プラズマ生成システム10の概略図が示されている。
【0025】
マイクロ波チャンバ200は、空洞214を形成するか又は画定する内壁構造体212を備える。内壁構造体212は、マイクロ波源100から放出されかつマイクロ波チャンバ200の第1の端部220において受け取られるマイクロ波エネルギーを、空洞214を通ってマイクロ波チャンバ200の第2の端部230に向かって誘導するように構成されている。幾つかの実施形態では、マイクロ波チャンバ200、特にマイクロ波チャンバ200の内壁構造体212は、より詳細に後述するように、プラズマトーチ300内に形成されたプラズマの所望の特性(形状又は位置等)をもたらすようにマイクロ波の電磁界を最適化するように設計することができる。
【0026】
図2及び
図3aに示すように、マイクロ波チャンバ200は、第1の端部220と第2の端部230との間に延在する縦軸(
図3aに示すz軸)と、チャンバの断面の最も広い内寸である、縦軸に対して垂直にかつ空洞214の横幅(W
C)と実質的に平行に延在する横軸(x)と、チャンバ200の断面の最も狭い内寸である、縦軸及び横軸(x)に対して垂直であり、空洞214の横高さ(H
C)と実質的に平行に延在する横軸(y)とを有する、実質的に細長い導波路とすることができる。
【0027】
幾つかの実施形態では、第1の端部220は、横断(x−y)面における断面の形状を実質的に矩形とすることができる内壁構造体212の第1の端部セクション220aを含むことができる。第1の端部セクション220aは、最大の空洞横高さ(H
C)より大きい最大の空洞横幅(W
C)を有することができる。これにより、導波路は、TE
01モードで動作することができる。マイクロ波源100から受け取られるマイクロ波の伝播に好適な空洞寸法は、マイクロ波の周波数に依拠することができる。マイクロ波チャンバ200を通して2.45GHzマイクロ波が伝播するべきである例示的な実施形態では、第1の端部セクション220aの理論上の最小の空洞横幅W
Cは、およそ61mmである。幾つかの実施形態では、第1の端部セクション220aの空洞横幅は、およそ70mmから86mmの範囲とすることができる。幾つかの実施形態では、マイクロ波チャンバ200の第1の端部セクション220aは、米国電子工業会(EIA)標準規格に従ってWR340矩形導波路の寸法を有することができる。幾つかの実施形態では、マイクロ波チャンバ200の第1の端部セクション220aは、86mmの空洞横幅(W
C)と34mmの空洞横高さ(H
C)とを有することができる。
【0028】
再び
図2を参照すると、マイクロ波チャンバ200の第1の端部220は、マイクロ波アンテナ102を収容するか又は受け入れるように開口部221を画定することができ、マイクロ波アンテナ102は、マイクロ波源100に結合され、マイクロ波源100からのマイクロ波を空洞214内に送信するか又は送出するように構成されている。幾つかの実施形態では、マイクロ波チャンバ200の第1の端部220は、導電壁215を備え、導電壁215は、空洞214からのマイクロ波放射線の通過を軽減、防止、又は阻止して、マイクロ波放射線を第2の端部230に向かって反射するように、短絡部(short circuit)として作用する。幾つかの実施形態では、第1の端部220は、マグネトロン(図示せず)のマイクロ波チャンバ200への結合を可能にするマイクロ波発射構造体を備えることができる。
【0029】
幾つかの実施形態では、第2の端部230は、例えば、
図3a及び
図3bに示すように、内壁構造体212の第2の端部セクション231を含む。幾つかの実施形態では、第2の端部230は、第2の端部230内に電磁界を形成することにより、空洞214の第2の端部230から出るマイクロ波エネルギーの伝播を実質的に軽減、防止又は阻止する、終端セクション又はマイクロ波遮断構造体232を備えることができる。例えば、マイクロ波遮断構造体232は、内壁構造体212からマイクロ波エネルギーの危険な又は望ましくない漏れを防止することができる。
【0030】
幾つかの実施形態では、マイクロ波遮断構造体232は、内壁構造体212の第2の端部セクション231の空洞幅にわたることができる。幾つかの実施形態では、マイクロ波遮断構造体232は、第2の端部セクション231の空洞幅及び高さにわたる導電性材料のシートを備えることができ、シートは、メッシュ構造体(図示せず)を形成するように複数の孔を画定する。
【0031】
幾つかの実施形態では、
図2及び
図3bに示すように、マイクロ波チャンバ200の第2の端部230は、空洞214内に形成されたプラズマをマイクロ波チャンバ200の外側から視覚的に及び/又は装置ベースで観察するのを可能にするように、端部アパーチャ又は観察ポート240を画定することができる。遮断構造体232は、端部アパーチャ240を通る可視光及び紫外光、例えば、160ナノメートル〜3000ナノメートルの波長の光の通過を可能にすることができる。幾つかの実施形態では、端部アパーチャ240は、マイクロ波遮断構造体232を通って延在することができ、プラズマからの光学的な光(例えば、遠赤外線から紫外線のスペクトルにわたる光)は、マイクロ波遮断構造体232を通って端部アパーチャ240から漏れ出ることができ、それにより、分光計の操作者がプラズマトーチ300内のプラズマを安全に視覚的に観察することができる。代替的に又はさらに、光検出器又はカメラを用いて、端部アパーチャ240を通るプラズマを観察することができる。
【0032】
マイクロ波チャンバ200は、導電性材料から形成されるため、通常、光透過性ではない。例えば、幾つかの実施形態では、マイクロ波チャンバ200は、アルミニウム、銅又は真鍮から形成される。端部アパーチャ240を設けることにより、プラズマトーチの長さに沿った軸方向(例えば、下流端部)から以外の方向からプラズマを観ることができるようにすることができる。これにより、プラズマ発光の分光分析とともに、プラズマの問題解決又は最適化のためにプラズマの形状及び形態の単純な視覚的検査について、プラズマを観察するか又はモニタリングすることを可能にすることができる。上述したように、開始部分315は、プラズマがプラズマトーチ300内部で最初に形成される位置である。幾つかの実施形態では、端部アパーチャ240は、開始部分315がマイクロ波チャンバ200の外側から観察可能であるような形状とされるか又はそのように配置される。
【0033】
幾つかの実施形態では、端部アパーチャ240は、プラズマの改善された安全な観察を可能にするように、第2の端部230において第2の端部セクション231によって画定された空洞214の幅の大部分に沿って延在することができる。例えば、端部アパーチャ240は、チャンバ300によって受け取られるプラズマトーチ300の側面からの観察を可能にするように、空洞214の少なくとも一部又は大部分にわたることができる。これは、プラズマ発光の分光分析とともにプラズマの形状及び形態の単純な視覚的検査に対して価値がある可能性がある。他の実施形態では、端部アパーチャ240は、丸い形状を画定することができる。
【0034】
幾つかの実施形態では、マイクロ波遮断構造体232は、遮断をはるかに上回って動作する、高さの低減した矩形導波路として挙動する短絡部に対する近似であるか、又はそうした短絡部として作用することができる。したがって、マイクロ波は、マイクロ波遮断構造体232を通過して伝播することができず、縦軸に沿って指数関数的に減衰する、遮断構造体232内で生成されるエバネッセント波のみがある可能性がある。したがって、遮断構造体232の長さを十分に長くする場合、エバネッセント波は、マイクロ波チャンバ200の外部の環境へのエネルギーの漏れが許容可能に低いレベルとなる程度まで、減衰することになり、こうしたマイクロ波遮断構造体232は、端部アパーチャ240を通る空洞214内のプラズマの側面からの観察を安全に可能にすることができる。マイクロ波遮断構造体232の長さを調整することにより、プラズマの観察可能性を維持しながら、エバネッセント波の指数関数的な減衰の速度を調整することができる。
【0035】
マイクロ波遮断構造体232は、固定形状を有することができ、又は、構造体232の連続的な若しくは周期的な調整によりインピーダンス整合がプラズマ状態の変化に適応するのを可能にするように、縦長さを調整可能とすることができる。したがって、第1の端部220に最も近い遮断構造体232の縁とプラズマトーチ300との間の距離を調整することができる。例えば、マイクロ波遮断構造体232は、マイクロ波遮断構造体232が同調調節部として作用するのを可能にする摺動短絡部を備えることができる。遮断構造体232の選択的同調により、マイクロ波チャンバ200のプラズマ生成器としての性能の最適化を可能にすることができる。
【0036】
幾つかの実施形態では、
図2、
図3a及び
図3bのマイクロ波遮断構造体232及び端部アパーチャ240を備える第2の端部230とは対照的に、
図4a、
図4b及び
図4cに示すように、チャンバ300は、マイクロ波遮断構造体4232及び端部アパーチャ4240を備える第2の端部4230を備えることができる。端部アパーチャ240と同様に、端部アパーチャ4240は、チャンバ300の縦軸に沿ってマイクロ波遮断構造体4232を通って延在して、プラズマからの光学的な光が空洞214から端部アパーチャ4240を通って漏れ出るのを可能にする。しかしながら、端部アパーチャ4240は、プラズマトーチ300が受け入れられる軸に対して実質的に平行に、チャンバの横x軸に沿った空洞214の幅の一部のみにわたる。例えば、アパーチャ4240は、第2の端部セクション4231からマイクロ波遮断構造体4232の壁4241まで延在することができ、マイクロ波遮断構造体4232は、実質的にC字型の断面輪郭を有することができる。幾つかの実施形態では、端部アパーチャ4240は、チャンバ200によって受け入れられるプラズマトーチ300のプラズマのみの観察を可能にするように構成され、マイクロ波遮断構造体4232は、プラズマトーチ300の一部、例えば、プラズマが存在しない、開始部分315から上流のプラズマトーチ300の部分の(マイクロ波チャンバ200の外側からの)視界を妨げる。
【0037】
チャンバ300に、空洞の一部のみにわたる端部アパーチャ4240(例えば、空洞幅W
Cより小さい幅W
Aを有する端部アパーチャ4240)を画定するマイクロ波遮断構造体4232を含む第2の端部4230を設けることにより、遮断構造体4232内に生成されるエバネッセント波のより迅速な減衰が達成される。その結果、使用されるマイクロ波遮断構造体4232は、端部アパーチャ240が空洞幅W
C全体にわたるマイクロ波遮断構造体232より、縦z軸に沿って短くすることができる。
【0038】
再び
図3aを参照すると、マイクロ波チャンバ200の内壁構造体212は、第1の端部セクション220aと、第1の端部セクション220a及び第2の端部セクション231の中間のインピーダンス整合セクション(又は遷移セクション)222と、インピーダンス整合セクション222及び第2の端部セクション231の中間の容量性負荷セクション224とを備えることができる。
【0039】
容量性負荷セクション224は、静電容量が空洞内の他の領域とは異なる空洞214の領域を有し、そこでは、それらの領域のマイクロ波の電界強度が増大する。容量性負荷セクション224は、インピーダンス整合セクション222から受け取られるマイクロ波エネルギーが、容量性負荷セクション224を通り、容量性負荷セクション224によって受け入れられるプラズマトーチ300まで伝播するのを促進するように構成されている。幾つかの実施形態では、容量性負荷セクション224は、隆起導波路又は二重隆起導波路を備えることができる。例えば、容量性負荷セクション224は、より詳細に後述するように、チャンバ200の縦軸に沿って延在する1つ以上の隆起部218を備えることができる。例えば、1つ以上の隆起部218は、金属又は誘電性材料から構成することができる。
【0040】
図2、
図3a及び
図3bに示すように、マイクロ波チャンバ200の容量性負荷セクション224は、プラズマトーチ300の一部を受け入れるように構成された第1の開口部226を画定し、プラズマトーチ300の一部を受け入れるように構成された第2の開口部228を画定する。第1の開口部226は、容量性負荷セクション224の第1の壁224aを通って空洞214内に延在し、第2の開口部228は、容量性負荷セクション224の第2の壁224bを通って空洞214内に延在し、第2の壁224bは第1の壁224aと対向する。幾つかの実施形態では、第2の開口部228は、プラズマトーチの一部が第2の開口部228を通って空洞214から出るように突出するのを可能にする。第1の開口部226及び第2の開口部228は、互いに協働して、第1の開口部226及び第2の開口部228を通って延在しかつチャンバ200の縦軸に対して実質的に垂直な軸に沿って、容量性負荷セクション224内にプラズマトーチ300を受け入れるように構成されている。第1の開口部226及び第2の開口部228は、プラズマトーチ300が容量性負荷構造体224の空洞幅を横切って延在しかつそれにわたるようにプラズマトーチ300を受け入れるように構成されている。例えば、第1の開口部226及び第2の開口部228を互いに位置合わせするか又は見当合わせすることができ、それらにより、プラズマトーチ300の長さが、マイクロ波チャンバ200によって誘導されるマイクロ波エネルギーの伝播の方向に対して実質的に横切る構成において、容量性負荷セクション224がプラズマトーチ300を受け入れることができるようにすることができる。
【0041】
幾つかの実施形態では、容量性負荷セクション224は、第1の大壁及び第2の大壁と第1の小壁及び第2の小壁とを備える実質的に矩形であり、第1の壁224a及び第2の壁224bは第1の小壁及び第2の小壁に一致し、内壁構造体212の壁212a、212bは、容量性負荷セクション224のそれぞれ第1の大壁及び第2の大壁を含み、それに沿って、少なくとも1つの隆起部218の容量性負荷セクション部分218aが配置されている。
【0042】
既存の市販のマイクロ波プラズマ源では、導波路は、マイクロ波エネルギーを伝播させるためにマイクロ波波長の少なくとも0.5倍の空洞幅を有するように制限されている。約2.455GHzのマイクロ波周波数での従来の矩形導波路の場合、最小(内部)導波路空洞幅は、61mmを超える幅であるように限られている。例えば、2.455GHzマイクロ波伝播に対して推奨されるWR340の従来の矩形導波路は、86.4mm(3.4インチ)の空洞幅を有する。チャンバ200の内壁構造体212の1つ以上の隆起部218は、空洞214内にマイクロ波の電磁界を形成するように構成され、それにより、特定の周波数のマイクロ波の、その特定の周波数の伝播に好適な従来の矩形導波路の空洞幅より小さい空洞幅を有するマイクロ波チャンバ200内での伝播を可能にする。したがって、1つ以上の隆起部218を備える容量性負荷セクション224を設けることにより、特定の周波数でのマイクロ波の伝播を依然として可能にしながら、容量性負荷セクション224における空洞幅(容量性負荷セクション空洞幅W
RC)を低減させることができる。容量性負荷セクション224に1つ以上の隆起部218を含めることにより、容量性負荷セクション224の遮断周波数が低減する。
【0043】
容量性負荷セクション224において空洞幅が低減することは、分光計600をプラズマトーチ300に結合することができ、それにより、分光計600と開始部分315との間の距離が低減することを意味する。これにより、より有効な元素分析を可能にすることができる。例えば、プラズマトーチ300内のプラズマ及び試料は、開始部分315からトーチ300の下流端部320までの距離にわたって流れる際、著しく温度が低下し、それにより、形成されたイオンの多くが原子状態に戻るように崩壊し、励起した中性原子の多くは接地状態に戻るように崩壊して、自己吸収をもたらす。したがって、光学分析の場合、プラズマの高温領域から発している観察される光は、検出することができる前に非励起原子の雲を通過する。この通過中、光の一部は、非励起原子によって再吸収される可能性があり、受け取られる光の強度が低下する。こうした場合、試料内の化学物質に対する分光計600の感度が結果として低下し、受け取られる光の強度と試料内に存在する元素の濃度との間の線形関係から逸脱する可能性がある。質量分析の場合、収集されるイオンの著しい部分が、中性原子に戻るように崩壊している可能性があり、又は、酸素等の他の元素と結合されて、測定される質量スペクトルの分析を複雑にする荷電化合物を形成している可能性がある。しかしながら、チャンバ200の容量性負荷セクション224の空洞幅(W
RC)が従来の導波路幅より小さいため、結果として、開始点310と分光計600を結合することができるプラズマトーチ300の下流端部320との間の距離が短くなる。その結果、プラズマ及び試料は、従来の矩形マイクロ波導波路空洞に形成されたプラズマと比較して短いこの距離にわたって、それほど温度が低下せず、それにより、改善された元素分析が可能になる。
【0044】
プラズマトーチ300内のプラズマは、通常、マイクロ波に対して、従来の矩形導波路より著しく低いインピーダンスを有する。容量性負荷セクション224の空洞幅(W
RC)は、特定の周波数のマイクロ波に対して従来の導波路の空洞幅より小さいため、容量性負荷セクション224もまた、マイクロ波に対して従来の矩形導波路より低いインピーダンスを有する。したがって、容量性負荷セクション224にプラズマトーチ300を配置することにより、プラズマにおけるマイクロ波インピーダンスと空洞214内のマイクロ波インピーダンスとの間のより密な整合がもたらされ、マイクロ波とプラズマとの間の結合が促進される。より密なインピーダンス整合により、マイクロ波エネルギーのより多くがプラズマによって吸収され、より少ないマイクロ波エネルギーがプラズマによって反射される。幾つかの実施形態では、容量性負荷セクション224により、絞り構造体を不要にすることができ、それにより、プラズマ生成システム10の構造が簡略化する。
【0045】
幾つかの実施形態では、第2の端部230においてマイクロ波チャンバ200の第2の端部230において短絡部として作用するマイクロ波遮断構造体232に対して比較的近接してプラズマトーチ300を位置決めすることにより、更に改善されたインピーダンス整合を達成することができる。幾つかの実施形態では、マイクロ波遮断構造体232に対するプラズマトーチ300の位置決めを調整することにより、磁界強度に対する電界強度の比を制御することができる。マイクロ波遮断構造体232は、短絡部においてゼロインピーダンス点(導波路の幅に沿って位置合わせされたゼロ電界及び最大磁界)を有し、インピーダンスは、第2の端部230から第1の端部220に向かって徐々に上昇し、電界Eを増大させ磁界Hを低減させる。上述したように、マイクロ波遮断構造体232は調整可能とすることができ、プラズマトーチを受け入れる容量性負荷セクション224における位置の間の距離の選択を可能にし、それにより、トーチ位置における局所インピーダンスをプラズマインピーダンスに整合させる。この距離は、比較的小さく、例えば、1mm〜30mmである。こうした配置には、プラズマが短絡部に近接しており、それにより、磁界成分が、本質的にプラズマトーチ300の中心横軸と軸方向に位置合わせされ、そのためプラズマに対して軸方向である、という利点がある。軸方向磁界(x軸に沿って位置合わせされている)は、単独で又は横電界と組合せて、分光法のための発光源及びイオン源として作用するための正確な形状のプラズマを形成するのに非常に望ましい。
【0046】
幾つかの実施形態では、容量性負荷セクション224の空洞幅(W
RC)は、第1の端部セクション220aにおける空洞幅(W
C)より小さい。例えば、容量性負荷セクション224の空洞幅(W
RC)は、第1の端部セクション220aにおける空洞幅(W
C)より2.5分の1以上小さい可能性がある。第1の端部セクション220aは、容量性負荷セクション224の空洞幅より大きい空洞幅を有する場合、より大きいマイクロ波インピーダンスも有することになる。大きいインピーダンスの領域とより低いインピーダンスの領域との間のインピーダンスの不連続性により、不連続部においてマイクロ波の反射がもたらされる可能性がある。インピーダンス整合セクション222は、第1の端部セクション220aのインピーダンスを容量性負荷セクション224のインピーダンスと整合させることにより、第1の端部セクション220aから容量性負荷セクション224内へのマイクロ波エネルギーの伝播を促進するように構成されている。このように、反射されるパワーを低減させることができ、パワーの伝送を改善し、場合によっては最適化することができる。
【0047】
幾つかの実施形態では、内壁構造体212の空洞幅(W
C)がチャンバ200の縦軸に沿って容量性負荷セクション224に向かって徐々に低減するように、インピーダンス整合セクション222を構成することができる。したがって、空洞幅(W
C)は、第1の端部セクション220aにおける空洞横幅から容量性負荷セクション224における空洞横幅(W
RC)まで低減させることができる。例えば、インピーダンス整合セクション222は、第1の端部セクション220aから容量性負荷セクション224に向かって実質的に内向きにテーパー状とすることができ、それにより、空洞横幅(W
C)は、チャンバ200の縦軸に沿って容量性負荷セクション224に向かって線形に低減する。幾つかの実施形態では、インピーダンス整合セクション222は、形状を実質的に矩形とすることができ、インピーダンス整合セクション222の小壁のうちの少なくとも一方は、チャンバ200の縦軸に沿って容量性負荷セクション224に向かってテーパー状となることができる。例えば、幾つかの実施形態では、インピーダンス整合セクション222は、空洞幅(W
C)を低減させるように傾斜しているか又はテーパー状であるインピーダンス整合セクション222の小壁のうちの一方を有するのみである場合があり、インピーダンス整合セクション222の対向する小壁は、実質的に直線状であるか又は平面であり、容量性負荷セクション224の隣接する壁と実質的に連続した壁を形成することができる。
【0048】
幾つかの実施形態では、チャンバの縦軸に沿って延在するインピーダンス整合セクション222の長さは、約200mmのマイクロ波波長に対して約80mm〜100mmであって、第1の端部セクション220aと容量性負荷セクション224との間に好適な結合を達成することができる。
【0049】
幾つかの実施形態では、インピーダンス整合セクション222は、第1の端部セクション220aのインピーダンスを容量性負荷セクション224のインピーダンスと整合させる、1/4波長インピーダンス変成器等のマイクロ波インピーダンス変成器(図示せず)を備えることができる。幾つかの実施形態では、インピーダンス整合セクション222は、セクションインピーダンス整合セクション222における空洞214のインピーダンスが選択的に調整されるのを可能にするように、空洞214内に配置されたスタブ又はポスト(図示せず)を備えることができる。
【0050】
図に示すように、空洞214の高さ(H
C)は、第1の端部220と第2の端部230との間で(インピーダンス整合セクション222及び容量性負荷セクション224を含む)マイクロ波チャンバ200を通して実質的に均一である。しかしながら、幾つかの実施形態では、空洞高さH
Cは、第1の端部220と第2の端部230との間で変化する可能性があることが理解されよう。幾つかの実施形態では、空洞高さH
Cは、チャンバ200の第1の端部220における空洞幅W
Cのおよそ半分とすることができる。
【0051】
上述したように、1つ以上の隆起部218は、マイクロ波チャンバ200の縦軸に沿ってかつ空洞214内に延在し、隆起部218の近くの空洞214の領域に対して容量的に負荷をかけ(capacitively load)、それにより、それらの領域におけるマイクロ波の電界を増大させる。
【0052】
ここで
図3a、
図5a及び
図5bを参照すると、1つ以上の隆起部218は、各々、マイクロ波チャンバ200の内壁構造体212のそれぞれの壁から空洞214内に延在することができ、マイクロ波チャンバ200の中心線に沿って延在することができる。1つ以上の隆起部218は、横方向における隆起部高さ(H
R)、別の横軸に沿った隆起部幅(W
R)、及びチャンバ200の縦軸に沿った隆起部長さ(L
R)を有することができる。隆起部の高さ(H
R)は、隆起部表面218cとそれが延在する起点であるそれぞれの壁212a、212bとの間の最大の垂直離隔距離によって画定することができる。
【0053】
幾つかの実施形態では、マイクロ波チャンバ200は、二重隆起導波路を備えることができる。例えば、2つの隆起部218は、内壁構造体212の2つの対向する壁212a及び212bから突出することができる。例えば、第1の隆起部218は、内壁構造体212の第1の壁212aから突出し、チャンバの縦軸に沿って延在することができ、第1の隆起部218と対向する第2の隆起部218が、内壁構造体212の第2の壁212bから突出し、チャンバ200の縦軸に沿って延在することができる。第1の隆起部218の高さ(H
R)は、第2の隆起部218の高さ(H
R)と実質的に同じである場合もあれば異なる場合もある。同様に、第1の隆起部218の長さ(L
R)は、第2の隆起部218の長さ(L
R)と実質的に等しい場合もあれば異なる場合もある。
【0054】
1つ以上の隆起部218は、容量性負荷セクション224の長さに沿って延在することができ、インピーダンス整合セクション222の全長又は少なくともその長さの一部に沿って延在することができる。例えば、
図3aに示すように、1つ以上の隆起部218は、実質的テーパー状部分218aと容量性負荷セクション部分218bとを備えることができる。例えば、内壁構造体212のインピーダンス整合セクション222は、1つ以上の隆起部218のテーパー状部分218aを備えることができ、内壁構造体212の容量性負荷セクション224は、容量性負荷セクション部分218bを備えることができる。幾つかの実施形態では、隆起部218のテーパー状部分218aは、インピーダンス整合セクション222の全長に沿って延在することができ、容量性負荷セクション部分218bは、容量性負荷セクション224の全長に沿って延在することができる。
【0055】
再び
図3aを参照すると、インピーダンス整合セクション222における空洞幅(W
C)は、容量性負荷セクション224に向かってチャンバ200の縦軸に沿って低減するため、インピーダンス整合セクション222のテーパー状隆起部218aは、外側に広がるか又はテーパー状となり、それにより、その幅は、チャンバ200の縦軸に沿って増大する。幾つかの実施形態では、隆起部218の隆起部幅(W
R)は、チャンバ200の縦軸に沿ってインピーダンス整合セクション222から容量性負荷セクション224に向かって延在するに従って増大する。例えば、テーパー状隆起部218aは、容量性負荷セクション224における容量性負荷セクション部分218bの幅と一致するように外側に広がることができる。インピーダンス整合セクション222のテーパー状隆起部218aもまた、外側に広がるか又はテーパー状となり、それにより、その高さは、チャンバ200の縦軸に沿って増大する。幾つかの実施形態では、隆起部218の隆起部高さ(H
R)は、チャンバ200の縦軸に沿ってインピーダンス整合セクション222から容量性負荷セクション224に向かって延在するに従って増大する。幾つかの実施形態では、チャンバ200の縦軸に沿ってテーパー状隆起部218aの寸法が増大することにより、チャンバ200の空洞幅(W
C)がチャンバ200の縦軸に沿って低減していても、第1の端部セクション220aからのマイクロ波が、インピーダンス整合セクション222を通り容量性負荷セクション224内に伝播することができる。したがって、インピーダンス整合セクション222は、マイクロ波エネルギーが第1の端部セクション220aから容量性負荷セクション224内に伝播するのを促進することができる。外側に広がるか又はテーパー状になることによって高さ及び幅がチャンバ200の縦軸に沿って増大するテーパー状隆起部218aを設けることにより、幅のみがテーパー状となるテーパー状隆起部218aを有するインピーダンス整合セクション22によってもたらされる可能性のある空気中の絶縁破壊に起因するスパークの生成を軽減することができる。
【0056】
幾つかの実施形態では、チャンバ200の縦軸に沿って幅及び高さの両方が増大するテーパー状隆起部218aとは対照的に、
図6a及び
図6bに示すように、内壁構造体212のインピーダンス整合セクション222の1つ以上の隆起部218は、高さのみが増大する1つ以上のテーパー状隆起部6218aを備えることができる。テーパー状隆起部6218aは、チャンバ300の縦軸に沿って高さ(横y次元における隆起部高さ)を増大させることができるが、実質的に均一の幅を維持する。インピーダンス整合セクション222におけるテーパー状隆起部6218aの隆起部高さは、容量性負荷セクション224における容量性負荷セクション部分218bの隆起部高さ(H
R)と一致するまで増大することができる。インピーダンス整合セクション222における隆起部高さを増大させることにより、上記で記載したように、空洞214のインピーダンスを徐々に変化させ、第1の端部セクション220aから容量性負荷セクション224内へのマイクロ波の伝播を促進することができる。
【0057】
他の実施形態では、テーパー状隆起部218aは、インピーダンス整合セクション222に沿って隆起部横幅(W
R)及び隆起部横高さの両方を増大させることができる。幾つかの実施形態では、1つ以上の隆起部218は、空洞214の中心に面する側が湾曲形状を有する、多角形断面又は断面形状を有することができる。例えば、隆起部218は、正方形、矩形、台形又は半円形として成形された横断面を有することができる。
【0058】
図5a〜
図5fを参照すると、幾つかの実施形態では、容量性負荷セクション224は、隆起部218の容量性負荷セクション部分218bを備え、容量性負荷セクション部分218bは、空洞214内に横x軸に沿って実質的に中心に配置され、内壁構造体212の第1の壁212a及び第2の壁212bから延在し、チャンバ200の縦軸zに沿って延在している。
図5aに最もよく示すように、横断(x−y)面における容量性負荷セクション224の断面は、概して、H字型を有する空洞214の領域を画定し、空洞214における容量性負荷セクション部分218bは、間隙213aによって分離されている。ここでまた
図5bも参照すると、隆起部218の容量性負荷セクション部分218bは、(y−z面において)側壁219a及び219bを備え、側壁219a、219bは、内壁構造体212とともに、容量性負荷セクション部分218bを分離する間隙213aの両側に空洞アーム領域213bも画定する。
【0059】
幾つかの実施形態では、プラズマトーチ300と1つ以上の隆起部218との間の間隙213aの一部に、誘電体材料を配置することができる。幾つかの実施形態では、マイクロ波遮断構造体232の高さは、隆起部の高さ(H
R)と実質的に一致することができ、マイクロ波遮断構造体232によって画定される端部アパーチャ240は、隆起部218の間に設けられた間隙213aとサイズが対応することができる。
【0060】
図5a、
図5b及び
図5cに示すように、幾つかの実施形態では、1つ以上の隆起部218の容量性負荷セクション部分218bは、凹部227を画定する。凹部227は、第1の開口部226及び第2の開口部228と協働してプラズマトーチ300を収容するように構成することができる。例えば、凹部227は、プラズマトーチ300の長さを受け入れるように配置することができる。
図5cに示すように、2つの隆起部218bが設けられる幾つかの実施形態では、第1の主面212aから突出する第1の隆起部は第1の凹部227aを画定し、第2の主面212bから突出する第2の隆起部は第2の凹部227bを画定する。第1の凹部227a及び第2の凹部227bは互いに協働して、円の形状の少なくとも一部を画定することができる。単一の隆起部218がある実施形態では、プラズマトーチ300の少なくとも一部を隆起部218と対向する内壁構造体212の対向する主面212bと隆起部218の凹部227との間に配置することができるように、第1の開口部226及び第2の開口部228を配置することができる。
【0061】
内壁構造体212は、x軸と、したがってプラズマトーチ300と軸方向に位置合わせされる横磁界成分(縦Z軸に対して横切る)と、y軸と位置合わせされ、したがってトーチ300と位置合わせされない横電界成分(縦Z軸に対して横切る)とを生成する。しかしながら、磁界及び電界はともに、トーチ300内のプラズマと結合し、エネルギーをプラズマ内に伝達する。
【0062】
図5fは、
図5eに断面が示されている容量性負荷セクション224における横電界(TE
01モード)を有する定在波成分に対する電界強度を示す。
図5fは、隆起部218間の間隙213aにおけるプラズマの予測された電界強度が、空洞214内の隣接する空洞アーム領域213bにおけるより高いことを示す。隆起部間のより高い電界強度を有する間隙213aにおいてプラズマトーチ300の少なくとも一部を配置することにより、電磁界とトーチ300内部のプラズマとのより優れた結合を得ることができる。
【0063】
図5dは、定在波マイクロ波電界強度が、空洞214に沿って縦z方向において低減することを示す。例えば、第2の端部230が短絡している実施形態では、定在波の電界強度は、短絡部からマイクロ波波長の1/4だけ離れた位置で最大であり、短絡部においてゼロになるまで低減する。
図5c及び
図5dに示すように、プラズマトーチ300が配置される容量性負荷セクション部分218bの間の凹部227における間隙213aでは、プラズマにおけるマイクロ波の電界強度は、凹部227に隣接する容量性負荷セクション部分218bの部分218cの間の間隙213cにおける電界強度と比較して更に低減する。
【0064】
トーチ300は有限の幅を有するため、
図5cに示すように、凹部227の形状が、トーチ300の長さに平行な縦軸(x)を中心に対称である場合、トーチ幅(z方向における)を横切る(定在波成分の)電界強度は非対称である。プラズマトーチ300内の非対称電界強度により、望ましくない非対称なプラズマ断面がもたらされる可能性がある。例えば、この非対称は、プラズマがマイクロ波源に近い方の側でより高温となるようにし、この不均衡が非常に大きく、プラズマの断面形状が完全な輪の代わりに三日月として形成されるようにする可能性があるため、望ましくない。
【0065】
幾つかの実施形態では、凹部227は、z方向に沿った非対称な電界強度を補償し、それにより、凹部227を横切るより均一な電界強度をもたらす形状で、形成することができる。したがって、プラズマトーチ300が容量性負荷セクション224(又は容量的に負荷がかけられたセクション)に配置されると、凹部がプラズマトーチ300の縦軸を中心に対称であった場合より、均一な電界強度が達成される。例えば、より均一な電界強度は、同じ電界強度を有する、凹部におけるその3つ以上の領域において、凹部を横切って少なくとも部分的に均一な電界強度を含むことができる。
【0066】
図2〜
図6の実施形態は、凹部227を半円形又は湾曲している(それにより、概して、y−z面において円形状の断面を画定する)ものとして示すが、代わりに、隆起部218は、
図7a、
図7b、
図8a、
図8b、
図8c、
図9a及び
図9bに関連して後述するような他の形状の断面を有する凹部を備えることができることが理解されよう。
【0067】
図7a及び
図7bは、凹部227の一例を示し、それは、凹部227の間にプラズマの均一な電界強度をもたらすように、第1の開口部226及び第2の開口部228を通って延在する横軸を中心とする回転非対称を有するように成形されている。
図7aの図示する実施形態では、容量性負荷セクション部分218aにおける凹部227aは、3つの実質的に平坦な面によって画定され、それらの面は、対向する隆起部218bにおける対応する凹部227bとともに、(y−z面、又はプラズマトーチの縦軸に対して垂直な平面における)隆起部218の長手方向断面が取り出されるとき、五角形(半五角形又は半菱形状の形状)の少なくとも一部を画定する。
【0068】
図8a、
図8b及び
図8cは、チャンバの縦軸に対して平行な平面に沿った容量性負荷部分218bの断面を示し、そこでは、凹部227は、以下の形状、すなわち弓(
図8a)、鈍い三角形(
図8b)並びに半円形及び矩形の組合せ(
図8c)の少なくとも一部を画定する。しかしながら、対向する隆起部218の凹部227が、多角形の形状等、任意の好適な形状を画定することができることが理解されよう。
【0069】
幾つかの実施形態では、
図9a及び
図9bに示すように、凹部227は、第1の開口部226と第2の開口部228との間の軸226aと実質的に平行でありかつそれに対してz軸に沿ってずれている回転軸227dを有する、半円形の形状の断面を画定することができる。例えば、凹部227を通って延在する回転軸227dは、マイクロ波チャンバ200の第1の端部220及び軸226aの中間であるようにずらすことができる。
図9bを参照すると、プラズマトーチ300が開口部226、228及び凹部227に受け入れられるとき、第1の端部220(上流側)に近い方のトーチ300の長手方向面又は壁(及び、したがってトーチ内のプラズマ)は、第1の端部220に近い方の凹部227の側から、第2の端部230(下流側)に近い方のトーチ300の壁又は側と第2の端部230に近い方の凹部227の部分との間の距離より大きい距離だけ、分離されるか又は変位する。再び
図5dを参照すると、(更にz方向に沿った)第2の端部230に近い方の側におけるプラズマの電界強度の変動は、第1の端部220に近い方の側における変動よりはるかに小さい。したがって、凹部227が
図9a及び
図9bに示すように配置されている実施形態では、プラズマにより均一な電界強度がある可能性がある。こうした実施形態では、凹部227によって画定される形状は、凹部227内にトーチ300を受け入れるために、トーチ300の断面積より大きい面積を有することができる。
【0070】
図10を参照すると、例示的なプラズマトーチ300が示されている。プラズマトーチ300は、複数の別個のガス流を生成し方向づけるように、石英又はセラミック等の高誘電性材料の幾つかの同心チューブを含むことができる。図示するように、プラズマトーチ300は、トーチ300の長さに沿って延在しかつプラズマを受け入れるように配置された外側チューブ330を備える。プラズマトーチ300は、外側チューブ330内にかつ実質的に同心状に配置された内側チューブ350を備える。内側チューブ350は、受端部310から外側チューブ330を少なくとも部分的に通って延在する。幾つかの実施形態では、プラズマトーチ300は、外側チューブ330内に配置された中間チューブ340を備えることができ、内側チューブ350は、中間チューブ340内に配置することができる。外側チューブ330、内側チューブ300及び中間チューブ340は、同心状に位置合わせすることができる。中間チューブ340は、受端部310から外側チューブ330を部分的に通って延在することができ、それにより、中間チューブ340の開放した下流端部は、内側チューブ350の開放した下流端部に近接しかつそれより更に下流にある。外側チューブ330は、ガス源400からプラズマ形成ガスを受け取るように適合される。内側チューブ350は、分析対象の試料を同伴しているキャリアガスを外側チューブ330内に供給する。内側チューブ350の誘電率は、その周囲の誘電率より高く、したがって、内側チューブ350の近くの電界強度は増大する。中間チューブ340は、内側チューブ350及び中間チューブ340の開放した下流端部からプラズマ316を隔離するのに役立つように、外側チューブ330内に補助ガスを供給するように適合させることができる。プラズマトーチ300は、例えば、ファッセル(Fassel)トーチとすることができる。
【0071】
場合によっては、トーチ300が従来の矩形導波路内部に配置される場合、形成されるプラズマ316は、内側チューブ350の端部と接触する可能性があり、それによって端部が腐食し、最終的に内側チューブ350、したがってトーチ300が破壊される。しかしながら、マイクロ波チャンバ200の容量性負荷セクション224内にプラズマトーチ300を配置することにより、
図8に示すように、(開始部分315に隣接する)内側チューブ350の開放した下流端部は、隆起部218bの上流縁218cのすぐ手前で停止する。形成されたプラズマ316の開始部分315は、高電界領域213aに又はその近くに配置することができ(
図5e及び
図5fを参照)、一方で、トーチの内側チューブ350は、より電界の低い領域で、プラズマ316から分離されたままである。近くの電界強度を増大させるトーチチューブ330及び350を更に可能にすることにより、電界強度は、プラズマ316が内側チューブ350と接触するリスクを大幅に低減するのに十分に低いままであり続けることができる。
【0072】
図11を参照すると、幾つかの実施形態によるマイクロ波刺激プラズマ生成の方法が示されている。本方法は、上述したマイクロ波チャンバ200内で実施することができる。方法700は、702において、マイクロ波チャンバ200の容量性負荷セクション又は容量的に負荷がかけられたセクション224に、プラズマ形成ガスを含むプラズマトーチ300を配置することと、704において、マイクロ波エネルギーをチャンバ200の第1の端部210に供給することと、706において、マイクロ波エネルギーを第1の端部210から容量性負荷セクション224及びプラズマトーチ300まで伝播させて、プラズマトーチ300内でプラズマを生成しかつ維持することとを含む。
【0073】
幾つかの実施形態では、本方法は、708において、チャンバの第2の端部230を通るマイクロ波エネルギーの伝播を実質的に阻止する一方で、第2の端部に配置された端部アパーチャ240を通る光学的な光の通過を可能にすることを更に含む。
【0074】
幾つかの実施形態では、容量的に負荷がかけられたセクション224にプラズマトーチ300を配置することは、プラズマトーチが、チャンバ200の空洞の幅を横切り、チャンバ200の縦軸に対して実質的に垂直な軸に沿って延在するように、プラズマトーチを容量性負荷セクション224内に配置することを含む。幾つかの実施形態では、容量的に負荷がかけられたセクション224にプラズマトーチ300を配置することは、容量性負荷セクション224内に配置された1つ以上の隆起部218のうちの少なくとも1つによって画定された凹部227内に、プラズマトーチ300の一部を配置することを更に含む。例えば、幾つかの実施形態では、プラズマトーチ300の少なくとも一部を、容量性負荷セクション224内の第1の隆起部218と第1の隆起部218と対向する第2の隆起部218との間に配置することができる。
【0075】
プラズマを開始しかつ維持することができる磁界パターン及び電界パターンの組合せは、第1の開口部226及び第2の開口部2228を通って延在する軸、すなわち、空洞のx軸寸法の大部分の長さにわたって存在するが、隆起部218の外側より隆起部218を含む領域の方が比較的強力である。プラズマが開始する開始部分315は、トーチ300の位置及びトーチ300内のガス流によって決まり、プラズマトーチをx軸に沿って空洞214内外に更に移動させることによって調整することができる。中間チューブ340がチャンバ200の外壁と隆起部218の最も近い縁との間に配置されるようにトーチ300が配置される場合、中間チューブ340は、磁界及び電界が比較的低い領域にある。それが隆起部218から遠すぎないと想定すると、プラズマは、磁界及び電界が隆起部218の開始部において急峻に上昇する点において形成される可能性が高くなり、したがって、プラズマは、内側チューブに戻るように移動して内側チューブを過熱する可能性は低くなる。トーチ300が引き出されるのが遠すぎる(内側チューブ350が、例えば、完全に空洞の外側に配置されている)場合、トーチ300内のガス流は、プラズマの形成に役立つ可能性が低くなり、プラズマは発光しない可能性がある。幾つかの実施形態では、開始点は、トーチ300の内側チューブ350からおよそ0mm〜5mmであり、したがって、トーチ300の内側チューブ350を隆起部218の縁からおよそ0mm〜5mmに配置することにより、プラズマは、隆起部218の縁において形成される可能性がある。
【0076】
幾つかの実施形態では、容量的に負荷がかけられたセクション224にプラズマトーチ300を配置することは、
図10に示すように、(開始部分315に隣接する)プラズマトーチ300の内側チューブ350の開放した下流端部が、1つ以上の隆起部218bの上流縁218cのすぐ手前で停止するように、プラズマトーチを配置することを含む。例えば、プラズマトーチ300の内側チューブの端部が、容量性負荷セクション224の第1の壁212aと第1の壁212aに最も近い1つ以上の隆起部218との間に実質的に位置するように、プラズマトーチ300を配置することができる。
【0077】
マイクロ波チャンバ200が、約2.45GHzの周波数でマイクロ波を受け取りかつ伝播させるように構成されている例示的な実施形態では、隆起部218の容量性負荷セクション部分218bは、約14mmの隆起部幅(W
R)を有することができ、容量性負荷セクション224は、24mm〜36mmの空洞幅(W
RC)と約34mmの空洞高さ(H
RC)とを有することができる。隆起部218は、隆起部高さが約14mm(H
R)であり、それにより、対向する隆起部の間に約6mmの間隙213aを残すように、内壁構造体212の大壁212a、212bから延在することができる。プラズマの開始部分315と、分光計600によってプラズマをサンプリングすることができる位置との間の距離(したがって、プラズマの温度が低下する可能性がある距離)は、わずか約24mm〜28mm(3mmのチャンバ壁厚さを想定する)まで低減する。これは、トーチが、72mm幅の空洞及び3mmの壁厚さを備えた従来の矩形導波路に配置された場合に、プラズマの温度が低下する可能性がある50mm〜60mmの距離よりはるかに小さい。空洞214内でマイクロ波エネルギーを吸収するプラズマトーチ300の最も近い部分からわずかに8mm〜10mmの離隔距離で、容量性負荷セクション224内に生成されたプラズマに分光計600を結合することができる。この離隔距離は、プラズマトーチ300が、72mm幅の空洞及び3mmの壁厚さを備えた従来の矩形導波路に配置された場合、20mm〜30mmである。
【0078】
幾つかの実施形態では、マイクロ波チャンバ200は、金属のブロックからの機械加工若しくは鍛造、鋳造又は3D印刷等の既知の技法を用いて、一体的に形成することができる。隆起部218及びマイクロ波遮断構造体232は、合わせて一体的に形成することができ、又は別個に形成して空洞214の壁に取り付けることができる。隆起部218及び/又はマイクロ波遮断構造体232が別個に形成される幾つかの実施形態では、隆起部218及び/又はマイクロ波遮断構造体232は、空洞214の残りとは異なる材料から形成することができる。幾つかの実施形態では、隆起部218は、誘電体材料から別個に形成される。誘電体材料は、マイクロ波に対し透過的である場合、幾つかの実施形態では、マイクロ波チャンバ200は、空洞の高さ(H
RC)全体にわたる単一の誘電体隆起部を含むことができる。誘電体はマイクロ波に対して透過的であるが、誘電体隆起部は、静電容量に依然として影響を与える可能性があり、それにより、容量性負荷セクション224は、プラズマ生成に対してマイクロ波を提供することができる。マイクロ波に対して透過的である誘電体材料から隆起部218が形成される実施形態では、空洞214の高さにわたる単一の隆起部218がある場合があり、それにより、プラズマトーチ300を収容するために凹部227が設けられる場所を除き、主面212a、212bの間に間隙がない。
【0079】
幾つかの実施形態では、容量性負荷セクション224は、別個の又は分離した構成要素として提供することができる。容量性負荷セクション224は、本明細書に記載したように、第1の端部220、遷移セクション又はインピーダンス整合セクション222及び第2の端部230等、チャンバ200の他の構成要素に取り付けることができる。それらの構成要素は、各構成要素の内壁構造体212の間の電気伝導を可能にする任意の好適な手段によって、互いに取り付けることができる。幾つかの実施形態では、容量性負荷セクション224は、ボルト又はねじ等の固定構成要素を収容するフランジ(図示せず)を設けることにより、他の構成要素に結合されるように適合される。代替的に、容量性負荷セクション224は、第1の端部220、インピーダンス整合セクション222及び第2の端部230のうちの任意の1つ又は全てと一体的に形成することができる。
【0080】
幾つかの実施形態では、マイクロ波チャンバ200は、例えば、
図3a、
図6a及び
図9aに示す断面のうちの任意のものと一致する別個の横方向セクションから組み立てられる。横方向セクションは、別の横方向セクションに接続される。
図6a及び
図9aに示す実施形態では、他のセクションは、その鏡像とすることができる。横方向セクションは、例えば、ボルト又はねじ等の固定構成要素を収容するようにフランジ、リップ及び/又はタップ付き孔を設けることにより、互いに取り付けられるように適合させることができる。他の実施形態では、横方向セクションは、互いに半田付け又は溶接することができる。
【0081】
当業者には、本開示の広い全体的な範囲から逸脱することなく、上述した実施形態に対して多数の変形及び/又は変更を行うことができることが理解されよう。したがって、本実施形態は、全ての点において、限定的ではなく例示的なものとしてみなされるべきである。
【0082】
本明細書を通して、「備える、含む(comprise)」という用語又は「備える、含む(comprises)」若しくは「備えている、含んでいる(comprising)」等の変形は、述べられている要素、完全体若しくはステップ、又は要素、完全体若しくはステップの群の包含を意味するが、他のいかなる要素、完全体若しくはステップ、又は要素、完全体若しくはステップの群の排除も意味しないことが理解されよう。
なお、出願当初の特許請求の範囲の記載は以下の通りである。
請求項1:
プラズマ生成用のマイクロ波チャンバであって、
マイクロ波エネルギーを生成するマイクロ波源を収容する、前記マイクロ波チャンバの第1の端部における発射構造体と、
前記マイクロ波チャンバの前記第1の端部と反対側の第2の端部における終端セクションであって、前記チャンバの前記第2の端部からの前記マイクロ波エネルギーの伝播を実質的に阻止するように構成された終端セクションと、
前記第1の端部において前記マイクロ波チャンバ内に受け取られる前記マイクロ波エネルギーを前記第2の端部に向かって誘導する内壁構造体であって、空洞を画定し、
前記第1の端部及び前記第2の端部の中間のインピーダンス整合セクションと、
前記インピーダンス整合セクション及び前記第2の端部の中間の容量性負荷セクションであって、前記チャンバの縦軸に沿って延在する少なくとも1つの隆起部を備える容量性負荷セクションと、
を備える内壁構造体と、
を備え、
該マイクロ波チャンバは、前記容量性負荷セクションの第1の壁を通って延在する第1の開口部と、該容量性負荷セクションの第2の壁を通って延在する第2の開口部とを画定し、該第2の壁は該第1の壁と対向し、
前記第1の開口部及び前記第2の開口部は、互いに協働して、第1の開口部及び第2の開口部を通って延在しかつ該チャンバの前記縦軸に対して実質的に垂直な軸に沿って、前記容量性負荷セクション内にプラズマトーチを受け入れるように構成されている、マイクロ波チャンバ。
請求項2:
前記少なくとも1つの隆起部は、前記チャンバの中心線に沿って配置されている、請求項1に記載のマイクロ波チャンバ。
請求項3:
前記少なくとも1つの隆起部は、前記空洞内に突出する第1の隆起部と、該空洞内に突出する第2の隆起部とを備え、該第2の隆起部は該第1の隆起部と対向する、請求項1に記載のマイクロ波チャンバ。
請求項4:
容量性負荷セクションは、第1の大壁及び第2の大壁と第1の小壁及び第2の小壁とを備える実質的矩形セクションを含み、前記壁構造体の前記少なくとも1つの隆起部は、前記第1の大壁及び前記第2の大壁のうちの少なくとも一方に沿って配置され、前記チャンバの前記第1の小壁及び前記第2の小壁は、それぞれ、対向する前記第1の壁及び前記第2の壁を含む、請求項1に記載のマイクロ波チャンバ。
請求項5:
前記少なくとも1つの隆起部は、前記容量性負荷セクションに沿って、かつ前記インピーダンス整合セクションの少なくとも一部に沿って延在している、請求項1に記載のマイクロ波チャンバ。
請求項6:
前記少なくとも1つの隆起部は、前記容量性負荷セクションの長さに沿って延在する容量性負荷セクション部分を備え、前記少なくとも1つの隆起部は、前記インピーダンス整合セクションの長さに沿って延在しかつ前記発射構造体に向かってテーパー状になっているテーパー状部分を備える、請求項1に記載のマイクロ波チャンバ。
請求項7:
前記隆起部の前記テーパー状部分は、その長さに沿って高さ及び幅のうちの少なくとも一方がテーパー状になっている、請求項1に記載のマイクロ波チャンバ。
請求項8:
前記インピーダンス整合セクションは、前記マイクロ波チャンバの前記第1の端部において受け取られるマイクロ波エネルギーが前記容量性負荷セクション内に伝播するのを促進するように、該容量性負荷セクションに向かってテーパー状になっている、請求項1に記載のマイクロ波チャンバ。
請求項9:
前記インピーダンス整合セクションは、該インピーダンス整合セクション内の前記空洞のインピーダンスが選択的に調整されるのを可能にする、該空洞内に配置されたスタブ又はポストのうちの少なくとも一方を備える、請求項1に記載のマイクロ波チャンバ。
請求項10:
前記少なくとも1つの隆起部は、前記容量性負荷セクションの長さに沿って延在する容量性負荷セクション部分を備え、該容量性負荷セクション部分は、前記プラズマトーチの少なくとも一部を受け入れる凹部を画定し、前記第1の開口部及び前記第2の開口部は、前記凹部と協働して前記プラズマトーチを収容する、請求項1に記載のマイクロ波チャンバ。
請求項11:
前記凹部は、該凹部を横切る非対称の電界強度を補償するような形状である、請求項10に記載のマイクロ波チャンバ。
請求項12:
前記凹部は、前記第1の開口部及び前記第2の開口部を通って延在する前記軸を中心に回転非対称性を有するような形状である、請求項10に記載のマイクロ波チャンバ。
請求項13:
前記凹部は、前記第1の開口部及び前記第2の開口部を通って延在する前記軸と実質的に平行でありかつ該軸からずれている中心軸を有する、丸い形状の少なくとも一部を画定する、請求項10に記載のマイクロ波チャンバ。
請求項14:
前記少なくとも1つの隆起部は、前記空洞内に突出しかつ前記容量性負荷セクションの長さに沿って延在する第1の容量性負荷セクション部分を含む第1の隆起部と、前記空洞内に突出しかつ前記容量性負荷セクションの長さに沿って延在する第2の容量性負荷セクション部分を含む第2の隆起部とを備え、前記第1の容量性負荷セクション部分は、前記第2の容量性負荷セクション部分と対向し、前記第1の容量性負荷セクション部分は第1の凹部を画定し、前記第2の容量性負荷セクション部分は第2の凹部を画定し、該第1の凹部及び該第2の凹部は、前記第1の開口部及び前記第2の開口部と協働して前記プラズマトーチを受け入れる、請求項1に記載のマイクロ波チャンバ。
請求項15:
前記第1の凹部及び前記第2の凹部は、互いに協働して、円、多角形、弓、鈍い三角形、及び半円形又は矩形の組合せのうちの任意の1つの形態の形状を画定する、請求項14に記載のマイクロ波チャンバ。
請求項16:
前記終端セクションに配置された観察ポートを更に備え、該終端セクションは、該観察ポートを通して可視光及び紫外光の通過を可能にするように更に構成されている、請求項1に記載のマイクロ波チャンバ。
請求項17:
前記観察ポートは、前記第1の開口部と前記第2の開口部との間に延在する前記プラズマトーチの一部の側面からの観察を可能にするように、前記空洞の一部のみにわたり、前記終端セクションは、実質的にC字型の断面輪郭を有する、請求項16に記載のマイクロ波チャンバ。
請求項18:
前記第1の開口部と前記第2の開口部との間に延在するプラズマトーチを更に備える、請求項1に記載のマイクロ波チャンバ。
請求項19:
プラズマ生成用のマイクロ波チャンバであって、
マイクロ波エネルギーを生成するマイクロ波源を収容する、前記マイクロ波チャンバの第1の端部における発射構造体と、
前記マイクロ波チャンバの前記第1の端部と反対側の第2の端部における終端セクションであって、前記チャンバの前記第2の端部からの前記マイクロ波エネルギーの伝播を実質的に阻止するように構成された終端セクションと、
前記第1の端部において前記マイクロ波チャンバ内に受け取られる前記マイクロ波エネルギーを前記第2の端部に向かって誘導する内壁構造体であって、空洞を画定し、
前記第1の端部及び前記第2の端部の中間のインピーダンス整合セクションと、
前記インピーダンス整合セクション及び前記第2の端部の中間の容量性負荷セクションであって、前記チャンバの縦軸に沿って延在する少なくとも1つの隆起部を備える容量性負荷セクションと、
を備える内壁構造体と、
を備え、
該マイクロ波チャンバは、前記容量性負荷セクションの第1の壁を通って延在する第1の開口部と、該容量性負荷セクションの第2の壁を通って延在する第2の開口部とを画定し、該第2の壁は該第1の壁と対向し、
前記第1の開口部及び前記第2の開口部は、互いに協働して、該第1の開口部及び該第2の開口部を通って延在しかつ該チャンバの前記縦軸に対して実質的に垂直な軸に沿って、前記容量性負荷セクション内にプラズマトーチを受け入れるように構成され、
前記インピーダンス整合セクションは、該マイクロ波チャンバの前記第1の端部において受け取られるマイクロ波エネルギーの前記容量性負荷セクション内への伝播を促進するように、該容量性負荷セクションに向かってテーパー状になっている、
マイクロ波チャンバ。
請求項20:
前記容量性負荷セクションは、第1の大壁及び第2の大壁と第1の小壁及び第2の小壁とを備える実質的矩形セクションを含み、前記壁構造体の前記少なくとも1つの隆起部は、前記第1の大壁及び前記第2の大壁のうちの少なくとも一方に沿って配置され、前記第1の小壁及び前記第2の小壁は、それぞれ、対向する前記第1の壁及び前記第2の壁を含む、請求項19に記載のマイクロ波チャンバ。
請求項21:
マイクロ波チャンバにおけるマイクロ波刺激プラズマ生成方法であって、
マイクロ波チャンバの実質的に矩形の容量的に負荷がかけられたセクションに、プラズマ形成ガスを含むプラズマトーチを配置することであって、その際、該プラズマトーチは、前記チャンバの空洞の幅を横切って延在し、前記チャンバの縦軸に対して実質的に垂直な軸に沿って、前記実質的に矩形の容量的に負荷がかけられたセクションの対向する第1の小壁及び第2の小壁にそれぞれ配置された、協働する第1の開口部及び第2の開口部によって受け入れられ、前記容量的に負荷がかけられたセクションは、前記縦軸に沿って延在する1つ以上の隆起部を備えることと、
前記チャンバの第1の端部にマイクロ波エネルギーを供給することと、
前記マイクロ波チャンバ内のマイクロ波エネルギーを前記第1の端部から前記容量性負荷セクション及び前記プラズマトーチに伝播させて、該プラズマトーチ内でプラズマを生成しかつ維持することと、
を含む、方法。
請求項22:
前記マイクロ波チャンバの第2の端部を通るマイクロ波エネルギーの伝播を実質的に防止する一方で、該第2の端部に配置された端部アパーチャを通る可視光及び紫外光の通過を可能にすることを更に含む、請求項21に記載の方法。
請求項23:
前記容量的セクションに前記プラズマトーチを配置することは、前記容量性負荷セクションにおける前記1つ以上の隆起部と該容量的に負荷がかけられたセクションの壁との間に前記プラズマトーチの少なくとも一部を配置することを含む、請求項21に記載の方法。
請求項24:
前記容量的セクションに前記プラズマトーチを配置することは、前記1つ以上の隆起部によって画定される凹部内に前記プラズマトーチの少なくとも一部を配置することを含む、請求項23に記載の方法。
請求項25:
前記容量的に負荷がかけられたセクションに前記プラズマトーチを配置することは、該プラズマトーチの内側チューブの端部が、前記容量性負荷セクションの壁と前記壁に最も近い前記1つ以上の隆起部との間に実質的に位置するように、前記容量性負荷セクション内に前記プラズマトーチを配置することを含む、請求項23に記載の方法。
請求項26:
請求項1〜20のいずれか一項に記載のマイクロ波チャンバにおけるマイクロ波刺激プラズマ生成方法であって、
前記マイクロ波チャンバの容量的に負荷がかけられたセクションに、プラズマ形成ガスを含むプラズマトーチを配置することであって、その際、該プラズマトーチは、前記チャンバの空洞の幅を横切って、前記チャンバの縦軸に対して実質的に垂直な軸に沿って延在することと、
前記チャンバの第1の端部にマイクロ波エネルギーを供給することと、
前記マイクロ波チャンバ内のマイクロ波エネルギーを前記第1の端部から前記容量性負荷セクション及び前記プラズマトーチに伝播させて、該プラズマトーチ内にプラズマを生成しかつ維持することと、
を含む、方法。