CN102203898B - 在处理系统化学分析中使用的电子束激励器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体线路电子流激励器。所述电子束激励器通常包括用于在电子源腔中生成电子云的可变密度电子源，和用于将来自电子源腔的电子作为电子束加速成用于发射荧光的气体样本的可变能量电子激励器。电子束的电子能量是可通过调节越过可变能量电子抽取器可变控制的。所述变能量电子抽取器通过腔上的孔朝着该抽取器给电子供能。施加到电子源上的激励功率可独立于电子束的电子能量调节从而改变电子的电子密度而不改变电子束的电子的能级。

Description

在处理系统化学分析中使用的电子束激励器

相关申请的交叉引用

本申请涉及并主张申请号为61/135,163，申请日为2008年7月17日、题为“在处理系统化学分析中使用的电子束激励器”的未决美国临时申请的优先权，申请号为******(代理备案号为946959600042P2)，申请日为2009年7月15日、题为“在处理系统化学分析中使用的电子束激励器”的未决美国临时申请的优先权，以及申请号为******(代理备案号为946959600042)，申请日为2009年7月16日、题为“在处理系统化学分析中使用的电子束激励器”的未决美国临时申请的优先权，在此结合引用，以作参考。

技术领域

本发明涉及用于从反应器腔的气体中产生荧光的设备。

背景技术

发射光谱(OES)端点检测依赖于从与蚀刻过程相关的气体组分(gas species)发射的光的强度变化。在蚀刻层的稳态蚀刻过程中，反应气体和反应气体产物将被等离子体激励致使产生以气体组分为特征的波长的荧光。当蚀刻层耗尽时，反应气体的消耗率和废气产率变化。这些变化导致一个或多个发射波长的光的强度变化。监控这些波长和大致组合这些信号变化生成常见的OES端点趋势图。该OES趋势图可用于告知处理步骤结束。近来新的等离子体蚀刻过程面临的问题是，传统的检测方法不能检测端点，其原因看起来至少有两点。

“远程等离子体”过程使用位于蚀刻过程将要发生位置上游的等离子体。化学活性的气体组分流入处理腔并成功的从沉积腔中的每个表面移除沉积膜。然而，无论是蚀刻过程的反应组分还是废气均被激励到所需的高能态以产生荧光。反应器腔中荧光的缺失是“黑等离子体”不能产生传统的OES端点的原因。

低能态的等离子体在新的过程中使用。虽然这些过程确实激励气体组分发射可在处理腔中检测到的荧光，然而生成的光谱不能显示成功的OES端点检测所需的一个或多个波长强度变化。这类失败看起来是不同于低百分比开放式蚀刻区域的常见难题的。不好理解的是，其准确原因是端点信号不可检测。

对于这些难题来说，已经通过撞击位于晶圆平面的反应器腔的下游废气中的次要等离子体论证了传统的OES端点信号。已有报道指出，在当将次级等离子体单元附着在蚀刻处理腔的侧边恰恰位于节流阀之前时，可以获得成功。其他成功的报道指出，可将次级等离子体放置在涡轮泵的下游-较小良好调节的压力环境可使得OES信号波动。这些“次级等离子体”单元是可以在市面上购得的。然而，它们面临两个难题。

该OES信号时通过相对接近次级等离子体的窗收集的。该等离子体的能量使得其将废气粉碎成小分子成分，而这些小分子成分将在表面上重新组合以形成聚合物-在碳卤化物蚀刻化学中常见的困难。OES观察窗上的聚合物使得光信号迅速衰减进而使得该方法对于需要在维护过程中需要长平均时间的制造工具来说难以实现。

有业者报告，难于控制次级等离子体，这样其废气激励在长时间周期是稳定的。考虑到OEM所作的大量测量将产生稳定的和可重复的等离子体用于处理，这并不令人惊讶。次级等离子体单元的消耗限制妨碍了用于产生稳定的可再现等离子体性能的所有这些相同的复杂技术的使用。次级等离子体中的波动导致的废气激励的变化改变了光强，而该光强可以被误解释为制造过程中的变化而被监测。

发明内容

本发明涉及电子束激励器、电子束激励系统和使用电子束激励器激励气体的方法。该电子束激励器包括用于在电子源腔中生成电子云的可变密度电子源，和用于将来自电子源腔的电子作为电子束加速成用于发射荧光的气体样本的可变能量电子激励器。电子束的电子密度(浓度)是可通过调节施加给电子源的激励功率可变控制的。电子源腔中的电子通过接触电子源腔的导电表面获得(assume)参考电压，该电子源腔保持在参考电压，通常接近大地电压。电子束的电子能量是可通过调节提供给电子激励器电极的电压可变控制的，该电压可改变电极上的电荷。电子激励器电极和参考电压之间的电压差通过腔上朝着电子激励器电极的抽取孔(extraction hole)从电子云吸引电子。电子激励器和所述电子源之间的电压中的差值越大，给予电子束中的电子的电子能量越高。提供给激励器电极的电压可独立于提供给电子源的激励功率进行调节，从而改变电子束的电子的能量而不改变电子束的电子的浓度。相反地，提供给电子源的激励功率可独立于电子束的电子能量进行调节，从而改变电子束中电子浓度而不改变电子束的电子的能量。因此，电子束的电子密度可独立于电子束中电子的能量改变，且电子束中电子的能量可独立于电子束的电子密度改变。

电子束激励器进一步包括电子收集器和计数器以测量电子束中电子的浓度，电子束中电子撞击电子收集器和计数器以产生与电子撞击次数成比例的电子流。电子流的改变表明电子密度的浓度变化。通过监控电子流，可将电子束的电子密度稳定在优选的电子密度以观察光发射的强度变化。

如果检测到电子流反常，可调节提供给电子源的激励功率以补偿该反常，从而校正电子密度而不改变电子束的电子能量。相反地，电子束的能量级可以基本上独立于电子束的电子密度改变，以例如激励特定的气体组分。改变电子束中电子的能量级将改变电子束的电子浓度，然而该改变将通过电子收集器和计数器生成的电子流的改变反映。该改变可通过调节提供给电子源单元的激励功率抵消直至电子流再次匹配电子束的参考电子流和电子浓度。

本发明的电子束激励器和电子束激励系统可在连续电子束操作模式或脉冲电子束操作模式中的排气线路中操作，而同时维持电子束的电子密度在固定浓度。本发明的激励器和激励系统也可在可变电子能量操作模式中操作，且同时具有连续电子束操作模式或脉冲电子束操作模式。最后，此处所述的电子束激励器和电子束激励系统可在可变电子密度操作模式中操作以改变电子束的电子浓度而将电子束的电子能量维持在恒定水平。

附图说明

本发明特性的新颖特征在所附的权利要求中阐述。然而，通过参考后面的示例性实施方式的详细描述以及附图，可以很好地理解本发明自身以及优选的使用模式、及其进一步的目标和优点，在附图中：

图1是现有技术通常所知的OES监控的生产反应器的示意图；

图2A、2B和2C是现有技术通常所知的ICP和CCP排气线路等离子体激励器的示意图；

图3A和3B是现有技术通常所知的具有压力调节的排气线路的排气线路等离子体激励器的示意图；

图4是现有技术通常所知的排气线路等离子体激励器的示意图；

图5是根据本发明的典型实施例的在来自如反应器腔的排气线路中的、用于激励和处理废弃的电子束激励系统的部件的示意图；

图6A是根据本发明的典型实施例的电子束排气线路502的截面图，且图6B是本发明的典型实施例的本激励器的正交视图；

图7是越过电子抽取器的电荷的概念视图；

图8B-8D是根据本发明的典型实施例的可选电子加速器和抽取器结构的示意图，所述结构更适当地近似理想的抽取器的提高的电压的二维表面；

图9A、9B和9C示出了根据本发明的典型实施例的抽取器的正视图、抽取器的沿AA线截面图、和抽取器的正交视图；

图10示出了根据本发明的典型实施例的电子束激励器的电子抽取器和电子源部件的几何视图；

图11示出了根据本发明的典型实施例的配置成用于观察电子激励器后的发射的排气线路电子束激励器；

图12示出了根据本发明的另一典型实施例的配置成用于观察电子激励器前的发射的排气线路电子束激励器；

图13示出了根据本发明的另一典型实施例的配置有包含电子束的电子束光学器件(optics)的排气线路电子束激励器；

图14示出了根据本发明的另一典型实施例的具有用于聚焦电子束的环形磁铁的排气线路电子束激励器；

图15示出了根据本发明的另一典型实施例的排气线路电子束激励器，所述排气线路电子束激励器增加有用于测量电子束中电子的浓度的电子束电子收集器和计数器，用于从电子束电子收集器接收浓度信息和调节电子源的激励功率的反馈控制器；

图15示出了根据本发明的另一典型实施例的排气线路电子束激励器，所述排气线路电子束激励器增加有用于测量电子束中电子的浓度的电子束电子收集器和计数器，用于从电子束电子收集器接收浓度信息和调节电子源的激励功率的反馈控制器；

图16是根据本发明的另一典型实施例的具有用于监测电子束的电子浓度的收集器电极的电子束激励器的截面图；

图17是示出了收集器电极的截面图，其示出该收集器电极表面上的残留物聚集；

图18A-18C示出了收集器电极上的残留物聚集结果；

图19A是根据本发明的一典型实施例的用于在排气线路中激励气体的电子束激励器的示意图；所述电子束激励器使用单独的感应耦合等离子体产生电子；

图19B是根据本发明的一典型实施例的用于减少在激励器的电极上的沉积的出现的改进型电子束激励器的示意图；

图20是根据本发明的另一典型实施例的用于在排气线路中激励气体的电子束激励器的示意图，所述电子束激励器使用空心阴极来生成电子；

图21是根据本发明的另一典型实施例的用于在排气线路中通过从场发射器阵列型电子源抽取电子的来激励气体的电子束激励器的示意图；

图22是根据本发明的再一典型实施例的用于在排气线路中通过从热阴极型电子源抽取电子来激励气体的电子束激励器的示意图；

图23是根据本发明的再一典型实施例的用于在排气线路中通过从激光型电子源抽取电子来激励气体的电子束激励器的示意图；

图24是根据本发明的再一典型实施例的用于在排气线路中通过从微波型电子源抽取电子来激励气体的电子束激励器的示意图；

图25A-25C是示出了根据本发明的典型实施例的电子束激励器的各种操作模式的时序图；

图26是根据本发明的典型实施例的排气线路电子束激励器的顶部截面图，其进一步示出了排气线路的激励区域；

图27是根据本发明的典型实施例的排气线路电子束激励器的侧视截面图，其示出了排气线路的激励区域的侧视图；

图28A-28E示出了根据本发明的多个典型实施例的在各个几何空间中配置的电子束激励器；

图29A-29D是示出了根据本发明的另一典型实施例的用于本电子束激励器的窗观察角度的范围的示意图；

图30是示出了现有技术中已知的典型反应器排气系统，其示出根据本发明的另一典型实施例的定位电子束激励器的可能位置；

图31A和31B分别是格劳秀斯(Grotian)示意图和截面电子能量示意图；

图32是表示根据本发明的典型实施例的三个典型激励序列的时序图；

图33是表示根据本发明的典型实施例的对应于图32中的激励序列的4个可能的集成模式的时序图；

图34是根据本发明的典型实施例的用于定义最优抽取器电压的一个校准激励序列，所述最优抽取器电压用于产生光发射；

图35是示出了根据本发明的典型实施例的本电子束激励器的压力反馈校正的时序图；

图36是示出了根据本发明的典型实施例的本电子束激励器的多个操作模式的时序图；

图37是根据本发明典型实施例的在多个激励能量级检测激励荧光的通用方法的流程图；

图38是根据本发明典型实施例的用于建立本电子束激励器以检测工具上的特定组分的方法的流程图；

图39是根据本发明典型实施例的用于校准本电子束激励器到最优抽取器电压以用于在不同处理压力下检测激励的产物组分的波长λ₁的方法的流程图；

图40是根据本发明典型实施例的用于执行本电子束激励器的方法的流程图，所述电子束激励器具有通用的功能(duty)并具有电子流反馈以稳定电子束电子的浓度；

图41是根据本发明典型实施例的用于执行本电子束激励器的方法的流程图，所述电子束激励器具有电子流反馈和压力校正参考电流以相对线性压力变化调节电子束的密度；

图42是根据本发明典型实施例的、与图40示出的用于执行本电子束激励器的方法类似的方法的流程图，用于相对于线性压力变化调节电子束的密度，但在一电子能量级范围内检测不同波长的发射；

图43是根据本发明典型实施例的用于定义气体组分的唯一光谱标记(signature)的方法的流程图；

图44A和44B是根据本发明典型实施例的用于通过废气的唯一光谱标记检测废气中的一个或多个组分的方法的流程图；

根据附图和后面的详细描述，本发明的其它特征将是显而易见的。

具体实施方式

部件附图标记指定

100：OES测量装置 524A：环形电子抽取器开口

102：窗 524B：环形电子抽取器开口

104：收集光学器件 524C：六边形电子抽取器开口

106：光纤 524D：正方形电子抽取器开口(网孔模式)

108：传感器 525：可变电势(Variable potential)抽取器源

109：光谱仪 526：电子束聚焦光学器件

110：处理控制器 526A：端电子束聚焦磁铁

112：处理腔 526B：抽取器电子束聚焦磁铁；

114：晶圆支撑 526C：收集器电子束聚焦磁铁

116：晶圆 527：磁通量线

120：等离子体 528：抽取器电子束聚焦锥形体

132：处理气体进口 530：激励区域

138：处理腔气体出口 532：电子束

200：排气等离子体激励装置 532A：电子束

202：窗 532B：电子束图案

204：收集光学器件 532C：电子束图案

206：光纤 532D：电子束图案

208：传感器 533：电子束轴

209：光谱仪 534：流束(plume)

210：处理控制器 535：辉点

212：处理腔 540：电子束控制器和计数器

214：晶圆支撑 541：越过电子收集器的沉积

216：晶圆 545：可变偏置收集器源

220：第一等离子体区 550：排气线路压力计

223：等离子体电极 560：电子浓度控制器

224：高频电源 570：光收集光学器件

226：蚀刻区域 572：发射处理器

232：处理气体入口 573：发射处理器

233：发射光谱检测机构 574：视口窗

234：具有金属网图案的屏蔽板 579：具有光纤的光收集光学器件

235：次级高频电源 580：处理腔控制器

236：第二等离子体区 590：电子能量控制器

237：放电等离子体 700：电势表面(Potential surface)

238：排气管 720：电子加速器和抽取器

238a：石英排气管 721：正电荷

239：电容电极板 1900：ICP电子束排气线路激励器系统

240：感应线圈 1910：ICP电子源

310：处理腔 1911：可变ICP电源(RF)

311：对电极(Opposed electrode) 1914：ICP电子抽取孔

312：样本 1915：石英(或蓝宝石)管

313：放电空间 1916：参考电势表面

314：绝缘材料 1917：感应线圈

315：排气口 1918：参考电势表面延伸

316：折流板 1919：净化气体(Purge gas)

317：间隙 1920：激励器电极加热器

320：气体引入系统 1922：加热器电源

321：气体引入管 1924：温度传感器(热电偶)

322：阀 1926：温度控制

330：匹配箱 2000：空心阴极电子束排气线路激励器系统

332：RF电源 2010：空心阴极电子源

340：高真空排气系统 2011：空心阴极电源(可变VDC)

341：涡轮泵 2014：阴极电子抽取孔

342：直空泵 2015：空心阴极

343：旋转泵 2017：阳极

344：排气管 2100：场发射器阵列电子束排气线路激励系统

345：阀 2110：场发射器阵列电子源

350：蚀刻气体排气系统 2111：场发射器阵列电源(可变VDC)

351：孔 2114：场发射器抽取孔

352：直空泵 2115：场发射器电子腔

353：旋转泵 2117：场发射器阵列

416：排气管 2200：热阴极电子束排气线路激励器系统

423：腔监控系统 2210：热阴极源

426：腔监控系统 2211：热阴极电源(可变DC电流)

431：感应线圈 2214：热阴极抽取孔

432：电源 2215：热阴极电子腔

433：排气线路 2217：热阴极

434：光敏二极管 2300：光电子束排气线路激励器系统

436：光敏二极管 2300：激光源

437：级检测器 2300：激光电源(可变DC电流)

500：电子束排气线路激励系统 2314：激光抽取孔

502：出口处的电子束激励器 2315：激光电子腔

502A：进口处的电子束激励器 2400：微波电子束排气线路激励器系统

502B：出口处节流阀上的的电子束激励器 2410：微波源

502B：出口处低真空泵上的的电子束激励器 2411：微波电源

504：排气线路 2414：热阴极抽取孔

510：电子源 2415：微波石英电子腔

512：电子浓度调节 2417：微波石谐振腔

514：电子抽取孔 2634：羽流(Plume)

516：参考电势表面 2635：辉线点

515：电子腔 2636：样本位置

520：电子抽取器/加速器和电子束光学器件 2702：短寿命气体组分

520A：单开口电子抽取器 2704：中寿命气体组分

521A：抽取器的不透明部 2706：长寿命气体组分

522：电子能量调节 2736S：短寿命样本位置

520B：具有环形开口的电子抽取器 2736M：中寿命样本位置

520C：具有六边形开口的电子抽取器 2736L：长寿命样本位置

520D：具有正方形开口的电子抽取器 3000：反应器腔

524：锥形开口 3038：排气线路

3042：涡轮泵

3044：低真空泵

3040：节流阀

3045：净化气体

在等离子体被第一次发现开始，其光发射就已经被用作诊断工具。发射光的光谱特别重要。来自给定粒子(原子、分子、离子和固体)组分的发光光谱的强度可模拟成：

$I_{b\→c}=Q_{b\→c}\underset{a}{\mathrm{\Σ}}{n}_a{\∫}_{v_{\min }}^{\∞}{\mathrm{\σ}}_{a\→b}{\mathrm{vg}}_e\left(v\right)\mathrm{dv}---\left(1\right)$

其中：

I_b→c＝激励的组分发射的光的强度，所述组分经历从激励能态b到低能态c的发射弛豫；

n_a＝能态a中粒子的数量；

Q_b→c＝来自从激励的能态b到低能态c的衰减的光发射的量子产量；

σ_b→c＝粒子从a到b的电子撞击激励的横截面；

v_min＝激励粒子从能态′a′到能态′b′所需的最小电子速度；以及

g_e(v)＝电子能量(或速度)分布函数，EEDF。

除了激励粒子外，该高能电子一般也可打断分子键。通常速度分布大致如麦克斯韦-玻耳兹曼或麦克斯韦分布。

$g_e\left(v\right)=4\mathrm{\π}{n}_e{\left(\frac{m_e}{2\mathrm{\πk}{T}_e}\right)}^{3/2}{v}^2\exp \left(\frac{-\frac{1}{2}{m}_e{v}^2}{k{T}_e}\right)---\left(2\right)$

g_e(v)＝电子速度(或能量)的分布；

n_e＝电子密度(电子束/cc)；

m_e＝电子质量(9.10938215(45)×10^-31kg)；且

T_e＝电子温度(1°K对应8.617343(15)×10^-5eV)。

实际速度分布通常类似与该近似值，具有某些重要的复杂性。从这些等式，可以证明发射光谱取决于量子力学常数以及粒子状态分布、电子密度以及电子温度(或能量分布)。

光发射光谱学(OES)在许多应用中用于测量气体混合物中一个或多个原子或分子组分的浓度。半导体工业通过检测当蚀刻层耗尽时(表明提供给蚀刻等离子体的停止层)发生的反应物和废物的浓度变化长期使用OED来检测等离子体蚀刻处理的端点。更近的分析方法，如偏最小二乘方(Partial Least Squares，PLS)已被用来将复杂OES光谱关联到反应等离子体中选定组分浓度。类似地，光谱已经和分析技术以其使用，如主成分分析法(Principle Components Analysis，PCA)来检测什么时候该过程操作正常而什么时候从正常、期望的操作开始转变。这些最新的监测方法叫做故障检测和分类(FDC)或工具监测。其他工业也使用类似的技术。

图1中示出典型的发射监测系统，系统100。在典型处理中，半导体晶圆116或其他工件，由晶圆支撑114支撑并与等离子体120直接接触，并且两者均包含在反应器腔112中。处理气体经处理气体进口132进入腔112且使用真空泵将反应物气体、反应气体产物和污染物作为废气经气体出口138从反应器腔中撤走。虽然已知其他监控腔条件的方法，但是OES监测在分析腔112内的条件方面是非常有用的。使用OES₁，来自等离子体120的光发射可在收集器光学器件104接收。该收集器光学器件104可光学连接到腔视点窗102的外表面。该收集器光学器件和腔窗可定向成仅可观察到等离子体120的某些部分。该收集器光学器件104通过光纤106的方式光学连接到光谱仪109。光谱仪109将光发射分解成单个光谱波长并将它们投影到传感器108。传感器108将光谱转换成电信号。反应器腔112中的处理状态可由反应器腔中是否出现某些气体组分来确定。处理控制器110监测对应于一个或多个组分的特定光谱波长以获得强度变化，接着基于所述分析改变正在操作的反应器。腔气体的OES监测是处理的端点检测的主要方法。此外，OES监测对于监测其他条件，如起始点、系统清洁度、空气和水泄漏、以及系统和过程诊断都是非常有用的。通常，必须同时监测两个或多个光谱波长。

虽然上述OED监测系统可以是主要配置，但其并不是没有缺陷的。定量的OES方法假设在OES信号和发射光的一个或多个气体组分(等式(1)中的n_a)之间存在可再现的关系。这些OES方法论要求：

1、气体中的每个组分到激励态的固定分布的激励效率是恒定的或是随着时间可再现的；

2、对于每个激励的组分，弛豫路径的分布具有恒定的或是随着时间可再现的至少一个光发射弛豫路径；

3、检测发射光以生成OES信号的效率是恒定的或是随着时间可再现的。

对于这些将要成功的OES方法论，电子密度n_e、电子温度T_e必须保持恒定-或至少随着时间可再现。

某些半导体处理产生的条件难以符合上述用于可再现OES检测方案的三个条件。近来提议的半导体蚀刻过程并不能充分激励气体混合物(低n_e或低T_e)以产生激励状态，而从该激励状态感兴趣的组分将弛豫(relax)并产生光发射。在其他过程中，激励该反应气体的该等离子体远离晶圆表面，这样讲在蚀刻晶圆的邻近不会产生光发射。这被称为“黑”等离子体或者是“上游”等离子体。在这两个例子中，只有很少或没有发射光能够使用OES来检测晶圆上在端点发生的气体中的组分浓度变化。在其他情形下，反应腔是充满噪声的环境，其使得某些过程的端点检测(如低开口面积蚀刻)非常难于检测。噪声源可以是RF功率噪声、RF频率改变、功率耦合等。最后，等离子体腔并不具有完美的可再现条件。处理环境的这样的改变将导致n_e空间上或是时间上的变化。更重要的是，电子速度分布(T_e)可经历更高能电子数量上的微小变化(subtle change)。因为仅上述更高能的电子是形成放电中光发射的原因，这些改变是难以检测和调节的。最后，因为电子速度分布T_e改变，电子密度n_e随之改变。一般，更高的T_e导致更高的n_e，这两个值通过系统依赖的复杂方式偶联。该偶联使得不可能在不影响n_e的条件下改变T_e和在不影响T_e的条件下改变n_e。

解决该难题的激励气体发射荧光的方法是靠近或在蚀刻晶圆的下游定位激励蚀刻气体的单独器件以产生可检测光信号，使用该光信号执行期望的OES分析。该技术需要执行在反应器腔、主等离子体生成器的下游定位第二等离子体生成器以激励来自反应器腔的废气。用于激发排气线路中的废气进入等离子体状态以检测发射光谱中的变化的等离子体激励器监测系统已经在公开号为58-84431，公开日为1983年5月20号的、题为“等离子体蚀刻设备”的专利(Okabayashi)中公开了，在此结合引用，以作参考。Okabayashi公开了在图2A-2C示出的几个排气线路等离子体激励器实施例。图2A示出的排气等离子体激励装置200通常包括在支撑214上具有一个或多个晶圆216的反应器腔212。主等离子体通过等离子体电极223在反应器腔212的第一等离子体220中生成用于执行半导体处理。等离子体电极223电连接到高频电源224以生成此等离子体。处理气体经处理气体入口232引入到腔212中，且废气经排气管238从腔中排出。使用真空泵该废气经排气管238吸出并进入石英排气管238a，该真空泵位于排气管238中。当经石英排气管238a移动时，废气被激励成放电等离子体237。放电等离子体237与反应器腔212的第一等离子区域220间隔并且相隔较远。

来自放电等离子体237的受激励的废气的光发射在发射光谱检测机构233被检测到，并被转换成电信号。来自发射光谱检测机构233的输出信号用于控制反应器腔212的处理。例如，可采用来自发射光谱检测机构233的输出信号调整用于第一放电区域220中放电等离子体的生成的高频电源224的输出。Okabayashi公开了发射光谱检测机构233用于监测定向在与越过第二等离子体区域236的废气流大致垂直的视角的光发射。为了防止起源于第二放电区域236的放电等离子体进入处理腔212，在腔212的第二放电区域236和时刻区域226之间放置有具有金属网图案的屏蔽板234。

Okabayashi公开了两种不同种类的等离子体生成器用于在第二等离子区域236中激励废气。图2B中示出了电容耦合的等离子体生成器，而图2C中示出了电感耦合的等离子体生成器，两个都可与图2A中示出的排气等离子体激励装置200一起使用。图2B中示出的电容耦合的等离子体生成器配置成在石英排气管238a的两侧均有一对相对的电容性电极板239用于将废气在第二等离子体区域236引入放电等离子体237。高频电源235给电容性电极板239供能。电容性电极板239一般沿着第二等离子体区域236的长度延伸。电感耦合的等离子体生成器包括其上缠绕有感应线圈240的石英排气管238a，该石英排气管238a耦连到高频电源235。图2C中示出的电感耦合的等离子体生成器的几何与电容耦合的等离子体生成器的不同之处在于，石英排气管238a的下游末端耦连到直角排气连接。在该连接上设置有视点窗。从该位置，发射光谱检测机构233定向为使得其视角与石英排气管238a同轴，从而使得发射光谱检测机构233检测沿石英排气管238a的流动轴线的光发射。

虽然Okabayashi公开的排气等离子体装置克服了单等离子体技术的许多缺陷，但是其也受到放电区域的不规则气压效应的影响，而这将在光谱区域中导致模糊的谱线，而这些谱线在控制生成过程中是非常重要的。在专利号为US4,609,426、授权日为1986年9月2号的、Ogawa的题为“用于监测蚀刻的设备和方法”的专利中公开了耦连到传统高真空排气系统的、具有调整废气压的排气线路等离子体激励器，在此结合引用，以作参考。在图3A中，使用平行的对电极311和样本电机312在处理腔310中生成主等离子体以界定其间的放电空间313。气体传递和气体发射孔在对电极311上形成，每个气体发射孔向着放电空间313打开并与气体通路连通。对电极311连接到蚀刻气体引入系统320的气体引入管321中，该蚀刻气体引入系统320与气体通路连通。流经气体引入管321的蚀刻气体可由阀322调整。

样本电极312通过绝缘材料314与处理腔310电隔离，并连接到电源，如经匹配箱330连接到位于处理腔310外的射频电源331。排气口315设置在处理腔310的底部，具有设置在处理腔310内、样本电极312的背面和处理腔310的底部之间的折流板316。折流板316的外周延伸到处理腔310的每个侧壁，且间隙317界定在折流板316的内周和样本电极312之间以接收流入排气系统的废气。

高真空排气系统340用于从处理器310撤出废气，其由涡轮分子泵341、直空泵342和旋转泵343组成。处理腔310的排气口315经排气管344连接到旋转泵343的吸入部。直空泵342放置在排气管344中旋转泵343的上游，且涡轮分子泵341放置在直空泵342的更上游。阀345放置在排气管344中涡轮分子泵314的上游。

蚀刻气体排气系统350大致平行于高真空排气系统340。该蚀刻气体排气系统350由可变孔351、直空泵352、旋转泵353和捕捉器(trap)354如氮捕捉器组成。排气管355从排气管344的位于阀345上游的部分分流并连接到旋转泵353的吸入部。

在一个实施例中，Ogawa公开了微波等离子体生成器、等离子体器件360。所述等离子体器件360作为激励废气和监测光发射的次级等离子体，由子-腔361、波导362、磁电管363和磁铁364组成。气导管365耦连到排气管355和阀345之间的排气管344上，并与子-腔361的上部连通。放气管366连接到放气口和排气管344之间。该放气口设置在子-腔361的下部，且排气管344位于涡轮分子泵341和阀345之间。阀367a设置在气导管365中，且用于调整子-腔361的压力的可变孔368设置在阀367a和子-腔361之间。阀367a设置在放气管366中，位于子-腔361的放气侧。

子-腔361结合到波导362中，且波导362的上端部连接到磁电管363。磁铁364设置在波导362外使得对应于其设置位置，气导管365和放气管366分别连接到子-腔361。光谱检测器件370包括裂缝371、分光计372、光电倍增器373以及类似器件，且设置在子-腔361的底部。

在处理腔310中的样本380由具有向上的蚀刻表面的样本电极312支持。阀345打开且高真空排气系统340操作以在处理之前撤出处理腔310的内部。蚀刻气体以预定速率从蚀刻气体引入系统320引入到处理腔。当蚀刻气体排气系统350用于从处理腔310放气，操作射频电源331以在处理腔310内且向等离子体-蚀刻样本生成等离子体。从处理腔310释放的气体的一部分被路由到子-腔361以经阀367a和可变孔368撤走。

子-腔361中的气压经可变孔368调整和微分放气直至到有利于区别亮线光谱的气压。磁电管363发射微波能量，且子-腔361中的磁铁生成微波放电。经调整压力的气体被引入到子-腔361中且由微波放电激发成等离子体。该光谱检测器件370检测发射光谱中呈现的发射线光谱，且从发射线光谱随时间的强度变化监测样本380的蚀刻状态。

Ogawa还公开了用于在次级等离子体中激励废气的火花放电型等离子体生成器。图3B中示出了第二等离子体器件360’，包括子-腔361’、如上所讨论的微波等离子体生成器中所使用的一样的气流系统和发射光谱检测器件，且以与子-腔361相同的方式调整该子-腔361’。当电源向发射成员369提供高压时，这些成员之间产生火花放电，子-腔361’中的气体被火花放电激励成等离子体。

现有技术中已知的在先讨论的排气线路等离子体激励器在废气流过该排气线路时激励废气并使用OES技术监测等离子体的光发射。使用其他几何配置的等离子体激励器以及光监测技术对本领域技术人员来说是众所周知的。在专利号为US 4,857,136、授权日为1989年8月15号的、Zajac的题为“反应器监控系统和方法”的专利中公开了一种排气线路等离子体激励器，其中来自排气线路的废气扩散到次级等离子体生成设备的激励腔中，在此结合引用，以作参考。在此，废气被激励成等离子体，并且使用光二极管检测激励腔中的目标气体组分。

特别参照图4，从腔监测系统423遥控监测反应器腔中的条件。腔监测系统423一般包括激励腔426(其一般由非导电材料，如石英制成)和感应线圈431(其围绕腔426同轴缠绕并连接到电源432)。激励腔426的一端垂直耦连到排气线路416，且定位设置在另一端的具有两个或多个光二极管433和434的视点窗以感应从激励废气发射的光。

不同于先前所描述的现有技术中已知的次级等离子体生成器，腔监测系统423并不是嵌入式(inline)等离子体激励器，因此不会激励排气线路中的废气，而是激励扩散进入腔426的一部分废气。在此，废气由上述感应耦合等离子体生成器激励。该系统的一个优点是其易于与排气线路416上的已有的端口连接而无需对已有的排气真空系统进行更改。

该系统的另一优点是使用价钱适中的光二极管而不是使用光谱仪来检测激励的光谱发射。选择光二极管以响应将要检测的目标气体的发射光的特定波长，或者可以提供滤波器来选择性通过这些波长。光二极管产生对应于撞击在其上的各个波长的光的数量的电信号，并可以连接到差微分放大器436以提供对应于来自光二极管的信号比的输出信号。该输出连接到级检测器437，当光二极管信号比到达对应要在反应器中检测的某些预定条件的预定级别时，级检测器437产生一个输出信号。

类似的技术已由真实(Verity)仪器公司，本发明的共同受让人在1980年代，在Ramsey的“在硅晶体生长中的动态气体条件分析”的建议下实施。这些技术使用绝缘体等离子体源在流通的等离子体腔中生成低频等离子体。然而，与各个现有技术不同的是，上述排气线路次级等离子体生成器在连续波操作中运行，该绝缘体等离子体源是脉冲的，而不是连续无中断地生成连续等离子体。几个不同的检测方法可用于监测光发射。该技术的大部分结合到MS100超痕量气体分析器中，该MS100超痕量气体分析器在1985年4月从真实仪器公司购得。

最近，在专利号为US6,643,014、授权日为2003年11月4号的、Chevalier的题为“用于识别气态废物的方法和系统以及具有该系统的设备”的专利中公开了使用电感耦合等离子体生成器和微波谐振等离子体生成器激励废气的嵌入式排气线路等离子体激励器和扩散排气线路等离子体激励器，在此结合引用，以作参考。在某些嵌入式等离子体生成器实施例中，该等离子体生成器配置成整个位于排气线路中。光学分光计可用于分析等离子体发射的发射光谱的变化。

在专利号为US 6,975,393、授权日为2005年12月13号的、Mettes(该专利让于本发明的受让人)的题为“用于实施余辉发射光谱检测器的方法和装置”的专利中公开了嵌入式排气线路等离子体激励器的各个实施例，在此结合引用，以作参考。Mettes公开了激励在多个工具的排气流中的废气的RF感应耦合的和DC放电等离子体生成器。一些实施例涉及以下配置，在该配置中排气线路等离子体生成器与检测设备相距较远以避免从短寿命组分发射的光。遮光器和其他机械设备可以用于保护来自主等离子体发射的检测器并仅观察余辉发射。Mettes公开了不同现有技术中已知的检测废气中的亚稳态组分的余辉的操作方法(如脉冲调制等离子体生成器，接着观察在该激励后发射荧光的组分的激励区域)的方法。

在专利号为US 6538734、授权日为2003年3月25号的、Powell的题为“使用实时气体采样”的专利以及其继续申请(U.S.Patent Nos.6757061、6791692、6867859、7019829和7202946)中公开了基本上如上所述，配置有与来自反应器腔的废气流成一直线的激励腔的电感耦合等离子体的各个实施例，在此结合引用，以作参考。Powell公开了与排气线路电感耦合等离子体一起使用的各种分析和带有排气线路电感耦合等离子体生成器的监测技术，这些技术广泛用于监测反应器腔中的主等离子体。Powell还公开了用于分析和监测发射的发射的光谱和控制如结合时间、检测器灵敏度、比例因数以及类似条件的各种显示接口。

与现有技术形成鲜明对比的是，本发明并不使用等离子体生成器来直接将废气激励成等离子态以生成光发射，因此不会受上述缺陷的影响。相反地，本发明使用电子束(E-束)来将激励能量传递给废气，这不使用等离子体生成器来产生光发射。来自电子束的能量激励废气中的原子组分以生成在处理控制和其他应用中有用的光发射。使用本发明的电子束激励废气中出现的组分的一个方面是，n_Ee独立于电子束中的电子的能级可调节和调整。

众所周知的是，废气流中所含的发光组分的浓度变化将导致该组分产生的光发射的亮度变化。然而，现有技术中的排气等离子体激励器受到多个缺陷的影响，这些缺陷是可能产生与废气中组分的浓度无关的光强度变化。先前，不可能精确调整传递给激励腔的激励功率以生成具有特定浓度的等离子体，只能调整传递给等离子体生成器的功率(这在现有技术的等离子体生成器中非常常见)。即使在这种控制水平下，等离子体生成器也不能重复再生维持所需的发射强度控制所需要的具有一定重现精度水平的T_e和n_e。结果，由于现有技术的等离子体生成器的操作变化所导致的光发射的强度的任何改变将错误地归咎于废气的变化。除了稳定性问题以外，现有技术的等离子体生成器对废气中的压力改变也非常敏感。废气线路中的较小的压力变化都将错误地解释为气体的浓度变化；压力减小可能完全掩盖某一组分的出现。此外，由于源于多种因素中的某些发射强度的较小变化，通过发射光强度精确获取组分的浓度对于现有技术的废气激励设备来说是非常困难的。本发明的电子束激励器提供了用于稳定电子束的电子密度的机构，而同时补偿可能产生发射强度的不期望的变化的条件。通常，电子束中电子越多(电子密度越高)由于电子束和废气之间的相互作用产生的光发射越亮。这样可调本发明的电子束的n_Ee来优化特定光谱波长的信噪比以识别特定组分。此外，可直接监控n_Ee漂移(drift)并对其进行调整以维持最优电子密度仪生成恒定数量的发光电子与废气的中气态粒子撞击。由于电子束中电子密度被调整到最优水平，光强的瞬间变化更可靠地被断定为激励组分的浓度变化。考虑到本发明的电子束激励器的另一优点，由于电子束的电子密度可监控和调整，电子密度可用于补偿由于排气线路压力导致的发射光强度变化。通过理解发射强度和组分的排气线路压力的相关性，以及排气线路压力和该组分的电子密度之间的关系，可调节电子密度补偿将影响发射强度的排气压力变化。这样，通过采用排气压力变化调整电子密度，对于特定浓度的组分的发射光强可在较大压力范围内保持恒定。最后，由于n_Ee可独立调整并与电子束的E_Ee分开调节，可以获得上述任何优点而不会牺牲电子束的电子能级的精度、范围或优点。

相反地，由于电子束的电子能级的可独立与电子束密度进行调节，可改变电子能级而不会影响以上直接讨论的电子密度的操作优点。众所周知的是，希望从激励组分发射的光的光谱图或者光谱发射波长图案识别组分。目标是识别不同于废气中出现的其他组分的所有其他光谱图的某组分的光谱图。如果该组分的唯一光谱图不能被识别，其将不能在废气流中检测到。然而，因为组分的光谱图随着其激励水平改变(也就是在不同的激励水平，光谱发射波长的不同图案变得明显)，因此可能找能产生该组分的唯一光谱图的特定激励水平。使用本发明的电子束激励器，可通过改变电子束中的电子能量将该组分激励到特定的激励水平从而为该组分产生唯一的光谱图。在该操作中，可能以在排气线路的废气中可能出现的特定组分为目标来检测，通过仅仅调节电子束的电子能量以为该组分产生唯一的光谱图。此外，由于电子束的电子能级可独立于电子束的电子密度进行调整，该电子束能级可选择性调节以接近实时地从多个组分的唯一光谱图检测废气中的该多个组分。不是总可能识别某一组分的光谱图，该组分不同于其他出现在废气中的组分，或者可能希望比单个光谱图更加精确。本发明的电子束激励器的另一优点在于，可能像某一组分的唯一光谱标记一样，识别在不同激励水平分解的一系列光谱图，该光谱标记由多个光谱图组成，每个单独的光谱图在该组分的不同激励水平获得。

另，由于本发明的废气激励装置并不依赖于直接耦连到该废气的等离子体生成器，可能以不同的操作模式操作该电子束激励器，这些模式在现有技术中是未知的，采用这些模式，可以从废气光发射中提取先前不能检测到的信息。该电子束激励器可在连续操作模式操作(对于等离子体，被称作“连续波(CW)”操作)。由于电子密度和电子能级可独立调节，可选择使得特定组分发射荧光的优选电子能量，且观察明亮或黯淡的光谱发射带的优选电子密度也可独立选择以操作该电子束。且，多个激励组分可从其光谱图同时检测。此外，由于电子束的激励能量是精确调节的，并且沿电子束轴线的窄横截面集中，且该电子束被引导越过废气流的流路，激励的组分可在远离该电子束和沿该废气流的不同物理位置检测。组分的荧光的精确位置是基于组分的荧光寿命的(荧光寿命是在气体粒子的激励和当其弛豫并发射其光子的稍后时间之间的延迟时间)。例如，短寿命组分发射的光可在最靠近电子束的位置检测到，中寿命组分发射的光可在所述电子束的比所述短寿命组分远的位置检测到，长寿命组分发射的光可在所述电子束的比所述短寿命组分和所述中寿命组分更下游的位置检测到。因此，使用本发明的电子束激励器，具有不同荧光寿命的组分可在距离电子束的不同位置并从它们光谱图检测到。此外，由于电子束激励器可在非常高的电子浓度中操作，单个气体粒子更容易遭受多电子碰撞到更高能态，这可作为它们的复杂弛豫路径发射观察到。来自复杂弛豫路径的发射常常导致长荧光寿命。

该电子束激励器也可在脉冲操作模式运行，但是这远不同于脉冲调制现有技术中常见的废气激励装置中的直接耦连的等离子体。脉冲调制该激励器具有降低从电子束和废气之间的交互生成的污染物的数量的优点，该污染物将粘着在视点窗并因此降低视窗维护的检修频率。因此，电子束中电子密度可在优化水平监测和调整，工作周期中的电子密度漂移可以最小化，且强度观察更加精确。通过实时监测电子密度，电子密度测量可用于在发射测量集成(emissions measurement integration)前或集成过程中调整当前工作周期中飞行中的(on the fly)电子密度，或，电子密度测量可用于调整用于下一工作周期的电子密度。如果在集成周期中测量的电子密度落到预定密度窗外，该系统可选择不考虑任何发射集成为不可靠。此外，监测电子密度提供用于直接基于检测电子密度在期望的密度窗范围内稳定来触发光集成的机构。因此，工作周期的活跃部分的持续时间可基于电子密度测量可适应性调整。适应性改变工作周期的长度是非常有效的降低沉积物数量，同时从具有稳定电子密度的电子束获得高精确光测量。上述讨论的连续操作模式的全部优点同样地与脉冲操作模式相关并且可同样地用于脉冲操作模式。

迄今不能使用现有技术的直接耦连的等离子体激励器的另一操作模式是可变能量操作模块。因为电子束的电子能级可使用本发明调节，这些调节可集合上述连续和脉冲操作模式完成。在操作中，电子束的电子能量可通过多个预定的能级和针对每个能级执行的光测量增强。可从单个组分的每个能级的唯一光谱图检测单个组分，或者从包括多个电子能级的唯一光谱标记检测单个组分。在此又，因为可使用本发明的电子束激励器独立于电子能级调节电子密度，该电子密度可在特定电子能级改变以测量两个不同光谱波长。该特征在两个光谱波长的精确密度测量非常重要而它们的强度超过的测量设备在单个电子密度的动态范围的情况下是非常重要的。越高的强度波长在越低的电子密度集成以防止测量装置饱和，越低的强度波长在越高的电子密度集成以增高测量的信噪比。

本发明的各种优点、各个方面和创新特征，以及其中所示例的实施例的细节，将在以下的说明书(描述)和附图中进行详细介绍。在下列描述中，参考形成说明书的一部分的附图，其中通过实例的方式示出了可以实现本发明的特定的实施例。对这些实施例进行了充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实现本发明。应当理解，可以对上述结构程序、系统和特定使用进行改变，而不脱离本发明的精神和范围。因此，下列描述不应看做是限制性的。为了清楚地进行说明，附图中，同一个附图标记在各幅附图中用于表示相同的部件或功能相似的部件。

图5是根据本发明的典型实施例的在来自如反应器腔的排气线路中的、用于激励和处理废弃的电子束激励系统的部件的示意图。这些部件中的每一个将在以下参考各个特定的典型实施例进行更为详细地描述，然而本发明可通过对这些实施例进行各种变化和使用来实现。下面讨论的例子的描述整理成能够最好地解释本发明的原理和实际应用，并且使得本领域的其他技术人员能够理解本发明用于具有不同改进以适应特定使用目的的实施例。当前描述的电子束激励器系统500的一个目的是生成具有足够的电子能级以产生与废物中气体粒子的发光电子碰撞、并具有足够的电子密度以使得光发射可检测的电子束。这样，本发明的电子束激励器一般包括用于提供电子源给电子抽取器(加速器)520的电子源510。电子源510一般包括源腔或“电子瓶”，其生成假设的参考电势的电子云。该电子通过接触保持在参考电势的腔上的导电表面达到参考电势，一般接近地电压。电子抽取器520，位于源腔的抽取口和废气流之间，设置成高于源腔中的参考电势的正电势。正抽取电极和电子源的参考平面之间的电势差确定的电子束能量。抽取电极的形状在生成的电子束的大小和形状上有显著作用。

电子源510内是当激励时生成自由电子气体的电子发射材料。电子(e^-)发射材料的成分随着采用的电子源的类型改变，但是可以是固体或气体，或甚至是从排气线路504中扩散进入源腔的废气。电子激励方法随着源的类型改变；等离子体和非等离子体电子生成器有且包括如辉光放电、空心阴极放电、射频感应耦合等离子体(RF ICP)、RF电容耦合(CCP，平行板)等离子体、微波气泡放电(microwave cavity discharge)、加热电子发射材料(LaB₆，涂钍气保护(tungstun)等)和被迫电子发射技术(表面的X射线等)。对于可用于确定气流中特定组分的存在和/或浓度以及其他组分的缺失的优选激励选择能量迁移，窄电子能量分布在电子束中是理想的。因为生成电子的方法将确定电子能量分布，最佳电子源类型将生成窄能量分布的电子，进而生成将对应窄能量分布的电子束。可运行控制是否以及何时在该激励区域中产生分子碎片。当前可用的电子源生成位于特定的电子密度操作范围内的电子n_e。例如，一般的电容耦合的等离子体(CCP)电子生成器生成电子密度单位在10⁹-10¹⁰cm^-3，一般的感应耦合的等离子体(ICP)电子生成器生成电子密度单位在10¹⁰-10¹²cm^-3，一般的DC辉光等离子体电子生成器生成电子密度单位在10⁸-10⁹cm^-3(电子束的电子浓度或电子密度以下将称为n_Ee)。任何类型的电子生成器产生的电子的特定浓度由电子浓度调节器512控制。该电子浓度调节器512通过调节施加给源腔中的e^-发射材料的激励水平来调节电子密度n_Ee。重要的是，不同于现有技术的排气线路等离子体激励器本发明的电子源510并不将废气激励成等离子体状态以制造光发射观察，相反地，其目的是生成可用于从源腔中抽取以形成电子束的电子。该电子束是本发明用于激励废气流中的气体粒子到激励状态并观察产生的光发射的机构。

从等式(1)和(2)可知，发射光的强度随着特定能态a的粒子浓度n_a电子束的电子浓度n_Ee增加。除非电子束中电子的能级保持恒定，源的任何改变在发射强度中将是不明显的。为了可靠的检测废气中目标组分的浓度变化，n_Ee需要在强度测量中保持恒定。电子束的电子浓度n_Ee的任何漂移都将误报从光强获得的组分浓度读数。一种维持电子束的电子浓度n_Ee恒定的方法是使用电子束电子收集器和计数器540(电子收集器540)在电子抽取过程中监测n_Ee。电子收集器540可设置在排气线路504的激励区域630的电子抽取器520的相对侧以监测电子束中电子数量。为了确保电子束中的电子被电子收集器540吸引并与其接触，相对于抽取器来说微小的正电荷可以施加到该收集器。电子束中的电子与电子收集器540接触且产生与撞击收集器电子数量相关的电子流。电子浓度控制器560使用来自电子收集器540的电子流获得电子束中n_Ee的稳定性并确定对电子源510进行任何需要的功率调节以补偿n_Ee的漂移。本质上，电子浓度控制器560将来自电子收集器540的电子流与参考电子流进行比较以确定校正检测的n_Ee的任何漂移所需的调节量。电子浓度控制器560将调节量传送给电子浓度调节器512以执行对电子源510的激励功率的改变，从而校正n_Ee。通过维持稳定的电子密度，发射光的强度更精确地指示废气流中目标组分的浓度。最后，收集器上的偏置电压将在正和负电压之间波动以问询电子束中电子能量的精确分布。

然而，应注意，废气的压力变化也将导致废气流中目标组分原子数量的变化，并从而影响发射光强度。高废气压使得激励区域530中的目标原子更多，并且更多目标原子与电子束中的高能电子碰撞，因而即使废气中的目标组分原子的数量恒定，也会产生更亮的发射。这类型的强度变化并不只是目标组分的相对浓度，而是指示与电子束中电子碰撞的目标组分原子的数量。这样需要在校正n_Ee的漂移之前校正压力变化。当前电子束激励系统提供的是用于使发射光强度与废气压改变无关的方法。也就是，用于调整电子源510的电子激励功率的机制，其使得不考虑废气中任何压力变化，除废气中的目标组分的浓度改变以外，发射光强不改变。这通过在排气线路的相关废气压力处生成多个压力校正参考电子流。电子浓度控制器560为排气线路压力选择压力校正参考电子流并将参考电流与电子控制器540生成的电子流进行比较。电子浓度控制器560通知的任何变化指示n_Ee的漂移，并且被调节掉。如图所示，电子浓度控制器560从排气管线压力计550接收瞬时压力信息并从电子收集器540接收瞬时压力信息，并将线压提供给该压力的压力校正参考电流做参考。电子密度n_Ee的任何漂移是通过比较来自电子收集器540的电子流和该排气线路压力的压力校正参考电子流来确定的。电子浓度控制器560发布所需的调节指令给电子浓度调节器512，该电子浓度调节器512通过改变传递给电子源510的激励能量校正n_Ee。

优选地，电子源510产生非常窄能量范围内的电子，这样当电子抽取器(加速器)520(朝着将要被分析气体粒子)抽取和加速时，电子束的能量分布也是非常窄的。通过选择产生非常窄能量范围内的电子的电子源，也可接近电子束中的全部激励电子达到近乎一致的能量所需的最佳条件。使用具有窄能量范围的电子源允许对电子束电子在任何给定时间在目标气体中激发的能量跃迁进行更精确的控制。任何理想的电子源将生成单能量级的电子，但是实际上，当前世界上的电子源均将产生一定能量范围内的电子，而最佳电子源将产生窄能量范围内的电子。

用于考虑在特定应用中选择使用的电子源的阈值与具有观察目标组分的所需观察条件的电子源的操作参数匹配。仅达到特定的操作参数组并非足够，该电子源需要能够在整个抽取时间内和工作周期间维持一操作水平以可靠地检测目标组分。电子腔中电子浓度的瞬时稳定性控制多少电子能够被抽取以产生电子束。理想地，电子的浓度和能量特征在抽取过程中很少扰动，或在电子采样被抽取之后很快就恢复平静了。因此，除了基于组分的能量跃迁和电子浓度选择电子源类型，该观察条件也包括抽取期的长度和/或激励特定组分以发射可检测的光发射所需的工作周期。对于检测来自目标组分的光发射所需的抽取时间，用于目标组分的合适的电子源类型可生成具有期望的浓度和能量级的电子束。如果来自电子源的浓度或能量级在抽取周期中衰减，超过目标组分可被检测的水平。该特定电子源类型将不适合该目标组分。在选择用于临界观察条件的电子源类型时，如为了使用非常窄能量范围中的电子束观察需要更长激励期的组分，空心阴极型电子源将是合适的选择，其可以在抽取期维持足够高的电子浓度用于检测目标组分。如果使用空心阴极电子源不能检测到该目标组分，那么电感耦合型等离子体(ICP)可取代该空心阴极电子源生成更高密度的但是能量级范围明显更宽的电子。需要提及的是，匹配电子源的操作参数和特定组分的观察条件仅是阈值考虑，其他的可能考虑包括源对排气线路504的操作气压的响应、源排出的污染物，以及在预期的操作条件下源的可靠性、灵敏度以及稳定性。

电子源510的电子腔的内部可以是导电材料并保持恒定在参考电势，该参考电势使得电子的电势接近导电表面的电势。可以从下述说明书中理解，事实上参考表面电势可以设置在任何电势，但是实际上，出于安全原因，参考表面电势保持在接近地电势，以使得电子抽取器(加速器)520上的电势可以保持较低，例如10VDC和50VDC。例如，如果具有可观察荧光波长范围的光子能量＜10eV，激励电子能量可需要仅高于10eV几伏。如果电子接近地电势，从源腔抽取和加速电子只需要10-50VDC的电压。

电子抽取器520的目的是选择性增加电子束中的电子能量到预定级别，且电子控制器540的目的是计数电子束中的撞击收集器电极的电子。电子计数可通过施加小的偏置电压给收集器电极来从而吸引更多的电子束电子到收集器从而可能产生与收集器的撞击来优化。该偏置电压将足以增加收集器上的电势到参考电势和抽取器电势之上。根据本发明的某些实施例，施加到收集器电极的偏置电压正好足够高以吸引电子到收集器上而不会增加电子束的能量级。这样，根据这些典型实施例，为了避免由于施加到电子收集器540上的吸引电势而导致电子能量产生不希望的增加，该吸引电势的增加与施加到电子抽取器520上加速电子的电压相比通常是很小的。例如，如果施加到电子抽取器520电势是10VDC，附加的1VDC的电势可施加到电子收集器540上(也就是，大于参考电势11VDC)。或，可能有这样的例子，希望将电子收集器540用作加速器。对于那些情况，施加到电子收集器540上的电势相对于电子抽取器520将较大。例如，高于参考电势1VDC的电势可施加到电子抽取器520，且高于参考电势21VDC的电势可施加到电子收集器540。上述电势仅作为示例用于说明本发明的各个方面，并不是试图以任何方式限制本发明。应了解的是，电势值可通过特定的应用和操作条件来确定。

一旦在电子源510中建立足够的电子浓度，可由电子抽取器520从源抽取电子。最佳地，电子抽取器520看做是相对于电子源510中的电子的参考电势的均质正电荷(homogeneous positive charge)的可透过壁(transparent wall)。电子抽取器520定位于沿着起于源腔的抽取口和排气线路中的废气、激励区域的线。电子束的轴通常沿着从开口到激励区域530延伸的线。常常，电子源510的源腔具有与电子束的轴同轴的大致环形。理想地，电子束抽取器520将不具有对电子的不可透过性，至少靠近源腔的抽取口。然而，将均质正电荷的可透过壁(transparent wall of homogeneous positive charge)在片刻之间发射(project)不是容易获得的。可提供基片(通常是金属基片)以供电荷在其上聚集。该结构的精确配置可随着采用的电子源的类型、从源抽取电子的操作模式、排气线路中处理流参数和/或在目标组分中激励的电子之间的能量跃迁而改变。

最佳地，电子抽取器520从电子源510中生成的电子而生成的电子束是具有通常均匀的横截面的窄电子束。然而，由于电子束包括负电荷电子浓度，电子束的横截面形状具有随着与电子抽取器520的距离增加的趋势。然而，轻微圆锥形的电子束不能最终被确定到光观察，需要记住的是，光发射的强度与电子密度n_Ee成比例，且因为n_Ee在电子束的圆锥形的较宽区域上展开来，光发射也越过该锥形体展开。当电子束变得越展开时，光越难检测。因此，需要采用电子束聚焦光学器件以将电子束限制成较窄，圆柱形，在此发射保持集中在相对较窄的区域，并更易于检测。一种使得抽取电子靠近电子束轴线的技术是将它们对准该区域外靠近电子源的开口的不可透过壁，如通过将电子抽取器520配置成具有与电子源510的电子腔中的抽取口对齐的开口的固体电极。另一技术是在电子源创造参考电势平面，该参考电势平面平行并大致与电子抽取器520的壁的不可透过部520同延(coextensive)。电子抽取器520的形状也可协助将电子束限制到窄区域并降低电子束展开。一种技术是给电子抽取器520配置朝着激励区域530定向的锥形表面。电子抽取器520可配置有圆锥形或抛物线状横截面形状以形成圆锥形表面。除了聚焦该电子束外，用于增加来自电粒子碰撞的光发射的技术是增加电子束中电子的路径。通过沿电子束轴线放置磁铁产生具有平行于电子束轴线的磁通量线的磁场。磁场感应的电子回旋加速运动将使得电子沿螺旋状路径环绕磁通量线，从而增加电子-粒子碰撞的可能性。该磁场将使得电子由沿和位于电子束方向上的磁场沿从电子源510到电子收集器540的轴线加速。这样做时，电子源510中的电子气体将其自身与源腔的抽取口和电子抽取器520对齐。基于抽取，电子将平行于电子束轴线加速，并朝着并经过电子抽取器520到达电子收集器540.该磁场将抵消电子束中的相同电荷电子之间的推斥力。

激励区域530中的光发射可沿定向在直角或钝角，朝着电子束的方向的一个或多个视角由光收集光学器件570观察。收集的光从发射处理器572处的光学器件接收，该发射处理器572监测用于光发射的离散波长区域。监测结果由电子能量控制590用来和其他事件一起确定用于监测特定组分的最优电子能量级或调解近实时漂移的电子能量级。另，来自发射处理器572的处理结果由腔控制器580用来控制反应器腔中的各种生产过程、错误监测和维护程序。

从该图可以明显看出施加到电子源510中的功率(由电子浓度调节器512控制的)是与电子能量调节器522控制的电子能量无关的。因此，来自电子束510的电子浓度可在其电子平均能量改变很小或不改变的情况下进行调节。相反地，电子能量调节器522控制的电子能量有些与施加到电子源510中的功率无关。在此，该无关性在现有技术中的排气线路激励器中是未知的，并且允许在电子束中的电子数量和电子束中的电子能量范围和均值上的独立控制。然而实际上，电子束中电子浓度有些也会随着施加到电子抽取器520上的电势的增加而增加，这是因为电子抽取器520吸引电子源510中的剩余电子；吸引力越大，从电子源510中抽取的电子浓度越大。为了维持恒定的电子密度n_Ee，可能需要在给电子抽取器520的电势增加时降低给电子源510的驱动功率。

图5中示出的示意图意指电子束激励器系统500的逻辑示意，且是用于说明各个器件中的逻辑关系。这样，各个器件完成的大部分功能可由单个器件或可其其他方式组合的逻辑器件共同完成。例如，电子密度控制器560和电子能量控制器590的功能可在工作站或PC计算机中执行。此外，发射处理器572的功能可通过可从真实仪器公司(美国田纳西卡罗敦)购置的通用分光计来完成。此外，电子密度控制器560和电子能量控制器590的功能也可通过具有计算处理特征的更先进的分光计(也可从真实仪器公司购置)来完成。

图6A和6B是根据本发明的一个典型实施例的电子束排气线路502的示意图。图6A是根据本发明的典型实施例的电子束排气线路502的截面图，且图6B是本发明的典型实施例的本激励器的正交视图。电子束排气线路502是沿着反应器腔下游和排气线路低真空泵上游的废气排气线路。电子束排气线路激励器一般包括电子源510和电子抽取器520以生成越过激励区域530的电子束532以用于排气线路504。电子束530中的电子可在电子束电子收集器和计数器540(或可称为电子收集器)接收和计数。图示出了用于调节提供给电子源510功率和电子抽取器520的电势(以及电子收集器540处的收集器偏置)的电子调节器件512/522。最后，图中示出了用于是电子束中的电子在环绕磁通量线的螺旋状路径并沿着该电子束轴线移动，从而增加电子与气体粒子之间的碰撞的可能性的环形磁铁526。该技术在增加特定类型的电子源(如电感耦合的电子源)的可抽取的电子的数量方面特别有用。电子源510和电子抽取器520是根据一个实施例示出的，但是本发明的电子束排气线路502可以本领域技术人员在阅读本发明的说明书的基础上显而易见的多种不同的变形方式实现。从反应器腔或类似物中发生的处理过程产生的废气的排出气流在标记有“排出气流”的箭头的方向上流动，通常在图的定向的下方。在本发明的电子束排气线路502的配置中，电子束532的电子束轴线垂直于废气流，在气流的方向上激励区域530在电子束532之下延伸。激励区域530是具有动态流条件的区域，该区域具有以某些离散速率移动穿过电子束532的废物。当废物中的气体粒子由电子束532中的电子激励到更高的能态时，该激励的电子在预定的时间周期跃迁回到其它能态同时废物从电子束移走。基于多种因素，激励的气体粒子可发射距离电子束532的束轴许多毫米的光。该现象将在以下进一步参照图27进行讨论。视口窗574定位在通常垂直于废气流和电子束532的方向的方位，但是具有足以观察激励区域530的整个范围的纵横比。

图7-9C是根据本发明的典型实施例的从电子源抽取电子的电子加速器和抽取器的示意图。电子抽取器/加速器的目的是从残余在电子源的电子腔中的电子云中抽取电子，并将每个电子加速到预定电子能级成为电子束。这些电子通过腔中的电子抽取口排出电子腔。加速该电子到更高电子能量的首要机构是通过吸引较低电势的电子越过该抽取器到达更高的电势。该电子腔中的电子接触腔中的导电材料，设定该导电材料为已知的参考电势，接着通过抽取孔将电子吸引到明显更高的电势。参考电势可以是任何值，但是一般以地作为参考以避免参考电势电扰动导致电子束中的电子能级发生不期望的波动。对于获得恒定能量级的电子束电子，获得连续稳定的参考电势是至关重要的。电子加速器和抽取器是用于保持吸引在参考电势的源腔中的电子的电势的物理结构。

基本地，如图7所示，电子加速器和抽取器720保持电势721能够在参考电势吸引电子，这通过抽取孔可见，并且通过该抽取孔从电子腔中抽取电子。理想地，电子加速器和抽取器720是提高的电势的二维表面，其对电子来讲是可透过的，但是在大致垂直于该电势表面的方向上吸引电子称为电子束。电子加速器和抽取器720是可变能量电子加速器，其能够改变电子束中电子的能级。电子加速器和抽取器720的电势和源腔的参考电势之间的差值越大，电子加速越快，并且给予电子束的电子的能量越高。当电子加速器和抽取器720描述理想的电子抽取器及其基础操作时，其并不涉及对理想的电子抽取器的某些实际缺陷，如聚焦电子束到窄圆柱形电子束以集中光发射到激励区域的紧凑区域，以改进光发射的检测。

图8A是根据本发明的典型实施例的结合用于改进电子束聚焦的电子束光学器件的电子加速器和抽取器的示意图。在此，单开口电子抽取器520A一般包括抽取器的不可透过部521A和单环形抽取开口524A。单开口电子抽取器520A由导电材料薄片形成。运行地，单开口电子抽取器520A试图接近上述理想的电子加速器和抽取器720的电势的二维表面，然而单开口电子抽取器520A包括相对较大的不可透过部521A和相对较小的单环形抽取开口524A。来自电子源的抽取电子不能穿过抽取器的不可透过部，而是仅穿过横向开口524A。该抽取器配置试图将电子束成形电子集中到接近波束轴线的相对较窄的区域。然而，施加到单开口电子抽取器520A的电势将不会像均质电势一样(as a homogeneous potential)延伸越过相对较大的开口524A，而是将在开口524A的边缘以及开口的中心下方更加集中。仅抽取器的不可透过部521A将保持电势的均质表面但是不允许电子通过。这样，从电子源抽取的一部分电子可与抽取器的不可透过部521A撞击而不是形成电子束。

图8B-8D是根据本发明的典型实施例的可选电子加速器和抽取器结构的示意图，所述结构更适当地靠近理想的抽取器的提高的电势的二维表面。这些结构不具有用于窄聚焦或者形成电子束的电子束光学器件。抽取器520B由导电材料薄片形成，该导电材料不可透过抽取电子但具有多个可透过抽取电子的环状抽取开口524B。抽取器520B的开口部分比单开口电子抽取器520A的单环形抽取开口524A要大并且允许来自电子束的更大百分比的电子。此外，该小孔尺寸允许在抽取器520B的表面上形成的更加均质，从而吸引更大百分比的抽取电子到可透过区域(环形抽取开口524A)。抽取器520C在结构上与抽取器520B类似，其也是由导电材料薄片形成，该导电材料不可透过抽取电子。抽取器520C上设置有多个可透过抽取电子的六边形抽取开口524C。抽取器520B的环状开口524B和抽取器520C的六边形开口524C之间的区别是抽取器520C的不可透过部分占据抽取器的表面积比抽取器520B的不可通过部分小，因此更多的抽取电子可以穿过抽取器520C。最后，抽取器520D在结构上与抽取器520B和抽取器520C类似，其也是由导电材料薄片形成，该导电材料不可透过抽取电子。然而，抽取器520D使用网眼图案的正方形开口而不是环形或六边形开口。期望的是，虽然每个抽取器520B，520C和520D的电子传送性能是类似的，但是他们的操作性能随着基于特定应用选择的电子源类型的而变化。因此，较为谨慎的是，在使用之前使用测试气体研究每个激励器结构的操作性能。明显地，如果用于比较抽取器结构的操作性能特征对于应用不具有区别，优选更经济的抽取器。经验证，某些电子源类型将与废物中的气体粒子反应，这将导致在电子束激励器(包括抽取器)的内表面上生成沉积物。此外，电子束具有的能量足以打断环绕该抽取器的废物中粒子的分子键，而这些粒子的分子键可在抽取器重组。因此，除了研究各种抽取器结构的典型操作性能外，还需要研究它们对沉积物形成和蚀刻的敏感性。可能有这样的例子，特定的抽取器结构比其他抽取器的性能更为出色，但是其性能将被来自电子源和/或废物流的污染物迅速降低，使得其不能作为特定应用的期望选择。

当前描述的抽取器结构不能被看做是所有可能实施例的穷尽式列出。前述讨论仅意在说明书前述电子抽取器的典型结构实施例。本领域普通技术人员容易理解其他几何形状的开口也可用，并且这些开口可以以各种方式越过抽取器设置。此外，抽取器自身也可采用其他的几何形状，如环状。另外，前述讨论突出了各种结构的优点以及结合该典型实施例的以获得每个实施例的优点的期望。例如，通过在抽取器520A的单开口524A中使用来自抽取器520B、520C520D的一个中的抽取器结构(未示出)，可结合单开口抽取器520A的有利的电子束光学器件获得多开口抽取器的优点。

图9A-9C示出了根据本发明的另一典型实施例的具有电子束光学器件的抽取器结构的示意图。图9A示出了根据本发明的另一典型实施例的抽取器的正视图，图9B示出了根据本发明的另一典型实施例的抽取器的沿AA线截面图，图9C示出了根据本发明的另一典型实施例的抽取器的正交视图。在此，抽取器520包括环绕锥形开口524的抽取器电子束聚焦锥形体528。开口524的直径示出为D₁，抽取器520的直径表示为D₂，且聚焦锥形体528的高度为D₃，在此D₂＞D₁。锥形开口524内设置有具有多个正方形开口的筛(screen)524D，同样地，聚焦锥形体528的目的是使得电子束中的电子进入围绕电子束轴533的窄区域。这增加了围绕电子束轴533的窄区域中的电子-粒子撞击并且在可有效收集的区域集中了光发射。如所描述的，聚焦锥形体528可具有线性形锥形体或聚焦锥形体528可具有抛物线形状。聚焦锥形体528和具有筛524D的锥形开口524的结构与电子源结合以产生可获得可再现的发射强度的稳定电子束。

图10示出了根据本发明的典型实施例的电子束激励器的电子抽取器和电子源部件的几何视图。聚焦锥形体528与参照图9A-9C的描述相同。聚焦锥形体528设置在沿着电子束轴533与电子源510的参考电势表面516相距D₅处。锥形开口524和电子腔开口514与电子束轴533大致共轴。电子腔开口514的直径示出为D₄。预测试指示某些电子束激励器几何形状可获得最佳电子束结果。初始参考尺寸是最可能的电子源开口的直径D₄。最初，抽取器520的直径D₂需要接近电子源开口514的尺寸D₄的两倍(D₂≈2D₄)。另，锥形开口524的直径D₁需要接近或略大于电子源开口514的尺寸(D₁≥D₄)。当锥形开口524的直径变得小于电子源开口514时(D₄≥D₁)从电子源的电子抽取衰减。且，抽取器520和电子源510将通过靠近抽取器锥形开口524的直径分隔(D₅≈D₁)。应该认识到，前述激励器几何形状是示例性的，并且试图获得最优电子束形成结果。可由这样的例子，示例性的激励器几何形状不能获得满意的结果。例如，较为理想的是在损害电子抽取的情况下收窄电子束，这将导致激励器几何形状变得与上述实施例不一致。

根据一个典型的几何配置，对于ICP-型电子源，源开口514减小到大概0.10英寸的大小(D₄≈0.10in)(在以下讨论)。在这样做时，抽取器锥形体528中的抽取器开口524可维持在约0.2英寸(D₁≈0.20in)。抽取器开口524被筛524D用100网孔不锈钢筛(73％打开)覆盖。筛524D压向抽取器锥形体528的平坦侧以与抽取器电极电接触。筛524D的平面与ICP管的平坦端间隔0.10英寸(D₅≈0.10in)，该ICP管嵌装有真空腔壁。

如上所述，本发明的电子束激励器提供了激励废物流中气体粒子的机构而不使用等离子体生成器以将废气感应成等离子体。这样本发明的电子束激励器具有独立控制电子束中电子能量级和电子浓度的优点。此外，本发明的电子束激励器是唯一适用于各种处理应用的。图11-15是示出了根据本发明的典型实施例的电子束激励器的几个几何配置。应了解，对于多种应用，电子束激励定位成该电子束在排气线路中延伸。这样做时，可确保电子束与废气相互作用，当时电子束位于废气中。然而，考虑到排气环境具有高度扩散的废气，激励的电子束将定位在对着排气线路打开的腔中，而不在废气流中。在该例子中，高度扩散的气体迁移到电子束激励器中，且可被电子束激励。

图11示出了根据本发明的典型实施例的配置成用于观察电子激励器后的发射的排气线路电子束激励器。在此，电子束激励器包括具有与电子束轴533同轴对齐的腔开口514。电子源510的电子腔以地电势为参考。电子源510电连接到可变电子密度激励源以通过调节提供给电子源510的激励功率来调节n_Ee。筛抽取器520D是与电子束轴533同轴对齐，且定位于气流和电子源510之间。筛抽取器520D电连接到可变能量电子抽取器电势以通过调节筛抽取器520D的电势来改变电子束中电子的能量级。采用横跨筛抽取器520D的电势，沿着电子束轴533生成具有电子束图案532A的电子束。期望的是，当电子穿过筛抽取器520D时电子位于其最大能级，并在其越过气流传播时损失能量。然而，由于筛抽取器520D非常靠近电子源510和其中包含的电子，其几何形状将显著影响提供给电子的能量。应注意，电子束图案532A是稍微圆锥体的，这是由于有些电子束中的电子在筛抽取器520D之后散开。视图窗口574向激励区域530曝露光收集器光学器件(未示出)，在此电子束的带能量的电子与气流中的气体粒子相互作用。

图12示出了根据本发明的另一典型实施例的配置成用于观察电子激励器前的发射的排气线路电子束激励器。电子束激励器的几何形状与图11中示出的一样，其区别仅在于筛抽取器520D的放置，其位于气流的电子源510的相对侧。采用该配置，激励区域530位于筛抽取器520D和电子源510之间。应注意，电子束图案532B有些比电子束图案532A更加圆锥体，在此抽取器靠近电子源。该布置主要是由于筛抽取器520D的直径，以及抽取器和电子源之间更远的距离。可疑的是，电子束中电子的能级可达到前述实施例中的能级，这是因为当电子穿过筛抽取器520D时，电子达到其最大能级。因为抽取器位于激励区域530之后，激励区域530中的电子能级将更低。此外，由于电子在越过激励区域530的宽度时被加速，可能的是气体中不同的组分在沿电子束轴533的长度上的不同的侧向位置激发。这样，可能的是通过光发射的侧向位置、通过沿电子束的横向长度的空间分解采样位置同时检测组分。因为沿电子束轴533侧向位置光发射取决于组分和电子束的测量位置的电子能级，在筛抽取器520D电子观察到的电势将绝对稳定以防止光发射沿电子束在空间上移动。因为电子束方向，筛抽取器520D到激励区域530的紧密靠近(close proximity)，这是有疑问地。期望的是，电子束将与气体粒子反应且某些合成反应物将沉积在筛抽取器520D上，从而降低在筛抽取器520D的吸引电子的电势。

图13示出了根据本发明的另一典型实施例的配置有包含电子束的电子束光学器件(optics)的排气线路电子束激励器。电子束激励器的几何形状与图11中示出的一样，其区别仅在于包含电子抽取器/加速器和电子束光学器件520。在此，电子抽取器520配置成具有电子束聚焦锥形体528和筛孔524，类似于上图10的讨论。电子束聚焦锥形体528的优点可参照电子束图案532C的收窄来示出。

除了限制电子到更窄电子束图案以集中来自碰撞的光发射，建立具有平行于电子束轴的磁通量线的磁场将增大接近电子束的电子-粒子碰撞的数量，从而集中靠近电子束的光发射。图14示出了沿着电子束轴533的磁铁的共轴放置。在此，环形磁铁526A、526B和526C沿电子束轴533放置，端环形磁铁526A邻近电子源510，抽取器526B最接近抽取器520，但是位于电子源510的端磁铁526A的相对侧，最后收集器磁铁526C位于气体线路从另两个磁铁的相对侧。源于该放置的磁通量线527几乎沿着电子源510的长度平行。磁场引起的电子谐振将使得电子以螺旋路径环绕磁通量线，从而增加电子-粒子碰撞的可能性。

图15示出了根据本发明的另一典型实施例的排气线路电子束激励器，所述排气线路电子束激励器增加有用于测量电子束中电子的浓度的电子束电子收集器和计数器，用于从电子束电子收集器接收浓度信息和调节电子源的激励功率的反馈控制器；该实施例提供了用于测量电子束中电子浓度的机构，并且该测量与传递给电子源的激励功率无关。因此，与现有技术的排气线路激励器相反，可能测量达到电子收集器和计数器电极的n_Ee且不仅测量用于激励废物的激励功率。在此，电子束激励器包括具有与电子束轴533共轴对其的腔开口514。该电子源510的电子腔或电子可接触的其他部分，以地电势为参考。电子源510电连接到可变电子密度激励源以通过调节提供给电子源510的激励功率来调节电子浓度。筛抽取器520D是与电子束轴533同轴对齐，且定位于气流和电子源510之间。筛抽取器520D电连接到可变能量电子抽取器电势以通过调节筛抽取器520D的电势来改变电子束中电子的能量级。采用横跨筛抽取器520D的电势，沿着电子束轴533生成具有电子束图案532A的电子束。从该图可知，如参照图11的上述描述，能量电子抽取器电势可独立于电子生成激励功率改变。期望的是，电子在其最高能级刚好接着穿过筛抽取器520D，且并在其越过气流传播时损失能量。然而，由于筛抽取器520D非常靠近电子源510和其中包含的电子，其几何形状将显著影响提供给电子的能量。

除了前面描述外，本发明的电子束气体线路激励器包括电子束电子收集器和计数器540用于监测到达电子收集器电极的电子束中电子数量。电子束电子收集器和计数器540(电子收集器540)为法拉第杯(Faraday cup)电极，其生成与撞击该电极的电子数量成比例的电子流(e^-流)。然而，根据一个典型实施例，其他形状的电子收集器也可用，电子收集器540为沿着电子束轴533的、至少部分位于废物流的相对侧的盘。可监测该e^-流以改变电子束中的n_Ee。如果密度漂移，操作者可迅速信号以矫正该漂移。更具体地，e^-流可用作自动调节施加给电子源510的激励功率而不产生干扰。在此，反馈控制器560从电子收集器540接收e^-流，该e^-流与电子收集器540出的电子束中的电子密度成比例。使用该电子流。反馈控制器560调节给电子源510的激励功率以将电子流维持在适合特定应用的某些操作范围。如果电子流降到参考电子流范围以下，反馈控制器560增加给电子源510的激励功率。如果升到参考电子流范围以上，反馈控制器560降低给电子源510的激励功率以提供在参考电子流范围内的测量电子流。在另一例子中，电子控制器540结合反馈控制器560提供用于改变任何条件的操作器的器件，该条件位于电子密度的操作范围外而且不考虑是否该条件被反馈控制器560自动校正。在此，使用电子控制器540和反馈控制器560，结合电子束激励器系统的其他部件，使得形成的电子束具有精确的电子密度，用于废气激励，并且进一步能在操作中实现精确控制的电子密度。

需要理解的是，虽然电子收集器/反馈控制器对本发明的改进已经参照将电子束保持在稳定并恒定的n_Ee进行描述，独立监测n_Ee的能力实现n_Ee调节以使用实时改变操作条件。因此，调节n_Ee以维持光发射强度在操作条件的范围内恒定迄今为止还是未知的。现有技术的光发射强度测量对操作条件的变化是非常敏感的，该操作条件的变化还将影响光发射的量值。这些特征将在以下参照本发明的排气线路电子束激励器的典型实施例进行更为详细的讨论。

根据本发明的某些典型实施例，进一步关于电子束激励器的几何形状，更具体地关于电子收集器540的定位(例如，参照图11的几何形状的描述)，电子抽取器520可定位到离电子源510约1厘米处，而收集器540定位到离收集器540约3厘米处(离电子源510约4厘米处)。然而，期望的是，该几何形状的两个电极之间的最佳间隔将是排气线路中操作压力的函数。或，电子抽取器520和电子收集器540可定位在气流的从电子源510的相对侧(例如，参照图12的几何形状的描述)。在该例子中，电子控制器540将定位成更靠近电子抽取器520，可能位于几毫米内，且电子抽取器520定位于离电源510两个或更多个厘米处。

一般地，电子收集器540将比电子抽取器520稍大，例如，收集器电极的直径将是抽取器电极直径的两倍大，从而为电子束中的电子提供更大的目标。然而需要了解的是，电子收集器540的大小取决于电子抽取器520和电子收集器540之间的间隔。随着该间隔的增加，电子收集器540的直径将增加以使得等比例的电子束电子撞击该收集器电极。且，当电子收集器540的结构尚未更详细地讨论时，可将其配置成各种形状而不仅仅是平面以适应电子束和其他因数。这些几何形状可包括如杯状、圆锥状、圆柱状以及上述形状的结合。

在某些情况下，在电子收集器540生成的电子流将与电子束传递的电子数量稍有差异。这些差异是：通过原子或分子散射损失的电子数量、与散射区域中粒子结合的电子数量以及电子空间电荷偏转的电子数量。更精确的电子计数可通过朝着收集器电极吸收电子来获得。

因此，根据本发明的另一实施例，将通过可变偏置收集器源将可选偏置电压施加给电子收集器。该偏置电压在电子收集器540和电子抽取器520之间产生电势差，该电子抽取器520在电子收集器540的方向上给来自电子束532的电子施加能量。建立跨越电子收集器540的电势在使用不具备电势的电子收集器上具有至少两个优点。第一，该增加的电势倾向于将电子从抽取器电子之间的区域推向收集器电极，也就是电势朝着电子收集器吸引更多电子用于计数，导致在电子收集器540产生电子束的更准确的n_Ee测量，第二，在收集器电极的增加电势倾向于沿着电子束轴533限制电子，其结果是更少的电子通过偏转和散射损失且更多的靠近电子束轴的电子-粒子碰撞易于被检测到。另外，在电子的能量降低且将激励目标组分的例子中，在收集器增加的电势重新给电子供能到激励组分所需的能量值并减少可与中子或离子结合的低能量电子的数量。

完成的电子收集密度测量所需的精确电压是采用收集器的特定应用和该应用的操作参数的函数。然而，概念地，如图6所示，通过形成越过电子抽取器520两端的电势从电子源抽取电子。回想到电子源510中生成的电子设定为仅仅地电压的参考电势，该参考电势可应用到越过参考电势表面516，该参考电势表面516靠近源510的抽取开口，并且大致与抽取电极(例如电子抽取器520)的平坦背面平行(有时同延)。参考电势和越过电子抽取器520的电势之间的差值确定了电子束532的电子能量(电子束的电子能量在以下被称为E_Ee)。最近，电子束的电子能量是电子束的平均电子能量。如下所讨论的，电子源生成能量范围内的电子(源的电子能量分布)，且抽取器加速能量范围到另一能态，该能态的平均值是E_Ee。该抽取器电势可通过施加电压((b⁺VDC)给抽取器电极来创造。电子抽取器520(出于安全原因，抽取电极电压的量值通常保持较低，通常在10VDC和50VDC之间的范围内，但是也可以是几百伏)。为了穿过抽取器的电势的电子被吸引向收集器电极，施加的收集器电极的偏置电压通常高于抽取器电压。因此，施加的收集器电极的偏置电压通常高于b+VDC，例如(b⁺+aVDC)。还注意到收集器偏置电压‘b⁺+a VDC’可从正电势到负电势波动使得可确保电子的精确能量分布。

在不同电极的电势量值和电极的电势之间的差值是电子束激励器的几何形状和对于该特定应用的操作参数的函数。例如，在电子抽取器520是用于为电子束中的电子供能的主加速源的情况下，电子收集器540出的电势将近稍大于电子抽取器520的电势(b≈10a)b⁺+a VDC≈1.1b⁺VDC。或，如果在电子束穿过电子抽取器520之后，期望对其进行更多的控制，或期望增加来自电子抽取器520的电子束的电子的能量或对其再供能，施加给电子收集器540的偏置电压可充分高于施加给电子抽取器520的电压(也就是，(b⁺+a)VDC≈21b⁺VDC，a≈21b⁺)。期望的是，当电子束电子穿过电子抽取器520时，将达到其最大能级，并在其越过气流传播时损失能量。E_Ee的损失为从抽取器电极的距离的函数，其在系统操作在更高气压时更显著；电子的平均自由路径随着压力的增加而缩短。在非常高的压力时，有必要充分增大控制器偏置电压来创造可以在与气体粒子碰撞之后为电子重新供能。正电压倾向于推动电子越过抽取器电极和收集器电极之间的宽阔区域。收集器偏置电压可增加数十或数百伏以获得该结果。

如前所述，将a(b⁺+a)DC电压施加给电子收集器520以产生越过收集器的电势并将电子吸引到收集器。电势是影响电子束中电子运动的力，并且需要随时间保持恒定以确保精确和可再现的密度测量(这是确保光密度观察可再现所必须的)。然而，电极的电势将不能直接测得。作为替换的，如果将随着时间恒定的电势施加到电极上，电极的电势是假定恒定的。一般没有来自电极的反馈以验证电极上的电势的量值或其稳定性。一个克服测量缺陷的机制是使用给收集器电极的电势校准电子能量。可能的是搜索抽取器电压和收集器偏置电压以运行电子束中电子能量分布的直接测量。

如上以及全文直接所讨论的，在电子收集器520处测量的法拉第杯电子流(e^-流)和OES光谱强度之间存在线性相关(例如，图36中时刻t₅和t₆之间光强中的e^-流之间的相关性，在此电子流能量是恒定的)。因此，法拉第杯电子流可用作反馈以对传递给电子生成器的RF功率做粗调，在此改变参考电势表面1916的针孔电极的电子浓度，这将法拉第杯电子流带回目标并存储最初的OED信号强度。受RF功率调节的辨析度的限制，有时难以精确控制法拉第杯电子流目标值。法拉第杯电子流中任何小的误差都将影响OES信号强度。根据本发明的典型是实施例，在OES信号中该感知误差的一个解决方案是采用测量的法拉第杯电子流归一化OES信号，我们能够将OED强度校正到其目标值。当实时应用时，采用测量的法拉第杯电子流归一化OES信号将显著降低OES信号噪声。

与维持越过电子收集器540的电压恒定的相关的难题是，由于电子收集器540靠近电极之间的撞击和合成气体，以及电子束的方向，来自分子片段和原子的残留将被吸引到电子收集器540的表面并重组，见图17。残留物541的聚集越过电子收集器540的表面将倾向于减少点收集器电极处的电势量值而不会对施加到电极上的偏置电压产生任何值得注意的影响。在收集器电极处电势的任何改变都将导致吸引到电子收集器540的电子数量的对应改变，这将改变生成的用于密度测量的电子流。另一方面，在电子收集器540处的偏置电势将限制电子束靠近电子束轴，和/或增加电子束中电子的能量。越过电子收集器540的沉积物聚集将反向影响电势的电子束光学特征以及其给电子供能的能力，这是由于电势的降低将对电子游对应的下降影响。

图18A-18C示出了收集器电极上的残留物聚集结果。图18A示出了随时间的残留物541的聚集深度1802。明显地，电子收集器曝露在排气线路的激励区域的沉积环境中的时间越长，残留物541的沉积越深，将加剧在电子收集器540上的聚集。该图示出了时间(更具体地说，电极曝露给沉积物以形成污染物的时间)和越过收集器540的残留物的深度之间的关系。

最佳地，在收集器电极的电势1808将在某些参考电势1810保持恒定，用于将偏置电压施加到收集器电极(如图18C所示)。类似地，电子收集器540生成的电子流将在某些参考电子流1812保持恒定，用于特定的n_Ee。维持这两种关系有助于确保发射测量的精确和再现。图18B示范了越过收集器540形成残留物541怎样影响电子流。收集器电极上残留物541的聚集相对参考电势1810降低了收集器电势1808。示出的收集器电势108的降低幅度单独标示为电势损失1804。这导致更少的电子被吸收到电子收集器540并被计数，这导致电子流偏离参考电子流1812。电子流1806的任何偏离被电子流反馈部件(电子收集器/控制器/调节器540/560/512)理解为n_Ee的减少并通过减少提供给电子源510的激励功率进行补偿。然而，在这种情况下，电子流的减少时由于在收集器电极上形成的沉积而不是电子密度的改变。

收集器电势1808减少是残留物541导致的电势1802的减少的结果。这确保了收集器电子生成的电子流不受电势改变的影响，因此具有恒定的电子密度，电子流1806跟随参考电流1812(图18C中示出)。这些条件在校准运行(calibration run)中验证。这些校准运行可使用抽取器和收集器上施加的电压以允许电子能量测量。然而，从如18B，明显的是对于至少一种可能情况，即使施加给电子收集器540的偏置电压保持恒定，来自残留物的电势1804的减少是成比例的，或与残留物541的深度相关的。

残留物541的聚集深度1802和施加给电子收集器540的偏置电压1814之间的关系，相对于参考电子流将在对该应用运行的测试中确定。校准运行的目的是确保收集器偏置电压的修正，该修正可抵消残留物541的聚集导致的收集器电势的削弱。在校准运行中，除了残留物541在收集器电极540的表面的聚集以外，所有的操作条件都保持恒定。对n_Ee的任何调节从光强测量而不是电子流确定，这将保持恒定。在这以后，电子流中的任何改变都仅归因与改变收集器电极的电势的残留物的聚集。通过调节收集器电压将电子流的漂移校正回到参考电子流。这些对收集器偏置电压的校正将与操作时间一起记录以产生基于时间的收集器偏置电压校正算法。最终的收集器偏置电压(VCD)将以类似与图18C中的偏置电压1814的形式。该技术，以及产生的基于时间的收集器偏置电压校正算法做出4个假设：1.在校准运行中，n_Ee保持恒定；2.在校准中发光强度的改变完全由于对电子束中的电子遮蔽电势的残留物；3.电子流精确地表示撞击收集器的电子数量，也就是所有的电子穿过残留物进入收集器电极；以及4.收集器上的沉积是相同的化合物且以和校准运行相同的速率在生产运行中聚集。

如前所知，在电子收集器540上形成的沉积物是有问题的。一个解决方案是使用以上讨论的基于时间的收集器偏置电压校正算法。然而，无疑的，该算法做出的很多假设在产生运行中不能保持真实。因此，更理想的方法是保护电子收集器540不遇到残留物聚集，然而因为电子收集器540必须邻近沉积物源定位，重新定位收集器是不实际的。或者，可以在该聚集削弱电子束激励器的性能之前，周期性地清洁电子收集器540上的沉积物。可通过在主系统中、在工作周期(或工作周期的去能量化部分)或在系统清洁周期反转施加给电子收集器540的偏置电压来从电极的表面移除少量的沉积物聚集。反转收集器电极上的偏置电压造成与参考电势表面的电势差。收集器上的沉积物将向回喷射，或返回到气流中。该反转偏置电压方法对于特定应用的可用性取决于多个因素，包括来自气流的污染物的处理的灵敏性、排气系统中电子束激励器的定位(靠近反应器腔)以及操作参数(如流和压力范围)。在主系统清洁循环中的电子束清洁周期的操作允许加入合适的化学物以辅助沉积层的移除。此外，该方法还假设收集器偏置电压时越过收集器的电势的准确指示，该电势影响电子束中的电子。

因此，一个可选方案是监测越过电子收集器540的电势的量值(当如上讨论的使用电子收集器测量独立于激励功率的电子密度时)。可能难以直接监测收集器电势，然而该电势创造了电场，该电场影响了电子运动。可独立于施加给收集器电极的偏置电压监测电势。此外，电场的强度可直接监测。通过邻近且在电子收集器540的上游放置场测量电极(未示出)，可监测对应于影响电子束中电子运动的收集器电势量值的电场实时强度。因此，施加到电子收集器540上的偏置电压可以通过使用来自场测量电极的反馈调整(类似于使用收集器反馈环路校正电子束中电子密度)特定应用的操作范围内的电场强度从而进行调节。使用场测量电极可为偏置电压产生比作出多个假设的基于时间的收集器偏置电压校正算法更加准确的校正，或作出比假设该收集器偏置电压始终恒定指示越过收集器的电势更加准确的校正。

用于监测与本发明的电子束激励器有关的电场的场测量电极的应用也可应用到监测越过电子抽取器520的电势产生的电场。如上所述，从电子源510抽取的电子能级取决于电子抽取器520上的电势和电子源510的参考电势之间的差值。对于激励特定组分必需的施加到电子抽取器520的电压操作范围可采用该组分在校准运行中预先确定。假定越过电子抽取器520的电势和施加给电子抽取器520的电压的操作范围(需要生成电势)之间的关系在生产运行中将不会改变。然而，这些相同因素中的使得在电子收集器540上形成沉积的某些因素在电子源510中出现并导致在如抽取器筛上形成沉积层，这取决于在该应用中选定使用的源的类型。如果这发生，越过电子抽取器520的电势将减小并且抽取的电子将不能保持其期望的能级。这一情况将通过监测电子抽取器520的电场直接矫正而不是使用施加到抽取器上的电势作为用于确定EE的度量。

电子密度范围，就是电子能量分布，是用于生成电子的电子束激励器使用的激励方法类型的函数。现有技术中已知的特定通用类型的激励方法是使用等离子体(依照本发明的典型实施例，等离子体方法用于生成电子而不是用于激励废气以产生光发射)。由于其自身的特性，基于等离子体的激励方法将产生较宽的电子能量范围。麦克斯韦-玻耳兹曼分布通常作为能量范围的近似。高能电子与气体组分的撞击是首要机制，通过该机制，粒子(分子、分子片段和原子)被激励发射荧光。由于少量的电子处于电子能量分布的高能尾部(tail)，电子能量分布中的较小变化将导致电子与其他等离子组分(最经常是气体分子)产生的光的量发生较大变化。更多的高能电子具有足够的能量打断分子键。如果生成的分子片段接着与另一高能电子碰撞，甚至可能生成更小的分子片段和原子。这是连续(CW)激励方法从原子和更小分子片段(例如氟化蚀刻化学中的C、F、CF₁和SiF)产生更高的发射，从母分子产生更低的发射(例如氟化蚀刻化学中的CF₄和SiF₄)使得母分子更难被检测到的原因。另外，分子片段可能结合并污染现有技术的激励器系统的表面，包括系统电势地和光学检测窗。流入现有技术的等离子激励器下游的低气流在所有方向上平等地出尽聚合物沉积，该等离子体激励器位于附着在住真空系统的侧边的封闭端真空管中。被污染的表面将改变检测到的光的量。被污染的电极可能改变对地的电阻抗，这进而将降低电子能量分布函数(EEDF)并从而改变光发射。覆盖在用于RF ICP的激励管上的污染物将改变传递给气体的RF能量，从而改变激励效率。被污染的光学窗将降低传递给检测器的发射光的量。这些变化原因改变了现有技术的ICP传感器的性能，使得其难以随着时间维持低荧光信号方差。激励器导致的不稳定的发射将被看做是OES端点痕量(endpoint trace)的噪声或者是错误检测信号。

相反地，本发明的电子束激励器在单独的电子源中生成电子。电子源中的电子气体与保持在参考电势的导电表面接触，且该电子假定为相对参考电势的设定电势。使用设置在比参考电势更高的电势的电子抽取器从源抽取电子。应该了解，在本发明的电子束激励器中使用的电子源的基本要求是极其容易控制的。现有的等离子体和非等离子体方法可用于在电子源生成电子。这包括但不限于RF感应耦合等离子体(RF ICP)、RF电容耦合等离子体(RF CCP)、微波气泡放电、加热电子发射材料(LaB₆，涂钍气保护(tungstun)等)，以及受迫电子发射技术(表面x-射线等)。

最佳地，电子源生成高密度电子以最小化电子的能量分布。通过以窄能量分布开始，电子束的最终能量分布将对应较窄。较窄的电子能量分布在仅激励气体中选择的组分到选择的能态是极其有用的，并且可允许对其选择的组分的是否和何时在激励区域产生分子片段进行控制。空心阴极是用于生成适度的低能且具有较窄能量分布的电子的理想方法。然而，空心阴极面临使其不适合某些应用的其他缺陷。另一类型的等离子体电子源是射频感应耦合等离子体(RFICP)，ICP生成的电子的能量分布比空心阴极要宽一些。因此，可以理解为特定应用选择的电子源类型是基于匹配源的操作条件和用于该特定应用的操作条件。简而言之，没有一种类型的电子源对于每种可能的应用来说都是完美的，因此对于特定的应用，每个类型的电子源的独特的优点和确定都需要考虑。以下是对一些典型类型的电子激励器的讨论，它们在与当前讨论的电子束激励器一起使用时，是非常有用的。该讨论并不意指每个可能类型的电子源的穷尽性讨论，而是意在用作对于特定应用从一种类型的激励器换到另一种激励器的模板。

图19A是根据本发明的一典型实施例的用于在排气线路中激励气体的电子束激励器的示意图；所述电子束激励器使用单独的感应耦合等离子体。如前所述，电子束激励器1900通常包括电子源，用于从电子源的电子腔抽取电子以生成电子束532的电子抽取器520，以及用于监测撞击收集器电极的电子数量并生成基于所述撞击电子的数量的电子流的电子收集器540。给电子抽取器520和电子收集器540分别提供与可变抽取器电势源525相差b⁺VDC的电压电势，与可变偏置收集器源545相差a VDC的电压电势，用于给电子束532的电子供能和吸引电子束532的电子。电子收集器540收集的电子连通来自压力计550的压力信息一起由电子浓度控制器(反馈控制器)560接收，并基于电子计数转换成电子束532的电子密度用于排气线路的压力操作。测量的电子束532的电子浓度与参考密度(或测得的电子流于参考电子流)进行比较以确定该密度是否位于操作范围内。如果进行调节时必需时，该信息供电子浓度调节器512用来调节采用的特定类型的电子源的激励功率。也可使用电子束光学器件来限制电子束532的几何形状，如沿电子束轴共轴设置的锥体形不透明电极和环状磁铁(在ICP型源中使用磁铁增加可生成自由电子的撞击的数量是特别有效的)。

ICP电子源1910以现有技术中已知的ICP排气线路激励器的相同的原则操作，但不能激励该废气以产生光发射。作为替代，ICP电子源1910生成等离子体用于使得自由电子可用于电子抽取器520。这样，电子源1910一般包括电子腔1915，或瓶，如石英管(或蓝宝石)，或能够通过围绕该管缠绕的感应线圈1917感应等离子体的某些其他的非导电材料。在连接到处理工具的管1915的排气线路末端是具有抽取开口1914的参考电势表面1916。参考电势表面1916设置到近地参考电势并直接连接到管1915，或在某些配置中，优选提供平行于抽取器520的后表面的参考电势表面，和用于电子接触的参考电势表面。扩散到电子腔1915抽取开口1914中的废气通过来自感应线圈1917的能量(由可变RF电源1911提供)激励。净化气体1919可排入源腔以清洁腔的内部并减少或消除电子源污染的出现率。

电子束532的电子密度通过来自电子收集器540的反馈经电子浓度控制器560和电子浓度调节器512可变控制，用于增加或减少用以检测特定的光发射波长的电子密度。如上所述，在废气中目标组分检测是必须的应用(或是废气中目标组分的浓度)，生成具有较窄电子能量分布的能力对于仅激励目标组分来说是理想的。因此，可变抽取器电势源525是用于在ICP电子源1910产生的电子能量分布中增加电子密度，较窄地仅越过激励窗用于目标组分。如果来自激励气体粒子的光发射是暗淡的，可通过使用可变RF电源1911调节RF激励功率增加被检测的特点波长的信噪比。相反地，如果观察到的来自激励气体粒子的特定波长的光发射极其明亮的，可能难于检测指示废物中气体浓度变化的光强变化。在那种情况下，可降低监测的特定波长的光的相关强度到最优检测器可用于检测光强的最优操作范围。

更具体地，ICP型电子源是具有极其高的操作电子密度范围和较窄电子能量分布的良好运转的源。然而，ICP型电子源，类似于其他类型的电子源，使用该废气作为电子发射材料，该电子发射材料可随着时间形成电子腔1911的内部或电抽取筛栅极(electronextractor screen grid)的沉积物。感应耦合的激励器在现有技术中普遍使用，因此他们的操作特性已经被充分论证了，这在评价在特定应用中使用的ICP型电子源是非常有用的。

除了以及参照图17，18A-18C讨论的源腔1911中的残留物聚集外，来自废物的残留物也可能聚集在电子收集器540的表面，这将通过降低朝着电子收集器540的电极吸引电子的可用电势从而降低激励器的效率。吸引到该电极上的电子中的残留物将导致生成的用于密度测量的电子流的对应变化。然而，需要注意的是，电子收集器540和源腔的电子不是仅位于易受沉积物影响的电子束激励器上的。沉积也可发生在任何或全部的源腔1911、电子收集器540、电子抽取器520和参考电势表面1916上。通常，沉积物的类型、沉积率、将要发生的沉积物的累积量，对激励器电子的影响，以及电子束的稳定性都与电子束激励器正在操作的化学过程有关。

例如，众所周知的是，在如CF₄处理气体中，将在腔内的表面上沉积CF聚合物。沉积率是表面材料和温度的函数。最佳地，设计用于CF₄处理气体操作的腔由抗沉积材料制成，这是由于操作温度是过程依赖的，因此不能改变操作温度以降低腔内表面上沉积的发生。因此，经验证，基于氟的蚀刻过程是更具有挑战性的环境，其中更期待电子束系统用于操作。考虑到一个典型化学方法，使用304不锈钢电极的电子束激励器在含25％CF₄的Ar气体混合物中运行。在一个小时的操作中，激励器的电极覆盖有CF型电绝缘聚合物，该CF型电绝缘聚合物将降低90％的CF-型法拉第电流。清楚地，为了具有显著的经济价值，维护周期的频率需要大于1小时。下面讨论的用于降低激励器电极上沉积物的聚集率的改进型电子束激励器。

图19B是根据本发明的一典型实施例的用于减少在激励器的电极上的沉积的出现的改进型电子束激励器的示意图。电子束激励器1900A与以上讨论的电子束激励器1900相同，其区别仅在于对其涉及了某些改进以增加产生的电子量和增加由于沉积导致的维护事件之间的间隔。这样电子束激励器1900A在图中表示为电子束激励器1900的简化版本。另外，当电子束激励器1900A表示为具有用于生成电子云以供抽取的ICP电子源时，下述改进同样结合此处讨论和建议的其他类型的电子源的优点。下列典型实施例是结合C_xF_y环境进行讨论的，但不是意味着以任何方式限制本发明的范围。此外，本领域技术人员将能有理解这些改进的对其他化学过程的适用性，并且能够在不进行过多实验的情况下容易地看出这些改进对于特定环境最佳应用。

如上所述，在室温下、基于氟的蚀刻处理环境中操作使用304不锈钢电极的本发明的电子束激励器将在1小时内导致明显的衰退。该沉积不单独发生在电子收集器540，而是以相同的速率发生在电子抽取器520的表面和电子源的参考电势表面1916。理想的是，通过温度和材料选择的组合电极上的沉积率被降低或者是有效消除了。开始，使用304不锈钢电极的本发明的电子束激励器在如前在含25％CF₄的Ar气体混合物中操作，但在明显更高的温度250℃。在4小时操作以后，304不锈钢电极的表面可见覆盖有黑色腐蚀膜。就像文献报道一样，对该膜进行能量散布X射线(EDX)表面元素分析显示了高浓度的Fe和F，可能是FeF₃。在后续的测试运行中，对电子激励器的温度进行调节，在温度升高时，注意到出现了CF型电绝缘聚合物和/或FeF₃腐蚀膜。来自C_xF_y环境中的测试的实验结果表明150℃是适合304不锈钢电极的最佳温度。低于150℃，CF型电绝缘聚合物的聚合率动态增加，而高于150℃，FeF₃腐蚀膜的聚合率动态增加。理想的是，在操作中，电极温度可在高于某些阈值温度的温度范围内操作，可能高于阈值5℃-15℃。文献报道，FeF₃腐蚀率随着温度增加而呈抛物线增大。一个选择是降低FeF₃腐蚀，从而允许更高的操作温度，这可使用电解法抛光316L不锈钢。报道建议电解法抛光316L不锈钢对CF₄中的温度不如304不锈钢敏感。或铝，例如6061铝，有报道指出在铝表面与气体反应在其表面形成铝氟化物和氧化物的混合物后，其在CF₄处理气体中是非常稳定的。然而电子束激励器电极的表面上的钝化铝的电绝缘特性还没有被完全研究。

从前述可知，优化电子束激励器电极的曝露特定化学特性的电极表面需要某些最小限度的至少最优操作温度和电极材料选择的研究。在某些例子中，如使用304不锈钢电极的本发明的电子束激励器在含25％CF₄的Ar气体混合物中操作，温度调节对于设备的寿命是非常重要的。在其他例子中，验证阈值温度就足够了，在该阈值温度之上，沉积物将显著减少。实际上，在特定化学过程中操作电子束激励器需要在一些在不同温度的连续测试运行以验证特定化学过程中特定电极材料的操作寿命。为电极材料选择使其获得不会由于沉积或腐蚀导致失败的最大操作时间的阈值温度(或操作范围)。如果该操作寿命是不可接受的，可测试新的电极材料，直至某一电极材料对于该化学过程具有可接受的化学过程中间。

进一步参照图19B示出的电子束激励器1900A，该电子束激励器1900A通常包括电子源，用于从电子源的电子腔抽取电子以生成电子束532的电子抽取器520，以及用于监测大量撞击收集器电极的电子并生成基于所述撞击电子的数量的电子流的电子收集器540。设置在电子源腔的开口端的是参考电势表面1916，用于在那里设置电子的电势。最佳地，可将圆柱形参考电势表面延伸1918连接到参考电势表面1916以增加电极的表面积从而增加电子接触的可能性。

特别考虑到减少电极的沉积，电子束激励器1900A配置有加热器1920，其可以是市面上可以购得的任何阻抗加热器，如筒形加热器。根据本发明的一个典型实施例，电源1922可为加热器1920提供可调电源。温度反馈控制器1926基于从温度传感器1924(其也可以是现货供应的热电偶)获得的温度读数控制传递给加热器1920的功率量。或，在某些应用中，不需要使用温度反馈(未示出)。在此，电子束激励器电子束激励器被提高到最佳操作温度，并不会作出进一步的温度校正。此外，由于在某些环境中，温度调节是重要的，在可能时，优选增加电极的数量以在电极上产生热沉效应(作为比较，例如，图19A和19B中示出的电极抽取器520和电子收集器540的的横截面形状)。应注意，图19B中示出的电极具有充分多的量因此更难以不规律地改变温度。需要了解的是，具有充分少的量的电极将易于损耗更多的热量，并且因此在更低一些的温度操作。从图可知，电子抽取器520的横截面区域明显小于电子收集器540或参考电势表面1916，因此，电子抽取器520不能获得电子收集器540或参考电势表面1916的温度。

图20是根据本发明的另一典型实施例的用于在排气线路中激励气体的电子束激励器的示意图，所述电子束激励器使用空心阴极来生成电子。除了用于生成电子的电子源的类型不同之外，电子束激励器2000与上面介绍的电子束激励器1900相同。故此，以下仅介绍这两个激励器之间的区别。

电子束激励器2000的空心阴极电子源2010通常包括空心阴极2015和阳极2017，空心阴极2015在电子源的处理工具端形成抽取孔2014，阳极2017在电子源的相对一端与空心阴极2015电隔离一定距离。位于源腔室内的自由电子呈现空心阴极2015的参考电势，并通过在电子抽取器520上施加10VDC-50VDC(高于参考电势)的抽取电极电压从抽取孔2014抽取出。与使用ICP电子源1910一样，空心阴极电子源2010使用散布在源腔室内的处理气体作为电子发射材料，并且空心阴极型电子源可以击穿任何类型的处理气体以形成辉光放电，从而产生电子。电子发射材料通过调节可变DC电压电源2011来激励，该可变电压电源2011电连接至阳极2017。如上面介绍的实施例中所述，电子束532的电子密度通过电子流反馈来调节，该电子流反馈是通过到空心阴极电源2011的电子收集器/控制器/调节器(540/560/512)反馈回路提供的。空心阴极电源2011不定地提供10VDC-100VDC之间的电压给阳极2017。工作中，从空心阴极电子源2010开始电子生成所需的电压可以在建立辉光放电之后稍微降低。

空心阴极型电子源生成高密度但移动很慢的电子，其具有非常窄的能量范围，尤其是比上面介绍的ICP型电子源还窄。使用空心阴极型电子源的一个缺点是阳离子吸附在空心阴极的外壁，中心原子形式的溅射材料脱离阴极管壁。这些溅射材料可以迁移出空心阴极并污染其它区域。这一缺陷在需要将电子束激励器放置在排气线路内的生成腔附近的应用中是必须要考虑的。然而，由于空心阴极型电子源的较好的工作特性，采用空心阴极源的电子束激励器即使在放置于远离反应腔的地方(此处排出气体已被氮和其它抽取的气体所稀释)时也能得到可以接受的结果。

此外，空心阴极型电子源可以被配置用于各种工作条件而无需改变电子束激励器中的其它部件。例如，缩减阳极2017到空心阴极2015端部的距离，将降低空心阴极建立辉光放电并开始在空心阴极内生成自由电子的最小电压。增加空心阴极2015的直径，将降低空心阴极源2010建立辉光放电在空心阴极2015内产生自由电子的最小压力。在理解了上述关系之后，他们并不是完全线性的，因此，需要进行一些测试来确定针对特定工作条件的公差。

图21是根据本发明的另一典型实施例的用于在排气线路中通过从场发射器阵列型电子源抽取电子来激励气体的电子束激励器的示意图。场发射器阵列型电子源利用“Spendt tip”技术来创建电晕放电，该技术在1973年8月28日公告的Charles A.Spendt的美国专利US 3,755,704中已有介绍，该专利在此全文引用入本申请中作为参考。场发射器阵列型电子源2110通常包括场发射器阵列2117，其在电子源腔2115中产生电子。在连接至处理工具的电子源腔2115的排气线路末端，是具有抽取孔2114的参考电势表面1916。参考电势表面1916被设置为近地参考电势，并与电子源腔2115机械连接，电子源腔2115最好提供有与电子抽取器520的背面平行的参考电势表面和供电子接触的参考电势表面。设置在场发射器阵列2117的一个表面上的是用微电子制造技术形成的微米级尖端。通过设置这些尖端，可能在通过场发射器电源2111通过相对较低的DC电压给场发射器阵列2117时生成高电场。电子束532的电子浓度可通过调节来自场发射器电源2111的负DC电压来改变，并可通过来自上述的电子收集器540的反馈来进行调节。

不像前述的电子源类型，电子直接从场发射器阵列电子源2110的场发射器阵列2117中生成。因此，对于这种类型的电子源，电子发射材料是场发射器阵列本身，而不是排出气体。来自场发射器阵列2117的电子的浓度可通过对场发射器阵列2117涂覆六溴化镧(LaB6-非常低的2.3eV逸出功)来增加。此外，与前述的电子源类型相比，场发射器阵列电子源2110不在源腔内生成由电子抽取器520抽取的一团自由电子。相反，电子直接从场发射器阵列2117中抽取出。因此，可能可以像场发射器提供负电压脉冲，并同时给加速电极提供正电压，以形成电子束532，或否则在场发射器阵列2117和场发射器阵列电子源2110内或附近的其它结构之间建立电势，以将电子加速到较高电子能状态。因此，这种方法简化了电子生成技术，因为电子束是直接且接近同时从场发射器阵列中生成的。在某些条件下，发射器的不期望的污染或化学蚀刻是可能的。

此外，发射器阵列电极不需要配置成前述的Spendt tip。目标是电子束的电子从发射器阵列电极端部的一个或多个小点发出，并由电子抽取器520或其它电极加速。该点可以是一个或多个窄轨线的端部。因此，作为Spendt tip的另一替代方案，电极可以配置成一根或多根导线，具有很小的半径可用作电极来代替导线的端部。此外，用于激励排气线路内的气体的电子可从负的或正的点晕放电中获得。对于正电晕放电，前述的极性可被反向以产生正电晕放电用于加速正离子。

图22是根据本发明的再一典型实施例的用于在排气线路中通过从热阴极型电子源抽取电子来激励气体的电子束激励器的示意图。热阴极电子源2210通常包括阴极2217，其响应来自阴极DC电源2211的阴极电流在电子源腔2215内热生成电子。电子源腔2215的配置类似于前述的电子源腔，其排气线路端在具有抽取孔2214的参考电势表面1916处连接至处理工具。参考电势表面1916被设置成近地参考电势，并与电子源腔2215机械连接。电子源腔2215最好提供有与电子抽取器520的背面平行的参考电势表面和供电子接触的参考电势表面。电子束的电子浓度通过阴极的温度(提供给阴极的电流)来控制。阴极2217可涂覆有六溴化镧(LaB₆-非常低的2.3eV逸出功)或由涂钍钨等材料制成以增加其电子发射率。尽管图22示出了阴极2217生成电子到源腔2215内以便通过电子抽取器520抽取到较高的电子能量状态，该阴极还可像前述图21中针对场发射器阵列电子源所介绍的一样与抽取器直接接触。如前所述，阴极2217和电子抽取器(或电子源的其它部件)之间的电势差可加速直接来自阴极2217的电子。在某些条件下，发射器的不期望的污染或化学蚀刻是可能的。

图23是根据本发明的再一典型实施例的用于在排气线路中通过从激光型电子源抽取电子来激励气体的电子束激励器的示意图。激光型电子源2310不同于前述的其它电子源，激光光子被用于激励排出气体以产生自由电子供抽取。激光功率是变化的，以便通过电子流反馈来调节源腔2315内的自由电子的浓度，该电子流反馈是通过电子收集器/控制器/调节器(540/560/512)反馈回路提供给激光电子源2410的电子流反馈来调节。

图24是根据本发明的再一典型实施例的用于在排气线路中通过从微波型电子源抽取电子来激励气体的电子束激励器的示意图。微波型电子源2410通过用微波能量激励散布在石英腔2415内的排出气体来生成自由电子。石英腔2415设置在可调谐的微波腔2417内，该微波腔2417内微波能量谐振。电子束532内的自由电子浓度使用通过电子收集器/控制器/调节器(540/560/512)反馈回路提供给微波电子源2410的电子流反馈来调节。

微波型电子源2410在工作压力下比大部分其它类型的电子源都更加容易改变，特别是在低压下。因此，在较高且相对稳定的排气线路压力环境下，应该考虑微波电子源2410。

关于前述的任意典型实施例，所述的气体线路电子束激励器可工作在一个或多个工作模式下。针对某一应用的工作模式类型，可基于例如进行的观察的类型和所知的该模式的特定优点来选择。每一种工作模式在图25A-图25C中用图表示出为应用给电子源的功率(线2502)和应用给电子抽取器电极的电压(线2504)。

图25A示出了连续工作模式的时序图。如前所述，本申请的气体线路电子束激励器系统能够进行电子束内电子的密度和功率级的单独控制和调节。此处，电子源功率2502和抽取器电压2504显示为平稳状态、连续工作模式。发发射观察值按一定时间周期综合，该时间周期与电子束激励器的操作无关。这种类型的工作模式对于识别各个目标组分的光谱图来说是特别有用的，其中该识别基于在特定能级下变成可见光的发射光谱波长的形式来进行。气体被具有窄能量范围能量的电子束所激励，该窄能量范围能量满足能量跃迁，激励目标组分发光。

图25B示出了脉冲工作模式的时序图。最终，目的是仅在需要电子束进行气体分析时给电子源提供脉冲来生成电子。此处，电子源功率2502和抽取器电压2504有一定时间间隔的脉冲形式的。这些间隔的持续时间定义了占空比，该持续时间取决于几个因素，包括综合的数量和时间、目标组分的荧光寿命、以及电子源、电子收集器和视口窗的污染。当电子源关闭时，给电子源提供脉冲降低污染率。脉冲系统将降低视口窗和其它部件上的污染率，因为产生污染的等离子体比其处于活跃状态时脱落得更多。此外，可仅在观测值是预期的时给电子源提供脉冲，即当需要OES信号来评估处理的状态时。激励器部件被污染所需时间越长，服务和服务频率之间的时间降低得越多。此外，脉动电子源提供一非活动周期，电子束被关闭以测量背景条件以便为随后的密度测量提供有效的背景校正，以改进信噪比。

图25C是所述的电子束激励器的另一工作模式或更具体来说是子模式的示意图。电子束激励系统不仅提供电子密度和电子能量的单独控制，还允许每一者的单独变量控制。电子束内的电子浓度可在不改变电子束能量的情况下改变，相反，电子束的能量可在不改变n_Ee的情况下改变。

从图中可以看出，电子源功率2502在应用给电子源的激励功率为SPi时保持恒定，而抽取器电压2504在抽取器电压VP₁、VP₂和VP₃之间进行调节。结果是，n_Ee是常量，电子束内电子的能力随着抽取器电压从VP₁变化到VP₃而增加。这种类型的工作模式在基于发射光谱波长的形式识别各个组分的多个光谱图时特别有用，其中该发射光谱波长在不同激励级上变成可见光。调节E_Ee也为检测组分的出现提供更精确的手段。许多气体组分具有多个跃迁级，发出具有不同激励能级的荧光。识别出在不同激励能级下溶解的一系列光谱图是可能的，该不同的激励能级为目标组分定义了唯一的光谱标记。然后，在荧光能级下观察到可能活跃的波长，荧光图案与目标组分的光谱标记相匹配。

本申请的电子束激励器沿着包围光束轴线的相对较窄的激励区激励气体，但是发射电子的密度沿光束的长度方向是不均匀的。图26是根据本发明的典型实施例的排气线路电子束激励器的顶部截面图，其进一步示出了排气线路的激励区域。电子束激励器一般包括沿电子束532的轴线排列的电子源510、电子抽取器520和电子收集器540。图中还示出了具有光纤的光收集光学器件579，其光学连接到视口窗574以接收发射的光。光纤的相对端连接到光发射处理器，例如SD512NIR光谱测定仪，其可从位于美国德克萨斯州卡罗尔顿(Carrolton)的真实仪器公司(Verity Instrument Inc.)购买，用于分析排出气体的发射光谱。通常，视口窗574垂直于(或大于)电子束的方向以及排气线路内的排出气体流的方向(朝向图面内)，从而将电子束的侧面暴露给窗口574，其目的是保持光学表面尽可能的远离电子束532。

电子束的能量靠近电子抽取器520是最大的，并且沿其朝着电子收集器540的长度方向逐渐损失能量。穿过电子束的电子能量的这种变化将产生不同的激励状态，分布在沿电子束532的不同位置。这样的话，在某些条件下，会在跨过电子束532的不同空间位置出现辉线点2635。辉线点2635的采样位置2636需要在正式生产运行之前确定。然而，由于Eε_e是由提供给抽取器520的电压所控制的，抽取器电压的任何偏差都有可能移动辉线点2635的空间位置。因此，可变的抽取器电源必须非常稳定，以防止辉线点2635的空间位置在采样位置2636被确定之后发生偏移。此外，在动态流环境中，适合作为采样位置的辉线点会出现在电子束轴线处的激励区域下游，而非沿着电子束轴线。

图27是根据本发明的典型实施例的排气线路电子束激励器的侧视截面图，其示出了排气线路的激励区域的侧视图。气体粒子的激励和其弛豫并发射出其光子的时间的时延，便是粒子的荧光寿命。在动态流环境中，移动通过电子束532的排出气体被激励，然而发射光羽流2634沿位于电子束532下方的排出气体流动方向传送。排出气体流将气体从其被电子束激励的位置转移。当排出气体流垂直于电子束532时，不同的光发射可以在空间和时间上分隔开。视口窗的高宽比应当适应向电子束下游延伸的激励羽流。

如图所示，沿电子束532在采样位置2636确定辉线点2635。然而，某些组分可以在电子束532下游的一定距离上发荧光。该距离是该组分的荧光寿命和排气线路中排出气体的速度的函数。因此，除了针对跨过电子束的能级确定采样位置，还可以针对组分的荧光寿命和排出气体速度在排出气体流的方向上确定采样位置。这一现象的特征在图中用图表示出。对于发荧光相对较快的短寿命组分2702，确定短寿命采样位置2736S靠近电子束532。对于中寿命组分2704，激励和发荧光之间的时延比短寿命组分2702要长，确定中寿命采样位置2736M位于电子束下游较远处。最后，对于长寿命组分2706，如图所示具有最长的时延，确定长寿命采样位置2736L位于电子束532下游最远处。这一现象对于快速气流以及脉冲电子束操作来说最明显。

针对具有不同寿命的组分的所有辉线点都位于如图中所示的垂直线上，是不可能的。具有较长寿命的组分可被沿电子束的与具有较短寿命的组分不同的空间位置处的能级所激励。此外，具有长寿命的组分可通过与其它粒子的非放射冲突来弛豫，该其它粒子激励其它粒子并可通过放射过程而弛豫到较低状态。这种次激励和放射过程所需的时间将导致该放射从激励区域下游可以看到。这样的话，光收集光学器件需要高度可配置以便于沿电子束532的不同位置以及从电子束的下游进行观察。另一种方案是采用横跨视口窗的光学收集器阵列。在评估过程中，所有的收集器都可以被监控发射，或者仅仅哪些在特定采样位置的被监控。如果光学收集器朝向特定采样位置，就需要注意电子束激励器操作参数在运行期间或运行之间不会漂移。电子束的特征的任何改变，即电子的能量或电子密度，都会偏移采样位置，需要对光学器件针对新的操作参数进行重新校准。

针对可能的光发射监控大的光发射羽流区的一个原因是因为前述的排气线路电子束激励器的几何配置。该配置的基本几何结构在图28A的激励器的截面图中已示出。在该几何结构中，电子束532定向为基于垂直于排出气体流的方向。电子源510与电子抽取器520同轴对齐，分别位于排气线路的一侧，电子抽取器520位于排气线路的相对的侧壁上。电子束532在电子抽取器520处生成，在视口窗574内看，电子抽取器520被定向为侧向穿过排气线路内排出气体流的方向。需要注意的是，这一几何结构的激励器部件的精确位置取决于应用，例如，电子收集器540可位于排气线路内靠近电子抽取器520的位置，反之亦然。无论如何，从此图中很清楚的是，电子抽取器520和电子收集器540之间的电子束532的横向范围大大地增加了可能会发生电子-粒子碰撞的激励区域的大小。此外，如前所述，来自产生的光羽流的光发射可随着排气流向下游传送，这进一步扩大了将监控可能的光发射的区域的大小。待监控区域的大小可通过重新定向电子束到视口窗来降低。这可以通过重新配置电子束激励器的几何结构或重新定向视口窗的视角来实现。

关于重新配置电子束激励器的几何结构，图28B-28E示出了几种可以减小待监控潜在光发射的区域的几何结构。图28B和图28C示出了具有内嵌(inline)几何构造的电子束激励器，其中依据本发明的几个典型实施例，电子束532平行于排出气体流。图28B示出的几何构造中，电子束内电子的方向定向于气流方向，而图28C示出了相反几何构造中的激励器部件，其中电子束的方向与气流方向相反。虽然像之前一样需要监控电子抽取器520和电子收集器540之间的电子束532的范围，但是，激励区域被横向约束为电子束532的任一侧的一个很窄的区域。需要垂直延伸视口窗574来观察电子束下游的区域。作为可选择地，以及如下将介绍的，视口窗574相对于气流方向的视角可被增加来捕捉到电子束下游更多的区域。每一这样的实施例都需要大量的部件配置在排气线路内部。

图28D和图28E示出了具有改进的内嵌几何构造的电子束激励器，其中依据本发明的其它典型实施例，电子束532基本平行于气流方向。关于这一示例的几何结构，排气线路设置在“S”或“U”(未图示)内，各部件位于排气线路的内部。

通常，视口窗定向为垂直于电子束的方向，且还垂直于排气线路内的气流方向，以保持光学表面尽可能的远离电子束。对排气线路电子束激励器来说，由于窗口离污染源很近，窗口云斑(window clouding)是很严重的问题。窗口本身受设置在视口窗和排气线路内部之间的格栅或多通道阵列保护。因为窗口暴露给气体线路，使用多通道阵列是个例外选项，该多通道阵列在Harvey申请的名为“Multichannel Array as Window Protection”的美国专利申请11/726,958中已有公开，该专利申请被转让给本发明的申请人，并且在此将该专利申请全文引入本文中作为参考。例如，一窗腔形成在视口窗和多通道阵列之间，用该排出气体或惰性气体加压。通道的数量和各通道的尺寸被设计成使得处理气体以非常低的速率流入排气线路内，从而将激励区域产生的任何污染物在达到视口窗之前扫除回排气线路内，但是不会和排气流产生干涉。

该窗口还应该尽可能的远离激励区域，并远离气流内的污染物流和电子束内快速移动的电子。最好是，窗口应位于电子束的上游，且与电子源一样位于气体线路的侧面，即，垂直于(或更大)电子束的方向并垂直于(或更大)排出气体流的方向。

图29A是根据本发明的另一典型实施例的具有垂直电子束几何结构的电子束激励器的窗视角范围的示意图。所示的窗574具有比垂直于排气流更大的视角。这一方向上，窗574是电子束的上游。此外，窗的方向可绕排气流在电子源(未示出)的方向上的轴线旋转。在该方向上，窗574是电子束的上游且位于来自电子源的电子流之后。

图29B是根据本发明的另一典型实施例的具有内嵌电子束几何结构的电子束激励器的窗视角范围的示意图。此处，排出气体流和电子束内的电子运动是基本上同轴的。这样的话，窗574的视角比垂直于排气流和电子的方向二者都要大。流向相反的情况下问题更多，如图29C所示。那里，视角定向为垂直于排气流和电子的方向两者。若确定污染物的相当一部分是排气流或电子流的产物，窗574的视角可重新定向以减轻该影响，但是代价是增加了来自其它的污染物。图29D是根据本发明的另一典型实施例的具有混合几何结构的电子束激励器的窗视角范围的示意图。电子束激励器的几何结构除了上游流之外与图29B中所示类似。此处的目的是将排出气体流从视口窗574转移，这样一来，便从窗中清除污染物，从而减少窗上残留物的累积。如此的话，上游流通过窗574并朝着电子束532穿过多通道阵列575。类似的改变也可以应用于图29C中的电子束几何结构。

本发明的排气线路电子束激励器的一个优点是，它具有大量可能的结构配置来适应特定的工作环境。结合其单独地控制电子束能量和电子束内电子浓度的能力，本发明的激励器可设置于沿排气线路的不同位置处而不会牺牲其可操作性。图30是现有技术中已知的典型反应器排气系统的示意图，其示出根据本发明的典型实施例定位电子束激励器的可能位置。反应腔3000通常设置有处理气体进气口以及排气线路3038，排气线路3038用于从腔3000中抽取反应气体和反应气体产物。通常通过一对泵即涡轮分子泵3042和下游的低真空泵3044来提供真空力。节流阀3040设置在排气线路3038内的涡轮泵3042上方来通过泵的活动调节腔3000内的压力。氮净化气3045例行地加入到涡轮泵3042内以迅速从涡轮泵3042内清除腐蚀性气体，然而，稀释的气体混合物通常隐藏了在终点出现的排出气体的浓度的改变。这一气体流入量对于现有的排气线路等离子体激励器来说是非常有问题的，因此这些设备几乎总是位于涡轮泵3042的上游。

针对特定的应用选择在处理工具上的那个位置设置电子束激励器502，一直是一个工程折衷方案。通常，需要一些实验来验证操作性。一个选择是将电子束激励器502设置在涡轮泵3042和低真空泵3044之间。通过评估这一选择，只有针对特定应用能最佳适配工作环境的电子束激励器结构被考虑为可能的候选项。如前所重复的，最佳的激励器结构应当产生具有窄能量范围、但能够获得高电子浓度的电子束，浓度越高越好，直到一个点。两种可能的候选项采用ICP电子源或空心阴极电子源。空心阴极型电子源产生非常窄能量范围内的电子，且能够达到高电子浓度。ICP型电子源产生相对较宽能量范围内的电子，但是能够获得比空心阴极型更高的电子浓度。咋一看，对于涡轮泵3042下方的氮稀释的排出气体，更好的选择可能是ICP型，因为能够从来自ICP源的电子束内较高浓度的电子获得较高的发射密度。但是，空心阴极型电子源的非常窄的电子能量范围将使目标组分更加容易被检测，例如端点检测。这种环境中，空心阴极电子源可能是电子束激励器502的最佳选择。单独控制电子束杜密和能量的能力在这种环境中是很关键的，因此电子束激励器结构应该配置成具有偏置电压的电子收集器。涡轮泵3042下游的真空环境中的压力波动是有问题的，可能会屏蔽掉所关心的密度变化。然而，通过本申请的电子束激励器，可以使用压力修正的参考电子电流来将发射强度标准化为压力。如此一来，否则会不清楚的发射强度的改变可以被检测到。因此，电子束激励器结构应该还具有排气线路压力传感器，用于针对压力索引经压力修正的参考电子电流。

如果优选地候选电子束激励器结构在该位置不可操作，例如，若端点未能检测到，应当考虑到最有可能失败的原因来分析下一最能适配该工作环境的候选电子束激励器结构，例如压力波动和氮稀释。在放弃排气线路位置之前，可对下一最佳候选电子束激励器结构进行评估。若没有电子束激励器结构被确定为在该位置是可操作的，就应该将电子束激励器重新定位到处理工具或泵系统内的更好的位置。

将电子束激励器502B放置在反应腔3000和节流阀3040之间的真空环境中，利用了该区域内更好的真空压力控制以及气体混合物在流出反应腔3000之前从晶片流过传感器时很少改变的事实。再次的，只有能最佳适配工作环境的电子束激励器结构被考虑。空心阴极型电子束激励器可能是针对这种环境比ICP型电子束激励器更好的选择，选择同样如前面所给出的一样。然而，空心阴极型电子源溅射材料，可能会导致反应腔3000内污染。如果是这样的情况，则电子束激励器502应该采用ICP电子源。

此外，电子束激励器502A还可放置在处理气体进气口线路内或反应腔的侧面上，以便以和排出气体一样的方式分析处理气体。作为可选择地，电子束激励器502A可设置在处理气体线路内或反应腔内，而电子束激励器502B或502C之一设置在排气线路内以便进行处理系统的综合化学分析。其它的组合也是可行的。

不管电子束激励器502在排气线路3038内的位置如何，其操作是类似的。设置好电子束激励器502后，处理化学中每一净化气体成分的电子束模拟发射光谱应当在一定的激励能量范围内捕捉到。来自不同气体组分的光发射的发作，将出现在不同的电子束激励能量上。产生光谱内的每一荧光发射线的激励电子束能量给该组分增加了发射“标记”。例如，假设1)针对其中一种气体，低激励能量产生波长为A的光发射，以及2)中等激励能量产生波长为A和B的光发射，以及3)高激励能量产生波长为B和C的光发射以及很微弱的波长为A的光发射。该气体的光谱标记是每一激励能量上的光谱的结合。由于不同能量状态的不同气体粒子之间的能量传递，电子束激励能量和产生的混合物光谱之间的交互作用是非常复杂的，并且对混合物中非常小的改变都非常敏感。

单独控制电子束能量的好处可以结合对图31A中示出的组分Grotian图的描述来更好的理解。原子或分子所处的状态将取决于对象的数量。多数情况中，绝大部分的粒子都处于基态。该图中，基态位于底部。电子需要具有足够的能量来将粒子的能量状态从基态上升为激发态，在该状态可以发射出光子。这样的系统经常通过大量的中间激发态来衰减，通常回到基态。发射的光子的能量(例如波长)等于每个粒子能态之间的能量差。因此，荧光光子能量必须小于碰撞电子的能量。此外，为了达到粒子内的某些能态，进而达到光子的某些波长(颜色、频率、能量)，需要的碰撞能量必须超出那个量。这意味着光子发射直接取决于电子束内受激发的粒子的能态。

电子冲击粒子并将其推入激发态的“截面”是量子力学函数。截面具有最小能量，低于该能量不会发生激励。通常，对于所关心的激励能级，这一最小能量是接近10eV，但是它不发生变化，参见图31B。该截面经常增加，直达达到接近50-100eV能量的最大值。在设定从较低能态推入期望的激发态(从该激发态可以发射特定波长(能量、颜色、频率)的光)的粒子的数量时，该截面是很重要的。

结合对图32所示的激励器时序图的描述，可以更加完整的理解本发明的排气线路电子束激励器。大量的采样序列中的三个激励系列被示出。图的上部分是电子束能量3202，其表示电子束内的能量。垂直高度对应于传递给被分析的气体的电子束能量。下面一部分中，电子源功率3204表示应用给电子源的激励功率。第三层是电子电流3206和参考电子电流3208，电子电流3206由电子收集器响应电子撞击该收集器而产生。第二激励系列使用参考电子电流3218，其高于参考电子电流3208，第三系列使用参考电子电流3228，其也高于参考电子电流3208。从底部的第二层是抽取器电压3210，其被应用给抽取器电极以调节电子束的能量，收集器偏置电压3212被示出在最下部。一个工作周期从t₁延伸到t₁₀。

t₁之前，激励器基本关闭，电子源、电子抽取器或电子收集器上没有输入；电子源功率3204、抽取器电压3210以及收集器偏置电压3212都处于相应的零值。作为响应，电子束能量3202关闭，没有电子撞击电子收集器，电子电流3206是零。每一能级被分成两部分，首先出现的是稳定间隔，然后在电子束稳定之后出现的是收集间隔。在稳定间隔内，电子浓度控制器读取收集器电极并对电子源功率进行细微的反馈调节以产生参考电子电流。这些调节有效地改变了电子源内电子的浓度，其控制电子束电流。电子束电流稳定并处于目标值之后，收集光谱。在t₁，电子源接收激励功率，电子源功率3204在t₁和t₂之间的时间间隔内处于稳定。在t₂，对抽取器电极和电子收集器施加电压，抽取器电压3210和收集器偏置电压3212增加。随着激励功率应用给电子生成器且电压应用给抽取器，电子撞击收集器电极，电子电流3206增加，但是不等于参考电子电流3208。这种状态下，电子束能量3202处于其第一能级，收集间隔在t₃开始，持续到t₄。在收集间隔期间，电子浓度控制器可持续收集电子电流信息，并持续调节电子源功率3204。

该顺序在t₄和t₆之间重复，但抽取器电压3210增加(收集器偏置电压3212也增加)，导致较高的电子束能量3202。注意电子电流3206在t₄之后超出了参考电子电流3208，此时电子浓度控制器降低电子源功率3204，直到电子电流3206匹配参考电子电流3208。每次增加E_Ee，期望电子电流便会增加一定量。由于提供给抽取器电极的电压增加，其电势增加，从电子源的源腔吸取更多的电子，因此电子束的电子浓度增加。密度的改变反映在电子电流，电子浓度控制器使用电子电流来将电子束密度调节回其精确的电子浓度。

这种特定工作周期具有四个电子束能级。在t₁₀，电子束关闭，电子束能量3202回到零。注意在t₁₀和t₁之间的时间间隔内，给收集器电极提供负偏置电压。该电压通过除去正偏置电压吸附的污染物来清除电极表面的沉积物。再想一下，电子抽取器是网筛或类似结构。在关闭期间，电子源腔内的污染物漂移到排气流中。这可通过在工作周期的关闭部分期间维持抽取器上非常低的电压来消除。

第二激励系列与第一系列相同，但是参考电子电流3218高一些。电子浓度控制器调节电子源功率3204直到电子电流匹配参考电子电流3218，导致电子束具有较高的电子浓度。第三系列中的参考电子电流3228甚至更高。电子浓度控制器再次调节电子源功率3204，直到电子电流3206匹配参考电子电流3228，导致电子束具有甚至更高的电子浓度。

电子浓度控制器使用带有来自电子电流的反馈来稳定电子束浓度所需的时间，是10-20毫秒的级别。结果是，能够在不到一秒的时间内完成整组四步的测量。因此，三个不同电子电流下的四个电子能量的整个设计实验可以在不到三秒内完成。对于某些端点应用来说，每三秒采样一次太慢了，但是对于处理监控来说不是很慢。然而，这是一个相当复杂的采样序列，在很短的时间内收集了大量的信息。没有证据表明这种复杂度对于端点检测来说是需要的。偏最小二乘(PLS)建模是用于分析电子束传感器能生成的丰富的多维光谱数据的一个好的选择。它适度直接地建立PLS模型来描述产生的光谱上的电子能量和电子电流的相互关系。

图33中示出了四种可能的集成模式，对应于图32中的激励系列。对于集成模式3304，在每个收集间隔期间t₃-t₄、t₅-t₆、t₇-t₈和t₉-t₁₀强度数据被收集。强度数据也可能在整个能量周期上被收集，如图中集成模式3306所示，即t₂-t₄、t₄-t₆、t₆-t₈和t₈-t₁₀。作为可选择地，强度数据可在整个激励系列上集成，如图中集成模式3308所示，即t₂-t₁₀。此外，可在激励系列之间收集强度数据，如图中集成模式3310所示。该数据对于评估背景噪声条件或对于监控长寿命组分或亚稳态组分的余辉是有用的。

关于电子束激励器，受激励的组分进行从一个能态到较低能态的发射弛豫所发出的光的强度，是电子密度和激发它的电子束的E_Ee的函数。检测目标组分的最优技术是发出具有高电子浓度且窄电子能量分布的电子束，平均电子能量稍微高于将目标组分激发到较高能态所需的能量。提供给抽取器电极的电压决定了电荷并因此决定了电子束的平均电子能量。找出将目标组分激发到将发出窄波长光的特定能态的电压范围，是有些困难的。所需电压量随着一些因素而变化，因此是基于特定设备和应用的，即，抽取器电压应针对每次应用的特定抽取器来确定。

校准运行的目的是双重的：识别组分特别是目标组分的发射波长的光谱图，以及定义用于激发组分以发出特定波长的最优抽取器电压。这一过程可重复执行以识别出由多个光谱图组成的组分的唯一光谱标记，其中每一光谱图在一个唯一的抽取器电压下激发。

图34是根据本发明的典型实施例的用于定义最优抽取器电压(b⁺ _sp1)的一个校准激励序列的时序图，所述最优抽取器电压用于产生光发射。电子束能量3402在图中最上部示出，抽取器电压3404在下面示出，OES集成间隔3410在接着的下面示出，发射的波长λ₁为的光的强度I_λ1 3412在底部示出。最开始，应该了解的是，电子束内电子的浓度应该足够的高，以便光容易被检测设备检测到，并且在整个校准运行中都应该保持恒定在这个浓度。还应了解的是，应该选择集成时间来检测光以确定电子束内电子的浓度。较短的集成时间通常是更期望的，这样的话可以在一个时间周期内执行更多的测量，因此具有高电子密度的电子束通常是首选的。

在校准过程中，由变化的电子束能量3402组成的激励系列，无论上升还是下降，由相应地变化的抽取器电压3404生成，图中所示在t₁和t₁₅之间。作为响应，I_λ13412将改变，因为激发组分以产生波长λ₁所需的激励能量被否决(traversed)。通常，随着抽取器电压3404的增加，I_λ13412从零增加，然后降低到零。通常可以为抽取器电压3404的增加不会导致强度改变的组分确定出强度值的线性最大值，如图中t₅和t₉之间的间隔所示。生成具有用于激发组分生成波长为λ₁的光发射的电子能量的电子束所需的最优抽取器电压b⁺ _sp1，是强度值的线性最大值上的中间点。最优抽取器电压可以设置得稍微高于该中间点以补偿抽取器电极随着时间流逝所降低的效率。电子束能量3414表示最优E_E，电子束由最优抽取器电压3416生成，用于激发目标组分产生用于检测的波长λ₁，参见t₂₁和t₂₂之间的间隔。最优收集器偏置电压3418(b⁺ _sil+a)同时还可应用给收集器电极。

理想情况下，电子束内的能量分布应该足够窄以便仅将目标组分激发到进行波长λ₁的光发射弛豫所需的能态。若假定最优抽取器电压3416产生位于平均电子能量下的电子束，电子束内的电子源的理想能量分布应该不会宽于将产生跨越强度值线性最大值的强度的能量分布。任何更宽的能量分布都是浪费的能量。

进一步关于E_Ee，应该了解的是，不总是可能通过参考抽取器电压生成具有最优E_Ee的电子束。即使抽取器电压可设置为最优抽取器电压3416b⁺ _sil，对于该组分，可能不会产生具有最优电子能量的电子束来激发目标组分发出波长λ₁的光。这种情况会在抽取器电压源出现漂移，或在抽取器电极上形成沉积。一种用于验证电子束的电子能量是用于发射合适波长的光的最优能态的机制是通过使用收集器偏置电压作为校验。该验证程序在图中的t₁₆和t₂₁之间示出。最初，针对抽取器电压的最优E_Ee依据收集器偏置电压确定。在校准运行周期中，电子源被上电，最优抽取器电压3416b⁺ _sil被应用给抽取器电极。收集器偏置电压(b⁺ _sil+a)还可应用给收集器电极，然而，此处的目的是通过调节收集器偏置电压3406到等于电子束内电子能量n的负偏置电压来停止电子束内的电子流。基本上，收集器偏置电压3406递减，直到电子收集器产生的电子电流变为零。在此状态，负收集器偏置电压3424精确地等于电子束的最优E_Ee。负收集器偏置电压3424的值被记录，并且无论何时需要，该偏置电压值可用于验证电子束是处于最优状态E_Ee，用于激发组分。在能态验证期间，例如在生产运行周期内，收集器偏置电压被设为负收集器偏置电压3424，抽取器电压被调节直到电子收集器不产生电子电流。在这点上，抽取器电压被设定用于生成最优能级上的电子。收集器偏置电压然后增加到最优收集器偏置电压3418，在进行OES测量之间检验电子电流并调节电子源的激发功率。

如上所述，现有的排气线路等离子体激励器的一个缺点是他们不能应付排气线路压力的变化。本申请的排气线路电子束激励器的反馈系统足够复杂以便通过调节电子束内电子的浓度来补偿压力的改变。此外，还期望这些校准接近实时的执行，从而最小化有效集成之间的延迟时间。

图35是本申请的电子束激励器的压力反馈补偿方面的时序图。反馈调节主要是电子浓度控制器的职责，其从电子收集器接收电子电流信息并从位于排气线路上的压力传感器接收压力信息。电子束能量3502在上方示出，来自压力传感器的压力3504在接着的下面示出，光强度3506和用于校准的相对强度3508在再接着的下面示出。再下面是三条线，来自电子收集器的电子电流3516以及两个经压力修正的参考电子电流，即P₁参考电流3512和P₂参考电流3514。OES集成间隔3518在底部示出。

电子束内电子的浓度的调节是电子浓度控制器的职责。目标是电子束激励器实现可复制的强度结果。这通过采样到达收集器的电子并将其与参考标准进行比较实现(电子浓度控制器从收集器接收电子电流，将其与参考电流值进行比较)。密度调节通过改变给电子源的功率来实现，进而调节电子电流到参考电子电流。光密度的任何改变会带来排出气体内目标组分的浓度的改变。排出气体内压力的改变也会导致密度的改变并屏蔽掉密度的改变，不能从电子电流检测到。补偿压力改变的一种机制是针对压力调节电子浓度(调节电子源功率)。通过为会遇到的生产压力范围提前定义多个经压力修正的参考电子电流，这是可能的。图35所示的时序图示出了如何定义和使用经压力修正的参考电子电流。同样地，该图的各方面代表了校正运行周期和生产运行周期。

在校正过程中，具有稳定压力P₁的测试气体被在预定能态具有稳定电子浓度的电子束所激发。结果是，光强度3506在t₂和t₃之间产生在某级别，假定相对强度3508。P₁参考电流3512在该压力下被注意到。然后压力被改变，例如改变到P₂，时序重复，然而，由于光强度3506因压力改变而改变，其在测量前被调节回相对强度3508。一旦稳定下来，P₂参考电流3514针对压力P₂记录下来，在t₈和t₉之间。该校准时序在所有可能的生产压力范围内以适当的压力递增而重复，对应地经压力修正的参考电子电流也被记录下来。该校准过程可针对在生产运行周期内将用到的每个能态重复，以验证记录的经压力修正的参考电子电流对这些能量是有效的，若无效，则针对这些能量记录新的经压力修正的参考电子电流。

在生产运行过程中，电子束激励器产生具有与校准运行过程一样相同电子浓度且处于预定能量状态的电子束。电子浓度控制器感测到的压力为例如P₁，合适的P₁参考电流3512被访问。电子源功率被调节使得电子电流3516匹配P₁参考电流3512。然后可收集到强度信息。工作压力的改变是不可预测的，因此电子浓度控制器的另一功能是丢弃因压力改变而不可靠的集成。例如，在t₂开始的测量应该集成直到t₅后，但是因为检测到压力的变化而在t₄就终止了。一旦电子浓度控制器检测到压力的改变，其针对新的压力访问参考电流，并启动新的激励系列。针对压力改变的整个反馈响应示出在t₄和t₉之间。第二激励系列示出了相反的情况，压力的下降被电子浓度控制器检测到。

图36是示出了根据本发明的典型实施例的电子束激励器的多个操作模式的时序图。t₁和t₇之间的时序示出了结合图32和33所介绍的可变电子能量模式。强度3612-3620是响应波长λ₁-λ₅的激发序列的示例性强度读数I_λ1-I_λ5。注意，在时间t₅，强度I_λ4是低的，低于可接受的信噪比阈值。增加强度的一个选择是增加整个系列上的电子源功率3606。然而，对于这个例子，增加电子源功率3036将增加超出检测器范围的另一波长的强度，例如强度I_λ3，其将导致有用的强度信息处于饱和。因此，由于电子束的浓度可独立于E_E来控制，电子束能量3602可保持恒定，而电子源功率3606被增加，产生较高的电子密度3602和较高的强度读数I_λ1-I_λ5，从而改善针对强度I_λ33616的SNR。校准电子束激励器以从多个电子密度总收集强度信息的程序还在图32和33中给出了描述。

t₁₀和t₁₃之间的第二激励系列示出了规律的激励周期，规律的稳定间隔出现在规律的收集间隔之前，即，间隔的持续时间是预先确定的，工作循环的周期也从此被确定。这是一种收集数据的非复杂手段但是在时间上可能效率低。

t₁₃和t₂₅之间的第二激励系列示出了具有自适应稳定间隔的激励系列。规律的收集间隔的持续时间是集成的函数并因此不能被缩短。另一方面，稳定间隔的持续时间被用于电子束激励器在测量前稳定。一旦电子电流匹配参考电子电流，收集器电流是电子束激励器稳定化的指示。若稳定所需的时间相对短，收集间隔可立刻开始。系列CYC1、CYC2和CYC3示出了自适应稳定间隔的效率。注意，在CYC1期间，在t₁₄处电子收集器电流3622匹配出参考电流3624，并且收集间隔可立即开始(图中，应用了延迟周期t₁₄-t₁₅来确保抽取器电势已稳定，因为它不能直接采样)。比较CYC1、CYC2和CYC3的周期，这一模式的好处变得很明显。

图37是根据本发明典型实施例的在多个激励能级检测激励荧光的一般性方法的流程图。该方法开始于产生具有预定电子密度n_E和能量E_Ee的电子束(步骤3702)，朝着例如来自反应器处理的排出气体流，例如(步骤3704)。针对出现在不同波长的荧光组分监控包围电子束的激励区域(步骤3706)。确定是否应该调节电子书能量来检测另一波长或组分(步骤3708)。若是，电子束能量被调节(步骤3710)，方法回到步骤3706进行另一次测量。若否，方法回到步骤3706继续该测量。

图38是根据本发明典型实施例的用于建立电子束激励器以检测工具上的特定组分的方法的流程图。最初，操作者应该对目标组分发出的光谱波长进行一些估计(步骤3802)。接着，针对工作环境配置最优激励器结构(步骤3804)，例如，电子源类型、抽取器类型、形状和尺寸、电子束聚焦光学器件的类型和布置、磁配置、是否包含收集器来采样电子密度、电子强度控制器、使用压力传感器等等。电子束激励器几何结构被配置(步骤3806)。此处，抽取器和收集器电极的放置被确定，电子源和收集器电极之间的间距以及抽取器和收集器电极之间的间距以及电子束到排出气体流的方位等被确定。在此之后，配置视角和收集光学器件(步骤3808)。最有可能的是，将进行OES测量，但是本申请的设备将适配其它检测设备，例如光电二极管等。选定的几何结构的视角被确定，抗污染测量被执行。

电子束激励器在工具上的布置也被考虑(步骤3810)。作为一种特定方式，电子束激励器在排气系统上的位置应该在配置激励器之前已知。然而，其将变成迭代处理，其中在确认激励器的最优位置之前在不同位置上对候选激励器结构执行性能测试。设备位置定好之后，针对应用的最优激励器操作参数可被计算出来(步骤3812)，例如源功率、抽取器/收集器电压、收集器参考电子电流、占空比、操作模式等。

然后使用测试气体对该配置进行测试(步骤3814)。可以检测到光发射的一个或多个波长。如果出现光发射(步骤3816)，可为检测器、SNR等优化操作参数，并记录下来用于生产运行过程(步骤3818)。如果在步骤3816中测试气体的出现通过改善操作参数不能检测到，电子束激励器应在工具上被重新配置，并且该方法回到步骤3804。

图39是根据本发明典型实施例的用于校准电子束激励器到最优抽取器电压以用于在不同处理压力下检测激励的产物的波长λ₁的方法的流程图。该方法可用于实现图34和35中示出的激励序列。该方法开始于电子束激励器已用测试气体流配置给工具(步骤3902)。进行调节以检测测试气体(步骤3804)(参见图38)。电子源功率、抽取器电压和收集器偏置电压被优化以实现预期波长的组分荧光，且收集器电子电流被记录为当前压力的参考收集器电子电流。电子束能量可通过几个级别来迭代，同时维持恒定的排气线路压力和参考收集器电子电流以找出光强度处于线性最大值I_λ1(能量曲线的线性部分)的抽取器电压范围，光强度I_λs被记录下来(步骤3906)。接下来，与能量曲线的线性部分相关的抽取器电压范围的中点被记录为最优抽取器电压，用于激发组分以产生波长λ₁(步骤3908)。

接下来，通过扰动压力同时通过调节电子源功率来保持光强度I_λs恒定，为电子束激励器获取其它经压力修正的参考电子电流(步骤3910、3912和3914)，自此一组经压力修正的参考收集器电子电流被累积以用于生产运行过程。整个处理过程可针对排气线路内的每一化学性质重复进行(步骤3916)，用于激发组分产生预期波长的最优抽取器电压以及针对该组分的一组经压力修正的参考收集器电子电流被记录下来，并且生产运行过程能够开始了。

图40是根据本发明典型实施例的用于执行本电子束激励器的方法的流程图，所述电子束激励器具有通用的功能(duty)并具有电子流反馈以稳定电子束电子的浓度。工作循环开始于激励功率应用给电子源且电压应用给抽取器和收集器(步骤4002和4004)。电子浓度控制器验证电子源被上电(步骤4006)，并开始监控收集器电流(步骤4008)。电子浓度控制器比较从收集器电极接收的电子电流与参考电流(步骤4010)，并调节电子源功率直到二者匹配(步骤4012)。接下来，针对被监控的波长收集收据(步骤4014)，之后激励周期结束，电子束激励器掉电预定的OFF时间周期(步骤4016)。作为实际方式，可在此期间在抽取器上保留微小的电压。此外，可为收集器提供反向偏置电压脉冲来清除在激励系列过程中累积的表面沉积物(步骤4018)。在预定的OFF时间首期期满后，另一个工作循环开始(步骤4020)。需要注意，在某些条件下，工作循环的持续时间可以改变。例如，若针对特定强度监测到特定的波长，随着强度接近目标值，工作循环可缩短，从而减轻不太重要的测量周期内在窗口上累积的污染。

图41是根据本发明典型实施例的用于执行本电子束激励器的方法的流程图，所述电子束激励器具有电子流反馈和经压力修正的参考电流以相对线路压力变化调节电子束的密度。此处，电子束激励器配置有电子密度控制器来接收收集器电子电流和压力信息，用于调节电子源的激励功率。该方法开始于为电子束激励器设置操作参数(步骤4102)，并监控电路压力(步骤4104)。使用线路压力，电子密度控制器可访问针对该压力的合适的参考电流(步骤4106)并开始监控收集器电子电流(步骤4108)。收集器电子电流应该匹配针对该压力的参考电流(步骤4110)，若不，给电子源的激励功率被调节直到匹配(步骤4112)。波长λ_s1下的强度被集成并为光发射进行校验(步骤4114)。在检测过程中，当波长λ_s1下的强度被检测到时，过程控制被停止或改变(步骤4116)，其它类型的处理在检测到该波长后将继续。任一情况下，若波长λ_s1未被检测到，该方法迭代回步骤4104进行随后的激励系列，包括在进行光集成之前，收集压力读数(步骤4104)和针对该压力的合适的参考电流(步骤4106)，监控收集器电流(步骤4108)和测试电流以调节电子源的激励功率。

图42是根据本发明典型实施例的、与图41示出的用于执行本电子束激励器的方法类似的方法的流程图，用于相对于线路压力变化调节电子束的密度，但在一电子能级范围内检测多个波长的光发射。此处，电子束激励器配置有电子密度控制器来调节电子源的激励功率。该方法开始于给电子源上电(步骤4202)，并监控压力(步骤4204)。电路压力被用来访问针对该压力的合适的参考电流。接下来，设置抽取器电压来生成用于激发目标组分的最优能级(步骤4206)。可预期，电子束激励器将保留和各种波长和/或待激励组分相关联的几个电压(参见对图38的描述)。由于电子束能量可能已经改变，电子束内的电子浓度也可改变，因此在收集之前，电子浓度收集器对来自收集器电极的电子电流进行采样(步骤4208)，并将其与针对该压力的参考电流进行比较(步骤4210)。提供给电子源的激励功率被调节以在集成光(步骤4214)之前达到匹配(步骤4212)。该方法然后针对另一电子能级迭代回步骤4204(步骤4216)。

本申请介绍的电子束激励器的一个好处是其精确定义和检测由多个光谱图组成的组分的唯一光谱标记的能力，其中每个光谱图在激励该组分的一个唯一(且最优)激励能级取得。图43是根据本发明典型实施例的用于定义组分的唯一光谱标记的方法的流程图。该方法在测试运行过程中执行，目标组分处于生成运行过程中的预期工作压力下(步骤4302)。然后调节电子束激励器以实现最优组分荧光(步骤4304)。此处需要指出的是，某些组分会同时产生明亮和昏暗的光谱线(步骤4306)。目的是找出检测器范围内的强度级，其内昏暗光线的SNR是可接受的，又不会使明亮光谱线饱和。收集器电子电流针对电子浓度记录下来(步骤4308)。接着，该光谱线被记录为在该激励级上该组分的光谱图(步骤4310)。此过程针对同一操作参数对处于多个能级的目标组分重复执行(步骤4312)。对应不同能态的光谱图被编辑成对应该组分的唯一光谱标记(步骤4314)。此过程可针对出现在生产运行过程中排出气体的所有化学特性重复执行。

使用出现在排放气体内的气体的唯一光谱标记，这些气体可以被精确的检测到，即使是相对复杂的化学特性。图44A和44B是根据本发明典型实施例的用于通过废气的唯一光谱标记检测废气中的一个或多个组分的方法的流程图。该方法开始于将电子束激励器带入稳定操作。线路压力被读取(步骤4402)，并获得对应该压力的参考电子电流(步骤4404)。电子源被上电(步骤4406)，电压应用给抽取器和收集器电极(步骤4408)以产生电子束。程序进行之前，可检验电子源和收集器的操作性并在必要时重启电子源(步骤4414)。接着，验证电子束的工作条件，采样收集器电流(步骤4412)，并将其与参考电流进行比较(步骤4414)。若匹配，将被监控的各种波长上的光线集成(步骤4418)，若不匹配，调节给电子源的激励功率直到电子电流匹配(步骤4416)。

然后激励顺序递增，尽管与光谱标记相关的各个预定能量阶段被评估(步骤4420)。在每个能量阶段，抽取器电压递增(步骤4422)，并将被监控的各个波长上的光线集成(步骤4418)。一旦电子能量阶段被评估之后，电子束激励器被断电(步骤4424)，对一组分的唯一光谱标记的出现评估光线的集成(步骤4426)。可预期的是，这一功能发生在单独的处理器上或先进的具有计算处理特征的光谱仪上。无论如何，可获得多个唯一光谱标记作为对观察结果的参考，对比用于匹配的最后一次集成(步骤4430)。可以了解的是，针对排出气体内组分将识别出多个匹配的光谱标记。用于匹配的比较标准是可变的，包括针对每一能态所有光谱图的完全匹配，到某些能态的部分匹配或所有能态内某些光谱线的部分匹配，或二者的结合。应当了解的是，针对一组分的唯一光谱标记可以是相当复杂的，很难在生产条件下完全的复制。在针对他们的光谱内容进行了对光线集成的评估之后，可确定是否继续(步骤4428)，若合适，该方法继续另一个循环(步骤4432)。

尽管以上结合半导体工业内的应用介绍了本发明，该分析方法可适用于很广的应用范围，只要是要研究、确定或测量气体混合物内组分的定量或定性测量。应用的一个示例是用于分析化学家研究、识别和/或测量气体混合物内的组分。本申请中所介绍的激励方法学适用于激励该气体混合物以发光。荧光光谱可用于分析。通常用于这种分析的ICP等离子体系统，完全分裂被检测的混合物。由于本申请的电子束系统可设置来最小化此分裂，因而可以检测到原子和分子级的组分。如此的话，电子束系统可用于不常用标准ICP原子光谱分析来检测的工业应用中。可能的应用包括但不限于大气化学研究、排气管排放物测量、烟囱排放物测量、使用ICP原子光谱分析中类似的方法和粒子进行的固液相化学识别。

以上描述的典型实施例的选择和描述是为了更好的解释本发明的原理和实际应用，以使本领域技术人员能够理解本发明可以有各种实施例和各种变化来适用于特定的用途。以上描述的特定实施例并不是对本发明保护范围的限制，其可以实现于各种变化和环境中而不脱离本发明的保护范围和意图。因此，本发明并不限于本申请介绍的实施例，而是具有本申请中描述的原理和特定所组成的最大保护范围。

附图中的流程图和框图示出了根据本发明各个实施例的系统、方法和计算机程序产品的架构、功能和可能的操作。就此而言，流程图和框图中的每个框可表示代码的模块、片段、或一部分，其包括一个或多个可执行指令来执行特定的逻辑功能。需要注意的是，在某些替代性实施例中，框中指出的功能可不按图中的顺序执行。例如，先后的两个步骤框可同时执行或以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还需注意，框图和/或流程图中的每个框及多个框的组合，可通过专用的硬件系统来实现，其执行特定的功能或工作，或可以是专用硬件和计算机指令的结合。

本申请中所使用的用语的目的仅是为了描述特定实施例，并非是对本发明的限制。本申请中所使用的单数形式“一”、“该”也包括复数形式，除非文中有清楚的指出。进一步可理解的是，说明书中所使用的用语“包括”指出现了所指的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的出现或加入。

Claims (151)

1.一种用于激励气体中粒子的排气线路激励器，其特征在于，包括

用于沿电子束轴生成电子束的电子束激励器，所述电子束具有处于第一平均电子能态的第一浓度的电子，所述电子束激励器连接到来自半导体反应器腔的气体管道，所述气体管道具有用于从半导体反应器腔传送废物流的内部体积，其中所述电子束轴的至少一部分横越过所述气体管道的所述内部体积；所述电子束激励器进一步包括：

电子源，用于生成处于第二平均电子能态的第二浓度的电子；以及

电子抽取器，用于从所述电子源抽取所述处于第二平均电子能态的第二浓度的电子，并沿所述电子束轴加速所述第二浓度的电子到所述第一平均电子能态；其中所述电子抽取器进一步包括：

第一电极部分，所述电子束的电子可透过所述第一电极部分；

第二电极部分，所述电子束的电子不可透过所述第二电极部分。

2.根据权利要求1所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子束激励器进一步包括：

电连接到电子源的参考电势源，用于在所述电子源建立参考电势；以及

电连接到所述电子抽取器的能态抽取器电压供应器，用于提供电压给所述电子抽取器以在所述电子抽取器上建立电抽取电荷。

3.根据权利要求1所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子束激励器进一步包括：

电连接到电子源的参考电势源，用于在所述电子源建立参考电势；以及

电连接到所述电子抽取器的可变能态抽取器电压供应器，用于提供可变电压给所述电子抽取器以在所述电子抽取器上建立可变电抽取电荷。

4.根据权利要求3所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子源进一步包括：源腔；

包含在源腔内的电子发射材料，用于接收激励能量并发射处于第二平均电子能态的第二浓度的电子；以及

抽取器开口，用于为所述源腔创造路径，所述抽取器开口具有抽取器开口直径。

5.根据权利要求4所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子发射材料是来自所述半导体反应器腔的废物。

6.根据权利要求4所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子发射材料是用于所述电子源的发射器部件。

7.根据权利要求4所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子束激励器进一步包括：

连接到电子源的可变密度激励能量供应器，用于提供可变激励能量给所述电子源。

8.根据权利要求7所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子源是感应耦合等离子体型电子源，所述电子源进一步包括：

配置成围绕所述源腔并电连接到所述可变密度激励能量供应器的感应线圈，用于激励来自所述半导体反应器腔并位于所述源腔内的废物，以发射处于第二平均电子能态的第二浓度的电子，其中所述源腔的至少一部分由非导电材料组成，且所述可变密度激励能量供应器提供的可变激励能量是射频范围内的高频电磁波。

9.根据权利要求7所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子源进一步包括：参考电势表面，所述参考电势表面靠近所述源腔中处于第二平均电子能态的第二浓度的电子从而使得所述处于第二平均电子能态的第二浓度的电子呈现所述参考电势源的参考电势。

10.根据权利要求7所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子源是空心阴极型电子源，所述电子源进一步包括：

电连接到可变密度激励能量供应器的阳极；以及

电连接到所述参考电势源的空心阴极，至少一分部分所述空心阴极设置在阳极和激励器开口之间用于激励来自半导体反应器腔的废物，并在所述源腔内发射处于第二平均电子能态的第二浓度的电子，其中所述可变密度激励能量供应器提供的可变激励能量是DC电压。

11.根据权利要求7所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子源是场发射器阵列型电子源，所述电子源进一步包括：

连接到可变密度激励能量供应器的场发射器阵列；所述场发射器阵列具有第一表面和多个位于所述第一表面上的尖端，用于发射处于第二平均电子能态的第二浓度的电子，其中所述可变密度激励能量供应器提供的可变激励能量是DC电压。

12.根据权利要求11所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子源进一步包括：

靠近所述源腔中处于第二平均电子能态的第二浓度的电子从而使得所述处于第二平均电子能态的第二浓度的电子呈现所述参考电势源的参考电势的参考电势表面。

13.根据权利要求7所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子源是热阴极型电子源，所述电子源进一步包括：

连接到可变密度激励能量供应器的热阴极，用于热发射处于第二平均电子能态的第二浓度的电子，其中所述可变密度激励能量供应器提供的可变激励能量是DC电压。

14.根据权利要求13所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子源进一步包括：

靠近所述源腔中处于第二平均电子能态的第二浓度的电子从而使得所述处于第二平均电子能态的第二浓度的电子呈现所述参考电势源的参考电势的参考电势表面。

15.根据权利要求4所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子源是光子发射器型电子源，所述电子源进一步包括：

连接到可变密度激励能量供应器的光子发射器，用于激励来自半导体反应器腔的废物，并在所述源腔内发射处于第二平均电子能态的第二浓度的电子。

16.根据权利要求15所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子源进一步包括：

靠近所述源腔中处于第二平均电子能态的第二浓度的电子从而使得所述处于第二平均电子能态的第二浓度的电子呈现所述参考电势源的参考电势的参考电势表面。

17.根据权利要求4所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子源是微波型电子源，所述电子源进一步包括：

微波谐振腔；以及

连接到可变密度激励能量供应器的磁铁，用于激励来自半导体反应器腔的废物，并在所述源腔内发射处于第二平均电子能态的第二浓度的电子。

18.根据权利要求6所述的排气线路激励器，其特征在于，进一步包括：

电连接到所述电子抽取器的抽取器电压供应器，用于提供抽取器电压以在所述电子抽取器上建立电抽取电荷。

19.根据权利要求18所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子抽取器进一步包括：

电连接到所述抽取器电压供应器的抽取器电极，用于接收抽取器电压和从电子源吸引处于第二平均电子能态的第二浓度的电子并沿着所述电子束轴加速所述第二浓度的电子到第一平均电子能态。

20.根据权利要求6所述的排气线路激励器，其特征在于，进一步包括：

电连接到所述电子抽取器的可变能态抽取器电压供应器，用于提供可变抽取器电压以在所述电子抽取器上建立可变电抽取电荷。

21.根据权利要求20所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子抽取器进一步包括：

电连接到所述可变能态抽取器电压供应器的抽取器电极，用于接收抽取器电压和从电子源吸引处于第二平均电子能态的第二浓度的电子并沿着所述电子束轴加速所述第二浓度的电子到第一平均电子能态。

22.根据权利要求20所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子抽取器进一步包括：

电连接到所述可变能态抽取器电压供应器的抽取器电极，用于接收抽取器电压和从电子源吸引处于第二平均电子能态的第二浓度的电子并沿着所述电子束轴加速所述第二浓度的电子到第一平均电子能态及沿着所述电子束轴加速所述第二浓度的电子到第三平均电子能态。

23.根据权利要求22所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分具有第一电极部分直径，所述第一电极部分直径与所述电子束轴对齐，且所述电子束的电子可透过所述第一电极部分。

24.根据权利要求23所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分进一步包括：

具有多个开口的平板电极。

25.根据权利要求24所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分是筛栅极，且每个所述多个开口具有相同的矩形形状。

26.根据权利要求24所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分是具有多个开口阵列的基片，且每个所述多个开口具有相同的圆形形状。

27.根据权利要求24所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分是具有多个开口阵列的基片，且每个所述多个开口具有相同的六边形状。

28.根据权利要求24所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分是具有多个开口阵列的基片，且每个所述多个开口具有相同的多边形状。

29.根据权利要求24所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分是具有多个开口阵列的基片，且每个所述多个开口具有相同的曲线形状。

30.根据权利要求22所述的排气线路激励器，其特征在于，第一电极部分具有第一电极部分直径，所述第一电极部分直径与所述电子束轴对齐且设置在所述电子抽取器上处于所述电子抽取器的第二电极部分中，所述第二电极部分具有第二电极部分直径且，所述第二电极部分直径与所述电子束轴对齐，且所述第二电极部分直径大于所述第一电极部分直径。

31.根据权利要求30所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分进一步包括：

具有多个开口且与所述电子束轴共轴的平板电极。

32.根据权利要求31所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分是筛栅极，且每个所述多个开口具有相同的矩形形状。

33.根据权利要求31所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分是具有多个开口阵列的基片，且每个所述多个开口具有相同的圆形形状。

34.根据权利要求31所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分是具有多个开口阵列的基片，且每个所述多个开口具有相同的六边形状。

35.根据权利要求31所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分是具有多个开口阵列的基片，且每个所述多个开口具有相同的多边形状。

36.根据权利要求31所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分是具有多个开口阵列的基片，且每个所述多个开口具有相同的曲线形状。

37.根据权利要求30所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分是所述第二电极部分中的开口。

38.根据权利要求30所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第二电极部分进一步包括：

电子束聚焦光学器件。

39.根据权利要求38所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子束聚焦光学器件进一步包括：

设置在所述第二电极部分上的圆锥形横截面，所述圆锥形横截面具有圆锥深度，所述圆锥形横截面具有朝向所述电子束的圆锥深度上的凹面，所述电子束与所述电子束轴共轴。

40.根据权利要求39所述的排气线路激励器，其特征在于，所述凹面是线性的。

41.根据权利要求39所述的排气线路激励器，其特征在于，所述凹面是非线性的。

42.根据权利要求39所述的排气线路激励器，其特征在于，所述圆锥深度与所述第一电极部分的第一电极部分直径相关。

43.根据权利要求23所述的排气线路激励器，其特征在于，所述抽取器电极的第一电极部分沿着所述电子束设置，并且通过第一间隔距离从所述电子源隔开。

44.根据权利要求43所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一间隔距离与所述抽取器开口直径相关。

45.根据权利要求43所述的排气线路激励器，其特征在于，所述抽取器开口直径大于所述第一间隔距离。

46.根据权利要求23所述的排气线路激励器，其特征在于，进一步包括：

用于接收大量来自电子束的电子撞击并生成与所述电子撞击数量相关的电子流的电子收集器，所述电子收集器与所述电子束轴对齐并与所述电子源相距第二间隔距离。

47.根据权利要求46所述的排气线路激励器，其特征在于，进一步包括：

电连接到所述电子收集器的可变能量收集器偏置电压供应器，用于提供可变偏置电压以在所述电子连接器上建立可变电偏置电荷。

48.根据权利要求47所述的排气线路激励器，其特征在于，所述可变偏置电压大于所述可变抽取器电压。

49.根据权利要求22所述的排气线路激励器，其特征在于，进一步包括：

用于接收大量来自电子束的电子撞击并生成与所述电子撞击数量相关的电子流的电子收集器，所述电子收集器与所述电子束轴对齐并与所述电子源相距第二间隔距离。

50.根据权利要求49所述的排气线路激励器，其特征在于，进一步包括：

电连接到所述电子收集器的可变能量收集器偏置电压供应器，用于提供可变偏置电压以在所述电子连接器上建立可变电偏置电荷。

51.根据权利要求50所述的排气线路激励器，其特征在于，所述可变偏置电压大于所述可变抽取器电压。

52.根据权利要求49所述的排气线路激励器，其特征在于，进一步包括：

电连接到所述电子收集器和连接到电子源用于提供可变激励能量给所述电子源的可变密度激励能量供应器之间的电子浓度控制器，用于接收电子流和基于所述电子流的量值调整提供给电子源的可变激励能量。

53.根据权利要求52所述的排气线路激励器，其特征在于，进一步包括：

压力传感器，用于传感气体管道内部体积中的压力和生成压力信息。

54.根据权利要求53所述的排气线路激励器，其特征在于，进一步包括：

电连接到所述电子收集器和连接到电子源用于提供可变激励能量给所述电子源的可变密度激励能量供应器之间的电子浓度控制器，用于接收电子流，所述电子浓度控制器进一步电连接到所述压力信息和所述可变密度激励能量供应器之间以接收压力信息和用于基于所述压力信息和所述电子流的量值调整提供给电子源的可变激励能量。

55.根据权利要求1所述的排气线路激励器，其特征在于，进一步包括：

发射检测器，用于检测所述气体管道的内部体积中的光发射，所述光发射从所述电子束激励的粒子中发射。

56.根据权利要求4所述的排气线路激励器，其特征在于，进一步包括：

可变密度激励能量供应器，电连接到电子源以提供可变激励能量给所述电子源；电子源，用于生成处于第二平均电子能态的第二浓度的电子；其中所述电子源进一步包括：

配置成围绕所述源腔并电连接到所述可变密度激励能量供应器的感应线圈，用于激励来自所述半导体反应器腔内的废物，并在所述源腔中发射处于第二平均电子能态的第二浓度的电子，其中所述源腔的至少一部分由非导电材料组成，且所述可变密度激励能量供应器提供的可变激励能量是射频范围内的高频电磁波；以及电连接到所述电子抽取器的可变能态抽取器电压供应器，用于提供可变电压给所述电子抽取器以在所述电子抽取器上建立可变电抽取电荷；以及

电子抽取器，用于从所述电子源抽取所述处于第二平均电子能态的第二浓度的电子，并沿所述电子束轴加速所述第二浓度的电子到所述第一平均电子能态。

57.根据权利要求56所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子抽取器进一步包括：

电连接到所述可变能态抽取器电压供应器的抽取器电极，用于接收抽取器电压和从电子源吸引处于第二平均电子能态的第二浓度的电子并沿着所述电子束轴加速所述第二浓度的电子到第一平均电子能态和沿着所述电子束轴加速所述第二浓度的电子到第三平均电子能态。

58.根据权利要求57所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分具有第一电极部分直径，所述第一电极部分直径与所述电子束轴对齐，且所述电子束的电子可透过所述第一电极部分。

59.根据权利要求58所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分进一步包括：

具有多个开口的平板电极。

60.根据权利要求59所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分是具有多个开口阵列的基片，且每个所述多个开口具有相同的多边形状。

61.根据权利要求59所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分是具有多个开口阵列的基片，且每个所述多个开口具有相同的曲线形状。

62.根据权利要求57所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子束的电子可透过所述第一电极部分；

所述电子束的电子不可透过所述第二电极部分。

63.根据权利要求62所述的排气线路激励器，其特征在于，第一电极部分具有第一电极部分直径，所述第一电极部分直径与所述电子束轴对齐且设置在所述电子抽取器上处于所述电子抽取器的第二电极部分中，所述第二电极部分具有第二电极部分直径且，所述第二电极部分直径与所述电子束轴对齐，且所述第二电极部分直径大于所述第一电极部分直径。

64.根据权利要求45所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分进一步包括：

具有多个开口且与所述电子束轴共轴的平板电极。

65.根据权利要求64所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分是具有多个开口阵列的基片，且每个所述多个开口具有相同的多边形状。

66.根据权利要求55所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分是具有多个开口阵列的基片，且每个所述多个开口具有相同的曲线形状。

67.根据权利要求56所述的排气线路激励器，其特征在于，

电连接到可变密度激励能量供应器的阳极；以及

电连接到所述参考电势源的空心阴极，至少一分部分所述空心阴极设置在阳极和激励器开口之间用于激励来自半导体反应器腔的废物，并在所述源腔中发射处于第二平均电子能态的第二浓度的电子，其中所述可变密度激励能量供应器提供的可变激励能量是DC电压。

68.根据权利要求67所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分具有第一电极部分直径，所述第一电极部分直径与所述电子束轴对齐，且所述电子束的电子可透过所述第一电极部分。

69.根据权利要求68所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分进一步包括：

具有多个开口且与所述电子束轴共轴的平板电极。

70.根据权利要求69所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分是具有多个开口阵列的基片，且每个所述多个开口具有相同的多边形状。

71.根据权利要求69所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分是具有多个开口阵列的基片，且每个所述多个开口具有相同的曲线形状。

72.根据权利要求67所述的排气线路激励器，其特征在于，第一电极部分具有第一电极部分直径，所述第一电极部分直径与所述电子束轴对齐且设置在所述电子抽取器上处于所述电子抽取器的第二电极部分中，所述第二电极部分具有第二电极部分直径且，所述第二电极部分直径与所述电子束轴对齐，且所述第二电极部分直径大于所述第一电极部分直径。

73.根据权利要求72所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分进一步包括：

具有多个开口且与所述电子束轴共轴的平板电极。

74.根据权利要求73所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分是具有多个开口阵列的基片，且每个所述多个开口具有相同的多边形状。

75.根据权利要求73所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一电极部分是具有多个开口阵列的基片，且每个所述多个开口具有相同的曲线形状。

76.根据权利要求1所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子源进一步包括：具有内部体积的源腔；

包含在源腔的内部体积内的电子发射材料，用于接收激励能量并发射处于第二平均电子能态的第二浓度的电子；以及

抽取器开口，用于为所述源腔创造路径，所述抽取器开口具有抽取器开口直径。

77.根据权利要求76所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子源进一步包括：

耦连到所述源腔并连接所述源腔的内部体积的气体口。

78.根据权利要求1所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子束中电子沿着电子束轴的方向是平行于气体管道中废物流的流向的。

79.根据权利要求1所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子束中电子沿着电子束轴的方向是与气体管道中废物流的流向相反的。

80.根据权利要求1所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子束中电子沿着电子束轴的方向是垂直于气体管道中废物流的流向的。

81.根据权利要求1所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子束中电子沿着电子束轴的方向是平行于气体管道中废物流的流向，且与气体管道中废物流的流向相反的。

82.根据权利要求1所述的排气线路激励器，其特征在于，进一步包括：

视口窗，所述视口窗具有用于观察所述电子束轴的至少一部分横越过所述气体管道的所述内部体积的视角。

83.根据权利要求82所述的排气线路激励器，其特征在于，所述视角与气体管道中废物流的流向成直角或更大角。

84.根据权利要求83所述的排气线路激励器，其特征在于，所述视角沿电子束轴电子束中的电子的方向成直角或更大角。

85.根据权利要求84所述的排气线路激励器，其特征在于，所述视角与气体管道中废物流的流向成直角或更大角。

86.根据权利要求1所述的排气线路激励器，其特征在于，进一步包括：

上游气体管道口和下游气体管道口。

87.根据权利要求86所述的排气线路激励器，其特征在于，所述下游气体管道口连接到所述排气线路激励器和低真空泵之间。

88.根据权利要求86所述的排气线路激励器，其特征在于，所述上游气体管道口连接到反应器腔和排气线路激励器之间。

89.根据权利要求86所述的排气线路激励器，其特征在于，所述上游气体管道口连接到节流阀和排气线路激励器之间。

90.根据权利要求86所述的排气线路激励器，其特征在于，所述上游气体管道口连接到涡轮泵和排气线路激励器之间。

91.根据权利要求22所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第一平均电子能态与用于激励废物中的第一目标气体到能够在第一发射波长经历发射弛豫的能态的激励能态相关。

92.根据权利要求91所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第三平均电子能态与用于激励废物中的第一目标气体到能够在第二波长经历发射弛豫的能态的激励能态相关。

93.根据权利要求92所述的排气线路激励器，其特征在于，所述第三平均电子能态与用于激励废物中的第二目标气体到能够在第三波长经历发射弛豫的能态的激励能态相关。

94.根据权利要求2所述的排气线路激励器，其特征在于，进一步包括：

热耦连到所述电子抽取器和所述参考电势源的加热器。

95.根据权利要求7所述的排气线路激励器，其特征在于，所述电子源是电晕放电型电子源，所述电子源进一步包括：

电连接到可变密度激励能量供应器的电极，所述电极具有一个线端、点或窄片，用于发射处于第二平均电子能态的第二浓度的电子，其中所述可变密度激励能量供应器提供的可变激励能量是DC电压。

96.根据权利要求46所述的排气线路激励器，其特征在于，进一步包括：

热耦连到所述电子抽取器、所述参考电势源和所述电子收集器的加热器。

97.根据权利要求96所述的排气线路激励器，其特征在于，进一步包括：

热耦连到所述电子抽取器、所述参考电势源和所述电子收集器中的一个的温度传感器。

98.根据权利要求97所述的排气线路激励器，其特征在于，进一步包括：

用于提供电能给所述加热器的加热器电源；以及

用于从所述温度传感器接收温度信息并调节来自加热器电源的电能的温度调节器。

99.一种用于激励气体流中的粒子的设备，其特征在于，包括：

用于沿电子束轴生成电子束的电子束激励器，所述电子束具有处于第一平均电子能态的第一浓度的电子，所述电子束激励器连接到气体管道，所述气体管道具有用于传送废物流的内部体积，其中所述电子束轴的至少一部分横越过所述气体管道的所述内部体积，所述电子束激励器进一步包括：

连接到电子源的参考电势源，用于在所述电子源建立参考电势；以及

电子源，用于生成处于第二平均电子能态的第二浓度的电子，所述电子源包括：

具有内部体积的源腔，用于将第二浓度的电子保持在第二平均电子能态；

包含在源腔内的电子发射材料，用于接收激励能量并发射处于第二平均电子能态的第二浓度的电子；以及

抽取器开口，用于为所述源腔创造路径；

参考电势表面，所述参考电势表面靠近所述源腔中处于第二平均电子能态的第二浓度的电子从而使得所述处于第二平均电子能态的第二浓度的电子呈现所述参考电势源的参考电势；

连接到电子源的可变密度激励能量供应器，用于提供可变激励能量给所述电子源；

电子抽取器，用于从所述电子源抽取所述处于第二平均电子能态的第二浓度的电子，并沿所述电子束轴加速所述第二浓度的电子到所述第一平均电子能态，所述电子抽取器包括：

抽取器电极，用于接收抽取器电压和从电子源吸引处于第二平均电子能态的第二浓度的电子；所述抽取器电极包括：

第一电极部分，所述电子束的电子可透过所述第一电极部分；

第二电极部分，所述电子束的电子不可透过所述第二电极部分；和电子束聚焦光学器件；

电连接到所述电子抽取器的可变能态抽取器电压供应器，用于在所述电子抽取器上建立可变电抽取电荷；

用于接收大量来自电子束的电子撞击并生成与所述电子撞击数量相关的电子流的电子收集器，包括：

收集器电极，用于接收收集器偏置电压和从电子束朝着收集器电极吸引电子；

电连接到所述电子收集器的可变能量收集器偏置电压供应器，用于在所述电子连接器上建立可变电偏置电荷；

电连接到所述电子收集器和所述可变密度激励能量供应器之间的电子浓度控制器，用于接收电子流和基于所述电子流的量值调整提供给电子源的可变激励能量；

磁场源，用于建立与电子束轴共轴的磁场；

以及

发射检测器，用于检测所述气体管道的内部体积中的光发射，所述光发射从所述电子束激励的粒子中发射。

100.一种用于激励气体流中的粒子的设备，其特征在于，包括：

用于沿电子束轴生成电子束的电子束激励器，所述电子束具有处于第一平均电子能态的第一浓度的电子，所述电子束激励器连接到气体管道，所述气体管道具有用于传送废物流的内部体积，其中所述电子束轴的至少一部分横越过所述气体管道的所述内部体积，所述电子束激励器进一步包括：

电连接到电子源的参考电势源，用于在所述电子源建立参考电势；以及

电子源，用于生成处于第二平均电子能态的第二浓度的电子，所述电子源包括：

具有内部体积的源腔，用于将第二浓度的电子保持在第二平均电子能态；

包含在源腔内的电子发射材料，用于接收激励能量并发射处于第二平均电子能态的第二浓度的电子；以及

抽取器开口，用于为所述源腔创造路径；

参考电势表面，所述参考电势表面靠近所述源腔中处于第二平均电子能态的第二浓度的电子从而使得所述处于第二平均电子能态的第二浓度的电子呈现所述参考电势源的参考电势；以及

耦连到所述源腔和连接所述内部体积的气体口；

连接到电子源的可变密度激励能量供应器，用于提供可变激励能量给所述电子源；

电子抽取器，用于从所述电子源抽取所述处于第二平均电子能态的第二浓度的电子，并沿所述电子束轴加速所述第二浓度的电子到所述第一平均电子能态，所述电子抽取器包括：

抽取器电极，用于接收抽取器电压和从电子源吸引处于第二平均电子能态的第二浓度的电子；所述抽取器电极包括：

第一电极部分，所述电子束的电子可透过所述第一电极部分；

第二电极部分，所述电子束的电子不可透过所述第二电极部分；和电子束聚焦光学器件；

电连接到所述电子抽取器的可变能态抽取器电压供应器，用于在所述电子抽取器上建立可变电抽取电荷；

用于接收大量来自电子束的电子撞击并生成与所述电子撞击数量相关的电子流的电子收集器，包括：

收集器电极，用于接收收集器偏置电压和从电子束朝着收集器电极吸引电子；

电连接到所述电子收集器的可变能量收集器偏置电压供应器，用于在所述电子连接器上建立可变电偏置电荷；

压力感应器，用于感应所述气体管道内部体积中的压力和生成压力信息；

电连接到所述电子收集器和所述可变密度激励能量供应器之间的电子浓度控制器，用于接收电子流，所述电子浓度控制器进一步电连接到所述压力信息和所述可变密度激励能量供应器之间以接收压力信息和用于基于所述压力信息和所述电子流的量值调整提供给电子源的可变激励能量；

磁场源，用于建立与电子束轴共轴的磁场；

以及

发射检测器，用于检测所述气体管道的内部体积中的光发射，所述光发射从所述电子束激励的粒子中发射。

101.一种用于激励气体流中的粒子的设备，其特征在于，包括：

用于沿电子束轴生成电子束的电子束激励器，所述电子束具有处于第一平均电子能态的第一浓度的电子，所述电子束激励器连接到气体管道，所述气体管道具有用于传送废物流的内部体积，其中所述电子束轴的至少一部分横越过所述气体管道的所述内部体积，所述电子束激励器进一步包括：

电连接到电子源的参考电势源，用于在所述电子源建立参考电势；以及

电子源，用于生成处于第二平均电子能态的第二浓度的电子；

电子抽取器，用于从所述电子源抽取所述处于第二平均电子能态的第二浓度的电子，并沿所述电子束轴加速所述第二浓度的电子到所述第一平均电子能态；；其中所述述电子抽取器进一步包括：

第一电极部分，所述电子束的电子可透过所述第一电极部分；

第二电极部分，所述电子束的电子不可透过所述第二电极部分；以及

电子收集器，用于接收大量来自电子束的电子撞击并生成与所述电子撞击数量相关的电子流。

102.根据权利要求101所述的用于激励气体流中的粒子的设备，其特征在于，进一步包括：

电连接电子源的参考电势源，用于在电子源上建立参考电势；

连接电子源的可变密度激励能量供应器，用于向电子源提供可变激励能量；

电连接电子抽取器的可变能态抽取器供应器，用于在电子抽取器上建立可变电抽取电荷；及

电连接电子收集器的可变能量收集器偏置电压供应器，用于在电子连接器上建立可变电偏置电荷。

103.根据权利要求102所述的用于激励气体流中的粒子的设备，其特征在于，所述电子源包括：

具有内部体积的源腔，用于将第二浓度的电子保持在第二平均电子能态；

包含在源腔内的电子发射材料，用于接收激励能量并发射处于第二平均电子能态的第二浓度的电子；以及

抽取器开口，用于为所述源腔创造路径。

104.根据权利要求103所述的用于激励气体流中的粒子的设备，其特征在于，所述电子源进一步包括：

参考电势表面，所述参考电势表面靠近所述源腔中处于第二平均电子能态的第二浓度的电子从而使得所述处于第二平均电子能态的第二浓度的电子呈现所述参考电势源的参考电势。

105.根据权利要求104所述的用于激励气体流中的粒子的设备，其特征在于，所述电子抽取器包括：

抽取器电极，用于接收抽取器电压和从电子源吸引处于第二平均电子能态的第二浓度的电子。

106.根据权利要求105所述的用于激励气体流中的粒子的设备，其特征在于，进一步包括：

电连接到所述电子收集器和连接到电子源用于提供可变激励能量给所述电子源的可变密度激励能量供应器之间的电子浓度控制器，用于接收电子流和基于所述电子流的量值调整提供给电子源的可变激励能量。

107.根据权利要求105所述的用于激励气体流中的粒子的设备，其特征在于，进一步包括：

压力感应器，用于感应所述气体管道内部体积中的压力和生成压力信息。

108.根据权利要求107所述的用于激励气体流中的粒子的设备，其特征在于，进一步包括：

电连接到所述电子收集器和连接到电子源用于提供可变激励能量给所述电子源的可变密度激励能量供应器之间的电子浓度控制器，用于接收电子流，所述电子浓度控制器进一步电连接到所述压力信息和所述可变密度激励能量供应器之间以接收压力信息和用于基于所述压力信息和所述电子流的量值调整提供给电子源的可变激励能量。

109.根据权利要求108所述的用于激励气体流中的粒子的设备，其特征在于，进一步包括：

磁场源，用于建立与电子束轴共轴的磁场。

110.根据权利要求109所述的用于激励气体流中的粒子的设备，其特征在于，进一步包括：

发射检测器，用于检测所述气体管道的内部体积中的光发射，所述光发射从所述电子束激励的粒子中发射。

111.一种用于激励气体流中粒子的方法，包括：

沿电子束轴生成电子束，所述电子束具有处于第一平均电子能态的第一浓度的电子；所述电子束是由从电子源抽取处于第二平均电子能态的第二浓度的电子，并沿所述电子束轴加速所述第二浓度的电子到所述第一平均电子能态从而得到的；

引导电子束轴朝向气体管道的内部体积以从半导体反应器腔传送废物流；以及

接收第一波长和第一强度的光发射。

112.根据权利要求111所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

将电子束的能态改变到第二平均电子能态；以及

在第二波长接收光发射。

113.根据权利要求112所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

调节电子束中电子的密度到处于第一平均电子能态的第二浓度；以及

接收第一发射波长和第二强度的光发射。

114.根据权利要求112所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

保持电子束中的电子密度恒定在第一电子浓度；

将电子束的能态改变到第二平均电子能态；以及

接收第二波长和第二强度的光发射。

115.根据权利要求114所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

保持电子束中的电子能态恒定在第二平均电子能态；

将电子束中的电子密度调节到第二电子浓度；以及

接收第二波长和第三强度的光发射。

116.根据权利要求112所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：监测电子束中电子密度。

117.根据权利要求116所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：在第一电子浓度验证电子束中电子密度。

118.根据权利要求115所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

在第二电子浓度监测电子束中电子的密度；以及

将电子束中电子密度调节到第一电子浓度。

119.根据权利要求112所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

保持电子束中的电子能态恒定在第一平均电子能态；

在第一平均电子能态将电子束中的电子密度调节到第二电子浓度；以及

接收第一波长和第二强度的光发射。

120.一种用于激励气体流中粒子的方法，包括：

生成电子束，所述电子束具有处于第一平均电子能态的第一浓度的电子；所述电子束是由从电子源抽取处于第二平均电子能态的第二浓度的电子，并沿所述电子束轴加速所述第二浓度的电子到所述第一平均电子能态从而得到的；

对着测试气流引导电子束，所述测试气流包括第一气体；且

监测所述测试气体流用于光发射。

121.根据权利要求120所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

检测来自第一气体的第一发射波长和第二发射波长的光发射，以及

记录处于第一平均电子能态的第一气体的第一光发射概述，所述第一光发射概述包括第一发射波长和第二发射波长。

122.根据权利要求121所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

改变电子束的能态到第二平均电子能态；

检测来自第一气体的第三发射波长的光发射，以及

记录处于第二平均电子能态的第一气体的第二光发射概述，所述第二光发射概述包括第三发射波长。

123.根据权利要求120所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

检测来自第一气体的第一发射波长的光发射，以及

记录处于第一平均电子能态的第一气体的第一光发射概述，所述第一光发射概述包括第一发射波长。

124.根据权利要求122所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

改变电子束的能态到第二平均电子能态；

检测来自第一气体的第三发射波长和第四发射波长的光发射，以及

记录处于第二平均电子能态的第一气体的第二光发射概述，所述第二光发射概述包括第三发射波长和第四发射波长。

125.根据权利要求124所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

将所述第一光发射概述和第二光发射概述汇编到所述第一气体的唯一光谱标记。

126.根据权利要求124所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

终止包括第一气体的测试气体流；

提供第二测试气体流，所述第二测试气体流包括第二气体；

对着第二测试气流引导电子束且

监测所述第二测试气体流用于光发射。

127.根据权利要求126所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

检测来自第二气体的第五发射波长的光发射，以及

记录处于第五平均电子能态的第二气体的光发射概述，所述光发射概述包括第五发射波长。

128.根据权利要求126所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

检测来自第二气体的第五发射波长和第六发射波长的光发射，以及

记录处于第一平均电子能态的第二气体的光发射概述，所述光发射概述包括第五发射波长和第六发射波长。

129.根据权利要求123所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

改变电子束的能态到第二平均电子能态；

检测来自第二气体的第七发射波长的光发射，以及

记录处于第二平均电子能态的第二气体的第二光发射概述，所述第二光发射概述包括第七发射波长。

130.根据权利要求128所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

改变电子束的能态到第二平均电子能态；

检测来自第二气体的第七发射波长和第八发射波长的光发射，以及

记录处于第二平均电子能态的第二气体的第二光发射概述，所述第二光发射概述包括第七发射波长和第八发射波长。

131.根据权利要求129所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

将所述第一光发射概述和第二光发射概述汇编到所述第二气体的第二唯一光谱标记。

132.根据权利要求131所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

为来自测试气体流的气体的光发射概述建立资料库。

133.根据权利要求131所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

为来自测试气体流的气体的唯一光谱标记和第二唯一光谱标记建立资料库。

134.根据权利要求133所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

沿电子束轴生成第二电子束，所述电子束具有处于第一平均电子能态的第二第一浓度的电子；

引导电子束轴朝向气体管道的内部体积以从半导体反应器腔传送废物流；以及

接收第一发射波长的光发射；以及

识别出现在废物流中的第一气体。

135.根据权利要求133所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

沿电子束轴生成第二电子束，所述电子束具有处于第一平均电子能态的第二浓度的电子；

引导电子束轴朝向气体管道的内部体积以从半导体反应器腔传送废物流；以及

接收第一发射波长和第二发射波长的光发射；以及

识别出现在废物流中的第一气体。

136.根据权利要求125所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

沿电子束轴生成第二电子束，所述第二电子束具有处于第二平均电子能态的第二浓度的电子；

引导电子束轴朝向气体管道的内部体积以从半导体反应器腔传送废物流；以及

接收第三发射波长的光发射；以及

识别出现在废物流中的第二气体。

137.根据权利要求130所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

沿电子束轴生成第二电子束，所述第二电子束具有处于第二平均电子能态的第二浓度的电子；

引导电子束轴朝向气体管道的内部体积以从半导体反应器腔传送废物流；以及

接收第七发射波长和第八发射波长的光发射；以及

识别出现在废物流中的第二气体。

138.根据权利要求134所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

接收多个发射波长的光发射；

将接收到的光发射和光发射概述资料库进行比较；

将一组发射波长和来自光发射概述资料库光发射概述进行匹配；以及

从匹配的光发射概述识别出现的目标气体。

139.根据权利要求134所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

在第一电子能态接收多个发射波长的光发射；

在第二电子能态接收第二多个发射波长的第二光发射；

将接收到的光发射和第二接收到的光发射与唯一光谱特征的资料库进行比较；

将一组发射波长和来自唯一光谱特征的资料库的唯一光谱特征进行匹配；以及

从匹配的唯一光谱特征识别出现的目标气体。

140.根据权利要求123所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，

生成电子束进一步包括，所述电子束具有处于第一平均电子能态的第一浓度的电子：

提供第一激励能态给电子源；

在电子源建立参考电势；

提供第一抽取器电压给电子抽取器，其中所述第一抽取器电压大于参考电势；

基于所述第一激励能态、基于所述第一抽取器电压，沿电子束轴生成电子束，所述电子束具有处于第一电子能态的第一浓度的电子；

提供第一收集器偏置电压给电子收集器，其中，所述第一收集器偏置电压大于所述第一抽取器电压；

测量来自电子收集器的第一电子流。

141.根据权利要求140所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，提供第一偏置收集器电压给电子收集器，其中所述第一偏置收集器电压大于所述抽取器电压，进一步包括：

调节电子源的第一激励能态到第二激励能态；以及

测量来自所述电子收集器的零电子流；

记录当第一平均电子能态时第二收集器偏置电压以用于从第一气体激励第一发射波长。

142.根据权利要求140所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

终止包括第一气体的测试气体流；

提供第一激励能态给电子源；

提供第二收集器偏置电压给电子收集器；

测量来自电子收集器的第二电子流；

提供第二收集器电压给所述电子收集器；

测量来自所述电子收集器的零电子流；

调节所述给所述电子收集器的第二收集器偏置电压到第一收集器偏置电压；

提供废物流；

监测用于光发射的废物流。

143.根据权利要求140所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

接收用于光发射的发射光强度信息；

归一化所述发射光强度到电子流。

144.一种用于激励气体流中粒子的方法，包括：

提供第一激励能态给电子源,使所述电子源生成处于第二平均电子能态的第二浓度的电子；

在电子源建立参考电势；

提供第一抽取器电压给电子抽取器，其中所述第一抽取器电压大于参考电势，使所述电子抽取器从所述电子源抽取所述处于第二平均电子能态的第二浓度的电子，并沿所述电子束轴加速所述第二浓度的电子到所述第一平均电子能态；

基于所述第一激励能态、基于所述第一抽取器电压，沿电子束轴生成电子束，所述电子束具有处于第一电子能态的第一浓度的电子；

引导电子束轴朝向气体管道的内部体积以从半导体反应器腔传送废物流；以及

监测用于光发射的所述废物流。

145.根据权利要求144所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

调节电子源的第一激励能态到第二激励能态；以及

调节电子束中电子的密度到第二电子浓度。

146.根据权利要求145所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

改变给电子抽取器的第一抽取器电压到第二抽取器电压；

改变给电子束的能态到第二平均电子能态。

147.根据权利要求146所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

提供第一收集器偏置电压给电子收集器，其中，所述第一收集器偏置电压大于所述第一抽取器电压。

148.根据权利要求147所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

改变给电子抽取器的第一抽取器电压到第二抽取器电压；

改变给电子收集器的第一收集器偏置电压到第二收集器偏置电压，其中所述第二收集器偏置电压大于所述第二抽取器电压。

149.根据权利要求145所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

激励废物流中的粒子以发射光；以及

空间解析沿着废物流的光强到沿电子束的位置；以及

其中监测用于光发射的所述废物流包括监测沿电子束的位置。

150.根据权利要求145所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

激励废物流中的粒子以发射光；以及

空间解析沿着废物流的光强到电子束的下游位置；以及

其中监测用于光发射的所述废物流包括监测电子束的下游位置。

151.根据权利要求145所述的用于激励气体流中的粒子的方法，其特征在于，进一步包括：

终止给电子抽取器的第一抽取器电压；

终止给电子源的第一激励能态；以及

改变给电子收集器的第一收集器偏置电压到第二收集器偏置电压，其中所述第二收集器偏置电压小于所述参考电势。