TW202007945A

TW202007945A - 氣體分析裝置及氣體分析方法

Info

Publication number: TW202007945A
Application number: TW107147752A
Authority: TW
Inventors: 西川祐介; 衣川勝
Original assignee: 日商三菱電機股份有限公司
Priority date: 2018-07-30
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2020-02-16
Also published as: JP6919630B2; TWI669497B; JP2020020586A

Abstract

本發明提供在於無論在試驗體中的殘留氣體量多或少的情況下，均可高敏感度地分析殘留氣體之裝置及方法。

本發明之裝置包括：試料室1，用以在真空中從試驗體3取出殘留氣體；中間室4，在真空中透過第一真空閥與試料室1連接；第一分析室6，在真空狀態，透過第二真空閥與中間室4連接；第二分析室7，在真空狀態透過孔口板5與中間室4連接；真空計，測量試料室1之氣體量；釋氣部8，自第二分析室7將殘留氣體釋氣；控制演算部9，當氣體量為閾值以上時關閉第二真空閥，而當氣體量未達閾值時開啟第二真空閥；以及一台或複數台質量分析計，當氣體量為閾值以上時，分析被獲取至第二分析室7之殘留氣體，而當氣體量未達閾值時，分析被獲取至第一分析室6之殘留氣體。

Description

氣體分析裝置及氣體分析方法

本發明有關於氣體分析裝置及氣體分析方法。

對於如氣密密封之半導體封裝以及燈(lamp)等氣密密封之中空的半導體封裝那樣的試驗體之殘留氣體，一般係於真空中使用質量分析計進行組成分析。於試驗體之密封構造中會因為殘留氣體之洩漏，或來自使用材料之脫離氣體，使得試驗體之殘留氣體量有所變化。因此，試驗體之殘留氣體量如不破壞密封構造而開封的話無法得知。

並且，若在具備質量分析計之分析室中一次流入大量之氣體，則會超過動作壓力的上限，故若是殘留氣體量多時，則無法進行殘留氣體的組成分析。並且，殘留氣體量過多時有時還會造成質量分析計故障。

為了對應殘留氣體大量之情況，有考量到在將殘留氣體獲取至分析室時，於分析室的入口設有孔口板，減小進入分析室的殘留氣體量。由於係通過孔口板讓殘留氣體依次流入分析室中，故須從分析室適時地讓殘留氣體由釋氣部釋氣。藉由孔口板與釋氣部，可以控制滯留在分析室之殘留氣體量。

例如，專利文獻1中，揭示有在試料室與分析室之間設有孔口板，分析流入至具有質量分析計之分析室的殘留氣體之技術。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2008-180581號公報

如前所述，藉由孔口板與釋氣部，可以控制滯留在分析室之殘留氣體量，但殘留氣體少時，因為孔口板會使得到達質量分析計之殘留氣體量減到比質量分析計的測定下限值小，或是到達分析室的微量殘留氣體在經質量分析計分析前，就被釋氣部釋氣掉。

因此，殘留氣體量少時，有時會無法為組成分析，或是分析效率低落。另一方面，若不設置孔口板或釋氣部，則會如前所述，有時會無法對應大量的殘留氣體。本發明之目的在於無論在試驗體中的殘留氣體量多或少的情況，均可高敏感度地分析殘留氣體。

為解決上述課題，本發明係具備：試料室，用以在真空中從試驗體取出殘留氣體；中間室，在真空中，透過第一真空閥，以能獲取來自試料室之殘留氣體的方式與試料室連接；第一分析室，在真空狀態，以能獲取來自中間室之殘留氣體的方式透過第二真空閥與中間室連接；第二分析室，在真空狀態，以能獲取來自中間室之殘留氣體的方式透過孔口板與中間室連接；真空計，用以測量試料室之殘留氣體之氣體量；釋氣部，用以自第二分析室將殘留氣體釋氣；控制演算部，當氣體量為閾值以上時關閉第二真空閥，而當氣體量未達閾值時開啟第二真空閥，在真空計測量殘留氣體之氣體量後開啟第一真空閥；以及一台或複數台質量分析計，當氣體量為閾值以上時，分析被獲取至第二分析室之殘留氣體，而當氣體量未達閾值時，分析被獲取至第一分析室之殘留氣體。

依據本發明，無論在試驗體中的殘留氣體量多或少的情況，均可分析殘留氣體。

1‧‧‧試料室

2‧‧‧開封器

3‧‧‧試驗體

4‧‧‧中間室

5‧‧‧孔口板

6‧‧‧第一分析室

7‧‧‧第二分析室

8‧‧‧釋氣部

9‧‧‧控制演算部

10‧‧‧通信通路

12‧‧‧可變孔口板

13‧‧‧孔口

14‧‧‧中心軸

15‧‧‧蓋

100、200、300‧‧‧氣體分析裝置

201‧‧‧輸入界面

202‧‧‧演算裝置

203‧‧‧記憶裝置

204‧‧‧輸出界面

G0、G1、G2‧‧‧真空計

MS1、MS2‧‧‧質量分析計

S101至S114、S201、S202、S301、S302‧‧‧步驟

VV1、VV2、VV3‧‧‧真空閥

第1圖係顯示於本發明之實施方式1中之氣體分析裝置之構成之一之概略圖。

第2圖係顯示控制演算部之構成之概略圖。

第3圖係表示本發明之實施方式1中使用氣體分析裝置的氣體分析方法之流程圖。

第4圖係顯示關於本發明之實施方式1中之氣體分析裝置之試料室之壓力與緊接著開啟真空閥後第一分析室之壓力之關係之一例之圖表。

第5圖係顯示於依據本發明之實施方式1之氣體分析裝置中，在第一分析室進行氣體分析之際，於真空閥開閉前後之第一分析室內之壓力的時間變化之一例之圖表。

第6圖係顯示於依據本發明之實施方式1之氣體分析裝置中，在第二分析室進行氣體分析之際，在真空閥開閉前後之第二分析室內之壓力的時間變化之一例之圖表。

第7圖係顯示依據本發明之實施方式2之氣體分析裝置之構成之概略圖。

第8圖係顯示使用依據本發明之實施方式2之氣體分析裝置之氣體分析方法之流程圖。

第9圖係顯示依據本發明之實施方式3之氣體分析裝置之構成之概略圖。

第10圖係顯示依據本發明之實施方式3之氣體分析裝置所使用之可變孔口板之構成之概略圖。

第11圖係顯示使用依據本發明之實施方式3之氣體分析裝置的氣體分析方法之流程圖。

第12圖係顯示依據本發明之實施方式3之氣體分析裝置，在第一分析室進行氣體分析之際，在真空閥開閉前後，於第一分析室內之壓力之時間變化中之可變孔口板的孔口板開口數相依性之一例之圖表。

第13圖係顯示依據本發明之實施方式3之氣體分析裝置，在第二分析室進行氣體分析之際，在真空閥開閉前後，於第一分析室內之壓力之時間變化中之可變孔口板之孔口板開口數相依性之一例之圖表。

以下，基於圖式詳細說明關於本發明之實施方式之氣體分析裝置。另外，本發明不受該實施方式所限定。

實施方式1．

關於本發明之氣體分析裝置100係分析密封在試料內之殘留氣體的組成。另外，說明所使用之圖並非表示發明實際的尺寸或比例，而係表示來用以說明本發明之示意圖。

第1圖係顯示依據本發明之實施方式1之氣體分析裝置100之構成之概略圖。如第1圖所例示，本實施方式之氣體分析裝置100，大致由試料室1與第一分析室6與第二分析室7、中間室4、孔口板5、釋氣部8、控制演算部9所構成。構成之細節係如下述說明。

試料室1係具有將置於試料室1內之試驗體3開封之開封器2、真空計G0、真空閥VV1。試料室1係透過真空閥VV1連接至中間室4。真空計G0、G1、G2係例如有轉子真空計(spinning rotor gauge)、隔膜真空計、晶體真空計(crystal gauge)。

而且，真空計G0、G1、G2例如有冷陰極真空計(cold cathode ionization gauge)或B-A(Bayard-Alpert) 真空計等之電離真空計，或組合晶體真空計與冷陰極真空計等之電離真空計而成的複合真空計。真空計G0、G1、G2係測量壓力者。

真空計G0測量試料室1內之壓力。真空閥VV1例如使用閘閥(gate valve)。真空閥VV1係藉著該閥的開閉來進行試料室1與中間室4之空間的阻斷以及開放。

在此，試驗體3係想定為具有中空構造，該中空構造內的容積未達5mm³之非常小的半導體裝置，或所謂的MEMS(Micro Electro Mechanical Systems；微機電系統)。而且，在此，試驗體3之開封，係指藉由試驗體3之破壞，使試驗體3之殘留氣體釋放至試料室1內。

中間室4係具備真空閥VV1、真空閥VV2、孔口板5，並透過真空閥VV1以能從試料室1獲取殘留氣體之方式連接。並且，中間室4係透過真空閥VV2與第一分析室6連接，透過孔口板5與第二分析室7連接。孔口板5有著減少殘留氣體之流動的功用。孔口板5係例如可使用金屬板中開有小洞之具有圓筒形狀者。例如可使用閘閥作為真空閥VV2。

真空閥VV2係藉著該閥的開閉來進行第一分析室6與中間室4之間的空間的阻斷以及開放的真空閥，且期望係有著在藉由控制演算部9將真空閥開放，使得真空閥的大小讓中間室4與第一分析室6看起來成為一個大的空間的方式的大小。

第一分析室6係具備真空計G1與質量分析計MS1。第一分析室6係藉由真空閥VV2以能獲取來自中間室4之殘留氣體的方式與中間室4連接。真空計G1係測量第一分析室6內之壓力。真空計G1係例如可使用冷陰極真空計或B-A真空計，裸規(nude gauge)等之電離真空計。

試從驗體3內部解放之殘留氣體係通過真空閥VV1與中間室4，通過真空閥VV2進入第一分析室6。然後，質量分析計MS1係測量、分析被獲取至第一分析室6之殘留氣體。

質量分析計MS1、MS2係例如使用四極型質量分析計。在此，質量分析計MS1、MS2係預想為於使用中決定有上限之壓力，不適合於大量氣體的測量、分析者。質量分析計MS1、MS2因為大量之氣體於氛圍中壓力大時，有可能會造成故障。

並且，在本實施方式中，質量分析計之數量不限於在第一分析室6中有的質量分析計MS1，以及在第二分析室7中有的質量分析計MS2這兩台。亦可藉由一台質量分析計測量、分析被獲取至第一分析室之前述殘留氣體，以及被獲取至第二分析室之殘留氣體。並且，設置質量分析計之位置，只要可測量、分析被獲取至第一分析室之前述殘留氣體及被獲取至第二分析室之殘留氣體即可，無特別限定。

第二分析室7係連接有真空計G2、質量分析計MS2與釋氣部8。第二分析室7係藉由孔口板5以能獲取來自中間室4之殘留氣體的方式與中間室4連接。真空計G2測量第二分析室7內之壓力。可使用B-A真空計或裸規等之電離真空計作為真空計G2。

真空計G2只要可測量壓力即可，真空計G0、G1可為同種類或不同種類者，並無限定。本實施方式雖然係測量殘留氣體之壓力，但只要可測量氣體量即可。質量分析計MS2係為了針對從試驗體3內部解放之殘留氣體，測量通過真空閥VV1與中間室4，通過孔口板5導入第二分析室7之殘留氣體而設置。

孔口板5可減少從中間室4移動至第二分析室7之殘留氣體之氣體量。孔口板5的傳導性過小時，通過孔口板5移動至第二分析室7之氣體量變少，超過測量下限，故孔口板5的傳導性較佳為不要過小。

質量分析計MS2與質量分析計MS1相同，例如可使用四極型質量分析計。在此，預想質量分析計MS1與質量分析計MS2係具有同等之性能，但這不表示限定於此，只要是可測量、分析殘留氣體之組成者均可，有性能差異者亦可。

第二分析室7係連接有釋氣部8。釋氣部8係由主釋氣部與補助泵所構成，例如以使用有迴轉式泵(rotary pump)之渦輪分子泵(turbo-molecular pump)作為補助泵。並且，釋氣部8除了使用渦輪分子泵外，亦有使用有併用NEG(Non Evaporated Getter)泵、離子泵之釋氣部8。

藉由該釋氣部8，從試料室1通過孔口板5流入到第二分析室7之殘留氣體係自第二分析室7釋氣。藉由釋氣部8與孔口板5組合，可控制從試料室1以及中間室4釋氣之殘留氣體的流量。在試驗開始前，藉由將氣體分析裝置100全部的真空閥開啟並釋氣，可使試料室1、中間室4、第一分析室6與第二分析室7為真空。在此所謂的真空係指於JIS定義的真空。

第一分析室6以及第二分析室7中各別使用之質量分析計MS1、質量分析計MS2係連接有具有控制質量分析計之動作的機能以及處理所得數據之演算機能的控制演算部9。質量分析計MS1、MS2的檢測器係例如使用有法拉第杯(Faraday cup)或2次電子倍增管。另外，以法拉第杯可測量的分析室內壓力上限為0.01Pa至0.001Pa左右。以2次電子倍增管可測量的分析室內壓力的上限為0.001Pa至0.0001Pa左右。

作為質量分析計，代表性者有四極質量分析計，但在測量複數之質量電荷比時，因為其測量週期實質上會花上數秒，若殘留氣體從分析室去除的時間比測量的週期短，則質量分析計將無法測量質量電荷比。

質量分析計MS1在來自第一分析室6殘留氣體釋氣為止之間，至少須測量一次所著眼之殘留氣體。試驗體3開封之際，在該殘留氣體為微量時，會期望增長第一分析室6內的殘留氣體之停留時間。依據本實施方式1中之構成，第一分析室6可使通過孔口板5從第一分析室 6釋氣之殘留氣體量變小。並且，如先前所述，質量分析計MS1、質量分析計MS2已決定於使用中上限之壓力。

並且，氣體分析裝置100之真空計G0、G1、G2，以及，質量分析計MS1、MS2，以及，真空閥VV1、VV2，係各別藉由通信通路10與控制演算部9電性連接。控制演算部9可藉由進行演算由真空計G0、G1、G2，以及，質量分析計MS1、MS2取得之測量數據的記録，並且控制各真空閥VV1、VV2之開閉操作。

第2圖係顯示控制演算部9之構成之概略圖。控制演算部9係具有真空計G0、G1、G2、接收部、記憶部、演算部、判斷部，以及發送部，其中，該接收部係接受來自質量分析計M1，M2之測量數據；該記憶部係記憶所接收之測量數據；該演算部係演算測量數據；該判斷部係判斷真空閥VV1、VV2之開閉；該發送部係將操作真空閥VV1、VV2之開閉的開閉命令發送至真空閥VV1、VV2。

演算部或判斷部之處理係藉由CPU等之演算裝置202來實現，記憶部係藉由記憶體、HDD、SSD等之記憶裝置203來實現。接收部係藉由輸入界面(IF)201來實現，發送部係藉由輸出界面(IF)204來實現。控制演算部9係藉由通信通路10連接至真空計G0、G1、G2、質量分析計MS1、MS2、真空閥VV1、VV2等。

第3圖係顯示使用氣體分析裝置100之氣體分析方法之流程圖。沿著第3圖的流程圖說明試驗體3的殘留氣體之分析順序。依據本實施方式1，要由第一分析室6或第二分析室7之何者測量分壓，係因應試驗體3開封之際試料室1內之壓力值(真空計G0)而選擇。藉此，變得可對應更廣範的壓力範圍來分析氣密密封裝置內部的殘留氣體。

首先，將試料室1大氣開放，於試料室1設置屬於氣密密封裝置之試驗體3(步驟S101)。裝置內的各空間(試料室1、中間室4、第一分析室6、第二分析室7)全部均大氣開放，且停止釋氣部8，並且將真空閥VV1、VV2開啟之狀態設為初始狀態。於初始狀態中，試驗體3設置於試料室1的內部。本實施方式雖然係將全部的空間大氣開放，但這不表示限定於此，設置試驗體3時，只要至少試料室1為大氣開放即可。

設置試驗體3後，以氣體分析裝置100之真空閥VV1、VV2全部開啟的狀態啟動釋氣部8，全部的空間(試料室1、中間室4、第一分析室6、第二分析室7)開始真空釋氣(步驟S102)。使用釋氣部8，將裝置內的全部的空間(試料室1、中間室4、第一分析室6、第二分析室7)釋氣。在此，釋氣係充份地進行至全部的空間(試料室1、中間室4、第一分析室6、第二分析室7)的背景之壓力到安定為止(步驟S103)。

全部的空間(試料室1、中間室4、第一分析室6、第二分析室7)真空釋氣完成時，關閉真空閥VV1將試料室1與中間室4隔離(步驟S104)。使用開封器2，破壞試驗體3之密封構造並開封(步驟S105)。封入試驗體3 內部的殘留氣體瞬時擴散至試料室1。以真空計G0測量該擴散後的殘留氣體之壓力。

在此，設試料室1的內部的容積為V₀，設試驗體3開封前之試料室1的內部之壓力為p₀，藉由真空計G0測量之緊接著試驗體3開封後之壓力設為P₀的話，封入試驗體3的內部之殘留氣體之氣體量Q係以Q=V₀×(P₀-p₀)表示。

p₀係可藉由積累(buildup)法大致推定其大小。例如，將在破壞試驗體3之密封構造前，於真空釋氣後之本氣體分析裝置100中，真空閥VV1關閉之時之真空計G0之值，亦即，無殘留氣體之試料室1之壓力為背景之壓力設為p₀而得。

而且，在此時，若將試驗體3的容積設為V_s，試驗體3的殘留氣體之壓力設為P_s，試驗體3開封時，由試料室1之壓力P₀，試驗體3的殘留氣體之壓力係以P_s=(V₀/V_s)×P₀表示。亦即，由試料室1之壓力P₀可得知殘留氣體之氣體量Q、殘留氣體之壓力P_s。

在第一分析室6或第二分析室7之何者進行殘留氣體測量之選擇，係依據殘留氣體之氣體量Q來決定。在此係由氣體量Q進行，但不表示限定於此，如本實施方式，亦可基於殘留氣體之壓力來進行分析室的選擇而無特別限定。在試料室1之背景之壓力p₀與P₀相比為非常小(P₀>>p₀)的時候，試料室1之壓力P₀可當作(P₀-p₀)≒P₀，試料室1的容積V₀為常數時，殘留氣體之氣體量Q可依據試料室1之壓力P₀唯一地決定，故可依據壓力P₀來進行第一分析室6與第二分析室7的選擇。

本發明之氣體分析裝置100係基於該試驗體3開封時試料室1之壓力P₀之值，進行殘留氣體之分析係使用第一分析室6或使用第二分析室7之判斷(步驟S106)。以下，於分析室之切換判斷中，係不用氣體量Q而是使用以真空計G0之測量值(試料室1之壓力P₀)為基礎之判斷方法說明流程。另外，於本發明之裝置中，試料室1之容積V₀及其他空間的容積均係常數。

將試料室1所測量之真空計G0之值發送至控制演算部9。控制演算部9根據接收到的真空計G0之值，進行真空閥VV2之開閉控制。真空計G0之值，亦即試料室1之壓力P₀為閾值P₀ ^*以上時，控制演算部9將位於第一分析室6與中間室4之間的真空閥VV2關閉(步驟S107)，將第一分析室6與中間室4隔離。然後，控制演算部9開啟試料室1與中間室4之間的真空閥VV1(步驟S108)，第二分析室7之質量分析計MS2測量、分析被密封於試驗體3之殘留氣體(步驟S109)。

試驗體3開封之際，壓力P₀為閾值P₀ ^*以上，亦即，殘留氣體之氣體量Q(壓力)大時，殘留氣體藉由中間室4通過孔口板5而移動至第二分析室7，使用第二分析室7之質量分析計MS2測量、分析殘留氣體。此時，第二分析室7內之壓力必須不能比質量分析計MS2的使用上限的壓力還高。

氣體分析裝置100係通過孔口板5使試驗體3的殘留氣體緩緩流入第二分析室7，接續地通過孔口板5而流入的殘留氣體係以釋氣部8釋氣，抑制因第二分析室7內的殘留氣體造成的壓力上昇。藉由此構成機制，可將第二分析室7內的殘留氣體之壓力保持成比質量分析計MS2的使用上限之壓力還小，即便試驗體3中的殘留氣體量多，亦能夠以質量分析計MS2測量。

真空計G0之值，亦即試料室1之壓力P₀未達閾值P₀ ^*時，控制演算部9開啟第一分析室6與中間室4之間之真空閥VV2，或在保持開啟的狀態，開啟隔在試料室1與中間室4之間的真空閥VV1(步驟S110)。藉由開啟真空閥VV1，使殘留氣體從中間室4擴散至第一分析室6。然後，以第一分析室6之質量分析計MS1測量、分析殘留氣體(步驟S111)。

試驗體3開封之際，壓力P₀未達閾值P₀ ^*，亦即，殘留氣體之氣體量Q(壓力)小時，殘留氣體係自中間室4通過真空閥VV2移動至第一分析室6，使用第一分析室6之質量分析計MS1測量、分析殘留氣體。此時，第一分析室6內之壓力亦必須不能比質量分析計MS1之使用上限之壓力還高。然而，所謂閾值未達P₀ ^*係被預想為比質量分析計MS1之使用上限之壓力還小，導入至第一分析室6之殘留氣體不可能超過質量分析計MS1之使用上限之壓力。詳細如後所述。

殘留氣體會通過真空閥VV2而流入於第一分析室6。真空閥VV2的配管內徑與該真空閥的徑係遠大於孔口板5的內徑。因此，比起自中間室4通過通過孔口板5釋氣之氣體分子，向第一分析室6移動的氣體分子較多，故變得能以質量分析計MS1測定。

另一方面，第二分析室7係設置有釋氣部8，故移動至中間室4以及第一分析室6之殘留氣體，係通過中間室4之孔口板5向第二分析室7緩慢移動，進一步藉由釋氣部8釋氣。

在本實施方式，係預想在壓力P₀未達閾值P₀ ^*時釋氣部8亦連續地動作，但不表示限定於此，控制演算部9在判斷壓力P₀未達閾值P₀ ^*時亦能夠以停止釋氣部8動作的方式進行控制。

以質量分析計MS1或是質量分析計MS2的任一者進行的測量、分析完畢後就結束測量(步驟S112)。當測量結束時，控制演算裝置9關閉真空閥VV1(步驟S113)，將試料室1大氣開放，使得試驗體3能夠被取出(步驟S114)。接著針對閾值P₀ ^*進行說明。閾值P₀ ^*係基於試料室1之壓力與第一分析室6之壓力的關係而決定。

在此，設第一分析室6之容積為V₁，中間室4之容積為V_c，將試料室1與真空閥VV1、VV2開啟時的第一分析室之壓力為P₁時，P₁係表示為P₁=(V₀/(V₀+V_c+V₁))×P₀。

亦即，在質量分析計MS1可動作的上限之壓力為P_qms時，真空閥VV1、VV2開啟之際，第一分析室6 之壓力P₁成為質量分析計MS1之動作壓力的上限P_qms之試料室1之壓力P₀設為P₀ ^*時，P₀ ^*係表示為P₀ ^*=((V₀+V_c+V₁)/V₀)×P_qms。

因此，藉由將閾值設為P₀ ^*，於殘留氣體之壓力未超過質量分析計MS1的動作壓力之上限時，氣體分析裝置100係能以第一分析室6之質量分析計MS1來測量、分析，而在超過動作壓力的上限時，氣體分析裝置100係能減少殘留氣體之氣體量(壓力)並以第二分析室7之質量分析計MS2，來測量、分析。

在此，作為一個例子，係把基於質量分析計之動作壓力之上限P_qms所計算出的P₀ ^*設為閾值，但不表示僅限於此。閾值可為依照使用本氣體分析裝置100之使用者適時設定之值，例如，可設為在Pqms以下之壓力所得之P₀ ^*。

第4圖顯示氣體分析裝置100之試料室1之壓力與緊接著開啟真空閥VV1之後之第一分析室6之壓力之關係之一例之圖表。第4圖的橫軸係表示於試驗體3開封後之試料室1之壓力P₀，縱軸係表示開啟試驗體3之真空閥VV1之際的第一分析室6之壓力P₁。圖中的作圖係表示P₁相對於將試驗體3開封之際的各P₀之關係之一例。

在本發明之氣體分析裝置100中，P₀與P₁之關係在使用試料室1之容積V₀以及中間室4之容積V_c，第一分析室6之容積V₁以及試驗體3之中空構造內部的容積V_s時，係以P₁=(V₀/(V₀+V_c+V₁))×P₀表示。於第4圖中的P₀與P₁之關係中，若已決定質量分析計MS1之動作上限壓力P_qms，則可唯一地決定判斷氣體分析所要使用之分析室的試料室1之壓力P₀的閾值P₀ ^*。

第5圖係顯示於氣體分析裝置100中，在第一分析室6進行氣體分析之際，真空閥VV1之於開閉前後中之第一分析室6內之壓力的時間變化之一例之圖表。若開啟真空閥VV1，則擴散在試驗體3內的殘留氣體會瞬間向中間室4擴散，進一步擴散至第一分析室6(在真空閥VV2為開啟之狀態)。

由於擴散至該第一分析室6之試驗體3的殘留氣體，第一分析室6內之壓力增加。由真空計G1測量其壓力，將所測量的壓力與質量分析計MS1所測量的各質量電荷比的離子強度輸入至控制演算部9並演算，控制演算部9則得到試驗體3的殘留氣體的分壓以及組成。

例如在第一分析室6，求取作為殘留氣體之氮的分壓時，第一分析室6僅充滿氮氣，依據第一分析室6之壓力變化，得到與質量分析計MS1之檢測強度之關係。然後，在第一分析室6分析混合有複數種類之氣體的殘留氣體時，可按質量分析計MS1的測量數據之內之每一時間的氮氣檢測強度，得到殘留氣體之氮之分壓的時間變化。

使第一分析室6僅充滿氮氣的方法並無限定，亦可利用已知氮分壓之複數種類之氣體混合而成的混合氣體，得到氮氣的分壓與質量分析計MS1的檢測強度之關係，按質量分析計MS1的測量數據內之每一時間從氮氣的檢測強度得到殘留氣體之氮之分壓的時間變化。

第6圖係顯示於依據本發明之實施方式1之氣體分析裝置100中，在第二分析室7進行氣體分析之際，在真空閥VV1之開閉前後之第二分析室7內之壓力的時間變化之一例之圖表。若開啟真空閥VV1，則擴散在試料室1內之試驗體3內的殘留氣體會瞬間向中間室4內擴散。移動至該中間室4之殘留氣體，通過中間室4的孔口板5向第二分析室7移動。

由於移動至該第二分析室7之試驗體3的內部氣體，第二分析室7內之壓力增加。該壓力藉由真空計G2測量，將經測量之壓力與質量分析計MS2所測量之各質量電荷比之離子強度，輸入控制演算部9並演算，控制演算部9則得到試驗體3的內部的殘留氣體之分壓以及組成。

於第二分析室7中，分壓係與第一分析室6之情況相同，例如得到氮氣之分壓與質量分析計MS2之檢測強度之關係的話，藉由與測量數據組合，可得到氮氣之分壓之時間變化。例如可藉由對試料室1內導入氮分壓為已知之混合氣體，藉由得到以真空計G2所測量到的第二分析室7內之氮分壓之測量值與以質量分析計MS2所獲得的氮氣的檢測強度之值來求得氮氣與質量分析計MS2之檢測強度之關係。

依據本發明，可進行以下兩者的分析，亦即從如非冷卻紅外線感應器或真空密封MEMS裝置般未達 1mm³之小模穴、以及於真空氣密之密封試驗體3中之微量的殘留氣體，因試料之密封構造中之洩漏的分析，或從密封構造的內部的部材因某些原因所產生之脫氣體所導致內部的殘留氣體之壓力變高的分析。依據本實施方式，可對以往未有過的廣大壓力範圍分析氣密密封裝置的殘留氣體。

實施方式2．

本實施方式在，第二分析室7與第一分析室6以真空閥VV3連接，第二分析室7中不具有質量分析計MS2之點與實施方式1相異。

第7圖係顯示依據實施方式2之氣體分析裝置200之構成之概略圖。如第7圖所例示，與實施方式1之氣體分析裝置100比較，本實施方式之氣體分析裝置200於第二分析室7設有真空閥VV3，第二分析室7與第一分析室6係透過真空閥VV3連接。並且，真空閥VV3係與控制演算裝置9連接。

進一步，在省略了於實施方式1中第二分析室7所備有之真空計G2以及質量分析計MS2之點與實施方式1的構成相異。真空閥VV3係使用閘閥。真空閥VV3係藉著該閥的開閉來進行第一分析室6與第二分析室7之空間的阻斷以及開放。

並且，在本實施方式2，於實施方式1在第二分析室7進行之分壓測量，係可藉由真空閥開閉操作而能在第一分析室6進行可能。因此，於分析順序中之閥的開閉方法與實施方式1相異。

本實施方式2僅有上述的點與實施方式1相異，本實施方式大致原則上係與實施方式1相同。因此對於同一要素係附以同一符號並省略其說明。接著，沿著第8圖的流程圖來說明於實施方式2中使用氣體分析裝置200之試驗體3的殘留氣體的分析順序。

第8圖係顯示依據實施方式2之使用氣體分析裝置200之氣體分析方法之流程圖。在此，僅就與實施方式1相異之流程進行說明。除此之外的說明因係與實施方式1為相同流程，故予以省略。具體而言，係在第二分析室7沒有質量分析計與真空計，故透過真空閥VV3以第一分析室6分析的方式與實施方式1相異。

雖然在分析室之選擇上，在基於試料室1之壓力與第一分析室6之壓力之關係做決定之點與實施方式1相同，但於本實施方式中，係就真空閥的操作方法與實施方式1相異，故進行說明。

對於真空計G0之測量值在閾值P₀ ^*以上時進行說明。真空計G0之值，亦即試料室1之壓力P₀為閾值P₀ ^*以上時，控制演算部9關閉在第一分析室6與中間室4之間之真空閥VV2，開啟在第一分析室6與中間室4之間之真空閥VV3(步驟S201)。

在此步驟S201，控制演算裝置9係以開啟真空閥VV3的方式進行控制，但不表示限定於此，在已經開啟真空閥VV3時，亦可不進行開啟的控制。若開啟真空閥VV1(步驟S110)，則擴散在試料室1內的試驗體3內的殘留氣體會瞬間向中間室4內擴散。

移動至中間室4之殘留氣體，通過中間室4之孔口板5向第二分析室7移動。然後，移動至第二分析室7之試驗體3內的殘留氣體透過真空閥VV3擴散至第一分析室6，增加第一分析室6內之壓力。該壓力係藉由真空計G1測量。並且，試驗體3的殘留氣體之分壓，係可將藉由質量分析計MS1與真空計G1所得之測量值，以控制演算部9演算來獲得。

就真空計G0之測量值比閾值P₀ ^*小之情況進行說明。未達閾值P₀ ^*時，於步驟S106判斷為否(No)，則控制演算裝置9關閉真空閥VV3(步驟S202)。藉由關閉真空閥VV3，阻斷第一分析室6與第二分析室7之間的空間。

接著，控制演算裝置9開啟真空閥VV1(步驟S110)。若真空閥VV1開啟，則擴散在試料室1內之試驗體3內的殘留氣體會通過中間室4，瞬間擴散至第一分析室6(在真空閥VV2開啟的狀態)。之後之移送質量分析計MS1之測量、分析的處理係與實施方式1相同，故省略其說明。

以下說明依據本實施方式之作用效果。本實施方式2之質量分析計與真空計和實施方式1相比係各少一個。由於儀器較少，故可進行裝置的省空間化以及減少維修的頻率。

並且，於本實施方式2中，真空閥VV3係發揮作為向中間室4以及試料室1之旁路(bypass)之配管的機能，故於裝設試驗體3後之真空釋氣中，藉由開啟真空閥VV3與真空閥VV2，可讓第一分析室6、中間室4以及試料室1更迅速地釋氣。另外，在本實施方式係說明與實施方式1相異之部分。除此以外之部分係與實施方式1相同。

實施方式3．

本實施方式係在孔口板5為可改變傳導性之可變孔口板12之點與實施方式1相異。並且，藉由將孔口板5設為可變孔口板12，在分析上會產生與實施方式1相異之處理，故就相異之部分進行說明。

第9圖係顯示依據實施方式3之氣體分析裝置300之構成之概略圖。與實施方式1之氣體分析裝置100相比較，第9圖所示之本實施方式之氣體分析裝置300不具備孔口板5，而具備可變孔口板12。並且，在分析順序中增加可變孔口板12的傳導性調整之處理之點與實施方式1相異。

本實施方式3僅有在上述之點與實施方式1相異，本實施方式大致原則上係與實施方式1相同。因此對於同一要素係附以同一符號，並省略其說明。

第10圖係顯示依據實施方式3之氣體分析裝置300所使用之可變孔口板12之構成之概略圖。可變孔口板12係例如將金屬圓盤中做有小洞的孔口13以金屬圓盤的中心軸14作為中心，於圓周方向排列有複數個的方式設置。另外，孔口13的孔徑可完全相同，亦可各別相異。

可變孔口板12係具備有半圓狀或扇形狀的蓋15。蓋15係以中心軸14為軸而旋轉，成為阻擋孔口13之機構。控制演算部9係可藉由控制蓋15之旋轉角，改變孔口13之阻擋個數，藉此改變可變孔口板12之傳導性。

來自複數個之孔口13之可變孔口板12的合成傳導性C_TP，係以孔口13之各傳導性C_n之和，例如在具備有10個孔口13時係以C_TP=C₁+C₂+...+C₁₀的方式，以各別的傳導性之和表示。

第11圖係顯示使用依據實施方式3之氣體分析裝置300之氣體分析方法之流程圖。沿著第11圖的流程圖，說明依照本實施方式之氣體的分析方法。與實施方式1相同之部分係省略其說明。

於本實施方式中亦與實施方式1相同，依照真空計G0所測量之試驗體3的殘留氣體之氣體量進行用以做測量、分析之分析室之選擇。雖然在分析室之選擇係與殘留氣體之氣體量呈正比之源自試料室1之壓力之所決定之點與實施方式1相同，但於本實施方式中，在之後加有可變孔口板12之傳導性調整的操作之點與實施方式1相異，故進行說明。

首先，真空計G0之測量值未達P₀ ^*時，氣體分析裝置300係如第11圖之流程圖所示，與實施方式1 相同地，在第一分析室6測量、分析殘留氣體。之後，在本實施方式3之控制演算裝置9調整可變孔口板12的傳導性(步驟S301)。調整方法之例係使用第12圖說明。

第12圖係顯示於基於試料室1之壓力P₁而以控制演算部9所計算之真空閥VV1之開閉前後之第一分析室6之壓力的時間變化之一例。第12圖中係顯示以可變孔口板12之孔口13之開口數各別改變為1個、3個、10個之際得到之在各傳導性之第一分析室6之壓力P₁。

於第12圖中開口數為10個之作圖，於開啟真空閥VV1後，殘留氣體以數秒時間釋氣，壓力P₁到達第一分析室6之背景壓力p1。亦即得知到開口數為10個時，無法得到足以由質量分析計MS1解析分壓之測量點。相對於此，於可變孔口板12中之孔口13之開口數以蓋15阻擋，傳導性變小時，如圖中之開口數3、開口數1之作圖般，可讓測量點增加。

但是，傳導性過小時，圖表的傾斜度變得更小，而變得無法忽略從空間(試料室1、中間室4、第一分析室6、第二分析室7)的內壁面釋放出之氣體所致壓力上昇之影響。此時於分壓測量中之解析的準確度亦減低，故控制演算裝置9係進行使傳導性變大，讓自第一分析室6釋氣之氣體流量變大的調整。

如此般在第一分析室6測量、分析殘留氣體時，對應第一分析室6之壓力，控制演算裝置9係以使來自第一分析室6之釋氣不會變得過大或過小之方式，調整可變孔口板12之傳導性。在此係對應第一分析室6之壓力調整傳導性，但不表示限定於此，只要可對應殘留氣體之氣體量調整傳導性即可，亦可對應試料室1之壓力調整傳導性，調整的方式並無限定。

接續著，真空計G0之測量值在閾值P₀ ^*以上時，係如第11圖的流程圖所示，與實施方式1相同，氣體分析裝置300實行在第二分析室7之殘留氣體的測量、分析。之後，控制演算裝置9調整可變孔口板12之傳導性(步驟S302)。調整方法之例係使用第13圖說明。

第13圖係顯示於基於試料室1之壓力P₁以控制演算部9計算之真空閥VV1之開閉前後之第二分析室7之壓力的時間變化之一例。在第13圖中係顯示以可變孔口板12之孔口13之開口數各別改變為1個、3個、10個之際得到之在各傳導性之第二分析室7之壓力P₂。

於第13圖中顯示開口數為10個時，緊接著開啟真空閥VV1後之第二分析室7之壓力超過P_qms(=1.0×10^-3Pa)，且無法立即將殘留氣體釋氣，無法得到足夠的測量點。

此時，控制演算裝置9係藉由蓋15阻擋可變孔口板12之開口，以開口數3、開口數1之方式使傳導性變小。藉此，氣體分析裝置300係可抑制第二分析室7之壓力未達P_qms，同時確保測量點。

但是，傳導性過小時，每單位時間導入第二分析室7之殘留氣體之氣體量係小，在真空閥VV1之開閉前後的第二分析室7之壓力變化變得過小。此時於分壓測量中之解析的準確度亦減低，故控制演算裝置9係進行使傳導性變大，讓到第二分析室7的殘留氣體之氣體流量變大的調整。

如此般在第二分析室7測量殘留氣體、分析時，對應第二分析室7之壓力，控制演算裝置9係以使來自中間室4之釋氣不會變得過大或過小之方式，調整可變孔口板12之傳導性。在此，係對應第二分析室7之壓力調整傳導性，但不表示限定於此，只要可對應殘留氣體之氣體量調整傳導性即可，亦可對應試料室1之壓力調整傳導性，調整的方式並無限定。

傳導性調整之後，由於與實施方式1、實施方式2相同，故省略說明。以下說明依據本實施方式之作用效果。本實施方式由於係藉由具備可變孔口板12，在選擇分析室之後，實施檢測感度的調整，故與實施方式1以及實施方式2相比，可實施準確度更高的氣體分壓測量。另外，本實施方式係就與實施方式1相異之部分說明。除此之外的部分係與實施方式1相同。

於本發明之氣體分析裝置中，從各空間(試料室1、中間室4、第一分析室6、第二分析室7)的內壁面釋放出之氣體係作為真空計以及質量分析計之背景，對測量準確度有不良影響。

因此，各空間所使用之材料期望係以釋放出氣體較少的材料所構成，且係施有用以減少該等氣體之放出之利用研磨或蝕刻之表面處理等，可以儘量減少內壁面的表面積。進一步，進行抽真空之際，各空間(試料室1、中間室4、第一分析室6、第二分析室7)係期望以橡膠加熱器(Rubber heater)等之加熱裝置預先從外部烘烤(baking)。

另外，本發明之氣體分析裝置及氣體分析方法，只要在氣體分析裝置之各空間內以及於孔口板中氣體分子之運動作為分子流操作之條件成立之設計的話，於未脫離本發明之要旨之範圍內能以施以多種變更之形態實施。