(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスチャンバー内雰囲気と同等あるいは減圧状態の１０−３ｔｏｒｒ程度のイオン化領域に導入された被分析ガスを１０−５ｔｏｒｒ以下の低圧状態の励起源部から放出される励起ビームによりイオン化し、これにより生じたイオンビームを１０−５ｔｏｒｒ以下の低圧状態の質量分析部で質量に応じて分離・検出して質量分析を行うガス分析装置であって、
前記イオン化領域に、バリアガスが導入される第一のバリア領域、真空ポンプの吸入側が接続されている第一の差圧領域、前記質量分析部を順次直列に連結すると共に、バリアガスが導入される第二のバリア領域、真空ポンプの吸入側が接続されている第二の差圧領域、前記励起源部を順次直列に連結し、
前記第一のバリア領域、第二のバリア領域が、いずれも
（１）励起ビームが通過する長さ及び、イオンビームが通過する長さであるバリア領域の厚みよりも、励起ビーム及びイオンビームのバリア領域での実効平均自由行程が大きく、
（２）バリア領域の厚みよりも、被分析ガスのバリア領域での平均自由行程が小さく、
（３） 被分析ガスのバリア領域でのクヌーセン数が１以下であり、
（４） バリア領域の圧力がイオン化領域の圧力よりも高く、バリア領域からイオン化領域へバリアガスが流れている、
条件を満足することにより、励起ビーム及びイオンビームは前記各バリア領域を通過できるが被分析ガスは前記各バリア領域を通過できないようにしたことを特徴とするガス分析装置。
【請求項２】
イオンビーム、および励起ビームが荷電ビームである時においては励起ビームも含む少なくとも一つに対して、通過するバリア領域の面積が小さくなるように、これらのビームを収束する為の収束レンズを設けたことを特徴とする請求項１記載のガス分析装置。
【請求項３】
イオンビーム、および励起ビームが荷電ビームである時においては励起ビームも含む少なくとも一つに対して、加速機構を設けて通過するバリア領域の通過時間が小さくなるように、これらのビームの運動エネルギーを増加させたことを特徴とする請求項１記載のガス分析装置。
【請求項４】
前記ビームが正電荷である場合には、バリアガスとして正イオンになりにくいガスを、またこれらのビームが負電荷である場合には、バリアガスとして負イオンになりにくいガスを選択したことを特徴とする請求項１、２、３の何れか１項記載のガス分析装置。
【請求項５】
質量分析部は、四重極型質量分析計としたことを特徴とする請求項１記載のガス分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＣＶＤ・エッチングなどの半導体、電子部品用薄膜加工プロセスで使用されるガスの質量分析を、装置に損傷を与えずに行うことを目的としたガス分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来ガス分析装置は、励起ビームを発生する励起源部、導入された被分析ガスをその励起ビームによりイオン化するイオン化部、そのイオン化部内部のイオン化領域にて発生したイオンビームを質量に応じて分離・検出する質量分析部により構成されている。通常励起源としては電子源が用いられ、また質量分析部としては、四重極型質量分析計が用いられる。この時、電子の運動エネルギーは７０ｅＶ、イオンの運動エネルギーは２０ｅＶで使われることが多い。
【０００３】
更に、プロセス最中に分析を行うインプロセスガス分析装置によって必要な構成は、イオン化部をクローズド型とすることである。このクローズド型イオン化源とは、イオン化部内部はプロセスチャンバー内雰囲気と同等或いは減圧状態の１０−３ｔｏｒｒ程度にしたまま、励起源部と質量分析部を差動排気によって１０−５ｔｏｒｒ以下の低圧状態に保つことの出来るものである。これは、１０−５ｔｏｒｒ以上の高い圧力では励起源部と質量分析部で放電が発生し損傷が生じてしまう為である。このような従来のインプロセスガス分析装置を図６に示す。
【０００４】
半導体・電子部品用薄膜加工プロセスのひとつであるスパッターにおいては、この従来のインプロセスガス分析装置においても問題なく動作させることが出来る。
【０００５】
また、従来技術としてオリフィスやバルブを設けて、分析対象ガスの導通量を段階的に制御可能とするガス導通量制御装置に接続したガス分析装置が開示されている（特開平１０−８９５９９号）。
【０００６】
【発明により解決しようとする課題】
前記従来のガス分析装置は、付着性ガスを使用するＣＶＤや、腐食性ガスを使用するエッチングにおいては、従来のインプロセスガス分析装置では動作圧力範囲内とは言え、励起源部や質量分析部の各部分にこれらのガスが直接流れ込むために大きな損傷が生じ、すぐに使用できなくなる。前記励起源部や質量分析部はフィラメントなどの高温部や精密な電界を発生させる電極類、表面での二次電子発生現象を利用した検出器などにより構成されており、これらがわずかな異物の付着や腐食により正常な動作が出来なくなる問題点があった。
【０００７】
【課題を解決する為の手段】
元来空間において、ある粒子が他の粒子に衝突せずに自由に飛び回れる行程（長さ）の平均値は、平均自由行程と呼ばれている。中性であるガス分子の平均自由行程の大きさは、ガスの密度（圧力）に反比例し、ガス分子の直径の平方に反比例する。
【０００８】
また平均自由行程を容器空間の代表寸法により割った値は、クヌーセン数と呼ばれている。クヌーセン数が０．０１より小さい場合には、ガスの流れは粘性流となり、ガス分子は互いに衝突しながら一方向に流れ、川の流れに似た状態である。これに対して、クヌーセン数が１より大きい場合には、ガスの流れは分子流となり、ガスはあらゆる方向にすばやく拡散する。この両者の間では中間流となる。
【０００９】
従って、あるガスを特定領域に侵入させたくない時には、別のガスを特定領域から粘性流の状態で流れ出すようにすればよいことが知られている。これは、従来から付着性・腐食性ガスのシールドとして広く使われている技術である。
【００１０】
しかしながら、最近の精密な研究からは、完全な粘性流ではなくてもクヌーセン数が０．６程度の中間流領域でも特定ガスの拡散を十分に防止できることが実証されており、クヌーセン数が１以下であれば、拡散防止効果があるものと推測される。
【００１１】
ここにおいて本発明者は、エネルギーの高い電子やイオンの実効平均自由行程は、中性のガスの平均自由行程よりもかなり長くすることが出来るとの知見を得た。そこで、ある領域を特定な圧力及び厚みとすることにより、そこでは電子やイオンは通過できるがガスは通過しにくいようにすることが出来ると共に、不活性なガスをこの領域に導入し、通過部分では不活性なガスがクヌーセン数１以下で流れ出すようにすれば、この領域を付着性ガスや腐食性ガスに対する障壁（バリア）とすることが出来ることに想到したのである。
【００１２】
即ち、このような状態のバリア領域を励起源部とイオン化部及び質量分析部とイオン化部の接続部に設けることにより、付着性ガスや腐食性ガスが励起源部や質量分析部に侵入しないようにすることが出来る。
【００１３】
前記において、付着性ガスや腐食性ガスはイオンとしてのみ質量分析部に入り込むことになり、このイオンが装置を損傷させ得ることになる。しかしながら、どんな励起源を使用してもガスがイオン化される割合は５桁以下と非常に少なく、この発明ではその非常に微量なイオンのみが質量分析部へ入ることになる。つまり、従来例と比較すると５桁以上も長い寿命を持つことになり、実用的にはほとんど無視することが出来るとの確信を得て、鋭意研究の結果この発明を完成したのである。
【００１４】
即ちこの発明はプロセスチャンバー内雰囲気と同等あるいは減圧状態の１０−３ｔｏｒｒ程度のイオン化領域に導入された被分析ガスを１０−５ｔｏｒｒ以下の低圧状態の励起源部から放出される励起ビームによりイオン化し、これにより生じたイオンビームを１０−５ｔｏｒｒ以下の低圧状態の質量分析部で質量に応じて分離・検出して質量分析を行うガス分析装置であって、
前記イオン化領域に、バリアガスが導入される第一のバリア領域、真空ポンプの吸入側が接続されている第一の差圧領域、前記質量分析部を順次直列に連結すると共に、バリアガスが導入される第二のバリア領域、真空ポンプの吸入側が接続されている第二の差圧領域、前記励起源部を順次直列に連結し、
前記第一のバリア領域、第二のバリア領域が、いずれも
（１）励起ビームが通過する長さ及び、イオンビームが通過する長さであるバリア領域の厚みよりも、励起ビーム及びイオンビームのバリア領域での実効平均自由行程が大きく、
（２）バリア領域の厚みよりも、被分析ガスのバリア領域での平均自由行程が小さく、
（３） 被分析ガスのバリア領域でのクヌーセン数が１以下であり、
（４） バリア領域の圧力がイオン化領域の圧力よりも高く、バリア領域からイオン化領域へバリアガスが流れている、
条件を満足することにより、励起ビーム及びイオンビームは前記各バリア領域を通過できるが被分析ガスは前記各バリア領域を通過できないようにしたことを特徴とするガス分析装置である。
またイオンビーム、および励起ビームが荷電ビームである時においては励起ビームも含む少なくとも一つに対して、通過するバリア領域の面積が小さくなるように、これらのビームを収束する為の収束レンズを設けたものであり、イオンビーム、および励起ビームが荷電ビームである時においては、励起ビームも含む少なくとも一つに対して、加速機構を設けて通過するバリア領域の通過時間が小さくなるように、これらのビームの運動エネルギーを増加させたものである。更に前記ビームが正電荷である場合には、バリアガスとして正イオンになりにくいガスを、またこれらのビームが負電荷である場合には、バリアガスとして負イオンになりにくいガスを選択したものであり、質量分析部は、四重極型質量分析計としたものである。
【００１５】
前記における電子、イオンの実効平均自由行程について説明する。室温でアルゴン（Ａｒ）ガスが１×１０−２ｔｏｒｒ（１０ｍｔｏｒｒ）の圧力となっている領域では、Ａｒガス自体の平均自由行程は８ｍｍである。これに対して同圧力のＡｒガス中における電子の平均自由行程は、運動エネルギー１５ｅＶの時には１１ｍｍ、１００ｅＶの時には約５０ｍｍ、１０００ｅＶの時には約２００ｍｍとなる。
【００１６】
中性のガス同士に比べて荷電粒子の場合にはクーロン力による相互作用が強くなるが、一方、運動エネルギーが高くなると通過速度が速くなり、ガスと作用する時間が短くなる。そのため、荷電粒子の場合には加速させてやることにより、その平均自由行程を長くすることが出来る。
【００１７】
ただし、イオンの場合には電子より直径が大きいので衝突する確率が増えること、及びガスとの電荷交換により電荷を失う効果が出てくることのために、電子ほど平均自由行程を長くすることは出来ない。同じ１×１０−２ｔｏｒｒの圧力のＡｒガス中におけるＡｒイオンの平均自由行程は、運動エネルギー−４００ｅＶの時、約８ｍｍでガス同士と同じ大きさとなる。
【００１８】
しかし、この電荷交換の効果はガスとイオンの種類が異なる場合には減少することが知られている。例えば、ほぼ同条件でのＮＯガス中Ｎ２イオンでは、平均自由行程は約４０ｍｍ、Ａｒガス中のＮａイオンでは、５０ｅＶでも２８ｍｍとかなり長くなっている。
【００１９】
特に、ガスのイオン化ポテンシャルがイオンのそれよりも高い場合には、電荷交換は非常に発生しにくくなることが容易に推測される。このような電荷交換では全体のエネルギーが大きくなるからである。一般に付着性ガスや腐食性ガスでは、イオン化ポテンシャルが小さく、イオン化しやすいものが多い。そこで、バリアガスとしてイオン化しにくいガスを使用すれば、電荷交換効果の分に関して平均自由行程を長くすることが出来る。
【００２０】
また、大きな運動エネルギーを持つイオンの場合には、たとえガスに衝突しても、その進行方向はほとんど変化しないと考えられる。ガスの運動エネルギーはわずか０．０４ｅＶ程度なので、４００ｅＶに加速されたイオンとは運動エネルギーに４桁もの差があるからである。したがって、イオンが加速された方向から大きく変化せずに進める長さ、即ち実効的な平均自由行程（実効平均自由行程）は、通常定義の平均自由行程よりも桁違いに大きくなるのである。
【００２１】
以上により、イオン化しにくいバリアガスを選択し、かつ電子・イオンを適度に加速させることにより、電子・イオンの実効平均自由行程をガスの平均自由行程よりも何倍も大きく出来ることが推測された。
【００２２】
【発明の実施の形態】
この発明は、プロセスチャンバー内雰囲気と同等あるいは減圧状態の１０−３ｔｏｒｒ程度のイオン化領域に導入された被分析ガスを１０−５ｔｏｒｒ以下の低圧状態の励起源部から放出される励起ビームによりイオン化し、これにより生じたイオンビームを１０−５ｔｏｒｒ以下の低圧状態の質量分析部で質量に応じて分離・検出して質量分析を行うガス分析装置であって、
前記イオン化領域に、バリアガスが導入される第一のバリア領域、真空ポンプの吸入側が接続されている第一の差圧領域、前記質量分析部を順次直列に連結すると共に、バリアガスが導入される第二のバリア領域、真空ポンプの吸入側が接続されている第二の差圧領域、前記励起源部を順次直列に連結し、
前記第一のバリア領域、第二のバリア領域が、いずれも
（１）励起ビームが通過する長さ及び、イオンビームが通過する長さであるバリア領域の厚みよりも、励起ビーム及びイオンビームのバリア領域での実効平均自由行程が大きく、
（２）バリア領域の厚みよりも、被分析ガスのバリア領域での平均自由行程が小さく、
（３） 被分析ガスのバリア領域でのクヌーセン数が１以下であり、
（４） バリア領域の圧力がイオン化領域の圧力よりも高く、バリア領域からイオン化領域へバリアガスが流れている、
条件を満足することにより、励起ビーム及びイオンビームは前記各バリア領域を通過できるが被分析ガスは前記各バリア領域を通過できないようにしたことを特徴とするガス分析装置である。
【００２３】
前記において、イオンビーム、および励起ビームが荷電ビームである時においては励起ビームも含む少なくとも一つに対して、収束レンズを設け、通過するバリア領域の面積が小さくなるように、これらのビームを収束するようにしたガス分析装置である。
【００２４】
更にイオンビーム、および励起ビームが荷電ビームである時においては、励起ビームも含む少なくとも一つに対して、加速機構を設けて通過するバリア領域の通過時間が小さくなるように、これらのビームの運動エネルギーを増加させ、前記ビームが正電荷である場合には、バリアガスとして正イオンになりにくいガスを、またこれらのビームが負電荷である場合には、バリアガスとして負イオンになりにくいガスを選択するようにしたガス分析装置である。
【００２５】
【実施例１】
この発明の実施例を図１、２について説明する。図１は全体図を示し、図２は質量分析部とイオン化部との接続部付近の拡大・詳細図である。励起源部である電子発生部と質量分析部との接続部付近の拡大・詳細図は省略するが、基本は図２と同等である。
【００２６】
即ちプロセスチャンバー１にオリフィス２を介して、イオン化部３の一側を連結し、該イオン化部３に収束レンズ４を設置すると共に、前記イオン化部３の他側にオリフィス５を介してバリア領域６を連結し、バリア領域６にオリフィス７を介して差圧領域８を連結し、差圧領域８にオリフィス９を介して質量分析部１０を連結する。
【００２７】
前記イオン化部３には、オリフィス１１、１２、１３を介してバリア領域１４、差圧領域１５及び電子発生部１６を順次直列に連結する。前記イオン化部３、差圧領域８、１５、電子発生部１６、質量分析部１０は夫々真空ポンプ１７、１８、１９の吸入側を接続してある。
【００２８】
前記バリア領域６、１４はＡｒが導入され、１×１０−１ｔｏｒｒの圧力に保たれている。バリア領域６、１４からはオリフィス５、１１を通して１×１０−３ｔｏｒｒの圧力のイオン化部３にＡｒが流れ出ている。バリア領域６、１４の厚み、オリフィス５、１１の直径とも２ｍｍ程度である。バリア領域６、１４では、ガスの平均自由行程は０．８ｍｍ、クヌーセン数は０．４程度となる。したがって、ガスはこのバリア領域６、１４をほとんど通過することが出来ない。即ち、イオン化部３に存在する付着性・腐食性の被分析ガスは、電子発生部１６や質量分析部１０には侵入することがほとんどない。
【００２９】
しかしながら、大きな実効平均自由行程を持つ電子やイオンは、このバリア領域６、１４を通過することが出来る。即ち、電子発生部１６から放出される電子ビームやイオン化部３から放出されるイオンビーム（イオン化された被分析ガス）はバリア領域６、１４を通過して、本来の機能を果たすことが出来る。
【００３０】
電子ビーム及びイオンビームは、収束レンズ４、２０によってバリア領域６、１４で最小径となるように収束されている。これにより、これらのビームが通過するオリフィス５、１１の開口径を小さくし、バリアガスの流出量を少なくして真空ポンプ１７、１８、１９の負荷を軽減している。
【００３１】
オリフィス７、９、１２、１３からは反対側の電子発生部１６および質量分析部１０にもＡｒガスが流れ出るが、これは差圧領域８、１５において差動排気されている。このため、電子発生部１６および質量分析部１０の圧力は１０−５ｔｏｒｒであり、その主成分はＡｒとなっている。ちなみに、従来例での質量分析部と電子発生部の圧力も１０−５ｔｏｒｒであるが、この主成分は付着性・腐食性の被分析ガスであり、決定的に異なっている。その他の動作については、従来例と同じである。なお、３０はイオン化領域であって、電子ビームによって被分析ガスがイオン化される領域である。イオンビームは、このイオン化領域から発生する。図２中２５、および２６は排気パイプ、２７はバリアガスの給送パイプである。
【００３２】
【実施例２】
この発明の他の実施例を図３について説明する。図２に対応する質量分析部とイオン化部との接続部付近の拡大・詳細図のみ示した。電子発生部と質量分析部との接続部付近の拡大・詳細図は省略するが、基本は図２と同等である。この実施例では、実施例１に対して電子発生部（第２電子発生部２４）が加えられている。その他の構成・動作は、実施例１と同じである。
【００３３】
図３に示す実施例は、実施例１の差圧領域８にオリフィス９を介して第２イオン化領域２１を連結すると共に、該第２イオン化領域にオリフィス２２、２３を介して質量分析部１０と、第２電子発生部２４を連結した装置であり、他の諸装置は実施例１と同一である。図３中２５、２６は真空ポンプ１７、１８と夫々連結する排気パイプ、２７はバリアガスの給送パイプ、２８は四重極型質量分析計である。
【００３４】
前記においてオリフィス９を通過したイオンビームには、バリア領域６を通過した時に電荷交換されて中性となってしまった被分析ガスも含まれているが、質量分析部１０ではイオン化されたガスしか分離・検出できない。そこで実施例２では、中性となった被分析ガスを第２電子発生部２４により再びイオン化する。第２イオン化領域２１にてイオン化された被分析ガスは、四重極型質量分析計２８にて質量分析される。第２電子発生部２４・第２イオン化領域２１・四重極型質量分析計２８の構成・動作は、図６の従来例と同様となる。これにより、感度を向上させることが出来る。
【００３５】
また、第２電子発生部２４を利用して、最適なバリアガスの導入量を設定することが出来る。即ち、前記電子発生部１６を動作させずに、第２電子発生部２４のみを動作させておき、バリアガスの導入量を徐々に減らしてバリア領域６の圧力を下げていく。この時、ある導入量から被分析ガス部に侵入し始め、被分析ガス部が検出されてくる。したがって、この値よりやや高い値が、被分析ガスを阻止し、かつイオンが通過しやすい最適なバリアガス導入量となる。
【００３６】
【実施例３】
この発明の他の実施例を図４について説明する。図２に対応する質量分析部とイオン化部との接続部付近の拡大・詳細図のみ示した。電子発生部と質量分析部１との接続部付近の拡大・詳細図は省略するが、基本は図２と同等である。即ち実施例１に対して、バリアガス流路が加えられ、バリア領域がイオン化部出口付近に局在化されている。また差圧領域および差圧用真空ポンプは除かれている。加速電極でイオンビームの運動エネルギー増加と開き角低減が図られている。さらに、収束レンズが電磁式として具体化されている。その他の構成・動作は、実施例１と同じである。
【００３７】
加速電極２９の入力はシールド用ガス導入系３１中を通過して、電源３２と連結する。またバリアガスの給送パイプ２７の先端にバリアガス流路３３の一端面を連結し、該バリアガス流路３３の他端はバリア領域３８に入る。またバリアガス流路３３はチューブ３５を介して質量分析部１０と連通させてある。
【００３８】
バリアガス流路３３は、軸対称な複数あるいは環状の流路から成り、イオン化部出口付近にバリアガスが集中するような構造となっている。したがってバリア領域３８はイオン化部３の出口に局在し、イオン化部３の出口を完全に密閉する栓の役目を果たす。更に、ここではイオン化部３側への強い流れが発生している。このため、質量分析部１０への被分析ガスの侵入は完全に阻止される。しかしながら、大きな実効平均自由行程を持つ電子やイオンは、このバリヤ領域３８を通過することが出来る。
【００３９】
また、バリア領域３８と質量分析部１０のガスの通過しやすさ、即ちコンダクタンスは、実施例１に比べてかなり小さくなっている。これは、バリア領域３８から質量分析部１０までの距離が長くなり形状が単なるオリフィスからチューブ３５に変更していること、チューブ３５の内径をより小さくしていることによる。このコンダクタンスの減少とバリア領域３８でのイオン化部３側への強い流れの効果により、差圧領域８および差圧用真空ポンプ１８が不要になっている。
【００４０】
この実施例のイオン化領域３０は、約４００Ｖの正電位が印加されている加速電極２９により囲まれている。このため正電荷をもつイオンビームの運動エネルギーは４００ｅＶ以上となり、実効平均自由行程が長くなる。その結果、バリア領域３８での損失が減り、通過するイオンビームの割合がより高くなる。ただし、イオンビームがこの高い運動エネルギーのまま四重極型質量分析計２８を通過すると正常な質量分析が行われなくなるので、四重極型質量分析計２８のベース電位として約４００Ｖの正電位を印加し四重極型質量分析計内ではイオンビームを減速させる。この減速・計測技術はよく知られた技術である。なお、負電荷を持つイオンビームの場合には、加速電極２９には負電位が印加される。
【００４１】
加速電極２９の出口は細く絞られており、すぐ外側に引出し電極が設置されている。このため、イオン化領域３０からイオンビームが効率よく引き出され、イオンビームの開き角が低減されている。そのため、チューブの内径は小さくなっているのに関わらず、通過イオンビーム量はあまり減少していない。加速電極２９の配線部にはシールドガスが流されており被分析ガスによる劣化を防いでいる。
【００４２】
電磁式の収束レンズは、被覆線を使用したコイルと磁極のみで構成されている。したがって、高電圧の電極や絶縁石を必要とする静電式とは異なり、被分析ガスによる劣化が少ない。
【００４３】
【実施例４】
この発明の他の実施例を図５について説明する。図２に対応する質量分析部１０とイオン化部との接続部付近の拡大・詳細図のみ示した。電子発生部と質量分析部との接続部付近の拡大・詳細図は省略するが、基本は図２と同等である。実施例３に対して、収束レンズが静電式となり、そこにバリアガス流路３７が組み込まれている。また、イオン化部３の全体が細長くなり、排気パイプ２５の接続口が左側終端に取り付けられている。イオン化領域３９とパイプまでの距離は約４０ｍｍ、有効内径は約５ｍｍである。また、バリアガスはイオン化部のほぼ全体に広がっており、およそ１×１０−２ｔｏｒｒとなっている。
【００４４】
４３は被分析ガスの給送パイプであって、これはイオン化領域３９よりやや右側に取り付けられている。被分析ガスのイオン化領域での圧力寄与は約１×１０−３ｔｏｒｒであり、バリアガスに比べて十分の１となっている。
【００４５】
なお、加速電極の設置有無は任意であるが、図５では除かれている。その他の構成・動作は、実施例３と同じである。即ち四重極型質量分析計２８を設置した質量分析部１０と、イオン化部３との間をチューブ４０で連結し、前記イオン化部３の外側にはバリアガス流路３７が収束レンズ４２を介して設置されている。前記イオン化部３の先端にイオン化領域３９が連設され、該イオン化領域３９に真空ポンプ１７の排気パイプ２５を連結する。図５中４１は絶縁石である。
【００４６】
イオン化部内の状況を詳しく説明する。バリアガス流路３７は質量分析部１０に近い領域に位置し、かつイオン化領域３９は真空ポンプ１７の接続口近くにある。そのため、イオン化領域３９の圧力は、イオン化部の中での「質量分析部１０寄り（右寄り）の大部分の領域」に比べてわずかに低い。また、バリアガスは、「質量分析部１０寄り（右寄り）の大部分の領域」からイオン化領域３９に流れている。そこで、本実施例では、「質量分析部１０寄り（右寄り）の大部分の領域」をバリア領域３８とみなすことが出来る。このバリア領域３８でのガスの平均自由行程は８ｍｍ、クヌーセン係数は０．２となる。また、イオン化部３の有効内径が長手方向の距離に比べて４分の１と短いこと、バリアガス流路３７が軸対称であることからバリア領域３８でのバリアガスの流れはほぼ均一となる。したがって、被分析ガスはバリアガスの流れに従って導入口よりイオン化領域３９側（左側）にのみ移動していき、質量分析器１０側（右側）には拡散しない。即ち、質量分析部１０には被分析ガスが侵入しない。しかしながら、大きな実効平均自由行程を持つ電子やイオンは、このバリヤ領域３８を通過することが出来る。
【００４７】
更に、収束レンズ４２も被分析ガスに曝されることがない。このため、絶縁石４１の劣化が発生せず、収束レンズ４２として構造が簡単で安価な静電式を使用することが出来る。また、質量分析部１０との圧力差は２桁と小さいので差圧領域が必要なく、しかも接続口のチューブ４０も実施例３とほど細長くする必要がない。
【００４８】
この発明は、上記実施例１、２、３、４に限らず、以下のように変更することが出来る。被分析ガスのイオン化のための励起源としては、電子以外にイオン・光（紫外線・レーザなど）あるいはプラズマなどによる加熱や放電なども使用できる。励起源の種類によっては被分析ガスにより劣化しないものもあるが、その場合はバリア領域を設置しない。逆に非常に劣化しやすい励起源の場合には、励起源にのみバリア領域を設置することも出来る。
【００４９】
イオンビームのエネルギー増加のためには、加速電極によりイオン化領域の電位を上げる機構以外に、イオン化領域と質量分析部の間の電位を下げる機構も利用できる。
【００５０】
質量分析方式としては、四重極型以外に磁場型も使用できる。バリアガスとしてはＡｒ以外にＨｅ・Ｎ２あるいはＳＦ６など多種類のガスを利用できる。被分析ガスのイオン化部への導入としては、オリフィスやパイプを経てガスの流れとして導入するもの以外に、極微小口径のオリフィスと大排気の真空パイプを組み合わせて分子線として導入する方法、あるいは圧力が十分に低いプロセスチャンバーとはイオン化部との間に何の隔壁を設けない方法も利用できる。
【００５１】
更に、被分析ガスのソースとしては、１０〜１０−１ｔｏｒｒのプロセスチャンバー以外に、あらゆる場所のあらゆる圧力にも適用できる。即ち、真空装置に限らず大気環境の直接分析やガスクロマト装置との接続など大気圧状態の被分析ガスの分析にも使用できる。ただし、いずれの場合にもイオン化領域の圧力は、バリア領域の圧力より低く、質量分析部や励起源側からイオン化領域側へバリアガスが流れている必要がある。
【００５２】
【発明の効果】
この発明によれば、付着性ガスや腐食性ガスが励起源部や質量分析部に侵入するのを防止することが出来るので、質量分析部や電子発生部を損傷することなく、インプロセス中に容易にガスを分析できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の概念図。
【図２】同じく図１のイオン化部、バリア領域、差圧領域及び質量分析部の拡大概念図。
【図３】同じく他の実施例のイオン化部、バリア領域、差圧領域及び質量分析部の拡大概念図。
【図４】同じく他の実施例のイオン化部、イオン化領域、バリアガス流路及び質量分析部の拡大概念図。
【図５】同じく他の実施例のイオン化部、バリア領域、収束レンズ及び質量分析部の拡大概念図。
【図６】従来の質量分析装置の概念図。
【符号の説明】
１  プロセスチャンバー
２、５、７、９、１１、１２、１３  オリフィス
３  イオン化部
４、２０、４２  収束レンズ
６、１４、３８  バリア領域
８、１５  差圧領域
１０  質量分析部
１６ 電子発生部
１７、１８、１９   真空ポンプ
２１  第２イオン化領域
２２、２３  オリフィス
２４  第２電子発生部
２５、２６  排気パイプ
２７  バリアガスの給送パイプ
２８  四重極型質量分析計
２９  加速電極
３０、３９  イオン化領域
３１  シールドガス用ガス導入系
３２  電源
３３、３７  バリアガス流路
３４  オリフィス
３５、４０  チューブ
４１  絶縁石
【図１】
0004172561.tif 000002
【図２】
0004172561.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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