JP2004311446A - Vacuum chamber with gas analyzer, baking method of vacuum chamber with gas analyzer, and analysis method of residual gas in vacuum chamber with gas analyzer - Google Patents

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和弘 釆山
Makoto Kishimoto
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vacuum chamber with a gas analyzer provided with a quadruple mass spectrometer for measuring under high temperature conditions without deteriorating the sensitivity and to provide a baking method of the vacuum chamber with the gas analyzer and an analysis method of the residual gas in the vacuum chamber with the gas analyzer. <P>SOLUTION: An ion source part, a quadrupole part and a detecting part are inserted in a flange of the vacuum chamber 18, the vacuum chamber inside is hermetically sealed by a hermetical seal connection part 17, and a control part 14, the hermetical seal connection part 17 and an analyzer tube are connected together by a signal cable 16. A cooling block 44 is closely attached surrounding the outer circumferential part of the connection part between the flange of the vacuum chamber 18 and the hermeticaly sealed connection part 17, its inside is disposed with a cooling pipe, and a cooling medium is introduced therein. Even if the vacuum chamber 18 is heated by a baking panel 46, the connection part is locally cooled by the cooling block 44 so as to be measured even under the high temperature conditions. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、高温条件下において測定を行う四重極質量分析計を備えるガス分析計付真空チャンバ、ガス分析計付真空チャンバのベーキング方法およびガス分析計付真空チャンバ内の残留ガスの分析方法に関する。   The present invention relates to a vacuum chamber with a gas analyzer equipped with a quadrupole mass spectrometer that performs measurement under high temperature conditions, a method for baking the vacuum chamber with a gas analyzer, and a method for analyzing residual gas in the vacuum chamber with a gas analyzer. .

四重極質量分析計の装置構成は、大きく分類して、イオン源部、四重極部、検出部および制御部から成る。イオン源部、四重極部および検出部は、真空中で動作させ、通常真空フランジを介して制御部と接続される。真空チャンバ内の気体をイオン源部にてイオン化し、イオン化した気体を四重極部にて電場を印加することにより検出部に誘導・検出することで、真空チャンバ内の残留ガスの分析などを行う。   The device configuration of the quadrupole mass spectrometer is roughly classified into an ion source unit, a quadrupole unit, a detection unit, and a control unit. The ion source, quadrupole and detector are operated in a vacuum and are usually connected to the controller via a vacuum flange. The gas inside the vacuum chamber is ionized by the ion source unit, and the ionized gas is guided and detected by the quadrupole unit by applying an electric field to the detection unit to analyze the residual gas in the vacuum chamber. Do.

制御部は、大気中部品のため、前述の分析管とは真空フランジを介して接続されており、電子回路部、ケーブルおよび回路を含め耐熱性がなく100℃程度以下で使用しなければならない。したがって四重極質量分析計を取り付ける各装置を高温にする際には、その温度によっては、耐熱性のない制御部は取り外さなければならず、加熱中のガス分析は不可能となる。たとえば、超高真空対応の真空チャンバをベーキング作業等により200℃程度の温度でベーキングする際には、接続している四重極分析計の分析管部も200℃まで加熱されるので、分析管に接続する制御部は取り外され、真空チャンバ内の残留ガス分析を行うことはできない。したがって、たとえば加熱中にガスのリークがあった場合には、その検出ができないことからすぐに対応することができない。リークがあった場合にはベーキング後、装置が冷えてからリークテストを行うことにより、リークが判明することになるが、リークで混入した成分により、アウトガスが不十分となり、所望の真空度が得られず再度ベーキングを行わなければならないなど、労力および時間を損失することになる。これを解決するために、特許文献1の真空装置ベーキング方法に示すように、ベーキングをするために装置を囲ったベーキングパネル内の雰囲気を窒素置換しながらヘリウムガスを導入し、ベーキング中のリークを検出している。   Since the control unit is a component in the atmosphere, it is connected to the above-described analysis tube via a vacuum flange, and has no heat resistance including the electronic circuit unit, the cable and the circuit, and must be used at about 100 ° C. or less. Therefore, when the temperature of each device to which the quadrupole mass spectrometer is attached is raised to a high temperature, a control unit having no heat resistance must be removed depending on the temperature, and gas analysis during heating becomes impossible. For example, when baking an ultra-high vacuum compatible vacuum chamber at a temperature of about 200 ° C. by baking operation or the like, the analysis tube section of the connected quadrupole analyzer is also heated to 200 ° C. The control unit connected to is removed, and the residual gas in the vacuum chamber cannot be analyzed. Therefore, for example, if a gas leaks during heating, it cannot be detected immediately and cannot be dealt with immediately. If there is a leak, after the baking, the device is cooled and then a leak test is performed to determine the leak.However, due to the components mixed in due to the leak, the outgas is insufficient, and a desired degree of vacuum is obtained. Labor and time are lost, for example, the baking has to be performed again. In order to solve this problem, as shown in the vacuum apparatus baking method of Patent Document 1, helium gas is introduced while replacing the atmosphere in a baking panel surrounding the apparatus with nitrogen for baking, and leakage during baking is reduced. Detected.

また化合物半導体を作製するMBE(Molecular Beam Epitaxy)装置などで、原材料にリンを使用した際、基板上に飛来したリン以外は、真空チャンバ内壁面、あるいは液体窒素シュラウドにトラップされ吸着する。このうち一部のリンは分子を構成して白リン(P4)となる。白リンは、大気中雰囲気では発火性があるため、真空チャンバを定期メンテナンスあるいはトラブル時に大気開放するためには、開放前に一旦200℃程度のベーキングを行い、高温処理により白リンを自然発火性のない赤リン(P2)に分解してから大気開放しなければならない。 In addition, when phosphorus is used as a raw material in an MBE (Molecular Beam Epitaxy) apparatus or the like for producing a compound semiconductor, phosphorus other than the phosphorus that has flown onto a substrate is trapped and adsorbed on the inner wall surface of a vacuum chamber or a liquid nitrogen shroud. Some of the phosphorus forms a molecule and becomes white phosphorus (P 4 ). Since white phosphorus is ignitable in the atmosphere, in order to periodically open the vacuum chamber for maintenance or to open to the atmosphere in the event of trouble, bake it at about 200 ° C before opening it, and spontaneously ignite white phosphorus by high-temperature treatment. It must be decomposed into red phosphorus (P 2 ), which does not have any residue, and then released to the atmosphere.

白リンの分解過程は、チャンバが高温状態であるため、従来の四重極質量分析計では耐熱性の問題から測定できない。したがって、その際のベーキング処理時間は、真空計でチャンバ内の全圧をモニタし、経験的に分解終了段階を決定している。   The decomposition process of white phosphorus cannot be measured by a conventional quadrupole mass spectrometer due to the problem of heat resistance because the chamber is in a high temperature state. Therefore, for the baking processing time at that time, the total pressure in the chamber is monitored with a vacuum gauge, and the stage at which the decomposition is completed is empirically determined.

特開平7−14766号公報JP-A-7-14766

イオン源制御回路、四重極電場制御回路およびイオン電流検出回路を含む制御部を、分析管の真空フランジに、電流導入端子などのコネクタを介して直接取り付ける場合、制御部内に接続されている電子部品、基板等の耐熱性の低い部材を保護するため、通常、制御部の温度を100℃以上にしてはならない。四重極質量分析計を接続する真空チャンバをベーキングなどにより200℃程度の高温状態にする際には、制御部は接続部からの熱伝導により、100℃以上になってしまうため、接続部を取り外さなければならず、高温状態における真空チャンバ内の残留ガス分析が不可能となる。   When the control unit including the ion source control circuit, the quadrupole electric field control circuit, and the ion current detection circuit is directly attached to the vacuum flange of the analysis tube via a connector such as a current introduction terminal, the electronic devices connected to the control unit In general, the temperature of the control unit should not be set to 100 ° C. or higher in order to protect low heat-resistant members such as components and boards. When the vacuum chamber to which the quadrupole mass spectrometer is connected is brought to a high temperature of about 200 ° C. by baking or the like, the temperature of the control unit becomes 100 ° C. or higher due to heat conduction from the connecting unit. It must be removed, which makes it impossible to analyze the residual gas in the vacuum chamber at high temperatures.

また制御部の温度を100℃以下に抑制するため、真空チャンバのベーキング温度の設定を150℃程度まで低下させた場合、200℃で行うベーキングよりもベーキング効率が低下し、高真空を得るためには長時間のベーキングが必要となる。また真空チャンバを200℃にてベーキングしている際に、制御部の温度を100℃以下に抑制するため、接続している分析管全体を冷却した場合、ベーキング中にチャンバ内から放出されたガス成分が、冷却された分析管内の内表面に吸着脱離を繰返して検出されるため、本来の真空チャンバ内のガス成分を測定することができず、ベーキング中の正確な測定ができない。さらに、この場合、分析管についてはベーキングを行っていないため、接続する真空チャンバについても分析管からの放出ガスのため、所望の到達真空度が得られない可能性がある。   In addition, when the setting of the baking temperature of the vacuum chamber is reduced to about 150 ° C. in order to suppress the temperature of the control unit to 100 ° C. or less, the baking efficiency is lower than that of the baking performed at 200 ° C. Requires a long baking time. In addition, when the vacuum chamber is baked at 200 ° C., the temperature of the control unit is controlled to 100 ° C. or less, and when the whole connected analytical tube is cooled, the gas released from the chamber during the baking is cooled. Since the components are repeatedly detected by adsorption and desorption on the inner surface of the cooled analysis tube, gas components in the original vacuum chamber cannot be measured, and accurate measurement during baking cannot be performed. Further, in this case, since the analysis tube is not baked, a desired ultimate degree of vacuum may not be obtained for the connected vacuum chamber due to the gas released from the analysis tube.

制御部を分析管から分離して、信号ケーブルを介して接続する場合についても、信号ケーブル接続部に耐熱性がないため、ベーキングにより高温となる際には、信号ケーブルを取り外さなければならず、ベーキング中のガス分析は不可能となる。また、特許文献1記載の真空装置ベーキング方法では、ベーキング中にヘリウムガスを常時導入しなければならず、コストがかかる。さらにベーキングパネル内の雰囲気を窒素置換雰囲気と併用するが、パネルの機密が十分でないと、窒素ガスが漏れ出し、周囲の作業者が酸欠になる危険性がある。   When the control section is separated from the analysis tube and connected via a signal cable, the signal cable connection section has no heat resistance, so when the temperature rises due to baking, the signal cable must be removed. Gas analysis during baking is not possible. Further, in the vacuum apparatus baking method described in Patent Document 1, helium gas must be constantly introduced during baking, which is costly. Further, the atmosphere in the baking panel is used in combination with the atmosphere of nitrogen replacement. However, if the confidentiality of the panel is not sufficient, there is a risk that nitrogen gas leaks out and the surrounding workers are deprived of oxygen.

本発明の目的は、高温条件下においても感度が劣化することなく測定することが可能な四重極質量分析計を備えるガス分析計付真空チャンバ、ガス分析計付真空チャンバのベーキング方法およびガス分析計付真空チャンバ内の残留ガスの分析方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a vacuum chamber with a gas analyzer equipped with a quadrupole mass spectrometer capable of measuring without deteriorating sensitivity even under high temperature conditions, a baking method for the vacuum chamber with a gas analyzer, and gas analysis. It is an object of the present invention to provide a method for analyzing a residual gas in an instrumented vacuum chamber.

本発明は、真空チャンバにガス分析を行うための四重極質量分析計を取り付けたガス分析計付真空チャンバにおいて、
前記四重極質量分析計は、
存在するガスをイオン化するイオン源部、イオンの種類を識別する四重極部およびイオンの量を検出する検出部とを有する分析管と、
分析管を制御する制御部とを有し、
前記分析管が挿入される真空チャンバの取付口を密封するとともに、前記分析管と制御部とを信号ケーブルを介して接続する密封接続部と、
前記取付口と密封接続部との接合部の外周に設けられる冷却部とを備え、
前記分析管は加熱され、前記接合部は前記冷却部によって冷却されることを特徴とするガス分析計付真空チャンバである。
The present invention relates to a vacuum chamber with a gas analyzer equipped with a quadrupole mass spectrometer for performing gas analysis in a vacuum chamber,
The quadrupole mass spectrometer comprises:
An analysis tube having an ion source for ionizing existing gas, a quadrupole for identifying the type of ions, and a detection unit for detecting the amount of ions,
A control unit for controlling the analysis tube,
A sealed connection portion that seals an attachment port of the vacuum chamber into which the analysis tube is inserted, and connects the analysis tube and a control unit via a signal cable.
A cooling unit provided on the outer periphery of a joint between the mounting port and the sealed connection unit,
The said analysis tube is heated and the said junction part is cooled by the said cooling part, It is the vacuum chamber with a gas analyzer.

また本発明は、真空チャンバにガス分析を行うための四重極質量分析計を取り付けたガス分析計付真空チャンバにおいて、
前記四重極質量分析計は、
存在するガスをイオン化するイオン源部、イオンの種類を識別する四重極部およびイオンの量を検出する検出部とを有する分析管と、
分析管を制御する制御部とを有し、
前記分析管を内部に有する管と、
前記管の開放端のうち、真空チャンバに接続される側とは反対側の開放端を密封するとともに、前記管と制御部とを信号ケーブルを介して接続する密封接続部と、
前記開放端と密封接続部との接合部の外周に設けられる冷却部とを備え、
前記管が加熱されることにより前記分析管が加熱され、前記接合部は冷却されることを特徴とするガス分析計付真空チャンバである。
The present invention also provides a vacuum chamber with a gas analyzer equipped with a quadrupole mass spectrometer for performing gas analysis in a vacuum chamber,
The quadrupole mass spectrometer comprises:
An analysis tube having an ion source for ionizing existing gas, a quadrupole for identifying the type of ions, and a detection unit for detecting the amount of ions,
A control unit for controlling the analysis tube,
A tube having the analysis tube therein;
Sealing the open end of the open end of the tube opposite to the side connected to the vacuum chamber, and connecting the tube and the control unit via a signal cable;
A cooling unit provided on the outer periphery of the joint between the open end and the sealed connection unit,
The analysis tube is heated by heating the tube, and the joint is cooled, thereby providing a vacuum chamber with a gas analyzer.

また本発明は、前記真空チャンバと前記管とに巻き付けられ、前記真空チャンバと前記管とを加熱するヒータ線を有することを特徴とする。   Further, the present invention is characterized in that there is a heater wire wound around the vacuum chamber and the tube to heat the vacuum chamber and the tube.

また本発明は、ガス分析計付真空チャンバを囲って加熱するためのベーキングパネルを備え、
前記冷却部および制御部はベーキングパネルの外側に配置されることを特徴とする。
Further, the present invention includes a baking panel for heating around a vacuum chamber with a gas analyzer,
The cooling unit and the control unit are disposed outside a baking panel.

また本発明は、上記のガス分析計付真空チャンバのうち、冷却部および制御部を除く部分をベーキングパネルで囲うことにより、少なくとも分析管および真空チャンバを加熱することを特徴とするガス分析計付真空チャンバのベーキング方法である。   The present invention also provides a gas chamber with a gas analyzer characterized in that at least the analysis tube and the vacuum chamber are heated by enclosing a portion of the vacuum chamber with a gas analyzer except for a cooling unit and a control unit with a baking panel. This is a method for baking a vacuum chamber.

また本発明は、上記のガス分析計付真空チャンバのベーキング方法によって少なくとも分析管および真空チャンバを加熱しながら、四重極質量分析計によって真空チャンバ内の残留ガスを分析することを特徴とするガス分析計付真空チャンバ内の残留ガス分析方法である。   Further, the present invention provides a gas characterized by analyzing a residual gas in a vacuum chamber by a quadrupole mass spectrometer while heating at least an analysis tube and a vacuum chamber by the above-described baking method for a vacuum chamber with a gas analyzer. This is a method for analyzing residual gas in a vacuum chamber with an analyzer.

本発明によれば、真空チャンバにガス分析を行うための四重極質量分析計を取り付けたガス分析計付真空チャンバにおいて、四重極質量分析計は、存在するガスをイオン化するイオン源部、イオンの種類を識別する四重極部およびイオンの量を検出する検出部とを有する分析管と、分析管を制御する制御部とを有している。   According to the present invention, in a vacuum chamber with a gas analyzer equipped with a quadrupole mass spectrometer for performing gas analysis in a vacuum chamber, the quadrupole mass spectrometer is an ion source unit for ionizing an existing gas, It has an analysis tube having a quadrupole for identifying the type of ion and a detection unit for detecting the amount of ions, and a control unit for controlling the analysis tube.

密封接続部によって、前記分析管が挿入される真空チャンバの取付口を密封するとともに、前記分析管と制御部とを信号ケーブルを介して接続する。前記取付口と密封接続部との接合部の外周に設けられる冷却部が接合部を冷却することで、ベーキング中に分析管は加熱されるが、信号ケーブルおよび制御部は加熱されない。   The sealing connection unit seals an attachment port of the vacuum chamber into which the analysis tube is inserted, and connects the analysis tube and the control unit via a signal cable. The cooling part provided on the outer periphery of the junction between the mounting port and the sealed connection part cools the junction, so that the analysis tube is heated during baking, but the signal cable and the control unit are not heated.

これにより、高温条件下においても感度が劣化することなく測定することができる。また、ガス分析結果により、ベーキング工程など高温処理を伴う工程の短縮が可能である。   Thus, the measurement can be performed without deteriorating the sensitivity even under a high temperature condition. In addition, according to the gas analysis result, it is possible to shorten a step involving a high-temperature treatment such as a baking step.

また本発明によれば、真空チャンバにガス分析を行うための四重極質量分析計を取り付けたガス分析計付真空チャンバにおいて、四重極質量分析計は、存在するガスをイオン化するイオン源部、イオンの種類を識別する四重極部およびイオンの量を検出する検出部とを有する分析管と、分析管を制御する制御部とを有している。   Further, according to the present invention, in a vacuum chamber with a gas analyzer equipped with a quadrupole mass spectrometer for performing gas analysis in a vacuum chamber, the quadrupole mass spectrometer is an ion source unit for ionizing existing gas. , An analysis tube having a quadrupole for identifying the type of ions and a detection unit for detecting the amount of ions, and a control unit for controlling the analysis tube.

密封接続部によって、分析管が内挿される管の開放端のうち、真空チャンバに接続される側とは反対側の開放端を密封するとともに、分析管と制御部とを信号ケーブルを介して接続する。前記開放端と密封接続部との接合部の外周に設けられる冷却部が接合部を冷却することで、分析管は加熱されるが、信号ケーブルおよび制御部は加熱されない。   The sealed connection portion seals the open end of the tube into which the analysis tube is inserted, opposite to the side connected to the vacuum chamber, and connects the analysis tube and the control unit via a signal cable. I do. The cooling unit provided on the outer periphery of the joint between the open end and the sealed connection cools the joint, so that the analysis tube is heated, but the signal cable and the control unit are not heated.

これにより、高温条件下においても感度が劣化することなく測定することができる。また、ガス分析結果により、ベーキング工程など高温処理を伴う工程の短縮が可能である。   Thus, the measurement can be performed without deteriorating the sensitivity even under a high temperature condition. In addition, according to the gas analysis result, it is possible to shorten a step involving a high-temperature treatment such as a baking step.

また本発明によれば、真空チャンバと分析管が内挿される管に巻き付けられるヒータ線によって、容易に真空チャンバと分析管が内挿される管とを加熱することができる。   Further, according to the present invention, the vacuum chamber and the tube into which the analysis tube is inserted can be easily heated by the heater wire wound around the tube into which the analysis tube is inserted.

また本発明によれば、ガス分析計付真空チャンバを囲って加熱するためのベーキングパネルを備え、冷却部および制御部はベーキングパネルの外側に配置される。   According to the invention, a baking panel is provided for heating the vacuum chamber with the gas analyzer, and the cooling unit and the control unit are arranged outside the baking panel.

これにより、信号ケーブルおよび制御部を加熱することなくベーキングパネル内を均一に加熱することができる。   Thus, the inside of the baking panel can be uniformly heated without heating the signal cable and the control unit.

また本発明によれば、ガス分析計付真空チャンバのうち、冷却部および制御部を除く部分をベーキングパネルで囲うことにより、少なくとも分析管および真空チャンバを加熱する。   Further, according to the present invention, at least the analysis tube and the vacuum chamber are heated by surrounding the portion of the vacuum chamber with the gas analyzer except for the cooling unit and the control unit with the baking panel.

これにより、信号ケーブルおよび制御部を加熱することなくベーキングパネル内を均一に加熱することができ、高温条件下においても感度が劣化することなく測定することができる。   Thereby, the inside of the baking panel can be uniformly heated without heating the signal cable and the control unit, and the measurement can be performed without deteriorating the sensitivity even under a high temperature condition.

また本発明によれば、上記のガス分析計付真空チャンバのベーキング方法によって少なくとも分析管および真空チャンバを加熱しながら、四重極質量分析計によって真空チャンバ内の残留ガスを分析する。   According to the present invention, the residual gas in the vacuum chamber is analyzed by the quadrupole mass spectrometer while at least the analysis tube and the vacuum chamber are heated by the above-described baking method for the vacuum chamber with a gas analyzer.

これにより、高温条件下においても感度が劣化することなく残留ガスを測定することができ、ガス分析結果により、高温処理を伴う残留ガス分析工程の短縮が可能である。   This makes it possible to measure the residual gas without deteriorating the sensitivity even under a high temperature condition, and it is possible to shorten the residual gas analysis step accompanying the high temperature treatment according to the gas analysis result.

図1は、図4で後述する本発明のガス分析計付真空チャンバに備えられる四重極質量分析計10の構成を示す図である。四重極質量分析計10は、分析管を構成するイオン源部11、四重極部12および検出部13と制御部14と冷却ブロック15と信号ケーブル16と密封接続部17とからなる。イオン源部11は、真空チャンバ18内に存在する気体に電子を衝突させイオン化する部分で、ここでイオン化された気体の一部が四重極部12に移動する。四重極部12では、互いに平行に配置された4本の円柱ロッド電極が設置されており、直流と交流の重畳電場が印加されて四重極場が形成される。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a quadrupole mass spectrometer 10 provided in a vacuum chamber with a gas analyzer of the present invention described later with reference to FIG. The quadrupole mass spectrometer 10 includes an ion source unit 11, a quadrupole unit 12, a detection unit 13, a control unit 14, a cooling block 15, a signal cable 16, and a sealed connection unit 17 which constitute an analysis tube. The ion source section 11 is a section where electrons collide with gas present in the vacuum chamber 18 and are ionized. A part of the ionized gas moves to the quadrupole section 12. In the quadrupole section 12, four cylindrical rod electrodes arranged in parallel with each other are installed, and a superposed electric field of direct current and alternating current is applied to form a quadrupole field.

イオン源部11でイオン化された気体が四重極部12に飛来すると、4本の電極によって印加されている電場の大きさにより、イオンは力を受け、4本の電極の軸心に沿って振動しながら進行する。ここで四重極部12を通過し、検出部13まで到達するイオンは、四重極部12に印加されている電場の大きさによって限定され、ある質量対電価M/eを持つイオンに限られる。M/eはマスナンバーとも呼ばれ、イオンの持つ質量数に相当する。それ以外の質量数を持つイオンは、四重極部12を通過する途中で軸心から逸脱し、検出部13には到達しない。したがって四重極部12に印加する電場を変化させ、走査することにより、四重極部12を通過する特定の質量数を持つイオンを識別することが可能となる。   When the gas ionized by the ion source unit 11 reaches the quadrupole unit 12, the ions receive a force due to the magnitude of the electric field applied by the four electrodes, and the force is applied along the axis of the four electrodes. Proceed while vibrating. Here, the ions that pass through the quadrupole section 12 and reach the detection section 13 are limited by the magnitude of the electric field applied to the quadrupole section 12 and are ions having a certain mass-to-charge M / e. Limited. M / e is also called a mass number and corresponds to the mass number of an ion. Ions having other mass numbers deviate from the axis while passing through the quadrupole section 12, and do not reach the detection section 13. Therefore, by changing the electric field applied to the quadrupole portion 12 and scanning, it is possible to identify ions having a specific mass number passing through the quadrupole portion 12.

検出部13では、四重極部12を通過したイオンを検出し、イオン電流として出力する。検出方法として、ファラデーカップをコレクタに用いて測定するが、より検出感度を向上させるためには、2次電子倍増器を設置する。制御部14は、制御用の信号ケーブル16を介して密封接続部17と接続され、上述のイオン源制御、四重極場制御、および検出部における検出を行う制御回路を含む電子回路から構成されている。冷却部である冷却ブロック15は、取付口である真空チャンバ18のフランジと密封接続部17との接合部の外周部を取り囲むように密着し、内部には図示しない冷却用の配管が配設されており、冷却媒体が導入される。冷却ブロック15によって接合部は、局所的に冷却される。冷却媒体としては、冷却水、液体窒素、液体ヘリウムおよび冷却気体(空気、窒素、アルゴン等不活性ガス)を流すことが可能である。密封接続部17は、真空チャンバ18のフランジと接合し真空チャンバを密閉するとともに信号ケーブル16を介して制御部14から送られる制御信号を分析管に入力するための端子、および分析管からの検出信号を出力する端子を備える。   The detection unit 13 detects ions that have passed through the quadrupole unit 12 and outputs the ions as an ion current. As a detection method, measurement is performed using a Faraday cup as a collector. In order to further improve detection sensitivity, a secondary electron multiplier is provided. The control unit 14 is connected to the sealed connection unit 17 via a control signal cable 16 and includes an electronic circuit including a control circuit for performing the above-described ion source control, quadrupole field control, and detection in the detection unit. ing. The cooling block 15 serving as a cooling unit is in close contact with an outer peripheral portion of a joint portion between the flange of the vacuum chamber 18 serving as an attachment port and the sealed connection portion 17, and a cooling pipe (not shown) is provided inside. And a cooling medium is introduced. The cooling block 15 locally cools the joint. As a cooling medium, cooling water, liquid nitrogen, liquid helium, and a cooling gas (an inert gas such as air, nitrogen, and argon) can flow. The hermetically-sealed connection portion 17 is joined to a flange of the vacuum chamber 18 to seal the vacuum chamber, and a terminal for inputting a control signal sent from the control portion 14 through the signal cable 16 to the analysis tube, and detection from the analysis tube. A terminal for outputting a signal is provided.

以上の構成により、四重極質量分析計10を接続する真空チャンバ18にヒータ線を巻いて200℃の高温ベーキングを施しても、密封接続部17の温度は局所的に100℃以下に保持されるので高温条件下でも測定を行うことができる。   With the above configuration, even when a heater wire is wound around the vacuum chamber 18 to which the quadrupole mass spectrometer 10 is connected and high-temperature baking is performed at 200 ° C., the temperature of the sealed connection portion 17 is locally kept at 100 ° C. or lower. Therefore, measurement can be performed even under high temperature conditions.

なお、冷却部として冷却媒体を流す配管を配設した冷却ブロック15について説明したが、接合部に冷却用パイプを直接巻いたり、ファンによって接合部を冷却してもよい。   Although the cooling block 15 provided with a pipe through which a cooling medium flows as a cooling unit has been described, a cooling pipe may be directly wound around the joint, or the joint may be cooled by a fan.

まず、四重極質量分析計10のアルゴンガスに対する感度を測定した。図2は、四重極質量分析計10を含むアルゴンガス感度測定機器の構成を示す図である。測定方法は、分析管(イオン源部11、四重極部12および検出部13)を、ステンレス管24内に設置し、ステンレス管24内を真空排気しながら、アルゴンガスを一定流量導入し、イオン電流と真空度を測定することによって感度を測定した。ステンレス管24には、真空排気用ポート25、真空計取付ポート26、およびアルゴンガス導入用ポート27が別途設けられ、それぞれ真空ポンプ(図示せず)、真空計(図示せず)およびガス導入システム(図示せず)が接続される。   First, the sensitivity of the quadrupole mass spectrometer 10 to argon gas was measured. FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an argon gas sensitivity measuring device including the quadrupole mass spectrometer 10. The measurement method is as follows: an analysis tube (ion source unit 11, quadrupole unit 12, and detection unit 13) is installed in a stainless steel tube 24, and a constant flow of argon gas is introduced while the inside of the stainless steel tube 24 is evacuated. Sensitivity was measured by measuring ionic current and degree of vacuum. The stainless steel tube 24 is provided with a vacuum exhaust port 25, a vacuum gauge mounting port 26, and an argon gas introduction port 27 separately, and a vacuum pump (not shown), a vacuum gauge (not shown), and a gas introduction system, respectively. (Not shown) is connected.

制御部14は、信号ケーブル16を介して分析管から分離されており、密封接続部17と真空フランジとの接合部の外周には、内部に冷却用配管が施された冷却ブロック15が設置され、冷却水を流すことにより、接合部は局所冷却される。ステンレス管24には、加熱用のヒータ(図示せず)が巻かれており、測定前に当該ヒータにより、ステンレス管24をベークし、充分に脱ガスを行い、3×10-8Pa程度の超高真空域の真空度に到達した後、アルゴンガスを導入し測定を行った。 The control unit 14 is separated from the analysis tube via a signal cable 16, and a cooling block 15 provided with a cooling pipe therein is installed on the outer periphery of a joint between the sealed connection unit 17 and the vacuum flange. By flowing cooling water, the joint is locally cooled. A heater (not shown) for heating is wound around the stainless steel tube 24. The stainless steel tube 24 is baked and sufficiently degassed by the heater before the measurement, and the stainless steel tube 24 is heated to about 3 × 10 −8 Pa. After reaching the degree of vacuum in the ultra-high vacuum region, measurement was performed by introducing argon gas.

図3は、アルゴンガスを導入した際の測定結果を示すグラフである。図3(a)は室温にて測定した場合であり、図3(b)はステンレス管を200℃に昇温した場合の測定結果である。アルゴンガスの導入量は、ステンレス管24に接続された真空計により真空度が5×10-4Paで一定になるように導入した。アルゴンガスは、不純物濃度が1ppm以下の高純度ガスであるため、真空計で検知される全圧が、アルゴン分圧と見なしても支障はない。室温および200℃ともにM/e=15からM/e=45の範囲で走査してイオン電流値を測定した。M/e=20と40に現れるピークがアルゴンイオンを検出したもので、両ピークのイオン電流値の和がアルゴン分圧に比例した値となる。したがって両ピークのイオン電流値の和と導入アルゴンガス圧の比から感度が求められ、室温および200℃の両条件下について感度を求めると、ともに1.2×10-2A/Paが得られ、測定環境の温度を上げたことにより、四重極質量分析計10の感度が劣化することはないことがわかった。 FIG. 3 is a graph showing measurement results when an argon gas was introduced. FIG. 3A shows the result of measurement at room temperature, and FIG. 3B shows the result of measurement when the temperature of the stainless steel tube was raised to 200 ° C. The introduction amount of the argon gas was introduced by a vacuum gauge connected to the stainless steel tube 24 so that the degree of vacuum was constant at 5 × 10 −4 Pa. Since the argon gas is a high-purity gas having an impurity concentration of 1 ppm or less, there is no problem even if the total pressure detected by the vacuum gauge is regarded as the argon partial pressure. The ion current value was measured by scanning in the range of M / e = 15 to M / e = 45 at both room temperature and 200 ° C. The peaks appearing at M / e = 20 and 40 are for the detection of argon ions, and the sum of the ion current values of both peaks is a value proportional to the argon partial pressure. Therefore, the sensitivity is obtained from the sum of the ion current values of both peaks and the ratio of the introduced argon gas pressure. When the sensitivity is obtained under both room temperature and 200 ° C. conditions, 1.2 × 10 −2 A / Pa is obtained. It has been found that the sensitivity of the quadrupole mass spectrometer 10 is not deteriorated by increasing the temperature of the measurement environment.

次に、四重極質量分析計10を取り付けた真空チャンバをベーキングした際に得られる出力信号レベル(イオン電流)のチャンバ温度依存性を測定した。ベーキング方法は、図4に示す本発明の実施の一形態であるガス分析計付真空チャンバの構成のように、四重極質量分析計10のうちイオン源、四重極部および検出部を納めたステンレス製の分析管41を取り付けた真空チャンバ18全体をベーキングパネル46で囲うことにより実施した。これにより、ベーキングパネル46内の全部材が均一にベークされる。   Next, the chamber temperature dependence of the output signal level (ion current) obtained when the vacuum chamber to which the quadrupole mass spectrometer 10 was attached was baked was measured. In the baking method, the ion source, the quadrupole section and the detection section of the quadrupole mass spectrometer 10 are housed as in the configuration of the vacuum chamber with a gas analyzer according to the embodiment of the present invention shown in FIG. The entirety of the vacuum chamber 18 to which the stainless steel analysis tube 41 was attached was surrounded by a baking panel 46. Thereby, all the members in the baking panel 46 are uniformly baked.

四重極質量分析計10の制御部14は、信号ケーブル16を介して密封接続部17により真空フランジに接続されている。密封接続部17と真空フランジとの接合部には冷却用アルミブロック44が設置され、内部には冷却水が流れ、局所的に接合部が冷却される。このとき四重極質量分析計10の分析管41の水冷している接合フランジのみをパネル外に出るような構成にてベーキングを実施し、冷却している接合フランジ以外の分析管41全体が高温になるようにして測定を行った。なお、測定に用いた真空チャンバ18は、本測定前にベーキングを施すことにより、充分に脱ガスを行い、真空度として5×10-9Paの超高真空域を保持している。この際の真空チャンバ18内に存在する残留ガスとしては、水素が主成分となっている状態であった。 The control unit 14 of the quadrupole mass spectrometer 10 is connected to the vacuum flange by a sealed connection 17 via a signal cable 16. An aluminum block 44 for cooling is provided at a joint between the sealed connection portion 17 and the vacuum flange, and cooling water flows inside to cool the joint locally. At this time, baking is performed in such a configuration that only the water-cooled joint flange of the analysis tube 41 of the quadrupole mass spectrometer 10 comes out of the panel. The measurement was performed as follows. The vacuum chamber 18 used for the measurement is sufficiently degassed by performing baking before the main measurement, and maintains an ultrahigh vacuum region of 5 × 10 −9 Pa as the degree of vacuum. At this time, the residual gas existing in the vacuum chamber 18 was in a state where hydrogen was the main component.

図5は、ベーキング時のヘリウム(He)のイオン電流、真空度および真空チャンバ温度の経時変化を示すグラフである。四重極質量分析計10を取り付けた真空チャンバ18に、一定量のHeガスを導入し、真空チャンバ18を室温から200℃まで昇温させた場合のイオン電流の経時変化を測定した。HeイオンのマスナンバーはM/e=4である。またバックグランドの信号レベルとして、通常存在し得ないイオン種であるM/e=7の経時変化も測定している。さらにこのときの真空チャンバの真空度および温度も同時に計測している。   FIG. 5 is a graph showing changes over time in the ion current of helium (He), the degree of vacuum, and the temperature of the vacuum chamber during baking. A constant amount of He gas was introduced into the vacuum chamber 18 to which the quadrupole mass spectrometer 10 was attached, and the change over time in the ion current when the temperature of the vacuum chamber 18 was raised from room temperature to 200 ° C. was measured. The mass number of He ions is M / e = 4. Further, as a background signal level, a temporal change of M / e = 7, which is an ion species that cannot normally exist, is also measured. Further, the degree of vacuum and the temperature of the vacuum chamber at this time are also measured at the same time.

測定開始時、真空チャンバ18の真空度は、5×10-9Paであり、Heガスを真空チャンバ内に導入し、3×10-5Paまで昇圧させる。この圧力を一定に保つようHeガスを常時導入しながら、チャンバ温度を室温から200℃まで昇温する。このとき四重極質量分析計10の分析管41の温度も、真空チャンバ18と同一温度になる。真空チャンバ18が室温時にHeガスを導入した場合、Heのイオン電流値は、1.5×10-8A前後であり、真空チャンバを200℃まで昇温しても、その過程においてイオン電流値の大きな変化はない。 At the start of the measurement, the degree of vacuum in the vacuum chamber 18 is 5 × 10 −9 Pa, and He gas is introduced into the vacuum chamber to increase the pressure to 3 × 10 −5 Pa. The chamber temperature is raised from room temperature to 200 ° C. while He gas is constantly introduced so as to keep this pressure constant. At this time, the temperature of the analysis tube 41 of the quadrupole mass spectrometer 10 becomes the same as that of the vacuum chamber 18. When He gas is introduced when the vacuum chamber 18 is at room temperature, the ion current value of He is about 1.5 × 10 −8 A, and even if the vacuum chamber is heated to 200 ° C., the ion current value remains in the process. There is no big change.

またバックグランドレベルとして計測しているM/e=7のイオン電流値も1.5×10-13Aでほぼ一定で大きな変化は見られなかった。したがって分析管41の温度が上がったことによる、検出信号レベルの劣化、あるいはグランドレベルの極端な上昇がないことが判る。これにより、高温条件下における真空チャンバ18内の残留ガス分析が感度の劣化なしに計測可能であることがわかった。 In addition, the ion current value of M / e = 7 measured as the background level was 1.5 × 10 −13 A, which was almost constant and no large change was observed. Therefore, it is found that the detection signal level is not deteriorated or the ground level is not extremely increased due to the rise in the temperature of the analysis tube 41. As a result, it was found that the analysis of the residual gas in the vacuum chamber 18 under the high temperature condition can be performed without deteriorating the sensitivity.

次に、四重極質量分析計10を用いて、真空チャンバのベーキング工程における残留ガスの経時変化を測定した。真空チャンバは、定期的なメンテナンスのため大気開放した後の状態であり、真空排気を開始して1時間経過後から測定を開始した。図6は、ベーキング時の代表的な残留ガスのイオン電流の経時変化を示すグラフである。曲線aはM/e=2で水素(H2)、曲線bはM/e=16で炭化水素(CH4)、曲線cはM/e=18で水(H2O)、曲線dはM/e=14で窒素(N2)あるいは一酸化炭素(CO)、曲線eはM/e=32で酸素(O2)、曲線fはM/e=40でアルゴン(Ar)の各ガス種の経時変化に相当する。 Next, using a quadrupole mass spectrometer 10, the change with time of the residual gas in the baking step of the vacuum chamber was measured. The vacuum chamber was in a state after being opened to the atmosphere for periodic maintenance, and the measurement was started one hour after evacuation was started. FIG. 6 is a graph showing a temporal change of the ion current of a typical residual gas during baking. Curve a is hydrogen (H 2 ) at M / e = 2, curve b is hydrocarbon (CH 4 ) at M / e = 16, curve c is water (H 2 O) at M / e = 18, and curve d is M / e = 14 and nitrogen (N 2 ) or carbon monoxide (CO), curve e is M / e = 32 and oxygen (O 2 ), curve f is M / e = 40 and argon (Ar). Corresponds to the aging of the species.

図中A点でベーキングを開始し、B点でベーキングを終了した。ベーキング開始前、真空チャンバ内に最も多く存在する残留ガス種はM/e=18(水分)であり、ベーキング開始後、一旦増加し、ある時点で極大値をとった後、徐々に減少している。ベーキング終了後、急激に減少し、ベーキング後約10時間後には1.5×10-11Aの値でほぼ一定となっている。ベーキング後、真空チャンバの真空度は5×10-9Paの超高真空に到達していることを確認しており、残留ガス種としてはM/e=2(水素)が主成分となっている。このようなM/e=18(水分)の変化の傾向は、他のガス種についても同様であるが、大気開放後のベーキング工程が、排気過程の初期段階で主成分として存在する水分を除去することにより、高真空を得る工程であることが、本測定により明らかとなった。 In the figure, baking was started at point A, and baking was completed at point B. Before the start of baking, the most residual gas species present in the vacuum chamber is M / e = 18 (moisture), which once increases after the start of baking, reaches a local maximum at a certain point, and then gradually decreases. I have. After the completion of baking, the value sharply decreased, and was approximately constant at a value of 1.5 × 10 −11 A about 10 hours after baking. After baking, it has been confirmed that the degree of vacuum in the vacuum chamber has reached an ultra-high vacuum of 5 × 10 −9 Pa, and M / e = 2 (hydrogen) as a main component as a residual gas species. I have. Such a tendency of the change of M / e = 18 (moisture) is the same for other gas species, but the baking step after opening to the atmosphere removes moisture existing as a main component in the initial stage of the exhaust process. By doing this, it was clarified by this measurement that this was a step of obtaining a high vacuum.

図7は、ベーキング前後におけるM/e=18(水分)のイオン電流値および真空度の経時変化を示すグラフである。図7(a)が真空度、図7(b)がイオン電流の経時変化である。曲線A1およびA2がベーキング時間24時間、曲線B1およびB2がベーキング時間38時間、曲線C1およびC2がベーキング時間48時間の場合を示している。水分の経時変化は、A2,B2およびC2を見ると、いずれもベーキングの開始直後に極大値となり緩やかに減少する。ベーキング終了後は急激に減少し、一定時間経過するとそれぞれあるイオン電流値に漸近している。この傾向は、図6の測定結果と同様であるが、ベーキング時間の違いにより、ベーキング終了後の到達真空度が異なる場合が見受けられる。すなわちベーキング時間が24時間(曲線A1およびA2)の場合、ベーキング中に水分レベルが極大値から3.5×10-9A程度まで減少し、ベーキングを終了後到達真空度としては2×10-8Paが得られた。 FIG. 7 is a graph showing changes over time in the ion current value and the degree of vacuum at M / e = 18 (moisture) before and after baking. FIG. 7A shows the degree of vacuum, and FIG. 7B shows the change over time in the ion current. Curves A1 and A2 show the case where the baking time is 24 hours, curves B1 and B2 show the case where the baking time is 38 hours, and curves C1 and C2 show the case where the baking time is 48 hours. Looking at A2, B2 and C2, the change with time of the moisture reaches a local maximum immediately after the start of baking, and gradually decreases. After the baking is completed, the value rapidly decreases, and after a certain period of time, each ion current value gradually approaches a certain value. This tendency is the same as the measurement result of FIG. 6, but it can be seen that the ultimate degree of vacuum after the completion of baking differs depending on the baking time. That is, when the baking time is 24 hours (curves A1 and A2), the moisture level decreases from the maximum value to about 3.5 × 10 −9 A during baking, and the ultimate vacuum degree after baking is 2 × 10 −10. 8 Pa was obtained.

一方、ベーキング時間が38時間(曲線B1およびB2)の場合、水分レベルが極大値から1.3×10-9Aまで減少し、ベーキング後の到達真空度は4×10-9Paとなった。また、ベーキング時間が48時間(曲線C1およびC2)の場合、水分レベルが極大値から1.2×10-9Aまで減少し、ベーキング後の到達真空度は4.5×10-9Paとなった。曲線B1およびC1は、ベーキング時間は異なるが、ベーキング終了時点の水分レベルに大差はなく、到達真空度もほぼ同じであることから、ベーキング中に一定レベルまで水分レベルが下がれば、ベーキング終了後、同程度の超高真空域の到達真空度が得られることがわかった。したがってベーキング中の水分レベルを逐次モニタリングすることにより、一定レベル以下に水分レベルが低下した時点でベーキングの終了を判断することができるのでベーキング時間の短縮が可能となる。逆にA1およびA2の結果から、ベーキング終了直前の水分レベルが一定レベルより高い時点でベーキングを終了させると目標の到達真空度に達しない。 On the other hand, when the baking time was 38 hours (curves B1 and B2), the moisture level decreased from the maximum value to 1.3 × 10 −9 A, and the ultimate vacuum after baking was 4 × 10 −9 Pa. . When the baking time is 48 hours (curves C1 and C2), the moisture level decreases from the maximum value to 1.2 × 10 −9 A, and the ultimate vacuum after baking is 4.5 × 10 −9 Pa. became. The curves B1 and C1 have different baking times, but there is no great difference in the moisture level at the end of baking, and the ultimate vacuum degree is almost the same. Therefore, if the moisture level drops to a certain level during baking, It was found that the same degree of vacuum in the ultra-high vacuum region could be obtained. Therefore, by successively monitoring the moisture level during baking, it is possible to determine the end of baking when the moisture level falls below a certain level, so that the baking time can be reduced. Conversely, from the results of A1 and A2, if the baking is terminated at a time point when the moisture level immediately before the end of the baking is higher than a certain level, the target ultimate vacuum degree will not be reached.

以上の結果より、ベーキング中の真空チャンバ内の残留水分のレベルを四重極質量分析計で測定することにより、ベーキングを充分行えたかどうかを判断することが可能で、ベーキング時間の短縮化を図ることができる。   From the above results, it is possible to determine whether or not baking has been sufficiently performed by measuring the level of residual moisture in the vacuum chamber during baking with a quadrupole mass spectrometer, and to shorten the baking time. be able to.

図8は、真空チャンバのベーキング中における代表的な残留ガス成分のイオン電流および真空度の経時変化を示すグラフである。図中のA点においてM/e=14,32および40のイオン電流値が急激に上昇しており、これはこの時点で何らかの原因により真空チャンバのいずれかの箇所において微少リークが生じ、真空チャンバ内に大気が流入したことを示している。   FIG. 8 is a graph showing the change over time in the ion current and the degree of vacuum of typical residual gas components during baking of the vacuum chamber. At the point A in the figure, the ion current values of M / e = 14, 32 and 40 sharply increase, and this is because at this point, a micro leak occurs at any point in the vacuum chamber for some reason, It indicates that the air flowed into the inside.

このときの真空度の変化を見ると、極端には変化していないため、真空度の変化からリークが生じたかどうかを判断することは困難である。したがって従来では、ベーキング終了後でしか確認できなかったベーキング中の微少リークが、本発明のガス分析計付真空チャンバを用いることにより、ベーキング中に確認できる。これによって、発生した時点でリークトラブルに対処することが可能となり、ベーキングを中止して業務の効率化を図ることができる。また従来では不可能であったベーキング中のリークチェックも本発明の四重極質量分析計を用いることで随時可能となる。   Looking at the change in the degree of vacuum at this time, it is difficult to determine whether or not a leak has occurred from the change in the degree of vacuum because the change has not been extremely extreme. Therefore, in the past, a minute leak during baking, which could only be confirmed after completion of baking, can be confirmed during baking by using the vacuum chamber with a gas analyzer of the present invention. As a result, it is possible to deal with a leak trouble at the time of occurrence, and it is possible to stop baking and to improve the efficiency of work. In addition, a leak check during baking, which was impossible in the past, can be performed at any time by using the quadrupole mass spectrometer of the present invention.

また、四重極質量分析計をMBE装置の成長室に取り付けた場合のリン処理工程について測定した。図9は、ベーキング時における成長室内に存在する白リンのイオン電流の経時変化を示すグラフである。分析ガス種は、M/e=124を持つP4(白リン)である。白リンは、大気に接触すると発火のおそれがあるため、成長室である真空チャンバを大気開放する際には、真空チャンバを予めベーキングして200℃程度に加熱することにより白リンを分解する必要がある。なお、ベーキング開始直後は、白リンの放出および分解が多量に起こり、真空度が極端に悪化し、四重極質量分析計の測定圧力範囲外となるため、真空度が測定範囲内まで低下した時点で測定を開始した。 In addition, the measurement was performed for the phosphorus treatment step when the quadrupole mass spectrometer was attached to the growth chamber of the MBE apparatus. FIG. 9 is a graph showing the change over time of the ion current of white phosphorus existing in the growth chamber during baking. The analysis gas type is P 4 (white phosphorus) having M / e = 124. Since white phosphorus may ignite when it comes into contact with the atmosphere, when opening the vacuum chamber, which is a growth chamber, to the atmosphere, it is necessary to bake the vacuum chamber in advance and heat it to about 200 ° C to decompose the white phosphorus. There is. Immediately after the start of baking, a large amount of release and decomposition of white phosphorus occurred, the degree of vacuum deteriorated extremely, and the pressure was out of the measurement pressure range of the quadrupole mass spectrometer. The measurement was started at the time.

グラフからわかるように、測定開始直後のP4のイオン電流値は、10-6A以上の高い値を示しており、時間が経過するとともに、1×10-8A程度の値に漸近し、緩やかに変化することがわかった。従来は、ベーキング中の真空チャンバ内の残留ガス分析が不可能であったため、真空計(全圧計)により真空度をモニタリングしながら、ある程度真空度が高くなった時点でP4の分解が完了したと判断しており、概して経験によるところが多かった。また危険が伴うため、ベーキングには充分時間をかけていた。たとえば、ベーキング開始から100時間後にリン処理が完了したものと判断し、成長室である真空チャンバを大気開放していた。しかしながら、図9の測定結果からベーキング開始から80時間後には、100時間後のP4の電流値レベルとほぼ同程度まで低減されており、この段階で真空チャンバを大気開放することが可能であると判断できる。この場合、少なくとも20時間程度の工程短縮が可能となることが判る。また、これまで真空度のみで判断していたP4の分解完了段階をP4のイオン電流値で定量的に判断することが可能となり、工程管理にも有用である。以上の結果より、リン処理工程の定量化と処理時間の短縮化が可能となった。 As can be seen from the graph, the ion current value of P 4 immediately after the start of the measurement shows a high value of 10 −6 A or more, and asymptotically approaches a value of about 1 × 10 −8 A as time passes. It was found to change slowly. Conventionally, since it was impossible to residual gas analysis in the vacuum chamber during baking, while monitoring the vacuum degree by the vacuum gauge (total pressure gauge), the decomposition of P 4 is completed when it becomes higher to some extent the degree of vacuum They generally decided that they depended on experience. In addition, baking took a long time because of the danger. For example, it was determined that the phosphorus treatment was completed 100 hours after the start of baking, and the vacuum chamber, which was the growth chamber, was opened to the atmosphere. However, from the measurement results in FIG. 9, 80 hours after the start of baking, the current value level of P 4 has been reduced to substantially the same level as that of P 4 after 100 hours, and at this stage, the vacuum chamber can be opened to the atmosphere. Can be determined. In this case, it is understood that the process can be shortened by at least about 20 hours. Also, so far it is possible to quantitatively determine the degradation completion stage of P 4 which has been determined only by the degree of vacuum in the ion current value of P 4, is also useful in process control. From the above results, it became possible to quantify the phosphorus treatment step and to shorten the treatment time.

本発明は、次の実施の形態が可能である。
(1)真空チャンバの取付口に挿入され、イオンを検出する分析管と、前記分析管を制御する制御部が接続され、取付口を密閉する密封接続部と、前記密封接続部の温度を調整する調温部とを有することを特徴とする四重極質量分析計。
The present invention is capable of the following embodiments.
(1) An analysis tube inserted into a mounting port of a vacuum chamber for detecting ions, a control unit for controlling the analysis tube is connected, and a sealed connection section for closing the mounting port and adjusting a temperature of the sealed connection section. A quadrupole mass spectrometer, comprising:

分析管を制御する制御部が接続され、分析管の取付口を密閉する密封接続部の温度を調整する調温部を有するので、高温条件下においても感度が劣化することなく測定することができる。また、これによってベーキング工程など高温処理を伴う工程の短縮が可能である。   A control unit for controlling the analysis tube is connected, and there is a temperature adjustment unit for adjusting the temperature of the sealed connection portion that seals the mounting port of the analysis tube, so that measurement can be performed without deteriorating sensitivity even under high temperature conditions. . In addition, this makes it possible to shorten a step involving a high-temperature treatment such as a baking step.

(2)前記調温部は、流体を流す配管を備えることを特徴とする四重極質量分析計。
調温部が流体を流す配管を備えるので、冷却媒体を流すことで密封接続部を冷却することができる。
(2) The quadrupole mass spectrometer, wherein the temperature control unit includes a pipe through which a fluid flows.
Since the temperature control section includes a pipe through which the fluid flows, the sealed connection section can be cooled by flowing the cooling medium.

(3)前記調温部は、前記密封接続部の外周部に流体を流す配管を配設することを特徴とする四重極質量分析計。   (3) The quadrupole mass spectrometer, wherein the temperature control section is provided with a pipe for flowing a fluid around the outer periphery of the hermetically-sealed connection section.

密封接続部の外周部に流体を流す配管を配設するので、密封接続部を局所的に冷却することができる。   Since the pipe for flowing the fluid is provided on the outer peripheral portion of the sealed connection portion, the sealed connection portion can be locally cooled.

(4)前記調温部は、ファンを用いて前記密封接続部を冷却することを特徴とする四重極質量分析計。
ファンを用いて密封接続部を冷却することができる。
(4) The quadrupole mass spectrometer, wherein the temperature control section cools the sealed connection section using a fan.
The fan can be used to cool the sealed connection.

四重極質量分析計10の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a quadrupole mass spectrometer 10. 四重極質量分析計10を含むアルゴンガス感度測定機器の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an argon gas sensitivity measurement device including a quadrupole mass spectrometer 10. アルゴンガスを導入した際のイオン電流の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the ion current at the time of introducing argon gas. 本発明の実施の一形態であるガス分析計付真空チャンバの構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a vacuum chamber with a gas analyzer according to one embodiment of the present invention. ベーキング時にヘリウムガスを導入した際のイオン電流、真空度および真空チャンバ温度の経時変化を示すグラフである。6 is a graph showing changes with time in ion current, degree of vacuum, and vacuum chamber temperature when helium gas is introduced during baking. ベーキング時の代表的な残留ガスのイオン電流の経時変化を示すグラフである。6 is a graph showing a temporal change of an ion current of a typical residual gas during baking. ベーキング前後における水のイオン電流値および真空度の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows the ion current value of water before and after baking, and the time-dependent change of the degree of vacuum. 真空チャンバのベーキング中における残留ガス成分のイオン電流および真空度の経時変化を示すグラフである。5 is a graph showing changes with time in ion current and degree of vacuum of residual gas components during baking of a vacuum chamber. ベーキング時における成長室内に存在する白リンのイオン電流の経時変化を示すグラフである。5 is a graph showing a change over time of an ion current of white phosphorus present in a growth chamber during baking.

符号の説明Explanation of reference numerals

10 四重極質量分析計
11 イオン源部
12 四重極部
13 検出部
14 制御部
15 冷却ブロック
16 信号ケーブル
17 密封接続部
18 真空チャンバ
24 ステンレス管
25 真空排気ポート
26 真空計取付部
27 アルゴンガス導入ポート
41 分析管
44 冷却用アルミブロック
46 ベーキングパネル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Quadrupole mass spectrometer 11 Ion source part 12 Quadrupole part 13 Detection part 14 Control part 15 Cooling block 16 Signal cable 17 Sealing connection part 18 Vacuum chamber 24 Stainless steel tube 25 Vacuum exhaust port 26 Vacuum gauge attachment part 27 Argon gas Introduction port 41 Analysis tube 44 Aluminum block for cooling 46 Baking panel

Claims (6)

真空チャンバにガス分析を行うための四重極質量分析計を取り付けたガス分析計付真空チャンバにおいて、
前記四重極質量分析計は、
存在するガスをイオン化するイオン源部、イオンの種類を識別する四重極部およびイオンの量を検出する検出部とを有する分析管と、
分析管を制御する制御部とを有し、
前記分析管が挿入される真空チャンバの取付口を密封するとともに、前記分析管と制御部とを信号ケーブルを介して接続する密封接続部と、
前記取付口と密封接続部との接合部の外周に設けられる冷却部とを備え、
前記分析管は加熱され、前記接合部は前記冷却部によって冷却されることを特徴とするガス分析計付真空チャンバ。
In a vacuum chamber with a gas analyzer equipped with a quadrupole mass spectrometer for performing gas analysis in a vacuum chamber,
The quadrupole mass spectrometer comprises:
An analysis tube having an ion source for ionizing existing gas, a quadrupole for identifying the type of ions, and a detection unit for detecting the amount of ions,
A control unit for controlling the analysis tube,
A sealed connection portion that seals an attachment port of the vacuum chamber into which the analysis tube is inserted, and connects the analysis tube and a control unit via a signal cable.
A cooling unit provided on the outer periphery of a joint between the mounting port and the sealed connection unit,
The said analysis tube is heated and the said junction part is cooled by the said cooling part, The vacuum chamber with a gas analyzer characterized by the above-mentioned.
真空チャンバにガス分析を行うための四重極質量分析計を取り付けたガス分析計付真空チャンバにおいて、
前記四重極質量分析計は、
存在するガスをイオン化するイオン源部、イオンの種類を識別する四重極部およびイオンの量を検出する検出部とを有する分析管と、
分析管を制御する制御部とを有し、
前記分析管を内部に有する管と、
前記管の開放端のうち、真空チャンバに接続される側とは反対側の開放端を密封するとともに、前記管と制御部とを信号ケーブルを介して接続する密封接続部と、
前記開放端と密封接続部との接合部の外周に設けられる冷却部とを備え、
前記管が加熱されることにより前記分析管が加熱され、前記接合部は冷却されることを特徴とするガス分析計付真空チャンバ。
In a vacuum chamber with a gas analyzer equipped with a quadrupole mass spectrometer for performing gas analysis in a vacuum chamber,
The quadrupole mass spectrometer comprises:
An analysis tube having an ion source for ionizing existing gas, a quadrupole for identifying the type of ions, and a detection unit for detecting the amount of ions,
A control unit for controlling the analysis tube,
A tube having the analysis tube therein;
Sealing the open end of the open end of the tube opposite to the side connected to the vacuum chamber, and connecting the tube and the control unit via a signal cable;
A cooling unit provided on the outer periphery of the joint between the open end and the sealed connection unit,
A vacuum chamber with a gas analyzer, wherein the analysis tube is heated by heating the tube, and the joint is cooled.
前記真空チャンバと前記管とに巻き付けられ、前記真空チャンバと前記管とを加熱するヒータ線を有することを特徴とする請求項2記載のガス分析計付真空チャンバ。   The vacuum chamber with a gas analyzer according to claim 2, further comprising a heater wire wound around the vacuum chamber and the tube to heat the vacuum chamber and the tube. ガス分析計付真空チャンバを囲って加熱するためのベーキングパネルを備え、
前記冷却部および制御部はベーキングパネルの外側に配置されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載のガス分析計付真空チャンバ。
A baking panel for heating around a vacuum chamber with a gas analyzer is provided,
The vacuum chamber with a gas analyzer according to any one of claims 1 to 3, wherein the cooling unit and the control unit are arranged outside a baking panel.
請求項1または2記載のガス分析計付真空チャンバのうち、冷却部および制御部を除く部分をベーキングパネルで囲うことにより、少なくとも分析管および真空チャンバを加熱することを特徴とするガス分析計付真空チャンバのベーキング方法。   3. A vacuum chamber with a gas analyzer according to claim 1, wherein at least the analysis tube and the vacuum chamber are heated by surrounding a portion except for a cooling unit and a control unit with a baking panel. Baking method of vacuum chamber. 請求項5記載のガス分析計付真空チャンバのベーキング方法によって少なくとも分析管および真空チャンバを加熱しながら、四重極質量分析計によって真空チャンバ内の残留ガスを分析することを特徴とするガス分析計付真空チャンバ内の残留ガス分析方法。   A gas analyzer characterized by analyzing a residual gas in a vacuum chamber by a quadrupole mass spectrometer while heating at least an analysis tube and the vacuum chamber by the method for baking a vacuum chamber with a gas analyzer according to claim 5. Method for analyzing residual gas in a vacuum chamber equipped with
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