massenspektrometriscrien Untersuchung eines Gasgemisches

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Massenspektrometer zur massenspektrometrischen Untersuchung von Gasgemischen, umfassend: eine lonisierungseinrichtung, sowie eine lonenfalle zur Speicherung und zur massenspektrometrischen Untersuchung des Gasgemischs. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines solchen Massenspektrometers sowie ein Verfahren zur

massenspektrometrischen Untersuchung eines Gasgemischs.

Ein Massenspektrometer, welches zur Analyse eines Restgases in einer EUV- Lithographieanlage eingesetzt wird und welches eine lonenfalle zur

Speicherung mindestens einer kontaminierenden Substanz aufweist, ist aus der WO 2010/022815 A1 bekannt geworden.

Massenspektrometrie wird neben der EUV-Lithographie in vielen weiteren Bereichen angewendet, beispielsweise zur Charakterisierung von chemischen Verbindungen in der medizinischen Chemie, zur Identifizierung von Substanzen in Körperflüssigkeiten oder Organen, in kriminaltechnischen Untersuchungen, Dopingkontrollen, der militärischen Analytik von chemischen Kampfstoffen, etc. Sie wird auch in der Pharmaco-Kinetik und in der Vakuumtechnik für die Restgasanalyse eingesetzt.

Bei der massenspektrometrischen Untersuchung von gasförmigen Stoffen bzw. Gasgemischen, wird die Masse, genauer gesagt das Masse-zu-Ladungs- Verhältnis, von Atomen oder Molekülen bestimmt, um eine chemische

Charakterisierung der gasförmigen Stoffe zu erhalten. Die zu untersuchenden Stoffe bzw. das zu untersuchende Stoffgemisch liegt entweder bereits in der Gasphase vor oder wird in die Gasphase überführt, um mittels einer

lonisierungseinheit ionisiert zu werden. Die auf diese Weise ionisierten Stoffe werden bei herkömmlichen Massenspektrometern einem Analysator zugeführt und typischer Weise durch ein elektrisches und/oder magnetisches Feld geleitet, in dem die Ionen aufgrund unterschiedlicher Masse-zu-Ladungs- Verhältnisse charakteristische Flugbahnen beschreiben und somit

unterschieden werden können.

Aufgrund der Nachteile von aktuell erhältlichen Massenspektrometern wie großen Abmessungen, langsamer Scanmessung, keiner besonders hohen Empfindlichkeit, etc. können Massenspektrometer nach dem Stand der Technik bei vielen Anwendungen nur bedingt oder sogar überhaupt nicht eingesetzt werden.

Beispielsweise hängt die Stabilität eines Messsignals eines Gasanalysators bzw. Massenspektrometers stark von der zeitlichen Stabilität der Ionisierung ab. Herkömmliche Quadrupol-Massenspektrometer arbeiten in der Regel mit Heiß- Filament-Ionisierung und haben typischerweise eine Ungenauigkeit von ca. 10%-20%. Alternative Arten der Ionisierung, wie z.B. Plasmaionisierung, die bei der Massenspektrometrie ebenfalls eingesetzt werden kann, haben aufgrund von Ungenauigkeiten der Plasmagasregelung und/oder Fluktuationen der Plasmaleistung in der Regel eine Ungenauigkeit im Bereich von 5%-10%.

Die zeitliche Fluktuation bei der Ionisierung führt zu einer proportionalen

Variation der Messsignale, was eine entsprechende Ungenauigkeit der

Messung zur Folge hat. Diese Ungenauigkeit ist insbesondere nachteilig, wenn der Gasanalysator bzw. das Massenspektrometer für quantitative Messungen und/oder für die Überwachung bzw. Untersuchung von Gasphasenprozessen in der Halbleiter- bzw. in der chemischen Industrie eingesetzt werden soll. Bei der Messung in vielen herkömmlichen Massenspektrometern, wie z.B. Quadrupol-Massenspektrometern, werden zudem Massen nacheinander gescannt, was zu einer langen Messzeit führt, die bei einer Messung mit hoher Auflösung im Bereich von mehreren Minuten, ja sogar von mehreren Stunden liegen kann.

Um eine geringe Menge von Analyten, d.h. von zu detektierenden

Gasbestandteilen, in einem Rest- bzw. Prozessgas nachweisen zu können, welches unter einem hohem Druck steht, braucht man einen hohen

Dynamikbereich (engl,„dynamic ränge"). Herkömmliche Massenspektrometer ermöglichen einen Dynamikbereich (Verhältnis von maximal messbarem Signal zum minimal messbaren Signal) von in der Regel nur ca. 10 ⁶ bis max. 10 ⁷ .

Um eine geringe Menge von Analyten in einem Restgas zu nachzuweisen, ist es erforderlich, dass das Massenspektrometer eine sehr geringe

Nachweisgrenze aufweist. Derzeit erhältliche Massenspektrometer erreichen eine Nachweisgrenze von 10 ^"13 mbar bis 10 ^"14 mbar. Für den empfindlichen Nachweis werden häufig Ladungsvervielfacher eingesetzt, welche eine große Streuung von über 20% aufweisen und darüber hinaus bei einem höheren Druck (>1 fX ⁴ mbar) typischer Weise nicht einsetzbar sind.

Massenspektrometer werden zudem für unterschiedliche Anwendungsfälle mit unterschiedlichen Druckbereichen des Analyten und/oder des

Hintergrundgases eingesetzt. Typischer Weise werden kommerzielle

Massenspektrometer für den einen oder den anderen Druckbereich ausgelegt, es gibt aber keine Massenspektrometer, die einen sehr großen Druckbereich abdecken, ohne dass zu diesem Zweck ein komplizierter druckspezifischer Umbau vorgenommen werden muss.

Aufgabe der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, ein Massenspektrometer sowie ein Verfahren anzugeben, welche die Untersuchung von Gasen bzw. Gasgemischen erleichtert und insbesondere mindestens einen der eingangs erwähnten

Nachteile beseitigt, so dass das Massenspektrometer auch in

Anwendungsgebieten verwendet werden kann, in denen eine solche

Verwendung bislang nicht bzw. nur mit großen Schwierigkeiten möglich war.

Gegenstand der Erfindung

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch ein

Massenspektrometer der eingangs genannten Art, bei dem die

lonisierungseinrichtung zur Zuführung von Ionen und/oder von metastabilen Teilchen eines lonisierungsgases und/oder von Elektronen zur der Ionenfalle für die Ionisierung des zu untersuchenden Gasgemischs ausgebildet ist, wobei das Massenspektrometer (bzw. eine dort vorgesehene Steuereinrichtung) ausgebildet bzw. programmiert ist, vor der Untersuchung des Gasgemischs die in der Ionenfalle vorhandene Anzahl von Ionen und/oder von metastabilen Teilchen des lonisierungsgases und/oder die Anzahl von Ionen eines in der Ionenfalle vorhandenen Restgases zu ermitteln.

Gemäß diesem Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, das Gasgemisch in der Messzelle zu ionisieren, die als Ionenfalle ausgebildet sein kann oder eine Ionenfalle enthalten kann. In diesem Fall wird typischer Weise das zu untersuchende Gasgemisch in Form eines Gasstroms bzw. eines Gaspulses im nicht ionisierten Zustand der Ionenfalle bzw. der Messzelle zugeführt und die Ionisierung erfolgt bevorzugt direkt in der ionenfalle (in-situ), und zwar typischer Weise durch eine Stoßionisierung bzw. Ladungsaustauschionisierung des Gasgemischs mit den Ionen und/oder metastabilen Teilchen des

lonisierungsgases bzw. mit den Elektronen. Die Ionisierung kann ggf. in der Messkammer außerhalb der Ionenfalle erfolgen. In diesem Fall erfolgt die Ionisierung bevorzugt in unmittelbarer Nähe zur lonenfalle und es findet ein lonentransport des ionisierten Gasgemischs in die lonenfalle statt.

Hierbei kann ein Einlass zum Zuführen des zu untersuchenden Gasgemisches in die lonenfalle einem Einlass zum Zuführen der Ionen und/oder der metastabilen Teilchen des lonisierungsgases bzw. der Elektronen gegenüber liegend angeordnet sein, so dass ein Gasstrom des zugeführten Gasgemischs und ein Teilchenstrahl aus den Ionen bzw. metastabilen Teilchen des lonisierungsgases und/oder den Elektronen gegeneinander ausgerichtet sind und in der lonenfalle oder ggf. in unmittelbarer Nähe zur lonenfalle aufeinander treffen.

Wie weiter oben beschrieben, kann die Ionisierung des zu untersuchenden Gasgemischs durch Elektronen, Ionen des lonisierungsgases und/oder durch metastabile Teilchen des lonisierungsgases erfolgen. Unter metastabilen Teilchen werden Atome bzw. Moleküle des lonisierungsgases verstanden, die elektrisch neutral sind, sich aber in einen angeregten (hochenergetischen) Elektronenzustand befinden. Unter dem zu untersuchenden Gasgemisch werden vorliegend Gemische aus gasförmigen Stoffen verstanden, in denen ggf. auch Partikel enthalten sein können, d.h. gasförmige Stoffe mit einer Massenzahl („amu" - engl, für„atomic mass unit") > 100 amu, ggf. >1000 amu oder > 10000 amu, ja sogar bis zu 2000000, d.h. Partikel, die eine

makromolekulare Struktur mit Partikelgrößen von ca. 0,001 μιη - 10 μιη oder darüber aufweisen können.

Als lonenfalle für das Massenspektrometer wird typischer Weise eine 3D- lonenfalle, wie beispielsweise die Paul'sche lonenfalle, verwendet, bei welcher der zu untersuchende gasförmige Bestandteil bzw. das zu untersuchende Gasgemisch in allen drei Raumdimensionen gefangen wird, so dass dieses stabile Oszillationen in allen drei Raumdimensionen ausführt und daher für längere Zeit zur Vermessung zur Verfügung steht (typischer Weise 1 ms oder mehr, bevorzugt weniger als 1 Sekunde oder 100 ms). Die Dimensionen des Raums, in dem der/die ionisierten Gasbestandteil(e) gefangen sind, liegen typischer Weise bei weniger als 50 cm x 50 cm x 50 cm, bevorzugt bei weniger als 50 mm x 50 mm x 50 mm.

Bevorzugt weist das Massenspektrometer einen steuerbaren Einlass zum gepulsten Zuführen des zu untersuchenden Gasgemischs zu der lonenfalle auf und das Massenspektrometer ist ausgebildet bzw. programmiert, die

Teilchenzahl von zu untersuchenden Bestandteilen bzw. lonenpopulationen (bei gegebenem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis) des ionisierten Gasgemischs in dem Massenspektrometer unter Berücksichtigung der ermittelten Anzahl von Ionen und/oder metastabilen Teilchen des lonisierungsgases und/oder der Anzahl von Ionen des Restgases zu bestimmen. Die ermittelte Anzahl von primären Ionen (d.h. von Ionen des lonisierungsgases und des Restgases) bzw. der metastabilen Teilchen des lonisierungsgases dient zur Kalibration bei der Messung bzw. Detektion, um den Einfluss von zeitabhängigen

Fluktuationen der Anzahl der für die Ionisierung bereitgestellten primären Ionen bzw. metastabilen Teilchen des lonisierungsgases bzw. der Anzahl der Ionen des Restgases zu minimieren. Zu diesem Zweck kann beim gepulsten Betrieb der lonenfalle vor der Zuführung eines jeweiligen Gaspulses eine Kalibration erfolgen, indem die ermittelte Anzahl von Ionen und/oder metastabilen

Teilchen, welche zur Ionisierung eines jeweiligen Gaspulses des

Gasgemisches zur Verfügung stehen, bei der Bestimmung der Teilchenzahl von zu untersuchenden ionisierten Bestandteilen des Gaspulses des zu untersuchenden Gasgemisches berücksichtigt wird. Die Berücksichtigung der ermittelten Anzahl der Ionen bzw. metastabilen Teilchen bei der Bestimmung der Teilchenzahl kann beispielsweise derart erfolgen, dass deren Anzahl in eine Proportionalitätskonstante (Korrekturfaktor) eingeht, mit der das Ergebnis der Messung (d.h. die gemessene Signalhöhe) multipliziert wird, um die gemessene Teilchenanzahl von zu untersuchenden ionisierten Bestandteilen des Gasgemischs zu korrigieren. Die Ionenfalle steht in der Regel über einen steuerbaren Einlass, beispielsweise in Form eines steuerbaren Ventils, mit einer Kammer, z.B. mit einer Prozesskammer, in Verbindung, in welcher das zu untersuchende Gasgemisch enthalten ist. Der steuerbare Einlass ist mit dem Betrieb der Ionenfalle synchronisiert, die in der Regel als FTIT(„Fourier Transform Ion Trap") ausgebildet ist. Entsprechend kann auch die lonisierungseinrichtung einen steuerbaren Einlass zur insbesondere gepulsten Zuführung der Ionen bzw. metastabilen Teilchen des Ionisierungsgases und/oder der Elektronen aufweisen.

Zur Detektion des zu untersuchenden Gasgemisches werden zunächst die Elektronen bzw. die Ionen und/oder metastabilen Teilchen des

Ionisierungsgases in die Ionenfalle injiziert, wobei typischer Weise eine Ionisierung eines dort vorhandenen Restgases erfolgt. Die erzeugten

Restgasionen sowie die Ionen des Ionisierungsgases (nachfolgend gemeinsam als primäre Ionen bezeichnet) werden durch die Ionenfalle gefangen bzw. dort gespeichert. Die primären Ionen werden nun mit einem elektrischen

Wechselsignal angeregt, so dass die primären Ionen eine geschlossene dreidimensionale Bewegung (Achterbahn-Bewegung) ausführen. Die

Achterbahn-Bewegung induziert auf die Deckelektroden bzw. Messelektroden der Ionenfalle einen Spiegelstrom, aus dessen Höhe die Anzahl von primären Ionen in der Ionenfalle mit einer Genauigkeit von kleiner als 5% bestimmt werden kann. Unter der Anzahl von primären Ionen wird im Sinne dieser Anmeldung auch eine zur Anzahl der primären Ionen proportionale Größe verstanden.

Alternativ oder zusätzlich kann auch die Anzahl von (neutralen) metastabilen Teilchen des Ionisierungsgases in der Ionenfalle ermittelt werden,

beispielsweise indem der herrschende Druck in der Ionenfalle z.B. durch die zeitliche Abnahme (Zeitkonstante) der lonentransienten, d.h. des Spiegelstroms auf den Messelektroden, ermittelt wird, da dieser unmittelbar von der mittleren freien Weglänge und damit vom Druck abhängig ist. Der Druck in der lonenfalle wird im Wesentlichen von dem zur Ionisierung in die lonenfalle eingelassenen lonisierungsgas, z.B. Helium, bestimmt, so dass daraus die tatsächlich in der lonenfalle vorhandene Anzahl der metastabilen Teilchen ermittelt werden kann, da die Anzahl der Ionen des lonisierungsgases anhand der Höhe der Spiegelströme ebenfalls bestimmt werden kann (s.o.). Falls das lonisierungsgas überwiegend aus metastabilen Teilchen besteht, kann ggf. auch auf die Bestimmung der Anzahl der Ionen des lonisierungsgases verzichtet werden (und umgekehrt). Die Anzahl von metastabilen Teilchen des Restgases ist aufgrund des typischer Weise deutlich geringeren Drucks (in der Regel ca. 3-4 Größenordnungen) des Restgases, z.B. Wasser, hierbei vernachlässigbar. Eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung der Anzahl an metastabilen Teilchen besteht darin, die Anzahl der durch die metastabilen Teilchen des lonisierungsgases ionisierten Teilchen des in der lonenfalle befindlichen Restgases (z.B. Wasser) zu bestimmen, um daraus (indirekt) die Anzahl der metastabilen Teilchen zu bestimmen, welche zur Ionisierung des Restgases geführt haben.

Auf die oben beschriebene Weise wird quasi das Grundrauschen bei der nachfolgenden Untersuchung des Gasgemischs in der lonenfalle ermittelt. Nach der Messung des Grundrauschens wird der steuerbare Gaseinlass geöffnet und das zu untersuchende Gas bzw. Gasgemisch wird aus der Kammer in Form eines Gaspulses in die Messkammer (bzw. in die lonenfalle) eingeleitet. Über eine Öffnung der lonenfalle dringt der Gaspuls in die lonenfalle ein und wird dort über einen Ladungsaustauschprozess bzw. durch Stoßionisation mit den Elektronen und/oder primären Ionen bzw. metastabilen Teilchen ionisiert und in der lonenfalle für die massenspektrometrische

Untersuchung gefangen gehalten. Nach der Ionisierung des zu untersuchenden Gasgemischs werden die Ionen bzw. die zu untersuchenden ionisierten Bestandteile des Gasgemischs mit einem elektrischen Impulssignal (Anregungssignal) angeregt. Hierbei werden die Ionen des zu untersuchenden Gasgemischs in eine Achterbahn-Bewegung gebracht, wobei jedes Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z) eine andere

Achterbahn-Frequenz aufweist. Diese Achterbahn-Bewegungen erzeugen wie bei den primären Ionen einen Spiegelstrom auf den Deckelelektroden bzw. Messelektroden. Dieses den Ionen zugeordnete Messsignal lässt sich Fouriertransformieren, wobei jede Fourier-Frequenz einem Masse-zu-Ladungs- Verhältnis m/z zugeordnet werden kann und die jeder Frequenz zugeordnete Signalhöhe (Hf) direkt proportional zu der lonenzahl bzw. der Teilchenzahl der jeweiligen lonenpopulation des zu untersuchenden ionisierten Bestandteils bei dem entsprechenden Masse-zu-Ladungs-Verhältnis m/z ist.

Um den Einfluss der zeitlichen Fluktuationen bei der Ionisierung durch die primären Ionen bzw. metastabilen Teilchen zu minimieren, kann wie folgt vorgegangen werden: Die Teilchenzahl bzw. die Signalhöhe Hf zu jeder Frequenz f bzw. jedem Masse-zu-Ladungs- Verhältnis m/z wird durch die folgende Gleichung bestimmt bzw. korrigiert:

H (korrigiert) =K * Hf (unkorrigiert)*H1/ Σ Hf, (1 ) wobei K einen von der Masse und der Frequenz unabhängigen Korrekturfaktor darstellt, H1 die Signalhöhe aller in der lonenfalle stabil gespeicherten und angeregten Ionen, Hf (unkorrigiert) die Spektralhöhe bzw. die Signalhöhe des interessierenden Ions bzw. des zu untersuchenden ionisierten Bestandteils und EHf die Summe aller Signalhöhen der im gemessenen Spektrum vorhandenen Spektrallinien bezeichnen. Der Korrekturfaktor K berücksichtigt die auf die oben beschriebene Weise ermittelte Anzahl von Ionen des lonisierungsgases und/oder des Restgases sowie der metastabilen Teilchen des

lonisierungsgases und wird typischer Weise für jeden Gaspuls neu berechnet, um den Einfluss von Fluktuationen der für die Ionisierung des zu untersuchenden Gasgemischs zur Verfügung stehenden Ionen bzw.

metastabilen Teilchen auf die Messung mehrerer Gaspulse zu eliminieren bzw. zu reduzieren. Die Spektrallinien des gemessenen Spektrums können hierbei auf Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse m/z beschränkt werden, die außerhalb des Spektrums der Ionen des lonisierungsgases bzw. des Restgases liegen, dies ist aber nicht zwingend erforderlich.

Bevorzugt ist das Massenspektrometer ausgebildet bzw. programmiert, zum Bestimmen der Teilchenzahl von zu untersuchenden ionisierten Bestandteilen des Gasgemischs eine Anregung der Ionen des Gasgemischs ohne eine Anregung der Ionen des lonisierungsgases und/oder des Restgases zu erzeugen. Zu diesem Zweck wird ein Anregungssignal (elektrisches

Impulssignal) der lonenfalle so gewählt, dass nach der Ionisierung des zu untersuchenden Gasgemischs alle Ionen außer den primären Ionen angeregt werden. Es ist möglich, dieses Anregungssignal beispielsweise derart auszubilden, dass die primären Ionen in der lonenfalle instabil werden und folglich die lonenfalle verlassen, so dass nur noch die Ionen des zu

untersuchenden Gasgemischs angeregt werden und in der Falle bleiben.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Massenspektrometer ausgebildet, die Anzahl der Ionen eines zu untersuchenden Bestandteils des ionisierten Gasgemischs in der lonenfalle mit einer Ungenauigkeit von weniger als 5% zu bestimmen. Die weiter oben beschriebene Messfolge einschließlich der

Bestimmung der primären lonenanzahl kann theoretisch beliebig oft wiederholt werden. Da bei jedem Messvorgang eine Normierung auf die primäre lonenzahl H1 vorweg durchgeführt wird, und die Umrechnung gemäß Gleichung (1 ) für die Bestimmung des korrigierten Messsignais bei jeder Messfolge verwendet wird, lassen sich die zeitlichen Fluktuationen aufgrund der Variation oder Drift in der Ionisierung theoretisch vollständig eliminieren. Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung, der insbesondere auch in

Kombination mit dem oben dargestellten Aspekt verwirklicht sein kann, ist das lonisierungsgas ein metastabiles Edelgas, insbesondere Helium. Um die Messung zu beschleunigen, wird in Stand der Technik versucht, die Ionen möglichst schnell in der Mitte der lonenfalle durch Gasbremsung

einzusammeln. Beispielsweise ist in der US 2010/0084549 A1 beschrieben, dass während des Betriebs ein Puffergas in die lonenfalle eingeführt werden kann, um die Ionen zu kühlen und im Zentrum der lonenfalle zu fokussieren. Dadurch ergibt sich jedoch eine deutliche Verschlechterung der

Massenauflösung bei einer In-Situ Messung (d.h. bei einer Messung in der lonenfalle), weshalb im Stand der Technik die lonendetektion typischer Weise außerhalb der lonenfalle durchgeführt wird.

Um eine gleichbleibende hohe Massenauflösung zu erreichen ohne dabei eine zu lange Zeit aufgrund des gezielten niedrigen Arbeitsdruckes in der lonenfalle abzuwarten, wird gemäß dem vorliegenden Aspekt der Erfindung

vorgeschlagen, dass das Massenspektrometer für die Zuführung von

metastabilen Teilchen eines lonisierungsgases in Form eines metastabilen Edelgases in die lonenfalle ausgebildet ist. Metastabile Edelgasteilchen sind neutrale Teilchen in einem angeregten Elektronenzustand (kurz vor der eigentlichen Ionisierung). Dadurch bekommen die metastabilen Teilchen einen besonders großen Wirkungsquerschnitt, welcher eine größere Stoß- Wahrscheinlichkeit mit den zu untersuchenden Bestandteilen des Gasgemischs in der lonenfalle zufolge hat. Dadurch werden die zu untersuchenden Ionen schneller im Zentrum der lonenfalle gesammelt, ohne dass zu diesem Zweck ein höherer Druck durch ein Puffergas benötigt wird, so dass deutlich schneller als bei bereits bekannten Lösungen gemessen werden kann. Als metastabiles Edelgas hat sich insbesondere Helium als günstig erwiesen. Es ist aber auch möglich, neben Edelgasen wie He, Ar, Kr, und Xe beispielsweise Wasserstoff (H2), Stickstoff (N2) bzw. Mischungen derselben als lonisierungsgas zu nutzen. Auch diese Gase können als metastabile Teilchen in die lonenfalle eingeleitet werden, um das zu untersuchende Gasgemisch im Zentrum der Falle zu sammeln

Bei einer Weiterbildung ist das Massenspektrometer zur Aufnahme von mindestens 10 Spektren/s mit einer Massen band breite von jeweils mindestens 500 amu bzw. 1000 amu ausgebildet. Wie weiter oben dargestellt wurde, kann durch die Verwendung von metastabilen Teilchen der Wirkungsquerschnitt bzw. die Stoßwahrscheinlichkeit des lonisierungsgases mit dem zu untersuchenden Gasgemisch bzw. mit den zu untersuchenden Gasbestandteilen erhöht und somit die Geschwindigkeit der Messung auf die oben angegebenen Werte gesteigert werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist die lonisierungseinrichtung eine Plasmaquelle zur Erzeugung von Ionen und/oder der metastabilen Teilchen des lonisierungsgases auf, um diese der lonenfalle zuzuführen. Die Ionisierung des lonisierungsgases kann z.B. durch eine Plasmaquelie realisiert werden, welches die Gasbestandteile des lonisierungsgases in einen metastabilen Elektronenzustand überführt oder diese ionisiert. Beispielsweise können hierbei Edelgase, z.B. Helium-Atome, in einen metastabilen Zustand überführt oder ionisiert werden. Das Verhältnis zwischen dem Anteil der Gasmoleküle des lonisierungsgases, der in Ionen umgewandelt wird, zu dem Anteil, der in metastabile Teilchen umgewandelt wird, kann durch eine geeignet ausgebildete Plasmaquelle bzw. eine geeignete Prozessführung beeinflusst werden, z.B. durch die Plasmaleistung und den Gasfluss des lonisierungsgases.

Es hat sich als günstig erwiesen, wenn das Plasma und damit die Ionen bzw. die metastabilen Teilchen des lonisierungsgases in einer Plasmaquelle außerhalb der lonenfalle generiert werden, d.h. wenn die Plasmaerzeugung in der Plasmaquelle und die Ionisierung des zu untersuchenden Gasgemischs (durch Stoßionisierung bzw. Ladungsaustauschionisierung) in der lonenfalle örtlich getrennt erfolgen, da auf diese Weise die durch das Plasma bedingte Temperaturerhöhung in der lonenfalle deutlich reduziert werden kann.

Die Plasmaquelle kann als Hochfrequenz-Plasmaquelle, Mittelfrequenz- Plasmaquelle, Gleichspannungs-Plasmaquelle, dielektrisch behinderte Entladungs-Plasmaquelle, Atmosphärendruck-Plasmaquelle, Korona- Entladungs-Plasmaquelle, etc. ausgebildet sein.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Plasmaquelle zur Erzeugung von Ionen und/oder metastabilen Teilchen des lonisierungsgases bei einer Temperatur von weniger als 100°C ausgebildet, d.h. die Plasmaentladung in der Plasmaquelle erfolgt bei einer niedrigen Temperatur (unter 100°C). Dies kann z.B. durch das Anlegen eines hochfrequenten Wechselfeldes (mit Frequenzen von 1 MHz bis 30 MHz) erreicht werden, da eine entsprechende HF-Entladung in vorteilhafter Weise bei Temperaturen von 10°C bis 200°C erfolgen kann. Es versteht sich, dass an Stelle einer Plasmaquelle auch eine andere Art von lonisierungseinrichtung eingesetzt werden kann, welche das (neutrale) lonisierungsgas in einen angeregten Elektronenzustand überführen bzw. ionisieren kann, um eine Stoß- bzw. Ladungsaustauschionisierung des Gasgemisches in der lonenfalle zu bewirken. Insbesondere durch einen Ladungsaustausch zwischen dem Analyten und den metastabilen

Edelgasteilchen lässt sich eine besonders sanfte (kalte) Ionisierung mit geringer Fragmentierung des Analyten erreichen.

Durch die geringe Fragmentierung des Analyten kann auch eine

Partikelmessung und Charakterisierung von großen Partikeln mit

Massenzahlen bis zu 2000000 amu in der lonenfalle erfolgen. Zu diesem Zweck kann ausgenutzt werden, dass das zu detektierende Masse-zu- Ladungs-Verhältnis m/z in der lonenfalle von der Speicheramplitude V _rf (Bahndurchmesser) und der Feldfrequenz wie folgt abhängt: m / z ~ V _rf / (fr _f ) ²

Somit können Partikel mit sehr großer Masse durch Erhöhung der

Speicheramplitude Vr _f und/oder durch Absenkung der Feldfrequenz f _rf in der lonenfalle vermessen werden.

In einer weiteren Ausführungsform weist die lonisierungseinrichtung zur Erzeugung der Elektronen eine Elektronenstrahlquelle auf. Die

Elektronenstrahlquelle kann insbesondere zur Erzeugung von Elektronen mit einer variablen Elektronenenergie beispielsweise im Bereich zwischen 1 eV und 100 eV ausgebildet sein. Die Elektronenstrahlquelle, z.B. in Form einer

Elektronenkanone, kann auch mit einer Fokussiereinrichtung bzw. mit einer Strahlführung ausgestattet sein, um die Elektronen auf den Gasstrom des zu untersuchenden Gasgemischs auszurichten. Die Elektronenstrahlquelle kann alternativ oder zusätzlich zur Plasmaquelle für die Ionisierung des

Gasgemischs eingesetzt werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung, der insbesondere auch mit einem der vorhergehenden Aspekte kombiniert werden kann, ist realisiert in einem

Massenspektrometer der eingangs genannten Art, welches ausgebildet ist, selektiv Ionen mit einem Masse-zu-Ladungsverhältnis aus der lonenfalle zu entfernen oder zu unterdrücken, deren Teilchenzahl einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Um den Dynamikbereich des Massenspektrometers zu erhöhen, wird vorgeschlagen, große lonenpopulationen zu unterdrücken oder aus der lonenfalle zu entfernen, so dass bestimmte Untermengen von lonenpopulationen genauer gemessen werden können.

Das Entfernen bzw. Unterdrücken der lonenpopulationen kann beispielsweise bei einer„Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance" (FTICR)-Falle durch die so genannte SWIFT (Storage Wave-Form Inverse Fourier Transform)

Anregung erfolgen, wie beispielsweise in dem Artikel„Extension of Dynamic Range in Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry via Strored Waveform Inverse Fourier Transform Excitation" von Tan-Chin Lin Wang et al., Anal. Chem. 1986, 58, 2935-2938 beschrieben ist. Hierbei kann insbesondere in mehreren Messbereichen mit unterschiedlichen Masse-zu- Ladungs-Verhältnissen eine simultane Messung erfolgen.

Eine Erhöhung des Dynamikbereichs kann auch bei einem weiteren Aspekt der Erfindung erreicht werden, der insbesondere mit einem oder mehreren der oben beschriebenen Aspekte kombiniert werden kann und bei dem ein

Massenspektrometer der eingangs genannten Art ausgebildet ist, selektiv Ionen bzw. zu untersuchende ionisierte Bestandteile des Gasgemischs in

vorgegebenen Messbereichen des Masse-zu-Ladungsverhältnisses zu detektieren. Auf diese Weise kann eine massenselektive zeitmultiplexe

Messung realisiert werden, welche es ebenfalls ermöglicht, den

Dynamikbereich zu erhöhen.

Es ist auch möglich, weitere, komplexere Mess-modi (z.B. eine beliebige Kombination aus den beiden oben beschriebenen Methoden (SWIFT bzw. Zeitmultiplexing)) zu verwenden, um die Dynamik zu erhöhen. Dabei ist stets darauf zu achten, dass die Messeinrichtung nicht übersteuert wird.

Bei einer Weiterbildung weist das Massenspektrometer einen Dynamikbereich von 10 ⁸ (bzw. 10 ⁸ : 1 ) oder darüber auf. Ein solcher Dynamikbereich lässt sich durch die Verwendung eines bzw. einer Kombination der beiden oben beschriebenen Messverfahren erreichen.

Bei einer Weiterbildung ist die lonenfalle zur Akkumulation von einzelnen Ionen des Gasgemischs ausgebildet und das Massenspektrometer weist eine

Nachweisgrenze von 10 ^"15 mbar oder weniger (d.h. < 10 ^"15 mbar) auf.

lonenfallen-Massenspektrometer arbeiten in der Regel diskontinuierlich, d.h. nach einer vorgegebenen Akkumulationszeit (beispielsweise weniger als 100 ms) kann eine Analyse der lonenzahl stattfinden. Insbesondere lassen sich in einer lonenfalle ggf. sowohl eine Akkumulation des zu detektierenden

Gasbestandteils als auch eine Separation des zu detektierenden

Gasbestandteils von weiteren gasförmigen Bestandteilen vornehmen.

Durch Kombination der oben beschriebenen Methoden zur Erhöhung der Dynamik (SWIFT bzw. Zeitmultiplex-Messung) mit der Akkumulationsfähigkeit der lonenfalle können besonders geringe/schwache lonenpopulationen nachgewiesen werden. Hierbei können einzelne Ionen akkumuliert werden, bis ein ausreichend großes Messsignal vorhanden ist. Bei bekanntem Messsignal und bekannter Akkumulationszeit kann die zu untersuchende lonenpopulation quantitativ bestimmt werden. Auf diese Weise kann die Nachweisgrenze des Massenspektrometers bis auf 10 ^"15 mbar oder darunter gesenkt werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung, der insbesondere mit einem der

vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, ist verwirklicht in einem

Massenspektrometer, welches eine Druckreduzierungseinheit mit mindestens einer, bevorzugt mindestens zwei, insbesondere drei oder mehr in Serie schaltbaren modularen Druckstufen zur Reduzierung des Gasdrucks des zu untersuchenden Gasgemischs aufweist. Gemäß diesem Aspekt wird vorgeschlagen, eine Druckreduzierungseinheit mit einem modularen Aufbau von einer, zwei bzw. drei (oder ggf. mehr) Druckstufen zu realisieren, die zwischen einer Messkammer (typischer Weise mit lonenfalle, ggf. auch mit einem herkömmlichen Massenspektrometer, z.B. einem Quadrupol- Massenspektrometer) und der Kammer mit dem zu untersuchenden

Gasgemisch angebracht werden können. Je nach Anwendung können auf diese Weise eine, zwei oder drei Druckstufen in Serie geschaltet werden, um den Gasdruck so weit zu verringern, dass das Gasgemisch der Messkammer zugeführt werden kann. Für den Fall, dass der Gasdruck in der Kammer mit dem zu untersuchenden Gasgemisch klein genug ist (z.B. < 0 ^"5 mbar), kann ggf. auf eine Druckreduzierungseinheit verzichtet werden, d.h. es wird keine Druckstufe zwischen der Kammer mit dem zu untersuchenden Gasgemisch und der Messkammer benötigt bzw. eingebracht.

Die Druckreduzierungseinheit kann z.B. aus drei (oder mehr) aufeinander abgestimmten Druckstufen bestehen, wobei die Abstimmung durch eine Druckreduzierung um ca. 100-1000 mbar bei jeder Druckstufe realisiert werden kann. Bei einem hohen Gasdruck des zu untersuchenden Gasgemischs (100 bar -10 ^"2 mbar) können alle drei Druckstufen, bei mittlerem Druck (10 ^"2 mbar - 10 ^"5 mbar) des Gasgemischs können zwei und bei niedrigem Gasdruck (<10 ^"5 mbar) kann nur eine Druckstufe eingesetzt werden. Gegebenenfalls kann bei einem Druck in der Kammer mit dem zu untersuchenden Gasgemisch, der bei 10 ^"5 bar oder darunter liegt, auf das Vorsehen einer Druckstufe verzichtet werden. Die Druckstufen sind modular aufgebaut und können in Serie geschaltet werden, indem diese aneinander befestigt werden, beispielsweise indem diese an Flanschen gasdicht miteinander verschraubt werden. Auf diese Weise können die Druckstufen sehr schnell abgebaut bzw. wieder aneinander angebaut werden, um den gewünschten Druckbereich des zu detektierenden Gasgemischs zu bedienen.

Durch die Verwendung von einer oder mehr Druckstufen bzw. von keiner Druckstufe lässt sich das Massenspektrometer zur Untersuchung von

Gasgemischen mit einem Gasdruck zwischen 10 ⁵ mbar und 10 ^"15 mbar einsetzen und kann insbesondere auf besonders einfache Weise an den gewünschten Druckbereich angepasst werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung, welcher insbesondere mit einem der vorhergehenden Aspekte kombinierbar ist, ist verwirklicht in einem

Massenspektrometer, welches ausgebildet ist, ionisierte zu untersuchende Bestandteile des Gasgemischs in der lonenfalle mehrmals anzuregen und bei jeder Anregung während einer vorgegebenen Zeitdauer ein Massenspektrum der ionisierten zu untersuchenden Bestandteile aufzunehmen. Gemäß diesem Aspekt wird vorgeschlagen, die Möglichkeit von lonenfallen- Massenspektrometern auszunutzen, eine mehrfache Wiederholung der Ionen- Anregung durchzuführen, ohne zu diesem Zweck eine weitere Baugruppe einsetzen zu müssen. Bei jeder Anregung kann eine Detektion der ionisierten zu untersuchenden Bestandteile vorgenommen bzw. ein Massenspektrum aufgenommen werden.

Bei einer Weiterbildung liegt die Zeitdauer zur Aufnahme des

Massenspektrums bei ca. 5 ms oder weniger. Aufgrund der Tatsache, dass die zu untersuchenden Bestandteile des Gasgemischs nur angeregt aber nicht erneut ionisiert werden müssen, kann sehr schnell ein Massenspektrum aufgenommen werden, indem das entsprechende Messfenster zur Bestimmung des Massenspektrums verschoben bzw. mit der Anregung der ionisierten Bestandteile synchronisiert wird. Auf diese Weise können Analyten-Moleküle während einer chemischen Reaktion vermessen werden, bevor sie

untereinander reagieren bzw. es können Zwischenprodukte detektiert werden, so dass durch die Verschiebung des Messfensters die Reaktionsdynamik erfasst und der chemische Reaktionsvorgang in Echtzeit abgebildet werden kann.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die lonenfalle ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Fouriertransformations-Ionenfalle, insbesondere

Fouriertransformation-Ionenzyklotronresonanz-Falle, Penning-Falle, Toroid- Falle, Paul-Falle, lineare Falle, Orbitrap, EBIT und RF-Buncher. Bevorzugt ist die lonenfalle zur Detektion der in der lonenfalle gespeicherten bzw.

akkumulierten Ionen insbesondere unter Verwendung einer Fourier- Transformation ausgebildet.

Die Verwendung einer solchen lonenfalle, beispielsweise einer FT-Ionenfalle, ermöglicht die Realisierung schneller Messungen (mit Messzeiten im

Sekundenbereich oder darunter, z.B. im Millisekunden-Bereich). Bei diesem Fallentyp wird der durch die gefangenen Ionen auf den Messelektroden generierte Induktionsstrom zeitabhängig detektiert und verstärkt. Anschließend wird diese Zeitabhängigkeit über eine Frequenztransformation wie z.B. über eine Fast-Fourier-Transformation in den Frequenzraum überführt und die Massenabhängigkeit der Resonanzfrequenzen der Ionen genutzt, um das Frequenzspektrum in ein Massenspektrum umzuwandeln. Massen- spektrometrie mittels einer Fourier-Transformation kann zur Durchführung schneller Messungen grundsätzlich mit unterschiedlichen Typen von

lonenfallen (z.B. mit den oben beschriebenen Typen) durchgeführt werden, wobei die Kombination mit der so genannten lonenzyklotronresonanz-Falle am gebräuchlichsten ist. Die FT-ICR-Falle stellt eine Abwandlung der Penning- Falle dar, bei der die Ionen in elektrische Wechselfelder und ein statisches Magnetfeld eingeschossen werden. In der FT-ICR-Falle (magnetische oder elektrische ICR-Falle) kann mittels Zyklotronresonanzanregung

Massenspektrometrie betrieben werden. In einer Abwandlung hiervon kann die Penning-Falle auch mit einem zusätzlichen Puffergas betrieben werden, wobei durch das Puffergas in Kombination mit einer Magnetronanregung mittels eines elektrischen Dipolfeldes und einer Zyklotronanregung mittels eines elektrischen Quardrupolfeldes eine Massenselektion durch räumliche Separation der Ionen erzeugt werden kann, so dass die Penning-Falle auch zur Separation des zu detektierenden Stoffes von anderen Stoffen eingesetzt werden kann. Da das Puffergas bei diesem Fallentyp auf die eingeschlossenen Ionen im Allgemeinen bewegungsdämpfend und somit„kühlend" wirkt, wird dieser Fallentyp auch als „Kühlerfalle" bezeichnet.

Die so genannte Toroid-Falle ermöglicht gegenüber einer herkömmlichen Quadrupolfalle eine kompaktere Bauweise bei im Wesentlichen identischer Ionen-Speicherkapazität. Bei der linearen Falle (engl,„linear trap") handelt es sich um eine Abwandlung der Quadrupol-Falle bzw. Paul-Falle, bei der die Ionen nicht in einem dreidimensionalen Quadrupol-Feld, sondern mittels eines zusätzlichen Randfeldes in einem zweidimensionalen Quadrupol-Feld gehalten werden, um die Speicherkapazität der Ionenfalle zu erhöhen. Die sog. Orbitrap weist eine zentrale, spindelförmige Elektrode auf, um die herum die Ionen durch die elektrische Anziehung auf Kreisbahnen gehalten werden, wobei durch eine dezentrale Injektion der Ionen eine Schwingung entlang der Achse der Zentralelektrode erzeugt wird, die in den Detektorplatten Signale erzeugt, die ähnlich wie bei der FT-ICR-Falle (durch FT) nachgewiesen werden können. Eine EBIT (Electron Beam Ion Trap - Elektronenstrahl-Ionenfalle) ist eine Ionenfalle, bei der die Ionen durch Stoßionisation mittels einer lonenkanone erzeugt werden, wobei die auf diese Weise erzeugten Ionen durch das elektromagnetische Feld der Falle angezogen werden und von diesem eingefangen werden. Die Ionen können auch in einem RF(„radio frequency" - Hochfrequenz)-Buncher, z.B. einem sog. RFQ(Quadrupol)-Buncher gespeichert werden. Es versteht sich, dass neben den oben aufgeführten Fallentypen auch andere Typen von lonenfallen zur Gasanalyse verwendet werden können, die ggf. mit einer Auswertung unter Verwendung einer Fourier-Transformation kombiniert werden können.

Das oben beschriebene Massenspektrometer auf der Basis einer Ionenfalle (insbesondere mit Plasmaionisierung) kann für den Nachweis von kleinsten Spurenelementen in unterschiedlichen Bereichen eingesetzt werden:

Das Massenspektrometer kann beispielsweise zur massenspektrometrischen Untersuchung eines Gasgemischs in der EUV-Lithographie verwendet werden. Bei dieser Verwendung kann insbesondere ein in einem EUV- Lithographiesystem, z.B. in einer EUV-Lithographieanlage, enthaltenes

Restgas analysiert werden, beispielsweise im Hinblick auf darin enthaltene kontaminierende Stoffe. Der Einsatz des Massenspektrometers in der EUV- Lithographie wird durch folgende der weiter oben aufgeführten Merkmale ermöglicht bzw. begünstigt:

• Quantitative Messung mit kontinuierlicher hoch genauer Online-In- Situ Kalibrierung (Ungenauigkeit kleiner 5%) zur Bestimmung, wie viele Ionen bei einem Bestimmten Peak (Masse-zu-Ladungs- Verhältnis) in der lonenfalle vorhanden sind,

• Hoher Dynamikbereich: bis 10 ⁸ oder mehr (Verhältnis zwischen intensivstem und schwächstem Signal),

• Niedrige Nachweisgrenze: bis 10 ^~15 mbar,

• Druckbereich des zu untersuchenden Mediums: 10 ^~15 mbar - 10 ³ mbar bei gleichbleibender Nachweisgrenze,

• Eine Elektronenstoß-Ionisierung, kalte Ionisierung mittels Plasmaionisierung oder Ionisierung mittels metastabiler Teilchen mit geringer Fragmentierung, einfacher Ionisierung bei niedriger Temperatur (<100°C)

Bei der Verwendung des Ivlassenspektrometers in einer EUV- Lithographieanlage kann beispielsweise eine Anbindungsposition des

Ivlassenspektrometers in einer Projektionssystem der EUV-Lithographieanlage in einem Abstand von weniger als 50 cm von mindestens einem Spiegel des Projektionssystems, eine Anbindungsposition in einem Beleuchtungssystem der EUV-Lithographieanlage in einem Abstand von weniger als 50 cm von mindestens einem Spiegel des Beleuchtungssystems oder eine

Anbindungsposition in einer Strahlungserzeugungssystem der EUV- Lithographieanlage in einem Abstand von weniger als 1 m, bevorzugt von weniger als 50 cm von einem Kollektor(-Spiegel), einer EUV-Lichtquelle oder einer Öffnung zum Durchtritt von EUV-Strahlung von der

Strahlungserzeugungssystem in das Beleuchtungssystem gebildet sein.

Es ist günstig, wenn die Anbindungsposition des Ivlassenspektrometers, welche definiert ist durch eine Öffnung an der Wandung eines Vakuum-Gehäuses, typischer Weise des Projektionssystems, des Beleuchtungssystems oder des Strahlungserzeugungssystems, durch welche die zu untersuchenden Stoffe in das Massenspektrometer eintreten können, in der Nähe eines Spiegels der EUV-Lithographieanlage gebildet ist, um gezielt kontaminierende Stoffe detektieren zu können, die sich ggf. auf der optischen Oberfläche des Spiegels anlagern können. Die Anordnung des Massenspektrometers in einer

Anbindungsposition in der Nähe einer Öffnung zwischen dem

Strahlungserzeugungssystem und dem Beleuchtungssystem ist günstig, um bestimmen zu können, wie groß der Anteil an kontaminierenden Stoffen ist, der von dem Strahlungserzeugungssystem in das Beleuchtungssystem übertritt. Die Anordnung des Massenspektrometers in einer Anbindungsposition in der Nähe der EUV-Lichtquelle ermöglicht es, von der EUV-Lichtquelle erzeugte kontaminierenden Stoffe zu detektieren bzw. zu messen.

Bei einer Weiterbildung ist das Massenspektrometer von einem eine

Restgasatmosphäre aufweisenden Gehäuse der EUV-Lithographieanlage, in dem die EUV-Strahlung geführt wird, durch eine Vakuumverbindung getrennt, wobei die Vakuumverbindung einen Querschnitt von weniger als 100 mm, bevorzugt von weniger als 5mm, insbesondere von weniger als 1 mm bzw. von weniger als 500 pm und typischer Weise von mehr als 50 pm aufweist. Für die massenspektrometrische Untersuchung ist es günstig, wenn der Querschnitt der Vakuumverbindung zwischen dem Massenspektrometer und einem

Gehäuse des Projektionssystems, des Beleuchtungssystems, des

Strahlungserzeugungssystems oder eines diese umschließenden Vakuum- Gehäuses nicht zu groß gewählt wird. Insbesondere kann durch eine solche Vakuumverbindung der Innenraum des Massenspektrometers mittels einer Vakuum-Pumpe bzw. einer Vakuumerzeugungseinrichtung evakuiert werden, die nur bzw. hauptsächlich den Innenraum des Massenspektrometers evakuiert.

Bei einer weiteren Weiterbildung wird/werden in einer insbesondere

Wasserstoff und/oder Helium und/oder Luft enthaltenden Restgasatmosphäre der EUV-Lithographieanlage bei der massenspektrometrischen Untersuchung mindestens einer der folgenden kontaminierenden Stoffe oder deren Gemische gemessen bzw. nachgewiesen: Sauerstoff, Ozon, Wasser, C _x H _y O _z bis 10 Mamu, Partikel bis 10 Mamu, Metall-CxH _Y Oz-Verbindungen bis 10 Mamu, wobei 1 Mamu = 1 000 000 amu.

Die Erfindung umfasst auch eine EUV-Lithographieanlage, welche wie die weiter oben im Zusammenhang mit der Verwendung des Massenspektrometers beschriebenen EUV-Lithographieanlage ausgebildet ist.

Eine weitere Verwendung des Massenspektrometers betrifft die

massenspektrometrische Untersuchung eines Gasgemischs bei einem

Beschichtungsprozess in einer Beschichtungsanlage, das beispielsweise Prozessgase enthalten kann. Das oben beschriebene Massenspektrometer kann insbesondere eine Selbstreinigungsfunktion aufweisen, um in der

Messkammer bzw. in der lonenfalle gebildete Ablagerungen zu entfernen, die durch die zu untersuchenden Gasgemische, insbesondere die Prozessgase, entstehen. Durch die Möglichkeit der Selbstreinigung kann das

Massenspektrometer in vielen beschichtenden Prozessen eingesetzt werden. Ein weiteres besonderes Merkmal des hier beschriebenen

Massenspektrometers stellt sein geringer Bauraum dar (ca. 300 mm hoch x ca. 300 mm breit und ca. 200-300 mm tief) Dies ermöglicht den Einsatz des Massenspektrometers in vielen Anwendungen, bei denen der Bauraum eine Rolle spielt (z.B. MOCVD, s.u.).

Die Selbstreinigung kann beispielsweise wie in der WO 02/00962 A1 dargestellt erfolgen, welche ein in-situ Reinigungssystem zum Entfernen von

Ablagerungen beschreibt, die von Prozessgasen in einer Probenkammer eines Prozessmonitors einer Wafer-Herstellungsanlage erzeugt werden.

Ablagerungen, die sich im Laufe einer oder mehrerer Analysen in der

Probenkammer einstellen, können bei Bedarf mittels eines Reinigungsgases entfernt werden. Das Reinigungsgas bildet bei der Erzeugung eines Plasmas in der Probenkammer mit den Ablagerungen ein gasförmiges Reinigungsprodukt, welches aus der Probenkammer ausgetragen wird. Bei einer Weiterbildung der obigen Verwendung ist der Beschichtungsprozess ausgewählt aus der Gruppe umfassend: chemische Gasphasenabscheidung („chemical vapor deposition", CVD), metallorganische chemische

Gasphasenabscheidung („metal organic chemical vapor deposition", MOCVD), metallorganische Gasphasenepitaxie („metal organic chemical vapor phase epitaxy", MOVPE), plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung („plasma enhanced chemical vapor deposition", PECVD),

Atomlagenabscheidung („atomic layer deposition", ALD), physikalische

Gasphasenabscheidung („physical vapor deposition", PVD), (insbesondere plasmaunterstützte) Ätz- und Implantationsprozesse, sowie

Molekularstrahlepitaxie(„molecular beam epitaxy", MBE)-Prozesse.

Der Einsatz des Massenspektrometers in diesem Anwendungsgebiet ist durch folgende der oben beschriebenen Merkmale möglich bzw. wird durch diese begünstigt:

• Hoher Dynamikbereich bis 10 ⁸ oder mehr (Verhältnis max./min. Signal),

• Hohe Scangeschwindigkeit: bis 10 Spektren/s oder darüber mit

einem Massenbandbreite von bis zu ca. 1000 amu,

• Niedrige Nachweisgrenze: bis 10 ^~15 mbar,

• Druckbereich des zu untersuchenden Mediums: 10 ^"15 mbar - 10 ³ mbar bei gleichbleibender Nachweisgrenze,

• Elektronenstoß-Ionisierung oder kalte Ionisierung mittels

Plasmaionisierung oder Ionisierung mittels metastabilen Teilchen mit geringer Fragmentierung, einfacher Ionisierung bei niedriger Temperatur (<100°C),

• durch eine geeignete schnelle Messmethode (im Millisekunden-Bereich) ist es möglich, den realitätstreuen chemischen Vorgang in Echtzeit abzubilden

• Partikelmessung und Charakterisierung in der Prozesskammer • Selbstreinigung des Massenspektrometers durch eine

geeignete Reinigungsmethode

Bei einer Weiterbildung ist eine Einbindungsposition des Massenspektrometers in der Beschichtungsanlage in einem Gasversorgungssystem, in einem

Gasmischsystem, oder in einem Gasentsorgungssystem, insbesondere vor oder nach einer Vakuumpumpe des Gasentsorgungssystems und/oder in einem Abstand von weniger als 1 m, bevorzugt von weniger als 50 cm von einer Prozess-Kammer gebildet. Das Massenspektrometer kann insbesondere direkt an die Prozess-Kammer angebunden werden. Weiterhin kann das bzw. ein weiteres Massenspektrometer im Gasversorgungssystem, im

Gasmischsystem oder in einem Gasentsorgungssystem, insbesondere in einer Vakuumleitung zwischen der Prozess-Kammer und einer Vakuumpumpe unmittelbar vor der Vakuumpumpe oder in einer Abgasleitung nach der

Vakuumpumpe angebracht werden. Durch die geeignete Wahl einer

Einbindungsposition kann anhand des Ergebnisses der

massenspektrometrischen Untersuchung auf den Prozess in gewünschter Weise eingewirkt werden, d.h. dieser kann insbesondere gesteuert oder geregelt werden.

Bei der Verwendung des Massenspektrometers in einer Beschichtungsanlage kann bei der massenspektrometrischen Untersuchung mindestens einer der folgenden Stoffe, deren Gemische und/oder Reaktionsprodukte, Cluster und/oder Verbindungen gemessen werden: H ₂ , He, N ₂ , 0 ₂ , PH ₃ , AsH ₃ , B, P, As, CH ₄ , CO, C0 ₂ , Ar, SCI ₄ , SiHCI ₃ , SiH ₂ CI ₂ , H ₂ 0, C _x H _y , TrimethylGa, TriethylGa, TrimethylAI, TriethylAI, Trimethylln, Triethylln, Cp ₂ Mg, SiH ₄ , Si ₂ H ₆ ,

Tetrabutylammonium, TetrabutylSilan, Xe Isotrope, Kr Isotrope,

Hexamethyldisiloxan, Tert-Butylarsin, Trimethylarsin, Diethyl-tert-Butylarsin, Diethyl-tert-Butylphosphin, Di-tert-Butylphosphin, Tert-Butylhydrazin,

Dimethylhydrazin, Indium, Aluminium, Gallium, Bor, Silizium, Gold, Antimon, Bismut. Bei einer Weiterbildung wird der mindestens eine Stoff, das Gemisch, das Reaktionsprodukt, der Cluster und/oder die Verbindung bei einer Temperatur in der Prozess-Kammer zwischen 15°C und 5000°C, bevorzugt zwischen 100°C und 2000°C und bei dem Druck in der Prozess-Kammer zwischen 10 ^"10 mbar bis 5 bar, vorzugsweise zwischen 10 ^"8 mbar und 1 bar gemessen.

Die Erfindung umfasst auch eine Beschichtungsanlage, welche wie die weiter oben im Zusammenhang mit der Verwendung des Massenspektrometers beschriebene Beschichtungsanlage ausgebildet ist.

Eine weitere Verwendung des oben beschriebenen

Massenspektrometers liegt auf dem Gebiet der Analyse, Präparation,

Bearbeitung, Modifikation und/oder Manipulation von Proben. Das

Massenspektrometer kann in diesem Fall beispielsweise zum Gas- und/oder Restgas-Monitoring bzw. zur Überwachung, zur Analyse

und/oder zur Regelung einer Vorrichtung dienen, welche der Analyse,

Präparation, Bearbeitung, Modifikation und/oder Manipulation von

Proben dient. Bei der Vorrichtung kann es sich beispielsweise um ein

Mehrstrahlgerät handeln, bei der beispielsweise eine Elektronen- und/oder lonenstrahlsäule, ein Laserstrahl, ein Röntgenstrahl (X-Ray),

Photonenstrahl etc. wahlweise eingesetzt werden können, um eine

Probe zu präparieren, bearbeiten, modifizieren und/oder zu

manipulieren sowie ggf. zu analysieren. Es kann sich bei der

Vorrichtung auch um eine Vorrichtung zur Oberfiächenabtastanalytik handeln, die ggf. auch in das Mehrstrahlgerät integriert sein kann.

Eine weitere Verwendung des oben beschriebenen Massenspektrometers liegt auf dem Gebiet der Gasanalyse im Bereich der Chemie, genauer gesagt der chemischen Prozessanalyse. Der Einsatz eines Massenspektrometers in diesem

Anwendungsbereich ist durch folgende Merkmale möglich bzw. wird

durch diese begünstigt:

• Quantitative Messung mit kontinuierlicher hoch genaue Online-Insitu

Kalibrierung (Ungenauigkeit kleiner 5%) zur Bestimmung, wie viele Ionen bei einem bestimmten Peak (Masse-zu-Ladungs-Verhältnis) in der lonenfalle vorhanden sind,

• Hohe Scangeschwindigkeit: bis 10 Spektren/s oder mehr mit einer

Massenbandbreite von bis zu mindestens ca. 1000 amu,

• Hoher Dynamikbereich bis 10 ⁸ oder mehr (Verhältnis max./min.),

• Niedrige Nachweisgrenze: bis 10 ^~15 mbar,

• Druckbereich des zu untersuchenden Mediums: 10 ^"15 mbar - 10 ³ mbar bei gleichbleibender Nachweisgrenze,

• Elektronenstoß-Ionisierung oder kalte Ionisierung mittels Plasmaionisierung oder Ionisierung mittels metastabilen Teilchen mit geringer Fragmentierung, einfacher Ionisierung bei niedriger Temperatur (<100°C),

• Durch eine geeignete schnelle Messmethode (in Millisekunden-Bereich) ist es möglich, den realitätstreuen chemischen Vorgang in Echtzeit abzubilden.

Eine weitere Verwendung des oben beschriebenen Massenspektrometers liegt auf dem Gebiet der Schwingungsdetektion bzw. der Schwingungsanalyse von typischer Weise mechanischen Schwingungen. Das Massenspektrometer kann insbesondere zur Detektion bzw. zur Analyse von Schwingungen in einem Bereich zwischen ca. 1 Hz und ca. 15 KHz verwendet werden. Bei den

Schwingungen kann es sich insbesondere um Eigenschwingungen eines Set- Ups bzw. einer Vorrichtung handeln, in die das Massenspektrometer verbaut ist, d.h. die Schwingungen werden am Einsatzort des Massenspektrometers detektiert und das Massenspektrometer wird als Schwingungssensor genutzt. Zu diesem Zweck wird mit dem Massenspektrometer ein Spektrum innerhalb eines Frequenzbereichs aufgenommen, in dem die zu analysierenden

Schwingungsfrequenzen liegen. Dieses Frequenzspektrum kann beispielsweise zwischen ca. 1 Hz und ca. 15 KHz liegen. Innerhalb dieses Frequenzbereichs liegt typischer Weise eine Mehrzahl von Störfrequenzen, die durch

mechanische Schwingungen erzeugt werden und die durch die Messelektroden beispielsweise einer FT-Ionenfalle, insbesondere einer FT-ICR-Falle, erfasst und analysiert werden können. Zur Analyse der Schwingungen kann

beispielsweise ein Frequenzspektrum aufgenommen werden, sobald das Massenspektrometer in die Vorrichtung eingebaut wird. Wenn die Vorrichtung zum Zeitpunkt des Einbaus in Ordnung war, kann dieses Frequenzspektrum als Referenzspektrum dienen. Zu einem späteren Zeitpunkt bzw. zu mehreren späteren Zeitpunkten kann die Messung des Frequenzspektrums wiederholt werden und das gemessene Frequenzspektrum kann mit dem

Referenzspektrum verglichen werden. Wird in dem gemessenen

Frequenzspektrum eine bzw. werden mehrere zusätzliche Linien bzw. Peaks detektiert, ist dies ein Hinweis darauf, dass irgendwo in der Vorrichtung unerwünschte Schwingungen auftreten, die z.B. auf mechanische Probleme zurückzuführen sind. Bei den Schwingungen kann es sich beispielsweise um unerwünschte Eigenschwingungen von Schleif- bzw. Kugellagern z.B. von (Vakuum-)Pumpen handeln, die in der Nähe des Massenspektrometers angeordnet sind, oder um Schwingungen, die von einem Netzteil verursacht werden (Netzbrummen).

Es versteht sich, dass die Verwendung des oben beschriebenen

Massenspektrometers nicht auf die oben beschriebenen Anwendungsgebiete beschränkt ist, sondern dass dieses auch in anderen Anwendungsgebieten vorteilhaft eingesetzt werden kann.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur massenspektrometrischen

Untersuchung eines Gasgemischs umfassend folgende Verfahrensschritte: Zuführen von Ionen und/oder von metastabilen Teilchen eines lonisierungsgases und/oder von Elektronen zu einer lonenfalle, Ermitteln der in der lonenfalle vorhandenen Anzahl der Ionen und/oder metastabilen Teilchen des lonisierungsgases und/oder der Anzahl von Ionen eines in der lonenfalle vorhandenen Restgases, insbesondere gepulstes Zuführen des zu

untersuchenden Gasgemischs zu der lonenfalle, sowie Bestimmen der

Teilchenzahl (bzw. eines zur Teilchenzahl proportionalen Signals) von zu untersuchenden ionisierten Bestandteilen des Gasgemischs unter

Berücksichtigung der ermittelten Anzahl von Ionen und/oder metastabilen Teilchen des lonisierungsgases und/oder der Anzahl von Ionen des Restgases.

Wie weiter oben im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben wurde, kann durch die Ermittlung der Anzahl der in der lonenfalle vorhandenen primären Ionen eine quantitative Analyse der zu untersuchenden Bestandteile des Gasgemischs unter Verwendung einer kontinuierlichen hochgenauen in-situ Kalibrierung erfolgen, so dass die Bestimmung der Anzahl der Ionen (entsprechend einem Peak im Spektrum), welche bei einem bestimmten Masse-zu-Ladungs-Verhältnis detektiert werden, mit hoher

Präzision möglich ist. Typischer Weise wird hierbei eine Ungenauigkeit von weniger als 5% erreicht, d.h. der gemessene Wert weicht von der tatsächlich in dem Probenvolumen der lonenfalle vorhandenen Anzahl von (ionisierten) Teilchen des Gasbestandteils um nicht mehr als 5 % (nach oben oder nach unten) ab.

Bei dem Verfahren wird typischer Weise wie folgt vorgegangen: zunächst werden die primären Ionen in der lonenfalle akkumuliert. Nach der

Akkumulation erfolgt die Anregung der primären Ionen, an die sich die Messung der Anzahl an primären Ionen anschließt. Zusätzlich oder alternativ kann die Anzahl der metastabilen Teilchen in der lonenfalle ermittelt werden. Sofern das lonisierungsgas im Wesentlichen in Form von metastabilen Teilchen vorliegt, ist deren Anzahl proportional zum Gesamtdruck in der lonenfalle, da der Druck des Restgases vernachlässigbar ist. Der Gesamtdruck kann beispielsweise durch die zeitliche Abnahme (Zeitkonstante) der lonentransienten mit hoher Genauigkeit ermittelt werden. Anhand des Drucks kann auf die tatsächlich in der lonenfalle vorhandene Anzahl der metastabilen Teilchen des

lonisierungsgases geschlossen werden.

Während der Anregung der primären Ionen und der Messung der Anzahl der primären Ionen und/oder der metastabilen Teilchen wird parallel ein Gaspuls des zu untersuchenden Gasgemischs erzeugt und bewegt sich auf die lonenfalle zu. Die Erzeugung des Gaspulses ist hierbei typischer Weise derart mit der Messung der primären lonenanzahl und/oder der metastabilen

Teilchenanzahl synchronisiert, dass der Gaspuls die lonenfalle zu dem

Zeitpunkt (oder kurz danach) erreicht, bei dem die Messung der Anzahl der primären Ionen und/oder der metastabilen Teilchen abgeschlossen ist.

Das in dem Gaspuls transportierte Gasgemisch wird in der lonenfalle oder ggf. in der Messkammer kurz vor dem Eintritt in die lonenfalle von den primären Ionen und/oder metastabilen Teilchen bzw. von den Elektronen durch

Stoßionisation und/oder durch Ladungsaustauschionisation ionisiert. In einem nachfolgenden Schritt werden die Ionen des Gasgemischs angeregt. Vor bzw. während der Anregung der Ionen des Gasgemischs können die primären Ionen aus der lonenfalle entfernt bzw. unterdrückt werden, indem ein geeignetes Anregungssignal erzeugt wird. In einem nachfolgenden Schritt erfolgt eine Messung bzw. Detektion der angeregten Ionen des Gasgemischs. Der oben angegebene Vorgang kann grundsätzlich beliebig oft wiederholt werden. Da bei der Detektion die Ionen nicht in neutrale Teilchen umgewandelt werden, ist es auch möglich, nach der Ionisation des Gasgemischs die Ionen des

Gasgemischs in der lonenfalle mehrfach anzuregen, ohne dass zu diesem Zweck eine erneute Ionisierung des Gasgemischs erfolgen muss.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der

nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Massenspektrometers zur massenspektrometrischen Untersuchung eines Gasgemischs,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer lonenfalle des Massenspektrometers von Fig. 1 ,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des zeitlichen Ablaufs eines

Messvorgangs in der lonenfalle,

Fig. 4 eine Messmethode zur Auswertung eines Massenspektrums, bei der zur Realisierung einer schnellen Messung ein Messfenster verschoben wird, und

Fig. 5a, b zwei Massenspektren, die mit der SWIFT-Methode bzw. durch eine massenselektive Zeitmultiplex-Messung ausgewertet werden,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer EUV-Lithographieanlage, welche ein Massenspektrometer aufweist, und Fig. 7 eine eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur

Atomlagenabscheidung auf einem Substrat, welche ein Massenspektrometer aufweist.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw.

funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.

In Fig. 1 ist schematisch ein Massenspektrometer 1 gezeigt, welches mit einer Kammer 8 in Verbindung steht bzw. verbindbar ist, in der sich ein zu

untersuchendes Gasgemisch 2 befindet. Bei der Kammer 8, von der in Fig. 1 nur ein Ausschnitt dargestellt ist, kann es sich beispielsweise um eine

Prozesskammer handeln, welche einen Teil einer Industrieanlage bildet, in der ein industrieller Prozess durchgeführt wird. Bei der Kammer 8 kann es sich alternativ beispielsweise um ein (Vakuum-)Gehäuse einer Lithographieanlage oder um eine andere Art von Kammer handeln, in der sich das zu

untersuchende Gasgemisch 2 befindet. Im gezeigten Beispiel weist das

Gasgemisch 2 einen in der Gasphase vorliegenden Stoff 3a (d.h. ein Gas) mit atomarer Massenzahl < 100 und Partikel 3b auf, deren Massenzahl bei 100 oder darüber liegt.

Die Kammer 8 weist einen Auslass 4 auf, der über ein zum

Massenspektrometer 1 gehöriges steuerbares Ventil 5 mit einem Einlass 6 einer Messkammer 7 verbindbar ist. Bei dem in Fig. 1 gezeigten

Massenspektrometer 1 wird das Gasgemisch 2 direkt, d.h. ohne eine vorherige Ionisierung, in eine als Messzelle dienende lonenfalle 10 eingebracht. Eine lonisierungseinrichtung 12 dient zur Ionisierung des Gasgemischs 2 direkt in der lonenfalle 10, indem der lonenfalle 10 Ionen 13a und/oder metastabile bzw. angeregte Teilchen 13b eines lonisierungsgases 13 zugeführt werden, welche das Gasgemisch 2 durch einen Ladungsaustausch bzw. eine Stoßionisation typischer Weise in der lonenfalle 10 ionisieren. Die in Fig. 1 gezeigte

lonisierungseinrichtung 12 weist auch eine Elektronenstrahlquelle 20 in Form einer Elektronenstrahl-Kanone zur Erzeugung von Elektronen 20a mit variablen Elektroenergien im Bereich zwischen z.B. 1 eV bis 100 eV auf, die zusätzlich oder alternativ zur Plasmaquelle 18 eingesetzt werden kann und die in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist. Die Elektronen 20a dienen zur Ionisierung des Gasgemischs 2 durch Elektronenstoßionisation direkt in der lonenfalle 10. Auf diese Weise kann das zu analysierende Gasgemisch 2 direkt in der Messzelle (lonenfalle 10) ionisiert, ggf. akkumuliert und vermessen werden, ohne dass ein Transport des ionisierten Gasgemischs in die lonenfalle 10 erforderlich ist. Alternativ kann auch eine Ionisierung des Gasgemischs 2 in unmittelbarer Nähe zur lonenfalle 10 erfolgen, wobei im letzteren Fall ein Transport des ionisierten Gasgemischs zur lonenfalle 0 erforderlich ist.

Um die primären Ionen 13a bzw. die angeregten Teilchen 13b zu erzeugen, wird das (neutrale) lonisierungsgas 13 über ein Dosierventil 15 und eine Gaszuleitung 16 aus einem Gasreservoir 17 entnommen und einer

Plasmaquelle 18 zugeführt. In der Plasmaquelle 18 wird das lonisierungsgas 13 ionisiert bzw. angeregt und die hierbei erzeugten Ionen 13a bzw.

metastabilen/angeregten Teilchen 13b werden der lonenfalle 10 zugeführt, um die Ladungsaustauschionisierung bzw. Stoßionisierung des Gasgemischs 2 zu bewirken. Bei der Plasmaquelle 18 kann es sich um eine Hochfrequenz- Plasmaquelle, Mittelfrequenz-Plasmaquelle, Gleichspannungs-Plasmaquelle, dielektrisch behinderte Entladungs-Plasmaquelle, Atmosphärendruck- Plasmaquelle, Korona-Entladungs-Plasmaquelle, etc. handeln.

Im vorliegenden Beispiel ist die Plasmaquelle 18 zur Erzeugung von Ionen 13a und/oder metastabilen Teilchen 13b des lonisierungsgases 13 bei einer Temperatur von weniger als 100°C ausgebildet, d.h. die Plasmaentladung in der Plasmaquelle erfolgt bei einer niedrigen Temperatur (unter 100°C). Dies kann z.B. durch das Anlegen eines hochfrequenten Wechselfeldes (mit Frequenzen von 1 MHz bis 30 MHz) erreicht werden, da eine entsprechende HF-Entladung in vorteilhafter Weise bei Temperaturen von 10°C bis 200°C erfolgen kann, oder durch den Einsatz einer speziell hierfür entwickelten Gleichspannungs-Plasmaquelle realisiert werden. Es versteht sich, dass an Stelle einer Plasmaquelle 18 auch eine andere Art von lonisierungseinrichtung eingesetzt werden kann, welche das (neutrale) lonisierungsgas 13 in einen angeregten Elektronenzustand überführen bzw. ionisieren kann, um eine Stoßbzw. Ladungsaustauschionisierung des Gasgemischs 2 in der Ionenfalle 10 zu bewirken.

Als lonisierungsgas 13 kann eine Mehrzahl von Gasen und Gasgemischen verwendet werden, z.B. He, H ₂ , Ar, N ₂ , Xe, Kr, 0 ₂ etc. Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn als lonisierungsgas 13 ein Edelgas, insbesondere Helium, verwendet wird, weiches durch die Plasmaquelle 18 in ein metastabiles Edelgas 13b umgewandelt wird, d.h. in Edelgas-Teilchen (z.B. He*), welche in einem angeregten Elektronenzustand kurz vor der Ionisierung stehen.

Insbesondere durch einen Ladungsaustausch zwischen dem Analyten, d.h. einem zu untersuchenden Gasbestandteil 3a, 3b, und den metastabilen Edelgasteilchen 13b lässt sich eine besonders sanfte (kalte) Ionisierung mit geringer Fragmentierung des Analyten erreichen.

Auf diese Weise können auch Partikel 3b mit einer atomaren Massenzahl zwischen 100 und 20000, insbesondere zwischen 20000 und 2000000 als zusammenhängende makromolekulare Strukturen ionisiert werden, da diese durch das kalte HF-Plasma der metastabilen Edelgasteilchen 13b nicht weiter fragmentiert werden. Bei den Partikeln 3b kann es sich beispielsweise um makromolekulare Konglomerate mit einer Partikelgröße von ca. 0,001- 0 μιη oder darüber handein. Es versteht sich, dass alternativ das lonisierungsgas, z.B. Helium, im Wesentlichen vollständig ionisiert (d.h. als He ⁺ ) vorliegen kann und dass auch Mischformen möglich sind, beispielsweise die Verwendung eines lonisierungsgases mit nicht zu vernachlässigenden Anteilen sowohl an He ⁺ als auch an He*. Für die Partikelmessung bzw. Charakterisierung von großen Partikeln 3b mit Massenzahlen bis zu 2000000 amu in der lonenfalle 10 kann ausgenutzt werden, dass das zu detektierende Masse-zu-Ladungs-Verhältnis m/z in der lonenfalle 10 von der Speicheramplitude V _rf (Bahndurchmesser) und der Feldfrequenz wie folgt abhängt: m / z ~ V _rf / (f _rf ) ² .

Somit können Partikel 3b mit sehr großer Masse durch Erhöhung der

Speicheramplitude Vr _f und/oder durch Absenkung der Feldfrequenz fr _f in der lonenfalle 10 vermessen werden.

Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von metastabilen Edelgasteilchen 13b, d.h. von neutralen Teilchen in einem angeregten Elektronenzustand, für die Ionisierung des Gasgemischs 2 in der lonenfalle 10 besteht darin, dass diese einen besonders großen Wirkungsquerschnitt aufweisen, welcher eine größere Stoß-Wahrscheinlichkeit mit den zu untersuchenden Bestandteilen des

Gasgemischs 2 in der lonenfalle 10 zufolge hat. Dadurch werden die zu untersuchenden ionisierten Teilchen 3a, 3b schneller im Zentrum der lonenfalle 10 gesammelt, ohne dass zu diesem Zweck ein höherer Druck durch ein Puffergas benötigt wird. Durch die Verwendung von metastabilen

Edelgasteilchen 13b zur Ionisierung des Gasgemischs 2 kann somit deutlich schneller als bei bereits bekannten Lösungen eine Messung in der lonenfalle 10 erfolgen, so dass das Massenspektrometer 1 für die Aufnahme von mindestens 10 Spektren/s mit einer Massenbandbreite von jeweils mindestens 500 amu bzw. 1000 amu genutzt werden kann.

Wie weiter oben beschrieben wurde, kann zur Ionisierung des Gasgemischs 2 auch eine Elektronenstrahlquelle 20 dienen, die insbesondere Elektronen 20a mit variablen Elektronenenergien im Bereich zwischen z.B. 1 eV bis 100 eV erzeugen kann, um gezielt Bestandteile 3a, 3b des Gasgemischs 2 mit bestimmten Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen zu ionisieren. Es versteht sich, dass alternativ zu dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel die lonisierungseinrichtung 12 nur eine Plasmaquelle oder nur eine Elektronenstrahlquelle 20 aufweisen kann, um das zu untersuchende Gasgemisch 2 in der lonenfalle 10 zu ionisieren. Durch die Elektronen 20a und/oder durch die metastabilen Teilchen 13b des lonisierungsgases 13 kann auch ein in der lonenfalle 10 vorhandenes Restgas 14 ionisiert werden, d.h. es werden Restgas-Ionen 4a erzeugt.

Wie in Fig. 1 ebenfalls zu erkennen ist, weist das Massenspektrometer 1 eine Druckreduzierungseinheit 11 auf, welche am Einlass 6 der Messkammer 7 angebracht ist und welche die Messkammer 7 mit dem Auslass 4 der Kammer 8 verbindet. Im gezeigten Beispiel weist die Druckreduzierungseinheit 11 drei in Serie geschaltete moduiare Druckstufen 1 1 a-c zur Reduzierung des Gasdrucks Po des zu untersuchenden Gasgemischs 2 in der Kammer 8 auf. Das

Massenspektrometer 1 ist im gezeigten Beispiel im Bereich des Auslasses 4 der Kammer 8 angeflanscht. Die drei Druckstufen 1 1 a-c weisen jeweils zwei endseitige Flansche auf, mit denen sie an dem Einlass 6 zur Messkammer 7 bzw. aneinander befestigt werden können.

In Abhängigkeit vom Anwendungsfall, d.h. in Abhängigkeit vom Gasdruck p ₀ des Gasgemischs 2 in der Kammer 8 können eine, zwei, drei oder keine der Druckstufen 1 1 a-c in Serie geschaltet werden, um den Gasdruck des

Gasgemischs so weit zu verringern, dass das Gasgemisch 2 der Messkammer 7 zur Analyse zugeführt werden kann. Die drei Druckstufen 1 1a-c sind aufeinander abgestimmt. Die Abstimmung kann beispielsweise durch eine Druckreduzierung um ein Faktor von ca. 100-1000 mbar bei jeder Druckstufe 1 1 a-c realisiert werden. Bei einem hohen Gasdruck p ₀ des zu untersuchenden Gasgemischs (100 bar -10 ^"2 mbar) können alle drei Druckstufen 1 1 a-c, bei mittlerem Gasdruck p ₀ (10 ^"2 mbar - 10 ^"5 mbar) des Gasgemischs 2 in der Kammer 8 können zwei Druckstufen 1 1 a, 1 1 b und bei niedrigem Gasdruck (<10 ^~5 mbar) des Gasgemischs 2 in der Kammer 8 kann nur eine oder keine Druckstufe 1 1 a eingesetzt werden, durch welche das Gasgemisch 2

transportiert wird.

Die Druckstufen 1 a-c können in Serie geschaltet werden, indem diese gasdicht aneinander befestigt werden, beispielsweise indem diese an

Flanschen miteinander verschraubt werden. Auf diese Weise können die Druckstufen 1 1a-c sehr schnell abgebaut bzw. wieder angebaut werden, um einen vorgegebenen Druckbereich des Gasdrucks p ₀ des zu detektierenden Gasgemischs 2 zu bedienen und um sicherzustellen, dass der Gasdruck p ₀ hin zur lonenfalle 10 bis auf ca. 10 ^"5 mbar oder bis zu 1 CT ⁹ mbar abnimmt, damit die lonenfalle 10 zur Gasanalyse verwendet werden kann. Durch die Verwendung von einer oder mehr Druckstufen 1 1 a-c lässt sich das Massenspektrometer 1 zur Untersuchung von Gasgemischen 2 mit einem Gasdruck po zwischen 10 ⁵ mbar und 10 ^~15 mbar bei gleichbleibender Nachweisgrenze einsetzen, wobei das Massenspektrometer 1 auf besonders einfache Weise an den

gewünschten Druckbereich angepasst werden kann. Die (untere)

Nachweisgrenze kann hierbei wie folgt definiert werden: Es können ca. 100 Ionen pro Sekunde bei einem Druck in der Messkammer 7 von 10 ^"8 mbar gemessen werden.

Die lonenfalle 10 ist bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel als magnetische FT- ICR-Falle ausgebildet, welche nachfolgend im Zusammenhang mit Fig. 2 näher beschrieben wird. Bei der magnetischen FT-ICR-Falle 10 werden die Ionen 13a in einem homogenen Magnetfeld B gefangen, welches entlang der Z-Richtung eines XYZ-Koordinatensystems verläuft und die in Z-Richtung in die FT-ICR- Falle 10 eingeschossenen Ionen 3a auf Kreisbahnen mit einer

massenabhängigen Umlauffrequenz zwingt. Die FT-ICR-Falle 10 weist weiterhin eine Anordnung auf, an denen ein elektrisches Wechselfeld senkrecht zum Magnetfeld B angelegt und auf diese Weise eine Zyklotron- Resonanz erzeugt wird. Im gezeigten Beispiel weist die Anordnung sechs Elektroden 21 auf. Stimmen Frequenz des eingestrahlten Wechselfeldes und Zyklotron-Kreisfrequenz überein, so tritt der Resonanzfall ein und der Zyklotron- Radius des betreffenden Ions 13a vergrößert sich durch Aufnahme von Energie aus dem Wechselfeld. Diese Änderungen führen zu messbaren Signalen an den Elektroden 20 der FT-ICR-Falle 10, die zu einem Stromfluss I führen, der über einen Verstärker 22 einem FFT („fast fourier transform" - schnelle

Fouriertransformation)-Spektrometer 23 zugeführt wird, welches ebenfalls Bestandteil des Massenspektrometers 1 ist.

Der in dem FFT-Spektrometer 23 empfangene, zeitabhängige Strom I wird fouriertransformiert, um ein von der Frequenz f abhängiges Massenspektrum zu erhalten, das in Fig. 2 rechts unten dargestellt ist. Die FT-ICR-Falle 10 ermöglicht somit eine direkte Detektion bzw. die direkte Aufnahme eines Massenspektrums, so dass eine schnelle Gasanalyse ermöglicht wird. Auch können aus der FT-ICR-Falle 10 selektiv einzelne Ionen bzw. Ionen mit bestimmten Massenzahlen bzw. Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen m/z entfernt werden, beispielsweise indem an die Elektroden 21 ein Wechselfeld angelegt wird, um die selektierten, aus der Falle 10 zu entfernenden Ionen auf instabile Bahnen zu lenken.

Wie in Fig. 2 ebenfalls zu erkennen ist, nimmt die Amplitude der Einhüllenden des zeitabhängigen Spiegelstroms I nach der Anregung mit der Zeit ab, wobei die zeitliche Abnahme bzw. die Transiente des Stroms I unmittelbar von der mittleren freien Weglänge und somit vom Druck in der FT-ICR-Falle 10 abhängig ist. Geht man von einer exponentiellen Abnahme der Amplitude des Stroms I aus, kann beispielsweise anhand der Zeitkonstante τ, bei welcher eine Abnahme der Amplitude auf das 1/e-fache (d.h. ca. 37%) des ursprünglichen Werts erfolgt, der Druck in der FT-ICR-Falle 10 mit hoher Genauigkeit bestimmt werden, was sich insbesondere für die Bestimmung der Anzahl der

metastabilen Teilchen (s.u.) ausnutzen lässt, da diese mit dem Druck korreliert ist. Die schnelle Aufnahme eines Massenspektrums mit Hilfe der Fourier- Spektrometrie kann nicht nur bei der oben beschriebenen FT-ICR-Falle 10 sondern auch bei Abwandlungen des in Fig. 2 gezeigten Fallentyps erfolgen. Beispielsweise kann die FT-ICR-Ionenfalle 10 als so genannte elektrische FT- ICR-Ionenfalle ausgebildet werden, welche eine Ringelektrode, an der eine hochfrequente Hochspannung anliegt und zwei Deckelelektroden umfasst, die sowohl als Spiegelladungsdetektoren als auch als Anregungselektroden dienen können. In der kompakten elektrischen Variante einer FT-ICR-Falle 10 werden Ionen durch eine hochfrequente Hochspannung gefangen gehalten. Erfahren die Ionen eine Impuls-Anregung, führen sie im Hochvakuum je nach

Masse/Ladungs-Verhältnis (m/z) charakteristische Schwingungen aus, die durch Spiegelladungsdetektion an den Deckelelektroden aufgenommen werden. Durch Differenzbildung aus den Spiegeiladungssignalen an den beiden Deckelelektroden wird ein verzerrungsarmes lonensignal gewonnen. Durch den rauscharmen Verstärker 22 und das Spektrometer 23 zur schnellen Fourier- Analyse (FFT) des lonenausgangssignals können die charakteristischen lonenfrequenzen und deren Intensität dargestellt werden. Das

Frequenzspektrum kann anschließend in ein Massenspektrum umgerechnet werden, in dem die Anzahl der detektierten Teilchen in Abhängigkeit vom Masse-zu-Ladungs-Verhältnis m/z dargestellt wird.

Um eine möglichst genaue quantitative Analyse des zu untersuchenden Gasgemischs 2 bzw. von dessen Bestandteilen 3a, 3b zu erhalten, d.h. um möglichst präzise festzustellen, wie viele Ionen 3a bei einem bestimmten Masse-zu-Ladungs-Verhältnis m/z in der lonenfalle 10 vorhanden sind, kann eine kontinuierliche Online-ln-situ Kalibrierung des Massenspektrometers 1 vorgenommen werden. Hierbei wird die Anzahl der primären Ionen, d.h. der Ionen 3a des lonisierungsgases 13 und der Ionen 14a des Restgases sowie die Anzahl 13a der metastabilen Teilchen des lonisierungsgases 13 ermittelt, die für die Ladungs- bzw. Stoßionisation des Gasgemischs 2 in der lonenfalle 10 zur Verfügung stehen, wodurch sich zeitliche Fluktuationen aufgrund der Variation bzw. Drift der für die Ionisierung zur Verfügung gestellten primären Ionen 13a, 14a bzw. metastabilen Teilchen 13b praktisch vollständig

eliminieren lassen.

Das oben beschriebene Ergebnis ist durch einen besonderen Messablauf und einer geeignete Steuerung der Elektronik des Massenspektrometers 1 möglich, die von einer Steuereinrichtung 19 (vgl. Fig. 1 ) vorgenommen wird. Die zeitliche Abfolge des Messvorgangs wird nachfolgend anhand von Fig. 3 näher erläutert, wobei beispielhaft Zeitdauern t1 bis t7 für die einzelnen Schritte des

Messverfahrens angegeben werden.

In einem ersten Schritt (Zeitdauer t1 ca. 1 ms) erfolgt eine Akkumulation der primären Ionen 13a, 14a in der lonenfalle 10. Für die Akkumulation öffnet die Steuereinrichtung 19 das Dosierventil 15 und lässt lonisierungsgas 13 in die Plasmaquelle 18 einströmen, in der dieses ionisiert wird und in Form von Ionen 13a in die lonenfalle 10 eintritt. Zusätzlich kann durch die metastabilen Teilchen 13b des lonisierungsgases 13 und/oder durch die der lonenfalle 10 zugeführten Elektronen 20a ein in der lonenfalle 10 vorhandenes Restgas 14 (teilweise) ionisiert werden, so dass sich Restgas-Ionen 14a bilden.

Sobald eine ausreichende Anzahl von primären Ionen 13a, 14a in der lonenfalle 10 akkumuliert wurden, werden in einem zweiten Schritt (Zeitdauer t2 ca. 0,01 ms) die primären Ionen 13a, 14a angeregt, indem an die

entsprechenden Elektroden 21 der lonenfalle 10 ein Anregungssignal angelegt wird, welches ebenfalls von der Steuereinrichtung 19 erzeugt wird. In einem dritten Schritt (Zeitdauer t.3 ca. 0,1 ms) erfolgt eine Messung bzw. Detektion der Anzahl der primären Ionen 13a, 14a in der lonenfalle 10.

Kurz vor dem Ende des zweiten Schritts und während des dritten Schritts erfolgt parallel ein vierter Schritt (Zeitdauer t4 < 1 ms), und zwar der Transport des (nicht ionisierten) Gasgemischs 2, genauer gesagt eines Gaspulses 2a des Gasgemischs 2, vom Einlass 6 der Messkammer 7 in die lonenfalle 10. Zur Erzeugung des Gaspulses 2a wird das Ventil 5 kurzzeitig von der

Steuereinrichtung 19 angesteuert und geöffnet, wobei die Zeitdauer, in der das Ventil 5 geöffnet wird, typischer Weise im Bereich von weniger als ca. 1 με bzw. weniger als einige ms liegt. Die Erzeugung des Gaspulses 2a des

Gasgemischs 2 wird von der Steuereinrichtung 19 so mit dem Schritt der Messung der Anzahl der primären Ionen 13a synchronisiert, dass der Gaspuls die lonenfalle 10 erreicht, wenn die Messung der Anzahl der primären Ionen 13a, 14a abgeschlossen ist. Gegebenenfalls kann das Gasgemisch 2 auch in unmittelbarer Nähe zur lonenfalle 2 ionisiert werden. In diesem Fall erreicht der Gaspuls die lonenfalle 10 zeitlich versetzt, d.h. kurz nach dem Abschluss der Messung der Anzahl der primären Ionen. Da der Gaspuls 2a sich auf den Einlass der lonenfalle 10 zu bewegt, kann ggf. auf das Vorsehen einer

Transporteinrichtung zum Transport des ionisierten Gasgemischs 2 in die lonenfalle 10 verzichtet werden.

Um den Zufluss des Gasgemisches 2 bzw. des Gaspulses aus der Kammer 8 in die lonenfalle 10 zu erleichtern, kann im Bereich des Ventils 5, im Bereich des Auslasses 4 aus der Kammer 8, im Bereich des Einlasses 6 in die

Messkammer 7 und/oder im Bereich zwischen dem Einlass 6 und der lonenfalle 10 eine Transporteinrichtung, z.B. in der Art eines Gebläses, vorgesehen sein. Für den Transport des Gasgemisches 2 bzw. eines

Gaspulses zur lonenfalle 10 kann die Messkammer 7 auch mit einer (in Fig. 1 nicht gezeigten) Pumpeinrichtung in Verbindung stehen.

In einem fünften Schritt (Zeitdauer t5 ca. 0,1 ms) wird das in dem Gaspuls 2a transportierte Gasgemisch 2 in der lonenfalle 10 von den primären Ionen 13a, 14a bzw. von den metastabilen Teilchen 13b durch Stoßionisation und/oder durch Ladungsaustauschionisation ionisiert. Hierbei erweist es sich als günstig, wenn der Strom des lonisierungsgases 13 bzw. der Ionen 13a und

metastabilen Teilchen 13b des lonisierungsgases 13 der Strömungsrichtung des Gaspulses 2a entgegen gerichtet ist, so dass der Strom des lonisierungsgases 13 und der Gaspuls 2a im Inneren der lonenfalle 10 aufeinander treffen. Um dies zu erreichen, ist es günstig, wenn wie in Fig. 1 gezeigt der Einlass 6 zum Zuführen des Gaspulses 2a und der Einlass der lonisierungseinrichtung 12 zum Zuführen des Gasstroms des

lonisierungsgases 13 einander gegenüber liegend angeordnet sind. Gleiches gilt für die Elektronenquelle 20 bzw. den Elektronenstrahl 20a, der ebenfalls auf den Gaspuls 2a ausgerichtet werden sollte bzw. dem Einlass 6 zum Zuführen des Gaspulses 2a gegenüber liegend angeordnet werden sollte, wie in Fig. 1 dargestellt ist.

In einem nachfolgenden sechsten Schritt (Zeitdauer t6 ca. 1 ms) werden die Ionen des Gasgemischs 2 angeregt. Vor bzw. während der Anregung der Ionen des Gasgemischs 2 können die primären Ionen 13a, 14a aus der lonenfalle 10 entfernt bzw. unterdrückt werden, indem ein geeignetes Anregungssignal erzeugt und an die Elektroden 20 angelegt wird. In einem anschließenden siebten Schritt (Zeitdauer t7 = bis zu 100 ms) erfolgt eine Messung bzw.

Detektion der angeregten Ionen bzw. der ionisierten Bestandteile 3a, 3b des Gasgemischs 2, wobei die gemessene Signalhöhe Hf direkt proportional zur lonenzahl der jeweiligen lonenpopulation bei dem entsprechenden Masse-zu- Ladungs-Verhältnis m/z ist.

Um den Einfluss von zeitabhängigen Fluktuationen der Zahl der für die

Ionisierung bereitgestellten primären Ionen 13a, 14a bzw. metastabilen

Teilchen 13b auf die Bestimmung der lonenzahl H zu minimieren, wird wie folgt vorgegangen: Die Signalhöhe Hf zu jeder Frequenz f bzw. jedem Masse-zu- Ladungs-Verhältnis m/z wird durch den folgenden Ausdruck bestimmt:

Hf (korrigiert) =K * Hf (unkorrigiert)*H1/ Σ Hf, wobei H1 die Signalhöhe aller in der lonenfalle stabil gespeicherten und angeregten Ionen, Hf (unkorrigiert) die Spektralhöhe bzw. die Signalhöhe des interessierenden Ions bzw. des zu untersuchenden ionisierten Bestandteils 3a, 3b, iHf- die Summe aller Signalhöhen der im gemessenen Spektrum

vorhandenen Spektrallinien und K einen von der Masse und der Frequenz unabhängigen Korrekturfaktor bezeichnet, in den die ermittelte Anzahl der zur Ionisierung bereitgestellten primären Ionen 13a, 14a, bzw. der metastabilen Teilchen 3b eingeht, und zwar derart, dass eine höhere ermittelte Anzahl einen kleineren Korrekturfaktor K bedingt und umgekehrt. Es versteht sich, dass bei einem lonisierungsgas 13, welches im Wesentlichen in Form von metastabilen Teilchen 13b (z.B. He*) vorliegt, in der Regel ausreichend ist, die Anzahl der metastabilen Teilchen 13b zu bestimmen und dass es bei einem lonisierungsgas 13, welches im Wesentlichen in Form von primären Ionen 13a (z.B. He ⁺ ) vorliegt, in der Regel ausreichend ist, für die Kalibrierung deren Anzahl zu bestimmen.

Durch Erfassung der Höhe Hf des induzierten Signals auf den Messelektroden 21 multipliziert mit dem Anregungsgrad bzw. der Anzahl H1 aller in der lonenfalle stabil gespeicherten und angeregten Ionen 13a, 14a und unter Berücksichtigung des Korrekturfaktors K kann die tatsächliche Anzahl der in der lonenfalle 10 befindlichen ionisierten Bestandteile 3a, 3b des Gasgemischs 2 bei einem vorgegebenen Masse-zu-Ladungs-Verhältnis mit hoher Präzision, d.h. typischer Weise mit einer Ungenauigkeit von weniger als 5 % bestimmt werden. Der Anregungsgrad gibt das Verhältnis des Radius der Achterbahn- Bewegung zum Kernradius der lonenzelle an. Die oben beschriebene

Kalibrierung ist jederzeit, insbesondere während der eigentlichen Messung, bei beliebig ausgewählten Gassorten durchführbar.

Der oben dargestellte Vorgang kann grundsätzlich mehrmals bzw. beliebig oft wiederholt werden. Es kann jedoch vorteilhaft sein, wenn nach der Ionisation des Gasgemischs 2 die ionisierten Bestandteile 3a, 3b des Gasgemischs 2 in der lonenfalle 10 mehrfach angeregt werden, ohne dass hierbei eine erneute Ionisierung des Gasgemischs 2 erfolgt, wie nachfolgend anhand von Fig. 4 beschrieben wird.

Fig. 4 zeigt eine Darstellung einer Messung von ionisierten Bestandteilen 3a, 3b des Gasgemischs 2 in der lonenfalle 10, bei welcher nach dem Abschluss der Stoß- bzw. Ladungsaustauschionisation, die in Fig. 4 mit„I" bezeichnet ist, zu einem Zeitpunkt t ₀ eine Anregung (je nach Bedarf, 1 Mal bis einige Zehn Mal) der ionisierten Bestandteile 3a, 3b des Gasgemischs 2 mit Hilfe eines gepulsten Anregungssignals SA erfolgt. Während bzw. nach jeder Anregung wird ein Massenspektrum MS1 bis MSx über einen (im vorliegenden Beispiel) konstanten Zeitraum ATm1 bis ATmx (ca. 5 ms oder weniger), aufgenommen. Mit anderen Worten wird ein vorgegebenes Messfenster (mit konstanter Zeitdauer) mehrmals verschoben, um bei mehreren aufeinander folgenden Anregungen jeweils ein Massenspektrum MS1 bis MSx aufzunehmen, ohne dass erneut eine Ionisierung erfolgen muss.

Auf diese Weise kann eine sehr schnelle massenspektrometrische Analyse der in der lonenfalle 10 befindlichen gasförmigen Bestandteile 3a, 3b

vorgenommen werden, wodurch ein während der Messung ablaufender chemischer Prozess in Echtzeit beobachtet werden kann. Insbesondere können Analyten-Moleküle vermessen werden, bevor diese miteinander reagieren und es können Zwischenprodukte detektiert werden, die sich während einer chemischen Reaktion bilden. Ein Massenspektrometer 1 , bei dem das oben beschriebene Messprinzip angewendet wird, eignet sich insbesondere zur Verwendung für die chemische Prozessanalyse.

Zur Erhöhung des Dynamikbereichs (engl,„dynamic ränge"), d.h. des

Verhältnisses zwischen der maximal detektierbaren Signalstärke zur minimal detektierbaren Signalstärke des Massenspektrometers 1 kann eine Auswertung eines Massenspektrums erfolgen, wie sie nachfolgend anhand von Fig. 5a und Fig. 5b beschrieben wird.

Fig. 5a zeigt ein Massenspektrum, bei dem zur Erhöhung der Dynamik eine so genannte SWIFT-Anregung erfolgt, bei welcher größere lonenpopulationen, d.h. lonenpopulationen, bei denen die Teilchenzahl bei einem gegebenen Masse-zu-Ladungs-Verhältnis m/z über einem vorgegebenen Schweliwert SW (vgl. Fig. 5a) liegt, aus der lonenfalle 10 entfernt bzw. bei der Messung unterdrückt werden. Insbesondere kann mit Hilfe der SWIFT-Anregung ein Kammfilter realisiert werden, bei dem mehrere Untermengen von

lonenpopulationen, die jeweils unterschiedlichen Messbereichen MB1 bis MBx, d.h. mehreren Intervallen von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen, entsprechen, gleichzeitig vermessen werden, wie dies in Fig. 5a angedeutet ist.

Eine Erhöhung der Dynamik kann auch durch eine Messbereich-Umschaltung erfolgen, wie sie in Fig. 5b dargestellt ist. Dort wird das Massenspektrum in Messbereiche MB1 bis MBx mit jeweils unterschiedlichen Masse-zu-Ladungs- Verhältnissen unterteilt, wobei jeder Messbereich MB1 bis MBx zu einem unterschiedlichen Messzeitpunkt t1 bis tx ausgewertet wird. Durch eine solche zeitliche Umschaltung zwischen den Messbereichen MB1 bis MBx bzw. die auf diese Weise realisierte massenselektive zeitmultiplexe Messung kann ebenfalls der Dynamikbereich erhöht werden.

Es versteht sich, dass die in Zusammenhang mit Fig. 5a und Fig. 5b

beschriebenen Messmodi auch kombiniert werden können, um den

Dynamikbereich zu erhöhen. Auch komplexere Arten von Messverfahren als die hier beschriebenen können eingesetzt werden, um den Dynamikbereich weiter zu steigern. Bereits bei der Verwendung eines der beiden in

Zusammenhang mit Fig. 5a und Fig. 5b beschriebenen Messprinzipien kann ggf. ein Dynamikbereich des Massenspektrometers 1 von 10 ⁸ : 1 oder darüber erreicht werden. Die Möglichkeit einer Akkumulation von einzelnen ionisierten Gasbestandteilen des Gasgemischs 2 in einer lonenfalle 10 kann in Kombination mit den oben beschriebenen Messverfahren zur Erhöhung des Dynamikbereichs genutzt werden, um die Nachweisgrenze des Massenspektrometers zu senken. Hierbei wird ausgenutzt, dass lonenfallen-Massenspektrometer diskontinuierlich arbeiten und erst nach einer vorgegebenen Akkumulationszeit (beispielsweise weniger als ca. 5 ms) eine Analyse der lonenzahl stattfindet. Durch

Kombination der oben beschriebenen Methoden zur Erhöhung der Dynamik (SWIFT bzw. zeitmultiplexte Messung, vgl. Fig. 5a und Fig. 5b) mit der

Akkumulationsfähigkeit der lonenfalle 10 können einzelne Ionen akkumuliert werden, bis ein ausreichend großes Messsignal vorhanden ist. Bei bekanntem (kalibriertem) Messsignal und bekannter Akkumulationszeit kann die zu untersuchende lonenpopulation quantitativ bestimmt werden. Auf diese Weise kann die Nachweisgrenze des Massenspektrometers bis auf 0 ^"15 mbar oder darunter gesenkt werden.

Neben den weiter oben beschriebenen Typen von lonenfallen können auch andere Typen von lonenfallen in dem Massenspektrometer 1 zum Einsatz kommen, die eine dreidimensionale Speicherung bzw. Akkumulation von Ionen sowie eine Auswertung über eine Fouriertransformation erlauben,

beispielsweise eine Penning-Falle, Toroid-Falle, Paul-Falle, lineare Falle, Orbitrap, EBIT und RF-Buncher.

Das oben beschriebene Massenspektrometer 1 kann in verschiedenen

Anwendungsgebieten Verwendung finden. Neben der chemischen

Prozessanalyse, die bereits im Zusammenhang mit Fig. 4 als mögliche

Anwendung beschrieben wurde, kann das Massenspektrometer 1

beispielsweise in der EUV-Lithographie zur Analyse des in einem EUV-System, beispielsweise einer E=UV-Lithographieanlage, befindlichen Restgases, verwendet werden, um die Konzentration bzw. die Menge von kontaminierenden Stoffen in der dort vorhandenen Restgasatmosphäre zu bestimmen.

In Fig. 6 ist schematisch eine solche EUV-Lithographieanlage 101 gezeigt. Die EUV-Lithographieanlage 101 weist ein Strahlungserzeugungssystem 102, ein Beleuchtungssystem 103 und einem Projektionssystem 104 auf, die in separaten Vakuum-Gehäusen untergebracht und aufeinander folgend in einem von einer EUV-Lichtquelle 105 des Strahlungserzeugungssystems 102 ausgehenden Strahlengang der von der EUV-Lichtquelle 105 erzeugten EUV- Strahlung 106 angeordnet sind. Als EUV-Lichtquelle 105 kann beispielsweise eine Plasmaquelle oder ein Synchrotron dienen. Die aus der EUV-Lichtquelle 105 austretende Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen ca. 5 nm und ca. 20 nm wird zunächst in einem Kollimator 107 gebündelt. Mit Hilfe eines nachfolgenden Monochromators 108 wird durch Variation des Einfallswinkels, wie durch einen Doppelpfeil angedeutet, die gewünschte Betriebswellenlänge λ _Β herausgefiltert, die im vorliegenden Beispiel bei ca. 13,5 nm liegt. Der Kollimator 107 und der Monochromator 108 sind als reflektive optische

Elemente ausgebildet.

Die im Strahlungserzeugungssystem 102 im Hinblick auf Wellenlänge und räumliche Verteilung behandelte EUV-Strahlung wird in das

Beleuchtungssystem 103 eingeführt, welches ein erstes und zweites reflektives optisches Element 109, 1 10 (Spiegel) aufweist. Die beiden reflektiven optischen Elemente 109, 1 10 leiten die Strahlung auf eine Photomaske 1 1 1 als weiterem reflektiven optischen Element, welches eine Struktur aufweist, die mittels des Projektionssystems 104 in verkleinertem Maßstab auf einen Wafer 1 12 abgebildet wird. Hierzu sind im Projektionssystem 104 ein drittes und viertes reflektives optisches Element 1 13, 1 14 (Spiegel) vorgesehen.

Die reflektiven optischen Elemente 109, 1 10, 11 1 , 1 13, 1 14 weisen jeweils eine optische Oberfläche auf, die der EUV-Strahlung 106 der Lichtquelle 105 ausgesetzt ist. Die optischen Elemente 109, 1 10, 1 1 1 , 1 13, 1 14 werden jeweils unter Vakuum-Bedingungen in einer Restgasatmosphäre 102a des

Strahlungserzeugungssystems 102, einer Restgasatmosphäre 103a des Beleuchtungssystems 103 sowie einer Restgasatmosphäre 104a des

Projektionssystems 104 betrieben, in der typischer Weise ein geringer Anteil an Luft, Wasserstoff (Hb) und/oder Helium (H ₂ ) sowie ggf. von weiteren Restgasen vorhanden ist. Da sich der Innenraum der EUV-Lithographieanlage 1 nicht ausheizen lässt, kann das Vorhandensein von unerwünschten

kontaminierenden Bestrandteilen in der jeweiligen Restgasatmosphäre 102a, 103a, 104a nicht vollständig vermieden werden.

Im Betrieb der EUV-Lithographieanlage 1 erzeugt eine

Vakuumerzeugungseinheit, die eine Vakuum-Pumpe 1 15 umfasst, in dem Projektionssystem 104 ein Restgasatmosphäre 104a mit einem Gesamtdruck von typischer Weise mehr als 10 ^~5 mbar. Entsprechend kann auch ein Vakuum bzw. eine Restgasatmosphäre 103a, 102a im Beleuchtungssystem 103 bzw. im Strahlungserzeugungssystem 102 erzeugt werden.

Um den Anteil von kontaminierenden Stoffen in der Restgasatmosphäre 04a des Projektionssystems 104, insbesondere in der Nähe des zweiten Spiegels 1 14 insgesamt und/oder für jeden kontaminierenden Stoff einzeln zu

bestimmen, ist an dem Projektionssystem 104 ein Massenspektrometer 1 angeflanscht, welches wie weiter oben beschrieben ausgebildet ist, d.h.

welches einen Einlass 6 aufweist, um das in dem Projektionssystem 102 befindliche Restgasgemisch direkt, d.h. ohne eine vorherige Ionisierung, in eine als Messzelle dienende, in einer Messkammer 7 angeordnete lonenfalle 10 einzubringen, um dieses dort beispielsweise durch einen Ladungsaustausch oder eine Stoßionisation zu ionisieren.

Der Einlass 6 bildet eine Vakuumverbindung zwischen der Restgasatmosphäre 102a des Projektionssystems 102 und dem Massenspektrometer 1 . Der Einlass 6, d.h. die Vakuumverbindung (Vakuumrohr), weist einen Querschnitt A von weniger als 100 mm, bevorzugt von weniger als 5 mm, insbesondere von weniger als 1 mm auf. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, kann das Massenspektrometer 1 eine bzw. mehrere Blenden aufweisen, um sicherzustellen, dass der

Restgasdruck hin zur lonenfalle 10 bis auf <. 10 ^"5 mbar abnimmt, damit ein herkömmlicher Restgasanalysator zur Restgasanalyse verwendet werden kann.

Wie in Fig. 6 ebenfalls zu erkennen ist, beträgt ein Abstand D zwischen dem zweiten Spiegel 1 14 und einer Anbindungsposition P _s des

Massenspektrometers 1 , welche an dem Gehäuse der Projektionsoptik 102 in der Mitte der Vakuumverbindung bzw. des Einlasses 6 gebildet ist, weniger als 50 cm. Dies ist günstig, um den Anteil bzw. den Partialdruck von

kontaminierenden Stoffen, die in der Nähe des zweiten Spiegels 1 14, genauer gesagt in der Nähe von dessen optischer Oberfläche, vorhanden sind, möglichst präzise detektieren zu können. Bei der massenspektrometrischen Untersuchung kann insbesondere mindestens einer der folgenden

kontaminierenden Stoffe bzw. deren Gemische gemessen bzw. nachgewiesen werden: Sauerstoff (O ₂ ), Ozon (O ₃ ), Wasser (H ₂ O), C _x H _Y Oz, typischer Weise bis 10 Mamu, und Metall-C _x H _y Oz-Verbindungen, typischer Weise bis 10 Mamu.

Zusätzlich oder alternativ kann ein weiteres Massenspektrometer bzw. das Massenspektrometer 1 an einer Anbindungsposition P _B des

Beleuchtungssystems 103 vorgesehen sein, die in einem Abstand D von weniger als 50 cm von einem der dort angeordneten Spiegel 109, 110, beispielsweise vom ersten Spiegel 109 angeordnet ist.

Entsprechend kann das Massenspektrometer 1 bzw. ein weiteres

Massenspektrometer an einer ersten Anbindungsposition P _L i in dem

Strahlungserzeugungssystem 102 angeordnet werden, welche in einem

Abstand von weniger als 1 m, bevorzugt von weniger als 50 cm von einer Durchtrittsöffnung 1 16 für den Durchtritt der EUV-Strahlung 106 in das Beleuchtungssystem 103 entfernt angeordnet ist. Das Massenspektrometer 1 kann auch an einer zweiten Anbindungsposition PL2 angebracht sein, welche in einem entsprechenden Abstand D von weniger als 100 cm, bevorzugt von weniger als 50 cm von dem Kollektor 107 (typischer Weise in Form eines Kollektor-Spiegels) angeordnet ist, oder an einer dritten Anbindungsposition Pi_3, welche in einem Abstand von weniger als 100 cm, bevorzugt von weniger als 50 cm von der EUV-Lichtquelle 105 entfernt angeordnet ist. Auf die oben beschriebene Weise ist es möglich, das Kontaminationsniveau in der Nähe der jeweiligen optischen Elemente 1 4, 109, 1 16, 107 bzw. der EUV-Lichtquelle 105 mit hoher Präzision zu bestimmen.

In Fig. 7 ist schematisch eine Vorrichtung 201 zur Atomlagenabscheidung auf einem Substrat 202 (hier: Silizium-Wafer) gezeigt, das auf einem Halter 203 in einem Innenraum 204 einer Prozess-Kammer 205 (Reaktionskammer) angeordnet ist. Sowohl der Halter 203 als auch die Wände der Prozess- Kammer 205 können auf (ggf. unterschiedliche) Temperaturen aufgeheizt werden. Der Halter 203 kann mit einem Motor in Verbindung stehen, um das Substrat 202 bei der Beschichtung in eine Rotationsbewegung zu versetzen. Die Vorrichtung 201 umfasst auch einen Behälter 206, in dem ein

metallorganisches Precursor-Material enthalten ist, bei dem es sich im vorliegenden Beispiel um Tetrakis-(ethylmethylamino)Hafnium (TEMAH) oder einen anderen Metalorganischen Precursor handelt. Um das Precursor-Material aus dem Behälter 206 in die Prozess-Kammer 205 zu verbringen wird ein inertes Trägergas, z.B. Argon oder Wasserstoff verwendet, welches dem

Behälter 206 über ein steuerbares Ventil 207 zuführbar ist. Ein weiterer

Behälter 208 dient der Bereitstellung von Ozon-Gas O ₃ oder einem anderen Dotier-Gas als Reaktand bei der Atomlagendeposition.

Das Trägergas mit dem Precursor und das Dotier-Gas, beispielsweise das Ozon-Gas, können jeweils über einen steuerbaren Einlass in Form eines steuerbaren Ventils 209a, 209b in die Prozess-Kammer 205 eingeleitet werden. In der Kammer 205 ist eine Verteiler-Mannigfaltigkeit 210 angeordnet, um das eintretende Gas möglichst homogen in Richtung auf das Substrat 202 zu verteilen. Über die steuerbaren Ventile 209a, 209b kann der Prozess-Kammer 205 auch ein Spülgas, z.B. Argon, zugeführt werden, um die Prozess-Kammer 205 sowie die jeweiligen Zuleitungen zu spülen. Ein weiteres steuerbares Ventil 21 1 , welches einen Gasauslass bildet, steht mit einer Vakuum-Pumpe 212 in Verbindung, um die Gase aus der Prozess-Kammer 205 zu entfernen. Zur Überwachung der Restgasatmosphäre in der Prozess-Kammer 205 ist ein Massenspektrometer 1 an einer Einbindungsposition E _E in einer Vakuumleitung eines hinter dem Auslass-Ventil 21 1 gebildeten Gasentsorgungssystems 213 angeordnet, und zwar unmittelbar vor der Vakuumpumpe 212. Auch das Anbringen des Massenspektrometers 1 an einer Einbindungsposition EQ in einer Abgasleitung des Gasentsorgungssystems 213 nach der Vakuumpumpe 212 ist möglich.

Zusätzlich oder alternativ kann ein Massenspektrometer 1 auch an einer Einbindungsposition EA, EB in einem Gasversorgungssystem 216 zur Zuführug der Reaktanden in die Prozess-Kammer 205 gebildet sein, beispielsweise in einer jeweiligen Zuführungsleitung 216a, 216b. Zusätzlich oder alternativ kann ein Massenspektrometer 1 auch an einer Einbindungsposition Ec eines

Gasmischsystems 215 integriert sein, d.h. in eine Zuführungsleitung, die hinter einer Vereinigungsstelle der beiden Zuführungsleitungen 216a, 216b gebildet ist. Letzteres ist günstig, da beim hier beschriebenen Beschichtungsprozess die beiden Zuführungsleitungen 216a, 216b nicht gleichzeitig für die Zuführung eines Gases zu der Prozess-Kammer 205 genutzt werden. Auch eine

Einbindungsposition E _D in der Verteiler-Mannigfaltigkeit 210 ist möglich, wobei die Einbindungsposition ED in diesem Fall bevorzugt in einem Abstand D von weniger als 1 m, insbesondere von weniger als 50 cm von der Prozess- Kammer 205 beabstandet ist. Zusätzlich oder alternativ kann das

Massenspektrometer 1 bzw. ein weiteres Massenspektrometer 1 auch wie im Zusammenhang mit Fig. 6 beschrieben an einer Einbindungsposition E _F an dem Gehäuse der Prozess-Kammer 205 angebunden werden.

Das Massenspektrometer 1 dient der Detektion bzw. der Bestimmung der Menge bzw. des Partialdrucks mindestens eines gasförmigen Bestandteils, der in der Restgasatmosphäre der Kammer 205 enthalten ist (Einbindungsposition E _F ) bzw. in der Kammer 205 enthalten sein wird (Einbindungsposition E _A , E _B , Ec, ED vor der Prozess-Kammer 205) bzw. enthalten war (Einbindungsposition E _E , EQ nach der Prozess-Kammer 205). Wie anhand des in dem

Gasentsorgungssystem 215 angeordneten Massenspektrometers 1 gezeigt ist, weist dieses eine lonenfalle 10 auf, in der das zu untersuchende Gas bzw. Gasgemisch beispielsweise durch einen Ladungsaustausch oder eine

Stoßionisation ionisiert werden kann. Um eine Gasströmung der ionisierten Gasbestandteile in die lonenfalle 10 zu bewirken, kann das

Massenspektrometer 1 mit einer (nicht gezeigten) Vakuum-Pumpe in

Verbindung stehen. Die Detektion der in der lonenfalle 10 gespeicherten Ionen kann direkt in der lonenfalle 10 erfolgen.

Für das Aufbringen einer Beschichtung 214 aus Hafniumoxid (Hf0 ₂ ) auf das Substrat 202 wird wie folgt vorgegangen: Zunächst wird der Prozess-Kammer 205 das Trägergas mit dem TEMAH-Precursor über das erste Ventil 209a zugeführt. Danach wird das erste Ventil 209a umgeschaltet und der Prozess- Kammer 205 über das erste Ventil 209a das Spülgas zugeführt (vgl. Pfeil) und dieses wird gemeinsam mit den Resten des Trägergases bzw. des Precursors über das geöffnete Austritts-Ventil 21 1 mittels der Vakuum-Pumpe 212 abgesaugt. Nach dem Spülen wird das Austritts-Ventil 21 1 geschlossen und über das zweite Ventil 209b Ozon bzw. ein Dotier-Gas in die Kammer 205 eingeleitet, welches an der frei liegenden Oberfläche des Substrats 202 mit dem Precursor eine chemische Reaktion eingeht. Anschließend erfolgt ein Spülen der Kammer 205 mittels des Spülgases, welches der Kammer über das zweite Ventil 209b (vgl. Pfeil) zugeführt und gemeinsam mit den Ozon- oder Dotiergas-Resten bzw. ggf. gebildeten Reaktionsprodukten mittels der Vakuum- Pumpe 212 bei geöffnetem Austritts-Ventil 21 1 abgesaugt wird. Bei dem oben beschriebenen Vorgang wird eine Monolage aus Hafniumoxid auf dem Substrat 202 abgeschieden. Nach dem Schließen des Austritts-Ventils 21 1 kann dieser Vorgang mehrmals wiederholt werden, und zwar so lange, bis die HfO ₂ - Beschichtung 214 eine gewünschte Dicke d erreicht hat.

Die Zeitdauer der Zuführung des Trägergases mit dem Precursor, die Zeitdauer der Zuführung des Ozon- oder Dotier-Gases und die Zeitdauer des

Spülvorgangs liegen typischer Weise im Bereich von Sekunden. Eine

Steuereinrichtung 215 dient der Ansteuerung der Ventile 207, 209a, 209b, 21 1 , um zwischen den oben beschriebenen Schritten des Abscheidungs-Prozesses umzuschalten. Es versteht sich, dass die Steuereinrichtung 215 die Ventile 207, 209a, 209b, 21 1 nicht nur zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung umschalten kann, sondern dass ggf. auch der

Massenstrom, der durch die jeweiligen Ventile 207, 209a, 209b, 21 fließt, mittels der elektronischen Steuereinrichtung 215 gesteuert werden kann.

Der Gesamtdruck des Restgases in der Prozess-Kammer 205 liegt typischer Weise zwischen ca. 10 ^"3 mbar und 1000 mbar, wobei auch vergleichsweise hohe Gesamt-Drücke von mehr als 500 mbar oder mehr als 900 mbar möglich sind. Der Gesamtdruck in der Kammer 205 kann mittels eines (nicht gezeigten) Drucksensors überwacht und ggf. mittels der Steuereinrichtung 215 durch eine geeignete Steuerung der Ventile 207, 209a, 209b, 21 1 modifiziert werden.

Die Detektion der gasförmigen Bestandteile, genauer gesagt die Ermittlung der Menge bzw. des Partialdrucks eines jeweils detektierten gasförmigen

Bestandteils kann zur Steuerung bzw. zur Regelung des

Abscheidungsprozesses genutzt werden. Beispielsweise kann anhand der Konzentration des metallorganischen Precursors oder von prozessrelevanten Reaktanden wie Ozon, Dotiergas oder ggf. Matallorganika und/oder H ₂ O in der Restgasatmosphäre erkannt werden, wann der Spülschritt beendet werden kann (z.B. sobald der jeweilige Partialdruck unter einen vorgegebenen

Grenzwert fällt). Die mit dem Prozessgasanalysator 213a signaltechnisch verbundene Steuereinheit 215 kann dann das jeweilige Einiass-Ventil 209a, 209b bzw. das Auslass-Ventil 21 1 zu geeigneten Zeitpunkten öffnen bzw.

schließen und so die für den Spülschritt verwendete Zeitdauer optimieren. Es versteht sich, dass analog auch eine Optimierung der Zeitdauer der beiden oben beschriebenen Zuführungsschritte möglich ist.

Mit Hilfe des Massenspektrometers 1 kann nicht nur eine Prozessoptimierung bei der Atomlagendeposition erfolgen, vielmehr kann eine Optimierung auch bei anderen Beschichtungsprozessen durchgeführt werden, beispielsweise bei der Durchführung eines (ggf. plasmaunterstützten) CVD-Prozesses, eines metallorganischen CVD-Prozesses, bei der metallorganischen chemischen Gasphasenepitaxie oder bei der Molekularstrahlepitaxie, welche typischer Weise ebenfalls in der (ggf. geringfügig modifizierten) Vorrichtung 1 von Fig. 1 durchgeführt werden können. Gleiches gilt für Beschichtungsprozesse, die auf einer physikalischen Gasphasenabscheidung beruhen. In allen diesen Fällen können die Prozessparameter (Temperatur, Druck, etc.) anhand der

delektierten Gasbestandteile in der Restgasatmosphäre geeignet angepasst bzw. optimiert werden.

Bei der Verwendung des Massenspektrometers 1 in einer Beschichtungsanlage kann bei der massenspektrometrischen Untersuchung insbesondere

mindestens einer der folgenden Stoffe, deren Gemische und/oder

Reaktionsprodukte, Cluster und/oder Verbindungen gemessen bzw.

nachgewiesen werden: H ₂ , He, N ₂ , O ₂ , PH ₃ , AsH ₃ , B, P, As, CH ₄ , CO, CO ₂ , Ar, SCI ₄ , SiHCI ₃ , SiH ₂ CI ₂ , H ₂ O, C _x H _y , TrimethylGa, TriethylGa, TrimethylAI, TriethylAI, Trimethylln, Triethylln, Cp ₂ Mg, SiH ₄ , Si ₂ H ₆ , Tetrabutylammonium, TetrabutylSilan, Xe isotrope, Kr Isotrope, Hexamethyldisiloxan, Tert-Butylarsin, Trimethylarsin, Diethyl-tert-Butylarsin, Diethyl-tert-Butylphosphin, Di-tert- Butylphosphin, Tert-Butylhydrazin, Dimethylhydrazin, Indium, Aluminium, Gallium, Bor, Silizium, Gold, Antimon, Bismut.

Der mindestens eine Stoff, das Gemisch, das Reaktionsprodukt, der Cluster und/oder die Verbindung kann insbesondere bei einer Temperatur in der Prozess-Kammer 205 zwischen 15°C und 5000°C, bevorzugt zwischen 100°C und 2000°C und bei einem Druck in der Prozess-Kammer 205 zwischen 10 ^"10 mbar und 5 bar, bevorzugt zwischen 10 ^~8 mbar und 1 bar gemessen bzw.

nachgewiesen werden.

Insbesondere bei der Verwendung des Massenspektrometers 1 zur

Untersuchung eines (Prozess-)Gasgemischs bei einem Beschichtungsprozess kann es günstig sein, wenn das Massenspektrometer 1 eine

Selbstreinigungsfunktion aufweist, um Bestandteile des Prozessgases zu entfernen, die sich in der Messkammer 7 bzw. der lonenfalle 10 ablagern. Eine Möglichkeit zur Realisierung einer solchen in-situ Selbstreinigung ist in der WO 02/00962 A1 beschrieben, in der zum Entfernen von Ablagerungen, die von Prozessgasen erzeugt werden, ein Reinigungsgas eingesetzt wird. Das

Reinigungsgas kann bei dem Massenspektrometer 1 von Fig. 1 in der

Plasmaquelle 18 in ein Plasma überführt werden, indem dieser an Stelle des lonisierungsgases 13 das Reinigungsgas über eine (nicht gezeigte)

Gaszuführung zugeführt wird. Das ionisierte bzw. angeregte Reinigungsgas tritt auf demselben Weg wie das lonisierungsgas 13 in die lonenfalle 10. Ggf. kann das Reinigungsgas auch über eine weitere (nicht gezeigte) Gaszuführung in die Messkammer 7 eintreten und dort mit den Ablagerungen ein gasförmiges Reinigungsprodukt bilden, welches aus der lonenfalle 10 bzw. aus der

Messkammer 7 ausgetragen werden kann.

Insbesondere wenn die lonenfalle 10 als elektrische FT-ICR-Falle ausgebildet ist, welche einen geringen Bauraum benötigt, kann das Massenspektrometer 1 auch bei Anwendungen zum Einsatz kommen, bei denen der Bauraum eine große Rolle spielt, z.B. bei MOCVD-Prozessen oder dergleichen.

Es versteht sich, dass das Massenspektrometer 1 aufgrund seiner oben beschriebenen Eigenschaften auch auf anderen Gebieten, beispielsweise bei anderen Beschichtungs- bzw. Ätz- und Implantationsprozessen, bei der Gasanalyse, bei Dopingkontrollen, in kriminaltechnischen Untersuchungen etc. Verwendung finden kann.

Neben der Verwendung des oben beschriebenen Massenspektrometers zur massenspektrometrischen Untersuchung von Gasen ist es auch möglich, das Massenspektrometer auf dem Gebiet der Schwingungsdetektion bzw. der Schwingungsanalyse von typischer Weise mechanischen Schwingungen zu verwenden. Bei den Schwingungen kann es sich insbesondere um

Eigenschwingungen eines Set-Ups bzw. einer Vorrichtung handeln, in die das Massenspektrometer verbaut ist, d.h. die Schwingungen werden am Einsatzort des Massenspektrometers detektiert und das Massenspektrometer wird als Schwingungssensor genutzt. Zu diesem Zweck wird mit dem

Massenspektrometer ein Spektrum innerhalb eines Frequenzbereichs aufgenommen, in dem die zu analysierenden Schwingungsfrequenzen liegen. Dieses Frequenzspektrum kann beispielsweise zwischen ca. 1 Hz und ca. 15 KHz liegen. Innerhalb dieses Frequenzbereichs liegt typischer Weise eine Mehrzahl von Störfrequenzen, die durch mechanische Schwingungen erzeugt werden und die durch die Messelektroden beispielsweise einer FT-Ionenfalle, insbesondere einer FT-ICR-Falle, erfasst und analysiert werden können. Zur Analyse der Schwingungen kann beispielsweise ein Frequenzspektrum aufgenommen werden, sobald das Massenspektrometer in die Vorrichtung eingebaut wird. Wenn die Vorrichtung zum Zeitpunkt des Einbaus in Ordnung war, kann dieses Frequenzspektrum als Referenzspektrum dienen. Zu einem späteren Zeitpunkt bzw. zu mehreren späteren Zeitpunkten kann die Messung des Frequenzspektrums wiederholt werden und das gemessene Frequenzspektrum kann mit dem Referenzspektrum verglichen werden. Wird in dem gemessenen Frequenzspektrum eine bzw. werden mehrere zusätzliche Linien bzw. Peaks detektiert, ist dies ein Hinweis darauf, dass irgendwo in der Vorrichtung unerwünschte Schwingungen auftreten, die z.B. auf mechanische Probleme zurückzuführen sind. Bei den Schwingungen kann es sich

beispielsweise um unerwünschte Eigenschwingungen von Schleif- bzw.

Kugellagern handeln, die in der Nähe des Massenspektrometers angeordnet sind, oder um Schwingungen, die von einem Netzteil verursacht werden (Netzbrummen). Beispielsweise können bei der in Fig. 7 dargestellten

Beschichtungsanlage 201 die Eigenfrequenzen f der in der Nähe des

Massenspektrometers 1 angeordneten Vakuum-Pumpe 212, insbesondere von deren Schleif- bzw. Kugellagern, detektiert bzw. analysiert werden.