(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン化デバイス（１２）と、
ガス混合物（２）の貯蔵および質量分析検査のためのイオントラップ（１０）とを備える、ガス混合物（２）の質量分析検査向けの質量分析計（１）であって、
前記ガス混合物（２）は、前もってイオン化せずに前記イオントラップ（１０）に導入され、
前記イオン化デバイス（１２）が、前記イオントラップ（１０）で検査される前記ガス混合物（２）をイオン化するために前記イオントラップ（１０）に対して、イオン化ガス（１３）のイオン（１３ａ）および／もしくは準安定粒子（１３ｂ）を供給するように、ならびに／または電子（２０ａ）を供給するように具体化され、
質量分析計（１）が、検査される前記ガス混合物（２）をイオン化するために前記イオントラップ（１０）に導入して、前記ガス混合物（２）を検査する前に、前記イオントラップ（１０）に、前記イオン化ガス（１３）のイオン（１３ａ）および／もしくは前記準安定粒子（１３ｂ）、ならびに／または前記電子（２０ａ）を注入して、前記イオントラップ（１０）に存在する残留ガス（１４）のイオン化を行って、前記イオントラップ（１０）内に存在する前記イオン化ガス（１３）のイオン（１３ａ）および／もしくは準安定粒子（１３ｂ）の数、ならびに／または前記イオントラップ（１０）内に存在する前記残留ガス（１４）のイオン（１４ａ）の数を決定するように具体化されることを特徴とする質量分析計（１）。
【請求項２】
検査される前記ガス混合物（２）を前記イオントラップ（１０）にパルス化して供給する制御可能な入口（５、６）を有し、補正率を用いて、前記イオン化ガス（１３）のイオン（１３ａ）および／もしくは準安定粒子（１３ｂ）の前記決定された数、ならびに／または前記残留ガス（１４）のイオン（１４ａ）の前記決定された数を考慮に入れて、パルス化された形で前記イオントラップ（１０）に供給された検査される前記ガス混合物（２）のイオン化された成分（３ａ、３ｂ）の粒子数を決定するように具体化され、イオン化のために提供されるイオン（１３ａ、１４ａ）もしくは準安定粒子（１３ｂ）の数の変動の影響を低減する、請求項１に記載の質量分析計。
【請求項３】
５％未満の不正確さで、前記イオントラップ（１０）内の検査される前記ガス混合物（２）のイオン化された成分（３ａ、３ｂ）の粒子数を決定するように具体化される、請求項１または２に記載の質量分析計。
【請求項４】
前記イオン化デバイス（１２）が、準安定希ガスの形態のイオン化ガス（１３）の準安定粒子（１３ｂ）を供給するように具体化される、請求項１から３までのいずれか１項に記載の質量分析計。
【請求項５】
それぞれの場合において少なくとも５００ａｍｕの質量帯域幅で、少なくとも１０スペクトル／秒を記録するように具体化される、請求項４に記載の質量分析計。
【請求項６】
前記イオン化デバイス（１２）が、前記イオン化ガス（１３）の前記イオン（１３ａ）および／または前記準安定粒子（１３ｂ）を生成するプラズマ源（１８）を有する、請求項１から５までのいずれか１項に記載の質量分析計。
【請求項７】
前記プラズマ源（１８）が、１００℃未満の温度で前記イオン化ガス（１３）のイオン（１３ａ）および／または準安定粒子（１３ｂ）を生成するように具体化される、請求項６に記載の質量分析計。
【請求項８】
前記イオン化デバイス（１２）が、前記電子（２０ａ）を生成する電子ビーム源（２０）を有する、請求項１から７までのいずれか１項に記載の質量分析計。
【請求項９】
前記イオントラップ（１０）からの前記ガス混合物（２）のイオン化された成分（３ａ、３ｂ）を選択的に除去または抑制するように具体化され、前記イオントラップ（１０）内における前記イオン化された成分の数が閾値（ＳＷ）を上回る、請求項１から８までのいずれか１項に記載の質量分析計。
【請求項１０】
質量電荷比（ｍ／ｚ）の所定の測定範囲（ＭＢ１、…、ＭＢｘ）内にある、検査される前記ガス混合物（２）のイオン化された成分（３ａ、３ｂ）を選択的に検出するように具体化される、請求項１から９までのいずれか１項に記載の質量分析計。
【請求項１１】
１０8以上のダイナミックレンジを有する、請求項９または１０に記載の質量分析計。
【請求項１２】
前記イオントラップ（１０）が前記ガス混合物（２）の個々のイオン化されたガス成分（３ａ、３ｂ）を蓄積するように具体化され、前記質量分析計（１）が１０-15ｍｂａｒ以下の検出限界を有する、請求項９から１１までのいずれか１項に記載の質量分析計。
【請求項１３】
検査される前記ガス混合物（２）のガス圧（ｐ0）を低減する、直列で接続することができる少なくとも１つのモジュール式の圧力段（１１ａ〜ｃ）を備えた減圧ユニット（１１）を有する、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の質量分析計（１）。
【請求項１４】
１０5ｍｂａｒ〜１０-15ｍｂａｒのガス圧（ｐ0）でガス混合物（２）を検査するように具体化される、請求項１３に記載の質量分析計。
【請求項１５】
前記イオントラップ（１０）内の検査される前記ガス混合物（２）のイオン化された成分（３ａ、３ｂ）を繰り返し励起するように、また、各励起の場合に所定の持続時間（ΔＴｍ1、…、ΔＴｍx）の間の検査される前記イオン化された成分（３ａ、３ｂ）の質量スペクトル（ＭＳ１、…、ＭＳｘ）を記録するように具体化される、請求項１から１４までのいずれか１項に記載の質量分析計。
【請求項１６】
質量スペクトル（ＭＳ１、…、ＭＳｘ）を記録するための持続時間（ΔＴｍ1、…、ΔＴｍx）が５ｍｓ以下である、請求項１５に記載の質量分析計。
【請求項１７】
前記イオントラップ（１０）が、フーリエ変換トラップ、ペニングトラップ、環状トラップ、ポールトラップ、線形トラップ、オービトラップ、ＥＢＩＴおよびＲＦバンチャを含む群から選択される、請求項１から１６までのいずれか１項に記載の質量分析計。
【請求項１８】
ＥＵＶリソグラフィ装置（１０１）における、ＥＵＶリソグラフィでのガス混合物（２）の質量分析検査向けの、請求項１から１７までのいずれか１項に記載の質量分析計（１）の使用。
【請求項１９】
前記ＥＵＶリソグラフィ装置（１０１）の投射システム（１０２）内における前記質量分析計（１）の接続位置（ＰS）が、前記投射システム（１０２）の少なくとも１つのミラー（１１４）から５０ｃｍ未満の距離（Ｄ）で形成され、前記ＥＵＶリソグラフィ装置（１０１）の照明システム（１０３）内における接続位置（ＰB）が、前記照明システム（１０３）の少なくとも１つのミラー（１０９）から５０ｃｍ未満の距離（Ｄ）で形成され、あるいは前記ＥＵＶリソグラフィ装置（１０１）の放射線発生システム（１０２）内における接続位置（ＰL1、ＰL2、ＰL3）が、コレクタ（１０７）、ＥＵＶ光源（１０５）、またはＥＵＶ放射線（１０６）を前記放射線発生システム（１０２）から照明システム（１０３）内へ通すための開口部（１１６）から、１ｍ未満の距離（Ｄ）で形成される、請求項１８に記載の使用。
【請求項２０】
前記質量分析計（１）が、残留ガス雰囲気（１０２ａ、１０３ａ、１０４ａ）を収容する前記ＥＵＶリソグラフィ装置（１０１）のハウジング（１０２、１０３、１０４）から、真空接続（６）によって分離され、前記真空接続（６）が、１００ｍｍ未満の断面を有する、請求項１８または１９に記載の使用。
【請求項２１】
前記ＥＵＶリソグラフィ装置（１０１）の残留ガス雰囲気（１０２ａ、１０３ａ、１０４ａ）が水素および／またはヘリウムおよび／または空気を含有する場合に、質量分析検査の間に、酸素、オゾン、水、１０Ｍａｍｕ以下のＣXＨYＯZ、１０Ｍａｍｕ以下の粒子、１０Ｍａｍｕ以下の金属−ＣXＨYＯZ化合物といった汚染物質、もしくはそれらの混合物の少なくとも１つが測定される、請求項１８から２０までのいずれか１項に記載の使用。
【請求項２２】
プロセスチャンバ（２０５）を有するコーティング装置（２０１）内でのコーティングプロセスの間にガス混合物（２）を質量分析検査する、請求項１から１７までのいずれか１項に記載の質量分析計（１）の使用。
【請求項２３】
前記コーティングプロセスが、ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、ＭＯＶＰＥ、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤ、ＰＶＤ、ならびにＭＢＥプロセスから成る群から選択される、請求項２２に記載の使用。
【請求項２４】
前記コーティング装置（２０１）内における前記質量分析計（１）の包含位置（ＥA〜ＥG）が、ガス処理システム（２１３）の真空ポンプ（２１２）の上流側もしくは下流側で、ならびに／または前記プロセスチャンバ（２０５）から１ｍ未満の距離で、ガス供給システム（２１６）内、ガス混合システム（２１５）内、もしくは前記ガス処理システム（２１３）内に形成される、請求項２２または２３に記載の使用。
【請求項２５】
Ｈ2、Ｈｅ、Ｎ2、Ｏ2、ＰＨ3、ＡｓＨ3、Ｂ、Ｐ、Ａｓ、ＣＨ4、ＣＯ、ＣＯ2、Ａｒ、ＳＣｌ4、ＳｉＨＣｌ3、ＳｉＨ2Ｃｌ2、Ｈ2Ｏ、ＣxＨy、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリメチルインジウム、トリエチルインジウム、Ｃｐ2Ｍｇ、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6、テトラブチルアンモニウム、テトラブチルシラン、Ｘｅアイソトロープ、Ｋｒアイソトロープ、ヘキサメチルジシロキサン、ｔ−ブチルアルシン、トリメチルアルシン、ジエチル−ｔ−ブチルアルシン、ジエチル−ｔ−ブチルホスフィン、ジ−ｔ−ブチルホスフィン、ｔ−ブチルヒドラジン、ジメチルヒドラジン、インジウム、アルミニウム、ガリウム、ボロン、シリコン、金、アンチモン、ビスマスといった物質、混合物および／または反応生成物、それらのクラスタおよび／または化合物の少なくとも１つが質量分析検査中に測定されることを特徴とする、請求項２２から２４までのいずれか１項に記載の使用。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの物質、前記混合物、前記反応生成物、前記クラスタ、および／または前記化合物が、１５℃〜５０００℃の前記プロセスチャンバ（２０５）内の温度で、１０-10ｍｂａｒ〜５ｂａｒの前記プロセスチャンバ（２０５）内の圧力で測定される、請求項２５に記載の使用。
【請求項２７】
サンプルの分析、調製、処理、修飾、および／または操作における、請求項１から１７までのいずれか１項に記載の質量分析計（１）の使用。
【請求項２８】
ガス分析のための、請求項１から１７までのいずれか１項に記載の質量分析計（１）の使用。
【請求項２９】
化学プロセス分析のための、請求項１から１７までのいずれか１項に記載の質量分析計（１）の使用。
【請求項３０】
１Ｈｚ〜１５ｋＨｚの振動周波数を有する振動を検出する、請求項１から１７までのいずれか１項に記載の質量分析計（１）の使用。
【請求項３１】
ガス混合物（２）の質量分析検査の方法であって、
前記ガス混合物（２）を、前もってイオン化せずにイオントラップ（１０）に導入する方法ステップと、
イオン化ガス（１３）のイオン（１３ａ）および／もしくは準安定粒子（１３ｂ）ならびに／または電子（２０ａ）を前記イオントラップ（１０）に供給して、前記ガス混合物（２）を前記イオントラップ（１０）でイオン化する方法ステップと、
前記ガス混合物（２）をイオン化するために前記イオントラップ（１０）に導入して、前記ガス混合物（２）の前記質量分析検査を行う前に、前記イオントラップ（１０）に、前記イオン化ガス（１３）のイオン（１３ａ）および／もしくは前記準安定粒子（１３ｂ）、ならびに／または前記電子（２０ａ）を注入して、前記イオントラップ（１０）に存在する残留ガスのイオン化を行って、前記イオントラップ（１０）内に存在する前記イオン化ガス（１３）のイオン（１３ａ）および／もしくは準安定粒子（１３ｂ）の数を決定する方法ステップ、ならびに／または前記イオントラップ（１０）内に存在する前記残留ガス（１４）のイオン（１４ａ）の数を決定する方法ステップと、
検査されるガス混合物（２）を前記イオントラップ（１０）に供給する方法ステップと、
決定された前記イオン化ガス（１３）のイオン（１３ａ）および／もしくは準安定粒子（１３ｂ）の数ならびに／または前記残留ガス（１４）のイオン（１４ａ）の数を考慮に入れて、前記イオントラップ（１０）に供給する、検査される前記ガス混合物（２）のイオン化された成分（３ａ、３ｂ）の粒子数を決定する方法ステップとを含む、ガス混合物（２）の質量分析検査の方法。
【請求項３２】
検査される前記ガス混合物（２）を、前記イオントラップ（１０）にパルス化して供給し、
補正率を用いて、前記イオン化ガス（１３）のイオン（１３ａ）および／もしくは準安定粒子（１３ｂ）の前記決定された数、ならびに／または前記残留ガス（１４）のイオン（１４ａ）の前記決定された数を考慮に入れて、イオン化のために提供されるイオン（１３ａ、１４ａ）もしくは準安定粒子（１３ｂ）の数の変動の影響を低減するように、検査される前記ガス混合物（２）のイオン化された成分（３ａ、３ｂ）の粒子数を決定する、請求項３１に記載の質量分析の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件出願は、２０１３年７月１０日に出願されたドイツ特許出願第10 2013 213 501.7号を基礎とする優先権主張を伴うものであって、優先権主張の基礎とする出願の開示内容全体が、本件出願の開示の一部と考えられ、参照により引用されるものである。
本発明は、ガス混合物の貯蔵および質量分析検査用のイオン化デバイスおよびイオントラップを備える、ガス混合物の質量分析検査向けの質量分析計に関する。本発明はまた、かかる質量分析計の使用、およびガス混合物の質量分析検査の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＵＶリソグラフィ装置内の残留ガスを分析するのに使用され、少なくとも１つの汚染物質を貯蔵するイオントラップを有する質量分析計は、国際出願公開ＷＯ２０１０／０２２８１５号によって知られている。
質量分析法は、ＥＵＶリソグラフィで使用されるだけでなく、例えば、医化学における化合物の特性決定、体液または体器官内の物質の特定、法医学検査、ドーピング検査、または化学兵器の軍事分析など、さらに多くの分野でも使用されている。また、薬物動態学および真空技術における残留ガス分析に使用されている。
ガス状物質またはガス混合物の質量分析検査では、ガス状物質の化学特性を得るために、原子または分子の質量、より正確には質量電荷比が決定される。検査される物質または検査される物質混合物は、イオン化ユニットによってイオン化するために、既にガス相で利用可能であるか、またはガス相に変換される。従来の質量分析計では、このようにしてイオン化された物質は、分析器に供給され、一般的に、電界および／または磁界を通して案内され、そこで、質量電荷比の差によってイオンが特性軌跡を説明し、したがって物質を互いに区別することができる。
寸法が大きいこと、走査測定が遅いこと、特に高感度でないことなど、現在利用可能な質量分析計の欠点により、従来技術による質量分析計は、多くの用途において使用範囲が限定され、さらには全く使用できない可能性がある。
【０００３】
例として、ガス分析器または質量分析計からの測定信号の安定性は、イオン化の時間的安定性に強く依存する。従来の四重極質量分析計は、一般に、熱フィラメントイオン化を使用して動作し、一般的に、約１０％〜２０％の最大誤差を有する。例えばプラズマイオン化など、質量分析法で同様に使用することができる代替のタイプのイオン化は、一般に、プラズマガス調整における最大誤差および／またはプラズマ出力の変動により、５％〜１０％程度の最大誤差を有する。
イオン化中における時間依存の変動によって、測定信号が比例的に変化し、それに応じて必然的に測定が不正確になる。この不正確性は、ガス分析器または質量分析計を、半導体産業あるいは化学産業におけるガス相プロセスの定量的測定および／または監視および／または検査に使用することが意図される場合に、特に不利である。
【０００４】
さらに、例えば四重極質量分析計など、多くの従来の質量分析計における測定の間、質量は連続して走査されるので、高分解能測定の場合は数分程度、さらには数時間程度であり得る、長い測定時間に結び付く。
高圧圧力下で残留ガスまたはプロセスガス中の少量の検体を、即ち検出されるガス成分を検出できるようにするため、大きいダイナミックレンジが必要とされる。一般に、従来の質量分析計で可能なダイナミックレンジ（最大測定可能信号と最小測定可能信号の比）は、約１０6から最大で１０7にすぎない。
残留ガス中の少量の検体を検出するためには、質量分析計が非常に低い検出限界を有する必要がある。現在利用可能な質量分析計が達成している検出限界は、１０-13ｍｂａｒ〜１０-14ｍｂａｒである。高感度の検出のため、電荷増倍器が使用される場合が多いが、これは２０％を超える多量の散乱を有し、さらに一般的に、比較的高圧（＞１０-4ｍｂａｒ）で使用することができない。
さらに、質量分析計は、検体および／または背景ガスの圧力範囲が異なる様々な適用ケースに使用される。商用の質量分析計は、一般的に圧力範囲ごとに設計されているが、この目的のために複雑な圧力特有の再構成を行う必要なしに非常に広い圧力範囲を網羅する質量分析計は存在しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の１つの目的は、質量分析計およびガスまたはガス混合物の検査を単純化する方法を提供することであり、特に、現在まで不可能であった、または多大な困難をもってのみ可能であった応用分野でも質量分析計を使用できるように、冒頭に説明した欠点の少なくとも１つを克服することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の態様によれば、この目的は、検査されるガス混合物をイオン化するイオントラップに対して、イオン化ガス中のイオンおよび／もしくは準安定粒子を供給するため、ならびに／または電子を供給するための、イオン化デバイスが具体化され、ガス混合物を検査する前に、質量分析計(もしくはそれに対して提供される制御デバイス)が、イオントラップ内に存在するイオン化ガスのイオンおよび／または準安定粒子の数を決定するように具体化またはプログラムされる、冒頭に説明したタイプの質量分析計によって達成される。
【０００７】
本発明のこの態様によれば、イオントラップとして具体化することができるか、またはイオントラップを含むことができる、測定セル内のガス混合物をイオン化することが提案される。この場合、検査されるガス混合物は、一般的に、非イオン化状態のガス流もしくはガスパルスの形態で、イオントラップまたは測定セルに供給され、イオン化は、好ましくはイオントラップ内で直接(インサイチュ)行われるが、正確には、一般的な方法では、ガス混合物とイオン化ガスのイオンおよび／もしくは準安定粒子との、または電子との、衝撃イオン化または電荷交換イオン化によって行われる。イオン化は、任意に、イオントラップ外部の測定チャンバ内で行うことができる。この場合、イオン化は、好ましくは、イオントラップのすぐ近傍で行われ、イオン化されたガス混合物がイオントラップ内へとイオン輸送される。
ここで、検査されるガス混合物をイオントラップ内へと供給する入口は、イオン化ガスのイオンおよび／もしくは準安定粒子、または電子を供給する入口の反対側に配置することができるので、供給されたガス混合物のガス流と、イオン化ガスのイオンもしくは準安定粒子および／または電子からの粒子ビームは、互いに向き合って位置合わせされ、イオントラップ内で、または任意にイオントラップのすぐ近傍で互いに衝突する。
さらに上述したように、検査されるガス混合物は、電子、イオン化ガスのイオン、および／またはイオン化ガスの準安定粒子によってイオン化することができる。準安定粒子とは、電気的に中性であるが励起(高エネルギー)電子状態にある、イオン化ガスの原子または分子を意味するものと理解される。この例では、検査されるガス混合物とは、ガス状物質の混合物を意味するものと理解され、また任意に、粒子を、即ち＞１００ａｍｕ、任意に＞１０００ａｍｕ、もしくは＞１００００ａｍｕ、さらには２００００００以下の質量数(ａｍｕ(原子質量単位))を有するガス状物質を、即ち粒径約０．００１μｍ〜１０μｍ以上の高分子構造を有し得る粒子を含有してもよい。
【０００８】
一般的に、例えばポールイオントラップなどの３Ｄイオントラップが、質量分析計のイオントラップとして使用されるが、ここで、検査されるガス成分または検査されるガス混合物は、三空間次元の全てで捕捉されるので、ガス混合物は三空間次元の全てで安定振動を行い、したがって、比較的長時間（一般的に１ｍｓ以上、好ましくは１秒もしくは１００ｍｓ未満）の測定に利用可能である。イオン化ガス成分（１つ以上）が捕捉される空間の寸法は、一般的に、５０ｃｍ×５０ｃｍ×５０ｃｍ未満、好ましくは５０ｍｍ×５０ｍｍ×５０ｍｍ未満である。
【０００９】
質量分析計は、好ましくは、検査されるガス混合物をイオントラップにパルス化して供給する制御可能な入口を有し、質量分析計は、イオン化ガスのイオンおよび／もしくは準安定粒子の決定された数、ならびに／あるいは残留ガスのイオンの数を考慮に入れて、質量分析計内のイオン化されたガス混合物の(所与の質量電荷比における)検査される成分もしくはイオン集団の粒子数を決定するように具体化またはプログラムされる。イオン化ガスの一次イオン(即ち、イオン化ガスおよび残留ガスのイオン)または準安定粒子の決定された数は、イオン化のために提供されるイオン化ガスの一次イオンもしくは準安定粒子の数、または残留ガスのイオンの数における時間依存の変動の影響を最小限に抑えるための、測定または検出中の校正に役立つ。イオントラップのパルス運転の場合、この目的のため、ガス混合物のそれぞれのガスパルスをイオン化するのに利用可能である、イオンおよび／または準安定粒子の決定された数が、検査されるガス混合物のガスパルスの検査されるイオン化された成分の粒子数を決定する際に考慮に入れられるので、それぞれのガスパルスを供給する前に校正を行うことができる。例として、イオンまたは準安定粒子の決定された数が比例定数(補正率)に含まれ、それを用いて、検査されるガス混合物のイオン化された成分の測定された粒子数を補正するために測定結果(即ち、測定された信号レベル)を乗算することにより、イオンまたは準安定粒子の決定された数を、粒子数を決定する際に考慮に入れることができる。
【００１０】
一般に、イオントラップは、例えば制御可能な弁の形態である制御可能な入口を介して、チャンバに、例えば処理チャンバに接続され、そのチャンバ内に検査されるガス混合物が収容される。制御可能な入口は、一般にＦＴＩＴ(フーリエ変換イオントラップ)として具体化される、イオントラップの動作と同期される。したがって、イオン化デバイスはまた、特に、イオン化ガスのイオンもしくは準安定粒子および／または電子のパルス化された供給のため、制御可能な入口を有することができる。
【００１１】
検査されるガス混合物を検出するために、電子またはイオン化ガスのイオンおよび／もしくは準安定粒子は、最初にイオントラップに注入され、一般的に、そこに存在する残留ガスのイオン化が行われる。生成された残留ガスイオン、およびイオン化ガスのイオン(以下、併せて一次イオンと呼ばれる)は、イオントラップによって捕捉されるかそこに貯蔵される。一次イオンは次に交流電気信号によって励起され、それによって一次イオンが閉じた三次元運動(ジェットコースター運動(ｒｏｌｌｅｒｃｏａｓｔｅｒ  ｍｏｖｅｍｅｎｔ))を行う。ジェットコースター運動は、イオントラップのカバー電極または測定電極上のイメージ電流を誘導し、その大きさから、イオントラップ内の一次イオンの数を５％未満の精度で決定することができる。この応用の意味の中では、一次イオンの数は一次イオンの数に比例する値も意味するものと理解される。
【００１２】
別の方法として、またはそれに加えて、例えば、イオントラップ内の優勢な圧力を決定することによって、例えばイオン過渡現象の、即ち測定電極上のイメージ電流の一時的減少(時定数)によって(これが平均自由行程長さに、したがって圧力に直接依存することから)、イオントラップ内のイオン化ガスの(中性)準安定粒子の数を決定することも可能である。イオントラップ内の圧力は、イオン化目的のためにイオントラップに導入されるイオン化ガス、例えばヘリウムによって、実質的に決定されるので、このことから、イオン化ガスのイオンの数が同様にイメージ電流の大きさによって決定できることにより(上記を参照)、イオントラップ内に存在する準安定粒子の実数を決定することが可能である。イオン化ガスが主に準安定粒子で構成される場合、任意に、イオン化ガスのイオンの数の決定(およびその逆)を省略することも可能である。残留ガス、例えば水の圧力が一般的に非常に（一般に約３〜４桁）低いことにより、残留ガス中の準安定粒子の数を、この場合は無視することができる。準安定粒子の数の決定に関するさらなる選択肢は、残留ガスのイオン化に結び付けられた準安定粒子の数を間接的に決定するために、イオン化ガスの準安定粒子によってイオン化された、イオントラップ内に位置する残留ガス(例えば、水)の粒子の数を決定することによって構成される。
上述の方法では、いわば、イオントラップ内のガス混合物を続いて検査する間のバックグラウンドノイズが決定される。バックグラウンドノイズを測定した後、制御可能なガス入口が開かれ、検査されるガスまたはガス混合物が、ガスパルスの形態でチャンバから測定チャンバに(またはイオントラップに)導入される。ガスパルスは、イオントラップの開口部を通ってイオントラップに入り、そこで電荷交換プロセスを介して、または電子および／または一次イオンもしくは準安定粒子との衝撃イオン化によってイオン化され、質量分析検査のためにイオントラップに捕捉されたままにされる。
【００１３】
検査されるガス混合物のイオン化後、イオンまたは検査されるガス混合物のイオン化された成分は、電気インパルス信号(励起信号)によって励起される。プロセス中、検査されるガス混合物のイオンはジェットコースター運動させられるが、その際、各質量電荷比(ｍ／ｚ)は異なるジェットコースター周波数を有する。一次イオンの場合と同様に、これらのジェットコースター運動により、カバー電極または測定電極上のイメージ電流が生成される。フーリエ変換を、イオンに割り当てられたこの測定信号に適用することができ、各フーリエ周波数を１つの質量電荷比ｍ／ｚに割り当てることができ、各周波数に割り当てられた信号レベル(Ｈｆ)は、対応する質量電荷比ｍ／ｚにおける検査されるイオン化された成分のそれぞれのイオン集団のイオン数または粒子数に直接比例する。
【００１４】
一次イオンまたは準安定粒子によるイオン化中の時間変動の影響を最小限に抑えるために、次の処置を採用することができる。各周波数ｆまたは各質量電荷比ｍ／ｚに対する粒子数もしくは信号レベルＨｆは、次式によって決定または補正される。
Ｈｆ（補正後）＝Ｋ＊Ｈｆ（補正前）＊Ｈ１／ΣＨｆ      （１）
式中、Ｋは質量および周波数とは無関係の補正率を示し、Ｈ１はイオントラップ内で安定して貯蔵され励起される全てのイオンの信号レベルを示し、Ｈｆ(補正前)は対象のイオンまたは検査されるイオン化された成分のスペクトルレベルもしくは信号レベルを示し、ΣＨｆは測定されたスペクトル中に存在するスペクトル線の全ての信号レベルの合計を示す。補正率Ｋは、上述の方法で決定された、イオン化ガスおよび／または残留ガスのイオン、ならびにイオン化ガスの準安定粒子の数を考慮に入れ、一般的に、複数のガスパルスの測定に対する、検査されるガス混合物のイオン化に利用可能なイオンまたは準安定粒子の変動の影響を除去もしくは低減するために、各ガスパルスに対して再計算される。ここで、測定されるスペクトルのスペクトル線は、イオン化ガスまたは残留ガスのイオンのスペクトル外にある、質量電荷比ｍ／ｚに制限することができるが、これは必須ではない。
【００１５】
質量分析計は、好ましくは、検査されるガス混合物のイオン化された成分の粒子数を決定するため、イオン化ガスおよび／または残留ガスのイオンを励起することなく、ガス混合物のイオンの励起を生じさせるように具体化またはプログラムされる。この目的のため、検査されるガス混合物をイオン化した後、一次イオンを除く全てのイオンが励起されるような形で、イオントラップの励起信号(電気インパルス信号)が選択される。例として、検査されるガス混合物のイオンのみが励起されたままでトラップに留まるようにして、イオントラップ内の一次イオンが不安定になり、結果としてイオントラップを離れるような形で、この励起信号を構成することが可能である。
さらなる実施形態では、質量分析計は、５％未満の不正確さで、イオントラップ内の検査されるイオン化されたガス混合物の成分におけるイオンの数を決定するように具体化される。さらなる上述の測定シーケンスは、一次イオン数を決定することを含めて、理論上何回でも繰り返すことができる。各測定手順において一次イオン数Ｈ１に対して前もって正規化を行うので、また、補正された測定信号を決定する式(１)のような変換が各測定シーケンスで使用されるので、理論上、イオン化のばらつきまたはドリフトによる時間変動を完全に排除することが可能である。
特に、上述の態様と組み合わせて実現することもできる、本発明のさらなる態様では、イオン化ガスは準安定希ガス、特にヘリウムである。測定を加速するために、従来技術では、ガス制動によってイオントラップの中心にイオンをできるだけ迅速に集める試みが行われている。例として、米国特許公開公報第２０１０／００８４５４９号は、イオンを冷却しイオントラップの中心に集束させるために、動作中にバッファガスをイオントラップに導入できることを記載している。しかしながら、これは、インサイチュ測定(即ち、イオントラップ内での測定の場合)における質量分解能の大幅な劣化をもたらすので、従来技術では、イオン検出は一般的にイオントラップの外部で実施される。
【００１６】
イオントラップ内の作業圧力を意図的に低くすることによってプロセスの待機が長くなりすぎることなく、不変の高い質量分解能を達成するために、本発明のこの態様は、準安定希ガスの形態のイオン化ガスのイオントラップに準安定粒子を供給する、質量分析計が具体化されることを提案する。準安定希ガス粒子は、励起電子状態(実際のイオン化の直前)の中性粒子である。その結果、準安定粒子は特に大きい断面を得て、その結果、イオントラップ内で検査されるガス混合物の成分と衝突する確率が高くなる。その結果、この目的にバッファガスが必要とされる結果として圧力がより高くなることなく、検査されるイオンがイオントラップの中心により迅速に集められるので、既に知られている解決策よりも大幅に迅速に測定を実施することができる。特に、ヘリウムが準安定希ガスとして有利であることが見出された。しかしながら、Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒ、およびＸｅなどの希ガスに加えて、例えば水素(Ｈ2)、窒素(Ｎ2)、またはそれらの混合物を、イオン化ガスとして利用することも可能である。これらのガスもまた、検査されるガス混合物をトラップの中心に集めるために、準安定粒子としてイオントラップに導入することができる。
【００１７】
一発展例では、質量分析計は、それぞれの場合において少なくとも５００ａｍｕまたは１０００ａｍｕの質量帯域幅(ｍａｓｓ  ｂａｎｄｗｉｄｔｈ)で、少なくとも１０スペクトル／秒を記録するように具体化される。さらに上述したように、準安定粒子を使用することによって、イオン化ガスの断面、またはそれが検査されるガス混合物もしくは検査されるガス成分と衝突する確率を増加させることができ、結果的に、測定の速度が上記の値まで増加する。
【００１８】
さらなる実施形態では、イオン化デバイスは、イオン化ガスのイオンおよび／または準安定粒子をイオントラップに供給するために、これらを生成するプラズマ源を有する。例として、イオン化ガスはプラズマ源によってイオン化することができ、それによってイオン化ガスのガス成分が準安定電子状態に変換されるか、またはイオン化される。例として、プロセス中、希ガスを、例えばヘリウム原子を、準安定状態に変換するかまたはイオン化することができる。イオンに変換されたイオン化ガスのガス分子の部分と、準安定粒子に変換された部分との比は、適切な設計のプラズマ源によって、または適切なプロセス制御によって、例えばプラズマ出力とイオン化ガスのガス流とによって影響される場合がある。
【００１９】
プラズマが、またしたがってイオン化ガスのイオンまたは準安定粒子が、イオントラップ外部のプラズマ源で発生する場合、即ち、プラズマ源におけるプラズマ生成と、イオントラップ内における検査されるガス混合物のイオン化(衝撃イオン化もしくは電荷交換イオン化による)とが、空間的に分離された形で行われる場合が、有利であることが見出されたが、それは、このことによって、イオントラップ内のプラズマによって起こる温度上昇が大幅に低減され得るためである。
プラズマ源は、高周波プラズマ源、中波プラズマ源、ＤＣプラズマ源、誘電体バリア放電プラズマ源、大気圧プラズマ源、コロナ放電プラズマ源などとして具体化することができる。
有利な発展例では、プラズマ源は、１００℃未満の温度でイオン化ガスのイオンおよび／または準安定粒子を生成するように具体化され、即ち、プラズマ源におけるプラズマ放電は低温(１００℃未満)で起こる。例として、これは、(周波数１ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの)交流高周波電界を適用することによって達成することができるが、それは、対応するＲＦ放電が有利には１０℃〜２００℃の温度で起こり得るためである。プラズマ源の代わりに、イオントラップ内におけるガス混合物の衝撃もしくは電荷交換イオン化を引き起こすために、(中性)イオン化ガスを励起電子状態に変換またはイオン化することができる、異なるタイプのイオン化デバイスも利用できることが理解される。検体の小断片化を用いた特に節約型の(低温)イオン化は、特に、検体と準安定希ガス粒子との間の電荷交換によって達成することができる。
【００２０】
検体の小断片化の結果として、イオントラップ内における２００００００ａｍｕ以下の質量数を備えた大型粒子の粒子測定および特性決定も存在する場合がある。この目的のため、検出される質量電荷比ｍ／ｚが、イオントラップにおける貯蔵振幅(ｓｔｏｒａｇｅ  ａｍｐｌｉｔｕｄｅ)Ｖrf(軌跡径)およびフィールド周波数ｆrfに次式のように依存するという事実を利用することが可能である。
ｍ／ｚ〜Ｖrf／（ｆrf）2
したがって、イオントラップにおける貯蔵振幅Ｖrfを増加させること、および／またはフィールド周波数ｆrfを低減することにより、非常に大きい質量の粒子を測定することが可能である。
【００２１】
さらなる実施形態では、イオン化デバイスは、電子を生成する電子ビーム源を有する。特に、電子ビーム源は、例えば１ｅＶ〜１００ｅＶの範囲で、可変電子エネルギーを有する電子を生成するように具体化することができる。例えば、電子銃の形態の電子ビーム源はまた、電子を検査されるガス混合物のガス流上に位置合わせするために、集束デバイスまたはビームガイダンスを備えることができる。電子ビーム源は、ガス混合物をイオン化するため、プラズマ源の代わりに、またはそれに加えて使用することができる。
特に、冒頭に説明したタイプの質量分析計で実現される前述の態様のうちの１つと組み合わせることができる、本発明のさらなる態様は、イオントラップからの質量電荷比を有するイオンを選択的に除去または抑制するように具体化され、イオントラップ内におけるそのイオンの数は所定の閾値を上回る。質量分析計のダイナミックレンジを増大させるためには、イオン集団の特定の部分集合をより精密に測定できるように、大きいイオン集団を抑制するか、またはそれらをイオントラップから除去することが提案されている。
【００２２】
例として、「フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴」(ＦＴ−ＩＣＲ)トラップでは、例えば、文献"Extension of Dynamic Range in Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry via Stored Waveform Inverse Fourier Transform Excitation" by Tan-Chin Lin Wang et al., Anal. Chem. 1986, 58, 2935-2938に記載されているように、イオン集団を、いわゆるＳＷＩＦＴ(記憶波形逆フーリエ変換)励起によって除去または抑制することができる。ここで、特に質量電荷比が異なる複数の測定領域内で、同時測定を行うことができる。
特に、上述の態様の１つ以上と組み合わせることができ、また、冒頭に説明したタイプの質量分析計が、質量電荷比の所定の測定範囲内にある、検査されるガス混合物のイオンまたはイオン化された成分を選択的に検出するように具体化される、本発明のさらなる態様において、ダイナミックレンジも増大させることができる。これによって、質量選択的な時分割多重化測定を実現することが可能になり、それによって同様にダイナミックレンジを増大させることが可能になる。
また、ダイナミックスを増大させるために、さらなるより複雑な測定モード(例えば、上述した２つのプロセス(ＳＷＩＦＴもしくは時分割多重化)の任意の組み合わせ)を使用することも可能である。ここで、測定デバイスが過度に駆動されないように常に注意しなければならない。
【００２３】
一発展例では、質量分析計は１０8以上(または１０8:１)のダイナミックレンジを有する。かかるダイナミックレンジは、上述の２つの測定方法のうちの１つの測定方法または組み合わせを使用することによって達成することができる。
一発展例では、イオントラップはガス混合物の個々のイオンを蓄積するために具体化され、また、質量分析計は１０-15ｍｂａｒ以下(即ち、＜１０-15ｍｂａｒ)の検出限界を有する。イオントラップ質量分析計は、一般に不連続的に動作し、即ち、所定の蓄積時間(例えば、１００ｍｓ未満)後にイオン数の分析を行うことができる。特に、任意に、イオントラップを使用して、検出されるガス成分を蓄積すること、および検出されるガス成分をさらなるガス状成分から分離することの両方を試みることが可能である。
【００２４】
動的応答（ＳＷＩＦＴまたは時分割多重化測定）を増大させる上述のプロセスを、イオントラップの蓄積能力と組み合わせることによって、特に小さい／弱いイオン集団を検出することが可能である。そのプロセスでは、十分に大きい測定信号が存在するまで、個々のイオンを蓄積することができる。既知の測定信号および既知の蓄積時間の場合、検査されるイオン集団を定量的に決定することができる。このように、質量分析計の検出限界を１０-15ｍｂａｒ以下に低下させることができる。
特に、前述の態様の１つと組み合わせることができる、本発明のさらなる態様は、検査されるガス混合物のガス圧を低減する、直列で接続することができる少なくとも１つ、好ましくは少なくとも２つ、特に３つ以上のモジュール式の圧力段を備えた減圧ユニットを有する、質量分析計によって実現される。この態様によれば、測定チャンバ（一般的にはイオントラップを有し、任意に従来の質量分析計を、例えば四重極質量分析計を有する）と検査されるガス混合物を有するチャンバとの間に取り付けることができる、１つ、２つ、または３つ（もしくは任意にそれ以上）の圧力段のモジュール設計を備えた、減圧ユニットを実現することが提案されている。用途に応じて、これにより、ガス混合物を測定チャンバに供給することができる程度までガス圧を低減するために、１つ、２つ、または３つの圧力段を直列で接続することが可能になる。検査されるガス混合物を有するチャンバのガス圧が十分に低い（例えば、＜１０-5ｍｂａｒ）場合、任意に、減圧ユニットを省略することが可能であり、即ち、検査されるガス混合物を有するチャンバと測定チャンバとの間に圧力段が不要であるか、または導入されない。
【００２５】
例として、減圧ユニットは、互いに協調された３つ（もしくはそれ以上）の圧力段で構成することができ、その協調は、各圧力段において約１００〜１０００ｍｂａｒ減圧することによって実現することができる。検査されるガス混合物のガス圧が高い場合（１００ｂａｒ〜１０-2ｍｂａｒ）は３つの圧力段を全て使用することが可能であり、ガス混合物の圧力が中程度の場合（１０-2ｍｂａｒ〜１０-5ｍｂａｒ）は前記圧力段のうち２つを使用することが可能であり、ガス圧が低い場合（＜１０-5ｍｂａｒ）は１つの圧力段のみを使用することが可能である。任意に、検査されるガス混合物を有するチャンバ内の圧力が１０-5ｍｂａｒ以下の場合、圧力段の提供を省略することが可能である。圧力段はモジュール設計を有し、これらが互いに取り付けられることによって、例えばこれらがフランジ上において気密な形で互いにねじ止めされることによって、直列で接続することができる。このように、検出されるガス混合物の所望の圧力範囲に役立つために、圧力段を非常に迅速に分解または再組立てすることが可能である。
【００２６】
１つ以上の圧力段を使用することによって、または圧力段を使用しないことによって、１０-5ｍｂａｒ〜１０-15ｍｂａｒのガス圧を有するガス混合物を検査するのに質量分析計を使用することが可能であり、特に、所望の圧力範囲に特に単純な方法で適応させることができる。
特に、前述の態様の１つと組み合わせることができる、本発明のさらなる態様は、イオントラップ内の検査されるガス混合物のイオン化された成分を繰り返し励起するように、また、各励起における所定の持続時間の間の検査されるイオン化された成分の質量スペクトルを記録するように具体化される、質量分析計において実現される。この態様によれば、この目的のためにさらなる構成要素を使用する必要なしに、イオン励起の複数の繰返しを実施するため、イオントラップ質量分析計の選択肢を利用することが提案されている。検査されるイオン化された成分を検出するか、または各励起の間の質量スペクトルを記録することが可能である。
【００２７】
一発展例では、質量スペクトルを記録するための持続時間は５ｍｓ以下である。検査されるガス混合物の成分は励起のみを行う必要があり、再イオン化はされないので、質量スペクトルを決定するための対応する測定窓を移動させるか、またはイオン化された成分の励起と同期させることによって、質量スペクトルを非常に迅速に記録することが可能である。これにより、化学反応中の検体分子が互いと反応する前にこれら分子を測定することが可能になり、または、測定窓をシフトさせることによって反応の動的応答を検出することができ、かつ化学反応プロセスをリアルタイムで撮像できるように、中間生成物を検出することが可能である。
さらなる実施形態では、イオントラップは、フーリエ変換イオントラップ、特にフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴トラップ、ペニングトラップ、環状トラップ、ポールトラップ、線形トラップ、オービトラップ、ＥＢＩＴおよびＲＦバンチャを含む群から選択される。イオントラップは、好ましくは、特にフーリエ変換を使用することによって、イオントラップに貯蔵または蓄積されたイオンを検出するために具体化される。
【００２８】
かかるイオントラップ、例えばＦＴイオントラップの使用により、(走査時間が秒範囲またはそれよりも高速である、例えばミリ秒範囲の)迅速な測定を実践することが可能になる。この種のトラップでは、測定電極上の捕捉されたイオンによって発生する誘導電流が検出され、時間依存の方法で増幅される。続いて、この時間依存が、例えば高速フーリエ変換などの周波数変換によって周波数空間に変換され、イオンの共振周波数の質量依存は、周波数スペクトルを質量スペクトルに変換するのに使用される。高速測定を実施するため、原則的には異なるタイプのイオントラップ（例えば上述のタイプ）を用いて、フーリエ変換による質量分析法を実施することができ、いわゆるイオンサイクロトロン共鳴トラップとの組み合わせが最も一般的である。ＦＴ−ＩＣＲトラップは、イオンが交流電界および静磁界に封入される、ペニングトラップの発展例を構成する。ＦＴ−ＩＣＲトラップ(磁気または電気ＩＣＲトラップ)では、質量分析法はサイクロトロン共鳴励起を用いて機能させることができる。この発展例では、ペニングトラップは追加のバッファガスを用いて動作させることもでき、イオンの空間分離による質量選択は、双極電界を用いたマグネトロン励起および四極子電界を用いたサイクロトロン励起と組み合わせて、バッファガスによって発生させることができるので、ペニングトラップを、検出される物質を他の物質から分離するのに使用することもできる。このタイプのトラップ内のバッファガスは、一般に運動減衰を有し、したがって封入されたイオンに対する「冷却」効果を有するので、このタイプのトラップは「冷却トラップ」とも呼ばれる。
【００２９】
いわゆる環状トラップにより、同一のイオン貯蔵容量を実質的に有した状態で、従来の四重極トラップに比べてよりコンパクトな設計が可能になる。線形トラップは、四重極トラップまたはポールトラップの発展例であり、イオントラップの貯蔵容量を増加させるために、イオンは三次元四重極電界ではなく追加の縁部電界を用いた二次元四重極電界で保持される。いわゆるオービトラップは中央のスピンドル状電極を有し、そこを中心にして電気的引力の結果としてイオンが軌道上で保持され、中央電極の軸線に沿った振動がイオンの偏心注入によって生み出され、その振動によって検出器プレート内で信号が発生し、その信号をＦＴ−ＩＣＲトラップ(ＦＴによる)の場合のように検出することができる。ＥＢＩＴ(電子ビームイオントラップ)は、イオン銃を用いた衝撃イオン化によってイオンが生成されるイオントラップであり、したがって、生成したイオンは電磁界によって引き付けられ、後者によって捕捉される。イオンはまた、ＲＦ(高周波)バンチャ、例えばいわゆるＲＦＱ(四重極)バンチャに貯蔵することができる。上記に列挙したタイプのトラップに加えて、他のタイプのイオントラップをガス分析に使用することも可能であり、他のタイプのトラップを任意に、フーリエ変換を使用した評価と組み合わせることができることが理解される。
イオントラップ(特にプラズマイオン化を用いるもの)に基づいた上述の質量分析計は、様々な分野において最も少量の微量元素を検出するのに使用することができる。
【００３０】
例として、質量分析計は、ＥＵＶリソグラフィにおいてガス混合物の質量分析検査に使用することができる。この使用において、特に、ＥＵＶリソグラフィシステムに、例えばＥＵＶリソグラフィ装置に収容された残留ガスを、例えば含有する汚染物質を考慮して、分析することが可能である。ＥＵＶリソグラフィにおける質量分析計の使用は、上記にもさらに列挙した次の特徴によって可能にされるかまたは促進される。
・特定のピーク(質量電荷比)においてイオントラップ内にどれだけの数のイオンが存在するかを決定するための、連続的で非常に精密なオンラインでのインサイチュ校正(５％未満の不正確性)を用いた定量的測定
・１０8以下またはそれ以上(最強信号と最弱信号との間の比)の高ダイナミックレンジ
・１０-15ｍｂａｒまでの低い検出限界
・１０-15ｍｂａｒ〜１０3ｍｂａｒで検出限界が不変である、検査される媒体の圧力範囲
・電子衝撃イオン化、プラズマイオン化による低温イオン化または小断片化を用いた準安定粒子によるイオン化、低温(＜１００℃)での単一のイオン化
【００３１】
例として、ＥＵＶリソグラフィ装置で質量分析計を使用する場合、ＥＵＶリソグラフィ装置の投射システム内における質量分析計の接続位置は、投射システムの少なくとも１つのミラーから５０ｃｍ未満の距離で形成することができ、ＥＵＶリソグラフィ装置の照明システム内における接続位置は、照明システムの少なくとも１つのミラーから５０ｃｍ未満の距離で形成することができ、あるいはＥＵＶリソグラフィ装置の放射線発生システム内における接続位置は、コレクタ（ミラー）、ＥＵＶ光源、またはＥＵＶ放射線を放射線発生システムから照明システム内へ通すための開口部から、１ｍ未満、好ましくは５０ｃｍ未満の距離で形成することができる。
【００３２】
一般的には投射システムの、照明システムの、または放射線発生システムの、真空ハウジングの壁にある、検査される物質がそこを通して質量分析計に入ることができる開口部によって規定される、質量分析計の接続位置が、場合によってはミラーの光学面が標的にされる形でそこに蓄積する可能性がある汚染物質の検出を可能にするために、ＥＵＶリソグラフィ装置のミラーの近傍に形成される場合が有利である。放射線発生システムと照射システムとの間の開口部の近傍における接続位置に質量分析計を配置することは、放射線発生システムから照射システム内へと通過する汚染物質の割合のサイズを決定することを可能にするのに有利である。ＥＵＶ光源の近傍における接続位置に質量分析計を配置することにより、ＥＵＶ光源によって生成される汚染物質を検出または測定することが可能になる。
【００３３】
一発展例では、質量分析計は、残留ガス雰囲気を収容しＥＵＶ放射線をガイドするＥＵＶリソグラフィ装置のハウジングから、真空接続によって分離され、真空接続は、１００ｍｍ未満、好ましくは５ｍｍ未満、特に１ｍｍ未満、または５００μｍ未満、および一般的には５０μｍ超の断面を有する。質量分析検査の場合、質量分析計と、投射システム、照射システム、放射線発生システム、またはこれらを取り囲む真空ハウジングとの間の真空接続の断面が、大きすぎないように選択されることが有利である。特に、かかる真空接続により、質量分析計の内部のみを、またはそこを主に真空排気する、真空ポンプまたは真空発生デバイスによって、質量分析計の内部を真空排気することができる。
さらなる発展例では、ＥＵＶリソグラフィ装置の残留ガス雰囲気が特に水素および／またはヘリウムおよび／または空気を含有する場合に、質量分析検査の間に、酸素、オゾン、水、１０Ｍａｍｕ以下(１Ｍａｍｕ＝１００００００ａｍｕ)のＣxＨyＯz、１０Ｍａｍｕ以下の粒子、１０Ｍａｍｕ以下の金属−ＣxＨyＯz化合物といった汚染物質、もしくはそれらの混合物が測定または検出される。
本発明はまた、質量分析計の使用と併せて上述したＥＵＶリソグラフィ装置として具体化される、ＥＵＶリソグラフィ装置を含む。
【００３４】
質量分析計のさらなる使用は、コーティング装置内でのコーティングプロセス中の、例えばプロセスガスを含有することができる、ガス混合物の質量分析検査に関する。特に、上述の質量分析計は、測定チャンバ内またはイオントラップ内に形成される、検査されるガス混合物、特にプロセスガスによって作り出される堆積物を除去するために、自己清浄機能を有することができる。自己清浄の選択肢の結果、質量分析計を多くのコーティングプロセスで使用することができる。その小さい設置スペース(高さ約３００ｍｍ×幅約３００ｍｍ×奥行約２００〜３００ｍｍ)は、本明細書に記載する質量分析計のさらなる特別な特徴を構成する。これにより、設置スペースがある役割を果たす多くの用途(例えば、ＭＯＣＶＤ、以下を参照)で質量分析計を使用することが可能になる。
【００３５】
例として、自己清浄は、ウェハ製造装置のプロセス監視ユニットのサンプルチャンバ内でプロセスガスによって生じた堆積物を除去するインサイチュ清浄システムについて記載している、国際出願公開ＷＯ０２／００９６２号に例証されているように発生し得る。サンプルチャンバ内の１つ以上の検体にわたって入り込んだ堆積物は、必要な場合、清浄ガスを用いて除去することができる。清浄ガスは、サンプルチャンバ内におけるプラズマの生成中に、堆積物とともにガス状の清浄生成物を形成し、その清浄生成物がサンプルチャンバから除去される。
上述の使用の発展例では、コーティングプロセスは、化学蒸着法(ＣＶＤ)、金属有機化学蒸着法(ＭＯＣＶＤ)、金属有機化学気相エピタキシ(ＭＯＶＰＥ)、プラズマ促進化学蒸着法(ＰＥＣＶＤ)、原子層堆積法(ＡＬＤ)、物理蒸着法(ＰＶＤ)、(特にプラズマ利用の)エッチングおよび注入プロセスおよび分子線エピタキシ(ＭＢＥ)プロセスを含む群から選択される。
【００３６】
この応用分野における質量分析計の使用は、上記にもさらに列挙した次の特徴によって可能にされるかまたは促進される。
・１０8以下またはそれ以上(最大／最小信号の間の比)の高ダイナミックレンジ
・質量帯域幅が約１０００ａｍｕ以下である、１０スペクトル／秒以下またはそれ以上の高い走査速度
・１０-15ｍｂａｒまでの低い検出限界
・１０-15ｍｂａｒ〜１０3ｍｂａｒで検出限界が不変である、検査される媒体の圧力範囲
・電子衝撃イオン化、プラズマイオン化による低温イオン化または小断片化を用いた準安定粒子によるイオン化、低温(＜１００℃)での単一のイオン化
・適切な高速測定プロセス(ミリ秒範囲)により、現実的な化学プロセスのリアルタイムでの撮像を可能にすること
・プロセスチャンバ内における粒子の測定および特性決定
・適切な清浄プロセスを用いた質量分析計の自己清浄
【００３７】
一発展例では、コーティング装置内における質量分析計の包含位置は、特にガス処理システムの真空ポンプの上流側もしくは下流側で、および／またはプロセスチャンバから１ｍ未満、好ましくは５０ｃｍ未満の距離で、ガス供給システム内、ガス混合物システム内、もしくはガス処理システム内に形成される。特に、質量分析計はプロセスチャンバに直接接続することができる。さらに、質量分析計、またはさらなる質量分析計を、特に、プロセスチャンバと真空ポンプとの間の真空ライン内、真空ポンプのすぐ上流側、または真空ポンプの下流側にある排気ガスライン内で、ガス供給システム内、ガス混合物システム内、またはガス処理システム内に取り付けることができる。包含位置の適切な選択によって、質量分析検査の結果に基づいて、プロセスに所望に応じて影響を与えることができ、即ち、プロセスを特に制御または調整することができる。
【００３８】
コーティング装置内で質量分析計を使用する場合、Ｈ2、Ｈｅ、Ｎ2、Ｏ2、ＰＨ3、ＡｓＨ3、Ｂ、Ｐ、Ａｓ、ＣＨ4、ＣＯ、ＣＯ2、Ａｒ、ＳＣｌ4、ＳｉＨＣｌ3、ＳｉＨ2Ｃｌ2、Ｈ2Ｏ、ＣxＨy、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリメチルインジウム、トリエチルインジウム、Ｃｐ2Ｍｇ、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6、テトラブチルアンモニウム、テトラブチルシラン、Ｘｅアイソトロープ、Ｋｒアイソトロープ、ヘキサメチルジシロキサン、ｔ−ブチルアルシン、トリメチルアルシン、ジエチル−ｔ−ブチルアルシン、ジエチル−ｔ−ブチルホスフィン、ジ−ｔ−ブチルホスフィン、ｔ−ブチルヒドラジン、ジメチルヒドラジン、インジウム、アルミニウム、ガリウム、ボロン、シリコン、金、アンチモン、ビスマスといった物質、混合物および／または反応生成物、それらのクラスタおよび／または化合物の少なくとも１つを、質量分析検査中に測定することができる。
【００３９】
一発展例では、少なくとも１つの物質、混合物、反応生成物、クラスタ、および／または化合物が、１５℃〜５０００℃、好ましくは１００℃〜２０００℃のプロセスチャンバ内の温度で、１０-10ｍｂａｒ〜５ｂａｒ、好ましくは１０-8ｍｂａｒ〜１ｂａｒのプロセスチャンバ内の圧力で測定される。
【００４０】
本発明はまた、質量分析計の使用と併せて上述したコーティング装置として具体化される、コーティング装置を含む。
上述した質量分析計のさらなる用途は、サンプルの分析、調製、処理、修飾、および／または操作の分野にある。この場合、質量分析計は、例えばガスおよび／もしくは残留ガスの監視、あるいはサンプルの分析、調製、処理、修飾、および／もしくは操作に役立つデバイスの監視、分析、および／または調整に役立つことができる。例として、デバイスは、例えば、サンプルを調製、処理、修飾、および／または操作し、また任意に分析するために、電子ビームおよび／またはイオンビームカラム、レーザービーム、Ｘ線ビーム、光子線などを別の方法として使用することができる、多重ビーム機器であることができる。デバイスはまた、表面走査分析のためのデバイスであることができ、それを任意に、多重ビーム機器に統合することもできる。
上述した質量分析計のさらなる用途は、化学原理におけるガス分析の分野に、より正確には化学プロセス分析の分野にある。
【００４１】
この応用分野における質量分析計の使用は、上記にもさらに列挙した次の特徴によって可能にされるかまたは促進される。
・特定のピーク(質量電荷比)においてイオントラップ内にどれだけの数のイオンが存在するかを決定するための、連続的で非常に精密なオンラインでのインサイチュ校正(５％未満の不正確性)を用いた定量的測定
・質量帯域幅が約１０００ａｍｕ以下である、１０スペクトル／秒以下またはそれ以上の高い走査速度
・１０8以下またはそれ以上(最大／最小信号の間の比)の高ダイナミックレンジ
・１０-15ｍｂａｒまでの低い検出限界
・１０-15ｍｂａｒ〜１０3ｍｂａｒで検出限界が不変である、検査される媒体の圧力範囲
・電子衝撃イオン化、またはプラズマイオン化による低温イオン化、または小断片化を用いた準安定粒子によるイオン化、低温(＜１００℃)での単一のイオン化
・適切な高速測定プロセス(ミリ秒範囲)により、現実的な化学プロセスのリアルタイムでの撮像を可能にすること
【００４２】
上述の質量分析計のさらなる用途は、一般的には機械的振動の、振動検出または振動分析の分野にある。特に、質量分析計は、約１Ｈｚ〜約１５ｋＨｚの範囲の振動を検出または分析するのに使用することができる。特に、振動は、質量分析計が中に設置されるセットアップまたはデバイスの固有振動であることができ、即ち、振動は質量分析計の使用場所で検出され、質量分析計は振動センサとして使用される。この目的のため、質量分析計は、分析される振動周波数が含まれる周波数範囲内のスペクトルを記録するのに使用される。例として、この周波数スペクトルは約１Ｈｚ〜約１５ｋＨｚであり得る。複数の寄生周波数が一般的にこの周波数範囲内にあり、それらの寄生周波数は機械的振動によって生成され、例えばＦＴイオントラップ、特にＦＴ−ＩＣＲトラップの測定電極によって検出し分析することができる。例として、振動を分析するために、質量分析計がデバイス内に設置されるとすぐに周波数スペクトルを記録することができる。デバイスが設置の時点で良好に作動できる状態であった場合、この周波数スペクトルは基準スペクトルとして役立つことができる。周波数スペクトルの測定は、後の時点または後の複数の時点で繰り返すことができ、測定された周波数スペクトルを基準スペクトルと比較することができる。１つ以上の追加のラインまたはピークが測定された周波数スペクトルで検出された場合、これは、望ましくない振動がデバイスのどこかで生じていることを示し、それは例えば、機械的な問題に由来する場合がある。例として、振動は、例えば、質量分析計の近傍に配置されている(真空)ポンプの、滑り軸受もしくは玉軸受の望ましくない固有振動、または電力供給ユニットによって引き起こされる振動(ハム音)である場合がある。
上述の質量分析計の使用は上述した使用分野に制限されず、前記質量分析計は有利には他の使用分野で使用することもできることが理解される。
【００４３】
本発明はまた、イオン化ガスのイオンおよび／もしくは準安定粒子ならびに／または電子をイオントラップに供給する方法ステップ、イオントラップ内に存在するイオン化ガスのイオンおよび／もしくは準安定粒子の数を決定する方法ステップ、ならびに／またはイオントラップ内に存在する残留ガスのイオンの数を決定する方法ステップ、特にパルス化された形で、検査されるガス混合物をイオントラップに供給する方法ステップ、決定されたイオン化ガスのイオンおよび／もしくは準安定粒子の数ならびに／または残留ガスのイオンの数を考慮に入れて、検査されるガス混合物のイオン化された成分の粒子数(もしくは粒子数に比例する信号)を決定する方法ステップを含む、ガス混合物の質量分析検査の方法に関する。
【００４４】
本発明の第１の態様と併せてさらに上述したように、イオントラップ内に存在する一次イオンの数を決定することによる、連続的で非常に精密なインサイチュ校正を使用した、検査されるガス混合物の成分の定量分析がある場合があり、したがって、高精度で特定の質量電荷比で検出される、(スペクトルのピークに対応する)イオンの数を決定することが可能である。一般的に、ここで５％未満の不正確性が達成され、即ち、測定値は、イオントラップのサンプル体積中に存在するガス成分の(イオン化された)粒子の実数からのずれが、(実数の上もしくは下)５％以下である。
【００４５】
方法の間、一般的に次の手順が実施される。最初に、一次イオンがイオントラップ内に蓄積される。蓄積後、一次イオンの励起があり、それに続いて一次イオンの数が測定される。それに加えて、または別の方法として、イオントラップ内の準安定粒子の数を決定することが可能である。イオン化ガスが実質的に準安定粒子の形態で存在するとすれば、残留ガスの圧力は無視できるので、粒子の数はイオントラップ内の全体的な圧力に比例する。例として、全体的な圧力はイオン過渡現象の時間(時定数)の減少によって高精度で決定することができる。次に、イオントラップ内に実際に存在するイオン化ガスの準安定粒子の数を、圧力に基づいて推定することができる。
一次イオンを励起し、一次イオンおよび／または準安定粒子の数を測定している間、検査されるガス混合物のガスパルスが平行して生成され、ガスパルスはイオントラップへと移動する。ここで、ガスパルスの生成は、一般的に、一次イオンおよび／または準安定粒子の数の測定が完了する時間(もしくはその直後)に、ガスパルスがイオントラップに達するような形で、一次イオン数および／または準安定粒子数の測定と同期される。
ガスパルスの中で輸送されるガス混合物は、一次イオンおよび／または準安定粒子を用いて、あるいは衝撃イオン化および／または電荷交換イオン化による電子によって、イオントラップに入る直前に、イオントラップ内で、または任意に測定チャンバ内でイオン化される。後続のステップで、ガス混合物のイオンは励起される。ガス混合物のイオンの励起に先立って、またはその励起の間に、適切な励起信号が生成されることにより、一次イオンをイオントラップから除去するか、またはイオントラップ内で抑制することができる。後続のステップで、ガス混合物の励起イオンの測定または検出がある。原則として、上記に指定したプロセスは必要な回数繰り返すことができる。イオンは検出の間は中性粒子に変換されないので、この目的のために行われなければならないガス混合物の新たなイオン化を行うことなく、ガス混合物のイオン化後にイオントラップ内のガス混合物のイオンを繰り返し励起することも可能である。
【００４６】
本発明のさらなる特徴および利点は、本発明にとって不可欠な詳細を示す図面中の図に基づいて、本発明の例示的な実施形態の以下の説明から、また特許請求の範囲から明らかになる。それぞれの場合において、個々の特徴は、単独で、または本発明の変形例における任意の組み合わせで実現することができる。
例示的な実施形態は、概略図に描かれ、以下の記載において説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】ガス混合物の質量分析検査向けの質量分析計を示す概略図である。
【図２】図１の質量分析計のイオントラップの例示的な一実施形態を示す概略図である。
【図３】イオントラップ内における測定プロセスのタイミングを示す概略図である。
【図４】高速測定を実現するために測定窓を移動させてある、質量スペクトルを評価する測定プロセスを示す図である。
【図５ａ】ＳＷＩＦＴプロセスによって、または質量選択時分割多重測定によって評価されている、２つの質量スペクトルを示す図である。
【図５ｂ】ＳＷＩＦＴプロセスによって、または質量選択時分割多重測定によって評価されている、２つの質量スペクトルを示す図である。
【図６】質量分析計を有するＥＵＶリソグラフィ装置を示す概略図である。
【図７】質量分析計を有する、基板上に原子層を堆積させるデバイスを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図面の以下の説明では、同一の参照記号は同じまたは機能的に等価の構成要素に対して使用される。
図１は、チャンバ８に接続されているかまたは接続することができる、検査されるガス混合物２が中に配置される質量分析計１を概略的に示す。例として、その一区画のみが図１に示されているチャンバ８は、工業プロセスが実施される工業用装置の一部を形成するプロセスチャンバであり得る。あるいは、チャンバ８は、例えば、リソグラフィ装置の（真空）ハウジングまたは別のタイプのチャンバであることができ、その中に検査されるガス混合物２が配置される。図示される例では、ガス混合物２は、＜１００の原子質量数を有するガス相で存在する物質３ａ（即ち、ガス）と、質量数が１００以上の粒子３ｂとを有する。
【００４９】
チャンバは、質量分析計１に属する制御可能な弁５を介して測定チャンバ７の入口６に接続することができる、出口４を有する。図１に示される質量分析計１では、ガス混合物２は、測定セルとして役立つイオントラップ１０に直接、即ち前もってイオン化せずに導入される。イオン化デバイス１２は、イオン化ガス１３のイオン１３ａおよび／または準安定粒子もしくは励起された粒子１３ｂがイオントラップ１０に供給されることにより、イオントラップ１０内で直接ガス混合物２をイオン化するのに役立ち、それらのイオンおよび／または粒子は、一般的にはイオントラップ１０内で、電荷交換または衝撃イオン化によってガス混合物２をイオン化する。図１に示されるイオン化デバイス１２はまた、例えば１ｅＶ〜１００ｅＶの範囲で電子エネルギーが可変である電子２０ａを生成する、電子ビーム銃の形態の電子ビーム源２０を有し、その電子ビーム源は、プラズマ源１８に加えて、またはその代わりに使用することができ、図１に破線で示されている。電子２０ａは、電子衝撃イオン化によってイオントラップ１０内でガス混合物２を直接イオン化するのに役立つ。このように、分析されるガス混合物２を、イオン化されたガス混合物をイオントラップ１０内へと輸送する必要なしに、測定セル（イオントラップ１０）内で直接イオン化し、任意に蓄積し測定することができる。あるいは、イオントラップ１０のすぐ近傍でガス混合物２のイオン化を行うこともでき、その場合、イオン化されたガス混合物をイオントラップ１０へと輸送する必要がある。
【００５０】
一次イオン１３ａまたは励起された粒子１３ｂを生成するために、（中性）イオン化ガス１３は、絞り弁１５およびガス供給ライン１６によってガスリザーバ１７から除去され、プラズマ源１８に供給される。イオン化ガス１３はプラズマ源１８でイオン化または励起され、それによって生成されたイオン１３ａおよび／または準安定／励起された粒子１３ｂは、ガス混合物２の電荷交換イオン化または衝撃イオン化を行うために、イオントラップ１０に供給される。プラズマ源１８は、高周波プラズマ源、中波プラズマ源、ＤＣプラズマ源、誘電体バリア放電プラズマ源、大気圧プラズマ源、コロナ放電プラズマ源などであり得る。
【００５１】
この例では、プラズマ源１８は、１００℃未満の温度でイオン化ガス１３のイオン１３ａおよび／または準安定粒子１３ｂを生成するように具体化され、即ち、プラズマ源におけるプラズマ放電は低温（１００℃未満）で起こる。例として、これは交流高周波電界（周波数１ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ）を印加することによって達成することができるが、それは、対応するＲＦ放電が有利には１０℃〜２００℃の温度で起こり得るか、またはこのために特別に開発されたＤＣプラズマ源を使用することによって実現できるためである。プラズマ源１８の代わりに、イオントラップ１０内でガス混合物２の衝撃または電荷交換イオン化を行うために、（中性）イオン化ガス１３を励起電子状態へと変換またはイオン化することができる、異なるタイプのイオン化デバイスも使用できることが理解される。
【００５２】
複数のガスおよびガス混合物、例えばＨｅ、Ｈ2、Ａｒ、Ｎ2、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｏ2などを、イオン化ガス１３として使用することができる。プラズマ源１８によって準安定希ガス１３ｂに、即ち、イオン化の直前に励起電子状態である希ガス粒子（例えば、Ｈｅ*）に変換される、希ガス、特にヘリウムをイオン化ガス１３として使用することが、特に有利であることが見出されている。検体の小断片化を用いた特に節約型の（低温）イオン化は、特に、検体、即ち検査されるガス成分３ａ、３ｂと、準安定希ガス粒子１３ｂとの間の電荷交換によって達成することができる。
これにより、準安定希ガス粒子１３ｂの低温ＲＦプラズマによってそれ以上断片化されないため、原子質量数が１００〜２００００の、特に２００００〜２００００００の粒子３ｂを、結合された巨大分子構造としてイオン化することも可能になる。例として、粒子３ｂは、約０．００１〜１０μｍ以上の粒径を有する巨大分子混合物であり得る。あるいは、イオン化ガス、例えばヘリウムは、実質的に完全にイオン化された形態で（即ち、Ｈｅ+）として存在することができ、混合された形態、例えばＨｅ+およびＨｅ*両方の無視できない比率を含むイオン化ガスを使用することも可能であることが理解される。
【００５３】
イオントラップ１０内における２００００００ａｍｕ以下の質量数を備えた大型粒子３ｂの粒子測定および特性決定の場合、検出される質量電荷比ｍ／ｚが、イオントラップ１０における貯蔵振幅Ｖrf（軌跡径）およびフィールド周波数ｆrfに次式のように依存するという事実を利用することが可能である。
ｍ／ｚ〜Ｖrf／（ｆrf）2
したがって、イオントラップ１０内の貯蔵振幅Ｖｒｆを増加させること、および／またはフィールド周波数ｆｒｆを低減することにより、非常に大きい質量の粒子３ｂを測定することが可能である。
イオントラップ１０内のガス混合物２をイオン化するため、準安定希ガス粒子１３ｂを、即ち励起電子状態の中性粒子を使用することのさらなる利点は、これらが特に大きい断面を有し、その結果、イオントラップ１０内の検査されるガス混合物２の成分と衝突する確率が大きくなるという事実から成る。その結果、検査されるイオン化された粒子３ａ、３ｂは、この目的に必要なバッファガスをより高圧にすることなしに、イオントラップ１０の中心により迅速に集められる。したがって、ガス混合物２をイオン化するのに準安定希ガス粒子１３ｂを使用することによって、既に知られている解決策よりも大幅に迅速にイオントラップ１０内での測定を実施することが可能であり、それにより、質量分析計１を使用して、それぞれの場合において少なくとも５００ａｍｕまたは１０００ａｍｕの質量帯域幅で、少なくとも１０スペクトル／秒を記録することができる。
【００５４】
さらに上述したように、特に、例えば１ｅＶ〜１００ｅＶの範囲で電子エネルギーが可変の電子２０ａを生成することができる電子ビーム源２０を、標的にされる形で特定の質量電荷比を有するガス混合物２の成分３ａ、３ｂをイオン化するために使用することもできる。図１に示される例の代替として、イオントラップ１０内の検査されるガス混合物２をイオン化するために、イオン化デバイス１２は、プラズマ源のみまたは電子ビーム源２０のみを有することができることが理解される。電子２０ａおよび／またはイオン化ガス１３の準安定粒子１３ｂはまた、イオントラップ１０内に存在する残留ガス１４をイオン化することができ、即ち残留ガスイオン１４ａが生成される。
同様に、図１において、質量分析計１は、測定チャンバ７の入口６に取り付けられ、測定チャンバ７をチャンバ８の出口４と接続する、減圧ユニット１１を有するものと特定することが可能である。図示される例では、減圧ユニット１１は、チャンバ８内の検査されるガス混合物２のガス圧ｐ0を低減する、直列で接続された３つのモジュール式圧力段１１ａ〜ｃを有する。図示される例では、質量分析計１は、チャンバ８の出口４の領域でフランジによって取り付けられる。３つの圧力段１１ａ〜ｃはそれぞれ２つの端部側フランジを有し、それによって、測定チャンバ７への入口６に、または互いに取り付けることができる。
【００５５】
用途に応じて、即ちチャンバ８内のガス混合物２のガス圧ｐ0に応じて、ガス混合物２を分析のために測定チャンバ７に供給できるまでにガス圧を低減するため、直列の圧力段１１ａ〜ｃの１つ、２つ、もしくは３つを接続するか、または１つも接続しないことが可能である。３つの圧力段１１ａ〜ｃは互いに協調される。例として、協調は、各圧力段１１ａ〜ｃにおいて約１００〜１０００ｍｂａｒだけ減圧することによって実現することができる。検査されるガス混合物のガス圧ｐ0が高い場合（１００ｂａｒ〜１０-2ｍｂａｒ）は３つの圧力段１１ａ〜ｃを全て使用することが可能であり、チャンバ８内のガス混合物２のガス圧が中程度の場合（１０-2ｍｂａｒ〜１０-5ｍｂａｒ）は２つの圧力段１１ａ、１１ｂを使用することが可能であり、チャンバ８のガス混合物２のガス圧が低い場合（＜１０-5ｍｂａｒ）は１つの圧力段１１ａのみを使用するか、または圧力段１１ａを使用しないことが可能であり、それらの圧力段を通してガス混合物２が輸送される。
【００５６】
圧力段１１ａ〜ｃは、気密な形で互いに取り付けられることによって、例えばこれらがフランジ上で互いにねじ止めされることによって、直列で接続することができる。このように、検出されるガス混合物２のガス圧ｐ0の所定の圧力範囲に役立つためには、また、イオントラップ１０をガス分析に使用できるように、ガス圧ｐ0がイオントラップ１０の方向で約１０-5ｍｂａｒまたは１０-9ｍｂａｒまで低減されることを担保するためには、圧力段１１ａ〜ｃを非常に迅速に分解または再組立てすることが可能である。１つ以上の圧力段１１ａ〜ｃを使用することによって、不変の検出限界でガス圧ｐ0が１０5ｍｂａｒ〜１０-15ｍｂａｒのガス混合物２を検査するのに、質量分析計１を使用することが可能であり、質量分析計１は、特に、所望の圧力範囲に特に単純な方法で適応させることができる。ここで、（最低）検出限界は次のように定義することができる。毎秒約１００のイオンを１０-8ｍｂａｒの圧力で測定チャンバ７において測定することが可能である。
【００５７】
図１に示される例では、イオントラップ１０は、図２と併せてより詳細に後述する、磁気ＦＴ−ＩＣＲトラップとして具体化される。磁気ＦＴ−ＩＣＲトラップ１０内で、イオン１３ａは、ＸＹＺ座標系のＺ方向に沿って延びるとともに、ＦＴ−ＩＣＲトラップ１０内にＺ方向で捕捉されたイオン１３ａを、質量依存の軌道周波数を有する軌道上に押し付ける、均一磁界Ｂに捕捉される。さらに、ＦＴ−ＩＣＲトラップ１０は、交番電界が磁界Ｂに対して垂直に印加され、したがってサイクロトロン共鳴が生成される構成を有する。図示される例では、構成は６つの電極２１を有する。照射されている交番磁界の周波数および角サイクロトロン周波数が対応している場合、共振が起こり、関連するイオン１３ａのサイクロトロン半径は、交番磁界からエネルギーを吸収する分増加する。これらの変化は、ＦＴ−ＩＣＲトラップ１０の電極２０上における測定可能な信号に結び付き、それが、質量分析計１の構成要素と同様に、増幅器２２を介してＦＦＴ（高速フーリエ変換）分析計２３に供給される、電流フローＩに結び付く。
【００５８】
ＦＴＴ分析計２３で受信される時間依存の電流Ｉは、図２の右下に示される周波数ｆに依存する質量スペクトルを得るために、フーリエ変換される。したがって、ＦＴ−ＩＣＲトラップ１０により、質量スペクトルの直接検出または直接記録が可能になるので、高速ガス分析が可能になる。また、例えば、トラップ１０から除去するように選択されたイオンを不安定な軌道上にガイドするために、交番磁界が電極２１に印加されることによって、個々のイオン、または特定の質量数もしくは質量電荷比ｍ／ｚを有するイオンを、ＦＴ−ＩＣＲトラップ１０から選択的に除去することが可能である。
同様に、図２から、時間依存のイメージ電流Ｉのエンベロープの振幅が励起後の時間に伴って低減され、電流Ｉの時間による減少または遷移が平均自由行程長さに直接依存し、したがってＦＴ−ＩＣＲトラップ１０内の圧力に直接依存することを、特定することが可能である。電流Ｉの振幅が指数関数的に減少すると仮定される場合、例えば、元の値の１／ｅ（即ち、約３７％）のレベルまで振幅が低減する時定数τに基づいて、ＦＴ−ＩＣＲトラップ１０内の圧力を非常に正確に決定することが可能であり、これは特に、準安定粒子の数が圧力と相関していることから、この数を決定するのに使用することができる（下記を参照）。
【００５９】
フーリエ分析法を利用した質量スペクトルの高速記録は、上述のＦＴ−ＩＣＲトラップ１０においてだけではなく、図２に示されるトラップのタイプの展開例でも起こり得る。例として、ＦＴ−ＩＣＲイオントラップ１０は、高周波高電圧が印加されるリング電極と、イメージ電荷検出器および励起電極の両方として役立つことができる２つのカバー電極とを備える、いわゆる電気ＦＴ−ＩＣＲトラップとして具体化することができる。ＦＴ−ＩＣＲトラップ１０のコンパクトな電気的変形例では、イオンは高周波高電圧によって捕捉されたまま保たれる。イオンがインパルス励起された場合、それらは、質量／電荷比（ｍ／ｚ）に応じて高真空内で固有振動を行う。その振動はカバー電極でイメージ電荷検出によって記録される。低歪イオン信号は、両方のカバー電極におけるイメージ電荷信号との差を形成することによって得られる。イオン出力信号の高速フーリエ解析（ＦＦＴ）のための低雑音増幅器２２および分析計２３を用いて、特性イオン周波数およびその強度を示すことができる。その後、周波数スペクトルを質量スペクトルに変換することができ、検出された粒子の数は質量電荷比ｍ／ｚに応じて示される。
【００６０】
検査されるガス混合物２またはその成分３ａ、３ｂの、できるだけ正確な定量分析を得るために、即ち、特定の質量電荷比ｍ／ｚにおいてイオントラップ１０内にどれだけの数のイオン１３ａが存在するかをできるだけ精密に決定するために、質量分析計１の連続的なオンラインでのインサイチュ校正を実施することができる。そのプロセスでは、一次イオン、即ちイオン化ガス１３のイオン１３ａおよび残留ガスのイオン１４ａの数、ならびにイオントラップ１０内のガス混合物２の電荷または衝撃イオン化に利用可能であるイオン化ガス１３の準安定粒子の数１３ｂが決定され、その結果として、イオン化のために提供される一次イオン１３ａ、１４ａまたは準安定粒子１３ｂのばらつきもしくはドリフトによる時間変動を、事実上完全に排除することができる。
上述の結果は、特定の測定手順、および質量分析計１のエレクトロニクスの適切な制御によって可能であり、その制御は制御デバイス１９（図１を参照）によって試みられる。測定手順のタイミングは、図３に基づいてより詳細に後述されており、例示的な持続時間ｔ１〜ｔ７が測定方法の個々のステップに対して指定されている。
【００６１】
第１のステップ（約１ｍｓの持続時間ｔ１）で、イオントラップ１０内に一次イオン１３ａ、１４ａが蓄積される。蓄積のため、制御デバイス１９は絞り弁１５を開き、イオン化ガス１３をプラズマ源１８に流入させ、そこで前記ガスがイオン化され、イオン１３ａの形態でイオントラップ１０に入る。それに加えて、イオントラップ１０内に存在する残留ガス１４を、イオン化ガス１３の準安定粒子１３ｂ、および／またはイオントラップ１０に供給された電子２０ａによって（部分的に）イオン化することができ、それによって残留ガスイオン１４ａが形成される。
十分な数の一次イオン１３ａ、１４ａがイオントラップ１０に蓄積されるとすぐに、第２のステップ（約０．０１ｍｓの持続時間ｔ２）で、制御デバイス１９によって同様に生成される励起信号がイオントラップ１０の対応する電極２１に適用されることによって、一次イオン１３ａ、１４ａが励起される。第３のステップ（約０．１ｍｓの持続時間ｔ３）で、イオントラップ１０の一次イオン１３ａ、１４ａの数が測定または検出される。
【００６２】
第２のステップの終了直前および第３のステップの間、第４のステップ（＜１ｍｓの持続時間ｔ４）が平行して起こり、正確には（イオン化されていない）ガス混合物２が、より正確にはガス混合物２のガスパルス２ａが、測定チャンバ７の入口６からイオントラップ１０内へと輸送される。ガスパルス２ａを生成するために、制御デバイス１９によって弁５が短時間作動し、開くが、弁５が開く持続時間は、一般的に、約１μｓ未満または数ミリ秒未満の領域である。制御デバイス１９は、一次イオン１３ａ、１４ａの数の測定が完了するとガスパルスがイオントラップ１０に達するような形で、ガス混合物２のガスパルス２ａの生成を、一次イオン１３ａの数を測定するステップと同期させる。任意に、ガス混合物２は、イオントラップ１０のすぐ近傍でイオン化することもできる。この場合、ガスパルスは、時間オフセットで、即ち一次イオンの数の測定が完了した直後にイオントラップ１０に達する。ガスパルス２ａはイオントラップ１０の入口に向かって移動するので、任意に、イオン化されたガス混合物２をイオントラップ１０内に輸送する輸送デバイスの提供を省略することが可能である。
ガス混合物２またはガスパルスがチャンバ８からイオントラップ１０内に流れるのを容易にするため、例えばファンのタイプの輸送デバイスを、弁５の領域内、チャンバ８からの出口４の領域内、測定チャンバ７への入口６の領域内、および／または入口６とイオントラップ１０との間の領域内に提供することができる。ガス混合物２またはガスパルスをイオントラップ１０に輸送する目的のため、測定チャンバ７は、給送デバイス（図１に図示なし）にも接続することができる。
【００６３】
第５のステップ（約０．１ｍｓの持続時間ｔ５）で、ガスパルス２ａの状態の輸送されたガス混合物２は、一次イオン１３ａ、１４ａを用いた、もしくは準安定粒子１３ｂを用いた衝撃イオン化および／または電荷交換イオン化によって、イオントラップ１０内でイオン化される。そのプロセスでは、イオン化ガス１３、またはイオン化ガス１３のイオン１３ａおよび準安定粒子１３ｂのフローが、ガスパルス２ａのフロー方向と正反対であり、それによってイオン化ガス１３およびガスパルス２ａのフローがイオントラップ１０内部で互いに衝突するのが有利であることが見出されている。これを達成するために、図１に示されるように、ガスパルス２ａを供給する入口６、およびイオン化ガス１３のガス流を供給するイオン化デバイス１２の入口が、互いに対向して配置されることが有利である。同じことが、ガスパルス２ａと同様に位置合わせされるべきである、または図１に示されるように、ガスパルス２ａを供給する入口６と対向して配置されるべきである、電子源２０または電子ビーム２０ａにも当てはまる。
【００６４】
後に続く第６のステップ（約１ｍｓの持続時間ｔ６）で、ガス混合物２のイオンは励起される。ガス混合物２のイオンの励起に先立って、またはその間、適切な励起信号が生成され電極２０に適用されることによって、一次イオン１３ａ、１４ａをイオントラップ１０から除去するか、またはイオントラップ１０内で抑制することができる。後に続く第７のステップ（１００ｍｓ以下の持続時間ｔ７）で、ガス混合物２の励起イオンまたはイオン化された成分３ａ、３ｂが測定または検出され、測定された信号レベルＨｆは、対応する質量電荷比ｍ／ｚのそれぞれのイオン集団のイオン数に正比例する。
【００６５】
イオン化のために提供される一次イオン１３ａ、１４ａ、またはイオン数Ｈｆの決定時における準安定粒子１３ｂの数における時間依存の変動の影響を最小限に抑えるために、次の処置が採用される。各周波数ｆまたは各質量電荷比ｍ／ｚに対する信号レベルＨｆは、次式によって決定される。
Ｈｆ（補正後）＝Ｋ＊Ｈｆ（補正前）＊Ｈ１／ΣＨｆ      （１）
式中、Ｈ１はイオントラップ内で安定して貯蔵され励起される全てのイオンの信号レベルを示し、Ｈｆ（補正前）は対象のイオンまたは検査されるイオン化された成分３ａ、３ｂのスペクトルレベルもしくは信号レベルを示し、ΣＨｆは測定されたスペクトル中に存在するスペクトル線の全ての信号レベルの合計を示し、Ｋは質量および周波数とは無関係の補正率を示し、それには、正確には、決定された数が大きい程補正率Ｋが小さくなり、またその逆も真であるような形で、イオン化のために提供される一次イオン１３ａ、１４ｂ、または準安定粒子１３ｂの決定された数が含まれる。イオン化ガス１３が実質的に準安定粒子１３ｂ（例えば、Ｈｅ＊）の形態で存在する場合、準安定粒子１３ｂの数を決定するのにほぼ十分であり、イオン化ガス１３が実質的に一次イオン１３ａ（例えば、Ｈｅ＋）の形態で存在する場合、校正のためにその数を決定するのにほぼ十分であることが理解される。
【００６６】
測定電極２１上における誘起信号のレベルＨｆを検出し、それをイオントラップに安定して貯蔵され励起された全てのイオン１３ａ、１４ａの励起の程度または数Ｈ１で乗算し、補正率Ｋを考慮に入れることによって、所定の質量電荷比および高精度で、即ち一般的には５％未満の不正確さで、イオントラップ１０内に位置するガス混合物２のイオン化された成分３ａ、３ｂの実数を決定することが可能である。励起の程度により、ジェットコースター運動の半径とイオンセルのコア半径との比が指定される。上述の校正は、任意の選択されたガスタイプに対して常に、特に実際の測定中に、実施することができる。
原則として、上記の処置は多数回、または何回でも繰り返すことができる。しかしながら、ガス混合物２をイオン化した後、図４に基づいて後述するように、プロセス中にガス混合物２を再イオン化することなく、ガス混合物２のイオン化された成分３ａ、３ｂがイオントラップ１０内で繰り返し励起されるのが有利なことがある。
【００６７】
図４は、イオントラップ１０内のガス混合物２のイオン化された成分３ａ、３ｂの測定の図を示しており、図４の「Ｉ」によって示される衝撃または電荷交換イオン化が完了した後、パルス化された励起信号ＳＡを利用して、ガス混合物２のイオン化された成分３ａ、３ｂの時間ｔ0での励起（必要に応じて、一回から数十回）が行われる。ΔＴｍ１〜ΔＴｍｘの（この例では）一定の期間にわたる質量スペクトルＭＳ１〜ＭＳｘ（約５ｍｓ以下）が、各励起の間または各励起後に記録される。換言すれば、さらなるイオン化を必要とすることなく、いくつかの連続する励起の間にそれぞれ１つの質量スペクトルＭＳ１〜ＭＳｘを記録するために、所定の計測窓（一定の持続時間を有する）が繰り返し移動される。
これにより、イオントラップ１０内に位置するガス状成分３ａ、３ｂの非常に高速の質量分光分析を行うことが可能になり、その結果、測定中に進行する化学プロセスをリアルタイムで観察することができる。特に、検体分子が互いに反応する前にそれらを測定することが可能であり、化学反応中に形成される中間生成物を検出することが可能である。上述の測定原理が適用される質量分析計１は、特に、化学プロセス分析で使用するのに適している。
【００６８】
質量分析計１のダイナミックレンジ、即ち、最大検出可能信号強度と最小検出可能信号強度との比を増大させるため、図５ａおよび図５ｂに基づいて後述するように、質量スペクトルを評価することが可能である。
図５ａは、動的応答を増大させるいわゆるＳＷＩＦＴ励起がある質量スペクトルを示しており、比較的大きいイオン集団、即ち所与の質量電荷比ｍ／ｚにおける粒子数が所定の閾値ＳＷ（図５ａを参照）を超えるイオン集団が、測定中にイオントラップ１０から除去されるか、または抑制される。特に、ＳＷＩＦＴ励起は、櫛形フィルタを実現するのに使用することができ、異なる測定領域ＭＢ１〜ＭＢｘに、即ち質量電荷比のいくつかの間隔にそれぞれ対応する、イオン集団のいくつかの部分集合が、図５ａに示されるように同時に測定される。
動的応答は、図５ｂに示されるように、測定領域を切り替えることによって増大させることもできる。そこで、質量スペクトルは、それぞれの場合において異なる質量電荷比を有する測定領域ＭＢ１〜ＭＢｘに分割され、各測定領域ＭＢ１〜ＭＢｘは、異なる測定時間ｔ１〜ｔｘに評価される。同様に、測定範囲ＭＢ１〜ＭＢｘの間のかかる時間的切替えによって、またはこのように実現される質量選択的な時分割多重測定によって、ダイナミックレンジを増大させることが可能である。
ダイナミックレンジを増大させるために、図５ａおよび図５ｂと併せて記載した測定モードを組み合わせることもできることが理解される。また、ダイナミックレンジをさらに増大させるために、本明細書に記載するものよりも複雑なタイプの測定方法を使用することが可能である。既に、図５ａおよび図５ｂと併せて記載した２つの測定原理のうちの１つを使用している場合、任意に、１０8：１以上の質量分析計１のダイナミックレンジを達成することが可能であってもよい。
【００６９】
イオントラップ１０内のガス混合物２の個々のイオン化されたガス成分を蓄積する選択肢は、質量分析計の検出限界を低減するために、ダイナミックレンジを増大させる上述の測定方法と併せて使用することができる。ここで使用されるのは、イオントラップ質量分析計が不連続の方式で動作することであり、イオン数の分析は、所定の蓄積時間（例えば、約５ｍｓ未満）後にのみ行われる。動的応答を増大させる上述のプロセス（ＳＷＩＦＴまたは時分割多重化測定、図５ａおよび図５ｂを参照）を、イオントラップ１０の蓄積能力と組み合わせることによって、十分に大きい測定信号が存在するまで個々のイオンを蓄積することが可能である。既知の（校正された）測定信号および既知の蓄積時間の場合、検査されるイオン集団を定量的に決定することができる。このように、質量分析計の検出限界を１０-15ｍｂａｒ以下に低下させることができる。
上述のタイプのイオントラップに加えて、イオンの三次元貯蔵または蓄積、およびフーリエ変換を用いた評価が可能になる他のタイプのイオントラップ、例えばペニングトラップ、環状トラップ、ポールトラップ、線形トラップ、オービトラップ、ＥＢＩＴ、およびＲＦバンチャを、質量分析計１内で使用することも可能である。
上述の質量分析計１は様々な応用分野における用途を見出すことができる。図４と併せて可能な用途として既に記載した化学プロセス分析に加えて、質量分析計１は、例えば、装置内に存在する残留ガス雰囲気中の汚染物質の量または濃度を決定するために、ＥＵＶシステム、例えばＥＵＶリソグラフィ装置内に位置する、残留ガスを分析するＥＵＶリソグラフィに使用することができる。
【００７０】
図６は、かかるＥＵＶリソグラフィ装置１０１を概略的に示している。ＥＵＶリソグラフィ装置１０１は、別個の真空ハウジングに収容され、ＥＵＶ光源１０５によって発生するＥＵＶ放射線１０６の、放射線発生システム１０２のＥＵＶ光源１０５から進むビーム経路内で連続して配置される、放射線発生システム１０２と、照明システム１０３と、投射システム１０４とを備える。例として、プラズマ源またはシンクロトロンはＥＵＶ光源１０５として役立つことができる。ＥＵＶ光源１０５から現れる約５ｎｍ〜約２０ｎｍの波長範囲の放射線は、最初にコリメータ１０７によって集束される。下流側のモノクロメータ１０８を利用して、この例では約１３．５ｎｍである所望の動作波長λBが、両矢印によって示されるように、入射角の変化によって取り除かれる。コリメータ１０７およびモノクロメータ１０８は反射光学素子として具体化される。
【００７１】
放射線発生システム１０２における波長および空間分布に対して処理されたＥＵＶ放射線は、第１および第２の反射光学素子１０９、１１０（ミラー）を有する照明システム１０３に導入される。２つの反射光学素子１０９、１１０は、投射システム１０４を用いて水１１２の上に縮尺を低減して結像される構造を有する、さらなる反射光学素子としてのフォトマスク１１１上に放射線をガイドする。この目的のため、第３および第４の反射光学素子１１３、１１４（ミラー）が投射システム１０４内に提供される。
反射光学素子１０９、１１０、１１１、１１３、１１４はそれぞれ、光源１０５のＥＵＶ放射線１０６に暴露される光学面を有する。光学素子１０９、１１０、１１１、１１３、１１５はそれぞれ、放射線発生システム１０２の残留ガス雰囲気１０２ａ、照明システム１０３の残留ガス雰囲気１０３ａ、および投射システム１０４の残留ガス雰囲気１０４ａの中において真空条件下で動作し、その残留ガス雰囲気は、一般的に、少量の空気、水素（Ｈ2）、および／またはヘリウム（Ｈｅ）ならびに任意にさらなる残留ガスである。ＥＵＶリソグラフィ装置１の内部は焼き出すことができないので、それぞれの残留ガス雰囲気１０２ａ、１０３ａ、１０４ａに望ましくない汚染成分が存在することは完全には回避できない。
【００７２】
ＥＵＶリソグラフィ装置１の動作中、真空ポンプ１１５を備える真空発生ユニットは、投射システム１０４内で、一般的に１０-5ｍｂａｒ超の全体的な圧力で残留ガス雰囲気１０４ａを発生させる。それに対応して、真空または残留ガス雰囲気１０３ａ、１０２ａも、照明システム１０３内、または放射線発生システム１０２内で発生させることができる。
汚染物質全体の比率を決定するため、および／または特に第２のミラー１１４の近傍で、投射システム１０４の残留ガス雰囲気１０４ａ中の各汚染物質に対して個別に比率を決定するために、質量分析計１はフランジによって投射システム１０４に接続され、質量分析計１は、さらに上述したような設計を有し、即ち投射システム１０４内に位置する残留ガス混合物を直接、即ち先にイオン化することなく、イオントラップ１０に導入する入口６を有し、イオントラップ１０は測定セルとして役立ち、例えば電荷交換または衝撃イオン化によって前記ガスをイオン化するために、測定チャンバ７内に配置される。
【００７３】
入口６は、投射システム１０４の残留ガス雰囲気１０４ａと質量分析計１との間の真空接続を形成する。入口６、即ち真空接続（真空管）は、１００ｍｍ未満、好ましくは５ｍｍ未満、特に１ｍｍ未満の断面Ａを有する。図１に示されるように、質量分析計１は、残留ガス圧がイオントラップ１０に向かって＜１０-5ｍｂａｒまで低減されることを担保する、１つ以上の停止部を有することができるので、従来の残留ガス分析器を残留ガス分析に使用することができる。
同様に、図６において、第２のミラー１１４と、真空接続または入口６の中間にある投射光学ユニット１０４のハウジング上に形成される、質量分析計１の接続位置ＰSとの間の距離Ｄが、５０ｃｍ未満であることを特定することが可能である。これは、第２のミラー１１４の近傍に、より正確にはその光学面の近傍に存在する、汚染物質の部分または分圧をできるだけ正確に検出することを可能にするために有利である。質量分析検査の間、特に、酸素（Ｏ2）、オゾン（Ｏ3）、水（Ｈ2Ｏ）、一般的に１０Ｍａｍｕ以下のＣXＨYＯZ、および一般的に１０Ｍａｍｕ以下の金属−ＣXＨYＯZ化合物といった汚染物質またはそれらの混合物の少なくとも１つを測定もしくは検出することが可能である。
【００７４】
それに加えて、または別の方法として、さらなる質量分析計または質量分析計１を、配置されたミラー１０９、１１０から、例えば第１のミラー１０９から５０ｃｍ未満の距離Ｄに配置される、照明システム１０３の接続位置ＰBに提供することができる。
したがって、質量分析計１またはさらなる質量分析計を、照明システム１０３内へとＥＵＶ放射線１０６を通す通路開口部１１６から１ｍ未満、好ましくは５０ｃｍ未満の距離に配置される、放射線発生システム１０２の第１の接続位置ＰL1に配置することができる。質量分析計１はまた、コレクタ１０７（一般的に、コレクタミラーの形態）から１００ｃｍ未満、好ましくは５０ｃｍ未満の対応する距離Ｄに配置される、第２の接続位置ＰL2に、またはＥＵＶ光源１０５から１００ｃｍ未満、好ましくは５０ｃｍ未満の距離に配置される、第３の接続位置ＰL3に、位置することができる。上述の方法では、それぞれの光学素子１１４、１０９、１１６、１０７の近傍、またはＥＵＶ光源１０５の近傍において、高精度で汚染レベルを決定することが可能である。
【００７５】
図７は、プロセスチャンバ２０５（反応チャンバ）の内部２０４にあるマウント２０３上に配置される、基板２０２（この場合、シリコンウェハ）上に原子層を堆積させるためのデバイス２０１を概略的に示している。マウント２０３、およびプロセスチャンバ２０５の壁は両方とも、（任意に異なる）温度まで加熱することができる。マウント２０３は、コーティング中に基板２０２を回転運動させるため、モータに接続することができる。デバイス２０１はまた、この例ではテトラキス（エチルメチルアミノ）ハフニウム（ＴＥＭＡＨ）または別の有機金属前駆体である、有機金属前駆物質が収容される容器２０６を備える。前駆物質を容器２０６からプロセスチャンバ２０５に移動させるために、制御可能な弁２０７によって容器２０６に供給することができる、不活性キャリアガス、例えばアルゴンまたは水素が使用される。さらなる容器２０８は、原子層堆積中の反応物として、オゾンガスＯ3または別のドーピングガスを提供するのに役立つ。
【００７６】
前駆体を含むキャリアガスおよびドーピングガス、例えばオゾンガスは、それぞれの場合において、制御可能な弁２０９ａ、２０９ｂの形態の制御可能な入口によってプロセスチャンバ２０５に導入することができる。分配器マニホルド２１０は、入ってくるガスを基板２０２上の方向でできるだけ均質に分配するために、チャンバ２０５内に配置される。制御可能な弁２０９ａ、２０９ｂによって、プロセスチャンバ２０５およびそれぞれの供給ラインをパージするために、パージガス、例えばアルゴンを、プロセスチャンバ２０５に供給することも可能である。ガス出口を形成するさらなる制御可能な弁２１１は、プロセスチャンバ２０５からガスを除去するために、真空ポンプ２１２に接続される。プロセスチャンバ２０５内の残留ガス雰囲気を監視するために、質量分析計１は、出口弁２１１の下流側、正確には真空ポンプ２１２のすぐ上流側に形成される、ガス処理システム２１３の真空ライン内で包含位置ＥEに配置される。また、質量分析計１は、真空ポンプ２１２の下流側にあるガス処理システム２１３の排気ガスライン内で包含位置ＥGに取り付けることも可能である。
【００７７】
それに加えて、または別の方法として、質量分析計１はまた、例えばそれぞれの供給ライン２１６ａ、２１６ｂ内で、反応物をプロセスチャンバ２０５に供給するガス供給システム２１６内で、包含位置ＥA、ＥBに形成することもできる。それに加えて、または別の方法として、質量分析計１はまた、ガス混合システム２１５の包含位置ＥCで、即ち２つの供給ライン２１６ａ、２１６ｂの統合ポイントの下流側に形成される供給ライン内で、統合することもできる。２つの供給ライン２１６ａ、２１６ｂは、ここに記載するコーティングプロセスでは、ガスをプロセスチャンバ２０５に供給するのに同時に使用されないので、後者が有利である。分配器マニホルド２１０内の包含位置ＥDも可能であり、包含位置ＥDは、この場合、好ましくはプロセスチャンバ２０５から１ｍ未満、特に５０ｃｍ未満の距離Ｄで離間される。それに加えて、または別の方法として、質量分析計１またはさらなる質量分析計および１はまた、図６と併せて記載したように、プロセスチャンバ２０５のハウジング上の包含位置ＥFで取り付けることができる。
【００７８】
質量分析計１は、チャンバ２０５の残留ガス雰囲気に含まれている（包含位置ＥF）か、またはチャンバ２０５に含まれる（プロセスチャンバ２０５の上流側の包含位置ＥA、ＥB、ＥC、ＥD）か、またはそこに含まれていた（プロセスチャンバ２０５の下流側の包含位置ＥE、ＥG）、少なくとも１つのガス状成分の分圧の量を検出または決定するのに役立つ。図示されるようにガス処理システム２１３内に配置された質量分析計１に基づいて、前記質量分析計はイオントラップ１０を有し、その中で、検査されるガスまたはガス混合物を、例えば電荷交換または衝撃イオン化によってイオン化することができる。イオントラップ１０内へのイオン化されたガス成分のガス流を引き起こすために、質量分析計１を真空ポンプ（図示なし）に接続することができる。イオントラップ１０に貯蔵されたイオンは、イオントラップ１０内で直接検出することができる。
【００７９】
酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）のコーティング２１４を基板２０２上に適用するために、次の処置に従う。最初に、ＴＥＭＡＨ前駆体を含むキャリアガスを、第１の弁２０９ａを介してプロセスチャンバ２０５に供給する。次に、第１の弁２０９ａを切り替え、第１の弁２０９ａによってパージガスをプロセスチャンバ２０５に供給し（矢印を参照）、パージガスを、キャリアガスまたは前駆体の残留物とともに、真空ポンプ２１２を用いて開いた出口弁２１１を通して吸い出す。パージ後、出口弁２１１を閉じ、第２の弁２０９ｂを介してオゾンまたはドーピングガスをチャンバ２０５に導入し、そのオゾンまたはドーピングガスを、基板２０２の露出面上の前駆体と化学反応させる。続いて、第２の弁２０９ｂを介してチャンバに供給される（矢印を参照）パージガスを用いてチャンバ２０５をパージし、パージガスを、オゾンもしくはドーピングガスの残留物、または場合によっては形成された反応生成物とともに、出口弁２１１が開いた時に真空ポンプ２１２を用いて吸い出す。上述の処置では、酸化ハフニウムで作られた単層が基板２０２上に堆積する。出口弁２１１を閉じた後、この処置を多数回、正確にはＨｆＯ2コーティング２１４が所望の厚さｄに達するまで、繰り返すことができる。
【００８０】
キャリアガスに前駆体を供給する持続時間、オゾンまたはドーピングガスを供給する持続時間、およびパージ処置の持続時間は、一般的には数秒の範囲である。制御デバイス２１５は、堆積プロセスの上述のステップ間で切り替えるため、弁２０７、２０９ａ、２０９ｂ、２１１を作動させるのに役立つ。制御デバイス２１５は、弁２０７、２０９ａ、２０９ｂ、２１１を開いた位置と閉じた位置との間で切り替えることができるだけではなく、任意に、それぞれの弁２０７、２０９ａ、２０９ｂ、２１１を通って流れる質量の流れも、電子制御デバイス２１５を用いて制御できることが理解される。
プロセスチャンバ２０５内の残留ガスの全体的な圧力は、一般的に、約１０-3ｍｂａｒ〜１０００ｍｂａｒであり、５００ｍｂａｒ超または９００ｍｂａｒ超の比較的高い全体的な圧力も可能である。チャンバ２０５内の全体的な圧力は、圧力センサ（図示なし）を用いて監視することができ、任意に、弁２０７、２０９ａ、２０９ｂ、２１１の適切な制御によって、制御デバイス２１５を用いて修正することができる。
【００８１】
それぞれ検出されたガス状成分の量または分圧をより精密に決定する、ガス状成分の検出を使用して、堆積プロセスを制御または調整することができる。例として、残留ガス雰囲気中の有機金属前駆体、またはオゾン、ドーピングガス、もしくは任意に有機金属および／またはＨ2Ｏなどの関連するプロセス反応物の濃度に基づいて、パージステップがいつ（例えば、それぞれの分圧が所定の閾値を下回るとすぐ）完了できるかを特定することが可能である。次に、プロセスガス分析器２１３ａに対する信号接続を有する制御ユニット２１５が、それぞれの入口弁２０９ａ、２０９ｂまたは出口弁２１１を適切な時に開閉し、その結果、パージステップに使用される持続時間を最適化することができる。同様に、２つの上述の供給ステップの持続時間を最適化することも可能である。
【００８２】
質量分析計１を利用して、原子層堆積中のプロセスを最適化することが可能なだけではなく、それよりもむしろ、例えば（任意にプラズマ利用の）ＣＶＤプロセス、金属有機ＣＶＤプロセスを実施するとき、一般的には同様に図１による（任意にわずかに修正した）デバイス１で実施することができる、金属有機化学気相エピタキシの場合、または分子線エピタキシの場合に、他のコーティングプロセスを最適化することもできる。同じことが、物理蒸着法に基づいたコーティングプロセスに当てはまる。これらの場合の全てにおいて、残留ガス雰囲気中の検出されたガス成分に基づいて、適切な方法で、プロセスパラメータ（温度、圧力など）を適応させるかまたは最適化することが可能である。
【００８３】
コーティング装置内で質量分析計１を使用する場合、特に、Ｈ2、Ｈｅ、Ｎ2、Ｏ2、ＰＨ3、ＡｓＨ3、Ｂ、Ｐ、Ａｓ、ＣＨ4、ＣＯ、ＣＯ2、Ａｒ、ＳＣｌ4、ＳｉＨＣｌ3、ＳｉＨ2Ｃｌ2、Ｈ2Ｏ、ＣxＨy、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリメチルインジウム、トリエチルインジウム、Ｃｐ2Ｍｇ、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6、テトラブチルアンモニウム、テトラブチルシラン、Ｘｅアイソトロープ、Ｋｒアイソトロープ、ヘキサメチルジシロキサン、ｔ−ブチルアルシン、トリメチルアルシン、ジエチル−ｔ−ブチルアルシン、ジエチル−ｔ−ブチルホスフィン、ジ−ｔ−ブチルホスフィン、ｔ−ブチルヒドラジン、ジメチルヒドラジン、インジウム、アルミニウム、ガリウム、ボロン、シリコン、金、アンチモン、ビスマスといった物質、混合物および／または反応生成物、それらのクラスタおよび／または化合物の少なくとも１つを、質量分析検査中に測定もしくは検出することができる。
【００８４】
少なくとも１つの物質、混合物、反応生成物、クラスタ、および／または化合物を、特に、１５℃〜５０００℃、好ましくは１００℃〜２０００℃のプロセスチャンバ２０５内の温度で、１０-10ｍｂａｒ〜５ｂａｒ、好ましくは１０-8ｍｂａｒ〜１ｂａｒのプロセスチャンバ２０５内の圧力で、測定もしくは検出することができる。
特に、コーティングプロセスの間に（プロセス）ガス混合物を検査するのに質量分析計１を使用する場合、測定チャンバ７内またはイオントラップ１０内に堆積したプロセスガスの成分を除去するために、質量分析計１が自己清浄機能を有する場合が有利であり得る。かかるインサイチュ自己清浄を実現するための選択肢が国際出願公開ＷＯ０２／００９６２号に記載されており、プロセスガスによって生成された堆積物を除去するのに清浄ガスが使用されている。図１による質量分析計１では、清浄ガスは、清浄ガスがイオン化ガス１３の代わりにガス供給部（ここでは図示なし）によって供給されることにより、プラズマ源１８内のプラズマに変換することができる。イオン化または励起された清浄ガスは、イオン化ガス１３と同じ経路でイオントラップ１０に入る。任意に、清浄ガスはまた、さらなるガス供給部（ここでは図示なし）を介して測定チャンバ７に入ることができ、そこで、堆積物とともにガス状の清浄生成物を形成し、その清浄生成物をイオントラップ１０から、または測定チャンバ７から除去することができる。
【００８５】
特に、イオントラップ１０が、小さい設置スペースを必要とする電気ＦＴ−ＩＣＲトラップとして具体化された場合、質量分析計１は、設置スペースが重要な役割を果たす用途に、例えばＭＯＣＶＤプロセスなどにも使用することができる。
【００８６】
上述したようなその性質により、質量分析計１は他の分野にも、例えば他のコーティングまたはエッチングまたは注入プロセス、ガス分析、ドーピング検査、法医学検査などにも使用することができる。
【００８７】
上述の質量分析計をガスの質量分析検査に使用することに加えて、一般的には機械的振動の、振動検出または振動分析の分野で質量分析計を使用することも可能である。特に、振動は、質量分析計が中に設置されるセットアップまたはデバイスの固有振動であることができ、即ち、振動は質量分析計の使用場所で検出され、質量分析計は振動センサとして使用される。この目的のため、質量分析計は、分析される振動周波数が含まれる周波数範囲内のスペクトルを記録するのに使用される。例として、この周波数スペクトルは約１Ｈｚ〜約１５ｋＨｚであり得る。複数の寄生周波数が一般的にこの周波数範囲内にあり、それらの寄生周波数は機械的振動によって生成され、例えばＦＴイオントラップ、特にＦＴ−ＩＣＲトラップの測定電極によって検出し分析することができる。例として、振動を分析するために、質量分析計がデバイス内に設置されるとすぐに周波数スペクトルを記録することができる。デバイスが設置の時点で良好に作動できる状態であった場合、この周波数スペクトルは基準スペクトルとして役立つことができる。周波数スペクトルの測定は、後の時点または後の複数の時点で繰り返すことができ、測定された周波数スペクトルを基準スペクトルと比較することができる。１つ以上の追加のラインまたはピークが測定された周波数スペクトルで検出された場合、これは、望ましくない振動がデバイスのどこかで生じていることを示し、それは例えば、機械的な問題に由来する場合がある。例として、振動は、質量分析計の近傍に配置されている、滑り軸受もしくは玉軸受の望ましくない固有振動、または電力供給ユニットによって引き起こされる振動（ハム音）である場合がある。例として、図７に示されるコーティング装置２０１では、質量分析計１の近傍に配置された真空ポンプ２１２の、特に前記ポンプの滑り軸受または玉軸受の固有周波数ｆを、分析もしくは検出することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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