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技術 負荷のマイクロ波処理のための設備

出願人 サイレム・ソシエテ・プール・ラプリカション・アンデュストリエール・ドゥ・ラ・ルシェルシュ・アン・エレクトロニック・エ・ミクロ・オンデ
発明者 グランメンジュ、エイドリアンジャコミノ、ジャン―マリエラドイウ、マリレナラトラッセ、ルイ
出願日 2012年4月25日 (7年9ヶ月経過) 出願番号 2014-506921
公開日 2014年7月3日 (5年7ヶ月経過) 公開番号 2014-515869
状態 不明
技術分野
  • -
主要キーワード マイクロ波線 創成面 部分温度 動作周波数領域 電磁波領域 熱化学処理 補助設備 気体製品
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年7月3日)のものです。
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図面 (13)

課題・解決手段

発明は、少なくとも1台の印加装置(30)と、マイクロ波の場の中にあり、電磁波を案内する手段(5)によって少なくとも1台の印加装置に接続されている少なくとも1台のソリッドステート発生器(4)と、対応する発生器(4)によって生成された波の周波数を調整するため設計されている少なくとも1台の周波数調整システム(40)と、印加装置(30)によって反射された電力PR(i)を測定するため設計されている、上記または各印加装置(30)のための測定システム(31)と、各周波数調整システム(40)および各測定システム(31)に接続され、反射された電力に応じて電磁波の周波数f(i)の調整を制御し、反射された電力PR(i)を調整し、および/または、送られた電力PT(i)を調整する自動制御手段(6)と、を含む負荷マイクロ波処理のための設備(1)に関係する。

概要

背景

発明の主題は、マイクロ波領域電磁波を負荷印加することによりマイクロ波を吸収する負荷を処理することで構成されているマイクロ波処理の分野に含まれ、この負荷は、負荷が波の全てまたは一部を吸収することを可能にする誘電特性を有している液体固体または気体製品、たとえば、水性懸濁液農業食品もしくは化学製品プラズマ形成ガスなどで構成されることがあり、このような負荷は、処理室の内部に収容できる。

第1の応用例は、たとえば、非限定的に、エッチングもしくは材料層堆積のような表面処理応用例、特に、ダイヤモンド化学もしくは熱化学処理溶射除染滅菌洗浄、窒化、イオン注入消毒などの様々な応用例のためのマイクロ波放射により励起されたプラズマを処理室内で生成することによるマイクロ波処理のための設備に関係する。

第2の応用例は、特に、化学、医学、および農業食品分野においてマイクロ波放射を吸収する負荷の加熱と使用するマイクロ波処理設備に関係する。

発明は、より詳しくは、負荷のマイクロ波処理のための設備であって、
マイクロ波領域の電磁波を印加する少なくとも1台の印加装置と、
案内手段を使用して電磁波を印加する少なくとも1台の印加装置に接続された、マイクロ波領域の少なくとも1台の電磁波発生器と、
を備える設備に関係する。

本発明の第1の応用例は、好ましくは、上記または各印加装置に反射される電力打ち消す、または、さらに最小限に抑えることにより上記または各印加装置上でインピーダンス整合を確実にするように、上記または各印加装置に反射された電力を監視することを可能にするものである。

本発明の第2の応用例は、好ましくは、所定の処理エリアで、たとえば、処理室の壁からある一定の距離で実質的に一様な電力密度を達成するように、送信された電力を様々な印加装置の間で均等に分散させるために、上記または各印加装置により送られた電力の監視を可能にすることである。プラズマを作り出すことにより働くマイクロ波処理設備の場合、実質的に一様な電力密度を有している実質的に一様なプラズマを達成することは、実際に興味深い。

電子サイクロトン共鳴ECR)プラズマの生成を使用するマイクロ波処理設備の場合、本発明の第3の応用例は、上記または各印加装置の付近共鳴面を監視し、この結果、プラズマの特有の場合には、関係している印加装置の付近でプラズマの創成面を監視することを可能にすることである。

図1および2は、特に、文献国際公開第01/20710号により既知であるプラズマを生成することによる従来型のマイクロ波処理設備を示し、このマイクロ波処理設備は、
容積部内でプラズマが生成される処理室90(またはプラズマ室)を有している反応炉99と、
マイクロ波領域の電磁波を印加する印加装置92を処理室90の内部に個々に備える数台の元素プラズマ源91と、
電磁波を案内する案内手段94により印加装置92に接続された、マイクロ波領域の電磁波発生器93と、
を備える。

動作中に、従来的にマグネトロン型の発生器93は、マイクロ波領域の固定周波数で電磁波を生成する。たとえば、マグネトロン93は、固定周波数2.45GHzで0から2kWまでの可変マイクロ波電力を提供することを可能にする。

マグネトロン93により送出された電磁波は、印加装置92の台数kにより、一般に、2、4、8、10、12などによりマイクロ波電力を分割するために設計された電力分割器95に送られる。図2の実施例では、印加装置92の台数は、12に等しい。

電力分割器95は、概して、マグネトロン93により送られた全電力の1/kを各々が使うk個のアンテナが設置された矩形導波路で作られている。この電力分割器95のアーキテクチャでは、アンテナは、電磁場波腹において、定在波が作られる導波路内位置付けられている。この技術は、各元素プラズマ源91が整合インピーダンスのように挙動する限り有効であり、換言すると、各印加装置92で反射された電力は、各元素源91が使われた電力の全てを対応するアンテナを介して無損失で送るように実質的にゼロである。

各アンテナによって使われた電力は、この後、典型的に同軸ケーブル型である独立した案内手段94によって、電力分割器95の出力に置かれた適当な水負荷装備したサーキュレータ96を介して、印加装置92のうちの1台に送信される。このサーキュレータ96は、各アンテナにより使われた電力が電力分割器から印加装置92に向かって進むことを可能にするが、反射された電力を負荷、本例では、水負荷の方に方向転換させることにより、反射された電力が印加装置92からアンテナに進むことを防止する。

同軸ケーブル94は、従来からアプリケータと称される印加装置92に、インピーダンス整合装置97を介して、または、対応するアプリケータ92の直前に置かれたチューナを介して、電力を送信する。処理室90内に閉じ込められたプラズマと、各元素プラズマ源91との間のインピーダンス調整は、各アプリケータ92に反射される電力を最小限に抑えることを可能にするために、1つずつの関係した線のインピーダンス整合装置97を手動操作することにより行われる。

図3は、各同軸アプリケータ92に対するインピーダンス整合装置97と共に同軸アプリケータ型の印加装置92を使用するプラズマ生成設備のための反応炉99aの第1の実施例を示す。同軸アプリケータ92は、反応炉99aの円筒壁に接して処理室90内に出てくる。この第1の反応炉99aは、堆積/低圧エッチング反応炉であり、各元素プラズマ源91は、所定の周波数をもつ電磁波に結合されて電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマを生成することを可能にする磁場を作り出すために設計されている磁性構造体98をさらに備える。

この場合、元素プラズマ源91は、ECRカップリングのある元素源または双極子源であると考えられている。磁性構造体は、従来から、永久磁石98の形で作られ、たとえば、円筒磁石磁気双極子)により形成され、同軸アプリケータ92の端部に位置付けられている。

一般的にECRと称される電子サイクロトロン共鳴プラズマを励起する技術を実施するこの型の反応炉99aは、分極される可能性がある基板ホルダーPSと分極される可能性があるターゲットホルダーPCとを使用することにより、物理蒸着PVD)またはプラズマエッチングにおける応用例に特に好適であり、これらのホルダーは、反応炉99aの2つのこの他の対向した平行な壁の上で処理室90内に位置付けられている。この型の反応炉99aは、プラズマ支援化学蒸着(PACVD)、PVDとPACVDとを組み合わせるハイブリッド方法、および反応性溶射のためにも適している。この型の反応炉99aは、典型的に、1パスカル(Pa)より低い圧力で動作するが、応用例に依存して数千パスカルまで上昇することがある。

図4は、同軸アプリケータ型の印加装置92を各同軸アプリケータ92のためのインピーダンス整合装置97と共に使用するプラズマ生成設備のための反応炉99bの第2の実施例を示す。同軸アプリケータ92は、反応炉99bの同じ壁に接して処理室90に出てくる。この第2の反応炉99bでは、元素プラズマ源91は、磁性構造体を全く備えていない。

この型の反応炉99bは、分極され、同軸アプリケータ92から向こう側に位置している反応炉99bの壁で処理室90内に位置付けられる可能性がある基板ホルダーPSを使用することにより、堆積/中圧エッチングにおける応用例のため、たとえば、OACVD(プラズマ支援化学蒸着)またはプラズマエッチングのため特に好適である。この型の反応炉99bを用いると、化学蒸着法は、100パスカル(Pa)の付近の中圧範囲で、非常に巧く機能し、これによって、高い蒸着速度を達成することを可能にするが、応用例に依存して数パスカルから数万パスカルでより正確に動作する可能性がある。

マイクロ波励起プラズマを生成するこれらの従来的な設備は、これにもかかわらず、反応炉型の処理室内の化学的物質加熱空洞型の処理室内の農業食品などに適用されるマイクロ波処理設備においても見られる多くの欠点がある。

第1の欠点は、各印加装置上の独立性整合させるインピーダンス整合装置97に固有の制限に関係があり、このようなインピーダンス整合装置は、さらに、化学物質医薬(たとえば、マイクロ波放射による腫瘍のような身体の一部の治療)、または農業食品(たとえば、マイクロ波放射による食品の加熱または滅菌)に適用されるマイクロ波処理設備で使用されることもある。

既知の方法では、インピーダンス整合は、トランスミッタ、この場合、電磁波発生器と、負荷と称される電気レシーバ、すなわち、処理室内に閉じ込められたプラズマとの間で電力または電磁エネルギー、この場合、手近にあるマイクロ波電力またはエネルギー転送を最適化することを可能にする技術である。

このようにして、前述のとおり、マイクロ波処理設備では、性能を最適化するために、印加装置と電磁波発生器との間に位置している1台以上のインピーダンス整合装置を使用することは、従来的である。インピーダンス整合は、プラズマにより反射された電力がゼロであるとき、または、少なくともできる限り少ないときに最適である、と考えられている。

しかし、プラズマ、化学もしくは気体反応性合物固体製品などのような何らかの負荷は、実施された動作条件、たとえば、処理室内の圧力、処理室内の温度、プラズマを作り出すために処理室に導入された(複数の)気体性質、これらの気体の比率、負荷に送信された電力、負荷に送信された電磁エネルギーの性質などの関数として、そして、処理室の特性、たとえば、処理室の壁のため使用された材料、処理室の寸法、処理室の幾何的性質、処理室の壁の表面状態などに依存して、長時間に亘って変化するインピーダンスを有している。

このようにして、設備にある印加装置が多くなるにつれて、特に、各印加装置がこの印加装置の固有のインピーダンス整合装置を有し、整合が各印加装置に対して、そして、場合によっては、各動作条件に対して行われるべきである場合、インピーダンス整合はより複雑かつ制限的である。インピーダンス整合装置は、多数の形式を取ることがあり、アプリケータに統合される可能性もある。

図2から4に関連して、誘電体付きの同軸インピーダンス整合装置97は、概して、同軸芯に同心である2つのリング970を備え、上記同心リング970は、インピーダンス整合装置97の入力でインピーダンスを変えるために同軸ケーブル94の軸に沿って移動可能である。同心リング970は、誘電体不連続部を構成し、この誘電体不連続部は、移動させられたときに、反射係数を調整することを可能にする。このようにして、同心リング970を移動することにより、整合装置の入力で、関連したアプリケータによる反射波逆位相であるが、同一振幅をもつ反射波が作り出され、よって、合成反射電力はゼロであり、システムは整合させられる。

マイクロ波処理方法の間に、動作条件は、多くの場合に、この方法の間に変化し、ユーザは、概して、平均的な調整を実行し、インピーダンス整合装置を設定する。このようにして、インピーダンス整合は、この方法の間に使用される様々な動作条件を満たすことになるが、ユーザがこれらの動作条件が変化する都度整合を手動で再び行わない限り、動作条件毎に最適化されるものではない。

プラズマ生成の分野で、機械的要素動きを制御する電子制御装置を統合する自動インピーダンス整合装置を使用することは、同様に既知である。しかし、これらの自動インピーダンス整合装置は、電子制御装置のために、特に複雑であり、かつ、費用がかかり、そして、いくつかの位置の間で機械的要素を制御することを必要とするので、あまり反応が早くない。

第2の欠点は、各印加装置を越えて送信された電力を制御または調節すること、または、さらに、送信された電力を異なる印加装置の間で公平に分散させることの困難さに関係し、良好な分散は、たとえば、農業食品製品もしくは化学合成品または混合物の均一加熱に有利に働き、特に、化学反応炉の内部の量規定反応、または、処理室内において、壁もしくは処理室の壁から所定の距離で、容積もしくは表面に関して一様なプラズマの生成に有利に働く。

実際には、この困難さは、とりわけ、完全には満足できない電力分割器に起因する。マグネトロン発生器の場合、最大の問題は、電力分割にある。実際には、電力分割器は、数台のアンテナの間で均等に2.45GHzでマイクロ波電力を分割するために設計される。しかし、マグネトロン発生器により放射された波の周波数は、電力に伴って変化し、この結果、分割は、発生器同士の間で異なることになる限定された電力範囲に限り公平になるものである。

この困難さは、印加装置の間で互いに変化する反射電力を有していることがある印加装置にも起因する。同じ発生器によって給電された数台の印加装置を使用することにより、一部の例では、異なる印加装置のための電力供給線の間に十分な分離がない場合に、1台の印加装置のインピーダンスがこの他の印加装置に与える影響を理解することが可能である。不均衡がこのようにして印加装置により送信された電力の間で観察され、処理室内の加熱またはプラズマの均一性に悪影響を与える。

異なる印加装置により負荷に送信された電力の不公平な分散は、少なくとも印加装置からある一定の距離までは、処理室内の均一加熱または一様なプラズマに有利に働くが、この一様性は、処理室内での加熱またはプラズマの拡散に依存し、この拡散は、次に、直接的または間接的に、動作条件(圧力、送信電力、負荷、処理される製品または混合物の特性など)と、処理室の寸法および形状とに主に依存するので、このような一様性が得られることを保証するだけではないことに注意すべきである。

図1および4に示された第1の実例設備では、印加装置は、たとえば、正方形または六角形の所定のメッシュに基づいて、線源面と称される同じ平面に分散している。送信された電力をこれらの印加装置の間で公平に分散させることにより、局在化されたプラズマが各アプリケータの端部で得られ、拡散により、プラズマの密度に関して実質的に一様なプラズマが線源面からある一定の距離で得られる。しかし、線源面からさらに遠ざけることにより、プラズマの密度変動を観察することが可能である。このシナリオでは、線源面と平行な平面内でのプラズマの一様性に対応するので、プラズマの表面一様性に言及する。

図3に示された第2の実例設備では、印加装置は、円筒反応炉の円筒壁に王冠状に分散している。送信された電力をこれらの印加装置の間で公平に分散させることにより、プラズマの密度に関して実質的に一様なプラズマが円筒壁からある一定の距離で得られる。よって、処理室の大きい容積部で一様性を得ることが可能であり、この型の設備は、概して、非常に低圧で動作し、低圧は種の拡散に有利に働くので、したがって、プラズマの容積一様性について言及する。

第3の欠点は、電子サイクロトロン共鳴プラズマ励起技術を使用する設備の具体的な事例において共鳴面を監視することの困難さに関係する。

一様磁場Bのもとで、電子軌道は、磁力線周りに巻かれた螺旋である。電子は、以下の式:
ω=2π.f=e.B/m
を満たす角速度ωを有し、ここで、mおよびeは、電子の質量および電荷にそれぞれ対応する。

交番するパルス状一様電場ωPが磁場Bに重畳されるとき、電子は、これらの螺旋運動に加えて、周波数fP=ωP/2πで力を受ける。

ECR技術を用いると、共鳴は、静磁場または準静磁場内の電子の旋回周波数が印加された加速器電場の周波数に等しいときに得られる。換言すると、ω=ωPに対して、電子サイクロトロン共鳴条件が達成され、磁場Bと平行な電子の速度の成分が増加し、電子に螺旋状スパイラル軌道を与える(磁力線Bと垂直な軌道はスパイラルである)。このようにして、かなりの量のエネルギーが電子に送信され、衝突中に容易に気体の中性種イオン化することを可能にする。この型のプラズマは、電子が2回の衝突の間に十分なエネルギーを獲得するために十分に低いが、プラズマを維持するために十分なイオン化衝突が存在するためには低すぎる圧力に対応するおよそ10−3mbar(0.1Pa)の圧力範囲で動作する。

このようにして、励起種の生成エリアは、磁場Bと放射された波の周波数fとに依存する。しかし、現在のところ、生成ゾーンの場所を監視すること、換言すると、共鳴面を監視することは、このような監視がプラズマの密度を修正し、この結果、施設の性能を最適化するために多くの利点を有しているかもしれないが、困難である。

従来技術は、波の送信線上で増幅器を使用して、プラズマを励起するためにソリッドステート式発生器を使用するプラズマを生成することによるマイクロ波処理設備を開示する欧州特許出願公開第1,643,641号明細書の教示によって示されることもある。この特許出願は、前述の欠点の全てを含む従来型の「整合ユニット」整合装置だけを制御することによりインピーダンス整合を自動的に実行する可能性について記載する。

概要

発明は、少なくとも1台の印加装置(30)と、マイクロ波の場の中にあり、電磁波を案内する手段(5)によって少なくとも1台の印加装置に接続されている少なくとも1台のソリッドステート式発生器(4)と、対応する発生器(4)によって生成された波の周波数を調整するため設計されている少なくとも1台の周波数調整システム(40)と、印加装置(30)によって反射された電力PR(i)を測定するため設計されている、上記または各印加装置(30)のための測定システム(31)と、各周波数調整システム(40)および各測定システム(31)に接続され、反射された電力に応じて電磁波の周波数f(i)の調整を制御し、反射された電力PR(i)を調整し、および/または、送られた電力PT(i)を調整する自動制御手段(6)と、を含む負荷のマイクロ波処理のための設備(1)に関係する。

目的

本発明の第2の応用例は、好ましくは、所定の処理エリアで、たとえば、処理室の壁からある一定の距離で実質的に一様な電力密度を達成するように、送信された電力を様々な印加装置の間で均等に分散させるために、上記または各印加装置により送られた電力の監視を可能にすることである

効果

実績

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請求項1

マイクロ波領域電磁波を印加する少なくとも1台の印加装置(30)と、前記電磁波を案内する手段(5)により前記少なくとも1台の印加装置(30)に接続されているソリッドステート発生器型のマイクロ波領域の少なくとも1台の電磁波発生器(4)と、を備える負荷マイクロ波処理のための設備(1)であって、対応する発生器(4)によって生成された前記電磁波の周波数f(i)を調整するために設計されている前記または各発生器(4)のための周波数調整システム(40)と、対応する印加装置(30)による反射電力PR(i)を測定するために設計されている前記または各印加装置(30)のための測定手段(31)と、前記または各周波数調整システム(40)に接続され、前記または各周波数調整システム(40)による前記電磁波の周波数f(i)の調整を制御するために設計され、一方で、e1)前記または各測定システム(31)から反射電力測定量PR(i)を入力として、リアルタイムで受信するために、かつ、e2)以下の条件:a)前記または各測定システム(31)によって測定された前記反射電力PR(i)が第1の基準値VR(i)に実質的に到達する条件、または、b)前記対応する印加装置(30)に送信された入射電力PIN(i)とこの同じ印加装置(30)上で測定された前記反射電力PR(i)との間の差、すなわち、以下の関係:PT(i)=PIN(i)−PR(I)に対応する前記または各印加装置(30)による送信電力PT(i)が第2の基準値VT(i)に実質的に到達する条件、のうちの少なくとも1つが満たされるまで、前記または各発生器(4)によって生成された前記電磁波の周波数f(i)を変えることを前記または各周波数調整システム(40)に命令するために、前記または各測定システム(31)に接続されている、自動制御手段(6)とをさらに備えることを特徴とする設備(1)。

請求項2

前記または各周波数調整システム(40)は、マイクロ波領域で選定された周波数領域、たとえば、およそ2400と2500MHzとの間に含まれる周波数領域で、または、さらにマイクロ波領域に属している別の所定の周波数領域、たとえば、およそ5725と5875MHzとの間に含まれる周波数領域で、前記電磁波の周波数を調整するために設計されている、請求項1に記載の設備(1)。

請求項3

1台ずつが前記周波数調整システム(40)に関連付けられている少なくとも2台の発生器(4)と少なくとも2台の印加装置(30)とを備え、各発生器(4)は、少なくとも1台の印加装置(30)に接続されている、前記請求項のいずれか一項に記載の設備(1)。

請求項4

Nが2より大きい整数であるとして、1台ずつが周波数調整システム(40)に関連付けられているN台の発生器(4)とN台の印加装置(30)とを備え、各発生器(4)は、単一の印加装置(30)に接続されている、前記請求項のいずれか一項に記載の設備(1)。

請求項5

前記第1の基準値VR(i)は、前記または各印加装置(30)上でインピーダンス整合を実行するために、前記または各印加装置(30)に対して、場合によっては、ゼロに等しいかまたは接近し、特に、所定の閾値反射電力に対応している測定された前記反射電力PR(i)の最小値に対応する、前記請求項のいずれか一項に記載の設備(1)。

請求項6

数台の印加装置(30)を備え、前記第2の基準値VT(i)は、各印加装置(30)に対して、前記印加装置(30)の1台ずつに対して同一である所定の設定点VCTに対応する、前記請求項のいずれか一項に記載の設備(1)。

請求項7

前記第2の基準値VT(i)が全て同一であるとは限らない数台の印加装置(30)を備える、前記請求項のいずれか一項に記載の設備(1)。

請求項8

前記設備(1)は、数台の印加装置(30)を備え、前記制御手段(6)は、入力として、各印加装置(30)に関連付けられた前記入電力PIN(i)の値を受信するために前記または各発生器(4)に接続され、前記制御手段(6)は、監視ステップe2)の間に、e3)各印加装置(30)に対して、前記第2の基準値VT(i)に等しい前記印加装置(3)による送信電力PT(i)に対応する前記反射電力PR(i)の設定点VCR(i)、すなわち、VCR(i)=PIN(i)−VT(i)を計算することと、e4)各印加装置(30)に対して、前記反射電力PR(i)を前記設定点VCR(i)で制約するように、関連した発生器(4)によって生成された前記電磁波の周波数f(i)を変えるために該当する前記周波数調整システム(40)を監視することと、の各サブステップを実行することにより条件b)を満たすために設計されている、前記請求項のいずれか一項に記載の設備(1)。

請求項9

前記制御手段(6)は、前記または各発生器(4)が所定の入射電力PIN(i)を供給するように電力に関して前記または各発生器(4)を制御し、前記制御手段(6)は、ステップe2)を実行し、前記関連した周波数f(i)を変えるために前記または各周波数調整システム(31)と、前記関連した入射電力PIN(i)を変えるために前記または各発生器(4)とを両方ともに監視することにより条件a)および/またはb)を満たすために設計されている、前記請求項のいずれか一項に記載の設備(1)。

請求項10

前記制御手段(6)は、サブステップe4)の間に、前記または各印加装置(30)に対して、場合によっては可変である所定の設定点VCIN(i)で入射電力PIN(i)を供給するように、関係している発生器(4)と、前記反射電力PR(i)を以下の関係:VCR(i)=VCIN(i)−VT(i)を満たす前記設定点VCR(i)で制約するように、前記関連した発生器(4)によって生成された前記電磁波の周波数f(i)を変えるために関係している周波数調整システム(40)と、を両方ともに監視するために設計されている、請求項8および9に記載の設備。

請求項11

前記設備(1)は、数台の印加装置(30)を備え、前記制御手段(6)は、各印加装置(30)に関連付けられている前記入射電力PIN(i)の値を入力として受信するために前記または各発生器(4)に接続され、前記または各発生器(4)が所定の入射電力PIN(i)を供給するように電力に関して前記または各発生器(4)を制御し、前記制御手段(6)は、監視ステップe2)の間にe5)各反射電力PR(i)が前記第1の対応する基準値VR(i)に等しくなるように、条件a)が満たされるまで前記該当する発生器(4)によって生成された前記電磁波の周波数f(i)を変えるために各周波数調整システム(40)を監視することと、e6)各印加装置(30)に対して、前記第2の基準値VT(i)に等しい前記印加装置(3)による送信電力PT(i)に対応する前記入射電力PIN(i)の設定点VCIN(i)、すなわち、VCIN(i)=VR(i)+VT(i)を計算することと、e7)条件b)を満たすように前記設定点VCIN(i)で入射電力PIN(i)を供給するように前記または各発生器(4)を制御することと、の各サブステップを実行することにより条件a)およびb)を両方ともに満たすために設計されている、前記請求項のいずれか一項に記載の設備(1)。

請求項12

前記制御手段(6)は、前記監視ステップe2)の間に、前記サブステップe5)の前に、前記第2の基準値VT(i)に接近するかまたは実質的に等しい値で入射電力PIN(i)を供給するように前記または各発生器を制御することで構成されているサブステップe8)を実行するために設計されている、請求項11に記載の設備(1)。

請求項13

前記設備(1)は、電磁波と組み合わされ、電子サイクロトロン共鳴プラズマを生成することを可能する磁気共鳴場を作り出すために設計された少なくとも1つの磁性構造体をさらに備え、前記制御手段(6)は、f1)前記または各周波数調整システム(40)に対して、前記または各印加装置(30)のための電子サイクロトロン共鳴面の所定の値に対応する目標周波数Cf(i)を計算するために、およびf2)各元素源(3)に対して、上記または各印加装置の前記電子サイクロトロン共鳴面が前記対応する所定の値に到達するように、前記該当する周波数調整システム(40)が前記または各発生器(4)によって生成された前記電磁波の周波数f(i)を前記対応する設定点Cf(i)で制約することを監視するために設計されている、前記請求項のいずれか一項に記載の設備(1)。

請求項14

少なくとも1つのソリッドステート式発生器(4)を使用してマイクロ波領域の少なくとも1つの電磁波を発生させることと、前記または各電磁波を前記電磁波の少なくとも1台の印加装置(30)に案内することと、前記または各印加装置(30)により前記または各電磁波を負荷に印加することと、の各ステップを備える負荷のマイクロ波処理のための方法であって、前記方法は、前記または各印加装置(30)上の反射電力PR(i)を調節するために、および/または、前記または各印加装置(30)による送信電力PT(i)を調節するために、前記または各電磁波を自動調整するステップをさらに備え、p1)前記または各印加装置(30)に対して、前記対応する印加装置(30)による反射電力PR(i)を測定することと、p2)以下の条件:a)前記または各印加装置(30)上で測定された前記反射電力PR(i)が第1の基準値VR(i)に実質的に到達する条件、または、b)前記送信電力PT(i)が前記対応する印加装置(30)に送信された入射電力PIN(i)と前記同じ印加装置(30)上で測定された前記反射電力PR(i)との間の差、すなわち、以下の関係:PT(i)=PIN(i)−PR(i)に対応し、前記または各印加装置(30)による前記送信電力PT(i)が第2の基準値VT(i)に実質的に到達する条件、のうちの少なくとも1つが満たされるまで、前記または各発生器(4)によって生成された前記電磁波の周波数f(i)を監視することと、の各ステップを含んでいることを特徴とする方法。

請求項15

前記発生させるステップは、少なくとも2台の発生器(4)を使用して少なくとも2つの電磁波を発生させるステップにより構成され、前記案内するステップは、少なくとも1台の印加装置(30)を対象とした各電磁波を案内するステップにより構成され、前記調整するステップは、各電磁波の周波数を互いに独立に調整するステップにより構成されている、請求項14に記載の方法。

請求項16

前記発生させるステップは、N台の発生器(4)を使用してN個の電磁波を発生させるステップで構成され、前記案内するステップは、Nが2より大きい整数であるとして、N台の印加装置(30)を対象とした前記N個の電磁波を案内するステップで構成され、前記調整するステップは、前記または各電磁波の周波数を互いに独立に調節するステップで構成されている、請求項14または15に記載の方法。

請求項17

前記第1の基準値VR(i)は、前記または各印加装置(30)に対して、前記または各印加装置(30)上でインピーダンス整合を実行するために、場合によっては、ゼロに等しいかまたは接近し、特に、所定の閾値反射電力に対応している前記測定された反射電力PR(i)の最小値に対応する、請求項14から16のいずれか一項に記載の方法。

請求項18

数台の印加装置(30)を備える状態で、前記第2の基準値VT(i) は、各印加装置(30)に対して、特に、処理室(20)内の容積または表面において均一な加熱または一様なプラズマの達成に有利に働くように、元素源(3)の1台ずつに対して同一である所定の設定点VCTに対応する、請求項14から17のいずれか一項に記載の方法。

請求項19

数台の印加装置(30)を備える状態で、各印加装置(30)に関連付けられた前記入射電力PIN(i)を確定または測定するステップをさらに備え、前記監視するステップp2)は、p3)各印加装置(30)に対して、前記第2の基準値VT(i)に等しい前記印加装置(30)による送信電力PT(i)に対応する前記反射電流PR(i)の設定点VCR(i)、すなわち、VCR(i)=PIN(i)−VT(i)を計算することと、p4)各印加装置(30)に対して、前記反射電力PR(i)を前記設定点VCR(i)で制約するために、前記関連した発生器(4)によって生成された前記電磁波の周波数f(i)を監視することと、の各サブステップを実行することにより条件b)を満たしている、請求項14から18のいずれか一項に記載の方法。

請求項20

前記監視するステップp2)は、各印加装置(30)に対して、前記関連した発生器(4)によって生成された前記電磁波の周波数f(i)と、前記同じ発生器(4)によって供給された前記入射電力PIN(i)とを共に監視することにより、条件a)および/またはb)を満たしている、請求項14から19のいずれか一項に記載の方法。

請求項21

前記サブステップp4)は、各印加装置(30)に対して、可変でもよい所定の設定点VIN(I)で前記該当する発生器(4)によって供給された前記入射電力PIN(i)と、前記反射電力PR(i)を以下の関係:VCR(i)=VCIN(i)−VT(i)を満たす前記設定点VCR(i)で制約するために、前記関連した発生器(4)によって生成された前記電磁波の周波数f(i)と、を共に監視するステップで構成されている、請求項19および20に記載の方法。

請求項22

数台の印加装置(30)を備える状態で、前記監視するステップp2)は、p5)各反射電力PR(i)が前記対応する第1の基準値VR(i)に等しくなるように条件a)が満たされるまで、前記該当する発生器によって生成された前記電磁波の周波数f(i)を監視することと、p6)各印加装置(30)に対して、前記第2の基準値VT(i)に等しい前記印加装置(30)による送信電力PT(i)に対応する前記入射電力PIN(i)の設定点VCIN(i)、すなわち、VCIN(i)=VR(i)+VT(i)を計算することと、p7)条件b)を満たすように、前記該当する発生器によって供給された前記入射電力PIN(i)を前記設定点VCIN(i)に調整することと、の各サブステップを実行することにより両方の条件a)およびb)を満たしている、請求項20に記載の方法。

請求項23

前記監視するステップp2)は、前記サブステップp5)の前に、前記該当する発生器によって供給された前記入射電力PIN(i)を前記第2の基準値VT(i)に接近した値または実質的に等しい値に調整するサブステップp8)をさらに備える、請求項22に記載の方法。

請求項24

前記方法は、前記電磁波と組み合わされ、電子サイクロトロン共鳴プラズマを生成することを可能にする磁気共鳴場を発生させるステップを備え、前記方法は、r1)前記または各印加装置(30)のための電子サイクロトロン共鳴面の所定の値に対応する目標周波数Cf(i)を計算することと、r2)前記または各印加装置(30)の前記電子サイクロトロン共鳴面が前記対応する所定の値に到達するように、前記または各発生器(4)によって生成された前記電磁波の周波数f(i)を前記対応する設定点Cf(i)で制約することと、の各ステップをさらに備える、請求項14から23のいずれか一項に記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、負荷マイクロ波処理のための設備と、関連したマイクロ波処理方法とに関する。

背景技術

0002

発明の主題は、マイクロ波領域電磁波を負荷に印加することによりマイクロ波を吸収する負荷を処理することで構成されているマイクロ波処理の分野に含まれ、この負荷は、負荷が波の全てまたは一部を吸収することを可能にする誘電特性を有している液体固体または気体製品、たとえば、水性懸濁液農業食品もしくは化学製品プラズマ形成ガスなどで構成されることがあり、このような負荷は、処理室の内部に収容できる。

0003

第1の応用例は、たとえば、非限定的に、エッチングもしくは材料層堆積のような表面処理応用例、特に、ダイヤモンド化学もしくは熱化学処理溶射除染滅菌洗浄、窒化、イオン注入消毒などの様々な応用例のためのマイクロ波放射により励起されたプラズマを処理室内で生成することによるマイクロ波処理のための設備に関係する。

0004

第2の応用例は、特に、化学、医学、および農業食品分野においてマイクロ波放射を吸収する負荷の加熱と使用するマイクロ波処理設備に関係する。

0005

発明は、より詳しくは、負荷のマイクロ波処理のための設備であって、
マイクロ波領域の電磁波を印加する少なくとも1台の印加装置と、
案内手段を使用して電磁波を印加する少なくとも1台の印加装置に接続された、マイクロ波領域の少なくとも1台の電磁波発生器と、
を備える設備に関係する。

0006

本発明の第1の応用例は、好ましくは、上記または各印加装置に反射される電力打ち消す、または、さらに最小限に抑えることにより上記または各印加装置上でインピーダンス整合を確実にするように、上記または各印加装置に反射された電力を監視することを可能にするものである。

0007

本発明の第2の応用例は、好ましくは、所定の処理エリアで、たとえば、処理室の壁からある一定の距離で実質的に一様な電力密度を達成するように、送信された電力を様々な印加装置の間で均等に分散させるために、上記または各印加装置により送られた電力の監視を可能にすることである。プラズマを作り出すことにより働くマイクロ波処理設備の場合、実質的に一様な電力密度を有している実質的に一様なプラズマを達成することは、実際に興味深い。

0008

電子サイクロトン共鳴ECR)プラズマの生成を使用するマイクロ波処理設備の場合、本発明の第3の応用例は、上記または各印加装置の付近共鳴面を監視し、この結果、プラズマの特有の場合には、関係している印加装置の付近でプラズマの創成面を監視することを可能にすることである。

0009

図1および2は、特に、文献国際公開第01/20710号により既知であるプラズマを生成することによる従来型のマイクロ波処理設備を示し、このマイクロ波処理設備は、
容積部内でプラズマが生成される処理室90(またはプラズマ室)を有している反応炉99と、
マイクロ波領域の電磁波を印加する印加装置92を処理室90の内部に個々に備える数台の元素プラズマ源91と、
電磁波を案内する案内手段94により印加装置92に接続された、マイクロ波領域の電磁波発生器93と、
を備える。

0010

動作中に、従来的にマグネトロン型の発生器93は、マイクロ波領域の固定周波数で電磁波を生成する。たとえば、マグネトロン93は、固定周波数2.45GHzで0から2kWまでの可変マイクロ波電力を提供することを可能にする。

0011

マグネトロン93により送出された電磁波は、印加装置92の台数kにより、一般に、2、4、8、10、12などによりマイクロ波電力を分割するために設計された電力分割器95に送られる。図2の実施例では、印加装置92の台数は、12に等しい。

0012

電力分割器95は、概して、マグネトロン93により送られた全電力の1/kを各々が使うk個のアンテナが設置された矩形導波路で作られている。この電力分割器95のアーキテクチャでは、アンテナは、電磁場波腹において、定在波が作られる導波路内位置付けられている。この技術は、各元素プラズマ源91が整合インピーダンスのように挙動する限り有効であり、換言すると、各印加装置92で反射された電力は、各元素源91が使われた電力の全てを対応するアンテナを介して無損失で送るように実質的にゼロである。

0013

各アンテナによって使われた電力は、この後、典型的に同軸ケーブル型である独立した案内手段94によって、電力分割器95の出力に置かれた適当な水負荷装備したサーキュレータ96を介して、印加装置92のうちの1台に送信される。このサーキュレータ96は、各アンテナにより使われた電力が電力分割器から印加装置92に向かって進むことを可能にするが、反射された電力を負荷、本例では、水負荷の方に方向転換させることにより、反射された電力が印加装置92からアンテナに進むことを防止する。

0014

同軸ケーブル94は、従来からアプリケータと称される印加装置92に、インピーダンス整合装置97を介して、または、対応するアプリケータ92の直前に置かれたチューナを介して、電力を送信する。処理室90内に閉じ込められたプラズマと、各元素プラズマ源91との間のインピーダンス調整は、各アプリケータ92に反射される電力を最小限に抑えることを可能にするために、1つずつの関係した線のインピーダンス整合装置97を手動操作することにより行われる。

0015

図3は、各同軸アプリケータ92に対するインピーダンス整合装置97と共に同軸アプリケータ型の印加装置92を使用するプラズマ生成設備のための反応炉99aの第1の実施例を示す。同軸アプリケータ92は、反応炉99aの円筒壁に接して処理室90内に出てくる。この第1の反応炉99aは、堆積/低圧エッチング反応炉であり、各元素プラズマ源91は、所定の周波数をもつ電磁波に結合されて電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマを生成することを可能にする磁場を作り出すために設計されている磁性構造体98をさらに備える。

0016

この場合、元素プラズマ源91は、ECRカップリングのある元素源または双極子源であると考えられている。磁性構造体は、従来から、永久磁石98の形で作られ、たとえば、円筒磁石磁気双極子)により形成され、同軸アプリケータ92の端部に位置付けられている。

0017

一般的にECRと称される電子サイクロトロン共鳴プラズマを励起する技術を実施するこの型の反応炉99aは、分極される可能性がある基板ホルダーPSと分極される可能性があるターゲットホルダーPCとを使用することにより、物理蒸着PVD)またはプラズマエッチングにおける応用例に特に好適であり、これらのホルダーは、反応炉99aの2つのこの他の対向した平行な壁の上で処理室90内に位置付けられている。この型の反応炉99aは、プラズマ支援化学蒸着(PACVD)、PVDとPACVDとを組み合わせるハイブリッド方法、および反応性溶射のためにも適している。この型の反応炉99aは、典型的に、1パスカル(Pa)より低い圧力で動作するが、応用例に依存して数千パスカルまで上昇することがある。

0018

図4は、同軸アプリケータ型の印加装置92を各同軸アプリケータ92のためのインピーダンス整合装置97と共に使用するプラズマ生成設備のための反応炉99bの第2の実施例を示す。同軸アプリケータ92は、反応炉99bの同じ壁に接して処理室90に出てくる。この第2の反応炉99bでは、元素プラズマ源91は、磁性構造体を全く備えていない。

0019

この型の反応炉99bは、分極され、同軸アプリケータ92から向こう側に位置している反応炉99bの壁で処理室90内に位置付けられる可能性がある基板ホルダーPSを使用することにより、堆積/中圧エッチングにおける応用例のため、たとえば、OACVD(プラズマ支援化学蒸着)またはプラズマエッチングのため特に好適である。この型の反応炉99bを用いると、化学蒸着法は、100パスカル(Pa)の付近の中圧範囲で、非常に巧く機能し、これによって、高い蒸着速度を達成することを可能にするが、応用例に依存して数パスカルから数万パスカルでより正確に動作する可能性がある。

0020

マイクロ波励起プラズマを生成するこれらの従来的な設備は、これにもかかわらず、反応炉型の処理室内の化学的物質加熱空洞型の処理室内の農業食品などに適用されるマイクロ波処理設備においても見られる多くの欠点がある。

0021

第1の欠点は、各印加装置上の独立性整合させるインピーダンス整合装置97に固有の制限に関係があり、このようなインピーダンス整合装置は、さらに、化学物質医薬(たとえば、マイクロ波放射による腫瘍のような身体の一部の治療)、または農業食品(たとえば、マイクロ波放射による食品の加熱または滅菌)に適用されるマイクロ波処理設備で使用されることもある。

0022

既知の方法では、インピーダンス整合は、トランスミッタ、この場合、電磁波発生器と、負荷と称される電気レシーバ、すなわち、処理室内に閉じ込められたプラズマとの間で電力または電磁エネルギー、この場合、手近にあるマイクロ波電力またはエネルギー転送を最適化することを可能にする技術である。

0023

このようにして、前述のとおり、マイクロ波処理設備では、性能を最適化するために、印加装置と電磁波発生器との間に位置している1台以上のインピーダンス整合装置を使用することは、従来的である。インピーダンス整合は、プラズマにより反射された電力がゼロであるとき、または、少なくともできる限り少ないときに最適である、と考えられている。

0024

しかし、プラズマ、化学もしくは気体反応性合物固体製品などのような何らかの負荷は、実施された動作条件、たとえば、処理室内の圧力、処理室内の温度、プラズマを作り出すために処理室に導入された(複数の)気体性質、これらの気体の比率、負荷に送信された電力、負荷に送信された電磁エネルギーの性質などの関数として、そして、処理室の特性、たとえば、処理室の壁のため使用された材料、処理室の寸法、処理室の幾何的性質、処理室の壁の表面状態などに依存して、長時間に亘って変化するインピーダンスを有している。

0025

このようにして、設備にある印加装置が多くなるにつれて、特に、各印加装置がこの印加装置の固有のインピーダンス整合装置を有し、整合が各印加装置に対して、そして、場合によっては、各動作条件に対して行われるべきである場合、インピーダンス整合はより複雑かつ制限的である。インピーダンス整合装置は、多数の形式を取ることがあり、アプリケータに統合される可能性もある。

0026

図2から4に関連して、誘電体付きの同軸インピーダンス整合装置97は、概して、同軸芯に同心である2つのリング970を備え、上記同心リング970は、インピーダンス整合装置97の入力でインピーダンスを変えるために同軸ケーブル94の軸に沿って移動可能である。同心リング970は、誘電体不連続部を構成し、この誘電体不連続部は、移動させられたときに、反射係数を調整することを可能にする。このようにして、同心リング970を移動することにより、整合装置の入力で、関連したアプリケータによる反射波逆位相であるが、同一振幅をもつ反射波が作り出され、よって、合成反射電力はゼロであり、システムは整合させられる。

0027

マイクロ波処理方法の間に、動作条件は、多くの場合に、この方法の間に変化し、ユーザは、概して、平均的な調整を実行し、インピーダンス整合装置を設定する。このようにして、インピーダンス整合は、この方法の間に使用される様々な動作条件を満たすことになるが、ユーザがこれらの動作条件が変化する都度整合を手動で再び行わない限り、動作条件毎に最適化されるものではない。

0028

プラズマ生成の分野で、機械的要素動きを制御する電子制御装置を統合する自動インピーダンス整合装置を使用することは、同様に既知である。しかし、これらの自動インピーダンス整合装置は、電子制御装置のために、特に複雑であり、かつ、費用がかかり、そして、いくつかの位置の間で機械的要素を制御することを必要とするので、あまり反応が早くない。

0029

第2の欠点は、各印加装置を越えて送信された電力を制御または調節すること、または、さらに、送信された電力を異なる印加装置の間で公平に分散させることの困難さに関係し、良好な分散は、たとえば、農業食品製品もしくは化学合成品または混合物の均一加熱に有利に働き、特に、化学反応炉の内部の量規定反応、または、処理室内において、壁もしくは処理室の壁から所定の距離で、容積もしくは表面に関して一様なプラズマの生成に有利に働く。

0030

実際には、この困難さは、とりわけ、完全には満足できない電力分割器に起因する。マグネトロン発生器の場合、最大の問題は、電力分割にある。実際には、電力分割器は、数台のアンテナの間で均等に2.45GHzでマイクロ波電力を分割するために設計される。しかし、マグネトロン発生器により放射された波の周波数は、電力に伴って変化し、この結果、分割は、発生器同士の間で異なることになる限定された電力範囲に限り公平になるものである。

0031

この困難さは、印加装置の間で互いに変化する反射電力を有していることがある印加装置にも起因する。同じ発生器によって給電された数台の印加装置を使用することにより、一部の例では、異なる印加装置のための電力供給線の間に十分な分離がない場合に、1台の印加装置のインピーダンスがこの他の印加装置に与える影響を理解することが可能である。不均衡がこのようにして印加装置により送信された電力の間で観察され、処理室内の加熱またはプラズマの均一性に悪影響を与える。

0032

異なる印加装置により負荷に送信された電力の不公平な分散は、少なくとも印加装置からある一定の距離までは、処理室内の均一加熱または一様なプラズマに有利に働くが、この一様性は、処理室内での加熱またはプラズマの拡散に依存し、この拡散は、次に、直接的または間接的に、動作条件(圧力、送信電力、負荷、処理される製品または混合物の特性など)と、処理室の寸法および形状とに主に依存するので、このような一様性が得られることを保証するだけではないことに注意すべきである。

0033

図1および4に示された第1の実例設備では、印加装置は、たとえば、正方形または六角形の所定のメッシュに基づいて、線源面と称される同じ平面に分散している。送信された電力をこれらの印加装置の間で公平に分散させることにより、局在化されたプラズマが各アプリケータの端部で得られ、拡散により、プラズマの密度に関して実質的に一様なプラズマが線源面からある一定の距離で得られる。しかし、線源面からさらに遠ざけることにより、プラズマの密度変動を観察することが可能である。このシナリオでは、線源面と平行な平面内でのプラズマの一様性に対応するので、プラズマの表面一様性に言及する。

0034

図3に示された第2の実例設備では、印加装置は、円筒反応炉の円筒壁に王冠状に分散している。送信された電力をこれらの印加装置の間で公平に分散させることにより、プラズマの密度に関して実質的に一様なプラズマが円筒壁からある一定の距離で得られる。よって、処理室の大きい容積部で一様性を得ることが可能であり、この型の設備は、概して、非常に低圧で動作し、低圧は種の拡散に有利に働くので、したがって、プラズマの容積一様性について言及する。

0035

第3の欠点は、電子サイクロトロン共鳴プラズマ励起技術を使用する設備の具体的な事例において共鳴面を監視することの困難さに関係する。

0036

一様磁場Bのもとで、電子軌道は、磁力線周りに巻かれた螺旋である。電子は、以下の式:
ω=2π.f=e.B/m
を満たす角速度ωを有し、ここで、mおよびeは、電子の質量および電荷にそれぞれ対応する。

0037

交番するパルス状一様電場ωPが磁場Bに重畳されるとき、電子は、これらの螺旋運動に加えて、周波数fP=ωP/2πで力を受ける。

0038

ECR技術を用いると、共鳴は、静磁場または準静磁場内の電子の旋回周波数が印加された加速器電場の周波数に等しいときに得られる。換言すると、ω=ωPに対して、電子サイクロトロン共鳴条件が達成され、磁場Bと平行な電子の速度の成分が増加し、電子に螺旋状スパイラル軌道を与える(磁力線Bと垂直な軌道はスパイラルである)。このようにして、かなりの量のエネルギーが電子に送信され、衝突中に容易に気体の中性種イオン化することを可能にする。この型のプラズマは、電子が2回の衝突の間に十分なエネルギーを獲得するために十分に低いが、プラズマを維持するために十分なイオン化衝突が存在するためには低すぎる圧力に対応するおよそ10−3mbar(0.1Pa)の圧力範囲で動作する。

0039

このようにして、励起種の生成エリアは、磁場Bと放射された波の周波数fとに依存する。しかし、現在のところ、生成ゾーンの場所を監視すること、換言すると、共鳴面を監視することは、このような監視がプラズマの密度を修正し、この結果、施設の性能を最適化するために多くの利点を有しているかもしれないが、困難である。

0040

従来技術は、波の送信線上で増幅器を使用して、プラズマを励起するためにソリッドステート式発生器を使用するプラズマを生成することによるマイクロ波処理設備を開示する欧州特許出願公開第1,643,641号明細書の教示によって示されることもある。この特許出願は、前述の欠点の全てを含む従来型の「整合ユニット」整合装置だけを制御することによりインピーダンス整合を自動的に実行する可能性について記載する。

0041

本発明は、インピーダンス整合を実行するために上記または各印加装置で反射された電力を監視すること、場合によっては、処理室において、壁または処理室の壁から所定の距離で、容積または表面で実質的に一様である加熱またはプラズマを得るため、特に、送信された電力を異なる印加装置の間で公平に分散させるために上記または各印加装置により送信された電力を監視すること、そして、電子サイクロトロン共鳴プラズマ励起技術を使用する設備という特有の場合に共鳴面を監視することを可能にするマイクロ波処理設備を提案することにより上記欠点の全てまたは一部を解決することを目的とする。

課題を解決するための手段

0042

このために、本発明は、負荷のマイクロ波処理のための設備を提案し、この設備は、
マイクロ波領域において電磁波を印加する少なくとも1台の印加装置と、
電磁波を案内する手段によって少なくとも1台の印加装置に接続されている少なくとも1台のソリッドステート式発生器型のマイクロ波領域におけるマイクロ波発生器と、
対応する発生器によって生成された電磁波の周波数f(i)を調整するために設計されている、上記または各発生器のための周波数調整システムと、
対応する印加装置による反射電力PR(i)を測定するために設計されている、上記または各印加装置のための測定システムと、
e1)上記または各測定システムから反射電力測定量PR(i)を入力としてかつリアルタイムで受信し、e2)条件a)上記または各測定システムにより測定された反射電力PR(i)が第1の基準値VR(i)に実質的に到達すること、または、条件b)対応する印加装置に送信された入射電力PIN(i)と同じ印加装置上で測定された反射電力PR(i)との間の差、すなわち、関係:PT(i)=PIN(i)−PR(i)に対応する上記または各印加装置による送信電力PT(i)が第2の基準値VT(i)に実質的に到達することのうちの少なくとも1つが満たされるまで、上記または各発生器により生成された電磁波の周波数f(i)を変えることを上記または各周波数調整システムに命令するために、各周波数調整システムに接続され、上記または各周波数調整システムにより電磁波の周波数f(i)の調整を制御し、そして、他方で上記または各測定システムに接続するように設計されている自動制御手段と、
を備える。

0043

上記または各ソリッドステート式発生器により生成され、この間に、当然ながら、マイクロ波領域に留まる電磁波の周波数の調整を実施することにより、発明は、従来技術により提起された様々な問題を簡単に、かつ、効果的に解決することを可能にする。実際には、周波数は、反射電力、したがって、インピーダンス整合、送信電力、および、この結果、プラズマの一様性、そして、さらに、電子サイクロン共鳴プラズマ励起技術を実施する設備の場合に共鳴面に直接的に影響を与える。

0044

発明は、対応するソリッドステート式発生器により発生された電磁波の周波数を変えることを可能にする1台以上のソリッドステート式発生器および1台以上の周波数調整システム(この場合、1台の発生器)を使用することにより構成される。

0045

電磁波トランジスタ発生器とも称されるソリッドステート式発生器は、実際には、印加装置毎に、(たとえば、コンピュータ上のコンピュータ化された監視プログラムを用いてまたはロボットを用いて)自動的に波の周波数を変えるため好適である。

0046

電力の定義に関して、PT(i)は、印加装置(i)によって負荷に送信された電力に対応し、PR(i)は、印加装置(i)によって反射された電力に対応し、PIN(i)は、関連した発生器によって印加装置(i)に送信された入射電力に対応し、この入射電力PIN(i)は、発生器が単一かつ同じ印加装置に給電する場合、給電損失の範囲内で関係している発生器によって供給された電力に等しい
発明によれば、必ずしも限定的ではない3つの好ましい用途が考えられる可能性がある。

0047

発明の第1の用途は、上記または各印加装置(i)上で反射電力PR(i)を制御するために上記または各発生器によって生成された周波数を変えることにより構成される。このようにして、上記または各印加装置(i)上で反射電力PR(i)を最小限に、おそらく打ち消す程度まで抑えることが可能であり、これによって、インピーダンス整合を実行する。

0048

インピーダンス整合に対して、いくつかの現象を考慮しなくてはならず、1つは、たとえば、プラズマまたはある種の反応性化学製品の場合、負荷自体のインピーダンスが局部的に変化することであり、なぜならば、負荷自体のインピーダンスは、とりわけ、負荷に送信された電力に依存するからであり、この電力は、次に、インピーダンス整合に依存し、したがって、インピーダンス整合に影響を与えるので周波数にも依存する。

0049

この第1の用途では、発明は、ある種の場合にインピーダンス整合装置をなくすことを可能にするが、その他の場合には、発明は、インピーダンス整合装置を完全に取り除くことなく、インピーダンス整合の付加的な程度の調整を提供する。このように、インピーダンス調整が(インピーダンス整合装置の使用の有無とは無関係に)方法の最初に満足でき、負荷が整合しなくなる場合、発明は、発生器に対して、または、各発生器に対し個別に電磁波の周波数f(i)を変えることにより再びインピーダンスを整合させることを可能にする。

0050

このように、発明によれば、(最初に、または、この方法の間に)インピーダンス不整合の原因とは無関係に、反射電力は、印加装置の型とは無関係に、電磁波の周波数を変えることにより、最小限に抑えられるか、または、さらに打ち消される可能性がある。実際には、発明は、(磁性構造体の有無を問わずに)同軸アプリケータ型、放電管サーファトロン、Evensonキャビティダウンストリーム源、セミメタリック・プラズマ・トーチなど)、アンテナ、誘電体窓付きの導波管などの型でもよい(複数の)印加装置の具体的なアーキテクチャに限定されることがない。

0051

この技術革新は、たとえば、化学反応炉内の加熱またはマイクロ波放射印加方法、プラズマ方法(エッチング、材料層堆積、化学または熱化学処理、溶射、除染、滅菌、洗浄、窒化、イオン注入、消毒など)、マイクロ波放射を使用する医療方法のような全てのマイクロ波処理応用例に関心があり、この理由は、これらの応用例の全てがイオン密度反応種密度、励起種の密度、種の部分温度などを最適化するためにインピーダンス整合を必要とするからである。

0052

発明の第2の用途は、上記または各印加装置(i)により負荷に送信された電力PT(i)を監視するために、上記または各発生器によって生成された波の周波数f(i)を変えることにより構成される。このようにして、送信された電力PT(i)を異なる印加装置(i)の間で公平に分散させること、換言すると、印加装置毎に実質的に同じ送信電力PT(i)を有していること、場合によっては、処理室内の容積または表面に関して、上記または処理室の壁から所定の距離で一様な加熱またはプラズマを達成することが可能である。

0053

印加装置(i)の1台ずつでの送信電力のこのような監視は、たとえば、一様な堆積に有利に働くように(壁の近くでのプラズマの密度の損失に起因するかもしれない)エッジ効果補償するために、または、逆に、たとえば、累進的な堆積、非一様な堆積、または、堆積速度が制御された堆積を生成するようにプラズマの密度勾配を作り出すために、印加装置(i)の全てに同じ電力PT(i)を送信させないことにより、局部的な不一致を作り出すことをさらに可能にする。

0054

最初の2つの用途では、発明は、上記または各印加装置(i)に対する周波数f(i)、各印加装置(i)上での反射電力PR(i)または送信電力PT(i)を変えることにより、インピーダンス整合のため関係がない反射電力PR(i)を最小限に抑えるべきか、または、送信電力PT(i)に所定の値を取らせるべきかを監視することを可能にする。

0055

実際には、各印加装置(i)に対し(iは、1とNとの間に含まれる整数であり、Nは、印加装置の台数である)、送信電力PT(i)は、対応する印加装置に送信された入射電力PIN(i)(入射電力は、発生器が単一の印加装置を給電する場合、送電損失の範囲内で、関連した発生器により供給される電力に等しい)と、同じ印加装置上での反射電力PR(i)との間の差、すなわち、以下の関係:PT(i)=PIN(i)−PR(i)に対応する。

0056

このように、周波数f(i)を変えることにより反射電力PR(i)を監視することは、結果として送信電力PT(i)を監視することをもたらし、逆もまた同様である。当然ながら、特に、関連した発生器により供給された電力を利用することにより入射電力PIN(i)を利用することが可能であるかもしれないが、周波数f(i)に加えて、送信電力PT(i)を調節するために入射電力PIN(i)を利用することを考慮することが可能である。

0057

電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマ技術を実施する発明の第3の用途は、上記または各印加装置上の共鳴面、したがって、当該印加装置に処理室のエリアにおいてプラズマの電力密度を監視するために、上記または少なくとも1台の発生器により生成された波の周波数を変えることで構成される。

0058

1つの特徴によれば、上記または各周波数調整システムは、マイクロ波領域で選択された周波数領域、たとえば、およそ2400と2500MHzとの間、たとえば、およそ5725と5875MHzとの間に含まれる周波数領域、または、さらに、マイクロ波領域に属する別の所定の周波数領域における電磁波の周波数を調整するために設計されている。

0059

たとえば、2400と2500MHzとの間の可変周波数領域の場合、発生器は、中心周波数が2450MHzであり、中心周波数の周りにプラスマイナス50MHzの変動があり、よって、マイクロ波領域に留まる電磁波を供給し、100MHzの全領域に亘るこの変動は、2450MHzの周りインピーダンス整合に関して生じる問題の殆どに応答することを可能にする。

0060

当然ながら、発明は、この具体的な周波数領域、または所定の中心使用周波数に限定されない。本発明は、マイクロ波領域において妥当であり、周波数領域の選定は、本質的に、設備で使用される(複数の)ソリッドステート式発生器と共に、用いられる標準および/または調節に依存する。

0061

発明の1つの可能性によれば、この設備は、1台ずつが周波数調整システムに関連付けられている少なくとも2台の発生器と、少なくとも2台の印加装置とを備え、各発生器は、少なくとも1台の印加装置に接続されている。

0062

本構成では、各発生器は、これの電磁波を1台以上の印加装置に供給する。数台の発生器を使用することにより、反射電力、送信電力および/または共鳴面の個別の調整の可能性は、印加装置毎に改善され、この上、印加装置間の相互作用を制限する。

0063

コメントとして、発生器が数台の印加装置(i)に関連付けられている場合、これらの印加装置(i)のための周波数f(i)は、これらの印加装置の1台ずつに対して同一であり、共有の発生器により発生された波の周波数に対応する。

0064

上記または各ソリッドステート式発生器は、所定の電力で単一かつ同じ発生器により、または、数台の補助発生器により形成されることがある。たとえば、200Wの電力を供給するソリッドステート式発生器に対して、200Wの電力をもつ単一かつ同じソリッドステート式発生器、または、100Wの電力をもつ2台のソリッドステート式補助発生器のいずれかにすることが可能である。当然ながら、補助発生器は、同位相であること、したがって、共有の周波数調整システムを含んでいることが必要である。

0065

発明の別の可能性によれば、設備は、1台ずつが周波数調整システムに関連付けられているN台の発生器と、N台の印加装置とを備え、ここで、Nは2より大きい整数であり、各発生器は、単一の印加装置に接続されている。

0066

この構成は、各印加装置(i)が単一かつ同じ発生器によりマイクロ波電力またはエネルギーが供給され、逆に、各発生器が単一かつ同じ印加装置に給電するので、特に有利である。このようにして、電力分割器が必要ではなく、各印加装置上の反射電力の調整は、印加装置の間で独立に、対応する発生器上で周波数を調整することにより行われ、これによって、電磁波の印加装置と分割装置との間の相互作用の問題を限定する。

0067

さらに、上記または各発生器の周波数f(i)が、たとえば、ロボット、プロセッサまたはコンピュータ型の自動制御手段の自動コマンドに応答して調整されることに注意すべきである。

0068

自動制御手段の優位性は、たとえば、反射電力PR(i)が、インピーダンス整合、印加装置(i)上の送信電力PT(i)の監視および共鳴面の監視のため印加装置(i)上で最小限に抑えられるまで、発生器毎に自動周波数調整を実行できることである。

0069

発明による実施形態は、インピーダンス整合を可能にする反射電力PR(i)(条件a)を監視するため、および、特に、一様なプラズマを達成することを可能にする送信電力PT(i)(条件b)を調節するため特に適している。注意喚起として、周波数を変えることにより反射電力PR(i)を監視することは、送信電力PT(i)を監視することになり、逆もまた同様である。換言すると、2つの条件a)およびb)は、実質的に等価である。

0070

各印加装置(i)は、反射電力PR(i)の対応する第1の基準値VR(i)と、送信電力PT(i)のための第2の基準値VP(i)とを有している。換言すると、基準値VR(i)およびVP(i)は、必ずしも印加装置(i)の間で等しくない。

0071

より具体的には、動作条件に変化が起こるとき、自動制御手段は、測定システムから測定量を受信した後、1台以上の印加装置(i)上での反射電力PR(i)の変動(条件a)、または、1台以上の印加装置(i)による送信電力PT(i)の変動(条件b)をリアルタイムで通知されるものであり、簡単なフィードバックループにより、自動制御手段は、反射電力PR(i)を調節し、特に、最小限に抑え(条件a)、または、印加装置(i)のための電磁波の周波数f(i)を変えることにより、特に、各印加装置上で同じになるように送信電力PT(i)を調節する(条件c)。このようにして、インピーダンス整合(条件a)または送信電力の調節(条件b)は、たとえば、加熱またはプラズマの一様性を達成するために、自動的に行われる。

0072

より一般的には、反射電力PR(i)または送信電力PT(i)は、印加装置(i)の型とは無関係に、電磁波の周波数f(i)を変えることによりフィードバックループに応じて制御手段により自動的に調節されることがある。以下により具体的に記載されるように、当然ながら、送信電力PT(i)を調節するために、周波数f(i)に加えて、入射電力PIN(i)を利用することが可能である。

0073

1つの特有の実施形態では、第1の基準値VR(i)は、上記または各印加装置(i)に対して、上記または各印加装置(i)上でインピーダンス整合を実行するために、測定された反射電力PR(i)の最小値に対応し、この最小値は、場合によっては、ゼロに一致するか、または、近接している。この反射電力最小値は、当然ながら、ワット表現された閾値電力に関して、または、入射電力に対する反射電力の比率のパーセンテージに関して、プログラム中で、または、ユーザによって、初期設定された所定の閾値反射電力に対応することがある。

0074

本実施形態は、この結果、インピーダンス整合をもたらし、反射電力PR(i)が各印加装置(i)上で到達することになる第1の基準値は、フィードバックループの後に続き、実質的にゼロ、または、少なくとも最小達成可能値が設定され、この結果、電磁波の周波数f(i)を変えることにより各印加装置(i)上で反射電力PR(i)を自動的に最小限に抑える。換言すると、インピーダンス整合のため、自動制御手段は、反射電力PR(i)の最小値が見つかるまで、周波数f(i)を変えることになる。

0075

設備が数台の印加装置(i)を備える1つの有利な実施形態によれば、第2の基準値VT(i)は、各印加装置(i)に対して、負荷に送信された電力を実質的に公平に分散させることにより、特に、処理室内の容積または表面において、上記処理室の境界を定める(複数の)壁から所定の距離で、一様な加熱またはプラズマの達成に有利に働くように、印加装置(i)の1台ずつに対して同一である所定の設定点VCTに対応する。

0076

本実施形態は、この結果、各印加装置(i)上で送信電力PT(i)を調節することをもたらし、このことは、かなりの一様性を要求するプラズマ方法に対して、特に興味深く、各印加装置(i)上での送信電力PT(i)のこの自動調節は、各印加装置(i)上で同じ送信電力PT(i)を達成することを目指している。換言すると、目的は、もはや(インピーダンス整合のため)各印加装置(i)上で反射電力PR(i)を体系的に最小限に抑えるのではなく、各印加装置(i)上で同じ送信電力PT(i)を得ることである。

0077

このようにして、印加装置(i)への送信電力PT(i)を調節するために、自動制御手段は、周波数f(i)を、場合によっては、付加的に入射電力PIN(i)を変えるので、印加装置上の送信電力PT(i)=PIN(i)−PR(i)は、この同じ印加装置のための所望の設定点に等しくなり、ここで、PT(i)およびPR(i)は、周波数f(i)および入射電力PIN(i)の関数である。

0078

一様な加熱またはプラズマの達成を助けるために、印加装置から少なくともある一定の距離で、各印加装置(i)は、この結果、入射電力PIN(i)が印加装置(i)毎に異なるかもしれないが、異なる印加装置(i)の送信電力PT(i)が全て等しくなるように、送信電力PT(i)に対して同じ設定点VCTを受信することになる。

0079

たとえば、印加装置(1)は、入射電力150W(すなわち、PIN(1)=150W)、および、反射電力10W(すなわち、PR(1)=10W)を有しているが、印加装置(2)は、入射電力142W(すなわち、PIN(2)=142W)、および、反射電力2W(すなわち、PR(2)=2W)を有している。よって、印加装置(1)および印加装置(2)は、1台当たり、プラズマへの送信電力PT(1)=PT(2)=140Wを送信する。この状況は、一方で、印加装置(1)上の電磁波の周波数f(1)を利用し、他方で、印加装置(2)上の電磁波の周波数f(2)を利用することにより、印加装置(1)のための反射電力PR(1)を10Wの値で制約し、印加装置(2)のための反射電力PR(2)を2Wの値で制約することに対応する。妥当な場合、印加装置(i)に関連付けられた発生器に作用することにより、各印加装置(i)上で入射電力PIN(1)をすることも可能である。

0080

代替的に、そして、条件b)、および、依然として送信電力PT(i)の調節の状況において、周波数f(i)を変え、場合によっては、送信電力PT(i)が印加装置(i)毎に異なるように、付加的に入射電力PIN(i)を変える自動制御手段を考慮することも可能である。この場合、第2の基準値VT(i)は、たとえば、処理室内で加熱またはプラズマの制御された不一致を達成するために、全て同一ということはない。

0081

この代案は、たとえば、累進的な堆積を実行するように、可変強度表面処理を達成するように、または、連続的な方法の間に処理の累進的な監視を実行するように、特に、エッジ効果を補償するか、または、印加装置の列に沿って電力勾配を作り出すために、印加装置上で所望の不一致が望まれる場合に興味深い。

0082

設備が数台の印加装置(i)を備える発明の1つの可能性によれば、自動制御手段は、入力として、各印加装置(i)に関連付けられた入射電力PIN(i)の値を受信するために、上記または各発生器に接続され、制御手段は、監視するステップe2)の間に、
e3)各印加装置(i)に対して、第2の基準値VT(i)に等しい印加装置(i)による送信電力PT(i)に対応する反射電力PR(i)の設定点VCR(i)、すなわち、VCR(i)=PIN(i)−VT(i)を計算することと、
e4)各印加装置(i)に対して、反射電力PR(i)を上記設定点VCR(i)で制約するために関連した発生器によって生成された電磁波の周波数f(i)を変えるために該当する周波数調整システムを監視することと、
の各サブステップを実行することにより条件b)を満たすために設計されている。

0083

このようにして、フィードバックループが条件b)を満たし、この結果、送信電力PT(i)を調節するために各印加装置(i)のための反射電力PR(i)に関して作られる。

0084

発明の別の可能性によれば、制御手段は、上記または各発生器が所定の入射電力PIN(i)を供給するように電力に関して上記または各発生器を制御し、制御手段は、ステップe2)を実行するために、そして、関連した周波数f(i)を変えるために上記または各周波数調整システムを監視すると共に、関連した入射電力PIN(i)を変えるために上記または各発生器を監視することにより、条件a)および/またはb)を満たすために設計されている。

0085

このようにして、制御手段は、上記または各印加装置に対して、条件a)および/または条件b)を満たすために周波数および入射電力を共に利用する。さらに、入射電力を利用することは、実際には、反射電力および/または送信電力の調節を精緻化することを可能にし、これらの2つの電力自体が周波数および入射電力の両方に依存している。

0086

有利な点として、この周波数および入射電力の二重制御の状況では、制御手段は、サブステップe4)の間に、上記または各印加装置(i)に対して、
−場合によっては可変である所定の設定点VCIN(i)で入射電力PIN(i)を発生するように、関係している発生器と、
−反射電力PR(i)を以下の関係:VCR(i)=VCINT(i)−VT(i)を満たす設定点VCR(i)で制約するように、関連した発生器によって生成された電磁波の周波数f(i)を変えるために、関係している周波数調整システムと、
の両方を監視するために設計されている。

0087

この手法は、条件b)を満たすために、この結果、送信電力PT(i)を調節するために、周波数f(i)と入射電力PIN(i)とを共に利用することを可能にするので有利である。当然ながら、送信電力PT(i)の最良調節を最終的に達成するために、調整中に入射電力PIN(i)の設定点VCIN(i)を変えることは可能であることが理解される。

0088

設備が数台の印加装置を備える1つの有利な実施形態では、制御手段は、入力として、各印加装置に関連付けられた入射電力PIN(i)の値を受信するために上記または各発生器に接続され、上記または各発生器が所定の入射電力PIN(i)を供給するように電力に関して上記または各発生器を制御し、制御手段は、監視するステップe2)の間に、
e5)各反射電力PR(i)が第1の対応する基準値VR(i)に等しくなるように、条件a)が満たされるまで該当する発生器によって生成された電磁波の周波数f(i)を変えるために各周波数調整システムを監視することと、
e6)各印加装置に対して、第2の基準値VT(i)に等しい印加装置による送信電力PT(i)に対応する入射電力PIN(i)の設定点VCIN(i)、すなわち、VCIN(i)=VR(i)+VT(i)を計算することと、
e7)条件b)を満たすように設定点VCIN(i)で入射電力PIN(i)を供給するように上記または各発生器を制御することと、
の各サブステップを実行することにより、条件a)およびb)を両方ともに満たすために設計されている
本実施形態は、最初に条件a)を満たすために(この結果、特に、インピーダンス整合の懸念から、反射電力PR(i)の調節を確保するために)周波数f(i)を利用すること、そして、次に、条件b)満たすために(この結果、特に、加熱またはプラズマの一様性の懸念から、送信電力PT(i)の調節を確保するために)入射電力PIN(i)を利用することを可能にするので有利である。

0089

当然ながら、入射電力PIN(I)の調整中に(ステップe7))、反射電力PR(i)の値は、変化することがあり、この結果、入射電力PIN(i)は、この入射電力の設定点VCIN(i)に到達するまで効果的に変わらなければならないが、反射電力PR(i)の実測値を常に考慮に入れる。このように、監視するステップe2)は、リアルタイムで動的または連続的なステップであり、このステップは、反射電力PR(i)および入射電力PIN(i)の変動に連続的に適合する繰り返しを有していることがある。

0090

有利な点として、制御手段は、監視するステップe2)の間に、サブステップe5)の前に、第2の基準値VT(i)に接近した値または実質的に等しい値で入射電力PIN(i)を供給するように上記または各発生器を制御することで構成されているサブステップe8)を実行するために設計されている。

0091

サブステップe8)は、このように、サブステップe5)の間に周波数f(i)を利用する前に、入射電力PIN(i)をこれの最終値、すなわち、設定点VCIN(i)に接近させることが可能である。このようにして、
e8)最初に、制御手段が上記または各入射電力PIN(i)を第2の基準値VT(i)に接近した値または等しい値に調整するために上記または各発生器を監視することと、
e5)上記または各反射電力PR(i)を調節するように、条件a)を満たすために上記または各周波数f(i)を調整することと、
の各サブステップが連続的に実行され、上記または各反射電力PR(i)が調節されると、上記または各入射電力PIN(i)がこれの設定点VCIN(i)に到達するために追加される数ワットだけが残されることになる。

0092

1つの特有の実施形態では、設備は、電磁波と組み合わされ、電子サイクロトロン共鳴プラズマを生成することを可能にする磁気共鳴場を作り出すために少なくとも1つの磁性構造体をさらに備え、制御手段は、
f1)上記または各周波数調整システムに対して、上記または各印加装置のための電子サイクロトロン共鳴面の所定の値に対応する目標周波数Cf(i)を計算するために、そして、
f2)各印加装置に対して、上記または各印加装置の電子サイクロトロン共鳴面が対応する所定の値に到達するように、該当する周波数調整システムが上記または各発生器により生成された電磁波の周波数f(i)を対応する設定点Cf(i)で制約することを監視するために、
設計されている。

0093

電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマ励起技術のこの具体的な場合、発明は、かくして、(複数の)印加装置のための波の周波数を変えることにより、この結果、プラズマの創成面の幾何学的性質を監視することにより、電子サイクロトロン共鳴面の値を変えることを可能にする。共鳴面を変えることは、この共鳴面がプラズマの特性および性能に影響を与えるパラメータであるため、周波数を変えることの付加的な利点である。

0094

1つの特有の実施形態では、上記または各印加装置は、磁性構造体を備え、代替的に、磁性構造体は、印加装置ではなく、処置室に統合されている。

0095

PCR技術の場合、各周波数は、印加装置に統合され、または、統合されていない磁性構造体に依存して、具体的な共鳴面に対応することになる。このようにして、同じ送信電力に対して、2つの異なる周波数で、プラズマの密度は、共鳴面が周波数の関数として変化するので、処理室の容積部の1点で異なることがある。

0096

たとえば、永久磁石を使用する同軸アプリケータに対して、この永久磁石は、前述のアプリケータの端部に位置し、共鳴エリアは、周波数が減少させられる場合(磁場が印加装置から遠ざかると共に同様に減少するので)、プラズマ印加装置から遠ざかることになり、これによって、アクティブな創成面(励起種、イオン化種ラジカルなど)を増加させることを可能にする。これに反して、創成面は、周波数を増加させることにより減少することがあり、これによって、印加装置の近くに創成面を集中させ、この結果、プラズマの密度を局部的に増加させることを可能にするが、これは、元素源上の損失をさらに増加させる。

0097

発明はまた、負荷のマイクロ波処理の方法に関係し、この方法は、
少なくとも1つのソリッドステート式発生器を使用してマイクロ波領域で少なくとも1つの電磁波を発生させることと、
上記または各マイクロ波を電磁波の少なくとも1台の印加装置に案内することと、
上記または各印加装置により上記または各電磁波を負荷に印加することと、
の各ステップを備え、
この方法は、上記または各印加装置上の反射電力PR(i)を調節するために、および/または、上記または各印加装置による送信電力PT(i)を調節するために、上記または各電磁波を自動調整するステップをさらに備え、
p1)上記または各印加装置に対して、対応する印加装置による反射電力PR(i)を測定することと、
p2)以下の条件:
a)上記または各印加装置上で測定された反射電力PR(i)が第1の基準値VR(i)に実質的に到達する条件、または、
b)送信電力PT(i)が対応する印加装置に送信された入射電力PIN(i)と同じ印加装置上で測定された反射電力PR(i)との間の差、すなわち、以下の関係:PT(i)=PIN(i)−PR(i)に対応し、上記または各印加装置による送信電力PT(i)が第2の基準値VT(i)に実質的に到達する条件、
のうちの少なくとも1つが満たされるまで、上記または各発生器によって生成された電磁波の周波数f(i)を監視することと、
の各ステップを含んでいる点で注目に値する。

0098

自動ステップp1)およびp2)は、インピーダンス整合(条件a)を可能にする反射電力PR(i)を監視し、特に、一様な加熱またはプラズマ(条件b)を達成することを可能にする送信電力PT(i)を調節するため特に適している。

0099

発明の1つの可能性によれば、発生させるステップは、少なくとも2台の発生器を使用して少なくとも2つの電磁波を発生させるステップで構成され、案内するステップは、少なくとも1台の印加装置を対象とした各電磁波を案内するステップで構成され、調整ステップは、各電磁波の周波数を互いに独立に調整するステップで構成されている。

0100

発明の別の可能性によれば、発生させるステップは、N台の発生器を使用してN個の電磁波を発生させるステップで構成され、案内するステップは、Nが2より大きい整数であるとして、N台の印加装置を対象としたN個の電磁波を案内するステップで構成され、調整するステップは、上記または各電磁波の周波数を互いに独立に調節するステップで構成されている。

0101

1つの特有の実施形態では、第1の基準値VR(i)は、上記または各印加装置(i)に対して、上記または各印加装置(i)上でインピーダンス整合を実行するために測定された反射電力PR(i)の最小値に対応し、場合によっては、ゼロに等しくなるかまたは接近するこの最小値は、注意喚起として、所定の閾値電力値、または、入射電力に対する反射電力の比率の所定のパーセンテージが設定されることがある。

0102

このようにして、本実施形態では、この方法は、インピーダンス整合を実行するために各印加装置(i)上で反射電力PR(i)を最小限に抑えることを目的とする。

0103

設備が数台の印加装置(i)を備える別の実施形態によれば、第2の基準値VT(i) は、各印加装置(i)に対して、負荷に送信された電力を印加装置の間で実質的に公平に分散させることにより、特に、処理室内の容積または表面において、上記処理室の境界を定める(複数の)壁から所定の距離で、均一な加熱または一様なプラズマの達成に有利に働くように、印加装置(i)の1台ずつに対して同一である所定の設定点VCTに対応する。

0104

このようにして、印加装置(i)への送信電力PT(i)を調節するために、この方法は、周波数f(i)を、場合によっては、付加的に入射電力PIN(i)を変えるステップで構成されているので、印加装置への送信電力PT(i)=PIN(i)−PR(i)は、この同じ印加装置のための所望の設定点VCTに等しくなり、ここで、PT(i)およびPR(i)は、周波数f(i)および入射電力PIN(i)の関数である。最終的に、各印加装置は、各印加装置(i)に関連付けられた設定点VCTに等しい同じ電力を送信する。このように、負荷は、各印加装置から同じ電力を受信する。

0105

代替的に、そして、条件b)、および、依然として送信電力PT(i)の調節の状況において、周波数f(i)を変え、場合によっては、送信電力PT(i)が印加装置(i)毎に異なるように、付加的に入射電力PIN(i)を変える方法を考慮することも可能である。この場合、第2の基準値VT(i)は、たとえば、処理室内で加熱またはプラズマの制御された不一致を達成するために、全て同一ということはない。

0106

設備が数台の印加装置(i)を備える場合、この方法は、各印加装置に関連付けられた入射電力PIN(i)を確定または測定するステップをさらに備えることがあり、監視するステップp2)は、
p3)各印加装置(i)に対して、第2の基準値VT(i)に等しい印加装置による送信電力PT(i)に対応する反射電流PR(i)の設定点VCR(i)、すなわち、VCR(i)=PIN(i)−VT(i)を計算することと、
p4)各印加装置(i)に対して、反射電力PR(i)を上記設定点VCR(i)で制約するために、関連した発生器によって生成された電磁波の周波数f(i)を監視することと、
の各サブステップを実行することにより条件b)を満たす。

0107

このようにして、フィードバックループが条件b)を満たし、この結果、送信電力PT(i)を調節するように、対応する周波数f(i)を変えることにより、各印加装置(i)のための反射電力PR(i)に関して生成される。

0108

有利な点として、監視するステップp2)は、各印加装置に対して、関連した発生器によって生成された電磁波の周波数f(i)と同じ発生器によって供給された入射電力PIN(i)とを共に監視することにより、条件a)および/またはb)を満たす。

0109

このようにして、周波数および入射電力に依存する反射電力および/または送信電力を調節するために、周波数と入射電力とを共に利用する。

0110

発明の1つの可能性によれば、サブステップp4)は、各印加装置(i)に対して、
−可変でもよい所定の設定点VIN(I)で該当する発生器によって供給された入射電力PIN(i)と、
−反射電力PR(i)を以下の関係:VCR(i)=VCIN(i)−VT(i)を満たす設定点VCR(i)で制約するために、関連した発生器によって生成された電磁波の周波数f(i)と、
を共に監視することで構成されている。

0111

この手法は、条件b)を満たすために、この結果、送信電力PT(i)を調節するために、周波数f(i)と入射電力PIN(i)とを共に利用することを可能にするので有利である。当然ながら、送信電力PT(i)の最良調節を最終的に達成するために、調整中に入射電力PIN(i)の設定点VCIN(i)を変えることは可能であることが理解される。

0112

設備が数台の印加装置を備える1つの有利な実施形態では、監視するステップp2)は、
p5)各反射電力PR(i)が対応する第1の基準値VR(i)に等しくなるように条件a)が満たされるまで該当する発生器によって生成された電磁波の周波数f(i)を監視することと、
p6)各印加装置に対して、第2の基準値VT(i)に等しい印加装置による送信電力PT(i)に対応する入射電力PIN(i)の設定点VCIN(i)、すなわち、VCIN(i)=VR(i)+VT(i)を計算することと、
p7)条件b)を満たすように、該当する発生器によって供給された入射電力PIN(i)を上記設定点VCIN(i)に調整することと、
の各サブステップを実行することにより両方の条件a)およびb)を満たす。

0113

本実施形態は、最初に条件a)を満たすために(この結果、特に、インピーダンス整合の懸念から、反射電力PR(i)の調節を確保するために)周波数f(i)を利用すること、そして、次に、条件b)満たすために(この結果、特に、加熱またはプラズマの均一化の懸念から、送信電力PT(i)の調節を確保するために)入射電力PIN(i)を利用することを可能にするので有利である。

0114

当然ながら、入射電力PIN(I)の調整中に(ステップe7))、反射電力PR(i)の値は、変化することがあり、この結果、入射電力PIN(i)は、この入射電力の設定点VCIN(i)に到達するまで効果的に変わらなければならないが、反射電力PR(i)の実測値を常に考慮に入れる。このように、監視するステップe2)は、リアルタイムで動的または連続的なステップであり、このステップは、反射電力PR(i)および入射電力PIN(i)の変動に連続的に適合する繰り返しを有していることがある。

0115

有利な点として、監視するステップe2)は、サブステップe5)の前に、該当する発生器によって供給された入射電力PIN(i)を第2の基準値VT(i)に接近した値または実質的に等しい値に調整するサブステップe8)をさらに備える。

0116

サブステップe8)は、このように、サブステップe5)の間に周波数f(i)を利用する前に、入射電力PIN(i)をこれの最終値、すなわち、設定点VCIN(i)に接近させることが可能である。

0117

電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマ励起技術の具体的な例では、この方法は、電磁波と組み合わされ、電子サイクロトロン共鳴プラズマを生成することを可能にする磁気共鳴場を発生させるステップを備え、この方法は、
r1)上記または各印加装置のための電子サイクロトロン共鳴面の所定の値に対応する目標周波数Cf(i)を計算することと、
r2)上記または各印加装置の電子サイクロトロン共鳴面が対応する所定の値に到達するように、上記または各発生器によって生成された電磁波の周波数f(i)を対応する設定点Cf(i)で制約することと、
の各ステップをさらに備える。

0118

本発明のこの他の特徴および利点は、添付図面に関連して実施された、いくつかの非限定的な実施形態についての以下の詳細な説明を読めば明らかになるであろう。

図面の簡単な説明

0119

図1は、前述されたプラズマ生成による既知のマイクロ波処理設備の斜視部分断面概略図である。
図2は、前述されたプラズマ生成による既知のマイクロ波処理設備の部分概略図である。
図3は、前述されたプラズマ生成による別の既知のマイクロ波処理設備の部分概略図である。
図4は、前述されたプラズマ生成による別の既知のマイクロ波処理設備の部分概略図である。
図5は、発明による第1のマイクロ波処理設備の概略図である。
図6は、発明による第2のマイクロ波処理設備の概略図である。
図7は、発明による第3のマイクロ波処理設備の概略図である。
図8は、発明による第4のマイクロ波処理設備の概略図である。
図9は、発明による第5のマイクロ波処理設備の概略図である。
図10は、発明による第6のマイクロ波処理設備の概略図である。
図11は、発明による第7のマイクロ波処理設備の概略図である。
図12は、発明による第8のマイクロ波処理設備の概略図である。

実施例

0120

以下の説明は、プラズマ型負荷を処理するマイクロ波処理設備1、換言すると、処理室内でプラズマを生成する設備に関係する。当然ながら、たとえば、マイクロ波により処理される固体、液体および/または気体生成物を含有する化学炉型の処理室を用いて、または、処理される身体の一部にマイクロ波放射を印加することによる医療の状況において、この他の応用例のため設備1を使用することを考えることが可能である。

0121

図5に示された発明の第1の実施形態では、プラズマ生成設備1は、
プラズマが容積部の中で生成される処理室20を有している反応炉2と、
マイクロ波領域の電磁波を処理室20の内部に印加する印加装置30、および、印加装置30により反射された電力を測定する測定システム31を備える元素プラズマ源3と、
電磁エネルギーを案内する手段5によって印加装置30に接続され、およそ2400と2500MHzとの間で、または、さらに別の所定の周波数領域内で波の周波数を調整するために設計された周波数調整システム40を備える、マイクロ波領域におけるソリッドステート式の電磁波発生器4と、
入力で測定システム31に接続され、出力で周波数調整システム40に接続されているコントローラ6と、
を含む。

0122

説明の残りの部分とこの他の実施形態とについては、
上記または各印加装置30は、同軸アプリケータ型であるが、発明は、このような同軸アプリケータに限定されることなく、放電管(サーファトロン、Evensonキャビティ、ダウンストリーム源、セミメタリック・プラズマ・トーチ、誘電体管など)、アンテナ、誘電体窓付きの導波管などのようなマイクロ波電力を印加するこの他の型の装置が考慮されることがあり、
上記または各発生器4は、トランジスタ発生器とも称されるソリッドステート式電磁波発生器型であり、手動または自動的に、(マグネトロンとは異なって)この発生器の動作周波数領域内で電磁波の周波数を監視することを可能にする利点を有し、
上記または各案内手段5は、ソリッドステート式発生器4に直接的に接続されるために特に好適である同軸ケーブルの形で作られるが、導波管のようなこの他の形の案内手段が考慮されることがある。

0123

測定システム31は、サーキュレータと負荷とを組み合わせる絶縁体で作られることがある。元素源が反射電力を放出するとき、サーキュレータは、この電力を負荷の方に向ける。カップリングにより、この電力の一部分が使われ、測定される。使われる部分(または減衰係数)を知ることにより、ここから反射電力を推定することが可能である。測定システムは、パラメータSと、特に、S1.1とを測定するシステムでもよい。

0124

コントローラ6は、6つの動作モードのため設計されている。

0125

第1の動作モードでは、コントローラ6は、
入力として、測定システム31から反射電力測定量PRMを受信し、
印加装置によって測定された反射電力PRが第1の基準値VRに実質的に到達するまで発生器4によって生成された電磁波の周波数fを監視する(または変える)。

0126

換言すると、コントローラ6は、反射電力PRが第1の基準値VRに等価になる周波数fを見つけ、第1の基準値VRは、プラズマと元素源3との間でインピーダンスを整合させるために、実質的にゼロ値、または、少なくとも最小達成可能値が設定されることがある。

0127

第2の動作モードでは、コントローラ6は、
入力として、測定システム31から反射電力測定量PRを受信し、
入力として、コントローラ6が接続されている発生器4からもたらされる源への入射電力PINの値を受信し、
第2の基準値VTに等しい送信電力PTに対応する反射電力PRの設定点VCR、すなわち、VCR=PIN−VTを計算し、
印加装置によって測定された反射電力PRが設定点VCRに実質的に到達するまで発生器4によって生成された電磁波の周波数fを監視する(または変える)
このようにして、反射電力PRは、送信電力PTを第2の基準値VTに調節するために設定点VCRに制約される。換言すると、コントローラ6は、PT=VTとなる周波数fを見つける。

0128

第3の動作モードでは、コントローラ6は、
入力として、測定システム31から反射電力測定量PRを受信し、
入力として、コントローラ6が接続されている発生器4からもたらされる源上の入射電力PINの値を受信し、
印加装置により測定された反射電力PRが第1の基準値VRに実質的に到達するまで周波数fと入射電力PINとを共に監視する(変える)。

0129

換言すると、コントローラ6は、反射電力PRが第1の基準値VRに等価になるペア(周波数f、入射電力PIN)を見つける。

0130

たとえば、反射電力PRが実質的にゼロである第1の基準値VRに到達するために、コントローラ6は、最初に、反射電力PRが最小限に抑えられるが、依然としてゼロより大きくなる周波数を探し、次に、コントローラ6は、反射電力PRが実質的にゼロに等しくなる入射電力PINを探すことを考慮することが可能であり、周波数だけを利用することにより第1の基準値VRに到達できない場合、入射電力PINだけが調整される
第4の動作モードでは、コントローラ6は、
入力として、コントローラ6が接続されている発生器4からもたらされる源上の入射電力PINの値を受信し、
送信電力PT=PIN−PRが第2の基準値VTに実質的に等しくなるまで、周波数fと入射電力PINとを共に監視する(または変える)。

0131

換言すると、コントローラ6は、PT=VTに対するペア(周波数f、入射電力PIN)を見つける。たとえば、送信電力PTが第2の基準値VTに到達するため、最初に、コントローラ6は、送信電力PTが(反射電力PRを最小限に抑えようとすることなく)第2の基準値VTに最も近接する周波数を探し、次に、コントローラ6は、送信電力PTが第2の基準値VTに等しくなる入射電力PINを探すことを考慮することが可能であり、周波数だけを利用することにより第2の基準値VTに到達できない場合、入射電力PINだけが調整される。

0132

第5の動作モードでは、コントローラ6は、
入力として、測定システム31からもたらされる反射電力測定量PRMを受信し、
入力として、コントローラ6が接続されている発生器4からもたらされる源上の入射電力PINの値を受信し、
反射電力PRが第1の基準値VRに実質的に到達するまで、好ましくは、反射電力PRが最小値に到達するまで周波数fを監視し(または変え)、
送信電力がPT=PINになるまで入射電力PINを監視し(または変え)、
PRは、第2の基準値VTに実質的に等しい。

0133

換言すると、コントローラ6は、PR=VR(PR=達成可能最小値)およびPT=VTに対するペア(周波数f、入射電力PIN)を見つける。周波数の監視ステップに対して、コントローラ6が初期周波数から始めて、この後、コントローラが最小値を見つけるまで、反射電力PRが減少する側の周波数を変えることを考慮することが可能である。

0134

第6の動作モードでは、設備は、電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマ生成設備である。この場合、元素源3は、電磁波と組み合わされた磁気共鳴場を作り出すために設計された磁性構造体(図示せず)をさらに備え、電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマを生成することを可能にする。

0135

第6の動作モードでは、コントローラ6は、
上記または各周波数調整システム40に対して、上記または各元素プラズマ源3の共鳴面の所定の値に対応して周波数指令Cf(i)を計算し、
各元素源3に対して、上記または各元素プラズマ源3の共鳴面が対応する所定の値に到達するように、上記または各発生器4によって生成された電磁波の周波数f(i)を対応する設定点Cf(i)で制約するために該当する周波数調整システム40を監視する。

0136

図6に示された本発明の第2の実施形態では、プラズマ生成設備1は、図5の第1の実施形態のプラズマ生成設備と同一であるが、アプリケータ30から上流に位置付けられているインピーダンス整合装置7をさらに備えるという違いがある。

0137

このインピーダンス整合装置7は、このようにして、コントローラ6が、特に、前述の動作モードを実施することにより、動作中に自動的かつリアルタイムで送信電力の第2の繊細なインピーダンス整合および/または調節を実行する可能性がある前に、場合によっては、動作の調整と共に、第1のインピーダンス整合を実行することを可能にする。

0138

図7に示された発明の第3の実施形態では、プラズマ生成設備1は、
プラズマが容積部の中で生成される処理室20を有している反応炉2と、
処理室20の内部にマイクロ波領域で電磁波を印加するアプリケータ30と、対応する印加装置30により反射された電力を測定する測定システム31とを個々に備える数台の元素プラズマ源3と、
同軸ケーブル5によりアプリケータ30に接続され、およそ2400と2500MHzとの間で、または、さらに、別の所定の周波数領域において波の周波数を調整するために調整するために設計されている周波数調整システム40を備える、マイクロ波領域におけるソリッドステート式の電磁波発生器4と、
入力で測定システム31に接続され、出力で周波数調整システム40に接続されているコントローラ6と、
発生器4の出力に設置され、発生器4によって発生されたマイクロ波電力を元素源3の台数kにより分割するために設計され、1つずつが同軸ケーブル5によりアプリケータ30に接続されているk個の出力を有し、各出力がこのようにして発生器4によってアプリケータ30に供給された全電力の1/kを使う電力分割器8と、
を含む。

0139

コントローラ6は、単一の発生器4が数台の元素源3に関連付けられているという差がある前述の6つの動作モードを実施するために設計されている。このようにして、コントローラ6は、
第1の動作モードにおいて:好ましくは、インピーダンス整合のため、共有の発生器4により生成された波の周波数fを使うことにより各元素源(i)上で反射電力PR(i)を調節する可能性があり、
第2の動作モードにおいて:共有の発生器4により生成された波の周波数fを使うことにより各元素源(i)上の送信電力PT(i)を調節する可能性があり、
第3の動作モードにおいて:源(i)のための入射電力PIN(i)は、電力分割が分割器8により行われた後に発生器4の電力PGENの一部分に対応するかもしれないが、共有の発生器4によって生成された波の周波数、および、源(i)上で入射電力PIN(i)を使うことにより各元素源(i)上で反射電力PR(i)を調節する可能性があり、
第4の動作モードにおいて:共有の発生器4によって生成された波の周波数f、および、源(i)上の入射電力PIN(i)(発生器4の電力PGENの一部分)を使うことにより各元素源(i)上で送信電力PT(i)の調節を実行する可能性があり、
第5の動作モードにおいて:各源(i)に対して、反射電力PR(i)を調節し、そして、共有の発生器4によって生成された周波数f、および、源(i)上の入射電力PIN(i)(発生器4の電力PGENの一部分)を使うことにより送信電力PT(i)を調節する可能性があり、
第6の動作モードにおいて:元素源(i)に関連付けられた創成面内で、共有の発生器4によって生成された波の周波数fを使うことにより、共鳴面を監視する可能性がある。

0140

当然ながら、この設備は、不一致がアプリケータ30の間に存在することがあり、さらに、元素源3は、互いに相互作用することがあるので、様々なアプリケータ30上で測定された反射電力PR(i)は、全てが正確に同じ第1の基準値VR(I)に到達するものではないというように、発生器4が数台の元素源3に給電するという事実に起因する制限がある。しかし、これにもかかわらず、コントローラ6が、周波数fと、場合によっては、信号発生器4によって生成された波の電力PGENとを使うことにより、全ての元素源3の上で、反射電力および/または送信電力と、共鳴面との全体的かつ平均的な調節を可能にするという事実は、依然としてこのままである。

0141

しかし、理論的に、アプリケータ30が同一である場合、または、より正確に、発生器4と各源3との間のマイクロ波線が同一である場合、そして、分割器8によって行われた電力の分割が周波数fとは無関係に公平である場合、そして、動作条件が各アプリケータ30の端部で同一である場合(換言すると、プラズマがアプリケータ30の付近で一様である場合)、周波数fは、インピーダンス整合、および/または、送信電力調節、および/または、共鳴面の監視を実行するために、源3の1つずつに対して同一でもよい。

0142

図8に示された発明の第4の実施形態では、プラズマ生成設備1は、このプラズマ生成設備が発生器4と電力分割器8との間に位置付けられているインピーダンス整合装置7をさらに備える点を除いて、図7の実施形態のプラズマ生成設備と同一である。

0143

このインピーダンス整合装置7は、このようにして、コントローラ6が、動作中に自動的かつリアルタイムで元素源3の全てに対する第2のインピーダンス整合を実行する可能性がある前に、場合によっては、動作前の調整と共に、第1のインピーダンス整合を実行することを可能にする。一般に、コントローラ6は、前述の6つの動作モードを実施するために設計されているが、源3の全てにより共有されるインピーダンス整合が共有インピーダンス整合装置7を用いて行われるという違いがある。

0144

図9に示された発明の第5の実施形態では、プラズマ生成設備1は、図7の第3の実施形態のプラズマ生成設備と同一であるが、このプラズマ生成設備1は、1台のアプリケータ30当たりに1台のインピーダンス整合装置7を含んでいる、電力分割器8とアプリケータ30との間に位置付けられている数台のインピーダンス整合装置7をさらに備えるという違いがある。

0145

これらのインピーダンス整合装置7は、このようにして、場合によっては、各元素源3に対して、動作前の調整と共に、第1のインピーダンス整合を実行することを可能にする。次に、コントローラ6は、元素源3の全てに対して、動作中に自動的に、かつ、リアルタイムで第2のインピーダンス整合を実行することを可能にする。一般に、コントローラ6は、前述の第6の動作モードを実施するために設計されているが、各源3に対する個別のインピーダンス整合は、1台ずつの源3で独立に、各インピーダンス整合装置7を用いて行われてもよいという違いがある。このようにして、アプリケータ30の間(または、より正確には、発生器4と各源3との間のマイクロ波線の間)の差と、分割器8によって行われる電力分割の不一致と、アプリケータ30の端部でのプラズマの均一性の欠如とを補償することが可能である。

0146

図10に示された発明の第6の実施形態では、プラズマ生成設備1は、
プラズマが容積部の中で生成される処理室20を有している反応炉2と、
処理室20の内部にマイクロ波領域で電磁波を印加するアプリケータ30と、対応する印加装置30によって反射された電力を測定する測定システム31とを個々に備える数台の元素プラズマ源3と、
1台ずつが同軸ケーブル5によりアプリケータ30に接続され、1台の元素源3当たりに1台ずつ設けられ、1台ずつが波のおよそ2400と2400MHzとの間で、または、さらに別の所定の周波数範囲において周波数を調整するために設計されている周波数調整システム40を備え、マイクロ波領域におけるソリッドステート式の数台の電磁波発生器4と、
入力で異なる元素源3の測定システム31に接続され、出力で異なる発生器4の周波数調整システムに接続されているコントローラ6と、
を含む。

0147

コントローラ6は、前述の6つの動作モードを実施するために設計されているが、各発生器4が単一の元素源3に関連付けられているという違いがある。よって、コントローラ6は、
第1の動作モードにおいて:好ましくは、インピーダンス整合のため、関連した発生器4によって生成された波の周波数f(i)を使うことにより各元素源(i)上で(源毎に独立に)反射電力PR(i)を調節する可能性があり、
第2の動作モードにおいて:関連した発生器4によって生成された波の周波数f(i)を使うことにより各元素源(i)上で(源毎に独立に)送信電力PT(i)を調節する可能性があり、
第3の動作モードにおいて:源(i)のための入射電力PIN(i)は、(源(i)上の入射電力PIN(i)を使うことが関連した発生器4の電力PGEN(i)を使うことをもたらすように)関連した発生器4の電力PGEN(i)に給電損失の範囲内で実質的に対応するかもしれないが、関連した発生器4によって生成された波の周波数f(i)、および、(源毎に独立に)源(i)上の入射電力PIN(i)を使うことにより、各元素源(i)上で反射電力PR(i)を調節する可能性があり、
第4の動作モードにおいて:関連した発生器4によって生成された波の周波数f(i)、および、源(i)上の入射電力PIN(i)(そして、この結果、関連した発生器4の電力PGEN(i))を使うことにより、各元素源(i)上で(源毎に独立に)送信電力PT(i)を調節する可能性があり、
第5の動作モードにおいて:各源(i)に対して、関連した発生器4によって生成された波の周波数f(i)、および、源(i)上の入射電力PIN(i)(そして、この結果、関連した発生器4の電力PGEN(i))を使うことにより、反射電力PR(i)を調節し、送信電力PT(i)を調節する可能性があり、
第6の動作モードにおいて:関連した発生器によって生成された波の周波数f(i)を使うことにより、共鳴面と、そして、この結果、(源毎に独立に)各元素源(i)に関連付けられた創成エリアとを監視する可能性がある。

0148

このようにして、コントローラ6は、(周波数を監視する)周波数調整システム31と、(入射電力を監視する)発生器4とを互いに独立に監視する。

0149

たとえば、第1の動作モード(反射電力の調節)では、第1の元素源3に対して、第1の反射電力PR(1)が測定され、コントローラ6は、反射電力PR(1)が第1の基準値VR(1)、たとえば、ゼロまたは少なくとも最小限に到達することを可能にする第1の発生器4に対する第1の周波数f(1)を見つける。第1の発生器4の周波数を変えることによる反射電力PR(1)の調節は、第1の元素源3および第1の発生器4だけに関係する第1のフィードバックループを使用して行われる。

0150

同様に、第2の元素源3に対して、第2の反射電力PR(2)が測定され、コントローラ6は、反射電力PR(2)が第2の基準値VR(2)、たとえば、ゼロまたは少なくとも最小限に到達することを可能にする第2の発生器4のための第2の周波数f(2)を見つける。第2の発生器4の周波数を変えることによる反射電力PR(2)の調節は、第2の元素源3および第2の発生器4だけに関係する第2のフィードバックループを使用して行われる。

0151

この設備は、第3、第4、および第5の実施形態に関連して、各元素源3に対して、互いに独立に、電力(インピーダンス適合)を調節する、および/または、送信電力を調節する、および/または、共鳴面を監視する利点を有している。この設備は、このようにして、依然として互いに独立に、たとえば、プラズマの均一化の懸念から、互いに独立に各発生器4の周波数を使うことにより、各元素源3上で送信された電力を監視することを可能にする。

0152

図11に示された発明の第7の実施形態では、プラズマ生成設備1は、図10の第6の実施形態のプラズマ生成設備と同一であり、このプラズマ生成設備1は、1台のアプリケータ30当たりに1台のインピーダンス整合装置7を含んでいる、発生器4とアプリケータ30との間に位置付けられた数台のインピーダンス整合装置7をさらに備えるという違いがある。

0153

これらのインピーダンス整合装置7は、このようにして、場合によっては、各元素源3に対して、動作前の調節と共に、第1のインピーダンス整合を実行することを可能にする。次に、コントローラ6は、たとえば、各元素源に対して、動作中に自動的に、かつ、リアルタイムで、各元素源3のための第2の繊細なインピーダンス整合を実行するために(第1、第3、および第5の実施形態)、前述の6つの動作モードを実施することを可能にする。

0154

図12に示された発明の第8の実施形態では、プラズマ生成設備1は、図7の第3の実施形態による第1の補助設備と、同様に図7の第3の実施形態による第2の補助設備とを備え、これらの2つの補助設備のアプリケータ30は、同じ反応炉2の同じ処理室20の内部に位置付けられている。

0155

このようにして、第1の補助設備は、
処理室20の内部にあるアプリケータ30と、対応する印加装置30によって反射された電力を測定する測定システム31とを個々に備える数台の元素プラズマ源3と、
同軸ケーブル5によりアプリケータ30に接続され、およそ2400と2500メガヘルツの間で、または、さらに別の所定の周波数領域内で波の周波数を調整するために設計されている周波数調整システム40を備える電磁波領域における電磁波発生器4と、
発生器4の出力に設置され、1個ずつが同軸ケーブル5によりアプリケータ30に接続されているk個の出力を有し、各出力がこのようにして発生器4によりアプリケータ30に供給された全電力の1/kを使っている電力分割器8と、
を備える。

0156

このようにして、第2の補助設備は、
処理室20の内部にあるアプリケータ30と、対応する印加装置30によって反射された電力を測定する測定システム31とを個々に備える数台の元素プラズマ源3と、
同軸ケーブル5によりアプリケータ30に接続され、およそ2400と2500メガヘルツの間で、または、さらに別の所定の周波数領域内で波の周波数を調整するために設計されている周波数調整システム40を備える電磁波領域におけるソリッドステート式の電磁波発生器4と、
発生器4の出力に設置され、1個ずつが同軸ケーブル5によりアプリケータ30に接続されているm個の出力を有し(ここで、mは必ずしもkに等しくない)、各出力がこのようにして発生器4によりアプリケータ30に供給された全電力の1/mを使っている電力分割器8と、
を備える。

0157

さらに、設備1は、入力で全ての元素源3の測定システム31に接続され、出力で2台の発生器4の周波数調整システム40に接続されているコントローラ6を備える。

0158

当然ながら、2つの補助設備の一方および/または他方において、(図8の第4の実施形態の場合のように)発生器1台当たりに1台のインピーダンス整合装置、または、(図8の第5の実施形態の場合のように)アプリケータ1台当たりに1台のインピーダンス整合装置を設けることを考慮することが可能である。

0159

新しい補助組立体を追加すること、または、2台の補助組立体のうちの一方をatらしい補助組立体で置換することを考慮することがさらに可能であり、この新しい補助組立体は、アプリケータ1台当たりに1台の発生器を含んでいる、第1、第2、第6または第7の実施形態の型とすることが可能である。この場合、この設備は、依然として、異なる測定システム31および異なる周波数調整システム40に接続されている単一のコントローラを備える。

0160

当然ながら、前述の実例実施形態は、決して限定的ではなく、この他の改良および詳細が発明の範囲を超えることなく発明による設備に追加されることがあり、たとえば、この他の形式の印加装置および/または電磁波を案内する案内手段が生成されることがある。

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