對真空環境中的分子污染物的分析的制作方法

專利名稱：對真空環境中的分子污染物的分析的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種針對用于檢測真空環境中的分子污染物的氣體分析系統的預濃縮裝置，所述預濃縮裝置包括中空元件，所述中空元件具有:氣體入口開口，其用于在收集階段中從真空環境接收氣體；氣體出口，其用于在傳送階段中將氣體傳送到真空相容檢測器或第二預濃縮裝置；以及內壁，其用于在收集階段中吸附氣體以及在傳送階段中解吸氣體。本發明進一步涉及一種用于檢測真空環境中的分子污染物的氣體分析系統，所述系統包括所述預濃縮裝置和用于將氣體經由所述中空元件輸送到氣體出口的泵系統。本發明進一步涉及一種用于檢測真空環境中的分子污染物的氣體分析系統中的預濃縮的方法，以及一種分析氣體以用于檢測真空環境中的分子污染物的方法。
背景技術：
在先進半導體處理中分子污染物的控制對于成功制造是至關重要的。非常短的波長(極遠紫外線，EUV ；13.5nm)的使用增加了污染物在光學零件上的光化學分解和后續沉積。結果是產量損失、工具壽命縮短以及長期裝置可靠性降低。因此，關于對有機物的氣體排出的非常嚴格的規范被強加于在半導體制造設備中使用的子裝配體和零件上。文檔US2009/0090197描述了用于在氣體分析或檢測器系統中使用的預濃縮裝置。各種可拆卸的預濃縮器可以被級聯使用。本文檔描述了在大氣壓力下的預濃縮和檢測。在真空或低壓情形下，難以通過檢測系統來泵送足夠量的氣體。在這樣的情形下，使用預濃縮裝置是已知的。在預濃縮裝置中，分子污染物在相對長的時間跨度期間被聚集，現稱作收集階段。然后，經聚集的分子在相對短的時間間隔內被釋放，現稱作傳送階段。根據對所釋放的氣體的分析，分子污染物能夠被確定。已知的預濃縮裝置的例子在圖2中被示出。所述預濃縮裝置是塞有吸附劑材料的中空管。在填充床中的微粒之間的互連開放空間可以被認為是大量的毛細管，其比它們被塞入的裝置具有更小的有效直徑。減小的有效直徑導致減小的氣流。在正常情形下那將不是問題。然而，當工作在分子或過渡流范圍(真空或非常低的壓力)中時，減小的有效直徑可能引起較大的問題。因為裝置和氣流在分子和過渡流范圍中的傳導性高度依賴于它必須流過的所述裝置的橫截面面積，所以氣流大幅減少。插圖示出了吸附劑的微粒以及使在填充床中的微粒之間的開放空間進行互連的路徑可以被認為是比它們被塞入的裝置具有更小的有效直徑的大量毛細管。當工作在分子或過渡流范圍中時，上面描述的預濃縮裝置因此具有嚴重的氣流問題，當低的檢測限是必須的(例如ppbV、pptV)時，這導致非常長的采樣時間(例如，數月)。

發明內容
本發明的目標是提供根據開頭段的、針對氣體分析系統的預濃縮裝置，該系統能夠在真空或低壓環境中有效地預濃縮氣體并且確定分子污染物。
根據本發明的第一方面，這個目標通過提供如在開頭段中所定義的、針對氣體分析系統的預濃縮裝置來實現，所述預濃縮裝置進一步包括填充元件，所述填充元件可從收集階段中在中空元件外面的第一位置移動到傳送階段中在中空元件里面的第二位置，所述第二位置讓沿著內壁到氣體出口的傳送通道開著。根據本發明的另一方面，所述目標通過如在開頭段中所定義的、預濃縮的方法來實現，所述系統包括上述預濃縮裝置，所述方法包括:在收集階段中將填充元件定位于中空元件外面的第一位置中；在收集階段中經由氣體入口開口從真空環境接收氣體并且將感興趣的氣體種類吸附在內壁上；在傳送階段中將填充元件移動到在中空元件里面的第二位置，所述第二位置讓沿著內壁到氣體出口的傳送通道開著；以及在傳送階段中從內壁解吸氣體并且在傳送階段中將所述氣體經由氣體出口傳送到真空相容檢測器或第二預濃縮裝置。所述措施具有在收集階段期間大的有效面積可用于吸附氣體的效果。所述大的有效面積通過入口開口的表面和與限制所述入口開口之外的空間的、預濃縮裝置的內壁(即，所述預濃縮裝置的內部空間)來實現。隨后，在收集階段之后，所述填充元件被移動到第二位置，所述第二位置在預濃縮裝置的內部空間里面。因此，所述內部空間的體積被有效地減小，并且剩余的空間現在構成朝著氣體出口的低體積傳送通道。隨后，在傳送階段期間，氣體出口被打開并且氣體從內壁被解吸，即釋放在所述剩余的體積中。有利地，由于填充元件，所述裝置在傳送通道中提供了增加的氣體濃度，并且經濃縮的氣體經由氣體出口被輸送到例如另外的濃縮單元或檢測器單元。所述系統可以被用于檢測存在于真空環境中的任何類型的分子，例如分子有機或無機污染物。可選地，所述填充元件的外壁也可以被布置用于在收集階段中吸附氣體，和在傳送階段中釋放所述氣體。本發明還基于以下認知。根據本發明的所述氣體分析系統的效力來自兩個重要新特征的結合。為了最大化所述系統的傳導性并且為了維持從減小的壓力/真空系統通過預濃縮裝置的足夠的氣體流量，形成對吸附表面的有限訪問的障礙通過提供允許氣體分子朝所述吸附表面行進的相對大的入口開口被減少。所述裝置的增加的傳導性使能了來自減小的壓力/真空環境的氣體分子到預濃縮裝置的內壁的充分輸送。此外，在收集階段中朝著中空元件的內壁的有效大的入口開口之后是在傳送階段中減小所述裝置的有效開口和內部體積。氣體通過在減小的內部體積中進行解吸而被從內壁釋放并且將是更濃縮的。同樣地，由于減小的開口，僅很少分子將向后行進到真空環境，同時大多數將朝氣體出口行進。通過泵送所述氣體穿過真空相容檢測器或第二預濃縮裝置來實現所述流量。可選地，所述裝置包括流進口，其用于接納清洗介質以便使能對解吸氣體的輸送或對預濃縮裝置的沖洗。所述清洗介質(例如超純氣體)可以被導向真空環境，或者被導向傳送通道的起始點。可選地，所述中空元件具有被內壁限制的內部空間，并且所述內部空間具有錐形形狀，以及填充元件具有與所述內部空間的錐形形狀相對應的形狀，從而使得在第二位置中，傳送通道在填充元件與內壁之間被形成。有利地，所述內部空間和填充元件兩者的錐形形狀在第二位置中使能在所述內壁與填充元件的外壁之間形成適當的、窄的傳送通道。可選地，所述裝置包括用于在傳送階段中閉合氣體入口開口的閉合元件。所述閉合元件可以被成形為在傳送階段中完全地或者至少基本上閉合入口開口。特別地，填充元件可以被成形為包括用于至少基本上減小氣體入口開口的閉合元件。實際上，所述閉合元件可以是填充元件上的法蘭(flange)。同樣地，所述閉合元件可以進一步被布置用于在傳送階段中將氣體入口開口減小到減小的進口，以用于接納來自真空環境的氣體以便將解吸的氣體輸送到氣體出口。有利地，減小的進口允許來自真空環境的氣體(例如被故意地接納到真空環境的輸送氣體和/或剩余氣體)進入傳送通道。可選地，所述內壁或填充元件包括吸附劑微粒的涂層。將吸附劑微粒應用于預濃縮裝置的內壁和/或填充元件可以導致氣體分析系統的進一步改進。微粒的類型可以被選擇來增強對特定氣體分子的收集，由此增強所述特定氣體分子的數量，即有效地降低檢測限。可選地，所述裝置被布置用于耦合到用于在收集階段中對內壁或填充元件進行冷卻的冷卻裝置和/或耦合到用于在傳送階段中對內壁或填充元件進行加熱的加熱裝置。在室溫下，應該被所述濃縮裝置收集的許多分子將在不用吸附達足夠量的時間的情況下進入和離開所述預濃縮裝置。因此，根據本發明的氣體分析系統還可以包括用于在收集階段中對內壁或填充元件進行冷卻的冷卻裝置。所述冷卻裝置使得分子與中空元件的內壁或填充元件碰撞以失去吸附熱，并且由此增加吸附在內壁上的分子的滯留時間。例如，所述預濃縮裝置可以包括被耦合到冷卻裝置的冷卻劑進口，并且所述冷卻裝置被布置用于將冷卻劑提供給預濃縮裝置。例如，液氮可以被發送通過中空元件中的冷卻通道以便從里面冷卻預濃縮裝置。替換地，所述預濃縮裝置總體上可以從中空元件的外面被冷卻。此外，在傳送階段中，加熱裝置可以被提供給并被耦合到預濃縮裝置。從內壁或填充元件釋放吸附的分子(同樣稱作解吸)將通過加熱來增強和加速。可選地，所述裝置可以包括流進口，其用于接納清洗介質以便使能對解吸的氣體的輸送或對預濃縮裝置的沖洗。所述進口可以是用于使能對預濃縮裝置的沖洗的清洗流進口。將優選純氣體接納到傳送通道的起始點對于在解吸之后將基本上所有收集到的污染物輸送到分析系統、和/或用于在重新使用它以用于進一步的測量之前清潔所述預濃縮裝置來說是重要的。包括上述預濃縮裝置的氣體分析系統可以進一步包括泵系統，所述泵系統用于經由預濃縮裝置輸送要被從真空環境吸附到內壁的氣體，或者將從所述內壁解吸的氣體經由傳送通道輸送到氣體出口。所述泵系統可以在傳送階段中經由氣體出口減小壓力。所述氣體分析系統可以包括氣體插入裝置，以用于將相當量的已知氣體插入到真空環境中以便通過泵送系統來促進對氣體分子的輸送。在真空中，通過預濃縮裝置的傳送通道朝著第二預濃縮裝置或真空相容檢測器輸送很少的污染分子可能是非常困難的。如果在傳送階段中的泵送之前或期間少量的已知氣體被帶入到真空環境中，則所述輸送將被改進并且所有污染分子被傳送的機會增加了。“已知氣體”優選地是超純氣體，但可以是具有預定成分的氣體混合物。可選地，所述氣體分析系統可以包括用于在收集階段中冷卻內壁或填充元件的冷卻裝置，和/或用于在傳送階段中加熱內壁或填充元件的加熱裝置，和/或用于對所釋放的收集到的分子進行定量和定性分析的真空相容檢測器。可選地，分析氣體的方法包括用于對所釋放氣體進行分析以便確定分子污染物的氣相色譜法的步驟，和/或質譜法的步驟和/或用于對所釋放氣體進行分析以便確定分子污染物的元素特定的檢測的步驟。本發明的這些和其它方面從在下文中描述的實施例中是明顯的，并且將參考在下文中描述的實施例而被闡明。根據本發明的所述裝置和方法的另外的優選實施例在所附權利要求中被給出，其公開內容通過引用合并在本文中。


在圖中:
圖1示意性地示出了根據本發明的氣體分析系統，
圖2示出了如在現有技術中所使用的預濃縮裝置的橫截面，
圖3示出了預濃縮裝置在收集階段中的橫截面，
圖4示出了在傳送階段中耦合到檢測器和泵的圖3的預濃縮裝置，
圖5示出了閉合元件的細節，以及 圖6示出了分析氣體的方法的流程圖。所述圖純粹是圖解的并且不按比例繪制。在圖中，與已經被描述元件對應的元件具有相同的參考標號。
具體實施例方式圖1示意性地示出了根據本發明的氣體分析系統10。系統10被用于檢測被真空系統本身的構件或已被放在真空環境11里面的(測試)對象18氣體排出(out-gas)的分子。貫穿本描述，詞真空將被用于(近)真空情形以及用于(非常)低壓力環境。預濃縮裝置13被耦合到真空環境11。預濃縮裝置13包括中空管15，其可以由能夠抵抗低溫以及高溫的材料制成。中空管15例如可以由玻璃制成。中空管15的開口端被耦合到真空環境11以便接收要被分析的氣體，其構成入口開口 20。在另一端，中空元件15具有要被耦合到真空相容檢測器19、另外的(預)濃縮裝置12或其它分析單元的氣體出口。預濃縮裝置進一步被提供有填充元件14。該填充元件在真空環境中的第一位置(如所示)與至少基本上在中空元件15里面的第二位置之間是可移動的(如由雙頭箭頭指示的)。第一位置被用在收集階段中，在這個階段要被檢測的氣體(例如來自對象18的氣體排出的分子)能夠經由入口開口 20朝著中空元件的內壁自由地行進。隨后，在稱作傳送階段的下一個階段中，填充元件被移動到第二位置。中空元件的內部空間的大部分現在被填充。填充元件的外徑稍微小于中空元件的內徑，從而讓稱作傳送通道的沿著內壁的窄通道開著。在傳送階段中，例如通過加熱中空元件和/或填充元件，所收集到的氣體種類被釋放在傳送通道中，并且經由氣體出口被傳送到檢測器或另外的濃縮裝置。填充元件14可以被提供有閉合元件141 (例如該填充元件上的法蘭)以用于在傳送階段中閉合氣體入口開口。替換地，閉合元件可以是被移動到在入口開口 20前面的閉合位置的單獨的元件。閉合元件可以完全地閉合入口開口，或者預定義的開口可以保持。流進口可以被提供來將輸送氣體接納到傳送通道的起始點，例如經由還用于在下面所討論的冷卻單元16的進口。閉合元件可以在傳送階段中將氣體入口開口減小到減小的進口，以用于接納來自真空環境的氣體以便將經解吸的氣體輸送到氣體出口。
中空管15的內壁和/或填充元件的外壁可以至少部分地覆蓋有吸附劑微粒的涂層。通過提供流進口 17以用于創建到真空環境11的受控泄漏可以使輸送更容易。當將相當量的已知氣體經由該受控泄漏添加到真空環境11時，氣體種類的輸送通過所述裝置將被促進。當漏入氣體的數量和/或類型是已知的時，可以針對這個氣體對測量結果的影響來校正測量結果。附加地，系統11可以包括冷卻單元16，以用于在收集階段中冷卻預濃縮裝置13或至少中空管15的內壁和/或填充元件14的外壁。預濃縮裝置可以被提供有一個或多個導管以用于耦合到冷卻和/或加熱單元。冷卻可以使用例如冷卻液或冷的氣體來完成。例如，液氮可以被使用。冷卻可以從中空管15外面和/或從里面被執行。內壁、填充元件和/或其任何涂層的冷卻顯著增強了系統的吸附性能和預濃縮裝置13臨時地存儲要被分析的分子的容量。此外，所述裝置可以具有流進口，其用于接納清洗介質以便使能經解吸的氣體的輸送或預濃縮裝置的沖洗。在收集模式下將分子污染物收集在預濃縮裝置13中之后，在傳送模式下，被吸附的分子必須被釋放以用于分析。為了最好的性能，預濃縮裝置13應該利用長采樣時間。在收集階段之后，預濃縮裝置被帶入傳送位置中，任何冷卻被停止并且預濃縮裝置13被帶回到環境溫度，或者可以通過加熱單元被加熱到遠高于環境的預定義的第二溫度。冷卻單元16可以被裝備成還提供所述的熱，或者單獨的加熱系統可以被使用。預濃縮裝置13被耦合到第二預濃縮裝置或真空相容檢測器，以用于當所述預濃縮裝置被加熱超過一定溫度時接收或者檢測從初始預濃縮裝置的內壁解吸的分子。圖2示出了如在現有技術中所使用的預濃縮裝置23的橫截面。預濃縮裝置23包括填充有多孔吸附劑25的中空管24。這個現有技術預濃縮裝置23的使用的主要問題是密堆積的吸附劑微粒25引起在分子和過渡階段(真空或(非常)低的壓力)中的氣流的急劇減少。圖3示出了用于在系統10中使用的預濃縮裝置13在收集階段中的橫截面。本系統具有真空環境11，其的真空可能包含不需要的分子污染物。預濃縮裝置被提供有具有閉合邊緣141的填充元件14。導桿32被提供用于將填充元件從第一位置(如圖3中所示)移動到第二位置(如圖4中所示)。氣體出口 31被提供用于將所述裝置耦合到真空相容檢測器或另外的濃縮臺。預濃縮裝置的內壁33被用于在收集階段期間吸附氣體微粒，以及在傳送階段期間解吸所述微粒。中空元件15具有被內壁33限制的內部空間，并且該內部空間具有錐形形狀。填充元件14具有與所述內部空間的錐形形狀相對應的形狀。由于所述對應的形狀，在第二位置中，傳送通道在填充元件14與內壁33之間被形成。圖4示出了在傳送階段中被耦合到真空相容檢測器、第二預濃縮裝置以及泵的圖3的預濃縮裝置。填充元件14沿著導引元件44是可移動的。填充元件14已經被定位于中空元件里面的第二位置中，這個位置讓沿著內壁到氣體出口的適合的傳送通道41開著。氣體出口被耦合到真空相容檢測器單元或第二預濃縮裝置42，在其后面是泵單元43。在傳送階段中，所述泵被激活以便將解吸的分子經由傳送通道泵送通過真空相容檢測器或第二預濃縮裝置42。
圖5示出了閉合元件的細節。在傳送階段中的預濃縮裝置13被示出。閉合元件141，例如填充元件14上的法蘭，被示出為靠近內壁，同時讓減小的進口 52開著以用于接納來自真空環境的氣體以便經由傳送通道41將解吸的氣體輸送到氣體出口。被描繪為經減小的進口 52的狹縫的尺寸是至關重要的。所述狹縫的傳導性必須等于(或稍微小于)耦合到氣體出口的檢測器、分析器或另外的濃縮裝置的傳導性。這確保在傳送位置中通過所述設備向檢測器、分析器或另外的濃縮裝置的最大流量，并且使回到主真空/減小的壓力環境中的收集到的種類的損失最小化。應當指出，在先進半導體處理中控制分子污染物對于成功制造是至關重要的。非常短的波長(極遠紫外線，EUV ；13.5nm)的使用增加了污染物在光學零件上的光化學分解和后續沉積。結果是產量損失、工具壽命縮短以及長期裝置可靠性降低。因此，關于有機物的氣體排出的非常嚴格的規范被強加于在半導體制造設備中使用的子裝配體和零件上。對要被用在EUV設備中的零件的限定當前使用RGA(殘余氣體分析)來完成，所述RGA是基于四極質譜法的技術。這個技術具有若干個嚴重的缺點，從而使得用這個技術即便不是不可能也很難做出正確的限定。缺點包括，即使氣體排出的所有分子能夠被引導到質譜儀，RGA的檢測限也太高而不能允許對極其低的氣體排出率的測量。另外，RGA是基于真空的技術；存在這樣的較高概率，即氣體排出的成分將永遠不到達檢測器但將被真空系統泵送，從而導致對氣體排出率的低估。另外，RGA使用質譜技術并且不允許對于確定硫、磷、硅以及包含化合物的其它雜元素的氣體排出率所必需的元素辨別。此外，使用RGA，常常難以或者不可能離線地或在客戶現場對有機污染物進行采樣。使用RGA不可能在真空系統中存在的有機化合物的復雜混合物中識別單一的(有機)化合物。上面描述的預濃縮裝置克服了以前使用的清潔度限定方法的問題。通過使用具有與大的表面積和小的內部體積相結合的大入口開口的裝置，針對有機(和無機)污染物的極其低的檢測限和相對短的采樣時間被使能。所述裝置使能在真空條件下傳送在該裝置中收集到的有機污染物，并且對于污染物到檢測器或另外的濃縮裝置的輸送僅需要最小量的超純氣體。這減少了由超純氣體所引入的污染物的量并且降低了檢測的下限。在實施例中，預濃縮裝置被永久地附連到低壓/真空系統。以這種方式，當將所述裝置附連到真空系統時沒有污染物被傳送到真空系統(例如EUV系統)。此外，被永久地附連到低壓系統的雙面密封裝置可以被使用。這防止了在真空相容檢測器或第二預濃縮裝置與減小的壓力/真空系統之間的開放接觸。這避免了低壓/真空系統被存在于真空相容檢測器或第二預濃縮裝置中的有機或無機化合物污染。另外，當對相對于用于在所選擇的條件下輸送所收集到的樣品的超純氣體中的有機污染物的量而包含多得多的(有機)污染物的真空/減小的壓力環境進行采樣時，在多達并且超過STP (針對用于測量的溫度和壓力的標準條件)的各種溫度和壓力條件下使用雙面密封裝置使能所收集到的有機物種類到預濃縮裝置的傳送。使用各種尺寸的入口開口、相對于感興趣的壓力范圍和檢測限而選擇的設備的內部體積和內壁的內部表面積能夠大幅減小所述設備的檢測限。各種材料可以被用于內壁，以及可以被選擇用于影響感興趣的種類的滯留時間，這能夠使能較長的采樣時間，并且由此大幅減小檢測限(例如，金屬、離子液、聚合物等)。預濃縮裝置被用來收集在低壓/真空環境中存在的極其低濃度的有機物種類，并且便于它們到氣相色譜-質譜聯用儀(GC-MS)相容的預濃縮裝置的傳送。預濃縮裝置向預濃縮裝置的中空元件提供了大的入口開口和表面積以便在傳送階段中與由于填充元件而導致的中空元件的小而有效的內部體積相結合地捕獲有機物種類。對于裝置的功能性來說，小的內部體積是至關重要的；在收集有機物種類之后，它們的傳送通過從內壁解吸它們并且朝檢測器或另外的濃縮裝置沖洗它們來實現，其中有機物種類可以與用于輸送的輸送氣體分離。為了防止被用來輸送所收集到的有機物種類的超純氣體中的雜質所污染，用于輸送有機物種類的氣體的量必須是極其低的。用于輸送所收集到的有機物種類的超純氣體的體積通過兩個因素被最小化；首先是中空元件在解吸期間剩余的小的內部體積，以及其次是通過在減小的壓力下進行解吸，其使氣體膨脹，從而僅使用少量的氣體導致了高的體積流量。當使用現有的預濃縮裝置來預濃縮在低壓/真空環境中的極其低濃度的(有機)殘余氣體時，預濃縮時間能夠變得極其長。因為有機物種類在(溫度受控的)壁上的滯留時間是有限的并高度地依賴溫度和解吸能量，所以采樣時間被限制< t-g)，這能夠導致檢測的下限的急劇增加。因為有機物種類從低壓/真空環境中被收集，所以進入采樣接口的有機污染物的量取決于所述裝置的入口開口的表面積和在所述接口的入口處的壓力。為了結合大的入口開口、大的收集表面以及最小的內部體積，內壁和填充元件的形狀可能是互補的。在實施例中，所述裝置由兩個錐體構成。一個錐體由可以是溫度受控的中空元件的內壁形成，并且被用來積累有機物種類。同樣可以為溫度受控的另一錐體由在傳送模式下被用來使所述裝置在解吸期間的剩余內部體積最小化的稍小的、可移動的實心錐體構成。圖3示出了在“收集”模式下的預濃縮裝置13，在氣體出口處的閥門在收集模式期間被閉合。圖4示出了在“傳送”配置中的預濃縮裝置。現在閥門是開著的，并且收集到的氣體種類朝著真空相容檢測器或第二預濃縮裝置被輸送。所述輸送是通過泵和/或輸送氣體被促進的。在對有機物種類的收集期間，內部錐體是在中空元件外面的“第一”位置中以便創建大的入口開口并且增加采樣錐體的內部體積。在收集期間，有機物種類和/或其它殘余氣體與內壁(和/或填充元件的外壁)碰撞并且被滯留一定量的時間。通過選擇與預定溫度(例如制冷溫度)相結合的適合的壁材料，僅具有一定吸附能的殘余氣體被滯留在錐體壁上足夠量的時間。因為滯留足夠長的種類的濃度在減小的壓力/真空-壁接口處接近零，因此“泵送”動作或從主要的減小的壓力/真空室向中空元件的輸送被實現。在收集達足夠量的時間之后(所述時間受所收集到的種類的滯留時間限制)，填充錐體被移動到收集錐體里面，從而大幅減少它的內部體積并且在主要的減小的壓力/真空室與接口之間僅留下小的開口。在錐體被定位于“第二”位置中之后，在預濃縮裝置與檢測器或另外的預濃縮裝置之間的閥門被打開，例如，如圖2中所描述的那樣。為了在傳送模式下朝氣體出口輸送所收集到的有機物種類，內壁溫度可以被增加以便大幅縮短所有滯留分子或有機物種類的滯留時間。所釋放的有機物種類在減小的壓力下通過氣體流量被輸送到氣體出口。在傳送通道(即在所述裝置的內壁與填充錐體之間的小開口)中的有效壓力仍然使足夠的分子流量能從采樣的吸附壁通過氣體出口到所述泵。在本發明中所描述的設備能夠應用于對來自于被用在要求極度清潔度的真空或減小的壓力環境(例如，宇宙空間、EUV光刻以及需要對于有機物的極其低的氣體排出的限定的其它領域)中的(過程)氣體、組件、(子)裝配體以及材料的污染物進行收集和后續化學分析。圖6示出了分析氣體的方法的流程圖。所述方法包括步驟:冷卻61預濃縮裝置13以便增強內壁33的吸附特性。被最初定位在中空元件外面的真空環境中的填充元件14也可以被冷卻。冷卻61可以例如使用穿過或者沿著填充元件和/或預濃縮裝置13的壁流動的氣態或液體冷卻劑來完成。當內壁被充分地冷卻時，下一個步驟是在預濃縮裝置13的中空元件15的內壁上并且可選地還在填充元件上收集62來自真空環境11的氣體。分子在采樣時間期間被內壁和/或填充元件吸附，并且可選地被吸附在經冷卻的中空元件的內壁上的涂層微粒上。在下一個步驟填充63中，填充元件被移動到中空元件里面的第二位置。閉合元件可以被定位成至少基本上閉合氣體入口。閉合元件也可以是填充元件的不可分割的部分。在填充之后(當總的采樣時間已經過去時)，因為分子不再必須被吸附，冷卻被停止。由于冷卻的元件壁或吸附劑微粒的吸附特性，較早地被吸附的分子保持被吸附。在后續加熱步驟64中，預濃縮裝置13被加熱以便從內壁和/或填充元件釋放分子污染物。然后，在傳送步驟65中，所釋放的氣體從預濃縮裝置經由傳送通道被傳送到氣體出口，所述氣體出口可以被耦合到另外的濃縮裝置或檢測器。直接耦合的檢測器必須適合于在真空中使用。所述分析可以由在系統本身中的真空下進行操作的分析單元來執行。另外的濃縮裝置可以被從系統中移除以用于由另外系統進行進一步的分析，例如在大氣壓下被洗出。在分析步驟66中，氣相色譜法可以被用于對所釋放的分子污染物進行分離和檢測。為了制造所述預濃縮裝置，在涂覆步驟中，吸附劑微粒可以被應用于中空元件的內壁。許多類型的吸附劑微粒可能適合于制作根據本發明的預濃縮裝置13。所使用的吸附劑微粒的類型可能取決于要被預濃縮裝置13收集的分子的類型。適當的微粒的一些例子是:
-聚合材料(固體)，例如Tenax (聯苯抱氧聚合物)，
-聚合材料(液體)，例如硅聚合物、苯乙烯-二乙烯苯共聚物，
-固體材料，例如(碳)、氧化鋁(Al203)，
-分子篩，
-涂覆在襯底微粒上的離子液，例如[1，9-二(3-乙烯基-咪唑)壬烷雙(三氟甲基)锍亞胺酉旨([1，9_di (3-vinyl-1midazolium) nonane bis (trif luoromethyl) sulfoniumimidate)
-其它材料，包括活性碳、多孔性功能化溶膠凝膠材料。應該指出，上面提到的實施例說明而不是限制本發明，并且本領域的技術人員在不背離所附權利要求的范圍的情況下將能夠設計許多替換的實施例。在權利要求中，被放置在括弧之間的任何附圖標記不應該被解釋為限制本權利要求。動詞“包括”及其詞形變化的使用不排除在權利要求中所陳述的那些之外的元素或步驟的存在。在元素之前的冠詞“一”或“一個”不排除多個此類元素的存在。本發明可以借助于包括若干個不同元件的硬件以及借助于適當地編程的計算機來實現。在枚舉了若干裝置的裝置權利要求中，這些裝置中的若干個可以通過一個和相同項的硬件來體現。某些措施被記載在相互不同的從屬權利要求中的簡單事實不指示這些措施的結合不能夠被用來獲利。
權利要求
1.針對用于檢測真空環境(11)中的分子污染物的氣體分析系統(10)的預濃縮裝置，所述預濃縮裝置(13)包括: 中空元件(15)，所述中空元件(15)具有:氣體入口開口(20)，其用于在收集階段從所述真空環境(11)接收氣體；氣體出口(31)，其用于在傳送階段中傳送氣體；以及內壁(33)，其用于在所述收集階段中吸附氣體和在所述傳送階段中解吸氣體，以及 填充元件(14)，其可從所述收集階段中在所述中空元件外面的第一位置移動到所述傳送階段中在所述中空元件里面的第二位置，所述第二位置讓沿著所述內壁到所述氣體出口的傳送通道(41)開著。
2.如權利要求1中所要求保護的裝置，其中，所述中空元件具有被所述內壁限制的內部空間，以及所述內部空間具有錐形形狀，并且所述填充元件(34)具有與所述內部空間的所述錐形形狀相對應的形狀，使得在所述第二位置中所述傳送通道(41)在所述填充元件與所述內壁之間被形成。
3.如權利要求1中所要求保護的裝置，其中，所述裝置包括用于在所述傳送階段中閉合所述氣體入口開口的閉合元件(141)。
4.如權利要求3中所要求保護的裝置，其中，所述閉合元件(141)被布置用于在所述傳送階段中將所述氣體入口開口減小到減小的進口(52)，以用于接納來自所述真空環境的氣體以便將解吸的氣體輸送到所述氣體出口。
5.如權利要求3或4中所要求保護的裝置，其中，所述閉合元件(141)是所述填充元件上的法蘭。
6.如權利要求1中所要求保護的裝置，其中，所述內壁(33)或所述填充元件(34)包括吸附劑微粒的涂層。`
7.如權利要求1中所要求保護的裝置，其中，所述裝置被布置用于耦合到用于在所述收集階段中對所述內壁或所述填充元件進行冷卻的冷卻裝置(16)和/或用于耦合到用于在所述傳送階段中對所述內壁或所述填充元件進行加熱的加熱裝置。
8.如權利要求1中所要求保護的裝置，其中，所述裝置包括流進口，其用于接納清洗介質以便使能對解吸的氣體的輸送或對所述預濃縮裝置(13)的沖洗。
9.包括如權利要求1中所要求保護的預濃縮裝置的氣體分析系統，其中，所述系統包括以下中的至少一個 -泵系統(43)，其用于將從所述內壁解吸的氣體分子經由所述傳送通道輸送到直通真空相容檢測器或第二預濃縮裝置的氣體出口， -冷卻裝置(16)，其用于在所述收集階段中冷卻所述內壁或所述填充元件，和/或 -加熱裝置(16)，其用于在所述傳送階段中加熱所述內壁或所述填充元件， 和/或 -真空相容檢測器(42)，其用于對所釋放的分子進行分析以便確定所述分子污染物。
10.如權利要求9中所要求保護的氣體分析系統，其中，所述系統(10)包括: -氣體插入裝置(17)，其用于將相當量的已知氣體插入到真空環境(11)中以便促進氣體分子朝所述氣體出口的輸送。
11.用于檢測真空環境(11)中的分子污染物的氣體分析系統(10)中的預濃縮的方法，所述系統包括如權利要求1所要求保護的預濃縮裝置(13)，所述方法包括:-在收集階段中將所述填充元件(14)定位于在所述中空元件外面的第一位置中， -經由氣體入口開口從所述真空環境(11)接收氣體并且在所述收集階段中將所述氣體吸附在所述內壁上， -在傳送階段中將所述填充元件移動到在所述中空元件里面的第二位置，所述第二位置讓沿著所述內壁到所述氣體出口的傳送通道開著，以及 -在所述傳送階段中從所述內壁解吸氣體并且在所述傳送階段中將所述氣體傳送到所述氣體出口。
12.如權利要求11中所要求保護的方法，其中，所述方法包括: -在所述收集階段中冷卻所述預濃縮裝置(13)的內壁或所述填充元件的步驟(61)， 和/或 -在所述傳送階段中加熱所述預濃縮裝置(13)的內壁或所述填充元件以便從所述內壁釋放所述氣體的步驟(65)。
13.分析氣體以用于檢測真空環境中的分子污染物的方法，所述方法包括如權利要求11或12中所要求保護的方法，以及: -用于對所釋放的氣體進行分析以便確定分子污染物的氣相色譜法的步驟(66)， 和/或 -用于對所釋放的氣體進行分析以便確定分子污染物的質譜法的步驟， 和/或 用于對所釋放的氣體進行分析以便確定分子污染物的元素選擇性檢測的步驟。
全文摘要
一種預濃縮裝置被提供用于氣體分析系統(10)以用于收集真空環境(11)中的分子污染物。所述預濃縮裝置(13)包括中空元件(15)，所述中空元件(15)具有入口開口(20)，其用于在收集階段從所述真空環境(11)接收分子；氣體出口，其用于在傳送階段將收集到的分子傳送到真空相容檢測器或第二預濃縮裝置。所述裝置具有用于在所述收集階段中吸附分子并且在所述傳送階段中解吸分子的內壁。所述裝置具有填充元件(14)，其可從所述收集階段中在所述中空元件外面的第一位置移動到所述傳送階段中在所述中空元件里面的第二位置，所述第二位置讓沿著所述內壁到所述氣體出口的傳送通道開著。有利地，所述裝置使能在真空條件下對在所述裝置中收集到的有機或無機污染物的傳送，并且需要最小量的超純氣體以用于所述污染物到檢測器或另外的濃縮裝置的輸送，這降低了檢測的下限。
文檔編號B01D53/02GK103167901SQ201180051552
公開日2013年6月19日 申請日期2011年10月20日 優先權日2010年10月25日
發明者R.J.T.索爾斯, H.H.克諾貝, P.K.德博克斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司