CN103167901A - 对真空环境中的分子污染物的分析 - Google Patents

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Abstract

一种预浓缩装置被提供用于气体分析系统(10)以用于收集真空环境(11)中的分子污染物。所述预浓缩装置(13)包括中空元件(15)，所述中空元件(15)具有：入口开口(20)，其用于在收集阶段从所述真空环境(11)接收分子；气体出口，其用于在传送阶段将收集到的分子传送到真空相容检测器或第二预浓缩装置。所述装置具有用于在所述收集阶段中吸附分子并且在所述传送阶段中解吸分子的内壁。所述装置具有填充元件(14)，其可从所述收集阶段中在所述中空元件外面的第一位置移动到所述传送阶段中在所述中空元件里面的第二位置，所述第二位置让沿着所述内壁到所述气体出口的传送通道开着。有利地，所述装置使能在真空条件下对在所述装置中收集到的有机或无机污染物的传送，并且需要最小量的超纯气体以用于所述污染物到检测器或另外的浓缩装置的输送，这降低了检测的下限。

Description

对真空环境中的分子污染物的分析
技术领域
本发明涉及一种针对用于检测真空环境中的分子污染物的气体分析系统的预浓缩装置，所述预浓缩装置包括中空元件，所述中空元件具有：气体入口开口，其用于在收集阶段中从真空环境接收气体；气体出口，其用于在传送阶段中将气体传送到真空相容检测器或第二预浓缩装置；以及内壁，其用于在收集阶段中吸附气体以及在传送阶段中解吸气体。
本发明进一步涉及一种用于检测真空环境中的分子污染物的气体分析系统，所述系统包括所述预浓缩装置和用于将气体经由所述中空元件输送到气体出口的泵系统。
本发明进一步涉及一种用于检测真空环境中的分子污染物的气体分析系统中的预浓缩的方法，以及一种分析气体以用于检测真空环境中的分子污染物的方法。
背景技术
在先进半导体处理中分子污染物的控制对于成功制造是至关重要的。非常短的波长(极远紫外线，EUV；13.5nm)的使用增加了污染物在光学零件上的光化学分解和后续沉积。结果是产量损失、工具寿命缩短以及长期装置可靠性降低。因此，关于对有机物的气体排出的非常严格的规范被强加于在半导体制造设备中使用的子装配体和零件上。
文档US2009/0090197描述了用于在气体分析或检测器系统中使用的预浓缩装置。各种可拆卸的预浓缩器可以被级联使用。本文档描述了在大气压力下的预浓缩和检测。
在真空或低压情形下，难以通过检测系统来泵送足够量的气体。在这样的情形下，使用预浓缩装置是已知的。在预浓缩装置中，分子污染物在相对长的时间跨度期间被聚集，现称作收集阶段。然后，经聚集的分子在相对短的时间间隔内被释放，现称作传送阶段。根据对所释放的气体的分析，分子污染物能够被确定。
已知的预浓缩装置的例子在图2中被示出。所述预浓缩装置是塞有吸附剂材料的中空管。在填充床中的微粒之间的互连开放空间可以被认为是大量的毛细管，其比它们被塞入的装置具有更小的有效直径。减小的有效直径导致减小的气流。在正常情形下那将不是问题。然而，当工作在分子或过渡流范围(真空或非常低的压力)中时，减小的有效直径可能引起较大的问题。因为装置和气流在分子和过渡流范围中的传导性高度依赖于它必须流过的所述装置的横截面面积，所以气流大幅减少。插图示出了吸附剂的微粒以及使在填充床中的微粒之间的开放空间进行互连的路径可以被认为是比它们被塞入的装置具有更小的有效直径的大量毛细管。当工作在分子或过渡流范围中时，上面描述的预浓缩装置因此具有严重的气流问题，当低的检测限是必须的(例如ppbV、pptV)时，这导致非常长的采样时间(例如，数月)。
发明内容
本发明的目标是提供根据开头段的、针对气体分析系统的预浓缩装置，该系统能够在真空或低压环境中有效地预浓缩气体并且确定分子污染物。
根据本发明的第一方面，这个目标通过提供如在开头段中所定义的、针对气体分析系统的预浓缩装置来实现，所述预浓缩装置进一步包括填充元件，所述填充元件可从收集阶段中在中空元件外面的第一位置移动到传送阶段中在中空元件里面的第二位置，所述第二位置让沿着内壁到气体出口的传送通道开着。
根据本发明的另一方面，所述目标通过如在开头段中所定义的、预浓缩的方法来实现，所述系统包括上述预浓缩装置，所述方法包括：在收集阶段中将填充元件定位于中空元件外面的第一位置中；在收集阶段中经由气体入口开口从真空环境接收气体并且将感兴趣的气体种类吸附在内壁上；在传送阶段中将填充元件移动到在中空元件里面的第二位置，所述第二位置让沿着内壁到气体出口的传送通道开着；以及在传送阶段中从内壁解吸气体并且在传送阶段中将所述气体经由气体出口传送到真空相容检测器或第二预浓缩装置。
所述措施具有在收集阶段期间大的有效面积可用于吸附气体的效果。所述大的有效面积通过入口开口的表面和与限制所述入口开口之外的空间的、预浓缩装置的内壁（即，所述预浓缩装置的内部空间）来实现。随后，在收集阶段之后，所述填充元件被移动到第二位置，所述第二位置在预浓缩装置的内部空间里面。因此，所述内部空间的体积被有效地减小，并且剩余的空间现在构成朝着气体出口的低体积传送通道。随后，在传送阶段期间，气体出口被打开并且气体从内壁被解吸，即释放在所述剩余的体积中。有利地，由于填充元件，所述装置在传送通道中提供了增加的气体浓度，并且经浓缩的气体经由气体出口被输送到例如另外的浓缩单元或检测器单元。所述系统可以被用于检测存在于真空环境中的任何类型的分子，例如分子有机或无机污染物。
可选地，所述填充元件的外壁也可以被布置用于在收集阶段中吸附气体，和在传送阶段中释放所述气体。
本发明还基于以下认知。根据本发明的所述气体分析系统的效力来自两个重要新特征的结合。为了最大化所述系统的传导性并且为了维持从减小的压力/真空系统通过预浓缩装置的足够的气体流量，形成对吸附表面的有限访问的障碍通过提供允许气体分子朝所述吸附表面行进的相对大的入口开口被减少。所述装置的增加的传导性使能了来自减小的压力/真空环境的气体分子到预浓缩装置的内壁的充分输送。此外，在收集阶段中朝着中空元件的内壁的有效大的入口开口之后是在传送阶段中减小所述装置的有效开口和内部体积。气体通过在减小的内部体积中进行解吸而被从内壁释放并且将是更浓缩的。同样地，由于减小的开口，仅很少分子将向后行进到真空环境，同时大多数将朝气体出口行进。通过泵送所述气体穿过真空相容检测器或第二预浓缩装置来实现所述流量。
可选地，所述装置包括流进口，其用于接纳清洗介质以便使能对解吸气体的输送或对预浓缩装置的冲洗。所述清洗介质（例如超纯气体）可以被导向真空环境，或者被导向传送通道的起始点。
可选地，所述中空元件具有被内壁限制的内部空间，并且所述内部空间具有锥形形状，以及填充元件具有与所述内部空间的锥形形状相对应的形状，从而使得在第二位置中，传送通道在填充元件与内壁之间被形成。有利地，所述内部空间和填充元件两者的锥形形状在第二位置中使能在所述内壁与填充元件的外壁之间形成适当的、窄的传送通道。
可选地，所述装置包括用于在传送阶段中闭合气体入口开口的闭合元件。所述闭合元件可以被成形为在传送阶段中完全地或者至少基本上闭合入口开口。特别地，填充元件可以被成形为包括用于至少基本上减小气体入口开口的闭合元件。实际上，所述闭合元件可以是填充元件上的法兰（flange）。同样地，所述闭合元件可以进一步被布置用于在传送阶段中将气体入口开口减小到减小的进口，以用于接纳来自真空环境的气体以便将解吸的气体输送到气体出口。有利地，减小的进口允许来自真空环境的气体（例如被故意地接纳到真空环境的输送气体和/或剩余气体）进入传送通道。
可选地，所述内壁或填充元件包括吸附剂微粒的涂层。将吸附剂微粒应用于预浓缩装置的内壁和/或填充元件可以导致气体分析系统的进一步改进。微粒的类型可以被选择来增强对特定气体分子的收集，由此增强所述特定气体分子的数量，即有效地降低检测限。
可选地，所述装置被布置用于耦合到用于在收集阶段中对内壁或填充元件进行冷却的冷却装置和/或耦合到用于在传送阶段中对内壁或填充元件进行加热的加热装置。在室温下，应该被所述浓缩装置收集的许多分子将在不用吸附达足够量的时间的情况下进入和离开所述预浓缩装置。因此，根据本发明的气体分析系统还可以包括用于在收集阶段中对内壁或填充元件进行冷却的冷却装置。所述冷却装置使得分子与中空元件的内壁或填充元件碰撞以失去吸附热，并且由此增加吸附在内壁上的分子的滞留时间。例如，所述预浓缩装置可以包括被耦合到冷却装置的冷却剂进口，并且所述冷却装置被布置用于将冷却剂提供给预浓缩装置。例如，液氮可以被发送通过中空元件中的冷却通道以便从里面冷却预浓缩装置。替换地，所述预浓缩装置总体上可以从中空元件的外面被冷却。此外，在传送阶段中，加热装置可以被提供给并被耦合到预浓缩装置。从内壁或填充元件释放吸附的分子（同样称作解吸）将通过加热来增强和加速。
可选地，所述装置可以包括流进口，其用于接纳清洗介质以便使能对解吸的气体的输送或对预浓缩装置的冲洗。所述进口可以是用于使能对预浓缩装置的冲洗的清洗流进口。将优选纯气体接纳到传送通道的起始点对于在解吸之后将基本上所有收集到的污染物输送到分析系统、和/或用于在重新使用它以用于进一步的测量之前清洁所述预浓缩装置来说是重要的。
包括上述预浓缩装置的气体分析系统可以进一步包括泵系统，所述泵系统用于经由预浓缩装置输送要被从真空环境吸附到内壁的气体，或者将从所述内壁解吸的气体经由传送通道输送到气体出口。所述泵系统可以在传送阶段中经由气体出口减小压力。所述气体分析系统可以包括气体插入装置，以用于将相当量的已知气体插入到真空环境中以便通过泵送系统来促进对气体分子的输送。在真空中，通过预浓缩装置的传送通道朝着第二预浓缩装置或真空相容检测器输送很少的污染分子可能是非常困难的。如果在传送阶段中的泵送之前或期间少量的已知气体被带入到真空环境中，则所述输送将被改进并且所有污染分子被传送的机会增加了。“已知气体”优选地是超纯气体，但可以是具有预定成分的气体混合物。
可选地，所述气体分析系统可以包括用于在收集阶段中冷却内壁或填充元件的冷却装置，和/或用于在传送阶段中加热内壁或填充元件的加热装置，和/或用于对所释放的收集到的分子进行定量和定性分析的真空相容检测器。可选地，分析气体的方法包括用于对所释放气体进行分析以便确定分子污染物的气相色谱法的步骤，和/或质谱法的步骤和/或用于对所释放气体进行分析以便确定分子污染物的元素特定的检测的步骤。
本发明的这些和其它方面从在下文中描述的实施例中是明显的，并且将参考在下文中描述的实施例而被阐明。根据本发明的所述装置和方法的另外的优选实施例在所附权利要求中被给出，其公开内容通过引用合并在本文中。
附图说明
在图中：
图1示意性地示出了根据本发明的气体分析系统，
图2示出了如在现有技术中所使用的预浓缩装置的横截面，
图3示出了预浓缩装置在收集阶段中的横截面，
图4示出了在传送阶段中耦合到检测器和泵的图3的预浓缩装置，
图5示出了闭合元件的细节，以及
图6示出了分析气体的方法的流程图。
所述图纯粹是图解的并且不按比例绘制。在图中，与已经被描述元件对应的元件具有相同的参考标号。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明的气体分析系统10。系统10被用于检测被真空系统本身的构件或已被放在真空环境11里面的(测试)对象18气体排出（out-gas）的分子。贯穿本描述，词真空将被用于(近)真空情形以及用于(非常)低压力环境。预浓缩装置13被耦合到真空环境11。预浓缩装置13包括中空管15，其可以由能够抵抗低温以及高温的材料制成。中空管15例如可以由玻璃制成。中空管15的开口端被耦合到真空环境11以便接收要被分析的气体，其构成入口开口20。在另一端，中空元件15具有要被耦合到真空相容检测器19、另外的(预)浓缩装置12或其它分析单元的气体出口。
预浓缩装置进一步被提供有填充元件14。该填充元件在真空环境中的第一位置(如所示)与至少基本上在中空元件15里面的第二位置之间是可移动的(如由双头箭头指示的)。第一位置被用在收集阶段中，在这个阶段要被检测的气体（例如来自对象18的气体排出的分子）能够经由入口开口20朝着中空元件的内壁自由地行进。随后，在称作传送阶段的下一个阶段中，填充元件被移动到第二位置。中空元件的内部空间的大部分现在被填充。填充元件的外径稍微小于中空元件的内径，从而让称作传送通道的沿着内壁的窄通道开着。在传送阶段中，例如通过加热中空元件和/或填充元件，所收集到的气体种类被释放在传送通道中，并且经由气体出口被传送到检测器或另外的浓缩装置。
填充元件14可以被提供有闭合元件141（例如该填充元件上的法兰）以用于在传送阶段中闭合气体入口开口。替换地，闭合元件可以是被移动到在入口开口20前面的闭合位置的单独的元件。闭合元件可以完全地闭合入口开口，或者预定义的开口可以保持。流进口可以被提供来将输送气体接纳到传送通道的起始点，例如经由还用于在下面所讨论的冷却单元16的进口。
闭合元件可以在传送阶段中将气体入口开口减小到减小的进口，以用于接纳来自真空环境的气体以便将经解吸的气体输送到气体出口。
中空管15的内壁和/或填充元件的外壁可以至少部分地覆盖有吸附剂微粒的涂层。
通过提供流进口17以用于创建到真空环境11的受控泄漏可以使输送更容易。当将相当量的已知气体经由该受控泄漏添加到真空环境11时，气体种类的输送通过所述装置将被促进。当漏入气体的数量和/或类型是已知的时，可以针对这个气体对测量结果的影响来校正测量结果。
附加地，系统11可以包括冷却单元16，以用于在收集阶段中冷却预浓缩装置13或至少中空管15的内壁和/或填充元件14的外壁。预浓缩装置可以被提供有一个或多个导管以用于耦合到冷却和/或加热单元。冷却可以使用例如冷却液或冷的气体来完成。例如，液氮可以被使用。冷却可以从中空管15外面和/或从里面被执行。内壁、填充元件和/或其任何涂层的冷却显著增强了系统的吸附性能和预浓缩装置13临时地存储要被分析的分子的容量。此外，所述装置可以具有流进口，其用于接纳清洗介质以便使能经解吸的气体的输送或预浓缩装置的冲洗。
在收集模式下将分子污染物收集在预浓缩装置13中之后，在传送模式下，被吸附的分子必须被释放以用于分析。为了最好的性能，预浓缩装置13应该利用长采样时间。在收集阶段之后，预浓缩装置被带入传送位置中，任何冷却被停止并且预浓缩装置13被带回到环境温度，或者可以通过加热单元被加热到远高于环境的预定义的第二温度。冷却单元16可以被装备成还提供所述的热，或者单独的加热系统可以被使用。
预浓缩装置13被耦合到第二预浓缩装置或真空相容检测器，以用于当所述预浓缩装置被加热超过一定温度时接收或者检测从初始预浓缩装置的内壁解吸的分子。
图2示出了如在现有技术中所使用的预浓缩装置23的横截面。预浓缩装置23包括填充有多孔吸附剂25的中空管24。这个现有技术预浓缩装置23的使用的主要问题是密堆积的吸附剂微粒25引起在分子和过渡阶段(真空或(非常)低的压力)中的气流的急剧减少。
图3示出了用于在系统10中使用的预浓缩装置13在收集阶段中的横截面。本系统具有真空环境11，其的真空可能包含不需要的分子污染物。预浓缩装置被提供有具有闭合边缘141的填充元件14。导杆32被提供用于将填充元件从第一位置(如图3中所示)移动到第二位置(如图4中所示)。气体出口31被提供用于将所述装置耦合到真空相容检测器或另外的浓缩台。预浓缩装置的内壁33被用于在收集阶段期间吸附气体微粒，以及在传送阶段期间解吸所述微粒。
中空元件15具有被内壁33限制的内部空间，并且该内部空间具有锥形形状。填充元件14具有与所述内部空间的锥形形状相对应的形状。由于所述对应的形状，在第二位置中，传送通道在填充元件14与内壁33之间被形成。
图4示出了在传送阶段中被耦合到真空相容检测器、第二预浓缩装置以及泵的图3的预浓缩装置。填充元件14沿着导引元件44是可移动的。填充元件14已经被定位于中空元件里面的第二位置中，这个位置让沿着内壁到气体出口的适合的传送通道41开着。气体出口被耦合到真空相容检测器单元或第二预浓缩装置42，在其后面是泵单元43。在传送阶段中，所述泵被激活以便将解吸的分子经由传送通道泵送通过真空相容检测器或第二预浓缩装置42。
图5示出了闭合元件的细节。在传送阶段中的预浓缩装置13被示出。闭合元件141，例如填充元件14上的法兰，被示出为靠近内壁，同时让减小的进口52开着以用于接纳来自真空环境的气体以便经由传送通道41将解吸的气体输送到气体出口。
被描绘为经减小的进口52的狭缝的尺寸是至关重要的。所述狭缝的传导性必须等于(或稍微小于)耦合到气体出口的检测器、分析器或另外的浓缩装置的传导性。这确保在传送位置中通过所述设备向检测器、分析器或另外的浓缩装置的最大流量，并且使回到主真空/减小的压力环境中的收集到的种类的损失最小化。
应当指出，在先进半导体处理中控制分子污染物对于成功制造是至关重要的。非常短的波长(极远紫外线，EUV；13.5nm)的使用增加了污染物在光学零件上的光化学分解和后续沉积。结果是产量损失、工具寿命缩短以及长期装置可靠性降低。因此，关于有机物的气体排出的非常严格的规范被强加于在半导体制造设备中使用的子装配体和零件上。
对要被用在EUV设备中的零件的限定当前使用RGA(残余气体分析)来完成，所述RGA是基于四极质谱法的技术。这个技术具有若干个严重的缺点，从而使得用这个技术即便不是不可能也很难做出正确的限定。缺点包括，即使气体排出的所有分子能够被引导到质谱仪，RGA的检测限也太高而不能允许对极其低的气体排出率的测量。另外，RGA是基于真空的技术；存在这样的较高概率，即气体排出的成分将永远不到达检测器但将被真空系统泵送，从而导致对气体排出率的低估。另外，RGA使用质谱技术并且不允许对于确定硫、磷、硅以及包含化合物的其它杂元素的气体排出率所必需的元素辨别。此外，使用RGA，常常难以或者不可能离线地或在客户现场对有机污染物进行采样。使用RGA不可能在真空系统中存在的有机化合物的复杂混合物中识别单一的(有机)化合物。
上面描述的预浓缩装置克服了以前使用的清洁度限定方法的问题。通过使用具有与大的表面积和小的内部体积相结合的大入口开口的装置，针对有机(和无机)污染物的极其低的检测限和相对短的采样时间被使能。所述装置使能在真空条件下传送在该装置中收集到的有机污染物，并且对于污染物到检测器或另外的浓缩装置的输送仅需要最小量的超纯气体。这减少了由超纯气体所引入的污染物的量并且降低了检测的下限。
在实施例中，预浓缩装置被永久地附连到低压/真空系统。以这种方式，当将所述装置附连到真空系统时没有污染物被传送到真空系统(例如EUV系统)。此外，被永久地附连到低压系统的双面密封装置可以被使用。这防止了在真空相容检测器或第二预浓缩装置与减小的压力/真空系统之间的开放接触。这避免了低压/真空系统被存在于真空相容检测器或第二预浓缩装置中的有机或无机化合物污染。另外，当对相对于用于在所选择的条件下输送所收集到的样品的超纯气体中的有机污染物的量而包含多得多的(有机)污染物的真空/减小的压力环境进行采样时，在多达并且超过STP(针对用于测量的温度和压力的标准条件)的各种温度和压力条件下使用双面密封装置使能所收集到的有机物种类到预浓缩装置的传送。
使用各种尺寸的入口开口、相对于感兴趣的压力范围和检测限而选择的设备的内部体积和内壁的内部表面积能够大幅减小所述设备的检测限。
各种材料可以被用于内壁，以及可以被选择用于影响感兴趣的种类的滞留时间，这能够使能较长的采样时间，并且由此大幅减小检测限(例如，金属、离子液、聚合物等)。
预浓缩装置被用来收集在低压/真空环境中存在的极其低浓度的有机物种类，并且便于它们到气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)相容的预浓缩装置的传送。
预浓缩装置向预浓缩装置的中空元件提供了大的入口开口和表面积以便在传送阶段中与由于填充元件而导致的中空元件的小而有效的内部体积相结合地捕获有机物种类。对于装置的功能性来说，小的内部体积是至关重要的；在收集有机物种类之后，它们的传送通过从内壁解吸它们并且朝检测器或另外的浓缩装置冲洗它们来实现，其中有机物种类可以与用于输送的输送气体分离。为了防止被用来输送所收集到的有机物种类的超纯气体中的杂质所污染，用于输送有机物种类的气体的量必须是极其低的。用于输送所收集到的有机物种类的超纯气体的体积通过两个因素被最小化；首先是中空元件在解吸期间剩余的小的内部体积，以及其次是通过在减小的压力下进行解吸，其使气体膨胀，从而仅使用少量的气体导致了高的体积流量。
当使用现有的预浓缩装置来预浓缩在低压/真空环境中的极其低浓度的(有机)残余气体时，预浓缩时间能够变得极其长。因为有机物种类在(温度受控的)壁上的滞留时间是有限的并高度地依赖温度和解吸能量，所以采样时间被限制(t采样 < t滞留)，这能够导致检测的下限的急剧增加。因为有机物种类从低压/真空环境中被收集，所以进入采样接口的有机污染物的量取决于所述装置的入口开口的表面积和在所述接口的入口处的压力。
为了结合大的入口开口、大的收集表面以及最小的内部体积，内壁和填充元件的形状可能是互补的。在实施例中，所述装置由两个锥体构成。一个锥体由可以是温度受控的中空元件的内壁形成，并且被用来积累有机物种类。同样可以为温度受控的另一锥体由在传送模式下被用来使所述装置在解吸期间的剩余内部体积最小化的稍小的、可移动的实心锥体构成。图3示出了在“收集”模式下的预浓缩装置13，在气体出口处的阀门在收集模式期间被闭合。图4示出了在“传送”配置中的预浓缩装置。现在阀门是开着的，并且收集到的气体种类朝着真空相容检测器或第二预浓缩装置被输送。所述输送是通过泵和/或输送气体被促进的。
在对有机物种类的收集期间，内部锥体是在中空元件外面的“第一”位置中以便创建大的入口开口并且增加采样锥体的内部体积。在收集期间，有机物种类和/或其它残余气体与内壁(和/或填充元件的外壁)碰撞并且被滞留一定量的时间。通过选择与预定温度(例如制冷温度)相结合的适合的壁材料，仅具有一定吸附能的残余气体被滞留在锥体壁上足够量的时间。因为滞留足够长的种类的浓度在减小的压力/真空-壁接口处接近零，因此“泵送”动作或从主要的减小的压力/真空室向中空元件的输送被实现。
在收集达足够量的时间之后（所述时间受所收集到的种类的滞留时间限制），填充锥体被移动到收集锥体里面，从而大幅减少它的内部体积并且在主要的减小的压力/真空室与接口之间仅留下小的开口。在锥体被定位于“第二”位置中之后，在预浓缩装置与检测器或另外的预浓缩装置之间的阀门被打开，例如，如图2中所描述的那样。
为了在传送模式下朝气体出口输送所收集到的有机物种类，内壁温度可以被增加以便大幅缩短所有滞留分子或有机物种类的滞留时间。所释放的有机物种类在减小的压力下通过气体流量被输送到气体出口。在传送通道（即在所述装置的内壁与填充锥体之间的小开口）中的有效压力仍然使足够的分子流量能从采样的吸附壁通过气体出口到所述泵。
在本发明中所描述的设备能够应用于对来自于被用在要求极度清洁度的真空或减小的压力环境(例如，宇宙空间、EUV光刻以及需要对于有机物的极其低的气体排出的限定的其它领域)中的(过程)气体、组件、(子)装配体以及材料的污染物进行收集和后续化学分析。
图6示出了分析气体的方法的流程图。所述方法包括步骤：冷却61预浓缩装置13以便增强内壁33的吸附特性。被最初定位在中空元件外面的真空环境中的填充元件14也可以被冷却。冷却61可以例如使用穿过或者沿着填充元件和/或预浓缩装置13的壁流动的气态或液体冷却剂来完成。
当内壁被充分地冷却时，下一个步骤是在预浓缩装置13的中空元件15的内壁上并且可选地还在填充元件上收集62来自真空环境11的气体。分子在采样时间期间被内壁和/或填充元件吸附，并且可选地被吸附在经冷却的中空元件的内壁上的涂层微粒上。
在下一个步骤填充63中，填充元件被移动到中空元件里面的第二位置。闭合元件可以被定位成至少基本上闭合气体入口。闭合元件也可以是填充元件的不可分割的部分。
在填充之后(当总的采样时间已经过去时)，因为分子不再必须被吸附，冷却被停止。由于冷却的元件壁或吸附剂微粒的吸附特性，较早地被吸附的分子保持被吸附。
在后续加热步骤64中，预浓缩装置13被加热以便从内壁和/或填充元件释放分子污染物。然后，在传送步骤65中，所释放的气体从预浓缩装置经由传送通道被传送到气体出口，所述气体出口可以被耦合到另外的浓缩装置或检测器。直接耦合的检测器必须适合于在真空中使用。所述分析可以由在系统本身中的真空下进行操作的分析单元来执行。另外的浓缩装置可以被从系统中移除以用于由另外系统进行进一步的分析，例如在大气压下被洗出。在分析步骤66中，气相色谱法可以被用于对所释放的分子污染物进行分离和检测。
为了制造所述预浓缩装置，在涂覆步骤中，吸附剂微粒可以被应用于中空元件的内壁。许多类型的吸附剂微粒可能适合于制作根据本发明的预浓缩装置13。所使用的吸附剂微粒的类型可能取决于要被预浓缩装置13收集的分子的类型。适当的微粒的一些例子是：
- 聚合材料(固体)，例如Tenax(联苯抱氧聚合物)，
- 聚合材料(液体)，例如硅聚合物、苯乙烯-二乙烯苯共聚物，
- 固体材料，例如(碳)、氧化铝(Al2O3)，
- 分子筛，
- 涂覆在衬底微粒上的离子液，例如 [1,9-二(3-乙烯基-咪唑) 壬烷双(三氟甲基)锍亚胺酯（[1,9-di(3-vinyl-imidazolium) nonane bis(trifluoromethyl) sulfonium imidate）
- 其它材料，包括活性碳、多孔性功能化溶胶凝胶材料。
应该指出，上面提到的实施例说明而不是限制本发明，并且本领域的技术人员在不背离所附权利要求的范围的情况下将能够设计许多替换的实施例。在权利要求中，被放置在括弧之间的任何附图标记不应该被解释为限制本权利要求。动词“包括”及其词形变化的使用不排除在权利要求中所陈述的那些之外的元素或步骤的存在。在元素之前的冠词“一”或“一个”不排除多个此类元素的存在。本发明可以借助于包括若干个不同元件的硬件以及借助于适当地编程的计算机来实现。在枚举了若干装置的装置权利要求中，这些装置中的若干个可以通过一个和相同项的硬件来体现。某些措施被记载在相互不同的从属权利要求中的简单事实不指示这些措施的结合不能够被用来获利。

Claims (13)

1.针对用于检测真空环境(11)中的分子污染物的气体分析系统(10)的预浓缩装置，所述预浓缩装置(13)包括：
中空元件(15)，所述中空元件(15)具有：气体入口开口(20)，其用于在收集阶段从所述真空环境(11)接收气体；气体出口(31)，其用于在传送阶段中传送气体；以及内壁(33)，其用于在所述收集阶段中吸附气体和在所述传送阶段中解吸气体，以及
填充元件(14)，其可从所述收集阶段中在所述中空元件外面的第一位置移动到所述传送阶段中在所述中空元件里面的第二位置，所述第二位置让沿着所述内壁到所述气体出口的传送通道(41)开着。
2.如权利要求1中所要求保护的装置，其中，所述中空元件具有被所述内壁限制的内部空间，以及所述内部空间具有锥形形状，并且所述填充元件(34)具有与所述内部空间的所述锥形形状相对应的形状，使得在所述第二位置中所述传送通道(41)在所述填充元件与所述内壁之间被形成。
3.如权利要求1中所要求保护的装置，其中，所述装置包括用于在所述传送阶段中闭合所述气体入口开口的闭合元件(141)。
4.如权利要求3中所要求保护的装置，其中，所述闭合元件(141)被布置用于在所述传送阶段中将所述气体入口开口减小到减小的进口(52)，以用于接纳来自所述真空环境的气体以便将解吸的气体输送到所述气体出口。
5.如权利要求3或4中所要求保护的装置，其中，所述闭合元件(141)是所述填充元件上的法兰。
6.如权利要求1中所要求保护的装置，其中，所述内壁(33)或所述填充元件(34)包括吸附剂微粒的涂层。
7.如权利要求1中所要求保护的装置，其中，所述装置被布置用于耦合到用于在所述收集阶段中对所述内壁或所述填充元件进行冷却的冷却装置(16)和/或用于耦合到用于在所述传送阶段中对所述内壁或所述填充元件进行加热的加热装置。
8.如权利要求1中所要求保护的装置，其中，所述装置包括流进口，其用于接纳清洗介质以便使能对解吸的气体的输送或对所述预浓缩装置(13)的冲洗。
9.包括如权利要求1中所要求保护的预浓缩装置的气体分析系统，其中，所述系统包括以下中的至少一个
- 泵系统(43)，其用于将从所述内壁解吸的气体分子经由所述传送通道输送到直通真空相容检测器或第二预浓缩装置的气体出口，
- 冷却装置(16)，其用于在所述收集阶段中冷却所述内壁或所述填充元件，和/或
- 加热装置(16)，其用于在所述传送阶段中加热所述内壁或所述填充元件，
和/或
- 真空相容检测器(42)，其用于对所释放的分子进行分析以便确定所述分子污染物。
10.如权利要求9中所要求保护的气体分析系统，其中，所述系统(10)包括：
- 气体插入装置(17)，其用于将相当量的已知气体插入到真空环境(11)中以便促进气体分子朝所述气体出口的输送。
11.用于检测真空环境(11)中的分子污染物的气体分析系统(10)中的预浓缩的方法，所述系统包括如权利要求1所要求保护的预浓缩装置(13)，所述方法包括：
- 在收集阶段中将所述填充元件(14)定位于在所述中空元件外面的第一位置中，
- 经由气体入口开口从所述真空环境(11)接收气体并且在所述收集阶段中将所述气体吸附在所述内壁上，
- 在传送阶段中将所述填充元件移动到在所述中空元件里面的第二位置，所述第二位置让沿着所述内壁到所述气体出口的传送通道开着，以及 
- 在所述传送阶段中从所述内壁解吸气体并且在所述传送阶段中将所述气体传送到所述气体出口。
12.如权利要求11中所要求保护的方法，其中，所述方法包括：
- 在所述收集阶段中冷却所述预浓缩装置(13)的内壁或所述填充元件的步骤（61），
和/或
- 在所述传送阶段中加热所述预浓缩装置(13)的内壁或所述填充元件以便从所述内壁释放所述气体的步骤（65）。
13.分析气体以用于检测真空环境中的分子污染物的方法，所述方法包括如权利要求11或12中所要求保护的方法，以及：
- 用于对所释放的气体进行分析以便确定分子污染物的气相色谱法的步骤(66)，
和/或
- 用于对所释放的气体进行分析以便确定分子污染物的质谱法的步骤，
和/或
用于对所释放的气体进行分析以便确定分子污染物的元素选择性检测的步骤。
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