JP6323849B2 - 電磁導波路およびプラズマ源を含む機器、プラズマ生成方法 - Google Patents

Description

本発明は電磁導波路およびプラズマ源に関するものである。

分光化学分析用のプラズマ源は、電磁放射（例えばマイクロ波放射）を使用してプラズマを生成しおよび維持できるように、電磁導波路に連結されたプラズマトーチを含むことがある。

公知のプラズマ源の一つは、電磁放射の磁場がプラズマトーチの共通軸に沿って方位付けされ、かつ、磁場強度がプラズマトーチの位置で最大となるようにされた導波管を含んでいる。この種類のプラズマ源は、円形または楕円形の断面を有し軸方向に沿って密度がわずかに低く（より冷たく）なっているプラズマを理想的に確立する。

米国特許第6,683,272号明細書 米国特許第7,030,979号明細書

このプラズマ源は、他の公知のプラズマ源に対して、重要な改良をもたらしたが、プラズマ源の性能は、導波管の長さが最適条件からわずかにずれているだけであっても犠牲にされることが分かっている。注意すべきことに、日常的な製造環境で起きると予期できるような導波管の長さの些細な変化であっても、望ましくない非対称のプラズマの発生につながることが分かっており、これはプラズマ源の分析的な性能に不利な影響を与える。

ゆえに本発明は、少なくとも上述した公知の導波管およびプラズマ源の欠点を克服する、改良された電磁導波路およびプラズマ源を提供することを目的とする。

本発明に係る機器は、長さおよび高さを有する電磁導波路と、導波路を、導波路の長さに沿った第1位置で横切り、導波路のものよりも低い高さを有する第1絞りスロットと、導波路を、導波路の長さに沿った第2位置で横切り、導波路のものよりも低い高さを有する第2絞りスロットと、第1および第2絞りスロットの間の位置で導波路を横切る長手方向の軸を有するプラズマトーチとを備えている。

第1絞りスロットおよび第2絞りスロットは、プラズマトーチの長手方向の軸に対して実質的に横向きの電磁場を伝達して、プラズマトーチ内にプラズマを励起させるよう構成されている。また、第1絞りスロットおよび第2絞りスロットの高さは、トーチの直径の70％未満である。

別の本発明に係る方法は、絞りの絞り空洞内のプラズマトーチを、トーチの直径の70％未満の高さを有する第1および第2絞りスロットの間の第1軸に沿って整列させるステップと、第2軸に沿った力線を有する電磁場を生成するステップとを備えている。磁場は、第1方向に対して実質的に横向きの成分を備えている。

本発明の実施形態に係る機器の斜視図である。 本発明の実施形態に係る絞りの斜視図である。 本発明の実施形態に係る導波路内に支持されたモードの電磁力線を示す上平面図である。 本発明の実施形態に係る絞り内の空洞の領域における所望のモードの電磁力線を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る絞りの側面図である。 本発明の実施形態に係る、プラズマを発生する方法を説明するためのフローチャートである。

本発明の実施形態は、添付の図面とともに読むときに、以下の詳細な説明から最もよく理解される。適用可能かつ実際的な場合、同様の参照番号により同様の要素に言及する。

以下の詳細な説明において、限定ではなく説明を目的として、特定の詳細を開示する実施形態を、本発明の実施形態の徹底的な理解を与えるために説明する。しかし、本開示の益を享受してきた者にとって、本教示に係る、本明細書に開示された特定の詳細から逸脱した他の実施形態が、添付の特許請求の範囲内にあることは明らかであろう。さらに、周知の装置および方法の説明は、例示の実施形態の説明を曖昧にしないようにするために、省略される場合がある。このような方法および装置は、本教示の範囲内にある。

一般に、明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、「一つの」および「前記」という用語は、そうでないことが文脈により明瞭に指示されない限り、単数および複数の言及の両方を含む。

明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、それらの通常の意味に加えて、「実質的な」または「実質的に」という用語は、許容可能な限度または程度内にあることを意味する。例えば「実質的に中止された」は、当業者が中止を許容可能とみなすであろうということを意味している。さらなる例として、「実質的に除去された」は、当業者が除去を許容可能とみなすであろうということを意味している。

明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、その通常の意味に加えて、「ほぼ」という用語は、当業者にとって許容可能な限度または量内にあることを意味する。例えば「ほぼ同じ」は、当業者がその項目を同じと同等とみなすであろうということを意味している。

本教示は全体的に、分光化学分析で有用なプラズマを生成および維持するために、プラズマトーチと組み合わせるのに有用な導波路に関する。一般に、導波路は、プラズマトーチが中に配置される絞りを含んでいる。（絞りのない）導波路は、所望のモード（例えばTE₁₀）を支持するように構成されている。絞りは、以下に、より十分に説明するように、電磁界パターンの形状を変更するインピーダンス不整合（攪乱）を与える。

本説明が進むとともに、より明らかになっていくであろうが、本教示によれば、導波路内に支持されたモードは、絞り空洞内の主たる電磁場がプラズマトーチの中心（長手方向の）軸に対して横向きとなるように選択される。これは、上記特許文献1に開示されているような公知の装置の意図と反対である。上記特許文献1では、プラズマトーチの中心軸に平行な磁場を生成することが意図されている。そのようにして、絞り内に形成された電磁力線は、絞り内の空洞の中心を通る軸に対して実質的に横向きとなる。絞りの空洞に対する導波路の長さは、電磁場ループの中心が絞り位置に形成されるように選択される。

以下に説明する特定の実施形態では、電磁ループの中心は、このモードの1/4波長の奇数倍n(λ/4)となるよう選択される。好ましくは、結果として生じるプラズマは、比較的「熱い」周辺、および、より冷たい中心を有する、実質的に円形の断面を有している。

図1Aは、本発明の実施形態に係る機器100の等角図である。機器100は、以下に説明する本発明の実施形態において、電磁導波路（「導波路」）101を備えている。導波路101は、プラズマを生成および維持するのに適切な周波数の所望の伝播モード（「モード」）を支持するよう構成されている。好ましくは、導波路101によって支持された所望のモードは、以下により十分に説明するように、プラズマトーチの方位の軸に実質的に直交する、または、プラズマトーチの方位の軸に対して実質的に横向きの方向に方位付けされた電磁力線を提供する。

さらに、本説明が進むとともにより明らかになっていくであろうが、所望のモードは、軸を中心に実質的に対称ともなっているプラズマを生成および維持するために選択される。

例として、導波路101は、電磁スペクトルのマイクロ波部分に周波数を有するTE₁₀モードを支持するよう構成されている。例えば、選択されたモードはほぼ2.45GHzの特性周波数を有していてもよい。以下に説明する寸法の特定の例示は、所望のモードのこの例示的な周波数に基づいている。しかし、注意すべきことに、本明細書中で説明する実施形態は、マイクロ波スペクトルでの作動に限定されず、かつ、2.45GHzでの作動に限定されない。特に、選択された作動周波数範囲は、選択された作動のモードの波長を指定し、作動波長はトーチおよび導波路101の幾何学的なサイズにより主に限定されるため、作動周波数もプラズマトーチおよび導波路101の幾何学的なサイズにより限定される。

例として、本教示は、より高い、および、より低いものの両方の、かつ、ほぼ5.8GHzまたはほぼ24.125GHzの範囲内の作動周波数を含むように、容易に実施することができる。さらに、所望のモードは、例としてのTE₁₀に限定されず、導波路101（または、図1Aに示す第1および/または第2部分117、118）は寸法が必ずしも矩形ではない。むしろ、上述したように、モードは、プラズマトーチの方位の軸に対して横向きの電磁力線を提供するように選択される。電磁力線のこの所望の方位を支持するこのようなモードまたは導波路形状またはその両方は、本教示により考察される。

導波路101は第1端102で短絡しており、第2端104に配置されたマイクロ波エネルギー源（図示せず）に隣接している。絞り106が導波路101内に配置されて絞り空洞108を備えている。絞り空洞108は、絞り空洞108の一方側に沿って配置された第1絞りスロット110と、絞り空洞108の反対側に配置された第2絞りスロット112とを有している。

発明者は、第1絞りスロット110の高さがプラズマトーチの直径の70％未満でなければならないことを発見した。同様に、第2絞りスロット112の高さはプラズマトーチの直径の70％未満でなければならない。

上述したように、かつ、以下に、より詳細に説明するように、本発明の実施形態では、（例えば第１軸116にある）絞り106の中心が、一端（例えば第1端102）から導波路101の所望のモードの1/4波長の実質的に奇数倍n(λ/4)の距離（図1Aに第1長さL1として示す）に配置されている。さらに、本発明の実施形態では、（例えば第１軸116にある）絞り106の中心が、導波路101の他端（例えば第2端104）から所望のモードの1/2波長（λ/2）よりも大きい距離（図1Aに第2長さL2として示す）に配置されている。

このように、絞り106は、導波路101の第1部分117と導波路101の第2部分118との間に配置されている。注意すべきことに、導波路101は、第1および第2部分117、118を、その中に絞り106が配置された状態で備える単一の部品であってもよい。あるいは、導波路101は、2つの別体の部品（例えば、別体の部品である第1および第2部分117、118）を、その間に絞り106が配置された状態で備えていてもよい。

具体的には、絞り空洞108の（第１軸116にある）中心は第1端102から55mmに配置され、絞り106の第1および第2絞りスロット110、112はそれぞれ、高さ6mm（図1の座標系におけるz軸）掛ける幅50mm（図1の座標系におけるx軸）であり、絞り空洞108は13mmの直径を有している。マイクロ波のマグネトロン源から絞り106への距離は、絞り106、プラズマトーチ（図1には示さず）からの反射を最小化し、かつ、マイクロ波源からプラズマへのマイクロ波電力の移送効率を最適化するよう選択される。

上述したように、本発明の実施形態の一実施態様では、（例えば第１軸116での）絞り106の中心は、電磁放射源に隣接した第2端104から所望のモードの1/2波長（λ/2）よりも大きい距離に配置されている。提示された寸法が単なる例示であり、選択されたモードの周波数/波長の選択により指定されることに注意されたい。

機器100のさまざまな部品は、機器100の選択された作動周波数での使用に適した金属（例えばアルミニウム）または金属合金などの適切な導電性材料で形成されている。導波路101および絞り106の特定の局面は、共同所有された上記特許文献1に記載の絞りに共通である。この特許の開示は参照により、明示的に本明細書に組み込まれる。

以下に、より十分に説明するように、プラズマトーチ（図1Aに示さず）は絞り空洞108内に配置されて、生成されたプラズマを保持および成形する。本発明の実施形態では、第1端102から絞り空洞108の中心（すなわち第１軸116）への、機器100の部分の第1長さL1は例として、所望のモードの1/4波長（λ/4）のほぼ奇数倍である。ただし、好ましくは、この寸法にはかなりの許容度があり、第1長さL1は通常、所望のモードのほぼ0.15波長から所望のモードのほぼ0.35波長までである。横向きの電磁場は、絞り106内および絞り空洞108内の第1および第2絞りスロット110、112内に配置されている。プラズマトーチを絞り空洞108内に置くことにより、プラズマトーチに供給されるプラズマ形成ガスの実質的に横向きの電磁励起が容易に達成される。

しかし、好ましくは、特定の公知の構造におけると同じように、第1長さL₁の精度は、形成されたプラズマの全体的な形状とって、および、機器100を備えるプラズマ源の性能にとって決定的ではない。むしろ、上で触れたように、選択されたモードは、攪乱されていない導波路101内に支持されている。しかし、絞り106は、導波路101内のモードの波長および形状を変更する攪乱を生み出す。本教示に従って生成および維持されたプラズマは攪乱の結果として生じ、磁場パターンの形状の変更は、導波路101の第1長さL₁に公差を与える。

したがって、導波路101と第1および第2絞りスロット110、112を含む絞り106との構造により、電磁場は、第1長さL1の変動にもかかわらず、プラズマトーチの軸（例えば第１軸116）に対して実質的に横向きのままであり、プラズマが所望の形状に生成および維持されることを可能にする。このように、絞り空洞108内の主たる電磁場がプラズマトーチの中心軸に対して横向きになるように、導波路101内に支持されたモードは選択される。

例として、絞り空洞108は円筒状に形成されてプラズマトーチを収容し、プラズマトーチは通常、2つ以上の（すなわち通常は3つの）分離されたガス流れを提供する石英またはセラミックなどの非電導性材料の同軸チューブ（外側チューブおよび二つの同軸内側チューブ）を少なくとも2つ（通常は3つ）備えている。プラズマトーチの同軸チューブ（図示せず）は共通の中心軸を共有しており、共通の中心軸は、図1Aに示す本発明の実施形態では第１軸116に平行に向けられることになる。

同伴された試料を有するキャリアガスは通常、最も内側のチューブを通って流れ、プラズマを維持しトーチを冷却する分離されたガスは二つのチューブの間のギャップに流入する。例として、プラズマを維持しトーチを冷却するガスは窒素であり、実質的に中空の芯を有する安定したプラズマを形成すること、および、トーチのどの部分も過熱されることのないようプラズマをトーチのあらゆる部分から十分に隔離して維持することに対して伝導性のこのガスの流れを生み出すための構成が設けられている。例えば、プラズマを維持するガスは、流れがらせん状になるように、径方向に向かって軸外に注入されてもよい。当該技術で周知のように、このガス流れはプラズマを維持し、内側のガス流れ中を運ばれる分析用の試料は、プラズマからの放射および伝導により加熱される。

最初にプラズマを点火する目的のために、プラズマを維持しトーチを冷却するガス流れは、一時的に、かつ、短期間、窒素からアルゴンに変えられてもよい。適切なプラズマトーチの一例が、共同所有された上記特許文献2に詳細に説明されている。この特許の開示は、参照により本明細書に明示的に組み込まれる。

図1Bは、本発明の実施形態に係る絞り106の斜視図である。絞り106は、絞り空洞108、第1絞りスロット110および第2絞りスロット112を備えている。本明細書中で説明するように、絞り106は、電磁場を確立して、プラズマトーチに供給されるプラズマ形成ガスの横向きの電磁励起を容易に達成できるように、絞り空洞108の中心（すなわち第１軸116の）が絞り空洞108の端（例えば、第1端102または第2端104）から配置されるよう、導波路101内に配置されている。上述したように、絞り空洞108の中心（すなわち第１軸116）から導波路101の端までの距離は例として、所望のモードの1/4波長（λ/4）のほぼ奇数倍とされている。

図2は、本発明の実施形態に係る機器100内に支持された所望のモードの電磁力線201a、201b（電力線201aおよび磁力線201b）を示す上平面図である。このモードの電磁力線201a、201bは、絞り106の絞り空洞108の中心の第１軸116に対して実質的に横向き(transverse)である。長さLは、所望のモードの1/4波長（λ/4）のほぼ奇数倍となるよう選択されており、その結果、絞り空洞108内のプラズマトーチ（図2に示さず）の位置での電磁場が最小量となっている。

上述したように、攪乱されていない導波路101（すなわち絞り106を除く）の伝播モードは特定の形状（図示せず）を有している。このモードの形状は絞り106から結果として生じる攪乱により変更されるが、絞り106内のモードの電磁力線201a、201bは実質的に横向きのままである。

電磁力線が絞りおよびプラズマトーチに対して軸方向に意図的に方位付けされている公知の導波路と異なり、新規な導波路構造の効果性は、その物理的な寸法に決定的に依存していない。公知の導波路では、誤差の余地が（あったとしても）ほとんどない。このように、公知の導波路構造では、導波路の素子の寸法の変動、またはそれらの配置の変動、または両方が、プラズマトーチに対して、および、結果として生じるプラズマに対して、電磁力線201a、201bの方位および位置に、重大な、かつ、望ましくない影響を与え得る。

図2を検討することで理解できるように、絞り106の配置の（特に、図2の調整システムのx軸の）わずかな変動は、プラズマトーチに対する電磁力線201a、201bの方位に、あったとしてもほとんど影響を与えないであろう。詳しくは、x方向への絞り106のわずかな誤配置が、導波路101の1/4波長の所望の奇数倍からの、長さLの変動につながる場合があるが、電磁力線201a、201bは望ましいことに、第１軸116に対して、かつそれゆえにプラズマトーチに対して実質的に横向きのままである。

図3に関連して以下に、より十分に説明するように、本発明の実施形態により実現される電磁場分布によって、領域202、203および204、205内のプラズマの4つの実質的に三日月形のローブが形成される。プラズマのこれらの三日月形のローブは、領域202、203および204、205内に第１軸116を中心に対称に配置された、絞り106内の複合プラズマにつながる。これらの複合プラズマのそれぞれは、実質的に中空の円筒形状を有しており、それぞれは、その周辺の熱いプラズマと、より冷たい中央の芯とを備えている。

図3は、第2軸116を下方に向かって見た絞り106の側面図である。所望のモードの電磁力線301a、301b（電力線301aおよび磁力線301b）は、絞り106の空洞103および第1および第2絞りスロット110、112の領域内に配置されている。第1および第2絞りスロット110、112はそれぞれ、図3に示すように、高さ「H」を有している。横向きの電磁場301a、301bは、第1および第2領域302、303で、より大きな電力を有する（「より熱い」）第1および第2の三日月形のプラズマ304、305を生成および維持する。対照的に、あったとしても電流はほとんど生成されず、あったとしてもプラズマは絞り空洞108の中心ではほとんど維持されない。

組み合わさって、第1および第2の三日月形のプラズマ304、305は、より冷たい中央の芯とともに、その周辺の熱いプラズマを有する、実質的に中空の円筒形状を有する単一のプラズマを形成する。最後に、上で言及したように、本発明の実施形態では、三日月形のプラズマの第2セット（図示せず）は、第１軸116に沿った別の位置に（例えば、図2に示す領域202、203に）形成および維持される。第1および第2の三日月形のプラズマ304、305同様、これらの三日月形のプラズマは、第１軸116を中心にして実質的に対称であり、より冷たい中央の芯とともに、その周辺の熱いプラズマを有する、実質的に中空の円筒形状を有する単一のプラズマを形成する。

図4は、本発明の実施形態に係る絞り106の側面図である。絞り106の詳細の多くは、実施形態の説明で上に示したものと共通であり、全体として繰り返さない。さらに、絞り106の対称性に鑑みて、第2絞りスロット112の説明は、第1絞りスロット110の現行の説明と事実上同一である。

プラズマトーチ401（図4参照）は、絞り106の絞り空洞108内に配置されており、プラズマトーチ401内の、中央のガス流れ、中間のガス流れ、および、プラズマを維持しトーチを冷却するガス流れを供給する同軸の円筒402、403、404を有している。 プラズマトーチ401は、図4に示すように第1絞りスロット110の中心線から距離「D」406に配置された先端405を含んでいる。さらに、第1絞りスロット110は、長さ「L」407および高さ「H」408を有している。

上述したように、第1絞りスロット110の高さ408は、プラズマを生成および維持するために、所望のモードの電磁場の閉じ込めを提供するよう選択されている。この電磁場の閉じ込めにより、実質的に対称なプラズマを最終的に生み出す、所望の磁場勾配が結果として生じる。高さ408および機器100の他の寸法は、プラズマを生成および維持するための所望のモードの波長に依存している。例として、高さ408は、機器100の2.4GHzモードについて、ほぼ6mmからほぼ8mmであり、一般に、プラズマトーチの直径の70％未満となるであろう。

図5は、実施形態に係る、プラズマを生み出す方法500のフローチャートである。501で、方法500は、第1軸に沿ってプラズマトーチを整列させるステップを含んでいる。502で、方法500は、第2軸に沿った力線を有する電磁場を生成するステップを含んでいる。

例示的な実施形態によれば、電磁導波路および電磁導波路を備えるプラズマ源について説明されている。当業者には、本教示に従う多くの変形例が実現可能であり、かつ、添付の特許請求の範囲内にあることが理解される。これらの、および、他の変形例は、本出願の明細書、図面および特許請求の範囲を精査することで、当業者にとって明らかとなるであろう。ゆえに、本発明は、添付の特許請求の精神および範囲を除いて制限されない。

Claims (26)

1. 長さおよび高さを有する電磁導波路と、
   前記電磁導波路を、前記電磁導波路の前記長さに沿った第1位置で横切り、前記電磁導波路の高さよりも低い高さを有する第1絞りスロットと、
   前記電磁導波路を、前記電磁導波路の前記長さに沿った第2位置で横切り、前記電磁導波路の高さよりも低い高さを有する第2絞りスロットと、
   前記第1および第2絞りスロットの間の位置で前記電磁導波路を横切る長手方向の軸を有するプラズマトーチとを備え、
   前記第1絞りスロットおよび前記第2絞りスロットは、前記プラズマトーチの前記長手方向の軸に対して実質的に横向きの電磁場を伝達して、前記プラズマトーチ内にプラズマを励起させるよう構成されており、
   前記第1絞りスロットおよび前記第2絞りスロットの前記高さは、前記プラズマトーチの直径の70％未満である、機器。
2. 前記電磁場は、前記プラズマトーチの前記長手方向の軸に対して横向きの実質的な定在波である、請求項1に記載の機器。
3. 前記電磁場は、前記長手方向の軸に対して横向きの実質的な進行波として、前記プラズマトーチの前記長手方向の軸を通過する、請求項1に記載の機器。
4. 前記第1絞りスロットと前記第2絞りスロットとの間に配置された絞り空洞をさらに備える、請求項1に記載の機器。
5. 前記電磁導波路は前記絞り空洞の一方側に第1部分を備え、前記第1部分の第1端から前記絞り空洞の中心までの第1長さが、電磁波進行モードの1/4波長（λ/4）の奇数倍に実質的に等しい、または、前記電磁波進行モードの1/4波長（λ/4）の奇数倍よりも大きい、請求項４に記載の機器。
6. 前記電磁導波路は前記絞り空洞の他方側に第2部分を備え、前記第2部分の第2端から前記絞り空洞の中心までの第2長さが、電磁波進行モードの1/2波長（λ/2）よりも大きい、請求項５に記載の機器。
7. 前記電磁導波路の前記第1端は、接地に電気的に接続されている、請求項5または請求項６に記載の機器。
8. 前記電磁導波路の前記第2端は、電磁放射源に電気的に結合されている、請求項6に記載の機器。
9. 前記プラズマは、前記プラズマトーチの前記長手方向の軸を中心に実質的に対称に、前記絞り空洞内に生成される、請求項4に記載の機器。
10. 前記プラズマは、前記絞り空洞の両側に位置する、実質的に三日月形の第1ローブおよび実質的に三日月形の第2ローブを有する、請求項4に記載の機器。
11. 前記プラズマから軸方向に離れて位置する他方のプラズマをさらに備え、他方のプラズマは、前記絞り空洞の両側に位置する、実質的に三日月形の第1ローブおよび実質的に三日月形の第2ローブを有する、請求項10に記載の機器。
12. 前記絞り空洞は前記絞り空洞の中心に軸（以下、第１軸という）を有し、前記プラズマおよび前記他方のプラズマのそれぞれにおいて、前記三日月形の第1および第2ローブは、前記第1軸を中心に実質的に対称である、請求項11に記載の機器。
13. 前記電磁場は、前記プラズマトーチの前記長手方向の軸に対して実質的に横向きの電場を含み、前記電場は、前記プラズマトーチ内に前記プラズマを励起する、請求項1に記載の機器。
14. 前記電磁場は、前記プラズマトーチの前記長手方向の軸に対して実質的に横向きの磁場を含み、前記磁場は、前記プラズマトーチ内に前記プラズマを励起する、請求項1に記載の機器。
15. 前記電磁導波路の端から絞りの中心までの長さが、電磁波進行モードの1/4波長（λ/4）の奇数倍に実質的に等しい、請求項1に記載の機器。
16. プラズマを生成する方法であって、
    長さを有する電磁導波路を用意し、
    前記電磁導波路の前記長さに沿った第1位置で第1絞りスロットを設置し、前記電磁導波路の前記長さに沿った第2位置で第2絞りスロットを設置し、
    絞りを構成する、前記第1絞りスロットと前記第2絞りスロットとの間の絞り空洞内にプラズマトーチを、前記絞り空洞の中心の軸（以下、第１軸という）に沿って整列させ、ここにおいて、前記第1および第2絞りスロットは、前記プラズマトーチの直径の70％未満の高さを有し、
    前記第1軸に対して実質的に横向きの成分の力線を有する電磁場を生成させる、方法。
17. 前記プラズマトーチにプラズマ形成ガスを供給するステップと、
    電磁力を印加して、前記電磁場を確立するステップと、
    プラズマを生成するステップとをさらに含む、請求項16に記載の方法。
18. 前記電磁力は、前記絞りに隣接して配置された電磁導波路内に確立される、請求項17に記載の方法。
19. 前記電磁導波路は前記絞り空洞の一方側に第1部分を備え、前記第1部分の第1端から前記絞り空洞の中心までの第1長さが、電磁波進行モードの1/4波長（λ/4）の奇数倍に実質的に等しい、または、電磁波進行モードの1/4波長（λ/4）の奇数倍よりも大きい、請求項18に記載の方法。
20. 前記電磁導波路は前記絞り空洞の他方側に第2部分を備え、前記第2部分の第2端から前記絞り空洞の中心までの第2長さが、電磁波進行モードの1/2波長（λ/2）よりも大きい、請求項19に記載の方法。
21. 前記プラズマは、前記第1軸を中心に実質的に対称に、前記絞り空洞内に生成される、請求項17に記載の方法。
22. 前記プラズマは、前記絞り空洞の両側に位置する、実質的に三日月形の第1ローブおよび実質的に三日月形の第2ローブを有する、請求項17に記載の方法。
23. 前記プラズマから軸方向に離れて位置する他方のプラズマを生成するステップをさらに有し、他方のプラズマは、前記空洞の両側に位置する、実質的に三日月形の第1ローブおよび実質的に三日月形の第2ローブを備える、請求項22に記載の方法。
24. 前記三日月形の第1および第2ローブは、前記第1軸を中心に実質的に対称である、請求項22に記載の方法。
25. 前記電磁場は、前記プラズマトーチの長手方向の軸に対して実質的に横向きの電場を含み、前記電場は、前記プラズマトーチ内に前記プラズマを励起する、請求項17に記載の方法。
26. 前記電磁場は、前記プラズマトーチの長手方向の軸に対して実質的に横向きの磁場を含み、前記磁場は、前記プラズマトーチ内に前記プラズマを励起する、請求項17に記載の方法。

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